JP2002162747A - Manufacturing method for three-dimensional structure by multistep exposure - Google Patents

Manufacturing method for three-dimensional structure by multistep exposure

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JP2002162747A
JP2002162747A JP2000358902A JP2000358902A JP2002162747A JP 2002162747 A JP2002162747 A JP 2002162747A JP 2000358902 A JP2000358902 A JP 2000358902A JP 2000358902 A JP2000358902 A JP 2000358902A JP 2002162747 A JP2002162747 A JP 2002162747A
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Japan
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exposure
photosensitive material
light
amount
pattern
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Kazuhiro Umeki
和博 梅木
Masaaki Sato
正明 佐藤
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Ricoh Optical Industries Co Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enlarge a region capable of changing the removing amount of photosensitive materials. SOLUTION: At the first step of the exposure, a resist 12 is exposed with a smaller amount of the light than that of designed in the amount for removing CEL layer and the surface of the resist 12 is removed up to the line 14 at this step (A). At the second step of the exposure, the resist is exposed with the amount of the light as much as deducted at the first step (B). The resist is removed up to the line 14a in total and the resist pattern after the development becomes as shown in 14b (C).

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、目的とする表面形
状に対応して透過率が段階的に変化する2次元的な透過
率分布を持った濃度分布マスク(グラデーションマスク
(GM)ともいう)を用いた露光により基板上に三次元
構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パ
ターンを基板に彫り写すことにより三次元構造の表面形
状をもつ物品を製造する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a density distribution mask (also referred to as a gradation mask (GM)) having a two-dimensional transmittance distribution in which the transmittance changes stepwise according to the target surface shape. The present invention relates to a method for producing an article having a three-dimensional structure surface by forming a three-dimensionally structured photosensitive material pattern on a substrate by exposing the photosensitive material pattern to the substrate, and engraving the photosensitive material pattern on the substrate.

【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
ってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェ
クタ等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状
が求められている。
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. In recent years, in connection with liquid crystal display elements, liquid crystal projectors, and the like, special surface shapes have been required for microlenses and the like.

【0003】そこで屈折面や反射面を型成形や研磨によ
らずに形成する方法として、光学基板の表面にフォトレ
ジスト(感光性材料の代表例)の層を形成し、このフォ
トレジスト層に対して2次元的な透過率分布を有する露
光用マスクを介して露光し、フォトレジストの現像によ
りフォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹
面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに
対して異方性エッチングを行ない、フォトレジストの表
面形状を光学基板に彫り写して転写することにより、光
学基板の表面に所望の三次元構造の屈折面や反射面の形
状を得ることが知られている(特開平7−230159
号公報、特表平8−504515号公報を参照)。
In order to form the refraction surface and the reflection surface without using molding or polishing, a layer of a photoresist (a typical example of a photosensitive material) is formed on the surface of an optical substrate. Exposure through an exposure mask having a two-dimensional transmittance distribution, and a convex or concave surface is obtained as the surface shape of the photoresist by developing the photoresist. It is known that anisotropic etching is performed, and the surface shape of a photoresist is engraved on an optical substrate and transferred to obtain a desired three-dimensional structure of a refraction surface or a reflection surface on the surface of the optical substrate ( JP-A-7-230159
JP-A-8-504515).

【0004】そこでは、屈折面や反射面等の三次元構造
の特殊表面形状を得るために用いられる露光用マスクと
して、濃度分布マスクが使用されている。特表平8−5
04515号公報(従来技術1という)に記載されてい
る濃度分布マスクでは、2次元的な透過率分布のパター
ンを形成するために、マスクパターンを光伝達開口と称
する単位セルに分割し、各単位セルの開口寸法が、形成
しようとするフォトレジストパターンの対応した位置の
高さに応じた光透過量又は遮光量となるように設定され
ている。
In this case, a density distribution mask is used as an exposure mask used for obtaining a special surface shape of a three-dimensional structure such as a refraction surface or a reflection surface. Tokiohei 8-5
In the density distribution mask described in Japanese Patent No. 04515 (referred to as prior art 1), in order to form a two-dimensional transmittance distribution pattern, the mask pattern is divided into unit cells called light transmission openings, and The opening size of the cell is set to be a light transmission amount or a light shielding amount according to the height of a corresponding position of a photoresist pattern to be formed.

【0005】従来技術1では、デフォーカス(DF:露
光時の焦点を感光性材料表面からずらすこと)等の処理
を行なわない限り感光性材料層の表面形状は滑らかには
ならず、また、よほど感度の鈍い(入手不可能な)感光
性材料を使用しない限り、感光性材料が基板底部まで露
光されてしまうために三次元の膜厚分布を形成すること
はできない。
In the prior art 1, the surface shape of the photosensitive material layer is not smooth unless a process such as defocusing (DF: shifting the focus at the time of exposure from the surface of the photosensitive material) is performed. Unless a photosensitive material having low sensitivity (not available) is used, a three-dimensional film thickness distribution cannot be formed because the photosensitive material is exposed to the bottom of the substrate.

【0006】特開平7−230159号公報(従来技術
2という)には、所望の透過率分布に応じて、ドットパ
ターンの形状及びドット濃度の分布を演算算出し、出力
を段階的もしくは連続的に変化させ得る光源装置からの
光束によりドットパターンの光書込みを行なう出力可変
書込み装置の出力を、演算算出されたドットパターンの
形状およびドット濃度に応じて変化させつつ感光性材料
に書込みを行ない、ドットパターンを書き込まれた感光
性材料を現像して、ドットパターンの形状とドット濃度
分布とにより2次元的な所望の透過率分布を有する露光
用マスクを得る方法が記載されている。
JP-A-7-230159 (prior art)
2), the shape of the dot pattern and the distribution of the dot density are calculated and calculated in accordance with the desired transmittance distribution, and the light of the dot pattern is emitted by the light source device capable of changing the output stepwise or continuously. The output of the output variable writing device that performs writing, writing is performed on the photosensitive material while changing according to the calculated dot pattern shape and the dot density, and the photosensitive material with the written dot pattern is developed, A method for obtaining an exposure mask having a two-dimensional desired transmittance distribution based on the dot pattern shape and the dot density distribution is described.

【0007】しかし、これらの従来技術には次の問題点
がある。 従来技術は、濃度分布マスクを用い所望の表面形状を
形成する際に、所望の目的形状を製作するために、単位
セルの正方形等の単純な配置をしているために、光透過
率、遮光量を全体的に制御する方法の発想が欠けてい
る。 単位セルの集合体としての濃度分布マスクを構成して
いるため、光透過量の隣接効果(光回折量の差)を考慮
するのが難しい。具体的には、従来技術1では全く隣接
効果を考慮していない。このため、セル内のパターン配
置が部分的、局所的に偏ると、所望の形状が製作できな
い。単純な凸形状ではこれを経験的に補正することはで
きるが、フレネルレンズのような不連続面を有する形状
では補正ができない。これに対して、従来技術2では隣
接効果を平準化することができる。 濃度分布マスクの単位セルがデジタルデータ(遮光膜
の有無のみによりパターンを形成していること)で製作
されているため、感光性材料の高感度特性に関して滑ら
かな三次元表面形状の形成ができていない。特に、フレ
ネルレンズ形状のような垂直面を製作することができな
い。 半導体分野においては、二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った。従って、高さ方向
に変化する三次元形状を高精度に制御することは目的と
されなかった。 フレネルレンズのように急激に立ち上がる不連続面を
有する場合には、隣接効果によって回折(光の回り込
み)によって、垂直部の形成が困難である。他の方法と
して、HEBSガラス法と呼ばれる濃度分布マスク製作
方法がある。これは、ガラス材料の中に銀(Ag)イオ
ンを散在させ、これを電子線照射によって還元反応で黒
化させて、透過光量を制御する方法である。照射エネル
ギーに比例して黒化する。銀イオンを散在させる方法に
は、ガラス材料製作時に予め銀イオン成分を導入する
方法と、ガラス材料表面にイオン交換によって銀イオ
ン成分を導入する方法がある。の方法によるガラス材
料では、銀はガラス内部で化学反応によって黒化する。
の方法によるガラス材料では、銀は表面で電子線によ
り化学反応によって黒化する。いずれの方法も、電子線
照射によってガラスに所望のパターンを照射して光透過
率を制御する点では同じである。しかし、これらのいず
れの方法でも、i線ステッパーの場合、光透過率T=
6.3〜39%の範囲でしかなく階調数が少ないという
問題がある。このため、製作可能な三次元構造が限定さ
れるという問題がある。
However, these conventional techniques have the following problems. In the related art, when a desired surface shape is formed using a concentration distribution mask, the light transmittance and the light shielding are reduced because a simple arrangement such as a unit cell square is used to produce a desired target shape. There is a lack of ideas on how to control the quantity globally. Since the density distribution mask is configured as an aggregate of unit cells, it is difficult to consider the adjacent effect of the light transmission amount (difference in the amount of light diffraction). Specifically, Prior Art 1 does not consider the adjacent effect at all. Therefore, if the pattern arrangement in the cell is partially or locally biased, a desired shape cannot be manufactured. This can be corrected empirically with a simple convex shape, but cannot be corrected with a shape having a discontinuous surface such as a Fresnel lens. On the other hand, in the related art 2, the adjacent effect can be leveled. Since the unit cell of the concentration distribution mask is manufactured using digital data (a pattern is formed only by the presence or absence of a light-shielding film), it is possible to form a smooth three-dimensional surface shape with respect to the high sensitivity characteristics of the photosensitive material. Absent. In particular, vertical surfaces such as Fresnel lens shapes cannot be manufactured. In the semiconductor field, it was an object to arrange the presence or absence of a line pattern two-dimensionally. Therefore, it was not intended to control a three-dimensional shape that changes in the height direction with high accuracy. In the case of having a discontinuous surface which rises rapidly like a Fresnel lens, it is difficult to form a vertical portion due to diffraction (wraparound of light) due to an adjacent effect. As another method, there is a method of manufacturing a concentration distribution mask called a HEBS glass method. This is a method in which silver (Ag) ions are scattered in a glass material, and this is blackened by a reduction reaction by electron beam irradiation to control the amount of transmitted light. Blackening occurs in proportion to the irradiation energy. As a method of dispersing silver ions, there are a method of introducing a silver ion component in advance at the time of manufacturing a glass material, and a method of introducing a silver ion component by ion exchange on the surface of the glass material. In the glass material according to the above method, silver is blackened by a chemical reaction inside the glass.
In the glass material according to the method described above, silver is blackened by a chemical reaction on the surface by electron beams. Both methods are the same in that the glass is irradiated with a desired pattern by electron beam irradiation to control the light transmittance. However, in any of these methods, in the case of the i-line stepper, the light transmittance T =
There is a problem that the number of gradations is small and the range is only 6.3 to 39%. For this reason, there is a problem that the three-dimensional structure that can be manufactured is limited.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点を改良して、表面形状の新規な形成方法を
提供するものである。本発明では、下記課題を解決す
る。 各種の感光性材料の感度特性(感光性材料ごとに異な
る)に対応可能なフレキシブルな工程設定の考え方を示
すこと。 再現性の高いプロセスを提案し、それによって、低コ
スト化と、歩留まりを向上させること。具体的には、特
にフレネルレンズ形状のように、滑らかな曲面と垂直な
面とを有する三次元構造を製作すること。特に、垂直な
面の傾きを設計通りに90°にするプロセスを提案する
こと。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a novel method for forming a surface shape. The present invention solves the following problems. To demonstrate the concept of flexible process setting that can respond to the sensitivity characteristics of various photosensitive materials (different for each photosensitive material). Propose a process with high reproducibility, thereby reducing costs and improving yield. Specifically, to produce a three-dimensional structure having a smooth curved surface and a perpendicular surface, such as a Fresnel lens shape. In particular, to propose a process for making the inclination of the vertical plane 90 degrees as designed.

【0009】ここで、感光性材料の「感度曲線」は、概
略図1に示すように与えられている。当然のことである
が、感光性材料によって感度曲線は異なる。Aは感光性
材料の塗布膜厚、Bは感光初期の感光性材料除去量(こ
の量は感光性材料によってかなり小さい場合もある)、
Cは感光性材料が感光し始める照射光量で、CEL(コ
ントラスト・エンハンスト・リソグラフィー)効果によ
る初期照射光量(Eth)、Dは感光性材料の全膜厚除
去に要する照射光量、すなわち感光性材料が底部まで感
光する時の露光量(Eop)である。通常の半導体用感
光性材料は、ある露光量以上で感光するようになってい
る。Eth、Eopは感光性材料メーカーが用いるレジ
ストの特性値である。
Here, the "sensitivity curve" of the photosensitive material is given as schematically shown in FIG. As a matter of course, the sensitivity curve differs depending on the photosensitive material. A is the coating thickness of the photosensitive material, B is the amount of the photosensitive material removed at the beginning of the exposure (this amount may be considerably small depending on the photosensitive material),
C is the irradiation light amount at which the photosensitive material starts to be exposed, the initial irradiation light amount (Eth) by the CEL (contrast enhanced lithography) effect, and D is the irradiation light amount required for removing the entire thickness of the photosensitive material, that is, the photosensitive material Exposure amount (Eop) when light is exposed to the bottom. Ordinary photosensitive materials for semiconductors are designed to be exposed at a certain exposure amount or more. Eth and Eop are characteristic values of the resist used by the photosensitive material manufacturer.

【0010】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に応
じてCEL量及び感度曲線が異なる。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
光エネルギー量は指数関数で減少する反比例の関係にあ
る。従って、「光透過率」と感光性材料の残膜量を実験
データから求めると、感光性材料の厚さ方向に分布を有
するレジスト膜厚分布を形成することが可能となる。
[0010] Since the light transmission coefficient differs depending on the molecular structure contained in the photosensitive material, the CEL amount and the sensitivity curve differ depending on the photosensitive material. When light travels through the photosensitive material, the light energy (light amount) depends on the depth
Decrease. That is, the thickness (depth) of the photosensitive material and the amount of irradiation light energy are in inverse proportion to each other and decrease in an exponential function. Therefore, when the “light transmittance” and the remaining film amount of the photosensitive material are obtained from the experimental data, it is possible to form a resist film thickness distribution having a distribution in the thickness direction of the photosensitive material.

【0011】本発明は、半導体プロセスのように、ある
高さの感光性材料の2次元ラインパターンを形成するも
のではなく、「三次元形状即ち高さ方向にも制御された
パターン性を有する構造物」を形成するものである。半
導体分野では、ある程度のEth(CEL効果)があ
ること、完全に全膜厚が露光される光量(Eop)と
の比:Eth/Eopが適度に小さいこと(感度が高
い)、つまり図1の傾き(AB/CDの傾き)が大きい
ことが求められている。さらに、Ethにおける感光
性材料除去量(B)が大きいことも求められている。以
上が、半導体分野における感光性材料メーカーの目標値
であり、開発テーマである。
The present invention does not form a two-dimensional line pattern of a photosensitive material having a certain height as in a semiconductor process. Instead, the present invention discloses a "structure having a three-dimensional shape, that is, a pattern having a controlled height. Object ". In the semiconductor field, there must be a certain amount of Eth (CEL effect), and the ratio of the light amount (Eop) for completely exposing the entire film thickness: Eth / Eop should be appropriately small (high sensitivity). It is required that the inclination (AB / CD inclination) is large. Further, it is also required that the removal amount (B) of the photosensitive material in Eth is large. The above are the target values of photosensitive material manufacturers in the semiconductor field and development themes.

【0012】しかし、本発明のような濃度分布マスクを
使用した工法(本工法という)においては、Ethが小
さい(CEL効果が小さい)方が望ましい。なぜなら
ば、A−B間(または、C−D間)の感光性材料の感光
性を利用しているのが本工法の特徴であるためである。
また、感光初期の感光性材料除去量Bのレジストは、本
工法では無駄になる(使用できない領域)だけではな
く、光量Cまで露光すると急にB量だけ感光性材料が除
去されるという不具合が生じる。この点を解決して感光
性材料除去量を変化させうる領域(図1ではA−B間)
を広げようとするのが本発明の目的である。
However, in the method using the concentration distribution mask as in the present invention (referred to as the present method), it is desirable that Eth is small (the CEL effect is small). This is because the method of the present invention utilizes the photosensitivity of the photosensitive material between AB (or CD).
In addition, the resist of the photosensitive material removal amount B in the initial stage of the exposure is not only wasted (unusable area) by the present method, but also the photosensitive material is suddenly removed by the B amount when exposed to the light amount C. Occurs. A region where the photosensitive material removal amount can be changed by solving this point (between AB in FIG. 1)
It is an object of the present invention to attempt to broaden this.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、濃度分布マス
ク工法を用いることによって、上記問題点を解決する方
法の提案である。本発明は、基板上に感光性材料を塗布
し、目的とする表面形状に対応して透過率が段階的に変
化する2次元的な透過率分布を持った濃度分布マスクを
用いて前記感光性材料を露光し現像して前記基板上に三
次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材
料パターンを基板に彫り写すことにより三次元構造の表
面形状をもつ物品を製造する方法において、前記露光は
マスクを変えた複数の露光工程からなる多段階露光と
し、かつそのうちの1つの露光工程として感光性材料の
CEL層を除去するための光量により感光性材料層を照
射する工程を含んでいることを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention proposes a method for solving the above-mentioned problems by using a density distribution mask method. According to the present invention, a photosensitive material is applied on a substrate, and the photosensitive material is coated using a density distribution mask having a two-dimensional transmittance distribution in which the transmittance changes stepwise according to a target surface shape. A method for manufacturing an article having a three-dimensional structure surface shape by exposing and developing a material to form a three-dimensional structure photosensitive material pattern on the substrate, and engraving the photosensitive material pattern on the substrate, The exposure is a multi-step exposure including a plurality of exposure steps with different masks, and one of the exposure steps includes a step of irradiating the photosensitive material layer with a light amount for removing the CEL layer of the photosensitive material. It is characterized by having.

【0014】露光に用いる濃度分布マスクは、透明基板
上に2次元の光強度分布を有する遮光パターンが形成さ
れたものであり、適当な形状及び大きさの単位セルによ
り隙間なく分割されており、各単位セル内の遮光パター
ンが感光性材料パターンの対応した位置の高さに応じた
光透過量又は遮光量となるように設定されていることに
より遮光パターンが構成されているものであり、基板上
に感光性材料層を形成し、上記濃度分布マスクを用いた
露光を行なうものである。
The density distribution mask used for exposure is formed by forming a light-shielding pattern having a two-dimensional light intensity distribution on a transparent substrate, and is divided without gaps by unit cells having an appropriate shape and size. The light-shielding pattern in each unit cell is configured such that the light-transmitting amount or the light-shielding amount is set according to the height of the corresponding position of the photosensitive material pattern. A photosensitive material layer is formed thereon, and exposure is performed using the concentration distribution mask.

【0015】本発明では、上記の「適当な形状及び大き
さの単位セルにより隙間なく分割されており、各単位セ
ル内の遮光パターンが所望の形状に応じた光透過量及び
遮光量となるように設定されている濃度分布マスク」を
用いて製作する三次元構造形成技術において、予め設計
された濃度分布マスクを複数枚用意し、このマスクで順
次露光することによって所望の構造を得ようとするもの
である。
In the present invention, the above-mentioned "unit cells having an appropriate shape and size are divided without gaps, and the light-shielding pattern in each unit cell has a light transmission amount and a light-shielding amount corresponding to a desired shape. In the three-dimensional structure forming technology manufactured using the "density distribution mask set in", a plurality of pre-designed density distribution masks are prepared and a desired structure is obtained by sequentially exposing with this mask. Things.

【0016】具体的には、所望の特殊表面形状を形成す
べき基板材料表面上に所定の厚さに光感光性材料を塗布
して感光性の材料層を形成し、目的の表面形状に対応し
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
る濃度分布マスクを用い、光感光性材料層にマスクパタ
ーンを露光する。すなわち、目的とする基板材料上に感
光性材料を塗布し、この感光性材料を露光し、最終目的
の三次元構造にパターニングするのに使用する濃度分布
マスクを使用して露光するものである。
More specifically, a photosensitive material layer is formed by applying a photosensitive material to a predetermined thickness on the surface of a substrate material on which a desired special surface shape is to be formed, and the photosensitive material layer is formed according to the desired surface shape. Then, a mask pattern is exposed on the photosensitive material layer by using a concentration distribution mask in which the transmittance changes stepwise, which is designed in advance by a separate method. That is, a photosensitive material is applied on a target substrate material, the photosensitive material is exposed, and the photosensitive material is exposed using a concentration distribution mask used for patterning into a final target three-dimensional structure.

【0017】本発明は、次のステップを含んでいる。 (ステップ1)準備段階として、使用する感光性材料に
いろいろの強度の光を照射してこの材料の感度曲線(特
性)を予め測定する。 (ステップ2)この結果から、感光性材料特有の初期感
光除去量(CEL)を求める。
The present invention includes the following steps. (Step 1) As a preparatory step, a photosensitive material to be used is irradiated with light of various intensities, and a sensitivity curve (characteristic) of the material is measured in advance. (Step 2) From this result, an initial light removal amount (CEL) specific to the photosensitive material is obtained.

【0018】(ステップ3)露光用マスクを複数枚用意
して感光性材料を多段階露光する。ここで照射する露光
量は、 目的の構造をパターニングするに要する露光量=第1段
露光量+第2段露光量+………+第n段露光量 の関係で示される。この式を満たすように各段階の露光
量を決定する。ここで、「目的の構造をパターニングす
るに要する露光量」とは、塗布した感光性材料を基板表
面まで確実に露光し、現像、リンス後には感光性材料で
繋がっていない独立したパターンを形成するに要する光
照射量である。
(Step 3) A plurality of exposure masks are prepared and the photosensitive material is exposed in multiple stages. Here, the amount of exposure to be irradiated is represented by the following relationship: exposure amount required for patterning a target structure = first-stage exposure amount + second-stage exposure amount +... + N-th-stage exposure amount. The exposure amount at each stage is determined so as to satisfy this equation. Here, the “exposure amount required for patterning the target structure” means that the applied photosensitive material is securely exposed to the substrate surface, and after development and rinsing, an independent pattern not connected by the photosensitive material is formed. The amount of light irradiation required for

【0019】ここで、例えば2段階露光の場合を考える
と、 目的の構造をパターニングするに要する露光量=第1段
露光量+第2段露光量である。これを書き換えると、 (第1段露光量)=(目的の構造をパターニングするに
要する露光量)−(第2段露光量) である。ここで、第2段露光量=CEL除去の光量とす
ると、 (第1段露光量)=(目的の構造をパターニングするに
要する露光量)−(CEL除去の光量) である。つまり、第1段露光量は、「パターニングする
に要する露光量」から「CEL除去の光量」を引いた光
量である。
Here, for example, in the case of two-stage exposure, the exposure required for patterning a target structure = the first-stage exposure + the second-stage exposure. In other words, (first-stage exposure amount) = (exposure amount required for patterning a target structure)-(second-stage exposure amount). Here, assuming that the second stage exposure amount = the light amount for CEL removal, (first stage exposure amount) = (the exposure amount required for patterning a target structure) − (the light amount for CEL removal). That is, the first-stage exposure amount is a light amount obtained by subtracting the “light amount for CEL removal” from the “exposure amount required for patterning”.

【0020】ここでは、「CEL除去の光量」は感光性
材料個有の値であるから、第1段露光量はレジストが変
わっても簡単に計算で求めることができ、必然的に決定
される。
Here, since the "light amount for CEL removal" is a value unique to the photosensitive material, the first-stage exposure amount can be easily obtained by calculation even if the resist changes, and is necessarily determined. .

【0021】また、3段階以上の露光を行なう場合に
は、上記第1段階露光量を必要に応じて分割して露光す
る。本発明では、「CEL層を除去するための露光」工
程を独立して設けるが、この工程は1回の露光工程に限
定する理由はない。つまり、この工程は、CEL除去に
必要な光量を2回以上に分割して露光することもでき
る。
In the case where three or more exposure steps are performed, the first-step exposure is divided and exposed as necessary. In the present invention, the “exposure for removing the CEL layer” step is provided independently, but there is no reason to limit this step to one exposure step. That is, in this step, the light amount required for CEL removal can be divided into two or more times for exposure.

【0022】濃度分布マスク工法は、レジスト熱変形工
法に比べて次のような利点を持っている。 (1)隣接間隔を限りなく零に近づけた微小ピッチのマ
イクロ・レンズ・アレイ(MLA)は隣接部の高さが隣
接接線断面(図9(D)に示されるもの)で異なってい
る。なお、図9で、(A)は微小ピッチのマイクロ・レ
ンズ・アレイの部分平面図、(B)はそのA−A線位置
での断面図、(C)はそのB−B線位置での断面図、
(D)はそのC−C線位置での断面図で隣接接線断面と
呼ばれるものである、しかし、そのような微小ピッチの
マイクロ・レンズ・アレイの形状を従来のレジスト熱変
形工法で製作しようとしても目的の設計通りのMLA構
造を製作できない。また従来のレジスト熱変形工法で
は、レジストの複数回塗布工法によって間隔を小さく、
あるいは、隣接断面高さを目的値に近づけることはでき
るが、独立(孤立)したレジストブロックを形成するた
めに隣接するMLAの間隔を零にすることは事実上不可
能である。 (2)フレネルレンズの形成は、従来のレジスト熱変形
方法では不可能であった。 (3)従来のレジスト熱変形工法では、直径500μm
程度が大口径レンズの限界であった。 (4)濃度分布マスク工法は非球面形状を容易に製作で
きる。 (5)トロイダル等の異形レンズも容易に製作できる。 (6)プリズム、ピラミッド等に代表される単調増加の
凸構造も容易に製作できる。 (7)マイクロマシニング等の複雑な構造物も容易に製
作できる。
The concentration distribution mask method has the following advantages over the resist thermal deformation method. (1) In a micro-lens array (MLA) having a very small pitch in which the distance between adjacent pixels is as close to zero as possible, the heights of adjacent portions are different in adjacent tangential cross sections (shown in FIG. 9D). In FIG. 9, (A) is a partial plan view of a micro-lens array having a fine pitch, (B) is a cross-sectional view taken along the line AA, and (C) is a cross-sectional view taken along the line BB. Sectional view,
(D) is a cross-sectional view taken along the line C-C, which is called an adjacent tangential cross-section. However, it is attempted to fabricate such a micro-pitch micro-lens array with a conventional resist thermal deformation method. However, the MLA structure cannot be manufactured as designed. In the conventional resist thermal deformation method, the interval is reduced by applying the resist multiple times,
Alternatively, the height of the adjacent cross section can be made close to the target value, but it is practically impossible to make the interval between adjacent MLAs zero to form an independent (isolated) resist block. (2) The Fresnel lens cannot be formed by the conventional resist thermal deformation method. (3) In the conventional resist thermal deformation method, the diameter is 500 μm.
The extent was the limit of large aperture lenses. (4) The density distribution mask method can easily produce an aspherical shape. (5) A deformed lens such as a toroid can be easily manufactured. (6) A monotonically increasing convex structure represented by a prism, a pyramid or the like can be easily manufactured. (7) Complex structures such as micromachining can be easily manufactured.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】露光の第一段階においては設計時
の露光量(目的の構造をパターニングするに要する露光
量)よりも少なく露光し、露光の第二段階以降において
は第一段階で少なく露光した光量分を追加で露光する工
程からなることが好ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the first stage of exposure, the exposure is smaller than the exposure amount at the time of design (the exposure amount required for patterning a target structure). It is preferable to include a step of additionally exposing the exposed light amount.

【0024】第一段階で少なく露光する光量分とは、設
計時の露光量よりもCEL層を除去するための光量分で
ある(請求項2)。この場合、CEL除去の露光に使用
するマスクには、上記に述べた技術的思考を達する為に
全面均一のGMパターンNo.(GMパターンは単位セ
ルの遮光膜パターンであり、GMパターンNo.は単位
セルの透過率に該当する。)を配置した均一濃度マスク
で一括露光することができる(請求項3)。
The amount of light to be exposed in the first stage is the amount of light for removing the CEL layer from the amount of exposure at the time of design (claim 2). In this case, the mask used for the exposure for CEL removal includes a uniform GM pattern No. (the GM pattern is a light shielding film pattern of a unit cell, and a GM pattern No. A batch exposure can be performed with a uniform density mask in which the transmittance corresponds to the transmittance of the unit cell.

【0025】また、本発明では、「CEL除去の光量を
照射する」との技術的思想が守られていれば照射の回数
や照射量の組み合わせは工程設定上の技術者の選択の範
囲内である。そのため、第1段階目の露光工程を設計時
の露光量よりも少なく露光するとしても、その第1段階
目の露光を1回の露光と規定すべき理由はない。つま
り、この露光工程を2以上の露光工程に分割して露光し
てもよい(請求項4)。
In the present invention, if the technical idea of "irradiating the light amount for CEL removal" is adhered to, the number of irradiations and the combination of the irradiation amounts are within the range of selection by a technician in process setting. is there. Therefore, even if the first-stage exposure process is performed with a light exposure smaller than the designed exposure amount, there is no reason to define the first-stage exposure as one exposure. That is, this exposure step may be divided into two or more exposure steps for exposure.

【0026】本発明を実現する為のGMパターン配置方
法の好ましい方法は、CEL層を除去する為に露光する
光量を考慮して行なう方法である。つまり、CEL除去
の為に露光する光量の分だけ少なく照射する必要がある
から、所望の構造を製作する為のGMマスクパターン配
置は、感度曲線から求められるGMパターンNo.より
も小さい番号(すなわち、光透過量が少ない)を配置す
る。また、同様の理由によって所望の構造の最上部に対
応するGMパターンNo.は、零番(全部黒:光透過率
零)とする(請求項5)。零番とすることによって、零
番パターン下ではレジストが全く除去されずに残る(C
EL層はすべて残る。)。これを除去して所望の構造を
作り込むために「CEL層除去の露光」を行なう。
A preferred GM pattern arranging method for realizing the present invention is a method in which the amount of light to be exposed for removing the CEL layer is taken into consideration. In other words, since it is necessary to irradiate a small amount of light for exposure to remove the CEL, the GM mask pattern arrangement for manufacturing a desired structure has a smaller number than the GM pattern No. obtained from the sensitivity curve (ie, , Light transmission amount is small). For the same reason, the GM pattern No. corresponding to the uppermost part of the desired structure is set to the zeroth (all black: zero light transmittance) (claim 5). By setting the number to zero, the resist remains without being removed at all under the zero number pattern (C
All the EL layers remain. ). “CEL layer removal exposure” is performed to remove this and form a desired structure.

【0027】このように、第一段階の露光で使用するマ
スクとして所望の構造を製作するために感光性材料の感
度曲線から求められるGMパターンNo.よりも光透過
量が少なくなるように設定されたGMパターンNo.に
より構成されたマスクを使用することにより、第一段階
の露光と第二段階以降の露光とで露光機の光源光量を一
定のままで露光を行なうことができる。
As described above, in order to produce a desired structure as a mask used in the first-stage exposure, the light transmission amount is set to be smaller than the GM pattern No. obtained from the sensitivity curve of the photosensitive material. By using the mask constituted by the GM pattern No., it is possible to perform the exposure while keeping the light source light amount of the exposing machine constant between the exposure in the first stage and the exposure in the second and subsequent stages.

【0028】従来工法では、次の〜の問題がある。 フレネルレンズ形状は、変曲点(レンズ輪帯数が変わ
る部分では急激に高さが高くなる)が存在する。これを
従来工法で実施すると、隣接効果によって立ち上がりの
角度が90°にならない。 隣接効果によってレンズの周辺部では(2輪帯以降の
部分)では、レンズの高さが低くなる。 単純凸形状の場合には、レンズ頂点部分のサイドエッ
チングにより形状が細ることがある。 上記方法を用いれば、立ち上がりの角度が90°に近
くなり、レンズ高さが等しくなり、サイドエッチン
グが防止されるか、少なくなる。その結果、三次元微細
構造物及びフレネルレンズ構造物を容易に製造すること
ができる。感光性材料で構成した構造物は、ドライエッ
チング法を用いて基板材料に転写すれば、基板材質と同
じ材質をもつ三次元構造物を得ることができる。基板材
料がガラス材料である場合は光学性能を発揮できるし、
Si等の材料を用いればマイクロマシーン等を製作でき
る。ドライエッチング法で三次元構造を転写する際、僅
かながら基板面に平行な方向のドライエッチング成分が
存在する。このエッチング成分は、感光性材料がプラズ
マにさらされている時間が長いほど形状を崩す働きをす
るが、所望の形状の頂点部分に僅かに感光性材料を残す
ことによって、サイドエッチングの影響を低減すること
が可能になる。
The conventional method has the following problems. The Fresnel lens shape has an inflection point (the height suddenly increases in a portion where the number of lens zones changes). When this is performed by the conventional method, the rising angle does not become 90 ° due to the adjacent effect. Due to the adjacent effect, the height of the lens is reduced in the peripheral portion of the lens (the portion after the two orbicular zones). In the case of a simple convex shape, the shape may be narrowed by side etching of the vertex of the lens. When the above method is used, the rising angle is close to 90 °, the lens height is equal, and the side etching is prevented or reduced. As a result, a three-dimensional microstructure and a Fresnel lens structure can be easily manufactured. When a structure composed of a photosensitive material is transferred to a substrate material using a dry etching method, a three-dimensional structure having the same material as the substrate material can be obtained. If the substrate material is a glass material, it can exhibit optical performance,
If a material such as Si is used, a micro machine or the like can be manufactured. When a three-dimensional structure is transferred by a dry etching method, a dry etching component slightly exists in a direction parallel to the substrate surface. This etching component breaks the shape as the photosensitive material is exposed to the plasma for a longer time, but reduces the effect of side etching by leaving the photosensitive material slightly at the top of the desired shape. It becomes possible to do.

【0029】本発明を図面を参照してより具体的に説明
する。なお、以下では具体的なレジストを取り上げて説
明する。当然、レジストによってCEL、感度曲線は異
なるので、以下の説明は一例である。図2は露光を2段
階で行なう場合の感度曲線の実測値を示したものであ
る。横軸は単位セルの光透過率に該当するGMパターン
No.であり、数値が大きくなるほど光透過率が直線的
に増大していく。縦軸は露光、現像後のレジスト除去量
で、Xはレジストの全膜厚が除去されたときの除去量で
ある。
The present invention will be described more specifically with reference to the drawings. In the following, a specific resist will be described. Naturally, the CEL and the sensitivity curve differ depending on the resist, so the following description is an example. FIG. 2 shows measured values of a sensitivity curve when exposure is performed in two stages. The horizontal axis is the GM pattern No. corresponding to the light transmittance of the unit cell, and the light transmittance increases linearly as the numerical value increases. The vertical axis represents the resist removal amount after exposure and development, and X represents the removal amount when the entire resist film thickness is removed.

【0030】目的の構造をパターニングするに要する露
光量をW=1000mJとし、第2段露光量=CEL除
去の光量をW=240mJとすると、第1段露光量はW
=760mJとなる。第1段階目の露光では、各GMパ
ターンとレジスト除去量の関係はEFGH線で表される
ものとなる。この段階では現像はしないので、実際には
レジスト除去は行なわないが、該当するレジスト除去量
は図示のものとなる。GMパターン82以上の透過率の
単位セルでは、光量が抑えられているため、レジスト除
去量Yで飽和している。
Assuming that the exposure required for patterning the target structure is W = 1000 mJ and the second-stage exposure is W = 240 mJ for the CEL removal amount, the first-stage exposure is W = 240 mJ.
= 760 mJ. In the first stage exposure, the relationship between each GM pattern and the amount of resist removal is represented by EFGH lines. Since no development is performed at this stage, the resist is not actually removed, but the corresponding resist removal amount is as shown in the figure. In the unit cell having the transmittance equal to or higher than the GM pattern 82, the light amount is suppressed, and the unit cell is saturated at the resist removal amount Y.

【0031】次に、第2段階目の露光では、GMパター
ンNo.42を全面に均一配置したマスクを用いてレジ
スト全面を等光量で露光する。第2段階目の露光終了時
の各GMパターンとレジスト除去量の関係はIJKLM
N線で表されるものとなる。この段階で現像をすれば、
IJKLMN線で表された関係でレジストが除去された
三次元的なレジストパターンが得られる。
Next, in the second stage of exposure, the entire surface of the resist is exposed with an equal amount of light using a mask in which GM pattern No. 42 is uniformly arranged on the entire surface. The relationship between each GM pattern and the resist removal amount at the end of the second stage exposure is IJKLM.
It is represented by the N line. If you develop at this stage,
A three-dimensional resist pattern from which the resist has been removed in the relationship represented by the IJKLMN line is obtained.

【0032】図2の結果をみると、露光を2段階にわけ
ることにより、第2段階目の露光によりレジスト除去量
が増加し、グラフは上に移動し、パターンニング可能な
レジスト膜厚はYからXに増加する。また、第1段階目
の露光でパターンニング可能な階調数はF−G間の36
階調(82−46)であったものが、第2段階目の露光
によりJ−M間の49階調(91−42)に増加してい
る。
Referring to the results of FIG. 2, the exposure is divided into two stages, the amount of resist removed by the second stage exposure increases, the graph moves upward, and the resist film thickness that can be patterned is Y. To X. Further, the number of gradations that can be patterned by the first-stage exposure is 36 to FG.
The gradation (82-46) is increased to 49 gradations (91-42) between J and M by the exposure at the second stage.

【0033】図3はこの2段階による露光の露光段階ご
とのレジストパターン変化を概念的に示したものであ
る。(A)は第1段階目の露光後の状態を表わしてい
る。10は基板、12はレジスト層、14は第1段階目
の露光により感光された領域で、もしこの段階で現像す
れば、レジスト12は表面側からその線14で示される
部分までしか除去されない。GMパターンNo.46以
下の領域はCEL効果によって除去されず、またGMパ
ターンNo.82以上の領域であっても光量が抑えられ
ているためレジスト除去範囲は基板までは到達しない。
FIG. 3 conceptually shows a change in the resist pattern in each of the two exposure steps. (A) shows the state after the first-stage exposure. Reference numeral 10 denotes a substrate, 12 denotes a resist layer, and 14 denotes a region exposed by the first-stage exposure. If development is performed at this stage, the resist 12 is removed only from the surface side to the portion indicated by the line 14. The region below the GM pattern No. 46 is not removed by the CEL effect, and even in the region above the GM pattern No. 82, the resist removal range does not reach the substrate because the amount of light is suppressed.

【0034】(B)は第2段階目の露光後の状態を表わ
している。GMパターンNo.42に相当する光量を全
面に照射することにより全体としてレジスト除去領域が
線14aで示されるところまで進んでいる。(C)は現
像後のレジストパターン14bを示している。
(B) shows a state after the second stage exposure. By irradiating the entire surface with the light amount corresponding to the GM pattern No. 42, the resist removal region as a whole is advanced to the position indicated by the line 14a. (C) shows the resist pattern 14b after development.

【0035】[0035]

【実施例】(濃度分布マスクの設計)マイクロレンズの
隣接間隔を限りなく零に近づけた微小ピッチMLAの例
を示す。液晶プロジェクタ用MLAにおいて、0.9”
−XGA用の画素サイズは、18μm×18μmであ
る。このMLAにおいては、レンズの両側に各1μmづ
つのレンズ非形成部がある場合は、17μm×17μm
のマイクロレンズ領域となり、全体の面積に占めるML
A面積は、17×17/18×18=289/324=
0.89となり、MLAで全ての光を有効に集光するこ
とができても89パーセントの集光効率でしかない。即
ち、MLAの非形成部の面積を小さくすることが光利用
効率を向上させるには重要であり、この実施例ではその
レンズ非形成部を零に近づける。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Design of Density Distribution Mask) An example of a fine pitch MLA in which the distance between adjacent microlenses is made as close as possible to zero is shown. 0.9 "in MLA for liquid crystal projector
The pixel size for XGA is 18 μm × 18 μm. In this MLA, if there is a lens non-forming portion of 1 μm on each side of the lens, 17 μm × 17 μm
And the ML occupying the entire area
A area is 17 × 17/18 × 18 = 289/324 =
It is 0.89, and even if all the light can be effectively collected by the MLA, the light collection efficiency is only 89%. In other words, it is important to reduce the area of the non-formed portion of the MLA in order to improve the light use efficiency. In this embodiment, the non-formed portion of the MLA is made close to zero.

【0036】具体的には、1/5倍(縮小の)ステッパ
ーを用いる場合、実際に製作した濃度分布マスクレチク
ルパターン寸法は、90μm×90μmである。この1
個のMLAを3.0μmの単位セルに分割し縦×横=3
0×30(個)=900(個)の単位セルに分割する。
Specifically, when a 1/5 (reduced) stepper is used, the actually manufactured density distribution mask reticle pattern dimension is 90 μm × 90 μm. This one
MLA are divided into 3.0 μm unit cells, and the height × width = 3
It is divided into 0 × 30 (pieces) = 900 (pieces) unit cells.

【0037】次に、中央部の2×2単位セル(濃度分布
マスクレチクル上では6μm×6μm、実際のパターン
では1.2μm×1.2μm)にはセルNo.1番(クロ
ム全部残り)を配置する。また、レンズ四隅部分はセル
No.80番(クロム残り部分なし)を配置する。この
間のNo.1〜No.80のセルには、各「階調」に対応
する「開口面積」を対応させる。この関係は、露光プロ
セスとレジスト感度曲線から得られる関係である。勿
論、レジスト材料や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。このようにして、MLA濃度
分布マスクレチクルのCADデータを作成する。
Next, in the central 2 × 2 unit cell (6 μm × 6 μm on the density distribution mask reticle, 1.2 μm × 1.2 μm in the actual pattern), cell No. 1 (all chromium remains) Deploy. Cell No. 80 (no chrome remaining portion) is arranged at the four corners of the lens. The “opening area” corresponding to each “gradation” is made to correspond to the cells of No. 1 to No. 80 during this time. This relationship is obtained from the exposure process and the resist sensitivity curve. Of course, it is necessary to grasp the sensitivity curve each time the resist material or process is different. Thus, CAD data of the MLA density distribution mask reticle is created.

【0038】(濃度分布マスクレチクルの製作)上記の
ようにして作成したCADデータを図4に示すレーザー
光照射装置(リコー光学株式会社の製品)を用いてレー
ザー光を照射しレジスト材料に描画を行なった。このレ
ーザー光照射では、所望の形状に応じて最適のビーム形
状を決定し、多角形形状や円形状などをアパチャーで整
形することができる。
(Production of Concentration Distribution Mask Reticle) The CAD data created as described above is irradiated with a laser beam using a laser beam irradiation apparatus (a product of Ricoh Optical Co., Ltd.) shown in FIG. Done. In this laser beam irradiation, an optimal beam shape can be determined according to a desired shape, and a polygonal shape, a circular shape, or the like can be shaped by an aperture.

【0039】図4に示すレーザー光照射装置は、レーザ
ー光発振装置1、レーザー光発振装置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、ミラー3
で折り曲げられたレーザー光を変調する光変調器4、デ
ータバスからの信号により光変調器4を制御して個々の
レーザー光のON・OFFを制御する光変調制御装置
5、光変調器4からのレーザー光を偏向する光偏向器
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、並びに光偏向器6の
動作とX−Yステージ8の動作を制御する制御装置9な
どの主要構成部品から構成されている。
The laser beam irradiation device shown in FIG. 4 includes a laser beam oscillator 1, a beam splitter 2 for dividing the laser beam from the laser beam oscillator 1 into a plurality of laser beams, a mirror 3 for bending the optical path of the laser beam, and a mirror. 3
The optical modulator 4 modulates the laser light bent by the optical modulator 4. The optical modulator 4 controls the optical modulator 4 by a signal from the data bus to control ON / OFF of each laser light. A light deflector 6 for deflecting the laser light, an objective lens 7 for condensing the laser light on the resist material layer, and a mask blank placed thereon in the X direction and Y direction.
It is composed of main components such as an XY stage 8 that moves in the direction, and a control device 9 that controls the operation of the optical deflector 6 and the operation of the XY stage 8.

【0040】このレーザー光照射装置は、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及び偏向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、この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
過領域又は遮光領域を所望の透過率分布になるように2
次元的にパターン形成を行なう。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量分
布に応じてレーザー光の照射が制御され、各単位セル内
の光透過領域又は遮光領域を増加または減少させるドッ
トの配列が制御される。単位セル形状とドット形状は目
的とする製品により適当なものを選択すればよい。
This laser beam irradiation apparatus controls the operation of the XY stage 8 according to the design data, and controls the ON / OFF and deflection of each laser beam so that a desired mask is formed on the resist material layer of the mask blank. Draw a pattern. That is, the resist material layer is irradiated with laser light by the laser light irradiation device so that the light transmitting region or the light shielding region is set to have a desired transmittance distribution for each unit cell.
Pattern formation is performed in a two-dimensional manner. At this time, the irradiation of the laser beam is controlled in accordance with the transmission amount distribution of each unit cell calculated according to the desired special surface shape, and the light transmitting area or the light shielding area in each unit cell is increased or decreased. The arrangement of the dots is controlled. An appropriate unit cell shape and dot shape may be selected depending on the target product.

【0041】上記のようにして作成したCADデータを
図4に示したレーザー光照射装置にインストールして、
X−Yステージとレーザー光のON,OFF及びビーム
形状をアパチャーで制御しながら、所定の方法で濃度分
布マスクブランクスに露光した。そして、所定の方法で
現像、リンスを行なってレジスト材料層をパターニング
した。その後、ドライエッチングにてCr膜のパターニ
ングを行なった。
The CAD data created as described above is installed in the laser beam irradiation device shown in FIG.
The density distribution mask blanks were exposed by a predetermined method while controlling the ON / OFF of the XY stage and the laser beam, and the beam shape by the aperture. Then, development and rinsing were performed by a predetermined method to pattern the resist material layer. Thereafter, the Cr film was patterned by dry etching.

【0042】レーザービーム描画方法を用い、描画ビー
ム形状を矩形にして描画領域を螺旋状に増加させていく
ことにより電子線描画方法よりも高い再現性を得ること
ができる。描画領域が円形の場合には、レーザービーム
描画方法は描画領域の直径が0.2μm以上のときは非
常に高い再現性を得ることができる。描画領域の直径が
0.2μmより小さくなると再現性が悪くなってくる
が、電子線描画方法では描画領域の寸法が0.5μmよ
り小さくなると再現性が悪くなるのに比べると、再現性
が格段に優れている。
By using a laser beam drawing method and making the drawing beam shape rectangular and increasing the drawing area spirally, higher reproducibility than the electron beam drawing method can be obtained. When the drawing area is circular, the laser beam drawing method can obtain extremely high reproducibility when the diameter of the drawing area is 0.2 μm or more. When the diameter of the drawing area is smaller than 0.2 μm, the reproducibility deteriorates. However, in the electron beam drawing method, when the dimension of the drawing area is smaller than 0.5 μm, the reproducibility deteriorates. Is excellent.

【0043】「隣接効果」の予測は単位セルの形状に依
存する。単位セル形状が正方形や長方形の場合には矩形
のドットにより正確に描画できるため、隣接効果を計算
で予測することができる。
The prediction of the "adjacent effect" depends on the shape of the unit cell. When the unit cell shape is a square or a rectangle, it can be accurately drawn by a rectangular dot, so that the adjacent effect can be predicted by calculation.

【0044】(濃度分布マスクレチクル製作の具体例) 疎サイズの液晶用MLAの製作:濃度分布マスクレチク
ルを製作するに当たり、感光性材料であるレジスト材料
として、ポジ型レジスト材料のTGMR−950BE
(東京応化(株)の製品)を用いた。
(Specific Example of Fabricating Concentration Distribution Mask Reticle) Fabrication of MLA for Sparse Liquid Crystal: In producing concentration distribution mask reticle, TGMR-950BE of a positive resist material is used as a resist material which is a photosensitive material.
(A product of Tokyo Ohka Co., Ltd.).

【0045】濃度分布マスクは、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量又は遮光量
が制御されたものとした。勿論、所望の形状に応じて最
適の単位セルを決め最適なドットで製作すればよい。こ
こでは説明を簡単にするために、正方形で説明する。光
透過量の制御方法は、Cr開口面積の制御、Cr膜
厚の制御、との組合わせ方法がある。ここでは、
の方法を採用した。
The density distribution mask is composed of unit cells divided into squares, and the amount of light transmission or light shielding in each unit cell is controlled. Of course, an optimum unit cell may be determined according to a desired shape and manufactured with optimum dots. Here, for the sake of simplicity, the description will be made using a square. As a method of controlling the amount of light transmission, there is a method of combining the control of the Cr opening area and the control of the Cr film thickness. here,
Method was adopted.

【0046】濃度分布マスクレチクルを製作するため
に、透明ガラス基板上に例えば200nm厚さのCr膜
を成膜し、その上に上記のレジスト材料を塗布する。そ
のレジスト材料に図4のレーザー光照射装置を用いてレ
ーザー光を照射し描画を行なった。その後、現像とリン
スを経てレジスト材料層にマスクパターンを形成し、そ
のレジストパターンをエッチングマスクとしてCr膜を
ドライエッチングすることにより、Cr膜をパターン化
し、濃度分布マスクを製作した。
In order to manufacture a concentration distribution mask reticle, a Cr film having a thickness of, for example, 200 nm is formed on a transparent glass substrate, and the above-mentioned resist material is applied thereon. The resist material was irradiated with laser light using the laser light irradiation apparatus shown in FIG. 4 to perform drawing. Thereafter, a mask pattern was formed on the resist material layer through development and rinsing, and the Cr film was dry-etched using the resist pattern as an etching mask, thereby patterning the Cr film to produce a concentration distribution mask.

【0047】図5は、濃度分布マスクの代表的な配置例
として20μm×20μmのマイクロレンズのためのも
のの例を示す。単位セルは、碁盤の目状の正方形形状で
ある。単位セルは必ずしも正方形である必要はなく、所
望の形状に応じて他の多角形形状にすることが望まし
い。斜線部はCr膜が残存している部分である。
FIG. 5 shows an example of a typical arrangement of density distribution masks for a microlens of 20 μm × 20 μm. The unit cell has a square shape like a grid. The unit cell does not necessarily have to be a square, but is desirably another polygonal shape according to a desired shape. The hatched portion is the portion where the Cr film remains.

【0048】(液晶用微小寸法MLA製作の具体例)濃
度分布マスクレチクル製作の具体例の濃度分布マスクレ
チクル(図5のもの)をマスクとして使用し、図6に示
す縮小投影露光装置(1/5ステッパー)を使用して露
光を行なって、レジストパターンを形成し、それを光学
デバイス用材料に転写して製作した液晶プロジェクタ用
MLAの例を述べる。
(Specific Example of Manufacturing Micro-Dimensional MLA for Liquid Crystal) Using the density distribution mask reticle (shown in FIG. 5) of the specific example of manufacturing the density distribution mask reticle as a mask, a reduction projection exposure apparatus (1/1) shown in FIG. An example of an MLA for a liquid crystal projector manufactured by exposing using a 5 stepper) to form a resist pattern and transferring it to a material for an optical device will be described.

【0049】まず、その縮小投影露光装置の説明を行な
う。光源ランプ30からの光は、集光レンズ31により
集光され、露光用マスク32を照射する。マスク32を
透過した光は、縮小倍率の結像レンズ33に入射し、ス
テージ34上に載置された光学デバイス用材料37の表
面に、マスク32の縮小像、即ち、透過率分布の縮小像
を結像する。光学デバイス用材料37を載置したステー
ジ34は、ステップモーター35,36の作用により、
結像レンズ33光軸に直交する面内で、互いに直交する
2方向へ変位可能であり、光学デバイス用材料37の位
置を、結像レンズ33の光軸に対して位置合わせできる
ようになっている。
First, the reduced projection exposure apparatus will be described. Light from the light source lamp 30 is condensed by the condenser lens 31 and irradiates the exposure mask 32. The light transmitted through the mask 32 is incident on an imaging lens 33 having a reduction magnification, and a reduced image of the mask 32, that is, a reduced image of the transmittance distribution, is formed on the surface of the optical device material 37 placed on the stage 34. Is imaged. The stage 34 on which the optical device material 37 is placed is moved by the action of the step motors 35 and 36.
In a plane perpendicular to the optical axis of the imaging lens 33, the optical device can be displaced in two directions perpendicular to each other, and the position of the optical device material 37 can be aligned with the optical axis of the imaging lens 33. I have.

【0050】結像レンズ33によるマスク32の縮小像
を、光学デバイス用材料37のフォトレジスト層表面に
結像させる。この露光を、光学デバイス用材料37の全
面にわたって密に行なう。
The reduced image of the mask 32 by the imaging lens 33 is formed on the surface of the photoresist layer of the optical device material 37. This exposure is performed densely over the entire surface of the optical device material 37.

【0051】濃度分布マスクレチクルを製作した。ここ
で、マスクの設計においては、一例として図2に示すよ
うにGMパターンNo.42〜91番までを使って設計
した。図2に示すように、第1段階の露光では、82番
までしか感度を持っていないが、第2段階の露光をする
ことによって、感度の幅が広がる。このことは、露光量
を変化させると感度曲線が変化することと同じである。
同時に、露光できるレジストの厚さも厚くなる。
A density distribution mask reticle was manufactured. Here, the mask was designed using GM pattern Nos. 42 to 91 as an example as shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the exposure in the first stage, the sensitivity is only up to 82, but by performing the exposure in the second stage, the range of sensitivity is widened. This is the same as that the sensitivity curve changes when the exposure amount is changed.
At the same time, the thickness of the resist that can be exposed increases.

【0052】露光は、図6の1/5ステッパーで行なっ
た。ステッパー装置で下記露光条件からを連続して
行なった。最初に、目的形状を製作するGMマスクパタ
ーンで露光した例である。第1段階が、で、第2段
階がである。 GMパターンマスク デフォーカス:+5μm、照射量:390mW×0.8
0秒 GMパターンマスク デフォーカス:+1μm、照射量:390mW×0.2
8秒 全面#42番マスク デフォーカス:+5μm、照射量:390mW×1.0
2秒デフォーカス量の表示の+の符号は、焦点がレジス
ト表面の上方にあることを意 味している。この条件では、第1段階露光量が、照射量
390mW×1.08秒(照度:421mJ)、第2段
階露光量が、照射量390mW×1.02秒(照度:3
98mJ)である。総合露光量は、照度が約820mJ
である。勿論、最初に全面マスクで露光する方法もあ
る。この実施例の場合、→→の順番で露光した場
合は、MLA先端部の露光量が多くなり、先端部の曲率
が大きくなった。つまり高さが、低くなった。)
The exposure was performed with a 1/5 stepper shown in FIG. The following exposure conditions were continuously performed by a stepper device. First, an example is shown in which exposure is performed using a GM mask pattern for producing a target shape. The first stage is and the second stage is. GM pattern mask Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.8
0 second GM pattern mask Defocus: +1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.2
8 seconds # 42 mask on the entire surface Defocus: +5 μm, irradiation dose: 390 mW × 1.0
A plus sign in the display of the 2 second defocus amount means that the focal point is above the resist surface. Under these conditions, the first stage exposure amount is 390 mW × 1.08 seconds (illuminance: 421 mJ), and the second stage exposure amount is 390 mW × 1.02 seconds (illuminance: 3
98 mJ). The total exposure is about 820 mJ.
It is. Of course, there is also a method of first exposing with an entire mask. In the case of this embodiment, when the exposure was performed in the order of →→, the exposure amount at the tip of the MLA was increased, and the curvature of the tip was increased. In other words, the height has been reduced. )

【0053】この条件で露光後、感光性材料のPEB
(ポスト・エキスポージャー・ベーク)を110℃にて
480秒実施した。次いで、感光性材料の現像、リンス
を行なった。その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫
外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハ
ードニングを行なった。紫外線硬化装置は、レジストの
露光に使用する波長よりも短波長でレジストを硬化させ
ることのできる波長を照射する。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。このときのレジスト高さは7.0μ
mであった。なお、この時の初期塗布レジスト厚さは、
8.5μmであった。したがって、おおよそCEL層厚
さは、1.5μmであった。
After exposure under these conditions, the photosensitive material PEB
(Post exposure bake) was performed at 110 ° C. for 480 seconds. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuating while irradiating ultraviolet rays for 180 seconds with an ultraviolet curing device. The ultraviolet curing device irradiates a wavelength that can cure the resist at a wavelength shorter than the wavelength used for exposing the resist. By this operation, the plasma resistance of the resist is improved, and the resist can be processed in the next step. The resist height at this time is 7.0 μ
m. At this time, the initial coating resist thickness is
It was 8.5 μm. Therefore, the thickness of the CEL layer was approximately 1.5 μm.

【0054】デフォーカスの効果によって、特段の段差
を生じることなく形状を製作することができた。また、
マスク階調数を多くとることができ、マスク上に配置し
た全部黒パターン部分もCEL層が除去され、目的の良
好な曲率が得られた。
Due to the defocusing effect, the shape could be manufactured without any particular step. Also,
The number of mask gradations could be increased, and the CEL layer was also removed from the entire black pattern portion disposed on the mask, and the desired good curvature was obtained.

【0055】その後、上記基板をTCP(誘導結合型プ
ラズマ)ドライエッチング装置にセットし、真空度:
1.5×10-3Torr、CHF3:5.0sccm、C
4:50.0sccm、O2:15.0sccm、基板バ
イアス電力:600W、上部電極電力:1.25kW、
基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングを
行なった。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、時間変化と共に選択比が小さく
なるように変更しながらエッチングを行なった。基板の
平均エッチング速度は、0.67μm/分であったが、
実際のエッチンング時間は、10.5分を要した。エッ
チング後のレンズ高さは、5.3μmであった。
Thereafter, the substrate was set in a TCP (inductively coupled plasma) dry etching apparatus, and the degree of vacuum was set as follows:
1.5 × 10 −3 Torr, CHF 3 : 5.0 sccm, C
F 4 : 50.0 sccm, O 2 : 15.0 sccm, substrate bias power: 600 W, upper electrode power: 1.25 kW,
Dry etching was performed at a substrate cooling temperature of -20 ° C. At this time, the etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power over time, and changing the selectivity to decrease with time. The average etching rate of the substrate was 0.67 μm / min,
The actual etching time required was 10.5 minutes. The lens height after the etching was 5.3 μm.

【0056】(フレネルレンズの製作)濃度分布マスク
工法が最も有効性を発現する製品として以下のものが挙
げられる。 (1)レジスト熱変形工法では、微小寸法のフレネルレ
ンズの形成は、不可能であった。→濃度分布マスク技術
はこれを可能とする。 (2)レジスト熱変形工法では、製作可能なレンズ寸法
が、限られており、直径500μm程度が大口径レンズ
の限界であった。→濃度分布マスク工法は、大口径レン
ズも製作可能である。 (3)非球面形状を製作するのに、多くのデータ蓄積と
ノウ・ハウを必要としていた。→濃度分布マスク工法
は、色々な形状を製作できる。
(Manufacture of Fresnel Lens) The following products can be mentioned as products in which the density distribution mask method is most effective. (1) With the resist thermal deformation method, it was impossible to form a Fresnel lens having a very small size. → The density distribution mask technology makes this possible. (2) In the resist thermal deformation method, the lens size that can be manufactured is limited, and the diameter of about 500 μm is the limit of the large diameter lens. → The large-diameter lens can be manufactured by the density distribution mask method. (3) A lot of data accumulation and know-how were required to produce an aspherical shape. → The density distribution mask method can produce various shapes.

【0057】濃度分布マスク工法は、上記のような特徴
を有する。これらの特徴を最も良く表す形状の1つとし
て、フレネルレンズの例を挙げる。本実施例ではフレネ
ルレンズとして、焦点距離:F=6.25(mm)、開
口数:NA=0.4(10λギャップ)の8輪帯のフレ
ネルレンズを製作した。
The density distribution mask method has the features described above. An example of a Fresnel lens is given as one of the shapes that best express these features. In this embodiment, an eight-zone Fresnel lens having a focal length: F = 6.25 (mm) and a numerical aperture: NA = 0.4 (10λ gap) was manufactured as the Fresnel lens.

【0058】図7はそのフレネルレンズ42の光軸Oか
ら右側の部分の一部を示したものであり、tは基板の厚
さ、h(n)(n=1,2,3・・・)は光軸Oから各輪
帯までの面高さ、△Z(n)は各輪帯の表面から谷までの
深さを表わすサグ量、θは傾き角である。
FIG. 7 shows a part of the Fresnel lens 42 on the right side from the optical axis O, where t is the thickness of the substrate and h (n) (n = 1, 2, 3,...). ) Is the surface height from the optical axis O to each annular zone, ΔZ (n) is the sag amount representing the depth from the surface of each annular zone to the valley, and θ is the inclination angle.

【0059】ここで、フレネルレンズの各輪帯の曲面形
状を表わす非球面式:Z(n)は、 Z(n)=ch(n)/{1+(1−(K+1)c
(n)1/2}+Ah(n)+Bh(n)+Ch(n)
+Dh(n)10+Eh(n)12+Fh(n)14+Gh
(n)16 で表わされ、面高さ:h(n)は、 h(n)=(X+Y1/2 であり、傾き角θは、 θ=arctan(dz/dh) であり、傾斜度dz/dhは、 dz/dh=ch(n)/{(1−(K+1)ch(n)
1/2}+4Ah(n)+6Bh(n)+8Ch
(n)+10Dh(n)+12Eh(n)11+14Fh
(n)13+16Gh(n)15 である。また、 設計波長λ=980(nm)、 基板厚さt=1±0.05(mm) (平行度:φ5mmで0.1μm以下)、 基板の屈折率n=1.51118、 バックフォーカスBF=5.588268 である。また、 球面式=ch(n)/{1+(1−ch(n)
1/2} である。また、1〜8の輪帯のサグ量を計算した結果を
図8に示す。以上に基づいて8輪帯のフレネルレンズの
各輪帯の高さが21.0μmの同じ高さになるようにレ
ンズ設計し、製作した。
[0059] Here, aspheric expression representing the curved shape of each annular zone of the Fresnel lens: Z (n) is, Z (n) = ch ( n) 2 / {1+ (1- (K + 1) c 2 h
(n) 2 ) 1/2 } + Ah (n) 4 + Bh (n) 6 + Ch (n)
8 + Dh (n) 10 + Eh (n) 12 + Fh (n) 14 + Gh
(n) 16 and the surface height: h (n) is h (n) = (X 2 + Y 2 ) 1/2 , and the inclination angle θ is θ = arctan (dz / dh). There, slope dz / dh is, dz / dh = ch (n ) / {(1- (K + 1) c 2 h (n)
2 ) 1/2 } + 4Ah (n) 3 + 6Bh (n) 5 + 8Ch
(n) 7 + 10Dh (n) 9 + 12Eh (n) 11 + 14Fh
(n) 13 +16 Gh (n) 15 . Design wavelength λ = 980 (nm), substrate thickness t = 1 ± 0.05 (mm) (parallelism: 0.1 μm or less at φ5 mm), refractive index of substrate n = 1.511118, back focus BF = 5.588268. Also, spherical equation = ch (n) 2 / {1+ (1−c 2 h (n) 2 )
1/2 }. FIG. 8 shows the result of calculating the sag amount of the ring zones 1 to 8. Based on the above, the lens was designed and manufactured so that the height of each of the zones of the Fresnel lens of the eight zones was the same as 21.0 μm.

【0060】(フレネルレンズ製作の具体例)上記のレ
ンズ設計に基づいて、感度曲線と計算式から濃度分布マ
スクパターンNo.の配列を決定し、図4のレーザー光
照射装置を用いてCADデータのパターンを描画した。
その後、現像とリンスを経てレジスト材料層にマスクパ
ターンを形成し、そのレジストパターンをエッチングマ
スクとしてCr膜をドライエッチングすることにより、
Cr膜をパターン化し、濃度分布マスクを製作した。こ
こでは1枚の濃度分布マスクレチクルを製作した。ここ
で、マスクの設計においては、一例として図2に示すよ
うにGMパターンNo.42〜91番までを使って設計
した。
(Specific Example of Fresnel Lens Manufacturing) Based on the above lens design, the arrangement of the density distribution mask pattern No. is determined from the sensitivity curve and the calculation formula, and the CAD data of the CAD data is determined using the laser beam irradiation apparatus shown in FIG. I drew a pattern.
After that, a mask pattern is formed on the resist material layer through development and rinsing, and the Cr film is dry-etched using the resist pattern as an etching mask.
The Cr film was patterned to produce a concentration distribution mask. Here, one density distribution mask reticle was manufactured. Here, the mask was designed using GM pattern Nos. 42 to 91 as an example as shown in FIG.

【0061】次に、その濃度分布マスクレチクルを使用
して製作するフレネルレンズの例を述べる。SF−6ガ
ラス基板を用意し、この基板上に記述のTGMR−95
0BEレジストを約8.5μmの厚さに塗布する。次
に、ホットプレートを用いて、100℃にてベーク時間
180秒でプリベークした。
Next, an example of a Fresnel lens manufactured using the density distribution mask reticle will be described. An SF-6 glass substrate was prepared and TGMR-95 described on this substrate was prepared.
An OBE resist is applied to a thickness of about 8.5 μm. Next, prebaking was performed at 100 ° C. for 180 seconds using a hot plate.

【0062】この基板を濃度分布マスクレチクルを用い
て1/2.5ステッパーで露光した。露光は、次のよう
な露光条件〜で行なった。第1段階が、、
で、第2段階がである。 GMパターンマスク デフォーカス:+5μm、照射量:390mW×0.4
5秒 GMパターンマスク デフォーカス:+3μm、照射量:390mW×0.3
5秒 GMパターンマスク デフォーカス:+1μm、照射量:390mW×0.2
8秒 全面#42番マスク デフォーカス:+5μm、照射量:390mW×1.0
2秒
The substrate was exposed with a 1 / 2.5 stepper using a density distribution mask reticle. Exposure was performed under the following exposure conditions. The first stage is
Then, the second stage is. GM pattern mask Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.4
5 seconds GM pattern mask Defocus: +3 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.3
5 seconds GM pattern mask Defocus: +1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.2
8 seconds # 42 mask on the entire surface Defocus: +5 μm, irradiation dose: 390 mW × 1.0
2 seconds

【0063】この条件では、第1段階露光量が、照射量
390mW×1.08秒(照度:421mJ)、第2段
階露光量が、照射量390mW×1.02秒(照度:3
98mJ)である。総合露光量は、照度が約820mJ
である。勿論、最初に全面マスクで露光する方法もあ
る。この実施例の場合、→→→の順番で露光し
た場合は、フレネルレンズ先端部の露光量が多くなり、
先端部が丸みを帯びた形状になった。
Under these conditions, the first-step exposure amount was 390 mW × 1.08 seconds (illuminance: 421 mJ), and the second-step exposure amount was 390 mW × 1.02 seconds (illuminance: 3
98 mJ). The total exposure is about 820 mJ.
It is. Of course, there is also a method of first exposing with an entire mask. In the case of this embodiment, when exposure is performed in the order of →→→, the exposure amount at the Fresnel lens tip becomes large,
The tip became rounded.

【0064】この条件で露光後、PEBを110℃にて
25分実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを
行なった。その後、紫外線硬化装置にて480秒間紫外
線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハー
ドニングを行なった。このときのレジスト高さは、6.
7μmであった。
After exposure under these conditions, PEB was performed at 110 ° C. for 25 minutes. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuating while irradiating ultraviolet rays for 480 seconds with an ultraviolet curing device. The resist height at this time is 6.
It was 7 μm.

【0065】なお、この時の初期塗布レジスト厚さは、
8.2μmであった。したがって、おおよそCEL層厚
さは1.5μmであった。上記MLA実施例では、約1.
5μmであったが、その他の実験から1.5から1.7μ
m位であると思われる。勿論、プロセス条件で若干変化
する。デフォーカスの効果によって、特段の段差を生じ
ることなく形状を製作することができた。また、マスク
階調数を多くとることができ、マスク上に配置した全部
黒パターン部分もCEL層が除去され目的の良好なフレ
ネル形状が得られた。
At this time, the initial applied resist thickness is:
It was 8.2 μm. Therefore, the thickness of the CEL layer was approximately 1.5 μm. In the above MLA embodiment, about 1.
5 μm, but from other experiments 1.5 to 1.7 μm
It seems to be m-th place. Of course, it varies slightly depending on the process conditions. Due to the defocus effect, the shape could be manufactured without any particular step. In addition, the number of mask gradations could be increased, and the CEL layer was also removed from the entire black pattern portion disposed on the mask, so that a desired desired Fresnel shape was obtained.

【0066】上記基板をTCPドライエッチング装置に
セットし、真空度:1.5×10-3Torr、CHF3
20.0sccm、BCl3:1.0sccm、CF4:1
5.0sccm、O2:0.9sccm、基板バイアス電
力:1.2kW、上部電極電力:1.25kW、基板冷却
温度:−20℃の条件下でドライエッチングを行なっ
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、時間変化と共に選択比が大きくなるよ
うに変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エ
ッチング速度は、0.84μm/分であった。また、選
択比は、3.15で、エッチング後のレンズ高さは、2
1.1μmであった。実際のエッチンング時間は、26.
5分を要した。これにより、各輪体の曲率は設計値通り
の形状を有し、かつ各輪体の立ち上がり角度も平均8
8.6°の急勾配を得ることができた。また、輪体間の
立ち上がり部隙間距離も最大で1μm程度と非常に小さ
くなり、設計通りの光学性能を得ることができた。
The substrate was set in a TCP dry etching apparatus, and the degree of vacuum was 1.5 × 10 −3 Torr, CHF 3 :
20.0 sccm, BCl 3 : 1.0 sccm, CF 4 : 1
Dry etching was performed under the following conditions: 5.0 sccm, O 2 : 0.9 sccm, substrate bias power: 1.2 kW, upper electrode power: 1.25 kW, and substrate cooling temperature: −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 selection ratio to increase with time. The average etching rate of the substrate was 0.84 μm / min. The selectivity is 3.15 and the lens height after etching is 2
It was 1.1 μm. The actual etching time is 26.
It took 5 minutes. As a result, the curvature of each wheel has a shape according to the design value, and the rising angle of each wheel is also 8 on average.
A steep slope of 8.6 ° could be obtained. Also, the gap distance between the rising portions between the ring bodies was extremely small, at most about 1 μm, and the optical performance as designed could be obtained.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明では、基板に転写するための三次
元構造の感光性材料パターンを形成する際の露光をマス
クを変えた複数の露光工程からなる多段階露光とし、第
一段階においては設計時の露光量よりも少ない光量で露
光し、露光の第二段階以降においては第一段階で少なく
露光した光量分を追加で露光するようにしたので、各種
の感光性材料の感度特性(感光性材料毎に異なる)に対
応可能なフレキシブルな工程を設定できるようになる。
また、プロセスの再現性も高くなり、それによって低コ
スト化を図り、歩留まりの向上を図ることができる。ド
ライエッチング法で三次元構造を転写する際、僅かなが
ら基板面に平行な方向のドライエッチング成分が存在す
るが、請求項5、6のように所望の形状の頂点部分に僅
かに感光性材料を残すようにしたことによってサイドエ
ッチングの影響を低減することができ、転写される三次
元構造の形状の変形を抑えることができる。
According to the present invention, the exposure for forming a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure to be transferred onto a substrate is a multi-step exposure including a plurality of exposure steps using different masks. Exposure is performed with a light amount smaller than the exposure amount at the time of design, and in the second and subsequent stages of the exposure, the light amount that was less exposed in the first stage is additionally exposed, so that the sensitivity characteristics of various photosensitive materials (photosensitive Flexible process that can be used for different materials).
In addition, the reproducibility of the process is improved, whereby the cost can be reduced and the yield can be improved. When the three-dimensional structure is transferred by the dry etching method, a slight dry etching component in the direction parallel to the substrate surface exists, but the photosensitive material is slightly applied to the apex portion of the desired shape as in claims 5 and 6. By leaving it, the influence of side etching can be reduced, and deformation of the shape of the transferred three-dimensional structure can be suppressed.

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

【図1】感光性材料の「感度曲線」を概略的に示したグ
ラフである。
FIG. 1 is a graph schematically showing a “sensitivity curve” of a photosensitive material.

【図2】本発明による2段階露光により感光性材料の感
度曲線が変化する様子を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing how a sensitivity curve of a photosensitive material changes by two-step exposure according to the present invention.

【図3】この2段階露光における露光段階ごとのレジス
トパターン変化を概念的に示したものである。
FIG. 3 conceptually shows a change in a resist pattern for each exposure step in the two-step exposure.

【図4】濃度分布マスクレチクルの製作に用いるレーザ
ー光照射装置の一例を示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser beam irradiation device used for manufacturing a concentration distribution mask reticle.

【図5】マイクロレンズ用濃度分布マスクの遮光パター
ンの一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a light-shielding pattern of a density distribution mask for microlenses.

【図6】縮小投影露光装置の一例を示す概略構成図であ
る。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a reduction projection exposure apparatus.

【図7】フレネルレンズの一部を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a part of a Fresnel lens.

【図8】フレネルレンズの設計データを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing design data of a Fresnel lens.

【図9】(A)は微小ピッチのマイクロ・レンズ・アレ
イの部分平面図、(B)はそのA−A線位置での断面
図、(C)はそのB−B線位置での断面図、(D)はそ
のC−C線位置での断面図である。
9A is a partial plan view of a micro-lens array having a minute pitch, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line AA, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line BB. , (D) are cross-sectional views taken along the line CC.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザー光発振装置 2 ビームスプリッター 4 光変調器 5 光変調制御装置 6 光偏向器 7 対物レンズ 8 X−Yステージ 10 基板 12 レジスト 14,14a レジスト除去領域 14b レジストパターン REFERENCE SIGNS LIST 1 laser light oscillator 2 beam splitter 4 light modulator 5 light modulation controller 6 light deflector 7 objective lens 8 XY stage 10 substrate 12 resist 14, 14 a resist removal area 14 b resist pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/095 501 G03F 7/095 501 Fターム(参考) 2H025 AA03 AB14 AB20 AC01 AC04 AC08 AD01 AD03 DA40 FA04 2H095 BB01 BB31 2H097 AA12 BB01 JA02 LA17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 7/095 501 G03F 7/095 501 F Term (Reference) 2H025 AA03 AB14 AB20 AC01 AC04 AC08 AD01 AD03 DA40 FA04 2H095 BB01 BB31 2H097 AA12 BB01 JA02 LA17

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に感光性材料を塗布し、目的とす
る表面形状に対応して透過率が段階的に変化する2次元
的な透過率分布を持った濃度分布マスクを用いて前記感
光性材料を露光し現像して前記基板上に三次元構造の感
光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを
基板に彫り写すことにより三次元構造の表面形状をもつ
物品を製造する方法において、 前記露光はマスクを変えた複数の露光工程からなる多段
階露光とし、かつそのうちの1つの露光工程として感光
性材料のCEL(コントラスト・エンハンスト・リソグ
ラフィー)層を除去するための光量により感光性材料層
を照射する工程を含んでいることを特徴とする三次元構
造体製造方法。
1. A photosensitive material is applied on a substrate, and the photosensitive material is applied using a density distribution mask having a two-dimensional transmittance distribution in which the transmittance changes stepwise according to a target surface shape. Forming a three-dimensionally structured photosensitive material pattern on the substrate by exposing and developing a photosensitive material, and engraving the photosensitive material pattern onto the substrate to produce an article having a three-dimensionally structured surface shape. The exposure is a multi-step exposure including a plurality of exposure steps using different masks, and as one of the exposure steps, the photosensitive material is exposed to light in order to remove a CEL (contrast enhanced lithography) layer of the photosensitive material. A method for manufacturing a three-dimensional structure, comprising a step of irradiating a layer.
【請求項2】 露光の第一段階においては設計時の露光
量よりもCEL層を除去するための光量分だけ少ない光
量で露光し、露光の第二段階以降においては第一段階で
少なく露光した光量分を追加で露光する請求項1に記載
の三次元構造体製造方法。
2. In the first stage of the exposure, the exposure is performed with a light amount smaller than the exposure amount at the time of design by an amount of light for removing the CEL layer, and in the second and subsequent stages of the exposure, the exposure is reduced in the first stage. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1, further comprising exposing a light amount.
【請求項3】 CEL層を除去するための光量により感
光性材料層を照射する工程で使用するマスクは、全面均
一露光するための均一濃度マスクである請求項2に記載
の三次元構造体製造方法。
3. The three-dimensional structure manufacturing according to claim 2, wherein the mask used in the step of irradiating the photosensitive material layer with the light amount for removing the CEL layer is a uniform concentration mask for uniformly exposing the entire surface. Method.
【請求項4】 前記第一段階の露光を2以上の露光工程
に分割した請求項2又は3に記載の三次元構造体製造方
法。
4. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 2, wherein the first-stage exposure is divided into two or more exposure steps.
【請求項5】 前記第一段階の露光で使用するマスク
は、所望の構造の最上部に対応するGMパターンNo.
を零番(全部黒:光透過率零)とし、他の部分のGMパ
ターンNo.は所望の構造を製作するために感光性材料
の感度曲線から求められるGMパターンNo.よりもC
EL層を除去するための光量分だけ光透過量が少なくな
るように設定されたGMパターンNo.により構成され
たマスクである請求項1から4のいずれかに記載の三次
元構造体製造方法。
5. A GM pattern No. corresponding to an uppermost part of a desired structure is used as a mask used in the first stage exposure.
Is set to zero (all black: light transmittance is zero), and the GM pattern No. of the other part is more C than the GM pattern No. obtained from the sensitivity curve of the photosensitive material in order to manufacture a desired structure.
5. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1, wherein the mask comprises a GM pattern No. set so that the light transmission amount is reduced by an amount of light for removing the EL layer.
【請求項6】 三次元構造体の頂点部分に感光性材料層
を残す請求項1,2,4又は5記載の三次元構造体製造
方法。
6. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1, wherein the photosensitive material layer is left at a vertex of the three-dimensional structure.
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