JP2007079371A - Gray scale mask, optical element, spatial light modulator and projector - Google Patents

Gray scale mask, optical element, spatial light modulator and projector Download PDF

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和久 水迫
Shunji Uejima
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gray scale mask and so on, with which a resist shape is accurately formed by avoiding formation of a stepwise shape caused by distribution of step-by-step changing light transmittance. <P>SOLUTION: The gray scale mask: is equipped with a plurality of unit cells 21 whose light transmittance values are respectively set according to desired resist shapes, wherein the unit cell 21 has an opening section 23 to transmit light and a light shielding section 22 to shield light, and the light transmittance value is determined with an area opening ratio which is a rate of an area of the opening section 23 occupying the unit cell 21; and has the area opening ratio of a range in which the resist shape is formed by making diffracted light L from a unit cell 21 on the periphery of one unit cell 21 incident on a region AR on which direct light from the one unit cell 21 is made incident out of a resist layer 60 to form the resist shape. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、グレイスケールマスク、光学素子、空間光変調装置及びプロジェクタ、特に、マイクロレンズ素子等の三次元微細構造を有する光学素子を製造するためのグレイスケールマスクの技術に関する。   The present invention relates to a gray scale mask, an optical element, a spatial light modulator, and a projector, and more particularly to a gray scale mask technique for manufacturing an optical element having a three-dimensional microstructure such as a microlens element.

従来、三次元微細構造を有する光学素子の製造において、フォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィは、光反応性の感光材料であるレジスト層を基板に塗布し、露光、現像することでレジスト層にパターンを形成する技術である。レジスト層にパターンを形成した後エッチング等を施すことで、レジスト層のパターンを基板に形成することができる。レジスト層に所望のパターンを形成する方法として、例えば、グレイスケールマスクを介してレジストを露光する技術が用いられている。グレイスケールマスクは、所望のレジスト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定された複数の単位セルを備えている。単位セルごとに光透過率を変化させると、グレイスケールマスクの光透過率は二次元方向において段階的に変化するように分布することとなるため、平滑な面を得たい場合でもレジスト層に段形状が形成される場合がある。光学素子は、光の屈折等の機能を果たすために正確な形状であることが要求されることから、設計には無い段形状の形成を回避することが望まれる。そこで、例えば、露光時にフォーカス量を徐々に変化させることで平滑な面を形成する技術(例えば、特許文献1参照。)や、レジストの加熱処理により段形状の平滑化を図る技術(例えば、特許文献2参照。)が提案されている。   Conventionally, a photolithography technique is used in the manufacture of an optical element having a three-dimensional microstructure. Photolithography is a technique in which a resist layer, which is a photoreactive photosensitive material, is applied to a substrate, exposed to light, and developed to form a pattern on the resist layer. The pattern of the resist layer can be formed on the substrate by performing etching after forming the pattern on the resist layer. As a method for forming a desired pattern on the resist layer, for example, a technique of exposing the resist through a gray scale mask is used. The gray scale mask includes a plurality of unit cells each having a light transmittance corresponding to a desired resist shape. When the light transmittance is changed for each unit cell, the light transmittance of the gray scale mask is distributed so as to change stepwise in the two-dimensional direction. A shape may be formed. Since the optical element is required to have an accurate shape in order to perform functions such as light refraction, it is desired to avoid the formation of a step shape that is not in the design. Therefore, for example, a technique for forming a smooth surface by gradually changing the focus amount during exposure (for example, see Patent Document 1), or a technique for smoothing a step shape by heat treatment of a resist (for example, a patent). Reference 2) has been proposed.

特開2001−356470号公報JP 2001-356470 A 特開2003−91066号公報JP 2003-91066 A

特許文献1に提案されている技術では、平滑な面を形成するために、露光時間内にデフォーカス量を変化させる工程が新たに必要となる。また、レジスト面に対して焦点が大きくずれた側から焦点が合う側へデフォーカス量を変化させることで、最終的に焦点が合ったときに段形状が形成されることとなる。このために平滑な面を得にくいとも考えられる。特許文献2に提案されている技術では、段形状の平滑化が可能であっても、レジスト形状の高さや形状自体にまで加熱の影響が及ぶことで正確な形状を得られない場合があり得る。このように、従来の技術では、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避することが困難であるから、正確なレジスト形状を得ることが難しいという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することが可能なグレイスケールマスク、そのグレイスケールマスクを用いて製造された光学素子、空間光変調装置、及びプロジェクタを提供することを目的とする。   In the technique proposed in Patent Document 1, in order to form a smooth surface, a process of changing the defocus amount within the exposure time is newly required. Further, by changing the defocus amount from the side greatly defocused with respect to the resist surface to the in-focus side, a step shape is formed when the focus is finally achieved. For this reason, it may be difficult to obtain a smooth surface. In the technique proposed in Patent Document 2, even if the step shape can be smoothed, there is a case where an accurate shape cannot be obtained due to the influence of heating up to the height of the resist shape and the shape itself. . As described above, in the conventional technique, it is difficult to avoid the formation of the step shape due to the light transmittance being distributed so as to change stepwise, so that it is difficult to obtain an accurate resist shape. Arise. The present invention has been made in view of the above-described problems, and can avoid the formation of a step shape due to the light transmittance being distributed so as to change stepwise, and can accurately form a resist shape. An object of the present invention is to provide a gray scale mask, an optical element manufactured using the gray scale mask, a spatial light modulation device, and a projector.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定された複数の単位セルを備え、単位セルは、光を透過させる開口部と、光を遮断させる遮光部とを有し、単位セルに占める開口部の面積の割合である面積開口率によって光透過率が決定され、レジスト形状を形成させるレジスト層のうち一の単位セルからの直接光が入射する領域へ、一の単位セルの周辺の単位セルからの回折光を入射させてレジスト形状を形成させるような範囲の面積開口率を有することを特徴とするグレイスケールマスクを提供することができる。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a plurality of unit cells each having a light transmittance corresponding to a desired resist shape are provided, and each unit cell transmits light. The light transmittance is determined by the area aperture ratio, which is a ratio of the area of the opening occupying the unit cell, and one of the resist layers for forming the resist shape. A gray scale characterized by having an area aperture ratio in such a range that diffracted light from unit cells around one unit cell is incident on a region where direct light from the unit cell is incident to form a resist shape A mask can be provided.

本発明のグレイスケールマスクは、開口部からの直接光のみならず、回折光を用いてレジスト形状を形成する。面積開口率と回折光の強度との間には相関関係があることから、回折光の強度が大きくなるようなグレイスケールマスクの面積開口率の範囲を決定することができる。一の単位セルからの直接光が入射する領域へ周辺からの回折光を入射させることで、グレイスケールマスクが二次元方向において段階的に変化する光透過率分布を持つ場合であっても、レジスト層上における光量の変化を連続的なものに近づけることができる。レジスト層上における光量の変化を連続的なものとすることで、レジスト層に平滑な面を形成することが可能となる。本発明のグレイスケールマスクを介した露光以外に工程を増加させる必要が無く、また回折光は直接光に対して副次的に生じるものであることから、レジスト形状の高さや形状にまで及ぼす影響も少ないものと考えられる。これにより、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することが可能なグレイスケールマスクを得られる。   The gray scale mask of the present invention forms a resist shape using not only direct light from the opening but also diffracted light. Since there is a correlation between the area aperture ratio and the intensity of the diffracted light, the range of the area aperture ratio of the gray scale mask that increases the intensity of the diffracted light can be determined. Even if the grayscale mask has a light transmittance distribution that changes stepwise in the two-dimensional direction by making the diffracted light from the periphery enter the region where direct light from one unit cell is incident, the resist The change in the amount of light on the layer can be made to be continuous. By making the change in the amount of light on the resist layer continuous, a smooth surface can be formed on the resist layer. Since there is no need to increase the number of processes other than the exposure through the gray scale mask of the present invention, and since diffracted light is generated as a secondary to direct light, it affects the height and shape of the resist shape. It is thought that there are few things. As a result, it is possible to avoid the formation of a step shape due to the light transmittance being distributed so as to change stepwise, and to obtain a gray scale mask capable of accurately forming a resist shape.

また、本発明の好ましい態様によれば、面積開口率が100パーセントであるときの直接光の強度I0を1とすると、単位セルは、0.05<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率を有することが望ましい。これにより、一の単位セルからの直接光が入射する領域へ周囲からの回折光を入射させ、レジスト形状を形成させることができる。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, when the direct light intensity I0 when the area aperture ratio is 100% is 1, the unit cell has an area in a range corresponding to 0.05 <I0 <0.5. It is desirable to have an aperture ratio. Thereby, the diffracted light from the surroundings can be incident on the region where the direct light from one unit cell is incident, and a resist shape can be formed.

また、本発明の好ましい態様によれば、単位セルは、0.1<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率を有することが望ましい。これにより、回折光を効率的に生じさせることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the unit cell has an area aperture ratio in a range corresponding to 0.1 <I0 <0.5. Thereby, diffracted light can be generated efficiently.

また、本発明の好ましい態様としては、単位セルは、0.25<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率を有することが望ましい。これにより、回折光をさらに効率的に生じさせることができる。   As a preferred embodiment of the present invention, the unit cell desirably has an area aperture ratio in a range corresponding to 0.25 <I0 <0.5. Thereby, diffracted light can be generated more efficiently.

また、本発明の好ましい態様としては、単位セルは、アレイ状に配置されることが望ましい。それぞれ光透過率が設定された単位セルをアレイ状に配置することで、三次元微細構造を有するレジスト形状を形成することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the unit cells are desirably arranged in an array. By arranging unit cells each having a light transmittance set in an array, a resist shape having a three-dimensional microstructure can be formed.

また、本発明の好ましい態様としては、単位セルは、矩形領域内において、矩形領域の対角線方向について略同一のピッチで配置されることが望ましい。これにより、曲面を有するレジスト形状を正確に形成することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the unit cells are arranged at substantially the same pitch in the diagonal direction of the rectangular area in the rectangular area. Thereby, a resist shape having a curved surface can be formed accurately.

また、本発明の好ましい態様としては、単位セルは、略同心円状に配置されることが望ましい。これにより、曲面を有するレジスト形状を正確に形成することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the unit cells are arranged substantially concentrically. Thereby, a resist shape having a curved surface can be formed accurately.

また、本発明の好ましい態様としては、単位セルは、複数の微小セルにより構成され、微小セルは、レジスト層を露光する解像限界以下の幅を有することが望ましい。解像限界以上の幅の微小セルを用いる場合、グレイスケールマスクの光透過分布に応じた段形状が形成され易くなる。解像限界以下の幅を持つ微小セルを用いることにより、平滑な面を備えるレジスト形状を形成することが可能となる。微小セルの幅は、露光に用いる光の入射角度、及び光の波長に対応して、解像限界以下の幅を持つように設定することが可能である。   As a preferred embodiment of the present invention, the unit cell is preferably composed of a plurality of minute cells, and the minute cells preferably have a width equal to or smaller than the resolution limit for exposing the resist layer. When a minute cell having a width equal to or larger than the resolution limit is used, a step shape corresponding to the light transmission distribution of the gray scale mask is easily formed. By using microcells having a width less than the resolution limit, a resist shape having a smooth surface can be formed. The width of the minute cell can be set so as to have a width equal to or smaller than the resolution limit corresponding to the incident angle of light used for exposure and the wavelength of light.

さらに、本発明によれば、上記のグレイスケールマスクを用いてレジスト層にレジスト形状を形成し、レジスト形状を基板に転写させて作成されることを特徴とする光学素子を提供することができる。上記のグレイスケールマスクを用いることにより、段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することが可能である。かかるレジスト形状を基板に転写させることにより、光の透過率が高く熱的特性に優れた光学素子を得られる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an optical element that is formed by forming a resist shape on a resist layer using the gray scale mask and transferring the resist shape to a substrate. By using the gray scale mask, it is possible to avoid formation of a step shape and to form a resist shape accurately. By transferring the resist shape onto the substrate, an optical element having high light transmittance and excellent thermal characteristics can be obtained.

さらに、本発明によれば、上記の光学素子を有することを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。上記の光学素子を有することで、正確な形状の光学素子により光を効率的に利用することが可能である。これにより、光を効率的に利用でき、高効率で明るく、高コントラストな画像を得ることが可能な空間光変調装置を得られる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a spatial light modulation device including the above-described optical element. By having the above optical element, it is possible to efficiently use light by the optical element having an accurate shape. As a result, a spatial light modulation device that can efficiently use light and can obtain a high-efficiency, bright and high-contrast image can be obtained.

さらに、本発明によれば、上記の空間光変調装置を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の空間光変調装置を用いることにより、光を効率的に利用でき、明るい画像を得ることが可能である。これにより、高効率で明るく、高コントラストな画像のプロジェクタを得られる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a projector including the spatial light modulation device described above. By using the above spatial light modulator, light can be used efficiently and a bright image can be obtained. As a result, it is possible to obtain a projector with a high-efficiency, bright and high-contrast image.

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係るグレイスケールマスク20について説明するものであって、グレイスケールマスク20を使用する縮小投影露光装置10の構成を示すものである。縮小投影露光装置10は、所望のレジスト形状に対応させた光透過率分布を有するグレイスケールマスク20からの光を縮小させ、材料基板17の露光を行うものである。グレイスケールマスク20は、縮小投影露光装置10の光学系の光軸AX上であって、光源11と投写レンズ13との間に配置されている。光源11からの光は、グレイスケールマスク20を透過した後、縮小倍率の投写レンズ13に入射する。投写レンズ13からの光は、ステージ15上に載置された材料基板17上に入射する。縮小投影露光装置10は、例えば、435nmの波長を有する光であるg線を用いるg線ステッパである。   FIG. 1 illustrates a gray scale mask 20 according to a first embodiment of the present invention, and shows a configuration of a reduction projection exposure apparatus 10 using the gray scale mask 20. The reduction projection exposure apparatus 10 reduces the light from the gray scale mask 20 having a light transmittance distribution corresponding to a desired resist shape, and exposes the material substrate 17. The gray scale mask 20 is disposed on the optical axis AX of the optical system of the reduction projection exposure apparatus 10 and between the light source 11 and the projection lens 13. The light from the light source 11 passes through the gray scale mask 20 and then enters the projection lens 13 having a reduced magnification. The light from the projection lens 13 is incident on the material substrate 17 placed on the stage 15. The reduced projection exposure apparatus 10 is, for example, a g-line stepper that uses g-line that is light having a wavelength of 435 nm.

図2は、グレイスケールマスク20の構成を説明するものである。ここでは、単独のマイクロレンズを形成するためのグレイスケールマスク20について説明を行う。複数のマイクロレンズをアレイ状に配列させたマイクロレンズアレイを形成する場合、図2に示すグレイスケールマスク20をアレイ状に配列させたものを用いることができる。グレイスケールマスク20は、一辺の長さdが70μmの正方形形状を有する。例えば、縮小投影露光装置10により5分の1の縮小露光を行う場合、一辺の長さdが70μmのグレイスケールマスク20により、一辺が14μmのマイクロレンズを形成することができる。   FIG. 2 illustrates the configuration of the gray scale mask 20. Here, the gray scale mask 20 for forming a single microlens will be described. When forming a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in an array, a grayscale mask 20 shown in FIG. 2 arranged in an array can be used. The gray scale mask 20 has a square shape with a side length d of 70 μm. For example, when the reduced projection exposure apparatus 10 performs reduction exposure of 1/5, a microlens having a side of 14 μm can be formed by the gray scale mask 20 having a side length d of 70 μm.

グレイスケールマスク20は、一辺の長さが2.5μmの正方形形状を有する複数の単位セル21をアレイ状に配置して構成されている。複数の単位セル21は、所望のレジスト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定されている。それぞれ光透過率が設定された単位セル21をアレイ状に配置することで、三次元微細構造を有するレジスト形状を形成することができる。1つのグレイスケールマスク20は、784(=28×28)個の単位セル21を有している。   The gray scale mask 20 is configured by arranging a plurality of unit cells 21 having a square shape with a side length of 2.5 μm in an array. The plurality of unit cells 21 each have a light transmittance corresponding to a desired resist shape. By arranging the unit cells 21 each having a light transmittance set in an array, a resist shape having a three-dimensional microstructure can be formed. One gray scale mask 20 has 784 (= 28 × 28) unit cells 21.

また、単位セル21は、グレイスケールマスク20が有する正方形形状の対角線DL方向について、略同一のピッチで配置されている。対角線DL方向について略同一のピッチで単位セル21を配置することにより、対角線DL方向について略同一のピッチで光透過率を設定することが可能となる。対角線DL方向について略同一のピッチで光透過率を設定することで、曲面を有するレジスト形状を正確に形成することができる。   The unit cells 21 are arranged at substantially the same pitch in the square diagonal line DL direction of the gray scale mask 20. By disposing the unit cells 21 at substantially the same pitch in the diagonal line DL direction, it becomes possible to set the light transmittance at substantially the same pitch in the diagonal line DL direction. By setting the light transmittance at substantially the same pitch in the diagonal line DL direction, a resist shape having a curved surface can be accurately formed.

図3−1は、単位セル21の構成を説明するものである。単位セル21は、中央に配置された開口部23と、開口部23の周囲に配置された遮光部22とを有する。本実施例において、開口部23は単位セル21の中央に配置することとしているが、単位セル21の中央以外の位置に配置することとしても良い。開口部23は、光源11からの光を透過させる。遮光部22は、光源11からの光を遮断させる。単位セル21の光透過率は、面積開口率によって決定されている。面積開口率は、単位セル21に占める開口部23の面積の割合であるとする。単位セル21は、複数の微小セルにより構成されている。開口部23は、光を透過させる微小セルにより構成されている。遮光部22は、光を遮断させる微小セルによって構成されている。面積開口率は、単位セル21の全微小セルに対する、開口部23を構成する微小セルの個数により決定することができる。   FIG. 3A illustrates the configuration of the unit cell 21. The unit cell 21 has an opening 23 arranged in the center and a light shielding part 22 arranged around the opening 23. In the present embodiment, the opening 23 is disposed at the center of the unit cell 21, but may be disposed at a position other than the center of the unit cell 21. The opening 23 transmits light from the light source 11. The light shielding unit 22 blocks light from the light source 11. The light transmittance of the unit cell 21 is determined by the area aperture ratio. The area opening ratio is assumed to be the ratio of the area of the opening 23 to the unit cell 21. The unit cell 21 is composed of a plurality of minute cells. The opening 23 is constituted by a minute cell that transmits light. The light shielding unit 22 is configured by a minute cell that blocks light. The area aperture ratio can be determined by the number of micro cells constituting the opening 23 with respect to all the micro cells of the unit cell 21.

微小セルは、レジスト層を露光する解像限界以下の幅を有することが望ましい。解像限界以上の微小セルを備えるグレイスケールマスク20を用いると、グレイスケールマスク20の光透過分布に応じて段形状が形成され易くなる。解像限界以下の幅を持つ微小セルを用いることにより、平滑な面を備えるレジスト形状を形成することが可能となる。微小セルの幅は、露光に用いる光の入射角度、及び光の波長に対応して、解像限界以下の幅を持つように設定することが可能である。   It is desirable that the minute cell has a width equal to or smaller than a resolution limit for exposing the resist layer. When the gray scale mask 20 having minute cells equal to or higher than the resolution limit is used, a step shape is easily formed according to the light transmission distribution of the gray scale mask 20. By using microcells having a width less than the resolution limit, a resist shape having a smooth surface can be formed. The width of the minute cell can be set so as to have a width equal to or smaller than the resolution limit corresponding to the incident angle of light used for exposure and the wavelength of light.

図1に示すように、縮小投影露光装置10は、光軸AXに略平行な光によりレジスト層の露光を行う。例えば、縮小投影露光装置10としてg線(435nm)ステッパを用いる場合、微小セルの幅を0.5μm以下と設定することができる。縮小投影露光装置10としてi線(365nm)ステッパを用いる場合、微小セルの幅を0.3μm以下と設定することができる。縮小投影露光装置10としてg線ステッパを用いる場合、例えば、図3−2に示すように、微小セル24の一辺の長さt’を0.25μmとすることで、平滑な面を備えるレジスト形状を形成することができる。   As shown in FIG. 1, the reduction projection exposure apparatus 10 exposes a resist layer with light substantially parallel to the optical axis AX. For example, when a g-line (435 nm) stepper is used as the reduced projection exposure apparatus 10, the width of the minute cell can be set to 0.5 μm or less. When an i-line (365 nm) stepper is used as the reduced projection exposure apparatus 10, the width of the minute cell can be set to 0.3 μm or less. When a g-line stepper is used as the reduced projection exposure apparatus 10, for example, as shown in FIG. 3B, a resist shape having a smooth surface by setting the length t ′ of one side of the minute cell 24 to 0.25 μm. Can be formed.

図3−1に戻って、単位セル21の一辺の長さt、開口部23の一辺の長さpを用いると、単位セル21における面積開口率ORは、式(1)により求めることができる。
OR=p2/t2×100(%) (1)
Returning to FIG. 3A, when the length t of one side of the unit cell 21 and the length p of one side of the opening 23 are used, the area aperture ratio OR in the unit cell 21 can be obtained by Expression (1). .
OR = p 2 / t 2 × 100 (%) (1)

また、単位セル21の幅に対する遮光部22の幅の割合BWは、式(2)により求めることができる。
BW=(t−p)/t (2)
Further, the ratio BW of the width of the light shielding portion 22 to the width of the unit cell 21 can be obtained by Expression (2).
BW = (tp) / t (2)

図4は、開口部23からの直接光(ゼロ次光)の強度I0、一次回折光の強度I1、及び二次回折光の強度I2と、遮光部22幅の割合BWとの関係を表すものである。開口部23の通過により生じる回折光の強度Iは、回折光次数をmとすると、式(3)により求めることができる。
I=[{sin(BW×mπ)}/mπ]2 (3)
FIG. 4 shows the relationship between the intensity I0 of direct light (zero-order light) from the opening 23, the intensity I1 of the first-order diffracted light, the intensity I2 of the second-order diffracted light, and the ratio BW of the width of the light-shielding part 22. is there. The intensity I of the diffracted light generated by the passage of the opening 23 can be obtained by Expression (3), where m is the diffracted light order.
I = [{sin (BW × mπ)} / mπ] 2 (3)

一次回折光の強度I1及び二次回折光の強度I2は、それぞれ式(3)により求めることができる。1次回折光の強度が最大となるBW=0.5のとき、各次数についての回折光の合計強度も最大となる。直接光の強度I0は、開口部23へ入射する光の強度から各次数の回折光の強度を差し引くことにより求めることができる。グレイスケールマスク20は、面積開口率ORが100%であるときの直接光の強度I0を1とする場合に、各単位セル21の面積開口率ORが0.36<I0<0.5に対応する範囲となるように構成されている。直接光の強度I0が0.36<I0<0.5であるとき、回折光の強度が比較的大きくなる。なお、面積開口率ORが100%であるとは、開口部23にて回折光が生じず、開口部23へ入射した光の全てがそのまま直接光として透過する場合である。   The intensity I1 of the first-order diffracted light and the intensity I2 of the second-order diffracted light can be obtained from the equation (3), respectively. When BW = 0.5 where the intensity of the first-order diffracted light is maximized, the total intensity of the diffracted light for each order is also maximized. The direct light intensity I 0 can be obtained by subtracting the intensity of the diffracted light of each order from the intensity of the light incident on the opening 23. The gray scale mask 20 corresponds to the area aperture ratio OR of each unit cell 21 being 0.36 <I0 <0.5 when the direct light intensity I0 when the area aperture ratio OR is 100% is 1. It is comprised so that it may become. When the direct light intensity I0 is 0.36 <I0 <0.5, the intensity of the diffracted light is relatively large. Note that the area aperture ratio OR is 100% means that no diffracted light is generated in the opening 23 and all the light incident on the opening 23 is directly transmitted as light.

ここで、I0=0.36に対応する面積開口率ORを求める。図4に示すグラフより、I0=0.36であるとき、BW=0.4である。単位セル21の一辺の長さtが2.5μmであるとすると、開口部23の一辺の長さpは、式(2)を用いて求めることができる。
p=t−t×BW=2.5−2.5×0.4=1.5(μm)
面積開口率ORは、式(1)を用いて求めることができる。
OR=p2/t2×100=(1.5)2/(2.5)2×100=36(%)
Here, the area aperture ratio OR corresponding to I0 = 0.36 is obtained. From the graph shown in FIG. 4, when I0 = 0.36, BW = 0.4. Assuming that the length t of one side of the unit cell 21 is 2.5 μm, the length p of one side of the opening 23 can be obtained using Expression (2).
p = t−t × BW = 2.5−2.5 × 0.4 = 1.5 (μm)
The area aperture ratio OR can be obtained using the equation (1).
OR = p 2 / t 2 × 100 = (1.5) 2 /(2.5) 2 × 100 = 36 (%)

次に、I0=0.5に対応する面積開口率ORを求める。図4に示すグラフより、I0=0.5であるとき、BW=0.29である。開口部23の一辺の長さpは、式(2)を用いて求めることができる。
p=t−t×BW=2.5−2.5×0.29=1.775(μm)
面積開口率ORは、式(1)を用いて求めることができる。
OR=p2/t2×100=(1.775)2/(2.5)2×100=50.41(%)
よって、本実施例のグレイスケールマスク20は、各単位セル21の面積開口率ORが36%<OR<50.41%となるように構成することができる。
Next, an area aperture ratio OR corresponding to I0 = 0.5 is obtained. From the graph shown in FIG. 4, when I0 = 0.5, BW = 0.29. The length p of one side of the opening 23 can be obtained using Expression (2).
p = t−t × BW = 2.5−2.5 × 0.29 = 1.775 (μm)
The area aperture ratio OR can be obtained using the equation (1).
OR = p 2 / t 2 × 100 = (1.775) 2 /(2.5) 2 × 100 = 50.41 (%)
Therefore, the gray scale mask 20 of the present embodiment can be configured such that the area aperture ratio OR of each unit cell 21 is 36% <OR <50.41%.

図5は、γ特性の例を表すものである。γ特性は、面積開口率ORと、露光によってレジスト層に形成されるレジスト形状の深さとの関係を示すものである。ここでレジスト形状の深さとは、レジスト層の光源11側の表面から最も遠い位置、言い換えるとマイクロレンズの頂点に相当する位置をゼロとして、光源11側の表面に近くなるに従い値が大きくなるものとしている。レジスト形状の深さは、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)や干渉型光学測定器、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)を用いて測定することができる。γ特性は、各値に面積開口率ORを設定する場合のレジスト形状の深さをプロットすることにより得られる。ここでは、レジスト材料として、クラリアントジャパン社製のポジ型レジストAZP4903を使用する場合の例を説明する。ポジ型レジストは、露光された部分が現像により取り除かれる。レジスト形状の深さは、面積開口率ORが大きいほど浅く、面積開口率ORが小さいほど深くなる。   FIG. 5 shows an example of the γ characteristic. The γ characteristic indicates the relationship between the area aperture ratio OR and the depth of the resist shape formed in the resist layer by exposure. Here, the depth of the resist shape is a value that increases as it approaches the surface on the light source 11 side, assuming that the position farthest from the surface on the light source 11 side of the resist layer, in other words, the position corresponding to the apex of the microlens is zero. It is said. The depth of the resist shape can be measured using a laser microscope, an atomic force microscope, an interference optical measuring instrument, or a scanning electron microscope. The γ characteristic is obtained by plotting the depth of the resist shape when the area aperture ratio OR is set for each value. Here, an example will be described in which a positive resist AZP4903 manufactured by Clariant Japan is used as the resist material. In the positive resist, the exposed portion is removed by development. The depth of the resist shape is shallower as the area aperture ratio OR is larger, and the resist pattern is deeper as the area aperture ratio OR is smaller.

グレイスケールマスク20は、グレイスケールマスク20の一つの角から中心位置までの対角線DL(図2参照)上において14個の単位セル21を並列させている。これに対応して、グレイスケールマスク20は、各単位セル21の面積開口率ORについて1%刻みの階調を採用することで、36%から50%までの14%について14段階の階調を取ることが可能である。グレイスケールマスク20は、γ特性と、所望のレジスト形状の高さとの関係から、各単位セル21における開口面積率ORを決定することができる。なお、100個の微小セル24(図3−2参照。)により単位セル21を構成する場合、微小セル24ごとに開口又は遮光を選択することで、1%刻みで単位セル21の面積開口率ORを設定することができる。   The gray scale mask 20 has 14 unit cells 21 arranged in parallel on a diagonal line DL (see FIG. 2) from one corner to the center position of the gray scale mask 20. Correspondingly, the gray scale mask 20 adopts gradations in increments of 1% with respect to the area aperture ratio OR of each unit cell 21, so that 14 gradations can be obtained for 14% from 36% to 50%. It is possible to take. The gray scale mask 20 can determine the opening area ratio OR in each unit cell 21 from the relationship between the γ characteristic and the height of the desired resist shape. When the unit cell 21 is configured by 100 minute cells 24 (see FIG. 3-2), by selecting an opening or light shielding for each minute cell 24, the area opening ratio of the unit cell 21 in increments of 1%. OR can be set.

面積開口率ORの変化に対応させて正確な高さのレジスト形状を形成するためには、面積開口率ORの変化に応じてγ特性が直線状の変化を示す範囲において階調を取ることが望ましい。また、レジストとして、γ特性が直線状の変化を示すような材料を選定することが望ましい。このように、γ特性が直線状の変化を示す範囲において階調を取ることにより、高い精度のマイクロレンズを形成することが可能となる。   In order to form a resist shape having an accurate height corresponding to the change in the area aperture ratio OR, it is possible to take gradations in a range where the γ characteristic shows a linear change in accordance with the change in the area aperture ratio OR. desirable. Further, it is desirable to select a resist material that exhibits a linear change in γ characteristics. In this way, it is possible to form a highly accurate microlens by taking gradations in a range where the γ characteristic shows a linear change.

図6は、開口部23にて回折光を生じさせることによる効果について説明するものである。一の単位セル21からの直接光(0)は、開口部23への入射時と同じ方向へ進行し、材料基板17上のレジスト層60へ入射する。開口部23を透過することで生じる回折光、例えば一次回折光(+1、−1)、二次回折光(+2、−2)は、直接光から分岐され、直接光とは異なる方向へ進行する。また、レジスト層60のうち一の単位セル21からの直接光が入射する領域ARへは、かかる一の単位セル21の周囲の単位セル21からの回折光Lが入射することとなる。   FIG. 6 explains the effect of generating diffracted light at the opening 23. Direct light (0) from one unit cell 21 travels in the same direction as when entering the opening 23 and enters the resist layer 60 on the material substrate 17. Diffracted light generated by passing through the opening 23, for example, first-order diffracted light (+1, -1) and second-order diffracted light (+2, -2) is branched from the direct light and travels in a direction different from that of the direct light. Further, the diffracted light L from the unit cells 21 around the one unit cell 21 enters the area AR of the resist layer 60 where the direct light from one unit cell 21 enters.

本発明のグレイスケールマスク20は、回折光の強度が比較的大きくなるように面積開口率ORの範囲を決定することを特徴とする。回折光の強度が比較的大きくなるように面積開口率ORの範囲を決定することにより、一の単位セル21の周辺の単位セル21からの回折光を入射させてレジスト形状を形成させることが可能となる。一の単位セル21からの直接光が入射する領域へ周辺からの回折光を入射させることで、グレイスケールマスク20が二次元方向において段階的に変化する光透過率分布を持つ場合であっても、レジスト層60上における光量の変化を連続的なものに近づけることができる。   The gray scale mask 20 of the present invention is characterized in that the range of the area aperture ratio OR is determined so that the intensity of the diffracted light becomes relatively large. By determining the range of the area aperture ratio OR so that the intensity of the diffracted light becomes relatively large, it is possible to form a resist shape by making the diffracted light from the unit cells 21 around the one unit cell 21 incident. It becomes. Even when the gray scale mask 20 has a light transmittance distribution that changes stepwise in a two-dimensional direction by making diffracted light from the periphery enter a region where direct light from one unit cell 21 is incident. The change in the amount of light on the resist layer 60 can be made close to a continuous one.

レジスト層60上における光量の変化を連続的なものとすることで、レジスト層60に平滑な面を形成することが可能となる。本発明ではグレイスケールマスク20を介した露光以外に工程を増加させることも無く、また回折光は直接光に対して副次的に生じるものであることから、レジスト形状の高さや形状にまで及ぼす影響も少ないものと考えられる。これにより、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することができるという効果を奏する。   By making the change in the amount of light on the resist layer 60 continuous, it becomes possible to form a smooth surface on the resist layer 60. In the present invention, the number of steps other than the exposure through the gray scale mask 20 is not increased, and the diffracted light is generated as a secondary effect on the direct light, so that it affects the height and shape of the resist shape. It is thought that there is little influence. Thereby, it is possible to avoid the formation of the step shape due to the light transmittance being distributed so as to change stepwise, and the resist shape can be formed accurately.

グレイスケールマスク20の作成は、まず、平行平板である透明基板上に遮光膜を形成することにより行う。透明基板としては、例えば石英基板を用いることができる。本実施例のグレイスケールマスク20は、遮光性部材であるクロムを用いて遮光膜を形成する。そして、遮光膜を形成した透明基板を露光することで、開口部23を形成する。単位セル21のうち開口部23が形成された部分以外の部分が、遮光部22となる。グレイスケールマスク20を作成する縮小投影露光装置は、例えば、365nmの波長を有する光であるi線を用いるi線ステッパである。   The gray scale mask 20 is first formed by forming a light shielding film on a transparent substrate that is a parallel plate. As the transparent substrate, for example, a quartz substrate can be used. The gray scale mask 20 of this embodiment forms a light shielding film using chromium which is a light shielding member. And the opening part 23 is formed by exposing the transparent substrate in which the light shielding film was formed. A portion of the unit cell 21 other than the portion where the opening 23 is formed becomes the light shielding portion 22. The reduction projection exposure apparatus that creates the gray scale mask 20 is an i-line stepper that uses i-line, which is light having a wavelength of 365 nm, for example.

図7は、本実施例のグレイスケールマスク20を用いて、光学素子であるマイクロレンズを製造する手順を示す。まず、レジスト層形成工程である工程aにおいて、基板81上にレジスト層82を形成する。レジスト層82は、基板81上にレジスト材料を塗布し、さらにプリベイクすることで形成される。次に、工程bにおいて、図1に示した縮小投影露光装置10であるg線ステッパを用いて、グレイスケールマスク20を介したレジスト層82の露光を行う。レジスト層82は、グレイスケールマスク20を透過し略5分の1に縮小された光によって露光される。   FIG. 7 shows a procedure for manufacturing a microlens as an optical element using the gray scale mask 20 of the present embodiment. First, in step a which is a resist layer forming step, a resist layer 82 is formed on the substrate 81. The resist layer 82 is formed by applying a resist material on the substrate 81 and further pre-baking. Next, in step b, the resist layer 82 is exposed through the gray scale mask 20 using a g-line stepper which is the reduction projection exposure apparatus 10 shown in FIG. The resist layer 82 is exposed to light that has passed through the gray scale mask 20 and has been reduced to approximately one fifth.

さらに、露光後のレジスト層82を現像液により現像することで、曲面を有するレジスト形状83がレジスト層82に形成される。現像後のレジスト層82は、ポストベイクによりさらに硬化させる。このようにして、グレイスケールマスク20の光透過率分布に対応した所望のレジスト形状83がレジスト層82に形成される。   Further, the resist layer 82 having a curved surface is formed on the resist layer 82 by developing the exposed resist layer 82 with a developer. The developed resist layer 82 is further cured by post-baking. In this way, a desired resist shape 83 corresponding to the light transmittance distribution of the gray scale mask 20 is formed in the resist layer 82.

次に、工程cに示すレジスト形状転写工程において、レジスト層82のレジスト形状83を基板81へ転写する。レジスト形状83を基板81へ転写することで、基板81に、レジスト形状83と略同一のマイクロレンズ形状84が形成される。レジスト形状83の基板81への転写は、エッチングにより行うことができる。エッチングは、ドライエッチング、若しくはドライエッチングとウェットエッチングとの組合せによって行う。   Next, in the resist shape transfer step shown in step c, the resist shape 83 of the resist layer 82 is transferred to the substrate 81. By transferring the resist shape 83 to the substrate 81, a microlens shape 84 substantially the same as the resist shape 83 is formed on the substrate 81. The transfer of the resist shape 83 to the substrate 81 can be performed by etching. Etching is performed by dry etching or a combination of dry etching and wet etching.

最後に、工程dにおいて、基板81及びカバー硝子86間のマイクロレンズ形状84部分に透明樹脂材料を充填させることで、マイクロレンズ85が形成される。複数のマイクロレンズ85を有するマイクロレンズアレイは、型転写工程により形成することとしても良い。まず、工程bで得られたレジスト形状83に無電解Ni鍍金を施して金型を製造する。これにより、レジスト形状83は、金型に転写される。次に、金型の形状を他の部材へ型転写することで、レプリカを作成する。これにより、簡便に大量のレプリカを製造できる。   Finally, in step d, the microlens 85 is formed by filling the portion of the microlens shape 84 between the substrate 81 and the cover glass 86 with a transparent resin material. A microlens array having a plurality of microlenses 85 may be formed by a mold transfer process. First, the resist shape 83 obtained in step b is subjected to electroless Ni plating to manufacture a mold. Thereby, the resist shape 83 is transferred to the mold. Next, a replica is created by transferring the shape of the mold to another member. Thereby, a lot of replicas can be manufactured easily.

図8は、本実施例のグレイスケールマスク20を用いて形成されたレジスト形状83と、設計されたレジスト形状との比較を示すものである。図8に示すグラフは、縦軸にレジスト形状の深さ、横軸にレジスト形状の中心位置を基準とする場合のレジスト上の位置を取って示している。実線で示す曲線Cは、本実施例のグレイスケールマスク20を用いて形成されたレジスト形状83の深さの分布を示している。一点鎖線で示す曲線Eは、設計されたレジスト形状の深さの分布を示している。グラフから、本実施例のグレイスケールマスク20を用いることによって、段形状が少なく平滑な面を有し、所望の形状に近いレジスト形状83が得られることがわかる。上記のグレイスケールマスク20を用いてレジスト形状83を正確に形成することにより、光の透過率が高く熱的特性に優れた光学素子を得られる。   FIG. 8 shows a comparison between the resist shape 83 formed using the gray scale mask 20 of this embodiment and the designed resist shape. In the graph shown in FIG. 8, the vertical axis represents the depth of the resist shape, and the horizontal axis represents the position on the resist when the center position of the resist shape is used as a reference. A curve C indicated by a solid line indicates a depth distribution of the resist shape 83 formed using the gray scale mask 20 of the present embodiment. A curve E indicated by an alternate long and short dash line indicates a depth distribution of the designed resist shape. From the graph, it can be seen that by using the gray scale mask 20 of this embodiment, a resist shape 83 having a smooth surface with few step shapes and close to a desired shape can be obtained. By accurately forming the resist shape 83 using the gray scale mask 20 described above, an optical element having high light transmittance and excellent thermal characteristics can be obtained.

なお、グレイスケールマスク20は、各単位セル21の面積開口率ORが0.36<I0<0.5に対応する範囲となるように構成される場合に限られない。図9に示すように、グレイスケールマスク20は、各単位セル21が0.05<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率ORを有する構成であれば良い。これにより、一の単位セル21からの直接光が入射する領域へ周囲からの回折光を入射させ、レジスト形状83を形成させることができる。   The gray scale mask 20 is not limited to the case where the area aperture ratio OR of each unit cell 21 is configured to be in a range corresponding to 0.36 <I0 <0.5. As shown in FIG. 9, the grayscale mask 20 may be configured so that each unit cell 21 has an area aperture ratio OR in a range corresponding to 0.05 <I0 <0.5. As a result, the diffracted light from the surroundings can enter the region where the direct light from one unit cell 21 is incident, and the resist shape 83 can be formed.

グレイスケールマスク20は、好ましくは、各単位セル21が0.1<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率ORを有する構成であることが望ましい。これにより、回折光を効率的に生じさせることができる。グレイスケールマスク20は、さらに好ましくは、各単位セル21が0.25<I0<0.5に対応する範囲の面積開口率ORを有する構成であることが望ましい。これにより、回折光をさらに効率的に生じさせることができる。   The gray scale mask 20 preferably has a configuration in which each unit cell 21 has an area aperture ratio OR in a range corresponding to 0.1 <I0 <0.5. Thereby, diffracted light can be generated efficiently. More preferably, the gray scale mask 20 has a configuration in which each unit cell 21 has an area aperture ratio OR in a range corresponding to 0.25 <I0 <0.5. Thereby, diffracted light can be generated more efficiently.

図10は、本実施例の比較例に係るグレイスケールマスクの構成を説明するものである。本比較例のグレイスケールマスクは、各単位セルの面積開口率ORが0.49<I0<0.63に対応する範囲である。本比較例の場合、図9を用いて説明する範囲で面積開口率ORを設定する場合と比較して、開口部23で生じる回折光の光量が少なく、かつ直接光の光量が大きくなる。I0=0.49の場合、BW=0.3である。I0=0.63の場合、BW=0.206である。0.49<I0<0.63に対応する面積開口率ORは、上述の場合と同様に計算すると、49%<OR<63%となる。   FIG. 10 illustrates the configuration of a gray scale mask according to a comparative example of this embodiment. In the gray scale mask of this comparative example, the area aperture ratio OR of each unit cell is in a range corresponding to 0.49 <I0 <0.63. In the case of this comparative example, the amount of diffracted light generated in the opening 23 is small and the amount of direct light is large compared to the case where the area aperture ratio OR is set within the range described with reference to FIG. When I0 = 0.49, BW = 0.3. In the case of I0 = 0.63, BW = 0.206. The area aperture ratio OR corresponding to 0.49 <I0 <0.63 is 49% <OR <63% when calculated in the same manner as described above.

面積開口率ORが49%<OR<63%であるグレイスケールマスクを用いる場合に形成されるレジスト形状と、設計されたレジスト形状との比較を図11に表す。本比較例の場合、回折光へ振り分けられる光量が少なく直接光が多くなることにより、グレイスケールマスクの光透過率分布どおりにレジスト層へ光が入射し、レジスト層に段形状が形成され易くなる。よって、平滑な曲面を有するマイクロレンズを形成するためには、図9を用いて説明する面積開口率ORの範囲を有するグレイスケールマスクにより回折光を多く生じさせることが有効である。なお、本実施例のグレイスケールマスク20は、画像信号に応じて光を変調するための空間光変調素子に用いられるマイクロレンズのほか、マイクロプリズムや、通信デバイス、医療デバイス等の他の光学素子の製造に用いることができる。   FIG. 11 shows a comparison between a resist shape formed when using a gray scale mask with an area aperture ratio 49% <OR <63% and a designed resist shape. In the case of this comparative example, the amount of light distributed to the diffracted light is small and the direct light is increased, so that light is incident on the resist layer according to the light transmittance distribution of the gray scale mask, and a step shape is easily formed on the resist layer. . Therefore, in order to form a microlens having a smooth curved surface, it is effective to generate a large amount of diffracted light by a gray scale mask having an area aperture ratio OR described with reference to FIG. The gray scale mask 20 of the present embodiment is not limited to a microlens used as a spatial light modulation element for modulating light according to an image signal, and other optical elements such as a microprism, a communication device, and a medical device. Can be used in the manufacture of

グレイスケールマスク20は、図3に示す正方形形状の単位セル21を配列させる構成とする場合に限られない。例えば、図12に示す長方形形状の単位セル25を配列させる構成としても良い。単位セル25は、縦ty、横tx(但し、ty<tx。)の長方形形状を有する。単位セル25は、中央に配置された開口部27と、開口部27の周囲に配置された遮光部26とを有する。開口部27は、縦py、横px(但し、py<px。)の長方形形状を有する。グレイスケールマスク20は、図2に示す場合と同様の正方形形状とするほか、単位セル25の形状に相似するような長方形形状としても良い。   The gray scale mask 20 is not limited to the configuration in which the square unit cells 21 shown in FIG. 3 are arranged. For example, the rectangular unit cells 25 shown in FIG. 12 may be arranged. The unit cell 25 has a rectangular shape of vertical ty and horizontal tx (however, ty <tx.). The unit cell 25 has an opening 27 arranged in the center and a light shielding part 26 arranged around the opening 27. The opening 27 has a rectangular shape of vertical py and horizontal px (however, py <px.). The gray scale mask 20 may have a square shape similar to the case shown in FIG. 2 or a rectangular shape similar to the shape of the unit cell 25.

単位セル25における面積開口率ORは、式(4)により求めることができる。
OR=(py×px)/(ty×tx)×100(%) (4)
縦方向について、単位セル25の幅に対する遮光部26の幅の割合BWyは、式(5)により求めることができる。横方向について、単位セル25の幅に対する遮光部26の幅の割合BWxは、式(6)により求めることができる。
BWy=(ty−py)/ty (5)
BWx=(tx−px)/tx (6)
The area aperture ratio OR in the unit cell 25 can be obtained by Expression (4).
OR = (py × px) / (ty × tx) × 100 (%) (4)
With respect to the vertical direction, the ratio BWy of the width of the light-shielding portion 26 to the width of the unit cell 25 can be obtained by Expression (5). In the horizontal direction, the ratio BWx of the width of the light-shielding portion 26 to the width of the unit cell 25 can be obtained by Expression (6).
BWy = (ty-py) / ty (5)
BWx = (tx−px) / tx (6)

上述の場合と同様に、各単位セル25の面積開口率ORが0.36<I0<0.5に対応する範囲となるようにグレイスケールマスク20が構成されているとする。I0=0.36であるとき、BWx=BWy=0.4である。単位セル25の縦の長さtyが2μm、横の長さtxが2.5μmであるとすると、開口部27の縦の長さpyは式(5)、横の長さpxは式(6)を用いて求めることができる。
py=ty−ty×BWy=2−2×0.4=1.2(μm)
px=tx−tx×BWx=2.5−2.5×0.4=1.5(μm)
面積開口率ORは、式(4)を用いて求めることができる。
OR=(py×px)/(ty×tx)×100=(1.2×1.5)/(2×2.5)×100=36(%)
As in the case described above, it is assumed that the gray scale mask 20 is configured so that the area aperture ratio OR of each unit cell 25 is in a range corresponding to 0.36 <I0 <0.5. When I0 = 0.36, BWx = BWy = 0.4. Assuming that the vertical length ty of the unit cell 25 is 2 μm and the horizontal length tx is 2.5 μm, the vertical length py of the opening 27 is the formula (5), and the horizontal length px is the formula (6 ).
py = ty-ty × BWy = 2-2 × 0.4 = 1.2 (μm)
px = tx−tx × BWx = 2.5−2.5 × 0.4 = 1.5 (μm)
The area aperture ratio OR can be obtained using Expression (4).
OR = (py × px) / (ty × tx) × 100 = (1.2 × 1.5) / (2 × 2.5) × 100 = 36 (%)

I0=0.5であるとき、BWx=BWy=0.29である。開口部27の縦の長さpyは式(5)、横の長さpxは式(6)を用いて求めることができる。
py=ty−ty×BWy=2−2×0.29=1.42(μm)
px=tx−tx×BWx=2.5−2.5×0.29=1.775(μm)
面積開口率ORは、式(4)を用いて求めることができる。
OR=(py×px)/(ty×tx)×100=(1.42×1.77)/(2×2.5)×100=50(%)
When I0 = 0.5, BWx = BWy = 0.29. The vertical length py of the opening 27 can be obtained using equation (5), and the horizontal length px can be obtained using equation (6).
py = ty-ty × BWy = 2-2 × 0.29 = 1.42 (μm)
px = tx−tx × BWx = 2.5−2.5 × 0.29 = 1.775 (μm)
The area aperture ratio OR can be obtained using Expression (4).
OR = (py × px) / (ty × tx) × 100 = (1.42 × 1.77) / (2 × 2.5) × 100 = 50 (%)

よって、長方形形状を有する単位セル25を備えるグレイスケールマスク20を用いる場合も、各単位セル25の面積開口率ORが36%<OR<50%と、正方形形状の単位セル21を用いる場合と同様の構成とすることができる。なお、単位セルは矩形形状である場合に限られず、他の多角形形状としても良い。例えば、グレイスケールマスクは、六角形形状の単位セルをハニカム状に配列させる構成としても良い。   Therefore, when the gray scale mask 20 including the unit cells 25 having a rectangular shape is used, the area aperture ratio OR of each unit cell 25 is 36% <OR <50%, which is the same as the case where the square unit cell 21 is used. It can be set as this structure. The unit cell is not limited to a rectangular shape, and may be another polygonal shape. For example, the gray scale mask may have a configuration in which hexagonal unit cells are arranged in a honeycomb shape.

また、グレイスケールマスクは、単位セルを略同心円状に配置することとしても良い。図13に示すグレイスケールマスク30は、正方形形状の中央部を中心として略同心円状に単位セル21を配置させて構成されている。略同心円状に単位セル21を配置することにより、略同心円状に光透過率を設定することが可能となる。略同心円状に光透過率を設定することで、曲面を有するレジスト形状を正確に形成することができる。   Further, in the gray scale mask, unit cells may be arranged substantially concentrically. The gray scale mask 30 shown in FIG. 13 is configured by disposing unit cells 21 in a substantially concentric shape centering on a central portion of a square shape. By disposing the unit cells 21 in a substantially concentric shape, the light transmittance can be set in a substantially concentric shape. By setting the light transmittance to be substantially concentric, a resist shape having a curved surface can be accurately formed.

図14は、本実施例の変形例に係るグレイスケールマスクの構成について説明するものである。本変形例では、0.36<I0<0.5に対応する面積開口率ORを有する上記の場合より、面積開口率ORの範囲を広く確保することが可能なグレイスケールマスクについての説明を行う。本変形例のグレイスケールマスクは、各単位セルの面積開口率ORが0.25<I0<0.45に対応する範囲である。I0=0.25の場合、BW=0.5である。I0=0.45の場合、BW=0.336である。0.25<I0<0.45に対応する面積開口率ORは、上述の場合と同様に計算すると、25%<OR<45%となる。   FIG. 14 illustrates a configuration of a gray scale mask according to a modification of the present embodiment. In the present modification, a gray scale mask capable of ensuring a wider area aperture ratio OR than the above case having an area aperture ratio OR corresponding to 0.36 <I0 <0.5 will be described. . In the gray scale mask of this modification, the area aperture ratio OR of each unit cell is in a range corresponding to 0.25 <I0 <0.45. When I0 = 0.25, BW = 0.5. When I0 = 0.45, BW = 0.336. When the area aperture ratio OR corresponding to 0.25 <I0 <0.45 is calculated in the same manner as described above, 25% <OR <45%.

上記のグレイスケールマスク20は、36%から50%まで14%の開口面積率OR範囲を用いて階調を取ることとしているのに対して、本変形例のグレイスケールマスクは、25%から45%までの20%の範囲において階調を取ることが可能となる。開口面積率ORの広い範囲により階調を取ることで、面積開口率ORに対応させるレジスト形状の深さを大きくとることが可能となる。例えば、14%のレンジで階調を取る場合には図8に示すようにレジスト形状の最大深さを4μmとするのに対して、20%のレンジで階調を取る場合には、図15に示すように、レジスト形状の最大深さを6μmにまで広げることができる。このように、面積開口率ORの幅を大きく確保することで、マイクロレンズの高さ幅を大きくとることが可能となる。なお、本変形例の場合も、段形状が少なく平滑な面を有し、所望の形状に近いレジスト形状を得ることができる。   The gray scale mask 20 takes gradation using an opening area ratio OR range of 14% from 36% to 50%, whereas the gray scale mask of this modification has 25% to 45%. It is possible to obtain gradation in a range of 20% up to%. By taking gradations over a wide range of the opening area ratio OR, it becomes possible to increase the depth of the resist shape corresponding to the area opening ratio OR. For example, when the gradation is taken in the 14% range, the maximum depth of the resist shape is 4 μm as shown in FIG. 8, whereas in the case where the gradation is taken in the 20% range, FIG. As shown in FIG. 4, the maximum depth of the resist shape can be expanded to 6 μm. Thus, by ensuring a large width of the area aperture ratio OR, the height width of the microlens can be increased. In the case of this modification as well, a resist shape having a smooth surface with few step shapes and close to a desired shape can be obtained.

図16は、本発明の実施例2に係るプロジェクタ100の概略構成を示す。プロジェクタ100は、上記実施例1のグレイスケールマスクを用いて製造されたマイクロレンズを備えることを特徴とする。プロジェクタ100は、観察者側に設けられたスクリーン116に光を供給し、スクリーン116で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。   FIG. 16 shows a schematic configuration of the projector 100 according to the second embodiment of the invention. The projector 100 includes a microlens manufactured using the gray scale mask of the first embodiment. The projector 100 is a so-called front projection type projector that supplies light to a screen 116 provided on the viewer side and observes an image by observing light reflected by the screen 116.

光源部101は、赤色光(以下、「R光」という。)、緑色光(以下、「G光」という。)、及び青色光(以下、「B光」という。)を含む光を供給する超高圧水銀ランプである。インテグレータ104は、光源部101からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子105にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばs偏光光に変換される。s偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー106Rに入射する。光源部101としては、超高圧水銀ランプを用いる構成に限られない。例えば、発光ダイオード素子(LED)等の固体発光素子を用いても良い。   The light source unit 101 supplies light including red light (hereinafter referred to as “R light”), green light (hereinafter referred to as “G light”), and blue light (hereinafter referred to as “B light”). Ultra high pressure mercury lamp. The integrator 104 makes the illuminance distribution of the light from the light source unit 101 uniform. The light whose illuminance distribution is made uniform is converted into polarized light having a specific vibration direction, for example, s-polarized light by the polarization conversion element 105. The light converted into the s-polarized light is incident on the R light transmitting dichroic mirror 106R constituting the color separation optical system. The light source unit 101 is not limited to a configuration using an ultrahigh pressure mercury lamp. For example, a solid light emitting element such as a light emitting diode element (LED) may be used.

R光透過ダイクロイックミラー106Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー106Rを透過したR光は、反射ミラー107に入射する。反射ミラー107は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、空間光変調装置110Rに入射する。空間光変調装置110Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置110Rに入射するR光は、s偏光光のままの状態である。   The R light transmitting dichroic mirror 106R transmits R light and reflects G light and B light. The R light transmitted through the R light transmitting dichroic mirror 106R is incident on the reflection mirror 107. The reflection mirror 107 bends the optical path of the R light by 90 degrees. The R light whose optical path is bent is incident on the spatial light modulator 110R. The spatial light modulator 110R is a transmissive liquid crystal display device that modulates R light according to an image signal. Note that even if the light passes through the dichroic mirror, the polarization direction of the light does not change. Therefore, the R light incident on the spatial light modulator 110R remains as s-polarized light.

空間光変調装置110Rは、λ/2位相差板123R、硝子板124R、第1偏光板121R、液晶パネル120R、及び第2偏光板122Rを有する。λ/2位相差板123R及び第1偏光板121Rは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板124Rに接する状態で配置される。これにより、第1偏光板121R及びλ/2位相差板123Rが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図16において、第2偏光板122Rは独立して設けられているが、液晶パネル120Rの出射面や、クロスダイクロイックプリズム112の入射面に接する状態で配置しても良い。   The spatial light modulator 110R includes a λ / 2 phase difference plate 123R, a glass plate 124R, a first polarizing plate 121R, a liquid crystal panel 120R, and a second polarizing plate 122R. The λ / 2 phase difference plate 123R and the first polarizing plate 121R are arranged in contact with a translucent glass plate 124R that does not change the polarization direction. Thereby, the problem that the first polarizing plate 121R and the λ / 2 phase difference plate 123R are distorted by heat generation can be avoided. In FIG. 16, the second polarizing plate 122R is provided independently. However, the second polarizing plate 122R may be disposed in contact with the exit surface of the liquid crystal panel 120R or the entrance surface of the cross dichroic prism 112.

空間光変調装置110Rに入射したs偏光光は、λ/2位相差板123Rによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたR光は、硝子板124R及び第1偏光板121Rをそのまま透過し、液晶パネル120Rに入射する。液晶パネル120Rに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調によりs偏光光に変換される。液晶パネル120Rの変調により、s偏光光に変換されたR光が、第2偏光板122Rから出射される。このようにして、空間光変調装置110Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。   The s-polarized light incident on the spatial light modulator 110R is converted into p-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 123R. The R light converted into p-polarized light passes through the glass plate 124R and the first polarizing plate 121R as it is, and enters the liquid crystal panel 120R. The p-polarized light incident on the liquid crystal panel 120R is converted to s-polarized light by modulation according to the image signal. The R light converted into s-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120R is emitted from the second polarizing plate 122R. In this way, the R light modulated by the spatial light modulator 110R enters the cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system.

R光透過ダイクロイックミラー106Rで反射されたG光及びB光は、光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー106Gに入射する。B光透過ダイクロイックミラー106Gは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー106Gで反射されたG光は、空間光変調装置110Gに入射する。空間光変調装置110Gは、G光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置110Gは、液晶パネル120G、第1偏光板121G及び第2偏光板122Gを有する。   The G light and B light reflected by the R light transmitting dichroic mirror 106R have their optical paths bent 90 degrees. The G light and the B light whose optical paths are bent enter the B light transmitting dichroic mirror 106G. The B light transmitting dichroic mirror 106G reflects the G light and transmits the B light. The G light reflected by the B light transmitting dichroic mirror 106G enters the spatial light modulator 110G. The spatial light modulator 110G is a transmissive liquid crystal display device that modulates G light according to an image signal. The spatial light modulator 110G includes a liquid crystal panel 120G, a first polarizing plate 121G, and a second polarizing plate 122G.

空間光変調装置110Gに入射するG光は、s偏光光に変換されている。空間光変調装置110Gに入射したs偏光光は、第1偏光板121Gをそのまま透過し、液晶パネル120Gに入射する。液晶パネル120Gに入射したs偏光光は、画像信号に応じた変調によりp偏光光に変換される。液晶パネル120Gの変調により、p偏光光に変換されたG光が、第2偏光板122Gから出射される。このようにして、空間光変調装置110Gで変調されたG光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。   The G light incident on the spatial light modulator 110G is converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the spatial light modulator 110G passes through the first polarizing plate 121G as it is and enters the liquid crystal panel 120G. The s-polarized light incident on the liquid crystal panel 120G is converted into p-polarized light by modulation according to the image signal. The G light converted into p-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120G is emitted from the second polarizing plate 122G. In this way, the G light modulated by the spatial light modulator 110G enters the cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system.

B光透過ダイクロイックミラー106Gを透過したB光は、2枚のリレーレンズ108と、2枚の反射ミラー107とを経由して、空間光変調装置110Bに入射する。空間光変調装置110Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、B光にリレーレンズ108を経由させるのは、B光の光路の長さがR光及びG光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ108を用いることにより、B光透過ダイクロイックミラー106Gを透過したB光を、そのまま空間光変調装置110Bに導くことができる。空間光変調装置110Bは、λ/2位相差板123B、硝子板124B、第1偏光板121B、液晶パネル120B、及び第2偏光板122Bを有する。空間光変調装置110Bの構成は、上述した空間光変調装置110Rの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。   The B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 106G enters the spatial light modulator 110B via the two relay lenses 108 and the two reflection mirrors 107. The spatial light modulator 110B is a transmissive liquid crystal display device that modulates B light according to an image signal. The reason why the B light passes through the relay lens 108 is that the optical path length of the B light is longer than the optical path lengths of the R light and the G light. By using the relay lens 108, the B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 106G can be directly guided to the spatial light modulator 110B. The spatial light modulator 110B includes a λ / 2 phase difference plate 123B, a glass plate 124B, a first polarizing plate 121B, a liquid crystal panel 120B, and a second polarizing plate 122B. Since the configuration of the spatial light modulation device 110B is the same as the configuration of the spatial light modulation device 110R described above, detailed description thereof is omitted.

空間光変調装置110Bに入射するB光は、s偏光光に変換されている。空間光変調装置110Bに入射したs偏光光は、λ/2位相差板123Bによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたB光は、硝子板124B及び第1偏光板121Bをそのまま透過し、液晶パネル120Bに入射する。液晶パネル120Bに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調によりs偏光光に変換される。液晶パネル120Bの変調により、s偏光光に変換されたB光が、第2偏光板122Bから出射される。空間光変調装置110Bで変調されたB光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。このように、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー106RとB光透過ダイクロイックミラー106Gとは、光源部101から供給される光を、R光と、G光と、B光とに分離する。   The B light incident on the spatial light modulator 110B is converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the spatial light modulator 110B is converted into p-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 123B. The B light converted into p-polarized light passes through the glass plate 124B and the first polarizing plate 121B as it is, and enters the liquid crystal panel 120B. The p-polarized light incident on the liquid crystal panel 120B is converted to s-polarized light by modulation according to the image signal. The B light converted into s-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120B is emitted from the second polarizing plate 122B. The B light modulated by the spatial light modulator 110B enters the cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system. As described above, the R light transmitting dichroic mirror 106R and the B light transmitting dichroic mirror 106G constituting the color separation optical system separate light supplied from the light source unit 101 into R light, G light, and B light. To do.

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112は、2つのダイクロイック膜112a、112bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜112aは、B光を反射し、G光を透過する。ダイクロイック膜112bは、R光を反射し、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム112は、各色光用空間光変調装置110R、110G、110Bでそれぞれ変調されたR光、G光及びB光を合成する。投写光学系114は、クロスダイクロイックプリズム112で合成された光をスクリーン116に投写する。これにより、スクリーン116上にフルカラー画像を表示することができる。   The cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system, is configured by arranging two dichroic films 112a and 112b perpendicularly to an X shape. The dichroic film 112a reflects B light and transmits G light. The dichroic film 112b reflects R light and transmits G light. Thus, the cross dichroic prism 112 combines the R light, G light, and B light modulated by the spatial light modulators 110R, 110G, and 110B for the respective color lights. The projection optical system 114 projects the light combined by the cross dichroic prism 112 onto the screen 116. As a result, a full color image can be displayed on the screen 116.

なお、上述のように、空間光変調装置110R及び空間光変調装置110Bからクロスダイクロイックプリズム112に入射される光は、s偏光光となるように設定される。また、空間光変調装置110Gからクロスダイクロイックプリズム112に入射される光は、p偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム112に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム112において各色光用空間光変調装置から出射される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜112a、112bは、通常、s偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜112a、112bで反射されるR光及びB光をs偏光光とし、ダイクロイック膜112a、112bを透過するG光をp偏光光としている。   As described above, the light incident on the cross dichroic prism 112 from the spatial light modulator 110R and the spatial light modulator 110B is set to be s-polarized light. The light incident on the cross dichroic prism 112 from the spatial light modulator 110G is set to be p-polarized light. In this way, by changing the polarization direction of the light incident on the cross dichroic prism 112, the light emitted from the spatial light modulators for the respective color lights in the cross dichroic prism 112 can be effectively combined. The dichroic films 112a and 112b are usually excellent in the reflection characteristics of s-polarized light. For this reason, R light and B light reflected by the dichroic films 112a and 112b are s-polarized light, and G light transmitted through the dichroic films 112a and 112b is p-polarized light.

図17は、液晶パネル120Rの要部断面構成を示す。図16で説明したプロジェクタ100は、3つの液晶パネル120R、120G、120Bを備えている。これら3つの液晶パネル120R、120G、120Bは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。このため、液晶パネル120Rを代表例として以後の説明を行う。光源部101からのR光は、図17に示す上側から液晶パネル120Rへ入射し、スクリーン116の方向である下方向へ出射する。防塵硝子である入射側防塵硝子200の入射側には、接着層201を介してカバー硝子202が固着されている。カバー硝子202の出射側には、ブラックマトリックス部203a及び対向電極204が形成されている。   FIG. 17 shows a cross-sectional configuration of a main part of the liquid crystal panel 120R. The projector 100 described with reference to FIG. 16 includes three liquid crystal panels 120R, 120G, and 120B. These three liquid crystal panels 120R, 120G, and 120B differ only in the wavelength region of light to be modulated, and have the same basic configuration. For this reason, the following description will be given using the liquid crystal panel 120R as a representative example. The R light from the light source unit 101 enters the liquid crystal panel 120R from the upper side shown in FIG. 17 and is emitted downward, which is the direction of the screen 116. A cover glass 202 is fixed to the incident side of the incident-side dust-proof glass 200 that is a dust-proof glass through an adhesive layer 201. On the emission side of the cover glass 202, a black matrix portion 203a and a counter electrode 204 are formed.

出射側防塵硝子208の入射側には、接着層207、液晶を配向させるための配向膜206c、及び、TFT(薄膜トランジスタ)や透明電極206aを有するTFT基板206が形成されている。入射側防塵硝子200及び出射側防塵硝子208は、対向電極204とTFT基板206とを対向させるようにして貼り合わされている。対向電極204とTFT基板206との間には、液晶層205が封入されている。液晶層205は、入射光であるR光を画像信号に応じて変調する変調部である。液晶層205の入射側には、ブラックマトリックス部203aが形成されている。   On the incident side of the emission-side dust-proof glass 208, an adhesive layer 207, an alignment film 206c for aligning liquid crystals, and a TFT substrate 206 having TFTs (thin film transistors) and transparent electrodes 206a are formed. The incident side dustproof glass 200 and the emission side dustproof glass 208 are bonded together so that the counter electrode 204 and the TFT substrate 206 face each other. A liquid crystal layer 205 is sealed between the counter electrode 204 and the TFT substrate 206. The liquid crystal layer 205 is a modulation unit that modulates R light, which is incident light, according to an image signal. On the incident side of the liquid crystal layer 205, a black matrix portion 203a is formed.

開口部203bは、入射光を、変調部である液晶層205へ入射させる。開口部203bを透過するR光は、対向電極204、液晶層205、TFT基板206を透過する。R光は、液晶層205における画像信号に応じた変調により、偏光状態が変換される。開口部203bは、投写される画像の画素を形成する。   The opening 203b allows incident light to enter the liquid crystal layer 205 serving as a modulation unit. The R light that passes through the opening 203b passes through the counter electrode 204, the liquid crystal layer 205, and the TFT substrate 206. The polarization state of the R light is converted by modulation according to the image signal in the liquid crystal layer 205. The opening 203b forms a pixel of a projected image.

入射側防塵硝子200には、マイクロレンズアレイ210が形成されている。マイクロレンズアレイ210は、XY平面である基準面200b上にアレイ状に配列されたマイクロレンズ211を有する。光学素子であるマイクロレンズ211は、入射光であるR光を開口部203bの方向へ屈折させる。マイクロレンズ211は、光を屈折させる曲面211aを入射側に向けて設けられている。液晶パネル120Rは、マイクロレンズ211を配置する基準面200bと、光軸であるZ軸とが略直交するように配置されている。   A microlens array 210 is formed on the incident-side dustproof glass 200. The microlens array 210 includes microlenses 211 arranged in an array on a reference plane 200b that is an XY plane. The microlens 211 that is an optical element refracts R light that is incident light in the direction of the opening 203b. The microlens 211 is provided with a curved surface 211a that refracts light facing the incident side. The liquid crystal panel 120R is disposed such that the reference surface 200b on which the microlens 211 is disposed and the Z axis that is the optical axis are substantially orthogonal.

なお、図16で示した構成では、第1偏光板121R、第2偏光板122Rを、液晶パネル120Rに対して別体に設けている。これに代えて、入射側防塵硝子200と対向電極204との間、出射側防塵硝子208とTFT基板206との間などにも偏光板を設けることとしても良い。さらに、マイクロレンズアレイ210は、第1偏光板121Rに形成してもよい。   In the configuration shown in FIG. 16, the first polarizing plate 121R and the second polarizing plate 122R are provided separately from the liquid crystal panel 120R. Instead of this, a polarizing plate may be provided between the incident-side dustproof glass 200 and the counter electrode 204, between the emission-side dustproof glass 208 and the TFT substrate 206, and the like. Further, the microlens array 210 may be formed on the first polarizing plate 121R.

マイクロレンズ211は、上記実施例1のグレイスケールマスクを用いて形成することができる。上記実施例1のグレイスケールマスクを用いることで、マイクロレンズ211は、段形状が少なく平滑な曲面211aを有し、正確な形状とすることが可能である。曲面211aの段形状を少なくすることにより、曲面211aにおける不要な反射を少なくし、光の効率的な利用が可能となる。また、光の効率的な利用が可能となることで、プロジェクタ100は明るい画像を表示することができる。さらに、正確な形状のマイクロレンズ211を用いることで、光線角度を正確に制御し、高コントラストな画像を表示することができる。これにより、高効率で明るく、高コントラストな画像を得ることができる。正確な形状のマイクロレンズ211により開口部203bにおける光の集中を防ぐことで、液晶や配向膜等の劣化、ひいては空間光変調装置の劣化を低減することもできる。   The microlens 211 can be formed using the gray scale mask of the first embodiment. By using the gray scale mask of the first embodiment, the microlens 211 has a smooth curved surface 211a with a small step shape and can have an accurate shape. By reducing the step shape of the curved surface 211a, unnecessary reflection on the curved surface 211a is reduced, and light can be used efficiently. In addition, since the light can be used efficiently, the projector 100 can display a bright image. Furthermore, by using the microlens 211 having an accurate shape, the light beam angle can be accurately controlled and a high-contrast image can be displayed. Thereby, a highly efficient, bright and high-contrast image can be obtained. By preventing the concentration of light in the opening 203b with the microlens 211 having an accurate shape, it is possible to reduce deterioration of the liquid crystal, the alignment film, and the like, and further deterioration of the spatial light modulator.

本実施例のプロジェクタ100は、光源部101として超高圧水銀ランプを用いる構成に限られない。例えば、発光ダイオード素子(LED)等の固体発光素子を用いても良い。また、プロジェクタ100は、3つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる3板式のプロジェクタに限らず、例えば、1つの透過型液晶表示装置を設けたプロジェクタや、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタとしても良い。さらに、フロント投写型のプロジェクタ100に限らず、スクリーンの一方の面にレーザ光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタとしても良い。   The projector 100 according to the present embodiment is not limited to the configuration using an ultrahigh pressure mercury lamp as the light source unit 101. For example, a solid light emitting element such as a light emitting diode element (LED) may be used. The projector 100 is not limited to a so-called three-plate projector provided with three transmissive liquid crystal display devices. For example, a projector provided with one transmissive liquid crystal display device or a projector using a reflective liquid crystal display device. It is also good. Further, the projector is not limited to the front projection type projector 100, and may be a so-called rear projector in which a laser beam is supplied to one surface of the screen and an image is viewed by observing light emitted from the other surface of the screen. .

以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクは、微小な光学素子を製造する場合に適している。   As described above, the gray scale mask according to the present invention is suitable for manufacturing a minute optical element.

グレイスケールマスクを用いる縮小露光装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the reduction exposure apparatus using a gray scale mask. 本発明の実施例1に係るグレイスケールマスクの構成を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a grayscale mask according to the first embodiment of the invention. 単位セルの構成を説明する図。The figure explaining the structure of a unit cell. 微小セルについて説明する図。The figure explaining a micro cell. 直接光及び回折光の強度と遮光部幅との関係を表す図。The figure showing the relationship between the intensity | strength of direct light and diffracted light, and the light-shielding part width | variety. γ特性の例を表す図。The figure showing the example of (gamma) characteristic. 開口部にて回折光を生じさせることによる効果について説明する図。The figure explaining the effect by producing diffracted light in an opening. グレイスケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する手順を示す図。The figure which shows the procedure which manufactures a microlens using a gray scale mask. グレイスケールマスクを用いて形成されたレジスト形状を説明する図。The figure explaining the resist shape formed using the gray scale mask. 面積開口率について説明する図。The figure explaining an area aperture ratio. 比較例に係るグレイスケールマスクの構成を説明する図。The figure explaining the structure of the gray scale mask which concerns on a comparative example. グレイスケールマスクを用いて形成されたレジスト形状を説明する図。The figure explaining the resist shape formed using the gray scale mask. 長方形形状の単位セルについて説明する図。The figure explaining the rectangular unit cell. 略同心円状に単位セルを配置させる構成について説明する図。The figure explaining the structure which arrange | positions a unit cell in substantially concentric form. 実施例1の変形例に係るグレイスケールマスクについて説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a grayscale mask according to a modification of the first embodiment. グレイスケールマスクを用いて形成されたレジスト形状を説明する図。The figure explaining the resist shape formed using the gray scale mask. 本発明の実施例2に係るプロジェクタの概略構成を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a second embodiment of the invention. 液晶パネルの要部断面構成を示す図。The figure which shows the principal part cross-section structure of a liquid crystal panel.

符号の説明Explanation of symbols

10 縮小投影露光装置、11 光源、13 投写レンズ、15 ステージ、17 材料基板、20 グレイスケールマスク、AX 光軸、21 単位セル、DL 対角線、22 遮光部、23 開口部、24 微小セル、60 レジスト層、AR 領域、81 基板、82 レジスト層、83 レジスト形状、84 マイクロレンズ形状、85 マイクロレンズ、86 カバー硝子、25 単位セル、26 遮光部、27 開口部、30 グレイスケールマスク、100 プロジェクタ、101 光源部、104 インテグレータ、105 偏光変換素子、106R R光透過ダイクロイックミラー、106G B光透過ダイクロイックミラー、107 反射ミラー、108 リレーレンズ、110R、110G、110B 空間光変調装置、112 クロスダイクロイックプリズム、112a、112b ダイクロイック膜、114 投写光学系、116 スクリーン、120R、120G、120B 液晶パネル、121R、121G、121B 第1偏光板、122R、122G、122B 第2偏光板、123R、123B λ/2位相差板、124R、124B 硝子板、200 入射側防塵硝子、200b 基準面、201 接着層、202 カバー硝子、203a ブラックマトリックス部、203b 開口部、204 対向電極、205 液晶層、206 TFT基板、206a 透明電極、206c 配向膜、207 接着層、208 出射側防塵硝子、210 マイクロレンズアレイ、211 マイクロレンズ、211a 曲面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reduction projection exposure apparatus, 11 Light source, 13 Projection lens, 15 Stage, 17 Material substrate, 20 Gray scale mask, AX Optical axis, 21 Unit cell, DL diagonal line, 22 Light-shielding part, 23 Opening part, 24 Minute cell, 60 Resist Layer, AR region, 81 substrate, 82 resist layer, 83 resist shape, 84 microlens shape, 85 microlens, 86 cover glass, 25 unit cell, 26 light shielding part, 27 opening part, 30 gray scale mask, 100 projector, 101 Light source unit, 104 integrator, 105 polarization conversion element, 106R R light transmission dichroic mirror, 106GB light transmission dichroic mirror, 107 reflection mirror, 108 relay lens, 110R, 110G, 110B spatial light modulator, 112 cross die Loic prism, 112a, 112b Dichroic film, 114 projection optical system, 116 screen, 120R, 120G, 120B liquid crystal panel, 121R, 121G, 121B first polarizing plate, 122R, 122G, 122B second polarizing plate, 123R, 123B λ / 2 phase difference plate, 124R, 124B glass plate, 200 incident side dustproof glass, 200b reference surface, 201 adhesive layer, 202 cover glass, 203a black matrix portion, 203b opening, 204 counter electrode, 205 liquid crystal layer, 206 TFT substrate, 206a Transparent electrode, 206c Alignment film, 207 Adhesive layer, 208 Output side dust-proof glass, 210 Microlens array, 211 Microlens, 211a Curved surface

Claims (11)

所望のレジスト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定された複数の単位セルを備え、
前記単位セルは、光を透過させる開口部と、光を遮断させる遮光部とを有し、前記単位セルに占める前記開口部の面積の割合である面積開口率によって前記光透過率が決定され、
前記レジスト形状を形成させるレジスト層のうち一の単位セルからの直接光が入射する領域へ、前記一の単位セルの周辺の単位セルからの回折光を入射させて前記レジスト形状を形成させるような範囲の前記面積開口率を有することを特徴とするグレイスケールマスク。
Provided with a plurality of unit cells each having a light transmittance corresponding to a desired resist shape,
The unit cell has an opening that transmits light and a light blocking unit that blocks light, and the light transmittance is determined by an area opening ratio that is a ratio of an area of the opening in the unit cell,
The resist shape is formed by causing the diffracted light from unit cells around the one unit cell to enter the region where the direct light from one unit cell is incident in the resist layer for forming the resist shape. A gray scale mask having the area aperture ratio in a range.
前記面積開口率が100パーセントであるときの前記直接光の強度I0を1とすると、前記単位セルは、0.05<I0<0.5に対応する範囲の前記面積開口率を有することを特徴とする請求項1に記載のグレイスケールマスク。   When the direct light intensity I0 when the area aperture ratio is 100% is 1, the unit cell has the area aperture ratio in a range corresponding to 0.05 <I0 <0.5. The gray scale mask according to claim 1. 前記単位セルは、0.1<I0<0.5に対応する範囲の前記面積開口率を有することを特徴とする請求項2に記載のグレイスケールマスク。   The gray scale mask according to claim 2, wherein the unit cell has the area aperture ratio in a range corresponding to 0.1 <I0 <0.5. 前記単位セルは、0.25<I0<0.5に対応する範囲の前記面積開口率を有することを特徴とする請求項3に記載のグレイスケールマスク。   The gray scale mask according to claim 3, wherein the unit cell has the area aperture ratio in a range corresponding to 0.25 <I0 <0.5. 前記単位セルは、アレイ状に配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のグレイスケールマスク。   The gray scale mask according to claim 1, wherein the unit cells are arranged in an array. 前記単位セルは、矩形領域内において、前記矩形領域の対角線方向について略同一のピッチで配置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のグレイスケールマスク。   6. The grayscale mask according to claim 1, wherein the unit cells are arranged at substantially the same pitch in the diagonal direction of the rectangular region in the rectangular region. 前記単位セルは、略同心円状に配置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のグレイスケールマスク。   The gray scale mask according to claim 1, wherein the unit cells are arranged substantially concentrically. 前記単位セルは、複数の微小セルにより構成され、
前記微小セルは、前記レジスト層を露光する解像限界以下の幅を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のグレイスケールマスク。
The unit cell is composed of a plurality of minute cells,
The gray scale mask according to claim 1, wherein the minute cell has a width that is equal to or smaller than a resolution limit for exposing the resist layer.
請求項1〜8のいずれか一項に記載のグレイスケールマスクを用いてレジスト層にレジスト形状を形成し、前記レジスト形状を基板に転写させて作成されることを特徴とする光学素子。   An optical element produced by forming a resist shape on a resist layer using the grayscale mask according to claim 1 and transferring the resist shape to a substrate. 請求項9に記載の光学素子を有することを特徴とする空間光変調装置。   A spatial light modulator comprising the optical element according to claim 9. 請求項10に記載の空間光変調装置を有することを特徴とするプロジェクタ。   A projector comprising the spatial light modulation device according to claim 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009008933A (en) * 2007-06-28 2009-01-15 Oki Electric Ind Co Ltd Method for forming resist pattern and photomask
CN110456429A (en) * 2018-05-03 2019-11-15 采钰科技股份有限公司 Form the method and light mask of micro lens arrays

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