JP2007148214A - グレイスケールマスク、回折光学素子及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で、かつ簡易な工程により三次元構造物を製造するためのグレイスケー
ルマスクを提供すること。
【解決手段】レジスト層に形成する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２１を備え、単位セル２１は、光を透過させる開口部２３と
、光を遮断させる遮光部２２とを有し、単位セル２１に占める開口部２３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、一の単位セル２１からの光のうち回折光以
外の光である直接光の強度が所定の範囲となる面積開口率を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、グレイスケールマスク、回折光学素子及びプロジェクタ、特に、回折光学素
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。

回折光学素子（Diffractive Optical Element；DOE）は、光の回折現象を利用すること
により光を制御する光学素子である。回折光学素子としては、鋸歯形状の断面構成を有す
るブレーズ型回折光学素子の他、階段形状の断面構成を有するバイナリオプティクス（Bi
nary Optics；BO）素子が多用されている。回折光学素子において回折効率の向上を図る
ためには、高い精度で回折光学素子を製造することが必要とされる。階段形状の断面構成
を有する回折光学素子を高い精度で製造するための技術は、例えば、特許文献１〜３に提
案されている。

特開２００５−１４０９７２号公報 特開平１１−１７４２１５号公報 特開２００３−９１０６６号公報

特許文献１に提案される技術、及び特許文献２に提案される技術は、いずれも、複数枚
のマスクを用意し、レジスト層が形成された基板の露光、現像、及びエッチングを繰り返
すことにより階段形状を形成するものである。かかる技術では、複数枚のマスクを用いる
ことで工程数が増加する他、露光装置におけるマスクの精緻な位置合わせが必要となる。
このことから、微細かつ高精度な回折光学素子を得ることが困難となる上、製造コストが
高騰することが考えられる。特許文献３に提案される技術は、プリベイク温度を異ならせ
たレジスト層を基板に積層させ、電子ビームにより階段形状を形成するものである。かか
る技術の場合、電子ビームを用いて階段形状を形成することにより、加工費用の高騰を引
き起こすと考えられる。このように、従来の技術によると、高い精度で、かつ簡易な工程
により回折光学素子を製造することが困難である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、高い精度で、かつ簡易な工程により三次元構造物を製
造するための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る回折
光学素子、及びその回折光学素子を用いる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、レジスト層に形成す
る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、一の単位セル
からの光のうち回折光以外の光である直接光の強度が所定の範囲となる面積開口率を有す
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。

グレイスケールマスクを用いたレジスト層の露光において、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が入射すると、グレイスケールマスクの光透過率分布
に従って正確な露光を行うことが困難となる。グレイスケールマスクを透過することで生
じる回折光が多くなると、レジスト形状の精度が低下することが考えられる。本発明では
、一の単位セルからの光のうち直接光の強度が大きくなる面積開口率を採用することで、
グレイスケールマスクで生じる回折光を少なくし、高精度なレジスト形状の形成を可能と
する。特に、階段形状の断面構成を有する三次元構造物、例えば回折光学素子を形成する
場合、正確な形状及び高さを有する格子を形成することが可能となる。また、１つのグレ
イスケールマスクによる一度の露光によりレジスト形状を形成することが可能であるから
、複数枚のグレイスケールマスクを用いる場合と比較して、使用するグレイスケールマス
クの数を少なくでき、簡易な工程によりレジスト形状を形成することができる。また、通
常の露光工程によりレジスト形状を形成可能であるから、電子ビームを用いた加工を行う
場合と比較して、コストの低減も図れる。これにより、高い精度で、かつ簡易な工程によ
り三次元構造物を製造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、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、直接光の強度Ｉ０が０．５＜Ｉ０＜１となる
面積開口率を有することが望ましい。一の単位セルからの光のうち直接光の強度を大きく
することで、グレイスケールマスクで生じる回折光を少なくすることができる。これによ
り、高い精度で三次元構造物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、単位セルは、直接光の強度Ｉ０が０．６＜Ｉ０
＜１となる面積開口率を有することが望ましい。これにより、回折光をさらに少なくし、
さらに高い精度で三次元構造物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、単位セルは、直接光の強度Ｉ０が０．７＜Ｉ０
＜１となる面積開口率を有することが望ましい。これにより、回折光をさらに少なくし、
さらに高い精度で三次元構造物を形成することができる。

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、レジスト形状を他の部材に転写させて作成されることを特徴とする回折光
学素子を提供することができる。レジスト形状の転写は、例えば、エッチングや、レジス
ト形状の型転写により行うことができる。上記のグレイスケールマスクを用いることによ
り、高い精度で回折光学素子を形成することが可能である。これにより、高い回折効率の
回折光学素子を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の回折光学素子により略均一にされた光を用いて画像を
表示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。上記の回折光学素子を
用いると、高い回折効率により、良好な光量分布を得ることができる。これにより、良好
な光量分布の画像を表示することが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、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。

図２及び図３は、本発明のグレイスケールマスク２０を用いて形成される回折光学素子
３０の構成を説明するものである。図２に示すように、回折光学素子３０は、正方形形状
の格子３１をアレイ状に配置して構成されている。回折光学素子３０は、各格子３１の高
さを４段階のいずれかとする４レベルのレリーフ型ホログラムである。図３のＡＡ断面に
示すように、上面構成における格子３１の一辺ｄは、例えば１．０μｍである。また、各
格子３１は、例えば、高さ幅ｈが０．２５μｍごとの４段階にて変化するように構成され
る。この場合、回折光学素子３０の最上部から最下部までの高さｈは、１．０μｍとなる
。

図４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。グレイスケールマス
ク２０は、一辺の長さｍが５０μｍの正方形形状を有する。例えば、縮小投影露光装置１
０により５分の１の縮小露光を行う場合、一辺の長さｍが５０μｍのグレイスケールマス
ク２０により、一辺が１０μｍの回折光学素子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５μｍの正方形形状を有する１００（＝１０×１０）個の単
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。

図５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、縮小投影露光装置１０の光源１
１（図１参照。）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）

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）

図６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）

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。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。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、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０．５＜Ｉ０＜０．５４に対応する範囲となるように構成され
ているとする。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。

ここで、Ｉ０＝０．５に対応する面積開口率ＯＲを求める。図６に示すグラフより、Ｉ
０＝０．５であるとき、ＢＷ＝０．２９２である。単位セル２１の一辺の長さｔが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＝５−５×０．２９２＝３．５４（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＝（３．５４）²／５²×１００＝５０．１３（％）

次に、Ｉ０＝０．５４に対応する面積開口率ＯＲを求める。図６に示すグラフより、Ｉ
０＝０．５４であるとき、ＢＷ＝０．２６２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＝５−５×０．２６２＝３．６９（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＝（３．６９）²／５²×１００＝５４．４６（％）
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５
０．１３％＜ＯＲ＜５４．４６％となるように構成することができる。

図７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、言い換えると回折光学
素子３０（図３参照。）の最下部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（Scannin
g 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。

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、５０％から５４％において１％ずつ４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深さとの関係か
ら、各単位セル２１における面積開口率ＯＲを決定することができる。単位セル２１は、
開口部２３（図５参照。）の面積に応じて、１％刻みで面積開口率ＯＲを設定することが
できる。

面積開口率ＯＲの変化に対応させて正確な深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
よりレジスト深さを正確に制御し、高い精度で回折光学素子３０を形成することが可能と
なる。

図８は、開口部２３からの直接光を一定の範囲で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。複数の開口部２３から光
を透過させると、回折現象により回折光、例えば一次回折光（＋１、−１）、二次回折光
（＋２、−２）が生じる場合がある。一次回折光や二次回折光は、直接光から分岐され、
直接光とは異なる方向へ進行する。この場合、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。

グレイスケールマスク２０を用いたレジスト層の露光において、一の単位セル２１から
の直接光が入射する領域ＡＲへ周辺からの回折光Ｌが入射すると、グレイスケールマスク
２０の光透過率分布に従って正確な露光を行うことが困難となる。このため、グレイスケ
ールマスク２０で生じる回折光Ｌが多くなると、レジスト形状の精度が低下することが考
えられる。回折光学素子３０の場合、グレイスケールマスク２０の光透過率の分布に応じ
た形状、及び高さを持つ格子３１を形成することが困難となることで、所望の光学特性を
備える回折光学素子３０を得ることが難しくなる。

本発明では、一の単位セル２１からの光のうち直接光の強度が大きくなる面積開口率を
採用することで、グレイスケールマスク２０で生じる回折光Ｌを少なくし、高精度なレジ
スト形状の形成を可能とする。レジスト形状を正確に形成することで、正確な形状、及び
高さの格子３１を備える回折光学素子３０を形成することが可能となる。また、１つのグ
レイスケールマスク２０による一度の露光によりレジスト形状を形成することが可能であ
るから、複数枚のグレイスケールマスクを用いる場合と比較して、使用するグレイスケー
ルマスクの数を少なくでき、簡易な工程によりレジスト形状を形成することができる。ま
た、通常の露光工程によりレジスト形状を形成可能であるから、電子ビームを用いた加工
を行う場合と比較して、コストの低減も図れる。これにより、高い精度で、かつ簡易な工
程により三次元構造物を製造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。

図９は、本実施例のグレイスケールマスク２０を用いて、回折光学素子を製造する手順
を示す。まず、工程ａにおいて、石英部材等の透明部材である基板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、グレイスケールマスク２０を介したレジスト層１０
２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
縮小された光によって露光される。なお、大型な基板１０１上に三次元構造を形成する場
合、基板１０１を複数のエリアに分割し、エリアごとに露光を行うこととしても良い。

さらに、露光後のレジスト層１０２を現像液により現像することで、段形状を有するレ
ジスト形状１０３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、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１０３がレジスト層１０２に形成される。

次に、工程ｃ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のレジスト形状１０３
を基板１０１へ転写する。レジスト形状１０３を基板１０１へ転写することで、レジスト
形状１０３と略同一の回折光学素子形状１０４が基板１０１に形成された回折光学素子を
得られる。レジスト形状１０３の基板１０１への転写は、エッチングにより行うことがで
きる。レジスト層１０２及び基板１０１のエッチングは、反応性イオンエッチング（Reac
tive Ion Etching;RIE）等のドライエッチング、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。

さらに、工程ｃで得られた回折光学素子形状１０４を金型とし、他の部材へ型転写する
ことで回折光学素子を形成することとしても良い。工程ｄでは、回折光学素子形状１０４
が形成された基板１０１上に透明樹脂層１０５を積層させる。工程ｅにおいて基板１０１
を取り除くことにより、回折光学素子形状１０４が転写された回折光学素子１０６を得ら
れる。この他、工程ｂにおいてレジスト層１０２に形成されたレジスト形状１０３を用い
た型転写により、回折光学素子を形成することとしても良い。このように、回折光学素子
形状１０４又はレジスト形状１０３による他の部材への型転写により、簡便に大量のレプ
リカを製造できる。

図１０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回折光学素子３０
と、設計上の回折光学素子の形状とを比較するものである。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回折光学素子３０の形状を示している
。破線で示す曲線Ｅは、設計上の回折光学素子の形状を示している。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、設計上の回折光学素子の形状を高
い精度で再現できることがわかる。

本実施例との比較例として、図１１には、各単位セル２１の面積開口率ＯＲを０．４＜
Ｉ０＜０．４４とする場合、図１２には、各単位セル２１の面積開口率ＯＲを０．２＜Ｉ
０＜０．２４とする場合について表している。直接光の強度Ｉ０が０．５から小さくなる
に従い、回折光学素子の形状Ｃは、設計上の形状Ｅとの差異が大きくなる。よって、高い
回折効率の回折光学素子３０を形成するには、各単位セル２１の面積開口率ＯＲは、直接
光の強度Ｉ０が０．５より大きくなる範囲とすることが望ましい。

図１３は、各単位セル２１の面積開口率ＯＲについての、好ましい範囲について説明す
るものである。各単位セル２１の面積開口率ＯＲは、直接光の強度Ｉ０の下限が０．５で
あって、図中両矢印（１）で示す０．５＜Ｉ０＜１である場合に、回折光学素子３０を高
い精度で形成することができる。直接光の強度Ｉ０が大きく回折光の影響を少ないほど、
回折光学素子３０の形状の精度は向上する。好ましくは、グレイスケールマスク２０は、
両矢印（２）で示すように、各単位セル２１が０．６＜Ｉ０＜１．０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、回折光をさらに少なくし
、回折光学素子３０をさらに高い精度で形成することができる。さらに好ましくは、グレ
イスケールマスク２０は、両矢印（３）で示すように、各単位セル２１が０．７＜Ｉ０＜
１．０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
、回折光をさらに少なくし、回折光学素子３０をさらに高い精度で形成することができる
。

本実施例のグレイスケールマスク２０を用いて製造された回折光学素子３０は、例えば
、均一な強度分布や目的に応じた任意の強度分布の光を供給する光学系に用いる場合に有
用である。例えば、回折光学素子３０をプロジェクタの光学系に用いることで、良好な光
量分布の画像を表示することができる。また、レーザシステムのホモジナイザ光学系に回
折光学素子３０を用いることにより、矩形ビームやラインビーム等、目的に応じて強度を
均一化させたレーザ光を得ることができる。

グレイスケールマスク２０は、図５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１４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５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。

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）

上述の場合と同様に、各単位セル２５の面積開口率ＯＲが０．５＜Ｉ０＜０．５４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．
５であるとき、ＢＷｘ＝ＢＷｙ＝０．２９２である。単位セル２５の縦の長さｔｙが２μ
ｍ、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＝２−２×０．２９２＝１．４１６（μｍ）
ｐｘ＝ｔｘ−ｔｘ×ＢＷｘ＝２．５−２．５×０．２９２＝１．７７（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＝（１．４１６×１．７７）／（２×２
．５）×１００＝５０．１３（％）

Ｉ０＝０．５４であるとき、ＢＷｘ＝ＢＷｙ＝０．２６２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＝２−２×０．２６２＝１．４７６（μｍ）
ｐｘ＝ｔｘ−ｔｘ×ＢＷｘ＝２．５−２．５×０．２６２＝１．８４５（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＝（１．４７６×１．８４５）／（２×
２．５）×１００＝５４．４６（％）

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５０．１３％＜ＯＲ＜５４．４６％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、開口部は、
図５で説明する正方形、及び図１４で説明する長方形とする他、六角形等の多角形や円形
、楕円形としても良い。

図１５は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ１６０の概略構成を示す。プロジェク
タ１６０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回折光学素子１６
２Ｒ、１６２Ｇ、１６２Ｂを備えることを特徴とする。プロジェクタ１６０は、観察者側
に設けられたスクリーン１６６に光を供給し、スクリーン１６６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。

プロジェクタ１６０は、５つの赤色（Ｒ）光用光源部１６１Ｒ、５つの緑色（Ｇ）光用
光源部１６１Ｇ、及び、５つの青色（Ｂ）光用光源部１６１Ｂを有する。Ｒ光用光源部１
６１Ｒは、赤色レーザ光を供給する。Ｇ光用光源部１６１Ｇは、緑色レーザ光を供給する
。Ｂ光用光源部１６１Ｂは、青色レーザ光を供給する。各色光用光源部１６１Ｒ、１６１
Ｇ、１６１Ｂとしては、例えば、半導体レーザを用いることができる。

Ｒ光用光源部１６１ＲからのＲ光は、Ｒ光用回折光学素子１６２Ｒにて光量分布が均一
化された後、空間光変調装置１６３Ｒへ入射する。空間光変調装置１６３Ｒ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１６３Ｒ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１６４へ入射する。Ｇ光
用光源部１６１ＧからのＧ光は、Ｇ光用回折光学素子１６２Ｇにて光量分布が均一化され
た後、空間光変調装置１６３Ｇへ入射する。空間光変調装置１６３Ｇ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１６３Ｇ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１６４へ入射する。

Ｂ光用光源部１６１ＢからのＢ光は、Ｂ光用回折光学素子１６２Ｂにて光量分布が均一
化された後、空間光変調装置１６３Ｂへ入射する。空間光変調装置１６３Ｂ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。空間光変調装置１６３Ｂ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１６４へ入射する。色合
成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１６４は、２つのダイクロイック膜１６４
ａ、１６４ｂ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１６４ａは
、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過する。ダイクロイック膜１６４ｂは、Ｂ光を反射し
、Ｇ光及びＲ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１６４は、各空
間光変調装置１６３Ｒ、１６３Ｇ、１６３Ｂ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１６５は、クロスダイクロイックプリズム１６４で合成された光を
スクリーン１６６に投写する。

なお、光源部としては、レーザ光を供給する複数の発光部を備えるアレイレーザ光源を
用いても良い。また、光源部として半導体レーザを用いる構成に限られない。例えば、他
の固体光源、例えば、固体レーザ、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、ＥＬ素子のほか、液
体レーザや気体レーザ、超高圧水銀ランプ等を用いても良い。また、プロジェクタ１６０
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１６０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。

以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクは、階段形状の断面構成を有する回
折光学素子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。 回折光学素子の要部平面構成を示す図。 回折光学素子の要部断面の斜視構成を示す図。 グレイスケールマスクの構成を示す図。 単位セルの構成を示す図。 直接光の強度、回折光の強度、遮光部幅の割合の関係を表す図。 γ特性の例を表す図。 直接光を一定の範囲で生じさせることによる効果を説明する図。 回折光学素子を製造する手順を説明する図。 製造された回折光学素子の形状と設計上の形状とを比較する図。 比較例について説明する図。 他の比較例について説明する図。 面積開口率の好ましい範囲について説明する図。 長方形形状の単位セル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。

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、ＡＸ 光軸、３０ 回折光学素子、３１ 格子、
２１ 単位セル、２２ 遮光部、２３ 開口部、６０ レジスト層、ＡＲ 領域、１０１
基板、１０２ レジスト層、１０３ レジスト形状、１０４ 回折光学素子形状、１０
５ 透明樹脂層、１０６ 回折光学素子、２５ 単位セル、２６ 遮光部、２７ 開口部
、１６０ プロジェクタ、１６１Ｒ Ｒ光用光源部、１６１Ｇ Ｇ光用光源部、１６１Ｂ
Ｂ光用光源部、１６２Ｒ、１６２Ｇ、１６２Ｂ 回折光学素子、１６３Ｒ、１６３Ｇ、
１６３Ｂ 空間光変調装置、１６４ クロスダイクロイックプリズム、１６４ａ、１６４
ｂ ダイクロイック膜、１６５ 投写光学系、１６６ スクリーン

Claims (6)

1. レジスト層に形成する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
   、
   一の単位セルからの光のうち回折光以外の光である直接光の強度が所定の範囲となる前
   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。
2. 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、前記直接光の強度Ｉ０が０．５＜Ｉ０＜１となる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。
3. 前記単位セルは、前記直接光の強度Ｉ０が０．６＜Ｉ０＜１となる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。
4. 前記単位セルは、前記直接光の強度Ｉ０が０．７＜Ｉ０＜１となる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。
5. 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他の部材に転写させて作成されることを特徴とす
   る回折光学素子。
6. 請求項５に記載の回折光学素子により略均一にされた光を用いて画像を表示することを
   特徴とするプロジェクタ。

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