JP2003107209A

JP2003107209A - マイクロレンズの製造方法、グレースケールマスク、グレースケールマスクの製造方法、物品の製造方法、および、マイクロレンズアレイの製造方法

Info

Publication number: JP2003107209A
Application number: JP2001300302A
Authority: JP
Inventors: Noboru Yonetani; 登米谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度で所望の形状のマイクロレンズを製造
することのできる方法を提供する。【解決手段】主平面方向に複数段階の透過率分布を有す
るグレースケールマスクを通してレジスト層を露光した
後、現像することにより、所望のマイクロレンズに対応
した立体形状に前記レジスト層を加工し、レジスト層を
エッチングマスクとして、レンズ基材をエッチングす
る。グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、遮光層には、予め定めた
一定の大きさの複数の開口７１が配置され、開口の密度
により、主平面方向の透過率分布が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズの
製造に用いるグレースケールマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトマスクを用いてフォトレジストを
露光し、これを現像することにより、フォトレジストを
所望の立体形状に加工し、この立体形状のフォトレジス
トをマスクとして基材をエッチングして、所望の形状の
マイクロレンズを製造する方法が、例えば特表平８−５
０４５１５号公報に記載されている。この方法は、ある
種のフォトレジストの現像後の厚さが、露光量に依存す
るという性質を利用して、所望の立体形状にフォトレジ
スト層を加工する。このため、フォトレジスト層の露光
には、主平面方向に透過率の分布（濃淡）を有するマス
ク（グレースケールマスク）が用いられる。グレースケ
ールマスクの各部分の透過率は、所望のフォトレジスト
の立体形状に対応している。

【０００３】特表平８−５０４５１５号公報では、遮光
層が形成されたマスクを主平面方向について縦横に分割
して多数の方形領域（サブピクセル）に分け、サブピク
セルごとに透過率に応じた大きさの開口を設けることに
より、サブピクセルごとに所望の透過率を有するグレー
スケールマスクを形成している。このとき、サブピクセ
ルの開口の大きさを透過率に対応させるために、サブピ
クセルをさらに縦横に分割して多数の方形領域（色調要
素）に分け、透過率に応じた数の方形領域（色調要素）
を開口にしている。これにより、透過率に対応した面積
の開口を設けている。具体的には、一つのサブピクセル
を１００個の方形領域（色調要素）に区分けし、１００
個の方形領域（色調要素）のうち６０個分を開口にする
ことにより透過率６０％を実現し、１００個の方形領域
（色調要素）のうち１０個分を開口にすることにより透
過率１０％を実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように特表平８
−５０４５１５号公報では、マスクを縦横に分割してサ
ブピクセルに分け、このサブピクセルごとに所望の透過
率を決定している。よって、グレースケールマスクの主
平面方向の濃淡を表す領域の最小単位（解像度）は、サ
ブピクセルの大きさである。また、サブピクセルの透過
率の階調（色調）を１００段階とした場合、一つのサブ
ピクセルは１００個に区分けできる大きさでなければな
らない。したがって、１００階調の場合、開口形成手段
で形成できる最小の方形の大きさを、百倍したものが一
つのサブピクセルの大きさとなる。例えば、形成可能な
最小の方形の幅がｒμｍである場合には、サブピクセル
の縦横の大きさは、それぞれ（ｒ×１０）μｍずつとな
る。マイクロレンズを高精度に製造するためには、濃淡
の最小単位であるサブピクセルの大きさをできるだけ小
さくすることが望ましいが、安定して形成できる開口の
最小径は、現状では１０μｍ程度以上であるため、サブ
ピクセルの大きさは一辺１００μｍ以上にならざるを得
ない。

【０００５】また、解像度を向上させるためには、所望
のグレースケールマスクを拡大したサイズで作製し、こ
れをステッパー等で縮小することにより所望のサイズの
フォトマスクを作製する手法を用いることができる。し
かしながら、縮小する際に、開口形状を保つ必要がある
ため、縮小できる倍率にも限界がある。このため、高精
度なマイクロレンズを製造するためには、濃淡を表す領
域の大きさができるだけ小さいグレースケールマスクを
製造する技術が必要である。

【０００６】本発明は、高解像度で所望の形状のマイク
ロレンズを製造することのできる方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願によれば以下のようなマイクロレンズの製造方
法が提供される。

【０００８】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを通してレジスト層
を露光した後、現像することにより、所望のマイクロレ
ンズに対応した立体形状に前記レジスト層を加工する工
程と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、レン
ズ基材をエッチングする工程とを含み、前記グレースケ
ールマスクは、透明基板と該透明基板上に配置された遮
光層とを含み、前記遮光層には、予め定めた一定の大き
さの複数の開口が配置されていることを特徴とするマイ
クロレンズの製造方法である。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本願の
別の態様によれば、以下のようなマイクロレンズの製造
方法が提供される。

【００１０】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを製造する工程と、
前記グレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望のマイクロレンズに対
応した立体形状に前記レジスト層を加工する工程と、前
記レジスト層をエッチングマスクとして、レンズ基材を
エッチングする工程とを含み、前記グレースケールマス
クは、透明基板と該透明基板上に配置された遮光層とを
含み、該遮光層には、複数の領域が設定され、該複数の
領域には、それぞれ、一定の大きさの１以上の開口が配
置されていることを特徴とするマイクロレンズの製造方
法である。

【００１１】上記複数の領域の境界は、前記マイクロレ
ンズに対応した前記立体形状の同じ高さの位置をつなぐ
等高線に沿うようにすることが可能である。

【００１２】また、前記複数の領域のうち少なくとも一
つの領域は、該領域の幅が、前記開口の径と等しい大き
さに設定されることが可能である。

【００１３】前記マイクロレンズは、点対称な形状を有
し、前記複数の領域は、前記同心円状に配置された複数
の輪帯状の領域を含むことが可能である。

【００１４】前記マイクロレンズに対応した前記立体形
状を加工するための前記グレースケールマスクを２枚用
意し、前記露光の際に、該２枚のグレースケールマスク
で前記レジスト層を順に露光し、前記２枚のグレースケ
ールマスクは、前記領域の境界の位置が異なるようにす
ることができる。

【００１５】また、本発明によれば、以下のようなグレ
ースケールマスクが提供される。

【００１６】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクであって、透明基板
と該透明基板上に配置された遮光層とを含み、前記遮光
層には、予め定めた一定の大きさの複数の開口が配置さ
れていることを特徴とするグレースケールマスクであ
る。

【００１７】また、本発明によれば、以下のようなグレ
ースケールマスクが提供される。

【００１８】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクであって、前記グレ
ースケールマスクは、透明基板と該透明基板上に配置さ
れた遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領域が設定
され、該複数の領域には、それぞれ、一定の大きさの１
以上の開口が配置されていることを特徴とするグレース
ケールマスクである。

【００１９】また、本発明によれば、以下のようなグレ
ースケールマスクを製造する方法が提供される。

【００２０】すなわち、所望の立体形状にレジスト層を
加工するために、主平面方向に複数段階の透過率分布を
有するグレースケールマスクを製造する方法であって、
設計工程と、成膜・加工工程とを有し、該設計工程は、
前記立体形状の同じ高さの位置をつなぐ等高線に沿っ
て、前記主平面方向に複数の領域を設定し、前記領域位
置の前記立体形状の高さに対応する透過率を、該複数の
領域ごとにそれぞれ定める第１工程と、前記第１工程で
定めた前記透過率を達成するするために、１以上の開口
を前記領域ごとに配置する第２工程とを含み、前記第２
工程で配置する前記１以上の開口は、径が、予め定めた
一定の大きさであり、開口面積の合計の前記領域の面積
に対する割合が前記透過率の割合と等しいことを特徴と
するグレースケールマスクの製造方法である。

【００２１】このグレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記第１工程では、前記領域の幅を、前記開口の
径と一致した大きさに設定することが可能である。

【００２２】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記第２工程は、前記１以上の開口を前記領域内
で等間隔に配置することが可能である。

【００２３】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記第２工程は、前記１以上の開口の前記領域に
おける位置を、乱数を用いて定めることが可能である。

【００２４】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記第２工程の後に、前記領域内の前記１以上の
開口のうちの一部の位置を、隣接する前記領域との境界
にかかる位置に補正する第３工程を有することが可能で
ある。

【００２５】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記成膜・加工工程は、透明基板の上に遮光層を
形成し、該遮光層の前記設計工程で定めた位置に、前記
開口を形成することが可能である。

【００２６】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記設計工程は、前記立体形状を所定の倍率で拡
大した大きさに対応させて、第１および第２工程を行
い、前記成膜・加工工程の後に、該成膜・加工工程で形
成した前記投影基板および遮光層を前記所定の倍率で縮
小したものを製造する工程をさらに有することが可能で
ある。

【００２７】上記グレースケールマスクの製造方法にお
いて、前記所望の立体形状は、点対称な形状を有するマ
イクロレンズであり、前記第１工程で設定される複数の
領域の少なくとも一部は、同心円状に配置された輪帯状
領域を含むことが可能である。

【００２８】また、本発明によれば、以下のような物品
の製造方法が提供される。

【００２９】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを通してレジスト層
を露光した後、現像することにより、所望の物品に対応
した立体形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記
レジスト層をエッチングマスクとして、基材をエッチン
グする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透
明基板と該透明基板上に配置された遮光層とを含み、前
記遮光層には、予め定めた一定の大きさの複数の開口が
配置されていることを特徴とする物品の製造方法であ
る。

【００３０】また、本発明によれば、以下のような物品
の製造方法が提供される。

【００３１】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを製造する工程と、
前記グレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望の物品に対応した立体
形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記レジスト
層をエッチングマスクとして、基材をエッチングする工
程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と
該透明基板上に配置された遮光層とを含み、該遮光層に
は、複数の領域が設定され、該複数の領域には、それぞ
れ、一定の大きさの１以上の開口が配置されていること
を特徴とする物品の製造方法である。

【００３２】上記物品の製造方法において、前記物品
は、光学素子であることが可能である。

【００３３】また、本発明によれば、以下のようなマイ
クロレンズアレイの製造方法が提供される。

【００３４】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを通してレジスト層
を露光した後、現像することにより、所望のマイクロレ
ンズアレイに対応した立体形状に前記レジスト層を加工
する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとし
て、レンズ基材をエッチングする工程とを含み、前記グ
レースケールマスクは、透明基板と該透明基板上に配置
された遮光層とを含み、前記遮光層には、予め定めた一
定の大きさの複数の開口が配置されていることを特徴と
するマイクロレンズアレイの製造方法である。

【００３５】また、本発明によれば、以下のようなマイ
クロレンズアレイの製造方法が提供される。

【００３６】すなわち、主平面方向に複数段階の透過率
分布を有するグレースケールマスクを通してレジスト層
を露光した後、現像することにより、所望のマイクロレ
ンズアレイに対応した立体形状に前記レジスト層を加工
する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとし
て、レンズ基材をエッチングする工程とを含み、前記グ
レースケールマスクは、透明基板と該透明基板上に配置
された遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領域が設
定され、該複数の領域には、それぞれ、一定の大きさの
１以上の開口が配置されていることを特徴とするマイク
ロレンズアレイの製造方法である。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態のマイクロ
レンズの製造方法について図面を用いて説明する。

【００３８】本実施の形態では、図２に示したようにレ
ンズの中心点Ｏを中心に点対称な形状を有する直径約５
００μｍのマイクロレンズを製造する。マイクロレンズ
を製造する手順の概要は図６に示した通りである。ま
ず、第３のグレースケールマスク５０を製造する。ま
た、ガラスや石英等のレンズ基材６０の上に予め定めた
厚さのフォトレジスト層６１を配置し、第３のグレース
ケールマスク５０を用いて露光する（図６（ａ））。そ
の後、現像することにより所望のマイクロレンズの形状
に対応した立体形状のフォトレジスト層６１を得る（図
６（ｂ））。このフォトレジスト層６１をエッチングマ
スクとして、ドライエッチング法を用いてレンズ基材６
０をエッチングすることにより、図２のマイクロレンズ
の立体形状にレンズ基材６０を加工する（図６
（ｃ））。最後に研削や研磨等により、レンズ基材６０
の不要な部分を除去し、所望の形状のマイクロレンズを
得る。

【００３９】まず、第３のグレースケールマスク５０の
製造方法について説明する。

【００４０】第３のグレースケールマスク５０は、図８
に示したように、製造するマイクロレンズを５倍に拡大
したスケールで製造する。フォトレジスト層６１を露光
時には、第３のグレースケールマスク５０を透過した光
束を、ステッパー等の光学系により、１／５に縮小して
露光する。また、高解像度の第３のグレースケールマス
ク５０を製造するため、ここでは図８のように、まず、
マイクロレンズの１２５倍（第３のグレースケールマス
ク５０の２５倍）の大きさの第１のグレースケールマス
ク８０を製造し、これを１／５に縮小することによりマ
イクロレンズの２５倍（第３のグレースケールマスク５
０の５倍）の大きさの第２のグレースケールマスク８１
を得て、さらにこれを１／５に縮小して第３のグレース
ケールマスク５０を製造する。

【００４１】第１のグレースケールマスク８０を設計す
るために、最初に、フォトレジスト層６１を形成するポ
ジ型フォトレジスト材料を選定する。ここでは、フォト
レジスト層６１として、露光量に応じて残存する厚さ
（高さ）が異なる性質を有するポジ型フォトレジスト材
料、例えばノボラック系樹脂を選択する。これにより、
露光量が相対的に小さければ現像時に除去されるフォト
レジスト量が小さく、露光量が大きければ現像時に除去
されるフォトレジスト量が大きくなるため、現像後に残
存するフォトレジスト材料の高さが露光量に対応し、所
望の立体形状にフォトレジスト層６１を形成することが
できる。

【００４２】また、本実施の形態では、ある波長の紫外
線が内部まで透過しにくい性質のノボラック系樹脂を主
成分としたフォトレジスト材料を選択している。このよ
うな性質のものを選択しているのは、この性質を利用し
て現像後に紫外線照射と加熱とを組み合わせた所定の処
理を行うことにより、レジストの立体形状の微小な凹凸
を改善し、滑らかな表面を形成するためである。

【００４３】つぎに、選定したフォトレジスト材料につ
いて露光量ｐと現像後のレジスト高さｈとの関係を調べ
る。具体的には、選定したフォトレジスト材料により予
め定めた一定の厚さ（後で説明する図６（ａ）の工程の
フォトレジスト層６１と同じ厚さ）のフォトレジスト層
を形成し、このフォトレジスト層を種々の露光量ｐで露
光し、現像後のフォトレジスト層の高さｈをそれぞれ測
定する。測定結果を図１のようなグラフにプロットし、
曲線で近似し、さらに、この曲線を表す下記多項式を求
める。

【００４４】高さｈ＝ａ₀＋ａ₁ｐ＋・・・＋ａ_iｐⁱ ・・・（１）（ただし、ｉ＝０，１，２・・・ｎ）

【００４５】つぎに、所望のマイクロレンズの形状と同
じ形状のフォトレジスト層６１を形成するために必要な
露光量ｐを、予め定めた領域ごとに定める。

【００４６】ここでまず、マイクロレンズを１２５倍に
拡大した立体形状に対応する、露光量ｐの分布を設定す
る領域分けを規定する。製造するマイクロレンズは、レ
ンズの中心点Ｏを中心に点対称な形状であるため、点Ｏ
を中心に同じ半径の部位は、同じ高さｈ（厚さ）であ
る。よって、必要な露光量ｐも同心円上では同じにな
る。したがって、本実施の形態では、図３（ｂ）に示し
たように、第１のグレースケールマスク８０上の露光量
ｐを定める領域の形状を、中心点Ｏを中心とした一定の
幅の輪帯状領域３１、３２，３３・・・とする。このと
き、輪帯状領域３１，３２、３３・・・の幅は、第１の
グレースケールマスク８０の遮光層５２（図５（ｂ）参
照）に形成する円形の開口７１の直径ｄ（一定値）と一
致する大きさに設定する。ここでは、１２５倍の第１の
グレースケールマスク８０の製造時に、レーザプロッタ
ーを用いて開口７１を形成する。開口７１の大きさは、
１５μｍである。よって、１２５倍の第１のグレースケ
ールマスク８０の輪帯状領域３１，３２，３３・・・の
幅ｄを１５μｍとする。これにより、第１のグレースケ
ールマスク８０の濃淡の表す領域の大きさ、すなわち輪
帯状領域３１，３２，３３・・の幅を、一つの開口７１
の大きさ（１５μｍ）まで小さくすることができる。第
１のグレースケールマスク８０上での輪帯状領域３１、
３２・・の幅は、フォトレジスト層６１上では、１／１
２５に縮小されるため、フォトレジスト層６１上での濃
淡の表す領域の大きさ（輪帯状領域３１，３２・・・の
幅）は、０．１２μｍと非常に微細になる。

【００４７】なお、中心点Ｏを含む中心部の領域３０
は、予め定めた半径ｄ₀を有する円形とする。半径ｄ
₀は、輪帯状領域３１の幅ｄ（開口の直径ｄ）と同じで
もよいが、本実施の形態のように製造するマイクロレン
ズが凸型である場合には、第１のグレースケールマスク
８０の中心領域３０の透過率を低く設定するため、中心
領域３０内に配置する開口７１の数が少なくなる。この
ため、半径ｄ₀を大きめに設定したほうが、中心領域３
０内に配置される開口７１を、中心領域３０内でバラン
スよく配置することが容易になり、望ましい。

【００４８】つぎに、設定した各領域に必要な露光量ｐ
を求める（図４参照）。ただし、以下の説明では便宜
上、第１のグレースケールマスク８０上の中心領域３０
および各輪帯状領域３１，３２，３３・・・に対応す
る、第３のグレースケールマスク５０上の領域を、単
に、グレースケール５０の中心領域３０および各輪帯状
領域３１，３２，３３・・・と呼ぶ。同様に、第１のグ
レースケールマスク８０上の中心領域３０および各輪帯
状領域３１，３２，３３・・・に対応する、レジスト層
６１上の領域を、単に、レジスト層６１の中心領域３０
および各輪帯状領域３１，３２，３３・・・と呼ぶ。

【００４９】マイクロレンズの形状は、高さｈと半径ｘ
との関係により図３（ａ）のように表される。ここで
は、製造しようとするマイクロレンズの設計値が、ｈ＝
ｆ（ｘ）と表される。図３（ａ）では、１２５倍の第１
のグレースケールマスク８０に対応させるため、横軸を
半径ｘの１２５倍に拡大したＸで示している。このｈ＝
ｆ（Ｘ）より、第１のグレースケールマスク８０の中心
領域３０および各輪帯状領域３１，３２，３３・・・の
半径方向の中心部の高さｈ０，ｈ１，ｈ２、ｈ３・・・
をそれぞれ求める。つぎに、求めた高さｈ０，ｈ１，ｈ
２、ｈ３・・・のレジスト層６１を得るために、レジス
ト層６１の中心領域３０および各輪帯状領域３１，３
２，３３・・・にそれぞれ必要な露光量ｐを図１の多項
式から計算により求める。求めた露光量ｐを、中心領域
３０および各輪帯状領域３１，３２，３３・・・ごとに
図４に示す。さらに、レジスト層６１を露光する際に第
３のグレースケールマスク５０に照射する光の強度を定
め、この照射光の強度と、レジスト層６１に必要とされ
る露光量ｐから、第３のグレースケールマスク５０に必
要な透過率を中心領域３０および各輪帯状領域３１，３
２，３３・・・についてそれぞれ求める。

【００５０】次に、第１のグレースケールマスク８０の
中心領域３０および各輪帯状領域３１，３２，３３・・
・を設定した透過率にするために、各領域に形成する開
口７１の数および開口７１の配置を定める。開口７１の
パターンは、本実施の形態では１種類のみであり、レー
ザプロッタ等のレーザ光の照射により安定して露光する
ことのできる最小の円形スポットである。開口７１の直
径ｄは、１５μｍである。図７（ｂ）のように、ある輪
帯状領域の面積をＡ、開口７１の面積をＢとした場合、
その輪帯状領域に設ける開口７１の数は、Ａ×透過率÷
Ｂで求められる。ただし、小数点以下は切り捨てる。中
央領域３０についても同様に求める。

【００５１】このように各輪帯状領域３１，３２，３３
・・・ごとに求めた数の開口７１を、それぞれの領域に
偏りが生じないように配置する。開口７１の配置を決め
る方法としては、例えば２つの方法が挙げられれる。第
１の方法は、各輪帯状領域３１，３２，３３・・・の周
方向に沿って開口７１を等間隔で配置する方法である。
例えば、４個の開口７１を輪帯状領域３１に配置する場
合には、角度９０度の間隔で配置する。第２の方法は、
乱数を用いて確率で配置を決定する方法である。これを
図７（ａ）を用いて説明する。輪帯状領域３２には、９
個の開口７１を配置する。輪帯状領域３２に隙間なく開
口７１を配置する場合、配置可能な開口７１の数は図７
（ａ）に示したように２７個である。２７個のうちの９
個を乱数を用いて選択する。例えば、配置可能な２７個
の位置それぞれにおいて、数字１〜２７を発生させ、９
以下が出た場合にはその位置に開口７１を配置する。こ
れにより、確率により開口７１の位置を決定することが
できる。なお、この確率による方法では、開口７１を配
置する位置が一周２７個のうち９未満または１０以上選
択されることがある。そこで、輪帯状領域３２の一周２
７個の位置について開口７１を配置する位置を決定し終
わった時点で、開口７１を配置すると決定した位置の数
を数え、これが９未満もしくは１０以上であった場合に
は、もう一度やり直し、開口７１を配置する位置が９個
になるまで上記手法を繰り返す。また、中央領域３０に
ついても同様に、隙間なく開口７１を並べた場合に配置
可能な開口の位置から、上述の工程で定めた開口７１の
数を、乱数により選択する。これにより、開口７１の偏
りが生じないように、開口７１の配置を定めることがで
きる。中央領域３０は、マイクロレンズの高さｈ０が大
きいため、第１のグレースケールマスク８０の透過率も
小さく、開口７１の数が少ない。本実施の形態では、中
央領域３０の半径ｄ０を、輪帯状領域３１，３２，３３
・・・の幅ｄ（＝開口７１の直径ｄ）よりも大きく設定
しているため、開口７１の配置の自由度が大きく、偏り
が生じにくいという利点がある。

【００５２】このように、中央領域３０および輪帯状領
域３１，３２，３３・・・のすべてについて、開口７１
の配置を決定することにより、第１のグレースケールマ
スク８０が設計できる。第１のグレースケールマスク８
０は、レジスト層６１をマイクロレンズに対応する形状
に加工する光量を照射するための透過率分布を有してい
る。

【００５３】上記工程で決定した開口７１の位置は、中
央領域３０および輪帯状領域３１，３２，３３・・・の
それぞれの領域内では偏りが生じないように配置してい
るが、中央領域３０および輪帯状領域３１，３２，３３
・・・の各領域間での偏りについては考慮していない。
このため、輪帯状領域３１，３２，３３・・・の境界の
透過率が低くなる傾向が生じたり、半径方向に複数の開
口７１が一列に並ぶ部分が生じたりする。そこで、より
高精度にマイクロレンズを製造するために、各領域間で
の偏りが生じないように上記工程で決定した開口７１の
位置の補正を行う。具体的な手法として、まず、領域３
２において、すべての開口７１について、その開口７１
のすぐ外側に別の開口７１が配置されているかどうかを
調べる。これにより、すぐ外側に別の開口７１が配置さ
れていない開口７１を選択し、この中からさらに、予め
定めた一定の確率、例えば１／２の確率で開口７１を選
択する。選択した開口７１の位置を、図９のように半径
方向外側の隣接する輪帯状領域３３との境界にかかる位
置にずらす。ずらし量としては、例えば、（１／４）×
ｄまたは（３／４）×ｄにすることができる（ただし、
ｄは、輪帯状領域の幅であって開口７１の直径であ
る）。この手法を、領域３２以外のすべての領域につい
ても行う。これにより、第１のグレースケールマスク８
０の設計が終了する。なお、位置をずらす開口７１をこ
こでは、すぐ外側に別の開口７１が配置されていない開
口７１の中から、一定の確率で選択しているが、その領
域の透過率の大きさや、その領域と隣接する外側の領域
との透過率の差等に応じて、領域ごとに異なる確率で選
択することも可能である。また、開口７１のずらし量
も、その領域に設定されている透過率の値や、隣接する
領域との透過率の差の大きさ等に応じて、変化させるこ
とが可能である。

【００５４】設計した第１のグレースケールマスク８０
を、以下のような手順で作製する。まず、図５（ａ）の
ように、ガラスや石英等の透明基板５１上に、Ｃｒ層等
の遮光層５２を成膜する。遮光層５２の上に、スピンコ
ート等によりレジスト層５３を塗布し、乾燥させる。つ
ぎに、レジスト層５３の開口７１を設けるべき位置に、
レジスト層５３が感光する波長のレーザ光をレーザープ
ロッタ等により照射する。その後現像して、レジスト層
５３の開口５３ａを設ける。このレジスト層５３をエッ
チングマスクとして、遮光層５２をエッチングすること
により、直径ｄの円形の開口７１を形成する。なお、直
径ｄは、レーザ光を用いて安定して開口７１を形成する
ことができる径であり、本実施の形態の場合はｄ＝１５
μｍである。これにより、設計した位置に開口７１を有
する第１のグレースケールマスク８０を作製することが
できる。

【００５５】第１のグレースケールマスク８０は、図８
に示したように、マイクロレンズを１２５倍に拡大した
形状に対応するように設計されているため、ステッパー
等の集光露光光学系を用いて、１／５に縮小した第２の
グレースケールマスク８１を作製する。すなわち、図８
のように第１のグレースケールマスク８０と同様に、透
明基板５１の上に遮光層５２とレジスト層５３とを積層
し、ステッパー等を用いて、第１のグレースケールマス
ク８０を透過した光束を１／５に縮小してレジスト層に
照射する。なお、光源としては水銀ランプのｉ線を用い
ている。その後、現像してレジスト層の露光部に開口を
形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして遮光
層に開口７１ａを設ける。この第２のグレースケールマ
スク８１は、マイクロレンズを２５倍に拡大した形状に
対応している。この第２のグレースケールマスク８１
を、同様の手法により、さらに１／５倍して、第３のグ
レースケールマスク５０を形成する。その手法は、まず
透明基板５１の上に遮光層５２とレジスト層５３とを積
層し、ステッパー等を用いて、第２のグレースケールマ
スク８１を透過した光束を１／５に縮小してレジスト層
に照射する。その後、現像してレジスト層５３の露光部
に開口を形成し、当該レジスト層５３をエッチングマス
クとして遮光層５２に開口７１ｂを設ける。

【００５６】この第３のグレースケールマスク５０は、
マイクロレンズを５倍に拡大した形状に対応している。
第３のグレースケールマスク５０の開口７１ｂの直径
は、第１のグレースケールマスク８０の開口７１の直径
ｄの１／２５の大きさである。ｄ＝１５μｍの場合、第
３のグレースケールマスク５０の開口７１ｂの直径は、
０．６μｍという微細なサイズになっている。また、開
口７１ｂの直径は、第３のグレースケールマスク５０上
の輪帯状領域３１，３２，３３・・・と等しく、ｄ／２
５＝０．６μｍの大きさの領域ごとに、異なる透過率が
設定されている。本実施の形態では、この第３のグレー
スケールマスク５０を通過した光束をさらに１／５に縮
小して、レジスト層６１に照射する。このため、レジス
ト層６１上での輪帯状領域３１，３２，３３・・・と対
応する領域の幅は、ｄの１／１２５であり、ｄ＝１５μ
ｍの場合には、０．１２μｍである。よって、主平面方
向について０．６μｍの単位（解像度）で透過率が変化
した第３のグレースケールマスク５０を用いて、１／５
倍で投影露光してレジスト層６１を加工することがで
き、高精度に所望の立体形状を有するレジスト層６１を
作製することが可能である。

【００５７】以下、第３のグレースケールマスク５０を
用いて、マイクロレンズを製造する方法について説明す
る。

【００５８】まず、レンズ基材６０の上面に、図１の測
定に用いたフォトレジスト材料をスピンコート等により
塗布したのち、１００℃で３分間加熱し、レジスト層６
１を形成する。レジスト層６１の厚さは、レジスト層６
１により形成する立体形状の最も厚い部分よりも厚くな
るように形成する。ここでは、レジスト層６１によって
マイクロレンズとほぼ一致する立体形状を形成するた
め、マイクロレンズの最も厚い部分（ここでは中央部ｈ
０）よりも厚くレジスト層６１を形成する。本実施の形
態では、数十μｍの厚さにレジスト層６１を形成してい
る。

【００５９】つぎに、図１０（ａ）、（ｂ）に示したよ
うに、第３のグレースケールマスク５０をステッパーに
セットし、レジスト層６１が感光する波長の光（水銀ラ
ンプのｇ線）を第３のグレースケールマスク５０に照射
し、透過光束を集光光学系１０２により１／５に縮小し
て、レジスト層６１に照射する。このとき、本実施の形
態では、レジスト層６１の上面が、集光光学系１０２の
焦点からはずれるように、すなわちデフォーカス状態と
なるように配置する。これにより、レジスト層６１に
は、デフォーカスされた、にじんだ状態の第３のグレー
スケールマスク５０の像が照射される。第３のグレース
ケールマスク５０の中央領域３０および各輪帯状領域３
１，３２，３３・・・は、それぞれ、現像後のレジスト
層６１が図３（ａ）に示したような高さを実現するよう
に透過率が設定されているため、現像後のレジスト層６
１は、中央領域３０および各輪帯状領域３１，３２，３
３・・・の各境界で段差を生じる。本実施の形態では、
デフォーカスすることにより、第３のグレースケールマ
スク５０のにじんだ像光をレジスト層６１に照射するこ
とにより光強度分布を滑らかにし、各境界における段差
を低減する。デフォーカス量は、レジスト層６１の上面
が、集光光学系１０２のジャストフォーカス面１０３よ
りも１０μｍ以上集光光学系１０２に近い側（後ピン
側）に位置するか、もしくは、５μｍ以上集光光学系１
０２から遠い側（前ピン側）に位置させることが望まし
い。ただし、前ピン側も後ピン側も、レジスト層６１の
上面がジャストフォーカス面１０３から１００μｍ以内
に位置するように配置する。

【００６０】本発明者らの実験によれば、サブミクロン
オーダの像を像面上で形成する場合、前ピン側５μｍ未
満、後ピン側１０μｍ未満ではボケ量が不十分であるこ
とがわかった。そこで、第３のグレースケールマスク５
０で輪帯状領域間の境界が現れなくなるようなボケ量を
得るためには、前ピン側５μｍ以上、後ピン側１０μｍ
以上、デフォーカスすることが必要であることを実験に
より発明者らは導き出した。さらに、あまり第３のグレ
ースケールマスク５０の像がぼけてしまうと、マイクロ
レンズの形状自体が崩れてしまうので、その最大のデフ
ォーカス量としては１００μｍ以内であることを知見に
より導き出した。

【００６１】発明者らは第３のグレースケールマスク５
０を用いて露光を行い、現像したレジスト層６１に、一
様な面を形成する実験を行った。その結果、図１２
（ａ）に示したように、レジスト層６１の上面をジャス
トフォーカス面に一致させた場合には、現像後のレジス
ト層６１の表面に１０００オングストローム前後の凹凸
が形成されたが、上述の範囲でデフォーカスして露光し
た場合には、現像後のレジスト層６１の表面の凹凸は、
１００オングストローム以下に低減できた。ただし、図
１２（ａ）の場合デフォーカス以外の他の条件は図１２
（ｂ）の場合と同じである。

【００６２】デフォーカス状態で露光したレジスト層６
１を、レジスト層６１の材料に対応した現像液によって
現像、洗浄する。このようにして、所望のマイクロレン
ズ形状に対応する立体形状を有する現像後のレジスト層
６１を形成することができる（図６（ｂ））。

【００６３】次に、本実施の形態では立体形状のレジス
ト層６１に対して、図１３に示したステップにより、レ
ジスト層表面の架橋を目的としたエネルギー線照射とレ
ジスト層の軟化を目的とした加熱とを組み合わせた処理
（キュアー）を行い、微細な凹凸をさらに低減する。ま
ず、予備加熱処理として図１３の第１〜第３のステップ
を順に行い、１００℃まで加熱する。加熱には、レンズ
基材６０の裏面に接触させたヒータ１１３を用いる（図
１１（ａ）参照）。この状態ではレジスト層６１の表面
の凹凸にはほとんど変化はない。次に、１００℃に加熱
しているレジスト層６１に対して、第４のステップとし
て紫外線を３分照射する。本実施の形態では、ノボラッ
ク系樹脂を主成分としたレジストを利用している。この
レジストでは紫外線のエネルギー線が架橋するために必
要なエネルギーとして最適であるので、本実施の形態で
は紫外線を照射した。なお、この紫外線は、このレジス
ト層６１を構成しているレジスト材料を透過しにくい波
長でもある。これにより、紫外線を照射されたレジスト
層６１は、表面部で光重合が生じ、架橋が進むため、表
面部のみが硬化して表面層１１２が形成される。紫外線
はレジスト層６１の内部１１１には到達していないた
め、内部は架橋されない（図１１（ｂ）参照）。つぎ
に、ステップ５，６で、さらに、高温（１５９℃）まで
加熱することにより内部１１１のレジスト材料を軟化さ
せる。これにより、レジスト層６１全体が軟化されて微
細な凹凸が伸ばされ、滑らかになる。ステップ６では、
高温に加熱しながらもう一度紫外線を照射することによ
り、表面層１１２の強度を保ち、内部１１１の軟化に耐
えられるようにする。最後に、軟化により表面層１１２
の滑らかになった状態で冷却すると、そのままの形状
で、レジスト層６１は硬化し、表面が滑らかなレジスト
層６１が得られる。

【００６４】このようにＵＶキュアーを行うことによ
り、マイクロレンズの形状に対応したレジスト層６１の
立体形状を維持しながら、表面の微細な凹凸を改善する
ことができる。発明者らの測定によると、ＵＶキュアー
により表面の凹凸を５ｎｍ程度にまで減少させることが
できる。また、この後のドライエッチング工程に対する
レジスト層６１の耐性を向上させることができる。

【００６５】次に、マイクロレンズに対応した立体形状
を有するレジスト層６１をエッチングマスクとして、反
応性イオンエッチングによりレンズ基材６０を加工す
る。反応性イオンエッチングに用いるガスは、ＣＨＦ₃
とアルゴンと酸素の混合ガスである。なお、レンズ基材
６０は、ここでは石英である。この混合ガスを用いた反
応性イオンエッチングの場合、レンズ基材６０とレジス
ト層６１とのエッチングレートの比を、ほぼ１：１にす
ることができるため、レジスト層６１の立体形状をレン
ズ基材６０に転写して、図６（ｃ）のように、所望のマ
イクロレンズ形状にレンズ基材６０を加工することがで
きる。このエッチング工程では、レジスト層６１の立体
形状が忠実にレンズ基材６０に転写される。本実施の形
態では、先の露光時のデフォーカスおよびＵＶキュアー
工程により、レジスト層６１の表面の微細な凹凸を５ｎ
ｍ以下程度まで改善しているため、表面の滑らかなマイ
クロレンズを形成することができる。発明者らの実験に
よると、形状誤差１０ｎｍ以下のマイクロレンズを製造
することができた。

【００６６】最後に、レンズ基材６０の不要な部分を除
去し、必要に応じて表面に研磨を施し、マイクロレンズ
を完成させる。

【００６７】このように本実施の形態で製造されたマイ
クロレンズアレイは、少なくとも径の最も長いところで
１ｍｍ未満という非常に小径のマイクロレンズに対して
も、非常に滑らかな５ｎｍ以下の表面粗さに押さえるこ
とが可能となった。従来表面粗さを低減させるために
は、「研磨」という工程を行うが、研磨工程を行うにし
ても、被研磨物が非常に小径であるため、研磨を行うこ
とができない。しかしながら、本実施の形態のようにＵ
Ｖキュアーという工程により、このような小径のマイク
ロレンズに対しても今まで無かった５ｎｍ以下の表面粗
さに抑えることが可能となった。

【００６８】なお、少なくとも最も長い径で１ｍｍ未満
という非常に小径なマイクロレンズに対して５ｎｍ以下
の表面粗さにすると、例えば、このマイクロレンズをア
レイ状に並べて光学機器の照明光学系のオプティカルイ
ンテグレーターとして用いることで、光量ロスが少なく
均一照明が可能な照明光学系を得ることが可能となる。
特に、このような照明光学系を半導体装置の回路パター
ンを投影露光する投影露光装置に適用することで、高ス
ループットの投影露光装置を得ることができる。

【００６９】なお、本実施の形態では、レンズ基材６０
を加工する反応性イオンエッチング工程でレンズ基材６
０とレジスト層６１とが、１対１のエッチングレートで
エッチングされる。このため、レジスト層６１をマイク
ロレンズと同じ形状に形成するように、第１のグレース
ケールマスク８０の透過率分布を設計している。すなわ
ち、図３（ａ）のように、第１のグレースケールマスク
８０の中央領域３０および輪帯状領域３１、３２、３３
・・・の透過率を決定する際に、現像後のレジスト層６
１の高さが、レンズの高さに一致するようにしている。
しかしながら、反応性イオンエッチング工程で、レンズ
基材６０とレジスト層６１のエッチングレートの比が１
対１ではない場合には、それを考慮して、現像後のレジ
スト層６１が所定の高さの立体形状になるように設計す
る。例えば、レジスト層６１のエッチングレートが、レ
ンズ基材６０のエッチングレートの２倍である場合に
は、現像後のレジスト層６１の形状を、マイクロレンズ
の形状を高さ方向に２倍した形状に形成する。すなわ
ち、レジスト層６１のエッチングレートがレンズ基材６
０のエッチングレートのｑ倍である場合には、現像後の
レジスト層６１の形状をマイクロレンズの形状を高さ方
向にｑ倍した形状に形成する。第１のグレースケールマ
スク８０の透過率分布を設計する際には、このような形
状のレジスト層６１が得られるように設計する。

【００７０】また、本実施の形態では、レジスト層６１
の微細な凹凸を除去するため、上述のようにＵＶキュア
ーを行っているが、この工程ではレジスト層６１を軟化
させるため、ＵＶキュアー後のレジスト層６１の立体形
状が、ＵＶキュアー前と比べて微妙に変化することがあ
る。例えば、レジスト層６１の形状が全体的に微小量だ
け横に広がり、中央部の高さが微小量低くなるような場
合がある。このような場合には、実験を行って広がり量
を予め求めておき、第１のグレースケールマスク８０を
設計する際に、ＵＶキュアー時の広がり量を見込んで、
ＵＶキュアー後のレジスト層６１の立体形状が所望のマ
イクロレンズに対応するようにすることが望ましい。

【００７１】なお、本実施の形態では、開口７１の形状
を円形としているが、円形以外の形状にすることも可能
である。例えば、三角形や四角形や扇形等にすることも
可能である。ただし、３２角形以上の多角形や円形の開
口７１は、配置を定める設計時に開口７１の向きを考慮
しなくてよいため設計が容易で、露光時に回折が生じに
くく、しかも、開口７１を形成するエッチング時に形状
の変化が生じにくいという利点があり、望ましい。

【００７２】また、本実施の形態では、透過率分布を定
める領域である輪帯状領域３１，３２、３３・・・の幅
を、開口７１の直径ｄと一致させることにより、表面の
凹凸の小さい、高精度なマイクロレンズを形成している
が、必ずしも輪帯状領域３１，３２、３３・・・の幅が
開口７１の直径ｄと一致していなくてもよい。例えば、
マイクロレンズの半径ｘの１２５倍が輪帯状領域の幅ｄ
で割り切れない場合には、領域を設定する際に、中央領
域３０の径で調整するか、もしくは、輪帯状領域のうち
の一つをｄよりも大きい幅にすることにより調整する必
要がある。この場合、幅がｄよりも大きい輪帯状領域に
おいては、輪帯状領域の幅方向についても開口７１の位
置を前後させて、当該輪体全体で透過率に偏りが生じな
いようにすることが望ましい。

【００７３】また、上記実施の形態では、露光工程で１
枚の第３のグレースケールマスク５０を用いたが、２枚
の第３のグレースケールマスク５０を用いることにより
より高精度なマイクロレンズ製造することができる。２
枚の第３のグレースケールマスク５０は、中央領域３０
の半径ｄ₀の値がｄの１／２の値だけ異なるように設計
する。これにより、２枚の第３のグレースケールマスク
５０を重ね合わせた場合に、一方の第３のグレースケー
ルマスク５０の輪帯状領域３１，３２，３３の境界が、
他方のグレースケールマスクの輪帯状領域３１，３２，
３３の中央に位置する。２枚の第３のグレースケールマ
スク５０のそれぞれについての透過率等の設計方法等
は、上述の実施の形態と同じである。レジスト層６１を
露光する工程では、まず一方の第３のグレースケールマ
スク５０をステッパーにセットし、照射光量を上記実施
の形態の場合の１／２に設定して、レジスト層６１に照
射する。この後、マスクを他方の第３のグレースケール
マスク５０に付け替えて、同じく照射光量を上記実施の
形態の場合の１／２に設定してレジスト層６１を露光す
る。露光時にデフォーカスする等の他の手法は、上述の
実施の形態と同様にする。この方法を用いることによ
り、現像後のレジスト層６１の輪帯状領域３１，３２，
３３・・・の境界で生じる段差をより小さくすることが
できる。

【００７４】なお、上述の実施の形態では、点対称のマ
イクロレンズを製造する方法について説明したが、本実
施の形態の製造方法は、点対称の物体に限らず、連続し
て高さ（厚さ）が変化しているレンズ、光学素子、物品
を同様に製造することができる。例えば、円錐や四角
錐、ならびに、三角柱を横倒しにしたものを製造するこ
とができる。この場合、グレースケールマスクの透過率
分布を設定する領域分けは、輪帯状領域ではなく、等し
い高さの位置をつないだ等高線に沿って行う。

【００７５】なお、上述の実施の形態では、１つのマイ
クロレンズを製造する場合について説明したが、複数の
マイクロレンズが少なくとも一方向に配列されたマイク
ロレンズアレイに対応した第３のグレースケールマスク
５０を作製することにより、一度の露光現像工程で複数
のマイクロレンズが製造可能である。

【００７６】上述の実施の形態において、レジスト層６
１を露光する際にデフォーカスする工程は、従来のグレ
ースケールマスクを用いて露光する場合にも、有効であ
る。また、現像後のレジスト層６１をＵＶキュアーする
工程も、従来のグレースケールマスクを用いて作製され
た立体形状のレジスト層の凹凸を低減するために用いる
ことができる。

【００７７】また、上述の実施の形態では、レジスト層
６１をエッチングマスクとしてレンズ基材６０をエッチ
ングする際に、反応性イオンエッチングを用いたが、反
応性のエッチング方法に限定されるものではない。イオ
ンビームエッチングやドライエッチング等を用いること
が可能である。

【００７８】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
高解像度で所望の形状のマイクロレンズを製造すること
のできる方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のマイクロレンズの製造
方法で使用するレジスト材料について測定した、露光量
と現像後のレジスト高さとの関係を示すグラフである。

【図２】本発明の一実施の形態で製造するマイクロレン
ズの形状を示す説明図である。

【図３】（ａ）は本発明の一実施の形態のマイクロレン
ズの製造方法において、第１のグレースケールマスク８
０の透過率の大きさを定める方法を説明するための説明
図であり、（ｂ）は第１のグレースケールマスク８０の
主平面方向の透過率分布を設定する領域分けを示す説明
図である。

【図４】本発明の一実施の形態のマイクロレンズの製造
方法において、所望のマイクロレンズに対応する形状に
レジスト層６１を露光するために必要な露光量ｐと、対
応する領域３０，３１，３２との関係を示すグラフであ
る。

【図５】（ａ）は本発明の一実施の形態の第１のグレー
スケールマスク８０の製造工程を示す断面図である、
（ｂ）は、第１のグレースケールマスク８０の断面図で
ある。

【図６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の一実施
の形態のマイクロレンズの製造工程を示す説明図であ
る。

【図７】（ａ）は本発明の一実施の形態のマイクロレン
ズの製造方法において、第１のグレースケールマスク８
０の輪帯状領域３１，３２と、配置される開口７１とを
示す説明図であり、（ｂ）は輪帯状領域に配置する開口
７１の数の求め方を示す説明図である。

【図８】本発明の一実施の形態のマイクロレンズの製造
方法において、第１、第２および第３のグレースケール
マスク８０、８１、５０の倍率の関係を示す説明図であ
る。

【図９】本発明の一実施の形態のマイクロレンズの製造
方法において、第１のグレースケールマスク８０の設計
時に開口７１の位置を補正する方法を示す説明図であ
る。

【図１０】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施の形態の
マイクロレンズの製造方法において、第３のグレースケ
ールマスク５０を用いてレジスト層６１を露光する際
に、デフォーカスする方法を示す説明図である。

【図１１】（ａ）は、本発明の一実施の形態のマイクロ
レンズの製造方法において、現像したレジスト層６１を
ＵＶキュアーする方法を示す説明図であり、（ｂ）は、
ＵＶキュアーによるレジスト層６１の変化を示す説明図
である。

【図１２】（ａ）は本発明の一実施の形態のマイクロレ
ンズの製造方法において、第３のグレースケールマスク
５０を用いてレジスト層６１を露光する際に、デフォー
カスしなかった場合の現像後のレジスト層６１の表面粗
さを示すグラフであり、（ｂ）はデーフォーカスした場
合の現像後のレジスト層６１の表面粗さを示すグラフで
ある。

【図１３】本発明の一実施の形態のマイクロレンズの製
造方法において、現像したレジスト層６１をＵＶキュア
ーする方法の手順を示す説明図である。

【符号の説明】

３０…中央領域、３１，３２，３３…輪帯状領域、５０
…第３のグレースケールマスク、５１…透明基板、５２
…遮光層、５３…レジスト層、５３ａ…開口、６０…レ
ンズ基材、６１…レジスト層、７１、７１ａ、７１ｂ…
開口、８０…第１のグレースケールマスク、８１…第２
のグレースケールマスク、１０２…集光光学系、１０３
…ジャストフォーカス面、１１１…内部、１１２…表面
層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主平面方向に複数段階の透過率分布を有す
るグレースケールマスクを通してレジスト層を露光した
後、現像することにより、所望のマイクロレンズに対応
した立体形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、レンズ基材
をエッチングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、前記遮光層には、予め定
めた一定の大きさの複数の開口が配置されていることを
特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】主平面方向に複数段階の透過率分布を有す
るグレースケールマスクを通してレジスト層を露光した
後、現像することにより、所望のマイクロレンズに対応
した立体形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、レンズ基材
をエッチングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領
域が設定され、該複数の領域には、それぞれ、一定の大
きさの１以上の開口が配置されていることを特徴とする
マイクロレンズの製造方法。
【請求項３】請求項２に記載のマイクロレンズの製造方
法において、前記複数の領域の境界は、前記マイクロレ
ンズに対応した前記立体形状の同じ高さの位置をつなぐ
等高線に沿っていることを特徴とするマイクロレンズの
製造方法。
【請求項４】請求項２または３に記載のマイクロレンズ
の製造方法において、前記複数の領域のうち少なくとも
一つの領域は、該領域の幅が、前記開口の径と等しい大
きさに設定されていることを特徴とするマイクロレンズ
の製造方法。
【請求項５】請求項２、３または４に記載のマイクロレ
ンズの製造方法において、前記マイクロレンズは、点対
称な形状を有し、前記複数の領域は、同心円状に配置さ
れた複数の輪帯状の領域を含むことを特徴とするマイク
ロレンズの製造方法。
【請求項６】請求項３に記載のマイクロレンズの製造方
法において、前記マイクロレンズに対応した前記立体形
状を加工するための前記グレースケールマスクを２枚用
意し、前記露光の際に、該２枚のグレースケールマスク
で前記レジスト層を順に露光し、前記２枚のグレースケールマスクは、前記領域の境界の
位置が異なっていることを特徴とするマイクロレンズの
製造方法。
【請求項７】主平面方向に複数段階の透過率分布を有す
るグレースケールマスクであって、透明基板と該透明基板上に配置された遮光層とを含み、前記遮光層には、予め定めた一定の大きさの複数の開口
が配置されていることを特徴とするグレースケールマス
ク。
【請求項８】主平面方向に複数段階の透過率分布を有す
るグレースケールマスクであって、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領域が設定され、該複数の領域に
は、それぞれ、一定の大きさの１以上の開口が配置され
ていることを特徴とするグレースケールマスク。
【請求項９】所望の立体形状にレジスト層を加工するた
めに、主平面方向に複数段階の透過率分布を有するグレ
ースケールマスクを製造する方法であって、設計工程と、成膜・加工工程とを有し、該設計工程は、前記立体形状の同じ高さの位置をつなぐ等高線に沿っ
て、前記主平面方向に複数の領域を設定し、前記領域位
置の前記立体形状の高さに対応する透過率を、該複数の
領域ごとにそれぞれ定める第１工程と、前記第１工程で定めた前記透過率を達成するために、前
記領域ごとに１以上の開口を配置する第２工程とを含
み、前記１以上の開口は、径が、予め定めた一定の大きさで
あり、開口面積の合計の前記領域の面積に対する割合が
前記透過率と等しいことを特徴とするグレースケールマ
スクの製造方法。
【請求項１０】請求項９に記載のグレースケールマスク
の製造方法において、前記第１工程では、前記領域の幅
を、前記開口の径と一致した大きさに設定することを特
徴とするグレースケールマスクの製造方法。
【請求項１１】請求項９または１０に記載のグレースケ
ールマスクの製造方法において、前記第２工程は、前記
１以上の開口を前記領域内で等間隔に配置することを特
徴とするグレースケールマスクの製造方法。
【請求項１２】請求項９または１０に記載のグレースケ
ールマスクの製造方法において、前記第２工程は、前記
１以上の開口の前記領域における位置を、乱数を用いて
定めることを特徴とするグレースケールマスクの製造方
法。
【請求項１３】請求項９，１０、１１または１２に記載
のグレースケールマスクの製造方法において、前記第２
工程の後に、前記領域内の前記１以上の開口のうちの一
部の位置を、隣接する前記領域との境界にかかる位置に
補正する第３工程を有することを特徴とするグレースケ
ールマスクの製造方法。
【請求項１４】請求項９、１０，１１、１２または１３
に記載のグレースケールマスクの製造方法において、前
記成膜・加工工程は、透明基板の上に遮光層を形成し、
該遮光層の前記設計工程で定めた位置に、前記開口を形
成することを特徴とするグレースケールマスクの製造方
法。
【請求項１５】請求項１４に記載のグレースケールマス
クの製造方法において、前記設計工程は、前記立体形状
を所定の倍率で拡大した大きさに対応させて、第１およ
び第２工程を行い、前記成膜・加工工程の後に、該成膜
・加工工程で形成した前記透明基板および遮光層を前記
所定の倍率で縮小したものを製造する工程をさらに有す
ることを特徴とするグレースケールマスクの製造方法。
【請求項１６】請求項９または１０に記載のグレースケ
ールマスクの製造方法において、前記所望の立体形状
は、点対称な形状を有するマイクロレンズであり、前記
第１工程で設定される複数の領域の少なくとも一部は、
同心円状に配置された輪帯状領域を含むことを特徴とす
るグレースケールマスクの製造方法。
【請求項１７】主平面方向に複数段階の透過率分布を有
するグレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望の物品に対応した立体
形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、基材をエッ
チングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、前記遮光層には、予め定
めた一定の大きさの複数の開口が配置されていることを
特徴とする物品の製造方法。
【請求項１８】主平面方向に複数段階の透過率分布を有
するグレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望の物品に対応した立体
形状に前記レジスト層を加工する工程と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、基材をエッ
チングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領
域が設定され、該複数の領域には、それぞれ、一定の大
きさの１以上の開口が配置されていることを特徴とする
物品の製造方法。
【請求項１９】請求項１７または１８に記載の物品の製
造方法において、前記物品は、光学素子であることを特
徴とする物品の製造方法。
【請求項２０】主平面方向に複数段階の透過率分布を有
するグレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望のマイクロレンズアレ
イに対応した立体形状に前記レジスト層を加工する工程
と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、レンズ基材
をエッチングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、前記遮光層には、予め定
めた一定の大きさの複数の開口が配置されていることを
特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２１】主平面方向に複数段階の透過率分布を有
するグレースケールマスクを通してレジスト層を露光し
た後、現像することにより、所望のマイクロレンズアレ
イに対応した立体形状に前記レジスト層を加工する工程
と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、レンズ基材
をエッチングする工程とを含み、前記グレースケールマスクは、透明基板と該透明基板上
に配置された遮光層とを含み、該遮光層には、複数の領
域が設定され、該複数の領域には、それぞれ、一定の大
きさの１以上の開口が配置されていることを特徴とする
マイクロレンズアレイの製造方法。