JP2001312044A - 濃度分布マスクとそれを用いた３次元構造体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 得ようとする表面形状に対処しやすくし、単
位セル間の光透過量の隣接効果にも対処しやすくし、し
かも設計の自由度も高める。 【解決手段】 基板上に３次元構造の感光性材料パター
ンを形成し、その感光性材料パターンを基板に彫り写す
ことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造する
際に、感光性材料パターンを形成するための露光に用い
る濃度分布マスクであり、透明基板上に２次元の光強度
分布を有する遮光パターンが形成されたものである。こ
の濃度分布マスクは、適当な形状及び大きさで、複数種
類の単位セルにより隙間なく分割され、各単位セル内の
遮光パターンが感光性材料パターンの対応した位置の高
さに応じた光透過量又は遮光量となるように設定されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元構造の表面
形状をもつ物品を製造する方法、その製造方法で使用さ
れる感光性材料パターンを形成するための露光に用いる
濃度分布マスク、及びその濃度分布マスクを製造する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の屈折面や反射面に、球面や非
球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようにな
ってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェ
クタ等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状
が求められている。そこで屈折面や反射面を型成形や研
磨によらずに形成する方法として、光学基板の表面にフ
ォトレジスト（感光性材料の代表例）の層を形成し、こ
のフォトレジスト層に対して２次元的な透過率分布を有
する露光用マスクを介して露光し、フォトレジストの現
像によりフォトレジストの表面形状として凸面形状もし
くは凹面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基
板とに対して異方性エッチングを行い、フォトレジスト
の表面形状を光学基板に彫り写して転写することによ
り、光学基板の表面に所望の３次元構造の屈折面や反射
面の形状を得ることが知られている（特開平７−２３０
１５９号公報、特表平８−５０４５１５号公報を参
照）。

【０００３】そこでは、屈折面や反射面等の３次元構造
の特殊表面形状を得るために用いられる露光用マスクと
して、特殊表面形状に対応して透過率が段階的に変化す
る２次元的な透過率分布を持った濃度分布マスク（グラ
デーションマスク（ＧＭ））が使用されている。

【０００４】特表平８−５０４５１５号公報（この記載
内容を従来技術とする）に記載されている濃度分布マス
クでは、２次元的な透過率分布のパターンを形成するた
めに、マスクパターンを光伝達開口と称する単位セルに
分割し、各単位セルの開口寸法が、形成しようとするフ
ォトレジストパターンの対応した位置の高さに応じた光
透過量又は遮光量となるように設定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の濃度分布マ
スクでは、単位セルは形状も大きさも均一であり、光透
過率や遮光量を全体的に制御する方法は述べられていな
い。そのため、例えば、目的とするレジストパターン、
ひいては最終物品の表面形状の傾斜角度が大きいとき、
即ち、短距離内で急激な変化をする形状には対応できな
かった。従来技術は、単位セル間の光透過量又は遮光量
の隣接効果（光回折量の差）を考慮していない。単位セ
ル間で光透過量が単調に変化する場合は隣接する単位セ
ルからの光漏れ量は予測可能であり、制御もできるが、
フレネルレンズのように単位セル間で光透過量又は遮光
量が不連続に変化する場合には、光漏れ量が予測不可能
である。例えば、フレネルレンズのトップ（頂点）に対
応する単位セルと、その隣に直ぐ隣接する単位セルとで
はフレネル輪帯の曲率が異なるため、トップ部分への光
漏れ量は当然異なってくる。光透過量の隣接効果に対処
するには単位セル内の遮光パターンの配置を修正するな
どの処置が必要になるが、従来技術のように単位セルの
形状も大きさも均一である場合には対処しにくい。

【０００６】従来技術は、濃度分布マスクの単位セルが
正方形のみで構成されているために、遮光パターンを構
成するドットの形状をこれに合わせて正方形とすること
が最も設計し易く、再現性の良い制作方法である。しか
し、レーザービーム描画装置のように主として円形形状
のビームを出射する描画装置においては、最適な単位セ
ルは、描画時のビーム形状である円形状により近い形状
が望まれる。しかし、単位セルの形状が固定されている
場合には、このような描画ビーム形状に合わせた最適な
設計方法を選択することができない。

【０００７】本発明の第１の目的は、３次元構造の表面
形状をもつ物品を製造する濃度分布マスクにおいて、得
ようとする表面形状に対処しやすくし、単位セル間の光
透過量の隣接効果にも対処しやすくし、しかも設計の自
由度も高めることである。

【０００８】また、従来技術の濃度分布マスクでは、単
位セルの開口寸法を形成するようにパターン化された遮
光膜は、遮光膜のある領域では光透過率が０、遮光膜の
ない領域では光透過率が１００％というように、光透過
率がデジタル的に変化する。そして、その濃度分布マス
クを用いて行なう露光工程は、投影露光法である場合も
密着露光法である場合も、フォトレジスト層にちょうど
焦点が合ったジャストフォーカス状態で行なわれる。そ
のため、目的とする物品の表面形状を実質的に平滑なも
のとするためには、階調数を非常に大きくしなければな
らず、例示されているように単位セルにおける開口寸法
の単位が露光に用いる光の波長よりも短かくする必要が
でてくる。そして、パターンが微細になればなるほどそ
の製造コストが上昇する。目的とする物品の表面形状
は、階調数を大きくしていくにつれて平滑なものに近づ
いてはいくものの、あくまで階段状のものである。従来
技術の文献で「実質的に」と述べているのはそのことを
意味している。そこで、本発明の第２の目的は、目的と
する物品の表面形状をより平滑なものとすることであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的は請
求項１に記載した濃度分布マスクにより達成することが
できる。すなわち、本発明の濃度分布マスクは、基板上
に３次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光
性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより３次元
構造の表面形状をもつ物品を製造する際に、前記感光性
材料パターンを形成するための露光に用いる濃度分布マ
スクであり、透明基板上に２次元の光強度分布を有する
遮光パターンが形成されたものである。そして、その濃
度分布マスクは、適当な形状及び大きさの単位セルによ
り隙間なく分割されており、各単位セル内の遮光パター
ンが前記感光性材料パターンの対応した位置の高さに応
じた光透過量又は遮光量となるように設定されているこ
とにより前記遮光パターンが構成されている。

【００１０】単位セルの形状及び大きさを選択すること
により、描画ビーム形状に合わせた最適な設計方法を選
択することができるようになる。濃度分布マスクは、感
光性材料の「感度曲線」と濃度分布マスクの各単位セル
固有の光透過領域（面積）とこれを通過する「光エネル
ギー量」の関係から、実験的に求められる関数で与えら
れるものである。ここで、実験的に求められるとは、プ
ロセス条件によって、感光性材料の「感度特性」及び光
拡散量が異なることを意味する。即ち、プロセス条件パ
ラメータを変更すると、与えられる関数も異なることを
意味する。感光性材料の「感度曲線」は、感光性材料へ
の光照射エネルギーと感光性材料の感光性成分の関係で
基本的には決定される。但し、フォトリソグラフィー条
件（露光条件、現像条件、ベーキング条件等）によって
も変更される曲線（即ち、関数）である。

【００１１】また、光透過量は、感光性材料中に含まれ
る分子構造によって光の吸収係数が異なるため感光性材
料中を光が進行する際には、深さに応じて光エネルギー
（光量）が指数関数的に減少する。つまり、感光性材料
の厚さ（深さ）に対して照射光エネルギー量は指数関数
で減少する関係にある。したがって、「光透過量」と感
光性材料の「感度」（光吸収率）を実験データから組み
合わせると、感光性材料の厚さ方向に分布を有する光エ
ネルギー分布を形成することが可能となる。

【００１２】本発明は、半導体プロセスのように、ある
高さの感光性材料を２次元ラインパターンを形成するの
が目的ではなく、「３次元形状、即ち高さ方向にも制御
されたパターン性を有する構造物」を形成することを対
象としている。上記方法によって感光性材料層の厚さを
変化せしめる３次元形状形成方法において、光透過量変
化又は遮光量変化を実現する濃度分布マスクの製造方法
で、濃度分布マスクを構成する単位セルの「光透過領
域」又は「遮光領域」を所望の形状に応じて２次元的に
設計し、その結果、濃度分布マスクを透過した光は２次
元の光強度分布を有する特徴を発現できる。

【００１３】本発明の第２の目的は、基板上に３次元構
造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パタ
ーンを前記基板に彫り写すことにより３次元構造の表面
形状をもつ物品を製造する方法において、前記基板上に
感光性材料層を形成し、請求項４又は５の濃度分布マス
クを使用して感光性材料を露光することにより達成する
ことができる。すなわち、その濃度分布マスクが透明基
板上にパターン化された遮光膜が形成されたものである
場合には、単位セル内の遮光パターンは、その周辺部で
は周辺に向って膜厚が連続的に厚くなって、光透過率が
連続的に変化しているものである。また、その濃度分布
マスクが銀塩用写真原版が露光され現像されて形成され
たものである場合には、単位セル内の遮光パターンは、
その周辺部では周辺に向って黒化度が連続的に小さくな
って、光透過率が連続的に変化しているものである。

【００１４】このように、単位セル内の遮光パターンの
周辺部で光透過率が連続的に変化している濃度分布マス
クを用いると、仮りにジャストフォーカス状態で露光を
行なっても隣接する単位セル間の境界での光量変化が少
なくなり、フォトレジストに形成される３次元パターン
の表面形状はより平滑なものになる。

【００１５】この第２の目的はまた、請求項１から９の
いずれかに記載の濃度分布マスクを用いても、デフォー
カス状態での露光を含むフォトリソグラフィ工程により
感光性材料パターンを形成することにより達成すること
ができる。露光が投影露光である場合には、焦点を感光
性材料層からずらせばよく、露光がマスクを感光性材料
に近づけて行なう近接露光の場合には、露光時間内に感
光性材料層が形成されている基板とマスクの一方又は両
方を面内で移動させればよい。デフォーカス状態での露
光によっても、隣接する単位セル間の境界での光量変化
が少なくなり、フォトレジストに形成される３次元パタ
ーンの表面形状はより平滑なものになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】単位セルは形状と大きさの少なく
とも一方が異なる複数種類を含んでいることが好まし
い。濃度分布マスクを形状と大きさの少なくとも一方が
異なる複数種類の単位セルに分割することにより、感光
性材料パターン、ひいては最終物品の表面形状の傾斜角
度に応じて光透過量や遮光量を全体的に制御することが
容易になる。また、単位セル間の光透過量の隣接効果に
も対処しやすくなる。

【００１７】ここで、単位セルの形状や大きさによる光
透過量やその隣接効果について図１に基づいて説明す
る。図で、斜線部は遮光パターンである。図１（Ａ）と
（Ｂ）は隣のセルから入射する光照度を比較したもので
ある。（Ａ）は２μｍ×２μｍのセルの中央に１μｍ×
１μｍの開口部を設けた場合、（Ｂ）は１μｍ×１μｍ
のセルの中央に０.５μｍ×０.５μｍの開口部を設けた
ものを４個集めた場合で、いずれも開口部の合計面積は
等しい。尚、隣接するセルの中心から１μｍ離れた距離
にある１μｍ×１μｍのセルに入射する光の総和をＥと
した。これらのセルから、隣接する２μｍ×２μｍのセ
ルの中心に入射する光照度を計算する。（Ａ）では ２×（Ｅ／４）／Ｌ3²＋２×（Ｅ／４）／Ｌ4²＝０.２
５７６Ｅ （Ｂ）では ２×（Ｅ／４）／Ｌ1²＋２×（Ｅ／４）／Ｌ2²＝０.２
７６Ｅ となる。すなわち、単位セルへの隣接効果は、分割した
方が大きい。

【００１８】図１（Ｃ）と（Ｄ）は開口部を集中させた
場合と分散させた場合で、２μｍ×２μｍの単位セル中
心部での光照度を比較したものである。（Ｃ）は２μｍ
×２μｍの単位セルの中央に０.５μｍ×０.５μｍの開
口部を４個集めた場合、（Ｄ）は１μｍ×１μｍのセル
に分割し、それぞれの中心に０.５μｍ×０.５μｍの開
口部を設けた場合である。この２μｍ×２μｍの単位セ
ル中心部での光照度を計算する。（Ｃ）では ４×（Ｅ／４）／Ｄ0²＝４×（Ｅ／４）／０.１２５＝
８Ｅ （Ｄ）では ４×（Ｅ／４）／Ｄ1²＝４×（Ｅ／４）／０.５＝２Ｅ となる。すなわち、単位セルの中心部の光透過量は分割
した方が小さくなる。したがって、セルを分割した場合
は分割前のセルの中央部での光透過量より減少するた
め、単位セル内の光透過量は、分割しない場合に比べて
減少しポジ型レジスト除去量が減少する。

【００１９】本発明の濃度分布マスクにおける単位セル
は、感光性材料パターンの高さの変化の緩やかな部分に
対応した位置では大きく、感光性材料パターンの高さの
変化の急な部分に対応した位置では小さくなるように少
なくとも２種類の大きさのものを含んでいるのが好まし
い。単位セルを小さくすれば単位長さ当たりの階調数を
多くすることができ、得られる感光性材料パターンの表
面形状を平滑にすることができる。しかし、全体の単位
セルを小さくするとコスト高を招くので、感光性材料パ
ターンの高さの変化が急な部分では単位セルを小さくす
るが、感光性材料パターンの高さの変化の緩やかな部分
では単位セルを大きくすることにより、コストを抑えつ
つ、表面形状の平滑化を実現することができるようにな
る。

【００２０】単位セル内の遮光パターンは、光透過又は
遮光のための均一な大きさの領域が所定数配置されてい
ることにより光透過量又は遮光量が設定されているとす
ることができる。その場合、濃度分布マスクを構成し隣
接する単位セルの光透過領域又は遮光領域の増加または
減少が、所望の形状に応じて、単調に変化することもあ
るし、不連続に変化することもある。そして、単位セル
内の光透過領域又は遮光領域は、光透過量又は遮光量
が、単位セル内の中心から周辺方向に向って増加又は減
少するように配置されていてもよく、単位セル内の一端
から他端へ向って増加又は減少するように配置されてい
てもよい。また、単位セルの形状によっては遮光パター
ンは円形で単一の光透過領域又は遮光領域とする方が好
都合な場合もある。その場合、その領域の大きさにより
光透過量又は遮光量を設定することができる。

【００２１】請求項４に記載されているような、透明基
板上にパターン化された遮光膜が形成され、単位セル内
の遮光パターンの周辺部では周辺に向って膜厚が連続的
に厚くなって、光透過率が連続的に変化している濃度分
布マスクは、次のように製造することができる。すなわ
ち、透明基板上に遮光膜を形成したマスクブランクスの
その遮光膜上にポジ型感光性材料層を形成し、目的とす
る光強度分布を有する遮光膜パターンを形成するための
感光性材料パターンを形成するために、出力可変の露光
用光ビームを用い、単位セル内で残存させる感光性材料
パターンが周辺部で膜厚が周辺に向って連続的に厚くな
るように照射光量を変化させて感光性材料層を露光し、
現像をしてその感光性材料層に感光性材料パターンを形
成した後、その感光性材料パターンをマスクとして異方
性ドライエッチングによりその遮光膜をエッチングし
て、単位セル内の遮光膜パターンがその周辺部では周辺
に向って膜厚が連続的に厚くなって光透過率が連続的に
変化する遮光膜パターンを形成する。

【００２２】請求項５に記載されているような、銀塩用
写真原版が露光され現像されて形成され、単位セル内の
遮光パターンの周辺部では周辺に向って黒化度が連続的
に小さくなって、光透過率が連続的に変化している濃度
分布マスクは、次のように製造することができる。すな
わち、銀塩用写真原版に目的とする光強度分布を有する
銀塩パターンを形成するために、出力可変の露光用光ビ
ームを用い、単位セル内で形成される銀塩パターンが周
辺部で黒化度が周辺に向って連続的に小さくなるように
照射光量を変化させてその銀塩用写真原版を露光し、現
像をしてその銀塩用写真原版に単位セル内の銀塩パター
ンがその周辺部では周辺に向って黒化度が連続的に小さ
くなって光透過率が連続的に変化する銀塩パターンを形
成する。

【００２３】本発明の濃度分布マスクを用い３次元構造
を製作すると、球面、非球面、円錐形状のような連続面
で構成される光学素子を製作することも、フレネル形状
のように連続面と不連続面から構成される光学素子を制
作することも可能となる。更に、そのような光学素子に
反射光学面を形成し、反射光学素子とすることも可能で
ある。

【００２４】（濃度分布マスクレチクルの制作）濃度分
布マスクレチクルを製作するに当たり、まず、レジスト
材料の感度曲線を求め、光照射量とレジスト除去量の関
係を把握する。濃度分布マスクのレチクルを用いて露光
すると、露光量、デフォーカス量、単位セルの光透過量
又は遮光量によってレジスト材料の除去量が異なる。こ
れによって、「単位セルＮｏ．」（即ち光透過量又は遮
光量とレジスト除去量が特徴づけられた関係を一つのＮ
ｏ．として表す）が決定される。「単位セルＮｏ．」
は、上記の関係をグラフ化し、関数化することによって
数式に変換できる。上記数式に基づいて、目的とする
「形状のレンズ高さ」と「レジスト残存量（「レジスト
膜厚」−「除去量」）」の関係を数式化する。次いで、
ＣＡＤ上で「レンズ配置位置」と「レンズ高さ（レジス
ト残存量）」の関係を明らかにする。更に、これを発展
させて、「レンズ配置位置」と「単位セルＮｏ．」の関
係に置き換える。すなわち、上記の基本的考え方に立
ち、詳細なデータに裏付けされた計算式とプログラムか
ら、ＣＡＤ設計画面上でレンズ高さと濃度分布マスクパ
ターンセルＮｏ．を関数付けてセルＮｏ．を配置する。

【００２５】次に、ＣＡＤデータをデータ化してレーザ
ー光照射装置にセットする。濃度分布マスクレチクル
は、一例として、正方形に分割された単位セルで構成さ
れ、各単位セル内の光透過量又は遮光量が制御されたも
のとする。勿論、所望の形状に応じて最適の単位セルを
決め最適なドットで製作すればよい。ここでは説明を簡
単にするために、正方形で説明する。光透過量の制御方
法は、Ｃｒ開口面積の制御、Ｃｒ膜厚の制御、
との組合わせ方法がある。ここでは、との方法を
採用した。

【００２６】レチクルを制作するために、透明ガラス基
板上に例えば２００ｎｍ厚さのＣｒ膜を成膜し、その上
に上記のレジスト材料を塗布してレチクルブランクスと
する。そのレジスト材料に上記のＣＡＤデータがセット
されたレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射し
描画を行なう。レーザー光照射では、所望の形状に応じ
て最適のビーム形状を決定し、多角形形状や円形状など
をアパチャーで整形する。このレーザー光照射装置によ
りレーザー光が照射されたレジスト材料部分は、次の現
像工程によって除去され、レジスト材料層にマスクパタ
ーンが形成される。

【００２７】次に、このパターン化されたレジスト材料
層をエッチングマスクとしてＣｒ膜をドライエッチング
又はウェットエッチングすることにより、Ｃｒ膜がパタ
ーン化されて、「単位セルＮｏ．」が規則的に「レンズ
配置位置」に並んだ、所望の２次元的な透過量分布を有
する濃度分布マスクが得られる。その単位セル内では、
Ｃｒ膜の除去された部分と、Ｃｒ膜の残っている部分が
形成される。その光透過量又は遮光量として、一つの単
位セルを特徴づけ、構成させることができる。

【００２８】レチクルマスクのブランクスとしては、市
販のマスクブランクスを使用してもよい。つまり、市販
のマスクブランクスとは石英基板上に２００ｎｍ程度の
Ｃｒ膜を成膜したもの（必要に応じて、Ｃｒと酸化Ｃｒ
の２層膜）に感光性材料を１μｍ程度塗布したものであ
る。上のレチクル制作において、Ｃｒ膜のパターン化を
ウエットエッチングにより行なえば、Ｃｒ膜のある部分
では光透過率が０、Ｃｒ膜のない部分では光透過率が１
００%となる遮光膜パターンが得られる。

【００２９】また、単位セル内で残存させるレジスト材
パターンの膜厚が単位セル内のパターン周辺部では周辺
に向って連続的に厚くなるように前記レーザー光照射装
置による露光を行ない、現像をしてそのレジスト材層に
パターンを形成した後、そのレジスト材パターンをマス
クとして異方性ドライエッチングによりＣｒ膜をエッチ
ングすれば、単位セル内のＣｒ膜パターンがその周辺部
では周辺に向って膜厚が連続的に厚くなって光透過率が
連続的に変化するようにすることができる。

【００３０】また、本制作方法は、電子線描画（ＥＢ描
画）でも製作できるが、電子線出射のフィラメント電流
の制御、長時間露光時のフィラメント細り、電子線モレ
（ドーズ）量の制御等の装置制御上の課題が多く、再現
性が著しく乏しい。また製作時は、単一ビームしか出射
できないために製作に莫大な時間を要し、経時的な変動
が大きい。以上から、本発明では、安価で信頼性の高い
レーザー光照射装置を製作し、濃度分布マスクを製作し
た。

【００３１】

【実施例】濃度分布マスクの製作では、レジスト材料に
図２に示す自社開発のレーザー光照射装置を用いてレー
ザー光を照射し描画を行なった。このレーザー光照射で
は、所望の形状に応じて最適のビーム形状を決定し、多
角形形状や円形状などをアパチャーで整形することがで
きる。

【００３２】図２に示すレーザー光照射装置は、レーザ
ー光発振装置１、レーザー光発振装置１からのレーザー
光を複数のレーザー光に分割するビームスブリッター
２、レーザー光の光路を折り曲げるミラー３、ミラー３
で折り曲げられたレーザー光を変調する光変調器４、デ
ータパスからの信号により光変調器４を制御して個々の
レーザー光のＯＮ・ＯＦＦを制御する光変調制御装置
５、光変調器４からのレーザー光を備向する光備向器
６、レーザー光をレジスト材料層に集光するための対物
レンズ７、載置されたマスクブランクスをＸ方向及びＹ
方向に移動するＸ−Ｙステージ８、並びに光備向器６の
動作とＸ−Ｙステージ８の動作を制御する制御装置９な
どの主要構成部品から構成されている。

【００３３】このレーザー光照射装置は、設計データに
応じてＸ−Ｙステージ８の動作と、個々のレーザー光の
ＯＮ・ＯＦＦ及び偏向を制御することにより、マスクブ
ランクスのレジスト材料層に所望のマスクパターンを描
画する。すなわち、このレーザー光照射装置によりレジ
スト材料層にレーザー光を照射して各単位セル毎に光透
過領域又は遮光領域を所望の透過率分布になるように２
次元的にパターン形成を行なう。また、この際、所望の
特殊表面形状に応じて演算された各単位セルの透過量分
布に応じてレーザー光の照射が制御され、各単位セル内
の光透過領域又は遮光領域を増加または減少させるドッ
トの配列が制御される。単位セル形状とドット形状は目
的とする製品により適当なものを選択すればよい。例え
ば、次の表１に示すような組み合わせが適当である。

【表１】

【００３４】（実施例１）疎サイズの液晶用マイクロ・
レンズ・アレイ（ＭＬＡ）の製作：濃度分布マスクレチ
クルを製作するに当たり、感光性材料であるレジスト材
料として、ポジ型レジスト材料のＴＧＭＲ−９５０（東
京応化（株）の製品）を用いた。

【００３５】濃度分布マスクは、正方形に分割された単
位セルで構成され、各単位セル内の光透過量又は遮光量
が制御されたものとした。勿論、所望の形状に応じて最
適の単位セルを決め最適なドットで製作すればよい。こ
こでは説明を簡単にするために、正方形で説明する。光
透過量の制御方法は、Ｃｒ開口面積の制御、Ｃｒ膜
厚の制御、との組合わせ方法がある。ここでは、
の方法を採用した。

【００３６】レチクルを制作するために、透明ガラス基
板上に例えば２００ｎｍ厚さのＣｒ膜を成膜し、その上
に上記のレジスト材料を塗布する。そのレジスト材料に
図１のレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射し
描画を行なった。その後、現像とリンスを経てレジスト
材料層にマスクパターンを形成し、そのレジストパター
ンをエッチングマスクとしてＣｒ膜をドライエッチング
又はウェットエッチングすることにより、Ｃｒ膜をパタ
ーン化し、濃度分布マスクを製作した。

【００３７】図３は、このようにして製作した濃度分布
マスクの代表的な配置例として２０μｍ×２０μｍのマ
イクロレンズのためのものの例を示す。単位セルは、碁
盤の目状の正方形形状である。単位セルは必ずしも正方
形である必要はなく、所望の形状に応じて他の多角形形
状にすることが望ましい。斜線部はＣｒ膜が残存してい
る部分である。

【００３８】次に、単位セル内の形状と配置、及び「光
透過」、「光遮光」ドットの形状と配置について説明す
る。以下に示す例は、代表的な例を示したものであり、
単位セルの寸法、ドットの寸法、起点の寸法等は、所望
の形状に対応して設計されるべきもので、本実施例に限
定されるものではない。即ち、各単位セルとドットの寸
法によって階調数が決定されるので、これらの寸法は、
目的形状と目的階調によって決定するものである。

【００３９】図４には、単位セル形状を変更する場合の
代表例として、６種類の多角形形状の例を示した。
（ア）は正方形、（イ）は正六角形、（ウ）は正三角
形、（エ）は長方形、（オ）は六角形、（カ）は二等辺
三角形である。これらの多角形は、「所望の形状を上方
向から見た際に、上方から多角形の網を覆いかぶせる方
法」で最適の形状を決定する。所望の形状に応じて、す
なわち、例えば、なだらかな曲面が続く場合、不連続な
面で構成される場合など階調の変化量によって、濃度分
布マスク特性を発現する「最も効果的な多角形」及び
「その組み合わせ」を選択することで最適な形状を決定
することができる。また、同様に単位セルの寸法も所望
の形状に対して必要な階調をどの程度微細にとるかで決
定される。即ち、短かい距離で多くの階調を必要とする
時には、比較的小さな寸法の単位セルを選択し、ドット
寸法をできるだけ小さくするのが望ましい。

【００４０】図５には、ＭＬＡの濃度分布マスクの単位
セル配置の例を示した。（ア）は中心部分に配置する単
位セルの組合わせパターンの例、（イ）は周辺部分に配
置する単位セルの組合わせパターンの例を示している。
いずれも実線で示されているのが単位セルで、破線の矢
印はその方向にも単位セルが配置されていることを示し
ている。

【００４１】（ア）はＭＬＡの中心付近に配置するた
め、所望の形状はなだらかな曲線形状である。このため
階調数はさほど必要としない。したがって、寸法の比較
的大きい単位セルで構成し、放射線状に単位セルを配置
している。

【００４２】（イ）は周辺部分に配置するため、所望の
形状は急激に変化する曲面形状である。このため階調数
は多くを必要とする。したがって、ＭＬＡの四隅に近づ
くにつれて寸法の小さな単位セルで構成し、ドット寸法
も小さくする必要がある。また、単位セルの形状も四角
形だけでなく、三角形のものも配置し、単位セル内での
ドットの位置を変更することにより光透過量の隣接効果
に対処しやすくしている。

【００４３】図６は、代表的な単位セル内の光透過領域
又は遮光領域の増加又は減少の起点となる初期パターン
の位置の違いと、光透過量又は遮光量を変化させる方法
を示している。いずれも最も外側の正方形が単位セルを
表わし、内側の正方形はそれぞれ光透過領域又は遮光領
域を表わしている。（Ａ）では単位セルの中央に起点が
あり、（Ｂ）では四隅のいずれかに起点が配置されてい
ることを表わしている。

【００４４】図７は、光を透過する開口部（Ｃｒがない
部分）を増加させていく例を示している。特に説明はし
ないが、光透過面積を減少させていく場合も同様であ
る。（ア）は螺旋状に中心から面積を増やす方法である
ことの例を示している。この例は、ある単位セルＮｏ．
からのドットの増加方法の代表例を示している。また、
ある代表的な１ドットづつの増加方法あるいは減少方法
を示している。したがって、ここに示したドットの中心
に配置した初期四角形形状の寸法やドット寸法はモデル
的なものであり、本発明では正方形に限定されるもので
はなく、長方形、三角形等の多角形でも構わない。ま
た、当然のことながら楕円形状を含む円形状でもよい。

【００４５】図７（イ）は単位セルが正六角形の場合の
例を示している。この場合は、斜線部で示されるドット
は円であり、その大きさを変えることにより透過量又は
遮光量が変化していく。また、ドットの面積の増加・減
少は入力時のインプットデータであり、マスクの製作条
件によってはレーザー光の太りやウエットエッチングの
サイドエッチングなどにより形状が崩れることがある。

【００４６】（実施例２） 液晶用微小寸法ＭＬＡの製作：実施例２は、微小ピッチ
ＭＬＡの例で、マイクロレンズの隣接間隔を限りなく零
に近づけた例である。液晶プロジェクタ用ＭＬＡにおい
て、０．９”−ＸＧＡ用の画素サイズは、１８μｍ×１
８μｍである。

【００４７】このＭＬＡにおいては、レンズの両側に各
１μｍづつのレンズ非形成部がある場合は、１６μｍ×
１６μｍのマイクロレンズ領域となり、全体の面積に占
めるＭＬＡ面積は、１６×１６／１８×１８＝２５６／
３２４＝７９．０となり、ＭＬＡで全ての光を有効に集
光することができても７９パーセントの集光効率でしか
ない。即ち、ＭＬＡの非形成部の面積を小さくすること
が光利用効率を向上させるには重要である。

【００４８】実施例１の方法によって製作したレチクル
を予め用意する。具体的には、本実施例では、１／５倍
（縮小の）ステッパーを用いるため、実際に製作したレ
チクルパターン寸法は、９０μｍ×９０μｍである。こ
の一個のＭＬＡを３．０μｍの単位セルに分割し縦×横
＝３０×３０（個）＝９００（個）の単位セルに分割す
る。

【００４９】次に、中央部の２×２単位セル（レチクル
上では６μｍ×６μｍ、実際のパターンでは１．２μｍ
×１．２μｍ）にはセルＮｏ．１番（クロム全部残り）
を配置する。また、レンズ四隅部分はセルＮｏ．８０番
（クロム残り部分なし）を配置する。この間のＮｏ．１
〜Ｎｏ．８０のセルには、各「階調」に対応する「開口
面積」を対応させる。この関係は、露光プロセスとレジ
スト感度曲線から得られる関係である。勿論、レジスト
材料やプロセスが異なればその都度感度曲線を把握する
必要がある。このようにして、ＭＬＡマスクレチクルの
ＣＡＤデータを作成する。本件実施例では、図３、図４
（ア）〜（カ）の方式を用いてＣＡＤプログラムを製作
した。

【００５０】液晶用微小寸法ＭＬＡ製作の具体例：上記
のようにして作成したＣＡＤデータを図２に示したレー
ザー光照射装置にインストールして、Ｘ，Ｙステージと
レーザー光のＯＮ，ＯＦＦ及びビーム形状をアパチャー
で制御しながら、所定の方法でレチクルマスクに露光し
た。そして、所定の方法で現像、リンスを行なった。そ
の後、Ｃｒウエットエッチング液にてＣｒエッチングを
行なった。

【００５１】その結果を表２に示す。

【表２】

【００５２】表２において、ドット面積増加方式の左欄
は、レーザービームによる描画ビーム形状を矩形状と
し、その描画ビームを螺旋状に移動させていくことによ
り描画領域を増加させていく方式である。右欄は、描画
ビーム形状を円形状とし、その描画ビームの直径を大き
くすることにより描画領域を増加させていく方式であ
る。

【００５３】表２の結果における「再現性」は、実施例
で行なったレーザービーム描画方法を電子線描画方法と
比較した結果として示している。電子線描画方法では描
画領域の形状に拘らず、電子線を走査することにより所
定の領域を描画する。電子線描画方法の場合、描画領域
の寸法が０.５μm×０.５μｍ以上のときは再現性がよ
いが、それより小さい寸法になると再現性が悪くなる。

【００５４】それに対し、レーザービーム描画方法で
は、描画ビーム形状を矩形にして描画領域を螺旋状に増
加させていくことにより電子線描画方法よりも高い再現
性を得ることができる。描画領域が円形の場合には、レ
ーザービーム描画方法は描画領域の直径が０.２μｍ以
上のときは非常に高い再現性を得ることができる。描画
領域の直径が０.２μｍより小さくなると再現性が悪く
なってくるが、電子線描画方法では描画領域の寸法が
０.５μｍより小さくなると再現性が悪くなるのに比べ
ると、再現性が格段に優れている。

【００５５】「隣接効果」の予測は単位セルの形状に依
存する。単位セル形状が正方形や長方形の場合には矩形
のドットにより正確に描画できるため、隣接効果を計算
で予測することができる。しかし、単位セル形状が三角
形の場合は正確に描画することが難しい。特にエッジ部
分では正確な描画は難しい。そのため、隣接効果を計算
で予測することも難しい。

【００５６】これらの結果から、図４の（ア）、（イ）
のマスクが最も良い出来であったのでこれを使用した。
尚、図４の（ア）の配置では、図６の（Ａ）タイプ、
（Ｂ）タイプどちらも良好な結果を得ることができた。
図４の（イ）の配置では図６の（Ａ）タイプのドット配
置で実施した。但し、各方法とも長所、欠点があるので
それぞれ目的形状に応じて使い分けが可能である。この
実施例では、基本セルとして図４の（ア）のパターンを
用い、図６の（Ａ）タイプで光透過量を変化させてＣＡ
Ｄデータを作成した。

【００５７】このようにして、目的とする開口寸法を有
し、かつ濃度分布を有するレチクルを製作した。次に、
このレチクルをマスクとして使用し、図８に示す縮小投
影露光装置（１／５ステッパー）を使用して露光を行な
って、レジストパターンを形成し、それを光学デバイス
用材料に転写して製作した液晶プロジェクタ用ＭＬＡの
例を述べる。

【００５８】まず、その縮小投影露光装置の説明を行な
う。光源ランプ３０からの光は、集光レンズ３１により
集光され、露光用マスク３２を照射する。マスク３２を
透過した光は、縮小倍率の結像レンズ３３に入射し、ス
テージ３４上に載置された光学デバイス用材料３７の表
面に、マスク３２の縮小像、即ち、透過率分布の縮小像
を結像する。光学デバイス用材料３７を載置したステー
ジ３４は、ステップモーター３５，３６の作用により、
結像レンズ３３光軸に直交する面内で、互いに直交する
２方向へ変位可能であり、光学デバイス用材料３７の位
置を、結像レンズ３３の光軸に対して位置合わせできる
ようになっている。

【００５９】結像レンズ３３によるマスク３２の縮小像
を、光学デバイス用材料３７のフォトレジスト層表面に
結像させる。この露光を、光学デバイス用材料３７の全
面にわたって密に行なう。液晶プロジェクタ用ＭＬＡを
製作するために、ネオセラム基板を用意し、この基板上
に前述のＴＧＭＲ−９５０レジストを８．５６μｍの厚
さに塗布した。次にホットプレートで、１００℃にてベ
ーク時間１８０秒でプリベークした。

【００６０】この基板を図８の１／５ステッパーで露光
した。露光条件は、デフォーカス：＋２５μｍ、照射
量：３９０ｍＷ×１．９２秒（照度：７２０ｍＪ）であ
る。ここで、デフォーカス量の表示の＋の符号は、焦点
がレジスト表面の上方にあることを意味している。

【００６１】この条件で露光後、ＰＥＢ（ポスト・エキ
スポージャー・ベーク）を６０℃にて２５分実施した。
ついで、紫外線硬化装置にて１８０秒間紫外線を照射し
ながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを
行った。紫外線硬化装置は、レジストの露光に使用する
波長よりも短波長でレジストを硬化させることのできる
波長を照射する。この操作によって、レジストの耐プラ
ズマ性は向上し、次工程での加工に耐えられるようにな
る。

【００６２】その後、上記基板をＩＣＰ（誘導結合型プ
ラズマ）ドライエッチング装置にセットし、真空度：
１．５×１０^-3Ｔｏｏｒ、ＣＨＦ₃：５．０、ＣＦ₄：５
０、Ｏ ₂：２０ｓｃｃｍ、基板バイアス電力：６００
Ｗ、上部電極電力：１．２５ＫＷ、基板冷却温度：−２
０℃の条件下でドライエッチングを行った。またこの
時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化さ
せ、時間変化と共に選択比が大きくなるように変更しな
がらエッチングを行った。基板の平均エッチング速度
は、０．６３μｍ／分であったが、実際のエッチンング
時間は、１１．５分を要した。エッチング後のレンズ高
さは、５．３３μｍであった。

【００６３】（実施例３）濃度分布マスク工法が最も有
効性を発現する製品として以下のものが挙げられる。 （１）レジスト熱変形工法では、微小寸法のフレネルレ
ンズの形成は、不可能であった。→濃度分布マスク技術
はこれを可能とする。 （２）レジスト熱変形工法では、製作可能なレンズ寸法
が、限られており、直径５００μｍ程度が大口径レンズ
の限界であった。→濃度分布マスク工法は、大口径レン
ズも製作可能である。 （３）非球面形状を製作するのに、多くのデータ蓄積と
ノウ・ハウを必要としていた。→濃度分布マスク工法
は、色々な形状を製作できる。

【００６４】濃度分布マスク工法は、上記のような特徴
を有する。これらの特徴を最も良く表す形状の１つとし
て、フレネルレンズの例を挙げる。本実施例ではフレネ
ルレンズとして、焦点距離：ｆ＝６.２５（ｍｍ）、開
口数：ＮＡ＝０.４（１０λギャップ）の６５輪帯のフ
レネルレンズを製作した。図９はそのフレネルレンズ４
２の光軸Ｏから右側の部分の一部を示したものであり、
ｔは基板の厚さ、ｈ(ｎ)（ｎ＝１，２，３・・・）は光
軸Ｏから各輪帯までの面高さ、△Ｚ(ｎ)は各輪帯の表面
から谷までの深さを表わすサグ量、θは傾き角である。

【００６５】ここで、フレネルレンズの各輪帯の曲面形
状を表わす非球面式：Ｚ(ｎ)は、 Ｚ(ｎ)＝ｃｈ(ｎ)²／｛１＋（１−（Ｋ＋１）ｃ²ｈ(ｎ)
²）^1/2｝＋Ａｈ(ｎ)⁴＋Ｂｈ(ｎ)⁶＋Ｃｈ(ｎ)⁸＋Ｄｈ
(ｎ)¹⁰ で表わされ、面高さ：ｈ(ｎ）は、 h(n)＝（Ｘ²＋Ｙ²）^1/2 であり、傾き角θは、 θ＝arctan(ｄｚ／ｄｈ） であり、傾斜度ｄｚ／ｄｈは、 ｄｚ／ｄｈ＝ｃｈ(ｎ)²／｛（１−（Ｋ＋１）ｃ²ｈ(ｎ)
²）^1/2｝＋４Ａｈ(ｎ)³＋６Ｂｈ(ｎ)⁵＋８Ｃｈ(ｎ)⁷＋
１０Ｄｈ(ｎ)⁹ である。また、 設計波長λ＝７８０（ｎｍ）、 基板厚さｔ＝１±０．０５（ｍｍ） （平行度：φ５ｍｍで０.１μｍ以下）、 基板の屈折率ｎ＝１.５１１１８、 バックフォーカスＢＦ＝５.５８８２６８ である。また、各非球面係数は、ｃ＝１／Ｒ ＝０.３１３００３２５１（曲率半径Ｒ＝３.１９４８５
５）、 Ｋ＝−０.８７９８５５５３２、 Ａ＝−０.０００１０５９５１、 Ｂ＝６.２００６１３×１０^-6、 Ｃ＝０、 Ｄ＝０ である。また、１〜６５の輪帯のサグ量を計算した結果
を図１０〜図１４に示す。

【００６６】以上に基づいて６５輪帯のフレネルレンズ
を設計したが、図１０〜図１４に示す設計値ではフレネ
ルレンズの中央と外周側とでは輪帯の高さ（サグ量：Δ
Ｚ（ｎ））に１.５μｍ程度の差があるため、フレネル
レンズの各輪帯の高さが１５.５μｍの同じ高さになる
ようにレンズ設計を補正し、この補正した値でフレネル
レンズを製作した。フレネルレンズの場合には、外周部
輪帯の曲率が大きくなるため、単位セル形状を２μｍ×
２μｍの正方形、ドット形状を円形状（同心円状に面積
を増加させる方法）、ドット配置を中心配置として濃度
分布マスクを製作した。

【００６７】実施例１のＭＬＡの場合と同様に、感度曲
線と計算式からＧマスクパターンＮｏ．の配列を決定
し、図２のレーザー光照射装置を用いてＣＡＤデータの
パターンを描画した。また、実施例１と同様の方法によ
って、現像、リンスして濃度分布マスクを製作した。

【００６８】次に、上記マスクを使用して製作するフレ
ネルレンズの例を述べる。ＢＫ−７ガラス基板を用意
し、この基板上に記述のＴＧＭＲ−９５０レジストを約
８.５μｍの厚さに塗布する。次に、ホットプレートを
用いて、１００℃にてベーク時間１８０秒でプリベーク
した。この基板を１／２．５ステッパーで露光した。露
光条件は、デフォーカス：＋２５μｍ、照射量：３９０
ｍＷ×１.９２秒（照度：７２０ｍＪ）である。

【００６９】この条件で露光後、ＰＥＢを６０℃にて２
５分実施した。ついで、紫外線硬化装置にて１８０秒間
紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストの
ハードニングを行った。この操作によって、レジストの
耐プラズマ性は向上し、次工程での加工に耐えられるよ
うになる。この段階で、レジスト高さは、７．５μｍで
あった。

【００７０】上記基板をＩＣＰドライエッチング装置に
セットし、真空度：１．５×１０^-3Ｔｏｏｒ、ＣＨ
Ｆ₃：１０．０、ＣＬ₂：１．０、ＣＦ₄：１５．０、
Ｏ₂：０．９ｓｃｃｍ、基板バイアス電力：１ＫＷ、上
部電極電力：１．２５ＫＷ、基板冷却温度：−２０℃の
条件下でドライエッチングを行った。またこの時、基板
バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間
変化と共に選択比が大きくなるように変更しながらエッ
チングを行った。基板の平均エッチング速度は、１．１
７μｍ／分であった。また、選択比は、２．０７で、エ
ッチング後のレンズ高さは、１５．５５μｍであった。
実際のエッチンング時間は、１３．５分を要した。

【００７１】本発明は、濃度分布マスク工法を用いるこ
とによって、上記問題点を解決する方法の提案である。
濃度分布マスク工法はレジスト熱変形工法に比べて次の
ような利点をもっている。 （１）実施例１は、微小ピッチＭＬＡの例で、隣接間隔
を限りなく零に近づけた例である。このＭＬＡは隣接部
の高さが隣接接線断面で異なっている。しかし、この形
状を従来のレジスト熱変形工法で製作しようとしても目
的の設計通りのＭＬＡ構造を製作できない。また従来の
レジスト熱変形工法では、レジストの複数回塗布工法に
よって間隔を小さく、あるいは、隣接断面高さを目的地
に近づけることはできるが、独立（孤立）したレジスト
ブロックを形成するために隣接するＭＬＡの間隔を零に
することは事実上不可能である。 （２）フレネルレンズの形成は、従来のレジスト熱変形
方法では不可能であった。 （３）従来のレジスト熱変形工法では、直径５００μｍ
程度が大口径レンズの限界であった。 （４）非球面形状を容易に製作できる。 （５）トロイダル等の異形レンズを容易に製作できる。 （６）プリズム、ピラミッド等に代表される単調増加の
凸構造が容易に製作できる。 （７）マイクロマシニング等の複雑な構造物を容易に製
作できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明の濃度分布マスクは、適当な形状
及び大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、
各単位セル内の遮光パターンは形成しようとする感光性
材料パターンの対応した位置の高さに応じた光透過量又
は遮光量となるように設定されて遮光パターンが構成さ
れているので、描画ビーム形状に合わせた最適な設計方
法を選択することができる。単位セルの形状や大きさが
複数種類となるように濃度分布マスクを単位セルに分割
すれば、例えばある部分では小さい単位セルに分割して
単位セル内の隣接効果が小さく急激な傾斜面での階調数
を多くとるようにするなど、目的とする表面形状製作の
自由度が高くなり、また濃度分布マスク全体を微細な単
位セルで構築する場合に比べて安価に製作することがで
きるようになる。単位セル内の遮光パターンの周辺部で
光透過率が連続的に変化している濃度分布マスクを用い
たり、デフォーカス状態で露光したりすれば、隣接する
単位セル間の境界での光量変化が少なくなり、より平滑
な表面形状を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光透過量やその隣接効果を説明する図である。

【図２】濃度分布マスクの製作に用いるレーザー光照射
装置の一例を示す概略構成図である。

【図３】マイクロレンズ用濃度分布マスクの一例を示す
遮光パターンの図である。

【図４】６種類の単位セル形状の例を示す図である。

【図５】ＭＬＡの濃度分布マスクに配置される単位セル
の例を示す図である。

【図６】単位セル内の光透過領域又は遮光領域の増加又
は減少の起点となる初期パターンと光透過量又は遮光量
を変化させる方法を示す図である。

【図７】単位セル内の光透過領域又は遮光領域を増加又
は減少させる方法を示す図で、（ア）は単位セルが長方
形の場合、（イ）は単位セルが正六角形の場合の例出あ
る。

【図８】縮小投影露光装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図９】フレネルレンズの一部を示す断面図である。

【図１０】設計したフレネルレンズの１〜４輪帯を示す
図である。

【図１１】同フレネルレンズの４〜１５輪帯を示す図で
ある。

【図１２】同フレネルレンズの１５〜３３輪帯を示す図
である。

【図１３】同フレネルレンズの３３〜５８輪帯を示す図
である。

【図１４】同フレネルレンズの５８〜６５輪帯を示す図
である。

【符号の説明】

１ レーザー光発振装置 ２ ビームスブリッター ４ 光変調器 ５ 光変調制御装置 ６ 光備向器 ７ 対物レンズ ８ Ｘ−Ｙステージ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に３次元構造の感光性材料パター
   ンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫り
   写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造
   する際に、前記感光性材料パターンを形成するための露
   光に用いる濃度分布マスクにおいて、 この濃度分布マスクは透明基板上に２次元の光強度分布
   を有する遮光パターンが形成されたものであり、 この濃度分布マスクは適当な形状及び大きさの単位セル
   により隙間なく分割されており、各単位セル内の遮光パ
   ターンが前記感光性材料パターンの対応した位置の高さ
   に応じた光透過量又は遮光量となるように設定されてい
   ることにより前記遮光パターンが構成されていることを
   特徴とする濃度分布マスク。
2. 【請求項２】 単位セルは形状と大きさの少なくとも一
   方が異なる複数種類を含んでいる請求項１に記載の濃度
   分布マスク。
3. 【請求項３】 前記単位セルは、前記感光性材料パター
   ンの高さの変化の緩やかな部分に対応した位置では大き
   く、感光性材料パターンの高さの変化の激しい部分に対
   応した位置では小さくなるように少なくとも２種類の大
   きさのものを含んでいる請求項２に記載の濃度分布マス
   ク。
4. 【請求項４】 この濃度分布マスクは透明基板上にパタ
   ーン化された遮光膜が形成されたものであり、前記単位
   セル内の遮光パターンは、前記遮光膜が、その周辺部で
   は周辺に向って膜厚が連続的に厚くなって、光透過率が
   連続的に変化している請求項１から３のいずれかに記載
   の濃度分布マスク。
5. 【請求項５】 この濃度分布マスクは銀塩用写真原版が
   露光され現像されて形成されたものであり、前記単位セ
   ル内の遮光パターンは、その周辺部では周辺に向って黒
   化度が連続的に小さくなって、光透過率が連続的に変化
   している請求項１から３のいずれかに記載の濃度分布マ
   スク。
6. 【請求項６】 前記単位セル内の遮光パターンは、光透
   過又は遮光のための均一な大きさの領域が所定数配置さ
   れていることにより光透過量又は遮光量が設定されてい
   る請求項１から５のいずれかに記載の濃度分布マスク。
7. 【請求項７】 前記単位セル内の光透過領域又は遮光領
   域は、単位セル内の中心から周辺方向に向って光透過量
   又は遮光量が増加又は減少するように配置されている請
   求項６に記載の濃度分布マスク。
8. 【請求項８】 前記単位セル内の光透過領域又は遮光領
   域は、単位セル内の一端から他端へ向って光透過量又は
   遮光量が増加又は減少するように配置されている請求項
   ６に記載の濃度分布マスク。
9. 【請求項９】 前記単位セル内の遮光パターンは円形で
   単一の光透過領域又は遮光領域であり、その領域の大き
   さにより光透過量又は遮光量が設定されている請求項１
   から５のいずれかに記載の濃度分布マスク。
10. 【請求項１０】 請求項４に記載の濃度分布マスクを製
    造する方法であって、 透明基板上に遮光膜を形成したマスクブランクスの前記
    遮光膜上にポジ型感光性材料層を形成し、 目的とする光強度分布を有する遮光膜パターンを形成す
    るための感光性材料パターンを形成するために、出力可
    変の露光用光ビームを用い、単位セル内で残存させる感
    光性材料パターンが周辺部で膜厚が周辺に向って連続的
    に厚くなるように前記感光性材料層を露光し、 現像をしてその感光性材料層に感光性材料パターンを形
    成した後、 その感光性材料パターンをマスクとして異方性ドライエ
    ッチングにより前記遮光膜をエッチングして、単位セル
    内の遮光膜パターンがその周辺部では周辺に向って膜厚
    が連続的に厚くなって光透過率が連続的に変化する遮光
    膜パターンを形成することを特徴とする濃度分布マスク
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項５に記載の濃度分布マスクを製
    造する方法であって、 銀塩用写真原版に目的とする光
    強度分布を有する銀塩パターンを形成するために、出力
    可変の露光用光ビームを用い、単位セル内で形成される
    銀塩パターンが周辺部で黒化度が周辺に向って連続的に
    小さくなるように前記銀塩用写真原版を露光し、 現像をしてその銀塩用写真原版に単位セル内の銀塩パタ
    ーンがその周辺部では周辺に向って黒化度が連続的に小
    さくなって光透過率が連続的に変化する銀塩パターンを
    形成することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法。
12. 【請求項１２】 基板上に３次元構造の感光性材料パタ
    ーンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫
    り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製
    造する方法において、 前記基板上に感光性材料層を形成し、請求項４又は５に
    記載の濃度分布マスクを用いたフォトリソグラフィ工程
    により前記感光性材料パターンを形成することを特徴と
    する３次元構造体製造方法。
13. 【請求項１３】 基板上に３次元構造の感光性材料パタ
    ーンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫
    り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製
    造する方法において、 前記基板上に感光性材料層を形成し、請求項１から９の
    いずれかに記載の濃度分布マスクを用い、焦点を感光性
    材料層からずらしたデフォーカス状態の投影露光による
    フォトリソグラフィ工程により前記感光性材料パターン
    を形成することを特徴とする３次元構造体製造方法。
14. 【請求項１４】 基板上に３次元構造の感光性材料パタ
    ーンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫
    り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製
    造する方法において、 前記基板上に感光性材料層を形成し、請求項１から９の
    いずれかに記載の濃度分布マスクを用い、露光時間内に
    前記基板と前記濃度分布マスクの一方又は両方を面内で
    移動させることによりデフォーカス状態の露光としたフ
    ォトリソグラフィ工程により前記感光性材料パターンを
    形成することを特徴とする３次元構造体製造方法。
15. 【請求項１５】 製造される３次元構造体は、その表面
    が連続面のみで構成される光学素子である請求項１２、
    １３又は１４に記載の３次元構造体製造方法。
16. 【請求項１６】 製造される３次元構造体は、その表面
    が連続面と不連続面で構成される光学素子である請求項
    １２、１３又は１４に記載の３次元構造体製造方法。