JPH03502249A

JPH03502249A - 薄いレンズの製造方法

Info

Publication number: JPH03502249A
Application number: JP63501567A
Authority: JP
Inventors: ルシッテ，リチャード・デービッド; メルニチャック，ポール・ウォルター; マーレー，ジョセフ・ジェームス; レイ，ローレンス・アレン; サリヴァン，ジェームス・ロバート
Original assignee: イーストマン・コダック・カンパニー
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1991-05-23
Also published as: WO1989006596A1; US4861140A; EP0396538A1; EP0396538A4

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】薄いレンズの製造方法光皿匹技青立夏本発明は、薄いレンズ例えばレーザビームレコーダにおけるレーザビーム強度分布を整形するのに用いられる薄いレンズの位相マスクの製造方法に関する。特に、高次の曲率で連続的に変化する厚さを有する薄いレンズの製造方法に関する。

ｌ来Ω肢歪レーザビームの強度分布を像面において修正するためにレーザビーム投射体のフーリエ平面で位相マスクや位相格子を用いることは知られている。位相マスクはフーリエ平面において、レーザビームの振幅（透過マスク又は格子という）又は位相（純位相マスクという）を変調する。純位相マスクは、実際には薄いレンズであり、表面に高次の曲率を必要とすることが多い。

レーザのパワーが制限される使用においては、薄いレンズの位相マスクは、１００％透過性がありかつ像面でレーザビームの強度を減少させないため、適している。純位相マスクは、マスクを形成する透過媒質の厚さがステップ状に変化する場合に、バイナリ−位相マスクとして形成され、又はその厚さがなめらかに変化する場合に、連続的位相マスクとして形成される。バイナリ−位相マスクの作成方法は、よく知られており、簡単である。バイナリ−位相マスクは作成が容易であるため、連続的に変化する位相マスクよりも一般に優れている。例えば“ラスクー走査像についてのスポットの整形化とインコヒーレントな光学的スムーズ化 ”ロバートＡ・ゴンサルプ（Ｒｏｂｅｒｔ　Ａ、Ｇｏｎｓａｌｖｅｓ）＋フィリップＳ・コンシブイン（Ｐｈｉｌｉｐ　Ｓ、Ｃｏｎ５ｉｄｉｎｅ）著、光波術（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　、１９７６年１〜２月、１５巻に１．６４〜６７ページを参照。そこでは、著者らは製造の容易さ故にバイナリ− 位相マスクを作成することを選択している。

最近、本発明者のうちの２人は、ビームの整形過程の理論的なモデル研究によって、理想的なスポットの強度分布は、バイナリ−位相マスクを用いる場合は近似的に可能であるのみであり、薄いレンズの連続的位相マスクを用いた場合はより良好な結果が得られることを示した。“像の質を改善するためのレーザ記録ビームの修正　％　Ｊ＋サリバン（Ｊ、５ａｌｌｉｖａｎ）　；Ｌ、レイ（Ｌ。

Ｒａｙ）著、応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）、１９８７年５月１日、２６巻、Ｎ１１Ｌ９．１７６５−１７ページ参照、その記事の中で著者達は、レーザビームレコーダで得られる連続的トーンの像において鮮鋭度を最大にし、エリアジングを最小にするために、レーザビーム強度分布を修正することの問題について述べている。安価なダイオードレーザのガウス的振幅を変調するために薄いレンズの連続的位相マスクを使用することは、レーザダイオードを使用して微細な粒子の光検知媒質上に高品質の像を得ることを可能にする。その記事の中で指摘されているように、最小のエリアジングで最も鮮鋭なディジタル像の記録のための最小誤差の２次元的スポットの強度分布は、像の相関、離散的サンプリング格子及びレコーダの時間的伝達関数との関数である。　ｅｘｐ（−ｋｌｒｌ）（ｋは定数、ｒは半径）という式の半径方向に対称な像相関関数、方形サンプリング格子、及びライン走査方向で一定の時間的プレ関数（ｂｌｕｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に関して、最小誤差の強度分布ｒ　（ｘ、　ｙ）は、第４図で示され、そこでは相対的強度がサンプリング間隔への相対単位でページ及びライン走査方向に対し描かれている。

この強度分布を楕円状のガウス強度分布をもつダイオードレーザで得るためには、光源の分布は連続的位相マスクによりフーリエ平面で位相変調される。

第５図は、フーリエ平面で薄いレンズの位相マスクを用いるビーム形成システムの構成図である。ビームウェスト１０で示されるレーザビームは、レーザ１２により発生する。ビーム形成用の光学系には、リレー・レンズ１４と入射面１８の像を像面２０に整形する対物レンズ１６とが含まれる０位相マスク２２はリレー・レンズ１４のフーリエ平面に位置決めされる。フーリエ平面はリレー・レンズ１４からの一方の焦点距離の位置にある０位相マスク２２はビーム強度分布を再整形し、第５図において点線１０’で示されるビーム・ウェイストを修正する０位相マスク２２を適当に選択して、第４図の所望の強度分布が像面に形成される。

有限の連続的位相変調φ（ｆＸ、ｆ、）に対して、システム全体の伝達関数は露出分布のフーリエ変換法によって与えられ、それは強度分布とライン走査の時間的プレ関数とのコンボリューション、すなわちで与えられる。

ここで、ｆｘはライン走査方向における空間周波数、ｆｙはページ走査方向における空間周波数、Ｇ（ｆｘ、ｆｙ）は光源振幅分布ｇ（ｚ、ｙ）のフーリエ変換、Ｔ　（ｘ）は時間的伝達関数、及びＦはフーリエ変換を表す。この伝達関数と、最小誤差の強度分布とライン走査プレ関数とのフーリエ変換で定義される所望の伝達関数と、の間の２乗誤差は、適当な位相変調を選択することにより最小にされる。偶数次の多項式の位相に対しては、結果としての２次元の位相分布は滑らかであり、従って、それは空気と異なる屈折率をもつ光学的に透過性ある媒質中における厚さの変化によって（すなわち、高次の曲率をもつ薄いレンズによって）実現することができる。第６図は、楕円状のガウス分布をもつレーザ・ビームを第４図における強度分布に整形するための連続的位相マスクの位相分布を示す。

厳密に位相を操作するためには高次の（例えば、２次を越えて）曲率が必要のため、通常の光学的研磨の技術は、除外されるので、薄いレンズの連続的位相マスクで所望の位相分布を物理的に実現させることには、問題がある。更に、プラスチック注入鋳型では、位相の操作が必要とされる小さな範囲（典型的なマスクの大きさは５Ｘ５ｍ”）に渡って微妙な厚さの変化（λ／８以内）を与えられない。

従って、本発明の目的は、薄いレンズ、特にレーザ・スポットを整形する連続的位相マスクの薄いレンズを製造する改良された方法を提供することである。本発明の他の目的は３次また更に高次の曲率を有する連続的な光学表面を製造できるような方法を提供することである。

発Ａ廊と【ガ本発明の目的は、透明なフォトレジストの層を与え；フォトレジストが露光、現像された時にフォトレジスト層が高次の曲率を有するように、フォトレジストを露光するための連続的トーン（ｔｏｎｅ）の露光パターンを発生させ；フォトレジスト層を露光し；そして薄いレンズを作るためにその層を現像することによって達成される。

本発明を実施する好適な態様によれば、フォトレジストは、高分解能の写真フィルムを露光、現像することによって得られる中間的マスクを経て露光される陽画処理のフォトレジストである。

国ｌて１１１旧Ｉ咀第１図は、本発明により薄いレンズの連続的位相マスクの作成方法の順序を示す概略図である。

第２図は、薄いレンズの位相マスクを作成するために用いられるフォトレジストについて、紫外線露光対厚さを決める過程を示す概略図である。

第３図は、位相マスクを作成するために用いられる中間マスクについて、露光対紫外線密度を決める過程を示す概略図である。

第４図は、走査型プリンターにおいて所望されるレーザ・ビーム強度分布を示すグラフである。

第５図は、レーザビーム光学系における位相マスクの場所と効果を示す概略図である。

第６図は、楕円的ガウス強度分布を有するレーザビームを第４図に示される強度分布に整形するための連続的位相マスク用の位相パターンを示すグラフである。

主恩！災施呈櫃厚さについての大きなダイナミック範囲と非常に高いコントラストを有するフォトレジストは、通常二値化モードで露光され、すなわち、露光及び現像後、基台上に階段状のレジストパターンを作成するため、フォトレジストが領域から完全に除去されるか、又は全厚さのままで残されるかのいずれかである。

本発明に従って、フォトレジストは、薄いレンズを形成するために、現像されるフォトレジスト中で連続的に厚さが変化するような連続的な方法で露光される。

連続的に変化するように露光するためには、フォトレジストはスキャナーの中でピクセル毎に直接的に露光される。しかしながら、多くのフォトレジストは紫外光線（ＵＶ）で露光され、かつ紫外線のスキャナーは通常利用できないため、現在スオトレジストを現像するのに適する方法は、中間で高分解能の写真マスター（陰画処理レジストにあっては陰画、陽画処理レジストにあっては陽画）を用いる方法である。中間で高分解能の写真マスターは、従来のフィルムスキャナーの中で微粒子の写真フィルムを露光することによって得られる。フォトレジスト中で所望の厚さに製作するためには、フォトレジストの紫外線露光対厚さのレスポンス及び中間フィルムの露光対紫外線密度に関する知識が必要である。それらのレスポンスに加え、屈折率ｎ及び薄いレンズで整形されるべきレーザビームの波長λが知られると、以下で詳しく説明するように、所望の位相を中間マスクの可視光による露光に関連づける表が作成される。

本発明を実施する好適な態様による薄いレンズを作成する手順は第１図に示される。はじめに、計算機検査表４０が作成され、そしてフォトレジストに関して、測定された紫外線露光対厚さの関数、及び高分解能写真フィルムに関して測定された露光対紫外線密度の間数とをカスケード処理することにより、中間マスクを露光するのに必要な所望の位相シフト対整数コード値を関係づける（４２）、フォトレジストの厚さは、ｔ（ｘ、ｙ）＝φ（ｘ、ｙ）（λへ−１）　　　　　　（２）によって位相シフトに関係づけられる。

ここで、ｔ（ｘ、ｙ）は厚さの分布、　　　−φ（ｘ、ｙ）は所望の位相分布、 λは位相マスクによって整形されるべきレーザビームの波長、ｎは波長λにおけるフォトレジストの屈折率である。

検査表４０は平たいベッドスキャナー等のｘ、ｙフィルムスキャナー４６の制御電子回路４４に記憶される。フィルムスキャナーは、微粒子の写真フィルム４８を露光するために、所望の２次元位相分布を制御電子回路に供給して通常の方法で駆動される。スキャナー制御電子回路は、検査表４０をアドレスすることにより、位相情報を、スキャナーの露光に変換する。

中間フィルム・マスター４８は現像され（５０）、それから紫外線ランプ５６を用いてフォトレジスト５４（ガラスのような透明支持体の上にコーティングされている）の層の上にコンタクト・プリントされる。フォトレジストはそれから現像され（５８）、薄いレンズの位相マスク６０が作成される。

第２図は、紫外線露光対フォトレジストの厚さ関数をいかにして測定するかを示したものである。ステップ・ウェッジ６２は、制御された紫外線光源６８によりフォトレジスト層６６の上に露光される（６４）。露光されたフォトレジストは現像され（７０）そしてプロフィルメータ７４により、その結果の厚さが測定される（７２）。

紫外線露光対厚さの関数は測定された露光ステップ間を内挿して作成される　（７６）。

第３図は中間写真フィルム・マスクについて、露光対紫外線密度の関数の測定について示す。ステップ・ウェッジ７８はフィルムスキャナー４６によって写真フィルム８２の上に露光される（８０）。露光されたフィルムは現像され（８６）、そして現像されたフィルムの像７８が紫外線デンシトメータ９０で測定される（８８）。

露光対紫外線密度の関数はサンプル露光ステップの間を内挿して作成される（９２）。

それに対して、可視光露光対厚さの関数は、第３図のステップ（８０）　（８６）に示されるように、ステップ・ウェッジ７８を露光及び現像し、かつ、第２図に示されたような露光対厚さを測定する過程で、ステップ・ウェッジ６２として生成されたステップ・ウェッジ８２を使用することにより、直接的に発生される。このように作成された値の表は、フィルムの可視光露光をフォトレジストの厚さに直接的に関係づける。

裏腹■ 波長λ＝８３０ナノメートルのダイオードレーザのビームを整形するための第６図に示される位相分布を有する薄いレンズの位相マスクは、以下のように作成された。

陽画処理のフォトレジストは、キニン酸ダイアジン（ｑｕｉｎｏｎｅｄｉａｚｉｎｅ）の光学的活性の触媒を伴う、ノバラク樹脂（ｎｏｖａｌａｋｒｅｓｉｎ）から成るもので、ブランド名８０９フオトレジストとしてユニオン　カーバイド社（Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏｒｂｉｄｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から得ることができるものが選ばれた。フォトレジストはガラスの基板上に通常のスピンコーティング技術によってコーティングされた。

フォトレジストの厚さ対相対的紫外線対数露光は第２図を参照して述べたように測定された。その結果の関数は、第７図で示される。

中間マスクフィルムとして、コダックの高速ホログラフィックフィルムＳｏ　− ２５３型が選択された。フィルムの露光対紫外線密度は、第３図を参照して述べたように測定された。フィルムはコダック現像剤Ｄ−１９を用いて２０°Ｃ下でかきまぜつづけて現像された。５分間と９分間の現像時間における結果として得られた露光対反射密度、及び振幅透過率は、第８図に示される。

可視光露光を位相に関係づける検査表は上に述べたように作成された。検査表を作成するために用いられた計算機プログラムは、付録Ａに含まれている。

中間マスクは、６マイクロメードル×６マイクロメードルの大きさの走査スポットの面積と赤いＬＥＤ光源とを有する平たいベッドスキャナーでＳＯ−２５３フイルムを現像することにより、得られた。中間マスクが現像され、そのマスクはガラス基板上にあるフォトレジストのコーティングの層の上にコンタクト・プリントされた。フォトレジストは、薄いフィルムの位相マスクを製造するために通常の方法で現像された。結果として得られた位相マスクは、第６図に示される位相分布を有し、全体の大きさは５ミリメートル×５ミリメートルであった。

本発明はレーザプリンターにおけるレーザビームの強度分布を整形するための連続的位相マスクに関して記述されてきたが、本発明の方法は、他の装置、例えば特殊な強度分布を必要とする光学式ディスク　レコーダ／リーダや誘導燐スキャナー（Ｓｔｉｗｕｌａｂｌｅ　ｐｈｏｓｐｈｏｒ　５ｃａｎｎｅｒｓ）等、におけるレーザビームの強度分布を整形するための連続的位相マスクのような、任意の高次の薄いレンズを作成するために利用できるということが理解されるであろう。

の１　　と１占本発明は、レーザスキャナーやレコーダーのような装置における、レーザビームの強度分布を整形するための薄いレンズの位相マスクを生産するのに、有用である０本発明は、従来技術の二値化の位相マスクより優れた、高次の連続的位相マスクを生産できるという利点を与える。

」］ｒＡＦＩＬＥ：　　ＬＯＯＫ　　　ＦＯＲＴＲＡＮ　ＡＬ　ＫＲＣＣＢＬＤＧ　８３　ＶＭ／ＳＰ　ＨＰＯＲＥＬ　４−２３０９０ＣＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ　ＤＡＴＡ　ＦＯＲＦＴＬＭ／５ＣＡ）ＪＮＥＲＣＣ証ムＴＥ　ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ　ＡＲＲＡＹ　ＩＮ　　、０１　　ＩＮＣＲＥＭＥＮＴＳＣＣＲＥＡＴＥ　ＶＩＳＬ）ＡＬ　ＤＥＮＳＩＴＹ　ＡＲＲＡＹ　　ＩＮ　　、００１　　ＩＮＣＲＥＭＥＮＴＳＣＣＡＬＬ　ＣＵＢＩＣ５ＰＬＩＮＥ　ＲＯＩＪτＩＮＥＳ　（ＦＲＯＭ　工ＭＳＬ　ＬＩＢＲＡＲＹ）ＣＷＲＩＴＥ　ＬＯＧＥ−ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ　ＬＯＯＫＬＪＰ　ＴＡＢＬＥ　Ｔｏ　ＦＩＬＥ　　’ＬＯＯＫＩ’０ＰＥＮ（ＵＮＩＴ謔１５．ＦＩＬＥ嵩’ＬＯＯＫ２’）ＦＩＬＥ：　　ＬＯＯＫ　ＦＯＲＴＲＡＮ　ＡＬ　ＫＲＣＣＢＬＤＧ　８３　ＶＭ／ＳＰ　ＨＰＯＲＥＬ　４．２３０９０ＦＩＧ、　２ＦＩＧ、３ＦＩＧ、５人賃寸１テ２（χ、夛）　　　　ジオ１１）ｑ中０５，１ρ　　　　　　　イ象面Ｉ（Ｋ、））ＦＩＧ、　６ＦＩＧ、８補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　２年　７月／／日１、特許出願の表示ＰＣＴ／ＵＳ８８１００１５５２、発明の名称薄いレンズの製造方法３、特許出願人住　所　　アメリカ合衆国ニューヨーク州１４６５０．ロチニスター市ステートーストリート　３４３名　称　　イーストマン・コダック・カンパニー４、代理人住所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区電話（２７０）　６６４１〜６６４６請求の範囲１．波長λの光の波頭の位相を変調するための、所望の２次元位相分布を有する連続的位相マスクの製造方法において、ａ、波長λに透明で且つ屈折率ｎを有する紫外線に感知するフォトレジスト層を供給する段階と、ｂ、１）フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数を生成し、２）フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数と、所望の２次元位相分布と、を用いて、計算機駆動のフィルムスキャナーでフィルムを露光し、３）中間マスクを作成するために露光されたフィルムを現像することにより、フォトレジストの露光用に高分解能写真フィルムから中間マスクを作成する段階と、Ｃ０中間マスクをフォトレジスト層の上番こ、紫外線露光によりコンタクト・プリントする段階と、ｄ、　連続的位相マスクを作成するために露光されたフォトレジストを現像する段階と、から成る製造方法。

２、　フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数を生成する前記段階が、ａ、　デンシトメータでステップ・ウェッジを用いて写真フィルムのサンプルを露光する段階と、ｂ、　フィルムのステップ・ウェッジを作成するために露光されたフィルムを現像する段階と、Ｃ１フィルムのステップ・ウェッジを通して紫外線でフォトレジスト層を露光する段階と、ｄ、　ステップを作成するために露光されたフォトレジストを現像する段階と、ｅ、　そのステップの厚さを測定し、フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数を生成するためにフィルムの露光をステップ高さに関係づける段階と、から成る請求項１に記載された方法。

３、　フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数を生成する前記段階が、ａ、制御された紫外線光源を用いてステップ・ウェッジをフォトレジスト層の上に露光する段階と、ｂ、　ステップを作成するためにフォトレジストを現像する段階と、Ｃ５紫外線露光対厚さの関数を生成するためにステップの厚さを測定する段階と、ｄ、　デンシトメータでステップ・ウェッジを用いて写真フィルムのサンプルを露光する段階と、ｅ、　フィルムのステップ・ウェッジを作成するために露光されたフィルムを現像する段階と、ｆ、フィルム露光対紫外線フィルム密度の関数を生成するために、紫外線デンシトメータでフィルムのステップ・ウェッジの紫外線密度を測定する段階と、ｇ、フィルム露光対厚さの関数を生成するために、フィルム露光対紫外線フィルム密度の関数を、フォトレジストの厚さに対する紫外線の露光対フォトレジストの厚さの関数でカスケード処理する段階と、から成る請求項１に記載された方法。

４、　フィルム露光対フォトレジストの厚さの関数が計算機に検査表として記憶され、かつ中間マスクを作成する前記段階が検査表をアドレスするために所望の位相分布を用いることによって実行される、請求項１．２または３における方法。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．所望の高次の曲率を有する薄いレンズを製造する方法において、ａ．透明のフォトレジスト層を供給する段階と、ｂ．露光及び現像されたときに、フォトレジスト層が高次の曲率を有するように、フォトレジストを露光するための連続的トーンの露光パターンを作成する段階と、ｃ．前記フォトレジスト層を前記露光パターンを用いて露光する段階と、ｄ．前記薄いレンズを作成するために前記フォトレジスト層を現像する段階と、から成る方法。
２．レーザビームからのスポットを整形するために、所望の位相分布を有する連続的位相マスクを製造する方法において、ａ．レーザ光に透明のフォトレジスト層を供給する段階と、ｂ．露光及び現像されたときに、フォトレジスト層が所望の位相分布を有するように、フォトレジストを露光するための連続的トーンの露光パターンを作成する段階と、ｃ．前記フォトレジスト層を前記露光パターンを用いて露光する段階と、ｄ．前記連続的位相マスクを作成するために前記フォトレジスト層を現像する段階と、から成る方法。
３．フォトレジストが陽画処理のフォトレジストである、請求項２に記載された方法。
４．連続的トーンの露光パターンを作成する前記段階が、ａ．ｔ（ｘ，ｙ）＝ψ （ｘ，ｙ）（λ／ｎ−１）ここでｔ（ｘ，ｙ）は必要な厚さ分布、 φ（ｘ，Ｙ）は所望の位相分布、 λはレーザ光の波長、ｎは波長λにおけるフォトレジストの屈折率；に従って位相マスクの必要な厚さ分布を計算する段階と、ｂ．フォトレジストの厚さ対露光レスポンスを測定する段階と、ｃ．必要な厚さ分布からの連続的露光パターンと、フォトレジストの厚さ対露光レスポンスとを計算する段階、とから成る、請求項３に記載された方法。
５．前記フォトレジスト層を前記露光パターンを用いて露光する前記段階が、ａ．高分解能写真フィルムを走査露光することによって前記露光パターンを作成するための中間マスターを作成する段階と、ｂ．前記マスターを通してコンタクト・プリントすることによって前記フォトレジスト層を露光する段階、とから成る、請求項４に記載された方法。
６．中間マスターを作成する前記段階が、ａ．高分解能写真フィルムの露光を現像されたフォトレジストの位相遅延レスポンスに関係づける、検査表を作成する段階と、ｂ．フィルムスキャナーで高分解能フィルムを露光し、所望の位相を現像に関係づけるために検査表を用いる段階と、から成る、請求項５に記載された方法。
７．ａ．既知の屈折率と厚さ対紫外線露光レスポンスを有し、波長λのレーザ光に透明な紫外線に感知するフォトレジスト層を供給する段階と、ｂ．既知の露光対紫外線密度レスポンスを有する、高分解能の写真フィルムを供給する段階と、ｃ．既知の屈折率、厚さ対紫外線露光レスポンス、露光対密度、をカスケード処理して、最終の組立段階で所望の位相レスポンスを与えるために必要な整数コード値の計算機検査表を作成する段階と、ｄ．所望の位相値より露光値を決定するために、前記検査表を用いる２次元位相分布により、フィルムスキャナーで前記高分解能フィルムを露光する段階と、ｅ．中間マスクを作成するために、露光された写真フィルムを現像する段階と、ｆ．前記中間マスクを、前記フォトレジスト層の上に紫外線露光によりコンタクト・プリントする段階と、ｇ．前記連続的位相マスクを作成するために、露光されたフォトレジスト層を現像する段階と、から成る、波長λを有するレーザビームからのスポットを整形するための、所望の２次元連続的位相分布を有する連続的位相マスクの製造方法。