JPS6317402A - 光学マスク - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学素子の製造過程中に用いられる感光剤に
対して露光処理を実施する際に利用される光学マスクに
関し、特に平板マイクロレンズアレーの製造に使用され
る光学マスクに関する。

〔従来の技術〕

マイクロアレーは集光用、結像用のレンズとして重要で
ある。普通のレンズで結像させるのにかなりの距離が必
要とされる場合でもこのレンズ系を使えば焦点距離を短
くすることができる。このような機能のために、例えば
ロッド状マイクロレンズアレーは、普通紙複写機の画像
の転写には欠かせないものとなっており、複写機の薄型
小型化に寄与している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがロッド状マイクロレンズアレーを製造するため
には、ロッド状マイクロレンズの外周部に黒化処理を施
した後、その数百本を束めて固定化しなければならず生
産性が高くない。

また、１本１本のロッド状マイクロレンズ、例えば屈折
率がロッドの中心軸から外周に向かってなだらかに減少
するような分布を有しているロッド状マイクロレンズ、
の製法は、ガラスを溶融塩浴に長時間接触させることに
よりガラス中のイオンと溶融塩浴中のイオンの交換を行
なって屈折率分布を生み出す方法（イオン交換法、特開
昭４７−８１Ｂ〜８２４号）に代表されるように、非常
に時間のかかる方法（１５０時間〜２００時間を要す）
によって製造されているので、この点が前記理由以上に
マイクロレンズアレーの生産性の向上に妨げとなってい
た。

そこで、単一のガラス材中に屈折率分布の存在する領域
と光学濃度分布の存在する領域の両方を併せ持つ平板マ
イクロレンズアレーを製造可能な光学素子の製造方法を
、既に我々は特開昭８１−８０９９４号で提案している
。その製造方法に於いて、屈折率分布を有する領域の複
数が適当なパターン状に配列された状態で、ガラス材中
に形成される為には、光学濃度分布を有する複数の微小
領域を、該パターンに対応するよう、配した光学マスク
が、再現性と量産性の面からも必要である。

即ち、上記製造方法の再現性と量産性を高くするには、
かかる光学マスクを介して、多孔性ガラス内にほぼ一様
に充填された。ある種の感光性の化合物（例えば光分解
性有機金属化合物）に光を照射することによって、光学
マスクの光学濃度分布に対応した量だけ該化合物を他の
物質に変え、その生成量に応じた屈折率分布を形成する
方法により、屈折率の分布を形成することが有用である
。

この種の光学マスクとして用いられてきたものは、透光
性の基板と、その上に積層されたクロム等の膜とから成
る。そして、マスクの透光部のうち、光学濃度の小さい
ことが要求される部分には膜に多数の微小な穴隙の集合
体が設けられ、光学濃度が大きいことが要求される部分
には、膜にそれより少数の穴隙の集合体が設けられ、更
にマスクの遮光部は穴隙のない膜より構成されている光
学マスクであった。つまり、基板上に設けた膜の各部に
形成した微小な穴隙の数（即ち穴隙の集合体の全面積）
により光学濃度分布が制御された光学マスクである。か
かる光学マスクは、まず、透光性の基板上にクロム薄膜
と感光性レジスト層を順次積層後、その表面の所望部に
ＥＢ露光装置により１μ角程のビームを直射し、次いで
、ビームが照射されたレジスト層のみを現像除去し、最
後に露出したクロム薄膜をエツチングすることにより製
造できる。

こうして作製された光学マスクの、光学濃度分布は、そ
の遮光層（クロム薄膜）に設けられた穴隙が１−角のド
ツトの集合体であることから、厳密に言えばデジタル的
に変化するものであるということができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような方法で光学マスクを作製する場合には、各
部分に設ける穴隙を構成するドツトの数を決定する必要
があるけれども、光学マスクは透光部の１つ１つにまで
二次分布に代表されるような光学濃度分布を形成しなけ
ればならないため、その数の決定には非常に多くの情報
が必要とされていた。従って、かかる光学マスクは容易
には作製できなかった。

本発明は以上の問題点に鑑み為されたものであり、その
目的は上記の製造法とは異なり、多大な情報を要さずに
容易に製造できる、光学濃度分布が連続的に変化し得る
光学マスクを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的達成可能な本発明は、その１つ１つが内部に光
学濃度分布をもつ、配列された状態にある多数のロッド
状ガラス体と、各ガラス体同士の間隙を埋め合わ各ガラ
ス体を一体化固定する遮光性材料とから成る光学マスク
である。

光学濃度は、画像の濃さを表す数値で、入射した光線Ｉ
Ｏと透過した光線Ｉの比の常用対数で表し、例えば入射
光の１／１０を透過する画像の透過濃度は１であり、本
発明においては透過濃度を光学濃度と呼ぶことにする。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

第１図は本発明の光学マスクの一例を示す模式的斜視図
である。該光学マスクは、その内部に光学濃度分布を有
する円柱形をしたロッド（棒）状ガラス体ｌの多数と、
ガラス体同士の間隙を取り囲む遮光材料より成る遮光部
２とにより構成されている。上記光学マスクの拡大され
た部分断面を第２図に、この部分断面の光学濃度分布を
第３図に示す、この例においては、遮光部２の光学濃度
は２．０であり、各々のガラス体１の光学濃度は、中心
部においてＯで周辺部でほぼ２．０となるような２次分
布となっている。ただし、本発明の光学マスクにおいて
、遮光部２の光学濃度はマスクの用途に応じて許される
その最低値より大きくすればよい０通常はその最低値は
２．０である。

本発明の光学マスクにおいて、遮光部２で周囲を囲まれ
ている各々のガラス体１の光学濃度の分布状態、ガラス
体１の各箇所での光学濃度の値は、上記の例に示したよ
うな分布や値に限らない、即ち光学濃度の分布について
言えば、例えば光学濃度の値がガラス体ｌの中心部にお
いて最大で、その周辺部でＯとなるような二次分布であ
ってもよいし、あるいはガラス体１の中心部で最大、そ
の周辺部で０であるような一次分布、あるいはこれらの
組み合わせや高次の分布による補正された分布でもよい
、光学濃度の分布状態等は、光学マスクの用途に応じて
適宜選択されるものであり、後述する製造方法のいずれ
を選ぶかによって、あるいは製造時の各条件の選択によ
り種々変更し得る。

更に本発明の光学マスクにおいて、各ガラス体１の形状
及びガラス体１の配列状態も、光学マスクの用途に応じ
て種々変形すればよい、ガラス体の形状について言えば
、例えば三角形状、四角形状、六角形状、楕円形状とす
ることができる。

なお、第１図に示した光学マスクでは、厚さが２．５＋
ａｍ　、各ガラス体ｌの上面及び底面の各々の径は３５
０鱗、各ガラス体のピッチはａｓｏｕとしたが、それら
は光学マスクの用途等に応じて適宜決定すればよい。

本発明の光学マスクを製造する代表的な方法では、まず
、光学濃度分布を有するガラス体１を多数製造する必要
がある。各ガラス体ｌの代表的な製造法は次の通りであ
る。ガラス化した状態で着色する金属イオンを円柱状等
をした多孔質ガラス体に対して用い１分子スタッフィン
グ法（特許公報、特開昭５１−１２８２０７　）を行な
えば、中心部から周辺部に向って光学濃度分布が減少す
る様なガラス体１が得られる。また、ガラス化した状態
でその金属部分が着色する光分解性の有機金属化合物を
円柱状等をした多孔質ガラス体に対して用い光化学法（
特許公報、特開昭５８−４９Ｈ９）を行なえば、中心部
から周辺部に向って光学濃度分布が増加する様なガラス
体ｌが得られる。ガラス体１中に光学濃度分布を形成し
た後、焼結処理によりその細孔を紡孔し、光学濃度分布
をガラス体１内に固定化するのが好ましい。

次に、多数の各ガラス体１を適当な治具を用いて所定の
間隔でパターン状に配列し、ガラス体ｌの間隙を遮光材
料で埋め合わせ、ガラス体ｌを固定する。遮光材料とし
ては、遮光性のある材料であるならば制限なく利用でき
るが、黒色顔料のような黒色の化合物を含有した接着能
をもつ樹脂（例えばエポキシ樹脂、マクメックス（商品
名）日本合成化学（株）製等）を用いると、各ガラス体
の間隙を容易に埋め合わせ、それらを固定できることと
、黒色化合物の量により遮光部の光学濃度を種々変える
ことができることとから好ましい、このようにして一体
化された多数のガラス体と遮光材料とを必要に応じてダ
イヤモンドカッター等でスライスし、両表面を研磨すれ
ば、本発明の光学マスクが得られる。

このような製法により本発明の光学マスクは製造される
ので、蒸着装置のような高価且つ複雑な装置を用いなく
てもよく、また、透光部における光学濃度を形成するた
めに従来必要とされた情報がいらない、更に本発明の光
学マスクは、その製造法に起因して透光部の光学濃度が
連続的に変化したものとなる。

〔実施例〕

次に本発明の光学マスクの一実施例の製造法について、
詳細に説明するが、本発明は、これによって何ら限定さ
れるものではない。

実施例１ 鉄カルボニル蒸気浴に底面の径が０．４ｍｍの円柱状を
した多孔質ガラスをさらして、その細孔内に鉄カルボニ
ルの蒸気を侵入させ、このガラス体内に蒸気侵入量のち
がいに起因する鉄カルボニルの濃度分布、即ちガラス体
内部から外表面に向けて濃度が大きくなるような濃度分
布を、形成した。得られたガラス体を紫外線にさらして
光分解し、濃度分布をもたせて鉄化合物（光分解した準
安定鉄化合物）をガラス体内に生成させた。このガラス
体を５００℃に加熱して濃度分布をもたせて鉄の酸化物
をガラス体内に生成させると共に全有機構成分を細孔か
ら除去した。更に９００℃ｌＯ時間の焼結処理によりこ
のガラス体を納札した。得られたガラス体は底面の直径
が約３５０−の円柱状であった。このガラス体をピッチ
４５０鱗として第１図のように配列し、その間隙を黒色
顔料を含有するエポキシ樹脂（マクメックス（商品名）
日本合成化学■製）を用いて埋め合わせた。これを厚み
約３■程にダイヤモンドカッターによって切削しそれ両
面を鏡面研磨して第１図のような本発明の光学マスクを
得た。

〔発明の効果〕

本発明の光学マスクは蒸着装置、ＥＢ露光装置のような
特殊装置を用いなくても製造でき、またその製造のため
に従来必要とされていたような情報を用いなくてもよく
、比較容易に製造できる。更に本発明の光学マスクは表
面に成膜した膜により光学濃度を形成していた従来型の
光学マスクと異なり、その内部に光学濃度分布が形成さ
れているために、マスク合わせの際等に起こる摩耗によ
り光学濃度分布が乱れる可能性がなく、繰り返し使用に
耐えられる。

このような利点をもつことから本発明の光学マスクは、
平板マイクロレンズアレーの製造の際に用いる露光マス
クとして極めて適している。また、本発明の光学マスク
は光学濃度分布が連続的に変化していることから、厳密
に連続的に変化した屈折率分布をもつ平板マイクロレン
ズアレーの製造に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学マスクの一例を示す模式的斜視図
、第２図は該光学マスクの部分断面図。 第３図は該部分断面図の光学濃度分布を示す図である。 １・・・・・・ガラス体、　　　　２・・・・・・遮光
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）その１つ１つが内部に光学濃度分布をもつ、配列さ
   れた状態にある多数のロッド状ガラス体と、各ガラス体
   同士の間隙を埋め合わせ、各ガラス体を一体化固定する
   遮光性材料とから成る光学マスク。 ２）前記遮光性材料が黒色顔料と接着能をもつ樹脂とか
   ら成る混合物である特許請求の範囲第１項記載の光学マ
   スク。