JPH05224398A - Photomask having variable transmissivity and production of optical parts using the same - Google Patents

Photomask having variable transmissivity and production of optical parts using the same

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JPH05224398A
JPH05224398A JP5945192A JP5945192A JPH05224398A JP H05224398 A JPH05224398 A JP H05224398A JP 5945192 A JP5945192 A JP 5945192A JP 5945192 A JP5945192 A JP 5945192A JP H05224398 A JPH05224398 A JP H05224398A
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JP
Japan
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photomask
light
exposure
pattern
openings
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JP5945192A
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Japanese (ja)
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Shigeki Nakamu
茂樹 中務
Katsuya Fujisawa
克也 藤沢
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Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Publication date
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a photomask capable of low-cost production of various diffraction gratings different from each other in cross-sectional shape and to produce optical parts with the photomask. CONSTITUTION:Groups each consisting of openings 1 and light shielding parts 2 alternately arranged at narrow intervals incapable of resolution at the time of exposure are arranged at intervals capable of resolution to obtain the objective photomask 3. The light transmissivity of the openings 1 is varied by varying the area ratio of the openings 1 to the light shielding parts 2. When this photomask 3 is used, optical parts such as a diffraction grating whose cross-sectional shape corresponds to a variation of the light transmissivity can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光線透過率の変調が可
能なフォトマスクと、これを使用した公知のフォトリソ
グラフィ法によって、回折格子、フレネルレンズ、マイ
クロレンズ、ホログラムなどの光学部品を得る光学部品
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a photomask capable of modulating light transmittance and a known photolithography method using the photomask to obtain optical parts such as a diffraction grating, a Fresnel lens, a microlens, and a hologram. The present invention relates to a method for manufacturing an optical component.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常のフォトマスクによる露光では、形
成されるレジスト膜の断面形状は左右対称でしかも多く
の場合矩型の断面形状を有している。左右非対称な鋸刃
(ブレーズ)状の断面を有するレリーフ型の回折格子を
作成する方法としては、以下のような方法が知られてい
る。 a.基板を直接ルーリングエンジンを用いて切削加工す
る方法。 b.基板上に形成されたフォトレジストパターンをマス
クとして、不活性または活性イオンビームにより斜めに
エッチングを施して形成する方法(例えば T.Aoyagi et
al.,Appl.Phys.Letter第29巻第5号の第303頁、
1976年9月参照)。 c.非対称二光束干渉露光法により、直接レジストにブ
レーズ状回折格子を作成する方法(例えば G.Schmahl e
t al.,in Progress in Optics, E.Wolf 発行、North-Ho
lland,Amsterdam.14、第195頁、1976年参
照)。
2. Description of the Related Art In exposure using a normal photomask, the cross-sectional shape of a resist film formed is bilaterally symmetric and often has a rectangular cross-sectional shape. The following method is known as a method for producing a relief type diffraction grating having a left-right asymmetrical saw blade (blaze) cross section. a. A method of directly cutting a substrate using a ruling engine. b. A method in which the photoresist pattern formed on the substrate is used as a mask to perform oblique etching with an inert or active ion beam (for example, T. Aoyagi et al.
al., Appl. Phys. Letter 29, No. 5, p. 303,
See September 1976). c. A method for directly forming a blazed diffraction grating on a resist by an asymmetric two-beam interference exposure method (eg G. Schmahl e
t al., in Progress in Optics, E. Wolf, North-Ho
lland, Amsterdam. 14, p. 195, 1976).

【0003】また、 d.電子ビーム(例えばT.Shiono et al.,Appl.Opt. 第
26巻の第587頁、1987年参照)、あるいはレー
ザービーム(例えば M.Haruna et al., Appl.Opt.第2
9巻の第5120頁、1990年参照)を使用し、その
ドーズ(dose)量を変化させることによって基板上のレ
ジストに直接描画する方法、を用いれば、上記回折格子
のような一方向に傾いたブレーズ状回折格子だけでな
く、任意の方向にブレーズの向きを設定することが可能
となる。これを利用して、ブレーズドパターンよりなる
高効率フレネルレンズのような、任意の位置でブレーズ
の向きを変えたパターン形成方法も知られている。
Also, d. Electron beam (for example, see T. Shiono et al., Appl. Opt. 26, 587, 1987), or laser beam (for example, M. Haruna et al., Appl. Opt.
No. 9, p. 5120, 1990), and by directly writing on the resist on the substrate by changing the dose amount, tilting in one direction like the diffraction grating Not only the blazed diffraction grating, but also the blazed direction can be set in any direction. Utilizing this, a pattern forming method in which the direction of the blazed is changed at an arbitrary position, such as a high-efficiency Fresnel lens having a blazed pattern, is also known.

【0004】また一方、透過率を変調させたフォトマス
クとしては、 e.厚みに変化を持たせた光吸収剤を含有する有機材料
を用いたフォトマスク(川月ら、特開昭63−2712
65)が知られている。
On the other hand, as a photomask whose transmittance is modulated, e. A photomask using an organic material containing a light absorber having a changed thickness (Kawatsuki et al., JP 63-2712 A).
65) is known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記aの方法では、回
折格子の作成に時間がかかり、高価となってしまう。上
記bの方法においては、装置が煩雑であり、装置が大型
化するのみならず大面積のエッチングが困難であり、し
たがって、小面積の回折格子しか製造が困難であるとい
う欠点を有している。上記cの方法は比較的簡単な装置
で大面積の回折格子の作成が可能であるが、生産性が低
いために回折格子は高価にならざるを得ない。また、上
記a,b,cの方法ではパターンの傾き方向が一方向に
揃ったものしか作成できないので、形成されるパターン
の自由度が小さいという問題もある。
In the method (a), it takes a long time to form a diffraction grating and the cost is high. The above method b has a drawback that the device is complicated, not only the size of the device becomes large, but also etching of a large area is difficult, and therefore it is difficult to manufacture only a diffraction grating having a small area. .. The method of c above can produce a large area diffraction grating with a relatively simple device, but the diffraction grating is inevitably expensive because of low productivity. Further, since the methods a, b, and c can only create patterns in which the inclination directions of the patterns are aligned in one direction, there is a problem that the degree of freedom of the formed pattern is small.

【0006】他方、上記dの方法では、形成されるパタ
ーンの自由度は大きくなるが、ドーズを変化させるため
の装置が煩雑であり、しかも厳密な作成条件が要求さ
れ、生産性も低いという問題がある。
On the other hand, in the above method d, the degree of freedom of the pattern to be formed becomes large, but the device for changing the dose is complicated, and strict production conditions are required, and the productivity is low. There is.

【0007】また、上記eの方法では、作成されたフォ
トマスクが有機材料からなっており、耐久性の問題があ
り、さらにフォトマスクの作成時に、上記dの方法と同
様厳密な作成条件が要求されるという問題もある。
Further, in the above method e, the photomask formed is made of an organic material and has a problem of durability. Further, when the photomask is formed, strict production conditions are required as in the method d. There is also the problem of being done.

【0008】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、安価で大量生産が可能な種々の断面形状を有する
光学部品の製造方法、およびこの光学部品の製造に用い
る透過率変調型のフォトマスクを提供することを目的と
している。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a method for manufacturing an optical component having various cross-sectional shapes which is inexpensive and can be mass-produced, and a transmittance modulation type used for manufacturing the optical component. The purpose is to provide a photomask.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る透過率変調
型のフォトマスクは、マスク露光時に解像不可能な細か
い間隔でもって交互に配置された開口部および遮光部の
集合体が、解像可能な間隔でもって配置されてなるフォ
トマスクである。
In a transmittance-modulation type photomask according to the present invention, a group of apertures and light-shielding portions which are alternately arranged at a fine interval that cannot be resolved at the time of mask exposure is It is a photomask arranged with an imageable interval.

【0010】また、その発明に係る光学部品の製造方法
は、このフォトマスクを使用して一回の露光によって、
断面形状が任意に制御された光学部品を製作するとき、
細かい間隔をおいて交互に配置された開口部および遮光
部のパターンを解像せず、その集合体からなる大きいパ
ターンのみを解像するようにフォトマスクの解像度を調
整するようにしたもので、この調整方法としては以下の
方法をとる。
Further, the method of manufacturing an optical component according to the invention uses the photomask to perform a single exposure,
When manufacturing an optical component whose cross-sectional shape is controlled arbitrarily,
The resolution of the photomask is adjusted so as not to resolve the pattern of the openings and the light-shielding portions which are alternately arranged at a fine interval, but to resolve only the large pattern made of the aggregate. The following method is used for this adjustment.

【0011】a.マスクアライナで露光する際には、フ
ォトレジスト面とフォトマスクの間の距離を調整する。 b.光源とフォトマスクの間に光拡散板を配置する。 c.投影式露光装置によるフォトマスクのパターン結像
フォーカスをフォトレジスト面上からずらす。
A. When exposing with the mask aligner, the distance between the photoresist surface and the photomask is adjusted. b. A light diffusion plate is arranged between the light source and the photomask. c. The pattern image forming focus of the photomask by the projection type exposure apparatus is shifted from the photoresist surface.

【0012】ここで、解像不可能とは、フォトレジスト
面上でのフォトマスクの開口部に相当する位置での光線
強度に対し、フォトマスクの遮光部に相当する位置での
光線強度がさほど低下せず、たとえば、その強度の比が
0.95以上であるということである。また、解像可能
とは同様に、たとえば上記光線強度の比が0.95未満
であるということである。上記開口部と遮光部の間隔を
小さくすること、フォトレジスト面とフォトマスクの間
の距離を大きくすること、光拡散板を用いること、また
はフォトマスクのパターンの結像フォーカスをフォトマ
スク面上からずらすことにより、上記解像不可能な状態
が得られる。
Here, "unresolvable" means that the light intensity at the position corresponding to the light shielding portion of the photomask is not so high as compared with the light intensity at the position corresponding to the opening of the photomask on the photoresist surface. That is, the strength ratio does not decrease, and for example, the strength ratio is 0.95 or more. Similarly, resolvable means that, for example, the ratio of the light intensity is less than 0.95. Decrease the distance between the opening and the light shield, increase the distance between the photoresist surface and the photomask, use a light diffuser, or adjust the focus of the photomask pattern from the photomask surface. By shifting, the unresolvable state is obtained.

【0013】[0013]

【作用】本発明のフォトマスクは、集合体の開口部と遮
光部の割合を変えることによって光線透過率を制御する
ことができるので、単純な面積比で光線透過率を決定で
き、しかもマスクパターンの形成が、通常のクロムエッ
チング等の方法で可能なので、フォトマスクの製作が極
めて容易である。しかも、クロム膜等からなるフォトマ
スクは耐久性にも優れている。
In the photomask of the present invention, the light transmittance can be controlled by changing the ratio of the opening portion and the light shielding portion of the assembly, so that the light transmittance can be determined by a simple area ratio, and the mask pattern can be obtained. Can be formed by an ordinary method such as chrome etching, so that the photomask can be manufactured very easily. Moreover, the photomask made of a chromium film or the like has excellent durability.

【0014】本発明に係る透過率変調型フォトマスクを
用いた光学部品の製造方法によれば、フォトマスクを介
した単純な1回の露光によって光学部品が作製されるか
ら、製造プロセスが単純化されるとともに、大量生産が
可能になり、安価な光学部品を得ることができる。
According to the method of manufacturing an optical component using the transmittance modulation type photomask according to the present invention, the optical component is manufactured by a single exposure through the photomask, so that the manufacturing process is simplified. At the same time, mass production becomes possible, and inexpensive optical components can be obtained.

【0015】[0015]

【実施例】本発明のフォトマスク3の一例を図1に示
す。細かいライン状の開口部1と遮光部2との集合体か
ら、大きい繰り返しパターンPが形成されている。この
例では、開口部1のピッチは一定であり、その幅が光線
透過率に対応して変化するようになっていて、開口部の
面積比率がそのまま光線透過率となる。
FIG. 1 shows an example of the photomask 3 of the present invention. A large repeating pattern P is formed from an assembly of fine line-shaped openings 1 and light-shielding portions 2. In this example, the pitch of the openings 1 is constant, and the width of the openings 1 changes according to the light transmittance, and the area ratio of the openings directly becomes the light transmittance.

【0016】上記フォトマスク3を、たとえば図2に示
すように、ガラス基板4の上に形成されたフォトレジス
ト5に対向して配置し、光源6から発射された光をマス
クアライナ8のミラー・レンズ群10によってほぼ平行
光線としたのち、フォトマスク3を通してフォトレジス
ト5に照射する。このとき、開口部1のピッチがマスク
露光時に解像不可能な大きさであれば、フォトレジスト
5の膜面5a上に照射される光量の分布は滑らかに変化
し、図3のようになる。開口部2のピッチが解像可能な
大きさになると、マスク露光時のフォトレジスト5上に
照射される光量の分布は、図4のように不要な細かいパ
ターンP1が解像されてしまう。
As shown in FIG. 2, for example, the photomask 3 is arranged so as to face a photoresist 5 formed on a glass substrate 4, and light emitted from a light source 6 is reflected by a mirror of a mask aligner 8. After being made into substantially parallel rays by the lens group 10, the photoresist 5 is irradiated through the photomask 3. At this time, if the pitch of the openings 1 is a size that cannot be resolved during mask exposure, the distribution of the amount of light irradiated onto the film surface 5a of the photoresist 5 changes smoothly, as shown in FIG. .. When the pitch of the openings 2 becomes a resolvable size, the distribution of the amount of light irradiated on the photoresist 5 at the time of mask exposure causes an unnecessary fine pattern P1 to be resolved as shown in FIG.

【0017】開口部1のピッチおよび露光条件は、形成
しようとする大きいパターンPのサイズ、および要求さ
れる断面形状のシャープさ等を考慮して決定しなければ
ならない。一般に、より細かい、よりシャープな断面形
状のパターンPを形成しようとするときには、解像度の
良い露光条件で開口部1のピッチを小さくしなければな
らないし、そうでないときには、フォトマスク3とフォ
トレジスト膜面5aとの距離を大きくするか、図5に示
すように、フォトマスク3と光源6の間に光散乱板7を
設置する等の方法で光の平行性を落とす、あるいは、図
6に示すように、投影式露光装置8を用いてフォトマス
ク3のパターンの結像フォーカスFをフォトレジスト膜
面5a上からずらしたうえで、開口部1のピッチを大き
くする。
The pitch of the openings 1 and the exposure conditions must be determined in consideration of the size of the large pattern P to be formed and the required sharpness of the sectional shape. Generally, in order to form a finer and sharper cross-sectional pattern P, the pitch of the openings 1 must be reduced under an exposure condition with good resolution, and otherwise, the photomask 3 and the photoresist film. The parallelism of light is reduced by increasing the distance from the surface 5a, or by installing a light scattering plate 7 between the photomask 3 and the light source 6 as shown in FIG. 5, or as shown in FIG. As described above, after the image forming focus F of the pattern of the photomask 3 is shifted from the photoresist film surface 5a using the projection type exposure apparatus 8, the pitch of the openings 1 is increased.

【0018】なお、上記遮光部2のピッチは解像されな
い範囲であれば一枚のフォトマスク3上で変化してもよ
い。
The pitch of the light-shielding portion 2 may be changed on one photomask 3 as long as it is in a range where it is not resolved.

【0019】露光装置として、図2に示すようなマスク
アライナ8を用いるのであれば、フォトマスク3とフォ
トレジスト膜面5aの距離を大きくするか、または、図
5のように、光源6とフォトマスク3の間にスリガラス
等の光散乱板7を設置することで解像度の調整が可能で
ある。
If a mask aligner 8 as shown in FIG. 2 is used as the exposure device, the distance between the photomask 3 and the photoresist film surface 5a should be increased, or, as shown in FIG. The resolution can be adjusted by installing a light scattering plate 7 such as frosted glass between the masks 3.

【0020】また、ミラープロジェクションやステッパ
等の投影式露光装置を用いるときには、たとえば図6に
示すような移動スリット11、凹面鏡や凸面鏡などから
なるミラー・レンズ群12などを備えたミラープロジェ
クション方式の投影式露光装置9の場合、フォトレジス
ト膜面5a上で結像させるフォーカスFをずらすことで
解像度の調整が可能である。
When a projection type exposure apparatus such as a mirror projection or stepper is used, a projection of a mirror projection type having a moving slit 11 as shown in FIG. 6 and a mirror / lens group 12 composed of a concave mirror and a convex mirror, for example. In the case of the exposure apparatus 9, the resolution can be adjusted by shifting the focus F formed on the photoresist film surface 5a.

【0021】図7にフォトマスク3の他の例を示す。こ
の例では、四角いドット状の開口部1の集合体でもって
大きいパターンPが形成されている。この例でも開口部
1のピッチは、一定であり、ドット状の開口部1の大き
さは光透過率に対応して変化している。
FIG. 7 shows another example of the photomask 3. In this example, a large pattern P is formed by an aggregate of square dot-shaped openings 1. In this example as well, the pitch of the openings 1 is constant, and the size of the dot-shaped openings 1 changes according to the light transmittance.

【0022】なお、開口部1に代えて、遮光部2をドッ
ト状に形成しても問題はなく、また、ドット形状も四角
形以外に円形等であってもよい。
It should be noted that there is no problem if the light-shielding portion 2 is formed in a dot shape instead of the opening portion 1, and the dot shape may be a circle or the like other than the quadrangle.

【0023】このような本発明に係るフォトマスク3
は、通常のフォトマスク作製法を用いて容易に作製でき
る。たとえば、電子線もしくは紫外線等でフォトレジス
ト膜にパターン形成した後、クロム等の遮光用金属膜を
エッチング除去する方法、または、銀塩乳剤等を塗布し
た板もしくはフィルムに、光でパターンを書き込んで現
像処理する方法によって、フォトマスク3を作製でき
る。
The photomask 3 according to the present invention as described above.
Can be easily manufactured using a normal photomask manufacturing method. For example, a method of forming a pattern on a photoresist film with an electron beam or ultraviolet rays and then removing the light-shielding metal film such as chromium by etching, or writing a pattern with light on a plate or film coated with a silver salt emulsion or the like. The photomask 3 can be produced by the method of development processing.

【0024】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。以下の実施例および比較例において、露光に使用
した光は、超高圧水銀ランプから発射された光をミラ
ー、レンズ等によってほぼ平行光線としたものであり、
その波長は0.30〜0.45μmであった。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. In the following Examples and Comparative Examples, the light used for exposure is light emitted from an ultra-high pressure mercury lamp that is made into substantially parallel rays by a mirror, a lens, etc.
The wavelength was 0.30 to 0.45 μm.

【0025】実施例1.本実施例のフォトマスク3の概
略図を図8に示す。この実施例1は、10μmのピッチ
で幅が徐々に変化するラインパターンの開口部1の集合
体が100μmのピッチで配置された一次元の格子であ
る。
Example 1. A schematic view of the photomask 3 of this embodiment is shown in FIG. Example 1 is a one-dimensional lattice in which an aggregate of opening portions 1 of a line pattern whose width gradually changes at a pitch of 10 μm is arranged at a pitch of 100 μm.

【0026】この実施例1において、パターン露光に用
いた市販のポジ型フォトレジストの残膜率曲線は、図9
の通りであり、この図9の残膜率に対応するように開口
率を定めた。例えば、図中、フォトマスク3における最
大の開口部を透過する光量をAとしたとき、膜厚が1/
2となるところの開口率は、露光量の比に等しいから、
B/Aで表される。この手法で10本の各ラインの開口
部の幅をそれぞれ決定し、直線状に膜厚が変化するよう
にした。
In Example 1, the residual film rate curve of the commercially available positive photoresist used for pattern exposure is shown in FIG.
The aperture ratio was determined so as to correspond to the residual film ratio in FIG. For example, in the figure, when the amount of light transmitted through the maximum opening of the photomask 3 is A, the film thickness is 1 /
Since the aperture ratio where 2 becomes equal to the ratio of the exposure dose,
It is represented by B / A. By this method, the width of the opening of each of the 10 lines was determined, and the film thickness was changed linearly.

【0027】こうして得られたフォトマスク3を用い
て、図2に示した要領で、フォトレジスト5を1μm厚
に塗布したガラス基板4に、マスクアライナ8を用い
て、フォトマスク3とフォトレジスト膜面5aの距離を
200μmに設定して露光した。フォトレジスト膜面5
a上での光量分布は図10の通りであり、アルカリ水溶
液で現像して得られたレジストパターンの断面形状は図
11の通りであり、ピッチ100μm、段差0.9μm
のブレーズ状の回折格子が作製できた。
Using the photomask 3 thus obtained, the glass substrate 4 coated with the photoresist 5 to a thickness of 1 μm was used in the manner shown in FIG. 2 and the mask aligner 8 was used to form the photomask 3 and the photoresist film. The surface 5a was exposed at a distance of 200 μm. Photoresist film surface 5
The light intensity distribution on a is as shown in FIG. 10, and the cross-sectional shape of the resist pattern obtained by development with an alkaline aqueous solution is as shown in FIG. 11, with a pitch of 100 μm and a step difference of 0.9 μm.
The blazed diffraction grating of was produced.

【0028】比較例1.実施例1と同じフォトマスク3
を用い、マスクアライナを用いてフォトマスク3とフォ
トレジスト膜面5aの距離を20μmとして実施例1と
同様の露光量で露光した。このときのフォトレジスト膜
面5a上の光量分布は図12の通りであり、その結果得
られたパターンの断面形状は図13の通りであり、大き
いピッチPのブレーズ格子に細かい凹凸のパターンP2
が発生した。この方法で製作した回折格子では、細かい
凹凸に対応する回折光が発生する問題が生じた。
Comparative Example 1. Same photomask 3 as in Example 1
And using a mask aligner with the distance between the photomask 3 and the photoresist film surface 5a set to 20 μm, exposure was performed with the same exposure amount as in Example 1. The light amount distribution on the photoresist film surface 5a at this time is as shown in FIG. 12, and the cross-sectional shape of the pattern obtained as a result is as shown in FIG.
There has occurred. The diffraction grating manufactured by this method has a problem that diffracted light corresponding to fine irregularities is generated.

【0029】実施例2.本実施例のフォトマスク3の概
略図を図14に示す。この実施例2は、上記実施例1よ
りも大きい20μmのピッチで幅が徐々に変化するライ
ンパターンの開口部1の集合体が、400μmのピッチ
で配置された格子であって、200μmごとに透過率の
増加と減少を繰り返すように構成されている。このフォ
トマスク3の透過率変化は実施例1と同様に、残膜率が
直線的に変化するように図9をもとに設定した。
Example 2. FIG. 14 shows a schematic diagram of the photomask 3 of this embodiment. This Example 2 is a grating in which the aggregate of the opening portions 1 of the line pattern whose width gradually changes at a pitch of 20 μm, which is larger than that of the above Example 1, is arranged at a pitch of 400 μm, and is transmitted every 200 μm. It is configured to repeat increasing and decreasing rates. The change in the transmittance of the photomask 3 was set based on FIG. 9 so that the residual film ratio changes linearly, as in Example 1.

【0030】図5に示したマスクアライナ8を用いて、
フォトマスク3とフォトレジスト膜面5aとの距離を上
記実施例1よりも小さい100μmに設定し、さらにフ
ォトマスク3と光源6の間にスリガラスからなる光散乱
板7を設置して、1μm厚のポジ型レジスト膜面5a上
に露光した。フォトレジスト膜面5a上での光量分布は
図15の通りであり、現像後に得られたパターンは図1
6の通りであり、ピッチ400μm、段差0.9μmの
三角波状断面を有する回折格子が作製できた。
Using the mask aligner 8 shown in FIG.
The distance between the photomask 3 and the photoresist film surface 5a is set to 100 μm, which is smaller than that in the first embodiment, and the light scattering plate 7 made of frosted glass is installed between the photomask 3 and the light source 6 to have a thickness of 1 μm. The positive resist film surface 5a was exposed. The light amount distribution on the photoresist film surface 5a is as shown in FIG. 15, and the pattern obtained after development is shown in FIG.
6 and a diffraction grating having a triangular wave-shaped cross section with a pitch of 400 μm and a step of 0.9 μm could be manufactured.

【0031】比較例2.実施例2と同じフォトマスク3
を用い、スリガラスを使用しなかった以外は実施例2と
同一の条件で露光したところ、図13に示したのと同様
な細かい凹凸のパターンP2が発生した。
Comparative Example 2. Same photomask 3 as in Example 2
Was used, and exposure was performed under the same conditions as in Example 2 except that frosted glass was not used. As a result, a pattern P2 of fine unevenness similar to that shown in FIG. 13 was generated.

【0032】実施例3.本実施例のフォトマスク3の概
略図を図17に示す。この実施例3は、10μmのピッ
チで幅が徐々に変化するラインパターンの開口部1の集
合体が、200μmのピッチで配置された一次元の格子
であって、100μmごとに透過率の増加と減少を繰り
返すように構成されている。本実施例では、露光量と残
膜率の関係が図18の通りである環化ゴムを主成分とす
る市販のネガ型フォトレジストを用い、残膜率が正弦波
状に変化するように、開口部1の幅を設定した。
Example 3. A schematic diagram of the photomask 3 of this embodiment is shown in FIG. Example 3 is a one-dimensional grating in which the aggregate of the opening portions 1 of the line pattern whose width gradually changes at a pitch of 10 μm is arranged at a pitch of 200 μm, and the transmittance increases every 100 μm. It is configured to repeat the decrease. In this example, a commercially available negative photoresist containing cyclized rubber as a main component in which the relationship between the exposure amount and the residual film rate is as shown in FIG. 18 is used, and the opening is performed so that the residual film rate changes sinusoidally. The width of part 1 was set.

【0033】図6に示したミラープロジェクション方式
の投影式露光装置9を用いて、フォトレジスト膜面5a
上から100μmだけフォーカス位置Fをずらして露光
した。このときのフォトレジスト膜面5a上での光量分
布は図19のようであり、キシレンに浸漬の後、酢酸ブ
チルでリンスすることによって、図20のように、ピッ
チ200μmで段差0.9μmの正弦波状断面形状を有
する回折格子が作製できた。
Using the projection type projection exposure apparatus 9 of the mirror projection type shown in FIG. 6, the photoresist film surface 5a is formed.
Exposure was performed by shifting the focus position F by 100 μm from the top. The light intensity distribution on the photoresist film surface 5a at this time is as shown in FIG. 19, and after immersing in xylene and rinsing with butyl acetate, as shown in FIG. 20, a sine wave having a pitch of 200 μm and a step of 0.9 μm is obtained. A diffraction grating having a wavy cross section could be produced.

【0034】比較例3.実施例3と同じフォトマスク3
を用い、投影式露光装置を使用しなかった以外は実施例
3と同一の条件で露光したところ、図13に示したのと
同様な細かい凹凸のパターンP2が発生した。
Comparative Example 3. Photomask 3 as in Example 3
Was used and the exposure was performed under the same conditions as in Example 3 except that the projection type exposure apparatus was not used, a fine uneven pattern P2 similar to that shown in FIG. 13 was generated.

【0035】実施例4.本実施例のフォトマスク3の概
略図を図21に示す。この実施例4は、X,Y両方向と
も10μmのピッチの正方形の開口部1を有するパター
ンの集合体によって、直径200μmの円形のパターン
を形成し、これを200μmのピッチで配置したもので
ある。
Example 4. A schematic view of the photomask 3 of this embodiment is shown in FIG. In Example 4, a circular pattern having a diameter of 200 μm was formed by an aggregate of patterns having square openings 1 having a pitch of 10 μm in both the X and Y directions, and the circular patterns were arranged at a pitch of 200 μm.

【0036】本実施例では、フォトレジストを構成する
感光性樹脂組成物(メタクリル酸の2−ブテニルエステ
ルとメタクリル酸メチルの共重合体と、m−ベンゾイル
ベンゾフェノンの混合物)を6μmの厚さでガラス基板
上に形成した。このフォトレジストの露光量と残膜率の
関係は図22の通りである。この図22にしたがって、
円形の中心を最大膜厚とし、そこから外の方向には膜の
表面形状が球面の一部となるように光線透過率を設定し
た。
In this example, a photosensitive resin composition (a mixture of a copolymer of 2-butenyl ester of methacrylic acid and methyl methacrylate and m-benzoylbenzophenone) constituting a photoresist was formed in a thickness of 6 μm. It was formed on a glass substrate. The relationship between the exposure amount of the photoresist and the residual film rate is as shown in FIG. According to this FIG.
The center of the circle was set to the maximum film thickness, and the light transmittance was set so that the surface shape of the film was a part of the spherical surface in the direction outside the center.

【0037】図5に示したマスクアライナ8を用いて、
フォトマスク3とフォトレジスト膜面5aとの距離を5
0μmに設定し、光源6とフォトマスク3の間にスリガ
ラスからなる光散乱板7を設置して露光した。このとき
のフォトレジスト膜面5a上での光量分布は図23のよ
うであり、高温減圧処理することによって未反応のm−
ベンゾイルベンゾフェノンを除去し、図24(図21の
24−24線断面図)のように、段差2μmで直径が2
00μmの球面レンズ状マイクロレンズアレイが作製で
きた。
Using the mask aligner 8 shown in FIG.
The distance between the photomask 3 and the photoresist film surface 5a is 5
The light-scattering plate 7 made of frosted glass was set between the light source 6 and the photomask 3 and exposed. The light amount distribution on the photoresist film surface 5a at this time is as shown in FIG. 23, and unreacted m-
By removing benzoylbenzophenone, as shown in FIG. 24 (a cross-sectional view taken along line 24-24 of FIG. 21), a step is 2 μm and a diameter is 2
A 00 μm spherical lens-like microlens array could be produced.

【0038】比較例4.実施例4と同じフォトマスク3
を用い、スリガラスを使用しなかった以外は実施例4と
同一の条件で露光したところ、図13に示したのと同様
な細かい凹凸のパターンP2が発生した。
Comparative Example 4. Photomask 3 as in Example 4
When the exposure was performed under the same conditions as in Example 4 except that the same was used and no frosted glass was used, a fine uneven pattern P2 similar to that shown in FIG. 13 was generated.

【0039】なお、本発明のフォトマスクを用いた製造
方法は、上記回折格子およびマイクロレンズのほかに、
フレネルレンズ、ホログラム等の光学部品の製造にも適
用できる。
The manufacturing method using the photomask of the present invention is, in addition to the above diffraction grating and microlens,
It can also be applied to the manufacture of optical components such as Fresnel lenses and holograms.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透過率分布調整形のフォトマスクが容易に作製できる。
また、このフォトマスクを使用して、一度の露光のみで
様々な断面形状を有する光学部品が作製できる。これに
よって自由度が高く、精密に断面形状がコントロールさ
れた表面レリーフパターンを備えた光学部品を生産性よ
く作製することができる。
As described above, according to the present invention,
A transmittance distribution adjustment type photomask can be easily manufactured.
Further, using this photomask, optical components having various cross-sectional shapes can be manufactured by only one exposure. As a result, an optical component having a surface relief pattern with a high degree of freedom and a precisely controlled cross-sectional shape can be produced with high productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る透過率変調型フォトマスクの一例
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a transmittance modulation type photomask according to the present invention.

【図2】図1のフォトマスクを用いた露光方法の一例を
示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an exposure method using the photomask of FIG.

【図3】図1のフォトマスクを用いて作製した回折格子
の断面形状を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a cross-sectional shape of a diffraction grating manufactured using the photomask of FIG.

【図4】図1のフォトマスクを用い、レジスト膜面との
距離を小さくして作製した回折格子の断面形状を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a diffraction grating manufactured using the photomask of FIG. 1 with a small distance from the resist film surface.

【図5】図1のフォトマスクを用いた露光方法の他の例
を示す断面図である。
5 is a cross-sectional view showing another example of an exposure method using the photomask of FIG.

【図6】図1のフォトマスクを用いた露光方法のさらに
他の例を示す断面図である。
6 is a sectional view showing still another example of an exposure method using the photomask of FIG.

【図7】本発明に係る透過率変調型フォトマスクの他の
例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the transmittance modulation type photomask according to the present invention.

【図8】本発明の実施例1のフォトマスクを示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a photomask of Example 1 of the present invention.

【図9】実施例1で用いたフォトレジストの露光量と残
膜率との関係を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the exposure amount of the photoresist used in Example 1 and the residual film rate.

【図10】実施例1のフォトレジスト膜面上での露光量
の分布を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a distribution of an exposure amount on the surface of the photoresist film of Example 1.

【図11】実施例1で作製された回折格子の断面図であ
る。
11 is a cross-sectional view of the diffraction grating manufactured in Example 1. FIG.

【図12】実施例1のフォトマスクを用いフォトマスク
とレジスト膜面の距離を小さくした比較例1の露光量の
分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the distribution of the exposure dose of Comparative Example 1 in which the photomask of Example 1 was used and the distance between the photomask and the resist film surface was reduced.

【図13】比較例1で作製された回折格子の断面図であ
る。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a diffraction grating manufactured in Comparative Example 1.

【図14】本発明の実施例2のフォトマスクを示す図あ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a photomask according to a second embodiment of the present invention.

【図15】実施例2のフォトレジスト膜面上の露光量の
分布を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a distribution of an exposure amount on the photoresist film surface of Example 2.

【図16】実施例2で作製された回折格子の断面図であ
る。
16 is a cross-sectional view of a diffraction grating manufactured in Example 2. FIG.

【図17】本発明の実施例3のフォトマスクを示す図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing a photomask according to a third embodiment of the present invention.

【図18】実施例3で用いたフォトレジストの露光量と
残膜率との関係を示す特性図である。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the exposure amount and the residual film rate of the photoresist used in Example 3.

【図19】実施例3のフォトレジスト膜面上の露光量の
分布を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the distribution of exposure dose on the photoresist film surface of Example 3.

【図20】実施例3で作製された回折格子の断面図であ
る。
20 is a cross-sectional view of a diffraction grating manufactured in Example 3. FIG.

【図21】本発明の実施例4のフォトマスクを示す図で
ある。
FIG. 21 is a diagram showing a photomask of Example 4 of the present invention.

【図22】実施例4で用いたフォトレジストの露光量と
残膜率との関係を示す特性図である。
22 is a characteristic diagram showing the relationship between the exposure amount and the residual film rate of the photoresist used in Example 4. FIG.

【図23】実施例4のフォトレジスト膜面上の露光量の
分布を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a distribution of exposure amount on the photoresist film surface of Example 4.

【図24】実施例4で作製された回折格子を示す図21
の24−24線に沿った断面図である。
FIG. 24 is a diagram showing a diffraction grating manufactured in Example 4;
FIG. 24 is a sectional view taken along the line 24-24 of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…開口部、2…遮光部、3…フォトマスク、5…フォ
トレジスト、6…光源、7…光散乱板、8…マスクアラ
イナ、9…投影式露光装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Opening part, 2 ... Light-shielding part, 3 ... Photomask, 5 ... Photoresist, 6 ... Light source, 7 ... Light scattering plate, 8 ... Mask aligner, 9 ... Projection exposure apparatus.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光時に解像不可能な細かい間隔でもっ
て交互に配置された遮光部および開口部の集合体が、解
像可能な大きな間隔でもって配置されてなるフォトマス
クであって、遮光部および開口部の密度を変えることに
より光線透過率を変化させるように構成してなる透過率
変調型フォトマスク。
1. A photomask comprising a set of light-shielding portions and openings which are alternately arranged at a fine interval that cannot be resolved at the time of exposure and are arranged at a large resolvable interval. Modulation photomask configured to change the light transmittance by changing the densities of the portions and the openings.
【請求項2】 請求項1記載の透過率変調型フォトマス
クを用いて基体面上のフォトレジスト膜に露光する際
に、フォトレジスト膜面とフォトマスクのパターン面の
間の距離を、上記遮光部および開口部のパターンが解像
不可能な距離に設定して露光することを特徴とする光学
部品の製造方法。
2. When the photoresist film on the substrate surface is exposed using the transmittance modulation type photomask according to claim 1, the distance between the photoresist film surface and the pattern surface of the photomask is determined by the light shielding. A method for manufacturing an optical component, wherein exposure is carried out by setting a pattern of a portion and an opening to a distance that cannot be resolved.
【請求項3】 請求項2において、光源とフォトマスク
の間に光散乱板を配置したことを特徴とする光学部品の
製造方法。
3. The method for manufacturing an optical component according to claim 2, wherein a light scattering plate is arranged between the light source and the photomask.
【請求項4】 請求項2において、投影式露光装置を用
い、フォトマスクのパターンの結像フォーカスをフォト
レジスト膜面上からずらし、上記遮光部および開口部の
パターンが解像不可能な状態のもとで露光することを特
徴とする光学部品の製造方法。
4. The projection type exposure apparatus according to claim 2, wherein the image forming focus of the pattern of the photomask is shifted from the surface of the photoresist film, and the patterns of the light shielding portion and the opening are in a state in which they cannot be resolved. A method for manufacturing an optical component, which comprises exposing the film to the original.
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