JPH08504515A - マイクロレンズの製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 あらゆる設計形状のマイクロレンズがレプリカとしてフォトレジスト材に形成され、このフォトレジスト材のレプリカは基材に直接にレプリカを形成することに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロレンズの製造方法および装置 発明の背景 本発明はマイクロレンズの製造方法および装置に関する。 本発明により製造される個々のマイクロレンズは、直径寸法が典型的に５０ミ クロン〜１ミリメートルの範囲である。 従来技術でマイクロレンズを製造するためには、２値式（ｂｉｎａｒｙ）製造 方法が使用されている。 一連のマスク、マスキング段階、露光段階、およびエッチング段階が２値式製 造方法で使用される。 従来の２値式製造方法では、基材の頂部にフォトレジストが付与され、一連の マスクを順次使用して最終的なマイクロレンズ形状を形成するようになされる。 この方法はマスクの付与、マスクを通してのフォトレジストの露光、フォトレジ ストの現像、およびその後の露光基材のエッチングを要する。この手順は、２番 目のマスクでも繰り返される。所望の光学的性能を有するマイクロレンズを得る ためには、このマスキング、露光、現像の手順を２〜３回繰り返すことが一般に 必要とされる。 一連のマスキング、露光、現像およびエッチングの手順において、マスクの所 定の整合保持が問題となる。 複雑な設計のマイクロレンズの製造は、２値式製造方法を使用して行うことが 困難になってきた。 ある種のレンズ形状は、２値式製造方法で製造することができない。発明の概要 本発明の方法および装置は、あらゆる設計形状のマイクロレンズを製造可能に する。 本発明の方法および装置はただ単一の露光マスクを使用するだけである。 本発明では、設計マイクロレンズのレプリカが灰色スケール（ｇｒａｙ ｓｃａｌｅ）のマスクによりフォトレジスト材に形成され、このレプリカは次に 基材に設計マイクロレンズを形成するために使用される。 本発明では、露光マスクは複数の正確に配置され且つ寸法決めされた光伝達開 口を有して構成される。これらの開口は、十分に小さな特定の開口寸法を有して 形成され、また設計マイクロレンズ形状における位置と関係を有する十分に多数 の特定位置に配置され、設計マイクロレンズのレプリカ像がフォトレジスト材中 に形成できるようになされる。 レプリカ像は、グレースケールのマスクである露光マスクの開口を通して伝達 される選択した波長（通常は紫外線）の光で選択した持続時間にわたりフォトレ ジスト材を露光することで、形成される。露光されたフォトレジスト材は、その 後設計マイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に形成するように処理され る。このレプリカはその後、別のイオンミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ＝フライス削 り）処理により基材に設計マイクロレンズを形成するために使用される。 本発明の特定の実施例では、フォトレジスト材のレプリカは基材上に位置され 、また基材に直接にレプリカを複製するためにイオンミリング処理が使用される が、特定基材に対して異なるイオンミリングが使用される。 上述した特徴を組み入れた、また上述したように機能するマイクロレンズの製 造方法および装置が、本発明の特別な目的を構成する。 本発明の他のおよび更に他の目的は、以下の説明および請求の範囲の記載から 明白になるとともに添付図面に示されており、添付図面は図示例として本発明の 好適例およびその原理を示し、またこのような原理を適用するために現在のとこ ろ最良態様であると考えられるものを示している。同一または等価の原理を具現 する本発明の他の実施例も使用することができ、また当業者は本発明および請求 の範囲の欄の記載範囲から逸脱せずに望まれるままの構造上の変更をなし得る。図面の簡単な説明 第１図は、グレースケールの単一露光マスクによる本発明のマイクロレンズの 製造方法および装置によって形成された分散型（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ）マイク ロレンズの著しく拡大した写真である。 第２図は、グレースケールの単一露光マスクによる本発明のマイクロレンズ の製造方法および装置によって形成された同じ分散型マイクロレンズ（第１図に 示された分散型マイクロレンズと同一）の著しく拡大した写真である。 第３図は、従来技術で使用される２値式な多数のマスキング段階および多数の エッチング段階による製造方法で形成された広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）マイク ロレンズの斜視図である。 第４図は、第３図に示した２値式に製造された広帯域マイクロレンズを製造す るために従来技術で使用した３回の別々の露光およびエッチング段階に３つの別 個の２値式マスクを使用する様子を示す斜視図である。 第５図は、第３図の線にほぼ沿って矢印５−５で示される方向の断面とした立 面図であり、平面３９および垂直面３７で形成された一連の個別の階段状の表面 形状を有する従来技術の２値式に形成されたレンズの様子を示している。第５図 において符号４１で示される平滑な表面形状は、これと同じマイクロレンズがグ レースケールの単一の露光マスクを使用する本発明のマイクロレンズの製造方法 および装置によって形成されるときに実質的に平滑な表面形状を有して形成でき る様子を示している。 第６図は、分散型マイクロレンズを通る断面図を示している。第６図は、従来 技術の多数の２値式マスキング段階および多数のエッチング段階で形成されたと きに、分散型マイクロレンズが平面３９および垂直面３７で形成される個別の階 段状の表面形状を有する様子を示している。第６図は、グレースケールの１つの 露光マスクによる本発明のマイクロレンズの製造方法および装置によって形成さ れたときに、マイクロレンズが実質的に平滑な表面形状を有する様子を示してい る。 第７図は、３次元プロット内に示されたマイクロレンズ２１で代表されるよう に、分散型マイクロレンズがあらゆる所望形状を有して設計される様子を示す斜 視図である。この３次元プロットは２次元的な長さ方向および幅方向の微細格子 を含み、各格子線の交点でのレンズ面の高さの微細色調（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ）の要素を与えている。これはマイクロレンズ表面の形状変化に関する微細な階 調（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）の情報も与える。この微細な階調情報は、製造される マイクロレンズに平滑表面が形成できるようにする。 第８図は、第７図に示された様々な格子線の交点でのレンズ面の高さの一覧表 である。第８図に示されたこの表の値は、第１６図に示された較正曲線と関連し て使用される。較正された値はその後マスク開口寸法を決定するために使用され 、この開口寸法は関係を有する格子線の交点に対応する位置の各々において適当 強度の光を通過させるようにする。各位置における適当強度の光は、硬化 （ｃｕｒｅｄ）フォトレジスト材の厚さを定め、これはその位置における設計マ イクロレンズの高さを複製する。このことは以下の説明で更に詳細に記載される 。 第９図は、グレースケールの単一の露光マスクを使用する本発明のマイクロレ ンズの製造方法および装置を使用して、最終的に基材に形成された状態として示 す（第７図に示された設計マイクロレンズを示す）斜視図である。第９図は、第 １図の写真に示された分散型マイクロレンズの図面である。 第１０図は、露光マスクがフォトレジスト層の上方に配置された様子を示して おり、このフォトレジスト層は本発明によれば基材の上に位置される。第１０図 において、露光マスクは単一のマイクロレンズを形成するために使用される１つ のピクセル（ｐｉｘｅｌ）マスクとして示されている。 第１１図は、第１０図に示された単一のピクセル露光マスク５１の一部の断片 平面図である。第１１図はこの単一のピクセル露光マスクが副ピクセルに細分化 された様子を示し、また副ピクセルの各々がグレースケールの色調要素５７に更 に細分化された様子を示している。 第１２図は、露光マスクの副ピクセルの数を示す平面図である。第１２図は、 副ピクセルが開口を全く含まないでピクセルを通過する露光用の光の伝達をゼロ とし得る様子を示している。第１２図は、副ピクセルが次第に大きくなるように 開口を形成されて、副ピクセルを通して露光用の光を次第に大きな割合で伝達す る様子を示している。第１２図はまた、副ピクセルの開口の各々が単一のグレー スケールにおける多数の色調要素として形成されている様子を示している。 第１３図は、第１図および第９図に示された分散型マイクロレンズを形成する 上で使用される単一のピクセル露光マスクの平面での写真である。第１３図に示 された単一のピクセル露光マスクは以下の説明に焦点板として参照される。 第１４図は、光学装置が１つの焦点板を一連の露光によって、また露光の間に ＸＹステージをＸおよびＹ方向に増分的に移動させることによって、食い違い配 列に複製するために使用できる様子を示す斜視図である。第１４図はまた、光学 装置が焦点板の寸法を光学的に縮小するために使用できる様子を示している。第 １４図の光学装置はまた、単一の焦点板の複製に際し、または拡大焦点板の食い 違い配列を形成する間に、焦点板の寸法を光学的に拡大することにも使用できる 。 第１５図は、本発明により基材に設計マイクロレンズを形成する中間的段階に おいて、フォトレジスト材に設計マイクロレンズのレプリカが形成される様子を 示す断面とした断片側立面図である。第１５図はまた、特定の副ピクセルの露光 開口寸法に含まれる色調要素の数で与えられたグレースケール色調を有して副ピ クセルが構成される様子を示している。 第１６図は、副ピクセルの開口寸法が処理パラメータに対して較正される様子 を示す曲線である。この処理パラメータは、各種の露光時間（第１６図に示され る）、露光用の光の波長およびフォトレジスト材の性質を含み得る。この較正は 、各副ピクセルの露光開口寸法が、特定副ピクセルに対応した位置に設計マイク ロレンズの高さの望ましい複製（最初はフォトレジスト材に、および最終的には 基材に）を行うために十分な強度の光を伝達できることを保証する助けをなす。 第１７図、第１８図および第１９図は、単一のグレースケール露光マスクの開 口を通してフォトレジスト材を露光する段階（第１７図）、露光後のフォトレジ スト材の処理に続いてフォトレジスト材に設計マイクロレンズを複製する段階（ 第１８図）、および基材に直接にレプリカを複製するために基材に対して設計マ イクロレンズのフォトレジスト材によるレプリカを処理（この場合は異なるイオ ンミリング）する段階（第１９図）をそれぞれ示す段階的な図面である。好適例の詳細な説明 第１図は、単一の分散型のマイクロレンズ２１の写真（著しく拡大されている ）であり、このマイクロレンズ２１はグレースケールの１つの露光マスクによる 本発明のマイクロレンズの製造方法および装置によって形成されたものである。 第１図を調べて分かるように、本発明の方法および装置は実質的に平滑な表面 形状を形成し、従来技術の２値式（複数のマスキング段階および複数のエッチン グ段階を含む）製造方法によって形成されるような個別の階段状の表面形状を形 成することはない。 グレースケールの単一の露光マスクによる本発明の方法および装置は、以下に 更に詳細に説明するように、あらゆる形状のマイクロレンズも設計でき、製造で きるようにする。 グレースケールで形成されるマイクロレンズは、広帯域、分散型、フレネル、 非フレネル、球形、円筒形、トロイダル形または完全非対称形の形状とされるこ とができる。 本発明の方法および装置では、単一の露光マスクが必要とされるだけである。 従来の２値式製造方法および装置に必要とされるような多数のマスクは、本発 明でマイクロレンズを製造するために必要でない。 本発明では、単一の露光用のグレースケールマスクが使用されてフォトレジス ト材に設計マイクロレンズのレプリカを形成する。 このフォトレジスト材によるレプリカは、次に基材に直接にレプリカを形成す るために使用される。 単一の露光マスクによる本発明の方法および装置は、複数のマスクの整合誤差 の問題を解消する。 多数のマスクの整合誤差（従来技術の２値式製造で必要とされた複数のマスキ ングおよびエッチング作業時に生じる）は、製造されたマイクロレンズに欠陥を 生じる。 従来のフォトリトグラフ技術は１ミクロンの特徴寸法よりも多少良好である。 長波長の応用例、すなわち１０ミクロン波長の応用例に関しては、従来のフォト リトグラフ技術は１０分の１λ（λ／１０）の品質の等価性能よりも多少良好な レンズを形成する。 短波長の応用例、すなわち１ミクロンまたは可視光である０．５ミクロンの応 用例に関しては、（λ／１０）の品質性能はＸ線フォトリトグラフ品質を要求し 、このＸ線フォトリトグラフ品質は特に非球形面に対して極めて高価となり、時 間を要する。 本発明は赤外域でのマイクロレンズの作動に関して（λ／１０）の品質のレン ズを容易に達成できる。 可視域でのマイクロレンズの作動に関しては、本発明は容易に（λ／３）の品 質を達成できる。 本発明は、２値式技術に必要とされた時間および高価さに較べて、マイクロレ ンズのある形状を形成することに必要とされる時間および高価さを低減できる。 本発明は、２値式技術では形成することのできなかったある種のレンズ形状を 、設計可能且つ製造可能にすることができる。 本発明は、２値式技術で製造するには費用がかかりすぎるようなある種のレン ズ形状を、設計可能且つ製造可能にすることができる。 本発明と比較するために、第３図および第４図は従来技術の２値式製造技術が 基材２５に比較的簡単な広帯域マイクロレンズ２３を形成するために使用される 様子を概略的に示している。 従来技術の２値式方法における第１段階は、基材２５の頂部上のフォトレジス ト層３３を露光させるマスク２７を使用することである。次にこの露光されたフ ォトレジスト材は現像されて化学的に除去され、基材が次のエッチングのために 露出される。下側に位置する露出した基材２５は所定の深さにまでエッチングま たはミル処理される。 次に、基材はフォトレジスト材で再被覆されて、２回目のマスキング、露光お よびエッチング段階に備える。 その後、このマスキング、露光およびエッチング手順が第２のマスク２９に対 して繰り返される。 次に、マスキング、露光およびエッチング手順が第３のマスク３１に対して繰 り返されて、最終的に比較的簡単な広帯域の２値式に製造された第３図に示され るマイクロレンズ２３を得る。 非対称レンズに関しては、７〜８個のマスクが必要とされる。 グレースケールによる本発明の製造方法および装置（第１７図、第１８図およ び第１９図に概略的に示され、また以下に更に詳細に説明される）は、単一の露 光マスク５１（第１７図）を使用し、１回の露光および現像手順（第１７図およ び第１８図）で設計マイクロレンズ６１をフォトレジスト材３３内に直接に複製 し、レプリカ６１を基材２５内に直接に複製して、完成マイクロレンズ２１（第 １８図および第１９図）を製造する。 ２値式製造技術はマイクロレンズの複雑さが増すに連れて一層複雑且つ時間の かかるものとなる。 それ故に、ある種のマイクロレンズ形状は２値式製造技術で製造することは適 当でない。 また、ある種のマイクロレンズ形状は２値式製造技術で形成することができな い。 ２値式製造技術で製造されるマイクロレンズは、基材２５に対する各種マスク の正確な整合保持に依存する。整合誤差は製造されたマイクロレンズに隆起や他 の欠陥を生じるのであり、光学的性能に対する影響は作動波長に依存する。 ２値式製造技術で製造されるマイクロレンズは一連の個別の階段状の表面形状 を特徴的に有する。この階段状の表面形状が平面３９および垂直面３７で形成さ れている第５図および第６図を参照されたい。 階段状の表面形状の相対寸法、製造に使用されるマスクの個数、および製造さ れるマイクロレンズを通して伝達される光の波長により、この階段状の表面形状 は２値式製造方法で製造されるマイクロレンズの光学的性能を悪化し得る。 本発明により製造されるマイクロレンズは、実質的に平滑な表面形状を有して 製造できる。これらの平滑な表面は第５図および第６図に符号４１で示されてい る。 本発明により製造されるマイクロレンズは、２値式製造技術で得られる一連の 階段状の表面形状を排除する。 比較的平滑な表面形状はマイクロレンズの光学的性能を向上させることができ る。 本発明はあらゆる形状のマイクロレンズを設計および製造できるようにする。 例えば、設計は３次元モデル化プログラムを使用してコンピュータで実施でき る。 第７図に示されるように分散型マイクロレンズ２１がモデル化され、第７図に 示されるようなＸ、ＹおよびＺ軸座標を有する３次元プロット内に含められ得る 。 第７図に示すように、ＸおよびＹ軸座標は直線で複数の等しい寸法の微小部分 （第７図に示す特定の実施例では各座標軸方向に０．２マイクロメートルの微小 部分が８０個）に細分化されて、マイクロレンズ２１の表面上に正確な位置を定 めるため、および各々の性格な位置におけるマイクロレンズの高さ（厚さ）を示 すために、これらの直線は微細格子を形成するようになされる。 例として、第７図で符号４４を付された黒色の四角形部分の１つの隅部におけ る高さは５．７６マイクロメートルである（第８図で符号４４を付された四角に よっても示される）。第８図に示される表は第７図に示されたＸおよびＹ格子線 の交点の各々における設計マイクロレンズのＺ方向の寸法（厚さすなわち高さ） を一覧で示している。 第７図〜第１３図に示される本発明の実施例では、マイクロレンズ２１は１つ のピクセル５３内に形成される（第１０図を参照されたい）。各ピクセル５３は 副ピクセル５５に細分化されている。第１１図を参照されたい。各副ピクセルは グレースケールの色調要素５７に細分化されている。第１１図を参照されたい。 本発明の特定の実施例において、ピクセルは各辺が８０マイクロメートル（ミ クロン）であり、各副ピクセルは各辺が２ミクロンであり、各グレースケールの 色調要素５７は各辺が０．２ミクロンである。露光のための光は０．３ミクロン 波長の紫外光である。色調要素５７は整合された３つの群に配置され、紫外光の 全波長がこのように整合された３つの色調要素で形成される開口を通過するよう にできる。 第７図に符号４４を付された黒色の正方形部分は２ミクロンの長さであり、こ の黒色の正方形部分４４は第１１図に示されるように単一の副ピクセル５５に対 応する。 正確な副ピクセルの位置情報（第７図に示された微細格子で与えられる）を使 用し、またその副ピクセル位置に関する正確なレンズの高さすなわち厚さの情報 （第７図のプロットおよび第８図の表で与えられる）を使用することにより、そ の副ピクセルに関するマスク開口寸法は選択できる。適当なマスク開口の伝達パ ターン（第１２図に示されるような）を使用することで、フォトレジスト材の露 光が行われて、硬化したフォトレジスト材の高さが第７図に示された設計マイク ロレンズの正確な高さを複製するようになされることができる。 このようにして、ピクセルマスクの副ピクセル面積部分の各々に特定寸法のマ スク開口を使用することで、光伝達パターンはピクセルマスクを通して形成され 、複合マスクの直ぐ下側のフォトレジスト層に設計マイクロレンズを形成するこ とができる。 露光されたフォトレジスト材は次に周知のフォトレジスト処理方法を使用して 処理されて、フォトレジスト材の内部に所望のマイクロレンズを複製することが できるのであり、このレプリカはその後、別の周知のイオンミリング技術を適用 することで基材に所望のマイクロレンズを形成するためにその後使用される（第 １８図および第１９図を参照して以下に更に詳細に説明される通りである）。 第１５図は、本発明の１つの特別な実施例によって特定のフォトレジスト材の 内部に設計マイクロレンズのレプリカ像を形成する様子を更に示す。 この特別な実施例では、フォトレジスト材の硬化は基材２５とフォトレジスト 材との間の境界面にて始まり、露光マスクを通してフォトレジスト材に伝達され る光の強度が増大するのに連れて上方へ成長する。 特定のマスク開口を通してフォトレジスト材へ小さな強度の露光用の光しか伝 達されないと、上方へ硬化する範囲は限界を示し、レプリカの厚さは非常に薄く なる。 光（特定の副ピクセルにおける特定のマスク開口を通して伝達される）の強度 が大きいと、フォトレジスト材の硬化高さも相応に大きくなる。この場合、僅か ばかりの未硬化フォトレジスト材は露光後のフォトレジスト材の処理によってそ の位置から除去される。 露光後に特定の副ピクセル面積部分から除去される未硬化物質の量は、第１５ 図に文字「ｇ」で示されている。 未硬化物質が除去されるとき、設計マイクロレンズのレプリカ６１が第１５図 に示されるように残る硬化フォトレジスト材に形成される。 第１５図はまた、各副ピクセル５５のマスク開口の寸法がグレースケール色調 を形成し、この色調はマスク開口内に組み込まれた色調要素５７の個数に依存す る様子を示す。グレースケール色調の階調は、第１５図に示された上側バーの左 側の非常に明るい階調（マスク開口寸法が僅かな色調要素だけしか含まないと き）から、比較的暗いグレースケール階調（マスク開口寸法が最大露光のための グレースケール色調要素の最大数を含むとき）へと変化する。 第１図に示された例示装置は、グレースケールに１２８の陰（シェード）を有 して形成された。現在、９０００グレースケール色調要素が使用されている。１ ２８グレースケール色調で形成された線は、長赤外域（λ≒１０ミクロン）に関 して十分良好である。 しかしながら、短赤外域または可視光域に関しては、９０００グレースケール が必須である。 第１３図は、単一のピクセル露光マスクすなわち焦点板５１の平面での写真で あり、焦点板５１は上述の個別の副ピクセルマスクの複合として作られている。 第１３図に示された露光マスクすなわち焦点板５１の副ピクセルの各々の開口は 、特定位置にフォトレジスト材のレプリカの所望高さすなわち厚さを形成するた めに必要な強度の露光用の光を通過させることを必要とする特定寸法を有する。 第１３図の焦点板５１の写真は、第７図に示された分散型マイクロレンズ２１の 構造および平滑な表面形状を形成するための焦点板を通して伝達される光の変化 および階調を明確に示している。 基材にマイクロレンズを形成する最終段階は、基材２５にレプリカを直接に複 製するために、フォトレジスト材のレプリカ６１（第１８図を参照されたい）を グレースケールマスクとして使用することである。 本発明の１つの実施例において（また第１８図および第１９図に示されるよう に）、グレースケールのレプリカ６１は周知の別のイオンミリングによって基材 ２５に直接に処理される。 設計マイクロレンズの高さの測定値（第７図に示された３次元プロットおよび 第８図に示された表の情報から直接に得られた場合）は、殆ど全ての場合におい て、ある種の処理パラメータに関して補正しなければならない。 したがって、第１６図に示されるように、特定のフォトレジスト材から除去（ 露光マスクを通して露光した後のフォトレジスト材の処理において）される物質 の量は、露光に使用した紫外線ランプの露光出力に基づく。それ故に様々な副ピ クセルのマスク開口寸法を特定の使用パラメータに応じてある程度変更するこ とが必要となる。 例えば異なるフォトレジスト材のような他の処理パラメータもまた、個々のマ スク開口寸法のある種の適当な較正を必要とする。 製造されたマイクロレンズの複製忠実度（設計マイクロレンズに対する）もま た、多数のマイクロレンズを試験し、試験したマイクロレンズのそれぞれの表面 の平滑性を検査し、その後レンズ面全体に実質的に平滑性が得られるまで、１以 上の副ピクセル開口の寸法を適当に調整することで通常は改善できる。 これが達成されたとき、単一のピクセル焦点板５１の構造体が完成される。 この点において、焦点板５１は２次元的な単一のピクセル配列を形成するよう に複製（第１４図に示されるような光学装置を使用して）されることができる。 焦点板は、多数の露光を行い、露光の合間にＸＹステージをＸおよび（または ）Ｙ方向へ移動させることで、２次元配列に形成することができる。 焦点板５１はまた、単独で、または食い違い配列の一部として、光学的に縮小 または光学的に拡大することができる。 ある場合には、多少オーバーサイズな初期焦点板を形成することが望ましい。 これは、特定寸法の開口を副ピクセルに容易に形成できるようにする。したがっ てオーバーサイズのマスクは、使用される露光用の光の特定波長で密着印画 （ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｉｎｔ）するために必要な正確な寸法の焦点板を形成す るように、光学的に縮小されることができる。 他の場合、本来の焦点板マスクの最小寸法のマスク開口よりも長い波長の露光 用の光で焦点板を使用できるように、焦点板を光学的に拡大することが望ましい とされ得る。 本発明の好適例を図示し説明したが、変形および変更が可能であることを理解 しなければならず、またそれ故に前述の詳細事項に限定することを望まず、請求 の範囲の欄の記載範囲に含まれるそれらの変形例および代替例を含めることが望 まれることは理解しなければならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年６月２４日 【補正内容】 ｓｃａｌｅ）のマスクによりフォトレジスト材に形成され、このレブリカは次に 基材に設計マイクロレンズを形成するために使用される。 本発明では、露光マスクは複数の正確に配置され且つ寸法決めされた光伝達開 口を有して構成される。これらの開口は、十分に小さな特定の開口寸法を有して 形成され、また設計マイクロレンズ形状における位置と関係を有する十分に多数 の特定位置に配置され、設計マイクロレンズのレプリカ像がフォトレジスト材中 に形成できるようになされる。 レプリカ像は、グレースケールのマスクである露光マスクの開口を通して伝達 される選択した波長（通常は紫外線）の光で選択した持続時間にわたりフォトレ ジスト材を露光することで、形成される。露光されたフォトレジスト材は、その 後設計マイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に形成するように処理され る。このレプリカはその後、別のイオンミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ＝フライス削 り）処理により基材に設計マイクロレンズを形成するために使用される。 本発明の特定の実施例では、フォトレジスト材のレプリカは基材上に位置され 、また基材に直接にレプリカを複製するためにイオンミリング処理が使用される が、特定基材に対して異なるイオンミリングが使用される。 上述した特徴を組み入れた、また上述したように機能するマイクロレンズの製 造方法および装置が、本発明の特別な目的を構成する。 本発明の他のおよび更に他の目的は、以下の説明および請求の範囲の記載から 明白になるとともに添付図面に示されており、添付図面は図示例として本発明の 好適例およびその原理を示し、またこのような原理を適用するために現在のとこ ろ最良態様であると考えられるものを示している。同一または等価の原理を具現 する本発明の他の実施例も使用することができ、また当業者は本発明および請求 の範囲の欄の記載範囲から逸脱せずに望まれるままの構造上の変更をなし得る。図面の簡単な説明 第１図は、グレースケールの単一露光マスクによる本発明のマイクロレンズの 製造方法および装置によって形成された１価（ｓｉｎｇｌｅ ｖａｌｕｅｄ）の 非対称面を有する分散型（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ）マイクロレンズの著しく拡大 した写真である。 第２図は、グレースケールの単一露光マスクによる本発明のマイクロレンズ 第８図は、第７図に示された様々な格子線の交点でのレンズ面の高さの一覧表 である。第８図に示されたこの表の値は、第１６図に示された較正曲線と関連し て使用される。較正された値はその後マスク開口寸法を決定するために使用され 、この開口寸法は関係を有する格子線の交点に対応する位置の各々において適当 強度の光を通過させるようにする。各位置における適当強度の光は、硬化 （ｃｕｒｅｄ）フォトレジスト材の厚さを定め、これはその位置における設計マ イクロレンズの高さを複製する。このことは以下の説明で更に詳細に記載される 。 第９図は、グレースケールの単一の露光マスクを使用する本発明のマイクロレ ンズの製造方法および装置を使用して、最終的に基材に形成された状態として示 す（第７図に示された設計マイクロレンズを示す）斜視図である。第９図は、第 １図の写真に示された分散型マイクロレンズの図面である。 第１０図は、露光マスクがフォトレジスト層の上方に配置された様子を示して おり、このフォトレジスト層は本発明によれば基材の上に位置される。第１０図 において、露光マスクは単一のマイクロレンズを形成するために使用される１つ のピクセル（ｐｉｘｅｌ）マスクとして示されている。 第１１図は、第１０図に示された単一のピクセル露光マスク５１の一部の断片 平面図である。第１１図はこの単一のピクセル露光マスクが副ピクセルに細分化 された様子を示し、また副ピクセルの各々がグレースケールの色調要素５７に更 に細分化された様子を示している。 第１２図は、露光マスクの副ピクセルの数を示す平面図である。第１２図は、 副ピクセルが開口を全く含まないでピクセルを通過する露光用の光の伝達をゼロ とし得る様子を示している。第１２図は、副ピクセルが次第に大きくなるように 開口を形成されて、副ピクセルを通して露光用の光を次第に大きな割合で伝達す る様子を示している。第１２図はまた、副ピクセルの開口の各々が単一のグレー スケールにおける多数の色調要素として形成されている様子を示している。 第１３図は、第１図および第９図に示された１価の非対称面を有して階段状の 機能不連続部を有する分散型マイクロレンズを形成する上で使用される単一のピ クセル露光マスクの平面での写真である。第１３図に示された単一のピクセル露 光マスクは以下の説明に焦点板として参照される。 第１４図は、光学装置が１つの焦点板を一連の露光によって、また露光の間に 成することはない。 グレースケールの単一の露光マスクによる本発明の方法および装置は、以下に 更に詳細に説明するように、あらゆる形状のマイクロレンズも設計でき、製造で きるようにする。 グレースケールで形成されるマイクロレンズは、広帯域、分散型、フレネル、 非フレネル、球形、円筒形、トロイダル形、１価の非対称形または完全非対称形 の形状とされることができる。 本発明の方法および装置では、単一の露光マスクが必要とされるだけである。 従来の２値式製造方法および装置に必要とされるような多数のマスクは、本発 明でマイクロレンズを製造するために必要でない。 本発明では、単一の露光用のグレースケールマスクが使用されてフォトレジス ト材に設計マイクロレンズのレプリカを形成する。 このフォトレジスト材によるレプリカは、次に基材に直接にレプリカを形成す るために使用される。 単一の露光マスクによる本発明の方法および装置は、複数のマスクの整合誤差 の問題を解消する。 多数のマスクの整合誤差（従来技術の２値式製造で必要とされた複数のマスキ ングおよびエッチング作業時に生じる）は、製造されたマイクロレンズに欠陥を 生じる。 従来のフォトリトグラフ技術は１ミクロンの特徴寸法よりも多少良好である。 長波長の応用例、すなわち１０ミクロン波長の応用例に関しては、従来のフォト リトグラフ技術は１０分の１λ（λ／１０）の品質の等価性能よりも多少良好な レンズを形成する。 短波長の応用例、すなわち１ミクロンまたは可視光である０．５ミクロンの応 用例に関しては、（λ／１０）の品質性能はＸ線フォトリトグラフ品質を要求し 、このＸ線フォトリトグラフ品質は特に非球形面に対して極めて高価となり、時 間を要する。 本発明は赤外域でのマイクロレンズの作動に関して（λ／１０）の品質のレン ズを容易に達成できる。 可視域でのマイクロレンズの作動に関しては、本発明は容易に（λ／３）の品 質を達成できる。 本発明は、２値式技術に必要とされた時間および高価さに較べて、マイクロレ ンズのある形状を形成することに必要とされる時間および高価さを低減できる。 本発明は、２値式技術では形成することのできなかった、または２値式技術で 製造するには費用がかかりすぎるようなある種のレンズ形状を、設計可能且つ製 造可能にすることができる。 本発明と比較するために、第３図および第４図は従来技術の２値式製造技術が 基材２５に比較的簡単な広帯域マイクロレンズ２３を形成するために使用される 様子を概略的に示している。 従来技術の２値式方法における第１段階は、基材２５の頂部上のフォトレジス ト層３３を露光させるマスク２７を使用することである。次にこの露光されたフ ォトレジスト材は現像されて化学的に除去され、基材が次のエッチングのために 露出される。下側に位置する露出した基材２５は所定の深さにまでエッチングま たはミル処理される。 次に、基材はフォトレジスト材で再被覆されて、２回目のマスキング、露光お よびエッチング段階に備える。 その後、このマスキング、露光およびエッチング手順が第２のマスク２９に対 して繰り返される。 次に、マスキング、露光およびエッチング手順が第３のマスク３１に対して繰 り返されて、最終的に比較的簡単な広帯域の２値式に製造された第３図に示され るマイクロレンズ２３を得る。 非対称レンズに関しては、７〜８個のマスクが必要とされる。 グレースケールによる本発明の製造方法および装置（第１７図、第１８図およ び第１９図に概略的に示され、また以下に更に詳細に説明される）は、単一の露 光マスク５１（第１７図）を使用し、１回の露光および現像手順（第１７図およ び第１８図）で設計マイクロレンズ６１をフォトレジスト材３３内に直接に複製 し、レプリカ６１を基材２５内に直接に複製して、完成マイクロレンズ２１（第 （第７図に示す特定の実施例では各座標軸方向に２．０マイクロメートルの微小 部分が４０個）に細分化されて、マイクロレンズ２１の表面上に正確な位置を定 めるため、および各々の性格な位置におけるマイクロレンズの高さ（厚さ）を示 すために、これらの直線は微細格子を形成するようになされる。 例として、第７図で符号４４を付された黒色の四角形部分の１つの隅部におけ る高さは５．７６マイクロメートルである（第８図で符号４４を付された四角に よっても示される）。第８図に示される表は第７図に示されたＸおよびＹ格子線 の交点の各々における設計マイクロレンズのＺ方向の寸法（厚さすなわち高さ） を一覧で示している。 第７図〜第１３図に示される本発明の実施例では、マイクロレンズ２１は１つ のピクセル５３内に形成される（第１０図を参照されたい）。各ピクセル５３は 副ピクセル５５に細分化されている。第１１図を参照されたい。各副ピクセルは グレースケールの色調要素５７に細分化されている。第１１図を参照されたい。 本発明の特定の実施例において、ピクセルは各辺が８０マイクロメートル（ミ クロン）であり、各副ピクセルは各辺が２ミクロンであり、各グレースケールの 色調要素５７は各辺が０．２ミクロンである。露光のための光は０．３ミクロン 波長の紫外光である。色調要素５７は整合された３つの群に配置され、紫外光の 全波長がこのように整合された３つの色調要素で形成される開口を通過するよう にできる。 第７図に符号４４を付された黒色の正方形部分は２ミクロンの長さであり、こ の黒色の正方形部分４４は第１１図に示されるように単一の副ピクセル５５に対 応する。 正確な副ピクセルの位置情報（第７図に示された微細格子で与えられる）を使 用し、またその副ピクセル位置に関する正確なレンズの高さすなわち厚さの情報 （第７図のプロットおよび第８図の表で与えられる）を使用することにより、そ の副ピクセルに関するマスク開口寸法は選択できる。適当なマスク開口の伝達パ ターン（第１２図に示されるような）を使用することで、フォトレジスト材の露 光が行われて、処理されたフォトレジスト材の高さが第７図に示された設計マイ クロレンズの正確な高さを複製するようになされることができる。 このようにして、ピクセルマスクの副ピクセル面積部分の各々に特定寸法のマ スク開口を使用することで、光伝達パターンはピクセルマスクを通して形成され 、複合マスクの直ぐ下側のフォトレジスト層に設計マイクロレンズを形成するこ とができる。 露光されたフォトレジスト材は次に周知のフォトレジスト処理方法を使用して 処理されて、フォトレジスト材の内部に所望のマイクロレンズを複製することが できるのであり、このレプリカはその後、別の周知のイオンミリング技術を適用 することで基材に所望のマイクロレンズを形成するためにその後使用される（第 １８図および第１９図を参照して以下に更に詳細に説明される通りである）。 第１５図は、本発明の１つの特別な実施例によって特定のフォトレジスト材の 内部に設計マイクロレンズのレプリカ像を形成する様子を更に示す。 この特別な実施例では、処理されたフォトレジスト材は基材２５との間の境界 面から処理が始まり、処理されるフォトレジスト材の厚さは露光マスクを通して フォトレジスト材に伝達される光の強度に関係する。 大量の露光用の光が特定のマスク開口を通してフォトレジスト材に伝達される ならば、処理されるフォトレジスト材の上方への範囲は制限され、レプリカの厚 さは非常に薄くなる。 露光用の光（特定の副ピクセルの特定のマスク開口を通して伝達される）の量 が少ないならば、処理されるフォトレジスト材の高さは高くなる。露光後の処理 時に特定の副ピクセル面積部分から除去される処理済みフォトレジスト材の高さ は第１５図に文字「ｇ」で示されている。 可溶性物質が除去されるとき、設計マイクロレンズのレプリカ６１は第１５図 に示されるように残りの処理されたフォトレジスト材に形成される。 第１５図はまた、各副ピクセル５５のマスク開口の寸法がグレースケール色調 を形成し、この色調はマスク開口内に組み込まれた色調要素５７の個数に依存す る様子を示す。グレースケール色調の階調は、第１５図に示された上側バーの右 側の非常に明るい階調（マスク開口寸法が僅かな色調要素だけしか含まないと 請求の範囲 １． 単一露光マスクを使用して設計形状のマイクロレンズのレプリカをフ ォトレジスト材に複製し、このレプリカを直接に基材に複製する方法であって、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、設計マイクロレンズ 形状における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて、設計マイ クロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようにする複数の正 確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口を有する１つの露光マスクを 構成し、 選択した波長の、前記単一マスクの前記開口を通して伝達された光で関係する フォトレジスト材を選択した時間にわたって露光し、 設計マィクロレンズのフォトレジスト材に、しかる後に基材に設計マイクロレ ンズを形成するために使用できるレプリカを形成するために、露光されたフォト レジスト材を処理し、 フォトレジスト材のレプリカを基材上に置き、 基材に直接にレプリカを複製するためにレプリカおよび基材を処理する諸段階 を含むことを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製す る方法。 ２． 請求項１に記載の方法であって、処理作動が異なるイオンミリング処 理作用であることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に 複製する方法。 ３． 請求項１に記載の方法であって、 ３次元プロット上で所望のマイクロレンズ形状を設計し、 設計したレンズの３次元プロットに２次元的な長さおよび幅方向の微細格子を 付与して、各格子線の交差位置におけるレンズ表面の高さを決定して設計レンズ 表面の彎曲に係わる微細色調を形成するようになし、 格子線の交差位置の各々におけるレンズ表面の高さの一覧表を形成し、 一覧表を基にして特定の寸法および特定の位置を有する各々の開口を備えた露 光マスクを構成して、特定の格子線の交差位置に対応する各々の開口位置に設計 マイクロレンズを複製するのに必要な厚さの硬化フォトレジスト材を形成するた めに必要とされる光強度を通過させるようにする諸段階を含むことを特徴とする マイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ４． 請求項３に記載の方法であって、各開口が多数の最小限の色調要素寸 法の開口であり、また最小限の色調要素開口の寸法はマスクを通してフォトレジ スト材を露光することに使用される光の波長よりも短いことを特徴とするマイク ロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ５． 請求項４に記載の方法であって、露光用の光およびフォトレジストの 物性を含むある種の処理パラメータに関して表の一覧を較正する段階を含むこと を特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ６． 請求項１に記載の方法であって、露光マスクを光学的に複製して、基 材にマイクロレンズの配列を作るために使用できる露光マスクの対応する配列を 作り出すようにすることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジス ト材に複製する方法。 ７． 請求項１に記載の方法であって、露光マスクが大きなスケールのマス クを光学的に縮小して形成されることを特徴とするマイクロレンズのレプリカを フォトレジスト材に複製する方法。 ８． 請求項２に記載の方法であって、設計マイクロレンズおよび基材に複 製されたマイクロレンズの両方が、２値式マイクロレンズの製造技術で生じるよ うな階段状の表面ではなくて、実質的に平滑な表面形状を有することを特徴とす るマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ９． 単一露光マスクを使用して１価の非対称面を有するマイクロレンズの レプリカをフォトレジスト材に複製し、そのレプリカを直接に基材に複製する装 置であって、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、マイクロレンズの １価の非対称面における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて 、設計マイクロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようする 複数の正確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口を有する露光マスク 手段と、 選択した波長の、前記単一露光マスク手段の前記開口を通して伝達された光で 関係するフォトレジスト材を選択した時間にわたって露光する手段と、 設計マイクロレンズのフォトレジスト材に、しかる後に基材に１価の非対称面 を有するマイクロレンズを形成するために使用できるレプリカを形成するために 、露光されたフォトレジスト材を処理するフォトレジスト材処理手段とを含み、 またフォトレジスト材のレプリカが基材上に位置され、また基材に直接にレプリ カを複製するためにレプリカおよび基材を処理する基材処理手段を含むことを特 徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １０． 請求項９に記載の装置であって、基材処理手段が異なるイオンミリン グ処理手段であることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト 材に複製する装置。 １１． 請求項９に記載の装置であって、 ３次元プロット上で所望のマイクロレンズ形状を設計するための、また設計し たレンズの３次元プロットに２次元的な長さおよび幅方向の微細格子を付与して 、各格子線の交差位置におけるレンズ表面の高さを決定して設計レンズ表面の彎 曲に係わる微細色調を形成するようになすためのコンピュータ手段と、 格子線の交差位置の各々におけるレンズ表面の高さの一覧表を形成する表手段 と、 一覧表を基にして特定の寸法および特定の位置を有する各々の開口を備えた露 光マスクを構成して、特定の格子線の交差位置に対応する各々の開口位置に設計 マイクロレンズを複製するのに必要な厚さの硬化フォトレジスト材を形成するた めに必要とされる光強度を通過させるようにするマスク構成手段とを含むことを 特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １２． 請求項１１に記載の装置であって、各開口が多数の最小限の色調要素 寸法の開口であり、また最小限の色調要素開口の寸法はマスクを通してフォトレ ジスト材を露光することに使用される光の波長よりも短いことを特徴とするマイ クロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １３． 請求項１２に記載の装置であって、露光用の光およびフォトレジスト 材を含むある種の処理パラメータに関して表の一覧を較正手段を含むことを特徴 とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １４． 請求項９に記載の装置であって、フォトレジスト材のレプリカ表面に 階段状の機能の不連続部を形成するために光伝達開口が配置されたことを特徴と するマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １５． 請求項９に記載の装置であって、設計マイクロレンズが１つのピクセ ル内に位置され、またピクセルは２ミクロン×２ミクロンの副ピクセルに細分化 され、各副ピクセルは露光マスクの開口を通して伝達される露光用の光の波長に 関係して等しい寸法の色調要素に細分化され、また副ピクセルの最小寸法の開口 は露光用の光の波長の全エネルギーが開口を通過するようになすために、１つの 色調要素よりも大きいことが必要とされ得ることを特徴とするマイクロレンズの レプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １６． 単一の露光マスクを使用して１価の非対称面を有するマイクロレンス のレプリカをフォトレジスト材に形成するために構成された露光マスクであって 、 材料を通る光の伝達を遮断するマスク材料の層と、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、マイクロレンズの １価の非対称面における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて 、フォトレジスト材中に形成できるようする複数の正確な位置に配置され且つ寸 法決めされた光伝達開口であって、開口を通して伝達された光でフォトレジスト 材を露光した後、また露光したフォトレジスト材を処理した後に、１価の非対称 面を有するフォトレジスト材のレプリカが得られるようにするための前記光伝達 開口とを含むことを特徴とする露光マスク。 １７． 請求項１６に記載の露光マスクであって、光伝達開口がフォトレジス ト材のレプリカの表面に階段状の機能の不連続部を形成するように位置決めされ たことを特徴とする露光マスク。 【図１５】 【図１６】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 単一露光マスクを使用してあらゆる設計形状のマイクロレンズのレプ リカをフォトレジスト材に複製する方法であって、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、設計マイクロレン ズ形状における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて、設計マ イクロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようにする複数の 正確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口を有する露光マスクを構成 し、 選択した波長の、前記単一マスクの前記開口を通して伝達された光で関係する フォトレジスト材を選択した時間にわたって露光し、 設計マイクロレンズのフォトレジスト材に、しかる後に基材に設計マイクロレ ンズを形成するために使用できるレプリカを形成するために、露光されたフォト レジスト材を処理する諸段階を含むことを特徴とするマイクロレンズのレプリカ をフォトレジスト材に複製する方法。 ２． 請求項１に記載の方法であって、 フォトレジスト材のレプリカを基材上に置き、 基材に直接にレプリカを複製するためにレプリカおよび基材を処理する諸段階 を含むことを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製す る方法。 ３． 請求項２に記載の方法であって、処理作動が異なるイオンミリング処 理作用であることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に 複製する方法。 ４． 請求項１に記載の方法であって、 ３次元プロット上で所望のマイクロレンズ形状を設計し、 設計したレンズの３次元プロットに２次元的な長さおよび幅方向の微細格子を 付与して、各格子線の交差位置におけるレンズ表面の高さを決定して設計レンズ 表面の彎曲に係わる微細色調を形成するようになし、 格子線の交差位置の各々におけるレンズ表面の高さの一覧表を形成し、 一覧表を基にして特定の寸法および特定の位置を有する各々の開口を備えた露 光マスクを構成して、特定の格子線の交差位置に対応する各々の開口位置に設計 マイクロレンズを複製するのに必要な厚さの硬化フォトレジスト材を形成するた めに必要とされる光強度を通過させるようにする諸段階を含むことを特徴とする マイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ５． 請求項４に記載の方法であって、各開口が多数の最小限の色調要素寸 法の開口であり、また最小限の色調要素開口の寸法はマスクを通してフォトレジ スト材を露光することに使用される光の波長よりも短いことを特徴とするマイク ロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ６． 請求項５に記載の方法であって、露光用の光およびフォトレジストの 物性を含むある種の処理パラメータに関して表の一覧を較正する段階を含むこと を特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 ７． 請求項１に記載の方法であって、露光マスクを光学的に複製して、基 材にマイクロレンズの配列を作るために使用できる露光マスクの対応する配列を 作り出すようにすることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジス ト材に複製する方法。 ８． 請求項１に記載の方法であって、露光マスクが大きなスケールのマス クを光学的に縮小して形成されることを特徴とするマイクロレンズのレプリカを フォトレジスト材に複製する方法。 ９． 請求項２に記載の方法であって、設計マイクロレンズおよび基材に複 製されたマイクロレンズの両方が、２値式マイクロレンズの製造技術で生じるよ うな階段状の表面ではなくて、実質的に平滑な表面形状を有することを特徴とす るマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する方法。 １０． あらゆる設計形状のマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に 形成するために使用される露光マスクを製造する方法であって、 自体を通る光の伝達を遮断する材料でマスクを形成し、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、設計マイクロレン ズ形状における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて、設計マ イクロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようする複数の正 確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口をマスク材料に形成して、開 口を通過して伝達される光でフォトレジスト材を露光した後、また露光したフォ トレジスト材を処理した後に、噴射装置のレプリカを得ることができるようにす る諸段階を含む露光マスクの製造方法。 １１． 単一の露光マスクを使用してあらゆる設計形状のマイクロレンズのレ プリカをフォトレジスト材に複製する装置であって、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、設計マイクロレン ズ形状における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて、設計マ イクロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようする複数の正 確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口を有する露光マスク手段と、 選択した波長の、前記単一の露光マスク手段の前記開口を通して伝達された光 で関係するフォトレジスト材を選択した時間にわたって露光する手段と、 設計マイクロレンズのフォトレジスト材に、しかる後に基材に設計マイクロレ ンズを形成するために使用できるレプリカを形成するために、露光されたフォト レジスト材を処理するフォトレジスト材処理手段とを含むことを特徴とするマイ クロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １２． 請求項１１に記載の装置であって、フォトレジスト材のレプリカが基 材上に位置され、また基材に直接にレプリカを複製するためにレプリカおよび基 材を処理する基材処理手段を含むことを特徴とするマイクロレンズのレプリカを フォトレジスト材に複製する装置。 １３． 請求項１２に記載の装置であって、基材処理手段が異なるイオンミリ ング処理手段であることを特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジス ト材に複製する装置。 １４． 請求項１に記載の装置であって、 ３次元プロット上で所望のマイクロレンズ形状を設計するための、また設計し たレンズの３次元プロットに２次元的な長さおよび幅方向の微細格子を付与して 、各格子線の交差位置におけるレンズ表面の高さを決定して設計レンズ表面の彎 曲に係わる微細色調を形成するようになすためのコンピュータ手段と、 格子線の交差位置の各々におけるレンズ表面の高さの一覧表を形成する表手段 と、 一覧表を基にして特定の寸法および特定の位置を有する各々の開口を備えた露 光マスクを構成して、特定の格子線の交差位置に対応する各々の開口位置に設計 マイクロレンズを複製するのに必要な厚さの硬化フォトレジスト材を形成するた めに必要とされる光強度を通過させるようにするマスク構成手段とを含むことを 特徴とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １５． 請求項１４に記載の装置であって、各開口が多数の最小限の色調要素 寸法の開口であり、また最小限の色調要素開口の寸法はマスクを通してフォトレ ジスト材を露光することに使用される光の波長よりも短いことを特徴とするマイ クロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １６． 請求項１５に記載の装置であって、露光用の光およびフォトレジスト 材を含むある種の処理パラメータに関して表の一覧を較正手段を含むことを特徴 とするマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １７． 請求項１１に記載の装置であって、露光マスクを光学的に複製して、 基材にマイクロレンズの配列を作るために使用できる露光マスクの対応する配列 を作り出すようにする光学的複製手段を含むことを特徴とするマイクロレンズの レプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 １８． 請求項１１に記載の装置であって、露光マスクが大きなスケールのマ スクを光学的に縮小して形成されることを特徴とするマイクロレンズのレプリカ をフォトレジスト材に複製する装置。 １９． 請求項１１に記載の装置であって、設計マイクロレンズおよび基材に 複製されたマイクロレンズの両方が、マイクロレンズの２値式製造技術で生じる ような階段状の表面ではなくて、実質的に平滑な表面形状を有することを特徴と するマイクロレンズのレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 ２０． 請求項１１に記載の装置であって、設計マイクロレンズが１つのピク セル内に位置され、またピクセルは２ミクロン×２ミクロンの副ピクセルに細分 化され、各副ピクセルは露光マスクの開口を通して伝達される露光用の光の波長 に関係して等しい寸法の色調要素に細分化され、また副ピクセルの最小寸法の開 口は露光用の光の波長の全エネルギーが開口を通過するようになすために、１つ の色調要素よりも大きいことが必要とされ得ることを特徴とするマイクロレンズ のレプリカをフォトレジスト材に複製する装置。 ２１． 単一の露光マスクを使用してあらゆる設計形状のマイクロレンズのレ プリカをフォトレジスト材に複製するために使用される露光マスクであって、 材料を通る光の伝達を遮断するマスク材料の層と、 十分に小さな特定の開口寸法を有して形成されるとともに、設計マイクロレン ズ形状における位置と関係を有する十分に多数の特定位置に配置されて、設計マ イクロレンズのレプリカ像をフォトレジスト材中に形成できるようする複数の正 確な位置に配置され且つ寸法決めされた光伝達開口であって、開口を通して伝達 された光でフォトレジスト材を露光した後、また露光したフォトレジスト材を処 理した後に、フォトレジスト材のレプリカが得られるようにするための前記光伝 達開口とを含むことを特徴とする露光マスク。