JP2007148213A - グレイスケールマスク、マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、空間光変調装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズ等の三次元微細構造を有する光学素子、特に、高いアスペクト比
の形状を備える光学素子を高い精度で形成するためのグレイスケールマスク等を提供する
こと。
【解決手段】所定のパターンでレジスト層を露光するために光透過率の分布が決定された
グレイスケールマスク２０であって、第１のレジスト形状に応じて露光されたレジスト層
を用いて、第１のレジスト形状より高いアスペクト比の第２のレジスト形状を形成するよ
うに光透過率の分布が決定される第１領域９１と、レジスト層を露光するための光を遮断
する第２領域９２と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、グレイスケールマスク、マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、空間
光変調装置及びプロジェクタ、特に、三次元微細構造を有するマイクロレンズ等の光学素
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。

従来、三次元微細構造を有する光学素子の製造において、例えば、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。単位セルの
光透過率は、例えば、単位セルに占める開口部の面積である面積開口率に応じて設定する
ことができる。開口部の面積に応じて光透過率が設定されたグレイスケールマスクを用い
る技術としては、例えば、特許文献１に提案されている。

特表平８−５０４５１５号公報

レジスト層に形成されるレジスト形状の深さ分布は、グレイスケールマスクにおける光
透過率の分布に対応している。グレイスケールマスク上で設定可能な光透過率の幅には限
りがあることから、深さ対横幅の比であるアスペクト比が高いレジスト形状を形成するこ
とが困難となる場合がある。また、効率良く光を導くマイクロレンズを形成するためには
、レジスト形状のうちマイクロレンズの外縁近くに相当する部分を高い精度で形成する必
要がある。これに対して、二次元方向においてレジスト深さが大きく変化する部分につい
ては、レジスト深さを正確に制御することが非常に困難である。このため、マイクロレン
ズの性能に大きな影響を及ぼすと思われる部分であっても、高精度な形成が困難となる。
特に、アスペクト比が高い形状となるほど、レジスト深さの幅を大きく確保する必要があ
ることから、精度の低下を招くこととなる。以上のように、従来の技術によると、マイク
ロレンズ等、三次元微細構造を有する光学素子を高い精度で形成することが困難である場
合があるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、マイクロ
レンズ等の三次元微細構造を有する光学素子、特に、高いアスペクト比の形状を備える光
学素子を高い精度で形成するためのグレイスケールマスク、マイクロレンズの製造方法、
マイクロレンズ、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。

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、所定のパターンでレ
ジスト層を露光するために光透過率の分布が決定されたグレイスケールマスクであって、
第１のレジスト形状に応じて露光されたレジスト層を用いて、第１のレジスト形状より高
いアスペクト比の第２のレジスト形状を形成するように、光透過率の分布が決定されるこ
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。

アスペクト比とは、レジスト形状の深さ対横幅の比であるとする。第１のレジスト形状
に応じた露光には、従来用いられるグレイスケールマスクを用いることができる。第１の
レジスト形状に基づいて第２のレジスト形状を形成する本発明のグレイスケールマスクを
用いることにより、レジスト深さを稼ぐことが可能となる。レジスト深さを稼ぐことで、
１つのグレイスケールマスクのみを用いる場合と比較してアスペクト比が高い形状を形成
することが可能となる。また、第１の形状に応じた露光と、第１の形状から第２の形状を
形成するための露光とでレジスト深さを決定することで、レジスト深さを制御する精度を
上げることが可能となる。例えば、レジスト形状のうちマイクロレンズの外周近くに相当
する部分において、二次元方向におけるレジスト深さの分布を正確、かつ安定させること
が可能となる。これにより、マイクロレンズ等の三次元微細構造を有する光学素子、特に
、高いアスペクト比の形状を備える光学素子を高い精度で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。

また、本発明の好ましい態様としては、第２のレジスト形状に応じて光透過率を変化さ
せた第１領域と、レジスト層を露光するための光を遮断する第２領域と、を備えることが
望ましい。第１の形状に応じて露光されたレジスト層のうち、グレイスケールマスクの第
１領域を透過した光が入射した部分のみが露光される。これにより、所望の部分において
深いレジスト深さを備える第２のレジスト形状を形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、開口部及び遮光部を備える複数の単位セルを有
し、単位セルに占める開口部の面積の割合である開口面積率により光透過率が決定され、
第２のレジスト形状に応じて単位セルの開口面積率を変化させた第１領域と、面積開口率
及びレジスト深さが略比例関係となる範囲以外の範囲の面積開口率をなす単位セルを有す
る第２領域と、を備えることが望ましい。これにより、所望の部分において深いレジスト
深さを備える第２のレジスト形状を形成することができる。また、第１領域を透過した光
が入射する領域と、第２領域を透過した光が入射する領域との間におけるマイクロトレン
チの形成を防ぎ、さらに第２のレジスト形状を高い精度で形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第２のレジスト形状を形成するためのマスク領
域を備え、第１領域は、マスク領域のうち、マスク領域に内接する円で囲まれる部分に形
成されることが望ましい。これにより、周辺部と比較して中心部が高いような形状の光学
素子を形成するためのグレイスケールマスクを得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、それぞれ第２のレジスト形状を形成するための
複数のマスク領域を備え、第１領域は、一のマスク領域のうち、一のマスク領域に隣接す
る他のマスク領域に外接する円の円弧により囲まれる部分に形成されることが望ましい。
これにより、周辺部と比較して中心部が高いような形状の光学素子を形成するためのグレ
イスケールマスクを得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、第２のレジスト形状を形成するためのマスク領
域を備え、第１の領域は、マスク領域に内接する円内の一部分に形成されることが望まし
い。これにより、周辺部と比較して中心部が高いような形状の光学素子を形成するための
グレイスケールマスクを得られる。

さらに、本発明によれば、第１のレジスト形状に応じて光透過率の分布が決定された第
１のグレイスケールマスクを用いてレジスト層を露光する第１の露光工程と、第１のレジ
スト形状に応じて露光されたレジスト層を用いて、第１のレジスト形状より高いアスペク
ト比の第２のレジスト形状を形成するように光透過率の分布が決定された第２のグレイス
ケールマスクを用いてレジスト層を露光する第２の露光工程と、第２のレジスト形状を他
の部材へ転写することでレンズ形状を形成するレンズ形状形成工程と、を含むことを特徴
とするマイクロレンズの製造方法を提供することができる。第１のグレイスケールマスク
及び第２のグレイスケールマスクを用いることにより、１つのグレイスケールマスクのみ
を用いる場合と比較してアスペクト比が高い形状を形成することが可能となる。また、第
１のグレイスケールマスク及び第２のグレイスケールマスクを用いることにより、レジス
ト形状のうちマイクロレンズの外周近くに相当する部分について、正確な深さ分布で安定
して形成することが可能となる。これにより、マイクロレンズ、特に、高いアスペクト比
の形状を備えるマイクロレンズを高い精度で形成することができる。

また、本発明によれば、上記のグレイスケールマスクを用いて製造されることを特徴と
するマイクロレンズ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た露光
により、レジスト形状を高い精度で形成することが可能である。これにより、高い精度で
形成され、光の進行方向を正確に制御可能なマイクロレンズを得られる。

また、本発明によれば、上記のマイクロレンズの製造方法により製造されることを特徴
とするマイクロレンズを提供することができる。これにより、高い精度で形成され、光の
進行方向を正確に制御可能なマイクロレンズを得られる。

また、本発明によれば、上記のマイクロレンズを備え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。上記のマイクロレンズを備えることで、正確な形状のマイク
ロレンズ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ための空間光変調装置を得られる。

また、本発明によれば、上記の空間光変調装置を備え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で、高効率で明るく、高コ
ントラストな画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

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。

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、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、所定のパターンでレジスト
層を露光するために光透過率の分布が決定されている。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。

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。

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。

単位セル２１は、いずれも不図示の開口部及び遮光部を有する。開口部は、縮小投影露
光装置１０の光源１１（図１参照。）からの光を透過させる。開口部は、光を透過させる
微小セルにより構成されている。遮光部は、光源１１からの光を遮断させる。遮光部は、
光を遮断させる微小セルによって構成されている。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に占める開口部の面積の割合で
ある。

図３〜図５は、本発明のグレイスケールマスクを用いて形成されるマイクロレンズの形
状について説明するものである。マイクロレンズは、図３に示す一辺の長さｍが１４μｍ
の正方形領域上に形成される。図４に示すグラフは、図３のｘｘ’断面におけるマイクロ
レンズの曲面を表している。マイクロレンズは、ｘｘ’断面において、頂点から最下部ま
での高さが６μｍとなる。図５に示すグラフは、図３のｘｙｘｙ’断面におけるマイクロ
レンズの曲面をあらわしている。マイクロレンズは、ｘｙｘｙ’断面において、頂点から
最下部までの高さが１０μｍとなる。マイクロレンズは、直交する二方向について異なる
曲率をなす非球面形状を有する。

図６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 Microsc
ope）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。

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、例えば１０％から６０％
の面積開口率ＯＲ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。本実施例において選定された
レジスト材料は、１０％から６０％の幅の面積開口率ＯＲにより６μｍのレジスト深さを
得るものである。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レジス
ト深さを正確に制御し、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。

図７は、第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光するためのグレイスケールマス
ク８０について説明するものである。グレイスケールマスク８０は、第１の露光工程にて
用いられる第１のグレイスケールマスクである。第１のグレイスケールマスク８０は、図
２を用いて説明した本発明のグレイスケールマスク２０と同様の構成を有する。ここでは
、グレイスケールマスク８０における光透過率の分布を、開口部８１により模式的に表し
ている。開口部８１が大きいほど、高い光透過率であることを示している。第１のグレイ
スケールマスク８０は、中心位置において最も高い光透過率を有し、中心位置から離れる
に従って低い光透過率となるような光透過率分布を有する。このように、第１のグレイス
ケールマスク８０は、マイクロレンズを形成するための従来のグレイスケールマスクと同
様の光透過率分布を有している。

図８は、本発明のグレイスケールマスクである第２のグレイスケールマスク２０につい
て説明するものである。第２のグレイスケールマスク２０は、第１のレジスト形状に応じ
て露光されたレジスト層を用いて第２のレジスト形状を形成するためのものである。第２
のグレイスケールマスク２０は、第１領域９１と第２領域９２とを有する。第２のグレイ
スケールマスク２０は、第２のレジスト形状を形成するための正方形形状のマスク領域を
有する。第１領域９１は、マスク領域のうち、マスク領域の正方形形状に内接する内接円
９４で囲まれる部分に形成されている。第２領域９２は、マスク領域のうち、第１領域９
１以外の部分である。かかる形状の第１領域９１を備えることにより、周辺部と比較して
中心部が高いような形状のマイクロレンズを形成することができる。

第１領域９１は、第１のレジスト形状に応じて露光されたレジスト層を用いて第２のレ
ジスト形状を形成するような光透過率分布をなしている。第１領域９１に形成された開口
部９３は、第１のグレイスケールマスク８０を用いたときの光量と、第２のグレイスケー
ルマスク２０を用いたときの光量とを合計して第２のレジスト形状を形成するように、面
積が調節されている。これに対して、第２領域９２は、光源１１からの光を遮断する。こ
のため、第２のグレイスケールマスク２０を用いる場合、レジスト層は、第１領域９１に
対応する円形状の領域のみが露光される。

図９は、第１のレジスト形状Ｓ１、及び第２のレジスト形状Ｓ２について説明するもの
である。ここで示すレジスト形状Ｓ１、Ｓ２は、図３に示す正方形領域のｘｙｘｙ’断面
に対応するものである。第２のグレイスケールマスク２０を用いた露光によって形成され
る第２のレジスト形状Ｓ２は、第１のレジスト形状Ｓ１より深い形状をなしている。この
ように、本発明の第２のグレイスケールマスク２０を用いた露光により、第１のレジスト
形状Ｓ１より高いアスペクト比の第２のレジスト形状Ｓ２を形成することができる。ここ
で、アスペクト比とは、レジスト形状の深さ対横幅の比であるとする。

第１のレジスト形状Ｓ１に基づいて第２のレジスト形状Ｓ２を形成する本発明のグレイ
スケールマスクを用いることにより、レジスト深さを稼ぐことが可能となる。レジスト深
さを稼ぐことで、１つのグレイスケールマスクのみを用いる場合と比較してアスペクト比
が高い形状を形成することが可能となる。

レジスト形状のうち、二次元方向においてレジスト深さが大きく変化する部分は、レジ
スト深さを正確に制御することが非常に困難である。図５に示すレンズ形状の場合、マイ
クロレンズの中心位置から９〜１０μｍの部分は、マイクロレンズの径方向についてレジ
スト深さが大きく変化している。また、マイクロレンズの外縁近くの部分の形状が正確で
ない場合、マイクロレンズへの入射光を所定の方向へ進行させる効率を低下させる場合が
多い。このことから、高い性能を備えるマイクロレンズを形成するためには、レジスト形
状のうちマイクロレンズの外周近くに相当する部分を正確に形成する必要がある。

本発明のグレイスケールマスク２０を用いる場合、レジスト深さは、第１の形状Ｓ１に
応じた露光と、第１の形状Ｓ１から第２の形状Ｓ２を形成するための露光とで決定される
。複数のグレイスケールマスクを用いてレジスト深さのぶれを少なくすることで、レジス
ト深さを制御する精度を向上させ、二次元方向におけるレジスト深さの分布を正確、かつ
安定させることが可能となる。これにより、マイクロレンズ等の三次元微細構造を有する
光学素子、特に、高いアスペクト比の形状を備える光学素子を高い精度で形成することが
できるという効果を奏する。

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、電子ビーム（ＥＢ）描画等により遮光膜を形成した透明基板に、開口部９３を形
成する。単位セル２１のうち開口部９３が形成された部分以外の部分が、遮光部となる。
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。

図１０及び図１１は、本実施例のグレイスケールマスク２０を用いて、マイクロレンズ
を製造する手順を示す。まず、図１０に示す工程ａにおいて、基板１０１上にレジスト層
１０２を形成する。レジスト層１０２は、基板１０１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、第１のグレイスケールマスク８０を介したレジスト
層１０２の露光を行う。レジスト層１０２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Ｌによって露光される。工程ｂは、第１のレジスト形状Ｓ１に応じて
光透過率の分布が決定された第１のグレイスケールマスク８０を用いて露光する第１の露
光工程である。工程ｂにおいて、第１のレジスト形状Ｓ１を有する露光領域１０３が形成
される。

第１の露光工程の後、第１のグレイスケールマスク８０に代えて、縮小投影露光装置１
０へ第２のグレイスケールマスク２０を取り付ける。工程ｃでは、縮小投影露光装置１０
を用いて、第２のグレイスケールマスク２０を介したレジスト層１０２の露光を行う。工
程ｃは、第１のレジスト形状Ｓ１に応じて露光されたレジスト層１０２を用いて、第２の
レジスト形状Ｓ２を形成するように光透過率の分布が決定された第２のグレイスケールマ
スク２０を用いてレジスト層１０２を露光する第２の露光工程である。工程ｃにより、第
１のレジスト形状Ｓ１より高いアスペクト比の第２のレジスト形状Ｓ２を有する露光領域
１０３が形成される。

図１１に示す工程ｄでは、第２の露光工程後のレジスト層１０２を現像液により現像す
ることにより、第２のレジスト形状Ｓ２がレジスト層１０２に形成される。現像後のレジ
スト層１０２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、所望のレジス
ト形状Ｓ２がレジスト層１０２に形成される。

次に、工程ｅにおいて、レジスト層１０２及び基板１０１のエッチングを行う。レジス
ト層１０２及び基板１０１のエッチングにより、レジスト層１０２の第２のレジスト形状
Ｓ２が基板１０１に転写される。第２のレジスト形状Ｓ２を基板１０１へ転写することで
、基板１０１に、第２のレジスト形状Ｓ２と略同一のレンズ形状１０６が形成される。工
程ｅは、第２のレジスト形状Ｓ２を他の部材である基板１０１へ転写することでレンズ形
状１０６を形成するレンズ形状形成工程である。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。

最後に、工程ｆにおいて、基板１０１及びカバー硝子１０７間のレンズ形状部分に透明
樹脂材料を充填させることで、マイクロレンズ１０８が形成される。複数のマイクロレン
ズ１０８を有するマイクロレンズアレイは、金型を用いた型転写により形成することとし
ても良い。金型は、第２のレジスト形状Ｓ２、又はレンズ形状１０６に無電解Ｎｉ鍍金を
施すことで製造する。次に、金型の形状を他の部材、例えばアクリル樹脂等へ型転写する
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。また、
マイクロレンズ１０８を型とした射出成形等により光学素子を形成しても良い。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
装置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。

マイクロレンズの製造には、さらに、第１のグレイスケールマスク８０、及び第２のグ
レイスケールマスク２０以外の他のグレイスケールマスクを用いた露光を行うこととして
も良く、２つのグレイスケールマスク８０、２０を用いる場合に限られない。他のグレイ
スケールマスクを用いた露光をさらに行うことにより、さらに高いアスペクト比の形状を
高い精度で形成することができる。

図１２は、本実施例の変形例１に係るグレイスケールマスク１２０について説明するも
のである。本変形例のグレイスケールマスク１２０は、第２領域１２２において、面積開
口率及びレジスト深さが略比例関係となる範囲以外の範囲の面積開口率をなす単位セルを
備えている。

例えば、第２領域１２２の全体において透過光の光量を略ゼロとする場合を考える。第
１領域９１中の位置Ｐ１では、レジスト深さに応じた光量の光を透過させる。第２領域１
２２中の位置Ｐ３では、透過光の光量が略ゼロとなる。第１領域９１と第２領域１２２と
の境界上の位置Ｐ２では、透過光の光量は第１領域９１内の有限値から第２領域１２２内
の略ゼロへ急峻に変化していることとなる。

この場合、レジスト層に到達する光の光量は、図１３に示すように、位置Ｐ２の位置Ｐ
１側に相当する部分では僅かに光量が増加する部分、位置Ｐ２の位置Ｐ３側に相当する部
分では僅かに光量が減少する部分が生じ易くなる。レジスト層に到達する光の光量がこの
ように変化することにより、図１４に示すように、レジスト層上に、小さい窪みや隆起で
あるマイクロトレンチが形成されてしまう。このように、設計以外の事由によりマイクロ
トレンチが形成されることとなると、第２のレジスト形状Ｓ２を高い精度で形成すること
が困難となる。

図１５は、本変形例のグレイスケールマスク１２０の第２領域１２２に形成される単位
セルの面積開口率について説明するものである。第１領域９１の単位セルについてはγ特
性が直線状の変化を示す範囲である１０％から６０％の面積開口率ＯＲとする。これに対
して、第２領域１２２の単位セルの面積開口率ＯＲは、０％から１０％のランダムな値を
とる。図１５に示すγ特性の場合、面積開口率ＯＲは、０％〜１０％において、面積開口
率ＯＲに関わらずレジスト深さの変化が少なくなる。第２領域１２２に形成される単位セ
ルは、γ特性が直線状に変化する範囲以外の範囲の面積開口率ＯＲをなすように形成され
る。

図１６は、本変形例のグレイスケールマスク１２０を用いる場合においてレジスト層に
到達する光の光量について説明するものである。本変形例の場合、グレイスケールマスク
１２０の位置Ｐ２において透過光の光量の急峻な変化が緩和され、レジスト層に到達する
光の光量はなだらかな変化を示す。このため、図１７に示すように、レジスト層上に、な
だらかな曲面を形成することができる。これにより、マイクロトレンチの形成を防ぎ、第
２のレジスト形状Ｓ２を高い精度で形成することができる。

図１８は、本実施例の変形例２に係るグレイスケールマスク１８０について説明するも
のである。本変形例のグレイスケールマスク１８０は、上記のグレイスケールマスク２０
（図８参照。）とは異なる形状の第１領域１８１を備えている。グレイスケールマスク１
８０は、第２のレジスト形状を形成するための正方形形状のマスク領域を複数備えている
とする。一のマスク領域における第１領域１８１と第２領域１８２との境界は、一のマス
ク領域に隣接する他のマスク領域の外接円の円弧１８３である。第１領域１８１は、一の
マスク領域のうち、４つの円弧１８３によって囲まれる部分に形成されている。

第２領域１８２は、一のマスク領域のうち、第１領域１８１以外の部分である。かかる
形状の第１領域１８１を備えることにより、周辺部と比較して中心部が高いような形状の
マイクロレンズを形成することができる。第１領域１８１は、光源１１からの光を遮光す
る構成とするほか、変形例１と同様に、面積開口率及びレジスト深さが略比例関係となる
範囲以外の範囲の面積開口率をなす単位セルを備える構成としても良い。レジスト層のう
ち第２領域１８２に対応する部分は、一のマスク領域からの光と、一のマスク領域に隣接
するマスク領域からの光とで光量を分担することにより、所望のレジスト深さになるよう
にしても良い。

図１９は、本実施例の変形例３に係るグレイスケールマスク１９０について説明するも
のである。本変形例では、第１領域１９１は、マスク領域の内接円１９３より内側の円１
９４の内部に形成されている。円１９４の中心位置は、内接円１９３の中心位置と一致し
ている。第２領域１９２は、マスク領域のうち、第１領域１９１以外の部分である。かか
る形状の第１領域１８１を備えることにより、周辺部と比較して中心部が高いような形状
のマイクロレンズを形成することができる。なお、第１領域１９１は、内接円１９３内の
一部分に形成されていれば良く、円１９４内に形成される場合に限られない。第１領域１
９１は、光源１１からの光を遮光する構成とするほか、変形例１と同様に、面積開口率及
びレジスト深さが略比例関係となる範囲以外の範囲の面積開口率をなす単位セルを備える
構成としても良い。

図２０は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ２００の概略構成を示す。プロジェク
タ２００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２００は、観察者側に設けられたスクリーン２１
６に光を供給し、スクリーン２１６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。

光源部２０１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２０４は、光源部２０１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２０５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２０６Ｒに入射する。光源部２０１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。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｒ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２０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー２０７に入射する。
反射ミラー２０７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２１０Ｒに入射する。空間光変調装置２１０Ｒ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。

空間光変調装置２１０Ｒは、λ／２位相差板２２３Ｒ、硝子板２２４Ｒ、第１偏光板２
２１Ｒ、液晶パネル２２０Ｒ、及び第２偏光板２２２Ｒを有する。λ／２位相差板２２３
Ｒ及び第１偏光板２２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板２２４Ｒに接する
状態で配置される。これにより、第１偏光板２２１Ｒ及びλ／２位相差板２２３Ｒ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、第２偏光板２２２Ｒは、独立して
配置するほか、液晶パネル２２０Ｒの出射面や、クロスダイクロイックプリズム２１２の
入射面に接する状態で配置しても良い。

空間光変調装置２１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２２３Ｒ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２２４Ｒ及び第１偏光板２２１Ｒ
をそのまま透過し、液晶パネル２２０Ｒに入射する。液晶パネル２２０Ｒ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２２０Ｒの変調
により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板２２２Ｒから出射される。このように
して、空間光変調装置２１０Ｒ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２１２に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｒ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２
０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｇ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２０６Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置２
１０Ｇに入射する。空間光変調装置２１０Ｇ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２１０Ｇは、液晶パネル２２０Ｇ、第１偏光板２
２１Ｇ及び第２偏光板２２２Ｇを有する。

空間光変調装置２１０Ｇ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２１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板２２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル２
２０Ｇに入射する。液晶パネル２２０Ｇ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２２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ
光が、第２偏光板２２２Ｇから出射される。このようにして、空間光変調装置２１０Ｇ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２１２に入射する
。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ２０８
と、２枚の反射ミラー２０７とを経由して、空間光変調装置２１０Ｂに入射する。空間光
変調装置２１０Ｂ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２０８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２０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイ
クロイックミラー２０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置２１０Ｂに導くこ
とができる。空間光変調装置２１０Ｂは、λ／２位相差板２２３Ｂ、硝子板２２４Ｂ、第
１偏光板２２１Ｂ、液晶パネル２２０Ｂ、及び第２偏光板２２２Ｂを有する。空間光変調
装置２１０Ｂの構成は、上述した空間光変調装置２１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説
明は省略する。

空間光変調装置２１０Ｂ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２１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２２３Ｂ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２２４Ｂ及び第１偏光板２２１Ｂをそのまま透過
し、液晶パネル２２０Ｂに入射する。液晶パネル２２０Ｂ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２２０Ｂの変調により、ｓ偏光
光に変換されたＢ光が、第２偏光板２２２Ｂから出射される。空間光変調装置２１０Ｂ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２１２に入射する
。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１２は、２つのダイクロイック膜
２１２ａ、２１２ｂ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２１
２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光及びＲ光を透過する。ダイクロイック膜２１２ｂは、Ｒ光を
反射し、Ｇ光及びＢ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２１２は
、各空間光変調装置２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ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２１４は、クロスダイクロイックプリズム２１２で合成され
た光をスクリーン２１６に投写する。これにより、スクリーン２１６上にフルカラー画像
を表示することができる。

なお、上述のように、空間光変調装置２１０Ｒ及び空間光変調装置２１０Ｂからクロス
ダイクロイックプリズム２１２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２１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム２１２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２１２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２１２にお
いて各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２１２ａ
、２１２ｂ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２１２
ａ、２１２ｂ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２１２ａ、２
１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。

図２１は、液晶パネル２２０Ｒの要部断面構成を示す。図２０で説明したプロジェクタ
２００は、３つの液晶パネル２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂを備えている。これら３つの
液晶パネル２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂ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２２０Ｒを代表例として以後の説明を行
う。光源部２０１からのＲ光は、図２１に示す上側から液晶パネル２２０Ｒへ入射し、ス
クリーン２１６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３００の
入射側には、接着層３０１を介してカバー硝子３０２が固着されている。カバー硝子３０
２の出射側には、ブラックマトリックス部３０３ａ及び対向電極３０４が形成されている
。

出射側防塵硝子３０８の入射側には、接着層３０７、液晶を配向させるための配向膜３
０６ｃ、及び、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極３０６ａを有するＴＦＴ基板３０
６が形成されている。入射側防塵硝子３００及び出射側防塵硝子３０８は、対向電極３０
４とＴＦＴ基板３０６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３０４と
ＴＦＴ基板３０６との間には、液晶層３０５が封入されている。液晶層３０５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３０５の入射側には、ブラ
ックマトリックス部３０３ａが形成されている。

開口部３０３ｂは、入射光を、変調部である液晶層３０５へ入射させる。開口部３０３
ｂを透過するＲ光は、対向電極３０４、液晶層３０５、ＴＦＴ基板３０６を透過する。Ｒ
光は、液晶層３０５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３０３ｂは、投写される画像の画素を形成する。

入射側防塵硝子３００には、マイクロレンズアレイ３１０が形成されている。マイクロ
レンズアレイ３１０は、ＸＹ平面である基準面３００ｂ上にアレイ状に配列されたマイク
ロレンズ３１１を有する。マイクロレンズ３１１は、入射光であるＲ光を開口部３０３ｂ
の方向へ屈折させる。マイクロレンズ３１１は、光を屈折させる曲面３１１ａを入射側に
向けて設けられている。液晶パネル２２０Ｒは、マイクロレンズ３１１を配置する基準面
３００ｂ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。

なお、図２０で示した構成では、第１偏光板２２１Ｒ、第２偏光板２２２Ｒを、液晶パ
ネル２２０Ｒ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３００と対向電
極３０４との間、出射側防塵硝子３０８とＴＦＴ基板３０６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３１０は、第１偏光板２２１Ｒに形
成してもよい。

マイクロレンズ３１１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３１１を
高い精度で形成でき、光の進行方向を正確に制御可能な構成とすることができる。各空間
光変調装置では、マイクロレンズ３１１により光の進行方向を正確に制御することで、光
の効率的な利用が可能となる。各空間光変調装置において光の効率的な利用が可能となる
ことで、プロジェクタ２００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３１１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３１１により開口部３０３ｂ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。

本実施例のプロジェクタ２００は、光源部２０１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２００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２００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。さらにマイクロレンズアレイ３１０はプロジェクタに限られず、ＣＣＤカメラや
Ｃ−ＭＯＳセンサ等の受光素子に応用することもできる。

以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクは、高いアスペクト比の形状を備え
るマイクロレンズを製造する場合に適している。

グレイスケールマスクを使用する縮小投影露光装置の構成を示す図。 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。 マイクロレンズの形状について説明する図。 マイクロレンズの形状について説明する図。 マイクロレンズの形状について説明する図。 γ特性の例を表す図。 第１のグレイスケールマスクについて説明する図。 第２のグレイスケールマスクについて説明する図。 第１のレジスト形状、及び第２のレジスト形状について説明する図。 マイクロレンズを製造する手順を説明する図。 マイクロレンズを製造する手順を説明する図。 実施例１の変形例１に係るグレイスケールマスクについて説明する図。 レジスト層へ到達する光の光量について説明する図。 レジスト層に形成されるレジスト形状について説明する図。 第２領域に形成される単位セルの面積開口率について説明する図。 レジスト層へ到達する光の光量について説明する図。 レジスト層に形成される第２のレジスト形状について説明する図。 実施例１の変形例２に係るグレイスケールマスクについて説明する図。 実施例１の変形例３に係るグレイスケールマスクについて説明する図。 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。 液晶パネルの要部断面構成を示す図。

符号の説明

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（第２のグレイスケールマスク）、ＡＸ 光軸、２
１ 単位セル、８０ 第１のグレイスケールマスク、８１ 開口部、９１ 第１領域、９
２ 第２領域、９３ 開口部、９４ 内接円、１０１ 基板、１０２ レジスト層、１０
３ 露光領域、１０６ レンズ形状、１０７ カバー硝子、１０８ マイクロレンズ、Ｓ
１ 第１のレジスト形状、Ｓ２ 第２のレジスト形状、１２０ グレイスケールマスク、
１２２ 第２領域、１８０ グレイスケールマスク、１８１ 第１領域、１８２ 第２領
域、１８３ 円弧、１９０ グレイスケールマスク、１９１ 第１領域、１９２ 第２領
域、１９３ 内接円、１９４ 円、２００ プロジェクタ、２０１ 光源部、２０４ イ
ンテグレータ、２０５ 偏光変換素子、２０６Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、２０
６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、２０７ 反射ミラー、２０８ リレーレンズ、２
１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ 空間光変調装置、２１２ クロスダイクロイックプリズム
、２１２ａ、２１２ｂ ダイクロイック膜、２１４ 投写光学系、２１６ スクリーン、
２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂ 液晶パネル、２２１Ｒ、２２１Ｇ、２２１Ｂ 第１偏光
板、２２２Ｒ、２２２Ｇ、２２２Ｂ 第２偏光板、２２３Ｒ、２２３Ｂ λ／２位相差板
、２２４Ｒ、２２４Ｂ 硝子板、３００ 入射側防塵硝子、３００ｂ 基準面、３０１
接着層、３０２ カバー硝子、３０３ａ ブラックマトリックス部、３０３ｂ 開口部、
３０４ 対向電極、３０５ 液晶層、３０６ ＴＦＴ基板、３０６ａ 透明電極、３０６
ｃ 配向膜、３０７ 接着層、３０８ 出射側防塵硝子、３１０ マイクロレンズアレイ
、３１１ マイクロレンズ、３１１ａ 曲面

Claims (11)

1. 所定のパターンでレジスト層を露光するために光透過率の分布が決定されたグレイスケ
   ールマスクであって、
   第１のレジスト形状に応じて露光された前記レジスト層を用いて、前記第１のレジスト
   形状より高いアスペクト比の第２のレジスト形状を形成するように、前記光透過率の分布
   が決定されることを特徴とするグレイスケールマスク。
2. 前記第２のレジスト形状に応じて前記光透過率を変化させた第１領域と、
   前記レジスト層を露光するための光を遮断する第２領域と、を備え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。
3. 開口部及び遮光部を備える複数の単位セルを有し、前記単位セルに占める前記開口部の
   面積の割合である開口面積率により前記光透過率が決定され、
   前記第２のレジスト形状に応じて前記単位セルの前記開口面積率を変化させた第１領域
   と、
   前記面積開口率及びレジスト深さが略比例関係となる範囲以外の範囲の前記面積開口率
   をなす前記単位セルを有する第２領域と、を備え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。
4. 前記第２のレジスト形状を形成するためのマスク領域を備え、
   前記第１領域は、前記マスク領域のうち、前記マスク領域に内接する円で囲まれる部分
   に形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のグレイスケールマスク。
5. それぞれ前記第２のレジスト形状を形成するための複数のマスク領域を備え、
   前記第１領域は、一のマスク領域のうち、前記一のマスク領域に隣接する他のマスク領
   域に外接する円の円弧により囲まれる部分に形成されることを特徴とする請求項２又は３
   に記載のグレイスケールマスク。
6. 前記第２のレジスト形状を形成するためのマスク領域を備え、
   前記第１領域は、前記マスク領域に内接する円内の一部分に形成されることを特徴とす
   る請求項２又は３に記載のグレイスケールマスク。
7. 第１のレジスト形状に応じて光透過率の分布が決定された第１のグレイスケールマスク
   を用いてレジスト層を露光する第１の露光工程と、
   前記第１のレジスト形状に応じて露光された前記レジスト層を用いて、前記第１のレジ
   スト形状より高いアスペクト比の第２のレジスト形状を形成するように光透過率の分布が
   決定された第２のグレイスケールマスクを用いて前記レジスト層を露光する第２の露光工
   程と、
   前記第２のレジスト形状を他の部材へ転写することでレンズ形状を形成するレンズ形状
   形成工程と、を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
8. 請求項１〜６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製造されることを
   特徴とするマイクロレンズ。
9. 請求項７に記載のマイクロレンズの製造方法により製造されることを特徴とするマイク
   ロレンズ。
10. 請求項８又は９に記載のマイクロレンズを備えることを特徴とする空間光変調装置。
11. 請求項１０に記載の空間光変調装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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