JP2007156055A - グレイスケールマスク、マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、空間光変調装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき
、レジスト形状を正確に形成することが可能なグレイスケールマスク等を提供すること。
【解決手段】所定のパターンでレジスト層を露光するために光透過率の分布が決定された
グレイスケールマスクであって、それぞれ光透過率が設定された複数の単位セルを有し、
第１のレジスト形状に応じて露光されたレジスト層を用いて第２のレジスト形状を形成す
るように光透過量の分布ＬＤ２が決定され、かつ、第１のレジスト形状に応じてレジスト
層を露光する場合と比較して単位セルの幅より短い長さだけ光透過率の分布をシフトさせ
る。
【選択図】図１０

Description

本発明は、グレイスケールマスク、マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、空間
光変調装置及びプロジェクタ、特に、三次元微細構造を有するマイクロレンズ等の光学素
子を製造するためのグレイスケールマスクの技術に関する。

従来、三次元微細構造を有する光学素子の製造において、例えば、フォトリソグラフィ
技術が用いられている。フォトリソグラフィは、光反応性の感光材料であるレジスト層を
基板に塗布し、露光、現像することでレジスト層にパターンを形成する技術である。レジ
スト層にパターンを形成した後エッチング等を施すことで、レジスト層のパターンを基板
に形成することができる。レジスト層に所望のパターンを形成する方法として、例えば、
グレイスケールマスクを介してレジストを露光する技術が用いられている。グレイスケー
ルマスクは、所望のレジスト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定された複数の単位
セルを備えている。単位セルの光透過率は、例えば、単位セルに占める開口部の面積の割
合である面積開口率によって決定することができる。面積開口率により光透過率を決定す
るグレイスケールマスクを用いる技術として、例えば、特許文献１に提案されている技術
がある。特許文献１に提案されている技術は、複数のグレイスケールマスクを用意し、少
なくとも一のグレイスケールマスクを用いるときに、他のグレイスケールマスクを用いる
ときと露光時間を異ならせるものである。また、例えば、特許文献２には、レジストを加
熱処理する技術が提案されている。

特開２００４−３１００７７号公報 特開２００３−９１０６６号公報

単位セルごとに光透過率を変化させると、グレイスケールマスクの光透過率は二次元方
向において段階的に変化するように分布することとなるため、平滑な面を得たい場合でも
レジスト層に段形状が形成される場合がある。光学素子は、光の屈折等の機能を果たすた
めに正確な形状であることが要求されることから、設計には無い段形状の形成を回避する
ことが望まれる。これに対して、複数のグレイスケールマスクにおいて露光時間を異なら
せることでは二次元方向におけるレジスト深さの分布の粗さは変わらず、段形状の形成を
回避できないことが考えられる。レジストに加熱処理を施すことでは、段形状の平滑化が
可能であっても、レジスト形状の深さや曲率等にまで加熱の影響が及ぶことで正確な形状
を得られない場合が考えられる。このように、従来の技術では、光透過率が段階的に変化
するように分布することによる段形状の形成を回避することが困難であることから、正確
なレジスト形状を得ることが難しいという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みて
なされたものであり、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形
成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することが可能なグレイスケールマスク、マイ
クロレンズの製造方法、マイクロレンズ、空間光変調装置、及びプロジェクタを提供する
ことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、所定のパターンでレ
ジスト層を露光するために光透過率の分布が決定されたグレイスケールマスクであって、
それぞれ光透過率が設定された複数の単位セルを有し、第１のレジスト形状に応じて露光
されたレジスト層を用いて第２のレジスト形状を形成するように光透過率の分布が決定さ
れ、かつ、第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光する場合と比較して単位セルの
幅より短い長さだけ光透過率の分布をシフトさせることを特徴とするグレイスケールマス
クを提供することができる。

第１のレジスト形状に応じた露光には、従来と同様の光透過率分布を備えるグレイスケ
ールマスクを用いることができる。第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光する場
合と比較して単位セルの幅より短い長さだけ光透過率の分布をシフトさせることにより、
第１のレジスト形状に応じた露光のみを行う場合と比較して、光透過率の分布を細かく設
定することが可能となる。光透過率の分布を細かくすることで、レジスト層上における光
量の変化を連続的なものに近づけ、平滑な面を形成することができる。これにより、光透
過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき、レジスト形
状を正確に形成することが可能なグレイスケールマスクを得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光
する場合と比較して単位セルの幅の略半分の長さだけ光透過率の分布をシフトさせること
が望ましい。第１のレジスト形状に対して単位セルの略半分の長さだけ光透過率の分布を
シフトさせることで、レジスト層上における光量の変化をより連続的なものとすることが
可能となる。これにより、平滑な面を形成することができる。

さらに、本発明によれば、第１のレジスト形状に応じて光透過率の分布が決定されたグ
レイスケールマスクを用いてレジスト層を露光する第１の露光工程と、第１のレジスト形
状に応じて露光されたレジスト層を用いて第２のレジスト形状を形成するように光透過率
の分布が決定されたグレイスケールマスクを用いてレジスト層を露光する第２の露光工程
と、第２のレジスト形状を他の部材へ転写することでレンズ形状を形成するレンズ形状形
成工程と、を含み、光透過率の分布は、それぞれ光透過率が設定された複数の単位セルに
より決定され、第２の露光工程において第２のレジスト形状を形成するための光透過率の
分布が、第１の露光工程において第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光するため
の光透過率の分布と比較して、単位セルの幅より短い長さだけシフトされることを特徴と
するマイクロレンズの製造方法を提供することができる。第１の露光工程と第２の露光工
程とで、単位セルの幅より短い長さだけ光透過率の分布をシフトさせることにより、光透
過率の分布を変化させず露光を行う場合と比較して、光透過率の分布を細かく設定するこ
とが可能となる。光透過率の分布を細かくすることで、レジスト層上における光量の変化
を連続的なものに近づけ、平滑な面を形成することができる。また、マイクロレンズの外
周近くに相当する部分について正確な深さ分布を備える第２のレジスト形状を安定して形
成することが可能となる。マイクロレンズの外周近くに相当する部分を正確に形成するこ
とで、入射光を所定の方向へ高い効率で進行させ、高い性能を備えるマイクロレンズを形
成することができる。これにより、光透過率が段階的に変化するように分布することによ
る段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の露光工程において、第１のグレイスケー
ルマスクを用いてレジスト層を露光し、第２の露光工程において、第１のグレイスケール
マスクとは光透過率の分布が単位セルの幅より短い長さだけシフトされた第２のグレイス
ケールマスクを用いてレジスト層を露光することが望ましい。これにより、光透過率の分
布をシフトさせた複数のパターンによるレジスト層の露光を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の露光工程において用いたグレイスケール
マスクを移動させるグレイスケールマスク移動工程を含み、第２の露光工程では、グレイ
スケールマスク移動工程にて移動させたグレイスケールマスクを用いてレジスト層を露光
することが望ましい。グレイスケールマスクは、例えば、光透過率を分布させる光透過率
分布領域の中心位置をシフトさせるように移動させることができる。グレイスケールマス
クの移動により、光透過率の分布をシフトさせた複数のパターンによるレジスト層の露光
を行うことができる。また、１つのグレイスケールマスクによる複数回の露光を行うこと
を可能とすることで、使用するグレイスケールマスクの数を少なくできるほか、グレイス
ケールマスクを交換する工程を少なくすることができる。これにより、光透過率の分布を
シフトさせた複数のパターンによるレジスト層の露光を安価に行うことができる。

さらに、本発明によれば、上記のグレイスケールマスクを用いて製造されることを特徴
とするマイクロレンズを提供することができる。上記のグレイスケールマスクを用いた露
光により、段形状の形成を回避でき、レジスト形状を正確に形成することが可能である。
これにより、高い精度で形成され、光の進行方向を正確に制御可能なマイクロレンズを得
られる。

さらに、本発明によれば、上記のマイクロレンズの製造方法により製造されることを特
徴とするマイクロレンズを提供することができる。これにより、高い精度で形成され、光
の進行方向を正確に制御可能なマイクロレンズを得られる。

さらに、本発明によれば、上記のマイクロレンズを備えることを特徴とする空間光変調
装置を提供することができる。上記のマイクロレンズを備えることで、正確な形状のマイ
クロレンズにより光を効率的に利用することが可能である。これにより、光を効率的に利
用でき、高効率で明るく、高コントラストな画像を得るための空間光変調装置を得られる
。

さらに、本発明によれば、上記の空間光変調装置を備えることを特徴とするプロジェク
タを提供することができる。上記の空間光変調装置を用いることで、高効率で明るく、高
コントラストな画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るグレイスケールマスク２０について説明するものであ
って、グレイスケールマスク２０を使用する縮小投影露光装置１０の構成を示すものであ
る。縮小投影露光装置１０は、グレイスケールマスク２０からの光を縮小させ、材料基板
１７の露光を行うものである。グレイスケールマスク２０は、所定のパターンでレジスト
層を露光するために光透過率の分布が決定されている。グレイスケールマスク２０は、縮
小投影露光装置１０の光学系の光軸ＡＸ上であって、光源１１と投写レンズ１３との間に
配置されている。光源１１からの光は、グレイスケールマスク２０を透過した後、縮小倍
率の投写レンズ１３に入射する。投写レンズ１３からの光は、ステージ１５上に載置され
た材料基板１７上に入射する。縮小投影露光装置１０は、例えば、４３５ｎｍの波長を有
する光であるｇ線を用いるｇ線ステッパである。

図２は、グレイスケールマスク２０の構成を説明するものである。ここでは、単独のマ
イクロレンズを形成するためのグレイスケールマスク２０について説明を行う。複数のマ
イクロレンズをアレイ状に配列させたマイクロレンズアレイを形成する場合、図２に示す
グレイスケールマスク２０をアレイ状に配列させたものを用いることができる。グレイス
ケールマスク２０は、一辺の長さｄが７０μｍの正方形形状の光透過率分布領域を有する
。例えば、縮小投影露光装置１０により５分の１の縮小露光を行う場合、一辺の長さｄが
７０μｍのグレイスケールマスク２０により、一辺が１４μｍのマイクロレンズを形成す
ることができる。

グレイスケールマスク２０は、一辺の長さが２．５μｍの正方形形状を有する複数の単
位セル２１をアレイ状に配置して構成されている。複数の単位セル２１は、所望のレジス
ト形状に対応させてそれぞれ光透過率が設定されている。それぞれ光透過率が設定された
単位セル２１をアレイ状に配置することで、三次元微細構造を有するレジスト形状を形成
することができる。１つのグレイスケールマスク２０は、７８４（＝２８×２８）個の単
位セル２１を有している。グレイスケールマスク２０は、例えば、光透過率分布領域が有
する正方形形状の対角線ＤＬ上では、２４個に等分割されたエリアごとに光透過率を設定
することができる。

単位セル２１は、いずれも不図示の開口部及び遮光部を有する。開口部は、縮小投影露
光装置１０の光源１１（図１参照。）からの光を透過させる。開口部は、光を透過させる
微小セルにより構成されている。遮光部は、光源１１からの光を遮断させる。遮光部は、
光を遮断させる微小セルによって構成されている。単位セル２１の光透過率は、面積開口
率によって決定されている。面積開口率は、単位セル２１に占める開口部の面積の割合で
ある。

図３及び図４は、本発明のグレイスケールマスクを用いて形成されるマイクロレンズの
形状について説明するものである。マイクロレンズは、図３に示す一辺の長さｍが１４μ
ｍの正方形領域上に形成される。図４に示すグラフは、図３のｘｙｘｙ’断面におけるマ
イクロレンズの曲面を表している。マイクロレンズは、ｘｙｘｙ’断面において、頂点か
ら最下部までの高さが６μｍとなる。

図５は、γ特性の例を表すものである。γ特性は、面積開口率ＯＲと、露光によってレ
ジスト層に形成されるレジスト形状の深さとの関係を示すものである。ここでレジスト形
状の深さとは、レジスト層の光源１１側の表面から最も遠い位置、言い換えるとマイクロ
レンズの頂点に相当する位置をゼロとして、光源１１側の表面に近くなるに従い値が大き
くなるものとしている。レジスト形状の深さは、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡（Atomic
Force Microscope）や干渉型光学測定器、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microsc
ope）を用いて測定することができる。γ特性は、各値に面積開口率ＯＲを設定する場合
のレジスト形状の深さをプロットすることにより得られる。ここでは、レジスト材料とし
て、クラリアントジャパン社製のポジ型レジストＡＺＰ４９０３を使用する場合の例を説
明する。ポジ型レジストは、露光された部分が現像により取り除かれる。レジスト形状の
深さは、面積開口率ＯＲが大きいほど浅く、面積開口率ＯＲが小さいほど深くなる。

面積開口率ＯＲの変化に対応させて正確な高さのレジスト形状を形成するためには、面
積開口率ＯＲの変化に応じてγ特性が直線状の変化を示す範囲、例えば１０％から５０％
の面積開口率ＯＲにおいて階調を取ることが望ましい。また、レジストとして、γ特性が
直線状の変化を示すような材料を選定することが望ましい。本実施例において選定された
レジスト材料は、１０％から５０％の幅の面積開口率ＯＲにより６μｍのレジスト深さを
得るものである。γ特性が直線状の変化を示す範囲において階調を取ることによりレジス
ト深さを正確に制御し、高い精度のマイクロレンズを形成することが可能となる。

図６は、第１のレジスト形状に応じてレジスト層を露光するための第１のグレイスケー
ルマスク７０について説明するものである。グレイスケールマスク７０は、第１の露光工
程にて用いられる第１のグレイスケールマスクである。第１のグレイスケールマスク７０
は、図２を用いて説明した本発明のグレイスケールマスク２０と同様の構成を有する。こ
こでは、グレイスケールマスク７０における光透過率の分布を、開口部７１により模式的
に表している。開口部７１が大きいほど、高い光透過率であることを示している。第１の
グレイスケールマスク７０は、中心位置において最も高い光透過率を有し、中心位置から
離れるに従って低い光透過率となるような光透過率分布を有する。このように、第１のグ
レイスケールマスク７０は、マイクロレンズを形成するための従来のグレイスケールマス
クと同様の光透過率分布を有している。

図７は、第１のグレイスケールマスク７０のみを用いて形成されるレジスト形状Ｓ１と
、設計上のレジスト形状Ｓ０との比較を示す。第１のグレイスケールマスク７０は、本発
明のグレイスケールマスク２０と同様に、対角線ＤＬ（図２参照。）上で２４個に等分割
されたエリアごとに光透過率が設定される。このように第１のグレイスケールマスク７０
の光透過率は二次元方向において段階的に変化するように分布するため、平滑な面を有す
るレジスト形状Ｓ０に対して、段形状を有するレジスト形状Ｓ１が形成される場合がある
。マイクロレンズは、光の屈折等の機能を果たすために正確な形状であることが要求され
ることから、設計には無い段形状の形成を回避することが望まれる。

図８は、レジスト形状Ｓ１が形成されたレジスト層を加熱することで得られるレジスト
形状Ｓ２について説明するものである。レジスト形状Ｓ１が形成されたレジスト層に加熱
処理を施すことで、段形状が平滑化されたレジスト形状Ｓ２を得ることは可能と考えられ
る。但し、レジスト形状Ｓ２は、深さや曲率自体にまで加熱の影響が及ぶことにより、設
計されたレジスト形状Ｓ０とは大きく異なってしまう場合が考えられる。

図９は、レジスト形状Ｓ１が形成されたレジスト層に、反応性イオンエッチング（Reac
tive Ion Etching。以下、適宜「ＲＩＥ」という。）を施すことで得られるレジスト形状
Ｓ３について説明するものである。ＲＩＥは、プラズマから生成されたイオンを加速して
被エッチング物に衝撃させるものである。この場合、段形状の角を丸くできるにとどまり
、平滑な面を得ることは困難である。

図１０は、本発明のグレイスケールマスクである第２のグレイスケールマスク２０につ
いて説明するものであって、第１のグレイスケールマスク７０の第１の透過光量分布ＬＤ
１、及び第２のグレイスケールマスク２０の第２の透過光量分布ＬＤ２を比較するもので
ある。合計光量分布ＬＤ３は、第１の透過光量分布ＬＤ１、及び第２の透過光量分布ＬＤ
２を合計したものである。各光量分布ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、縦軸に任意単位の光量
、横軸にレジスト形状の中心位置を基準とする場合のレジスト上の位置を取って示してい
る。

第１の透過光量分布ＬＤ１は、レジスト形状を形成する領域の中心位置において最大光
量をなし、略同心円状に設定される。第１のグレイスケールマスク７０により形成される
第１のレジスト形状の中心位置は、レジスト形状を形成する領域の中心位置と一致する。
図１０に示す第２の透過光量分布ＬＤ２のうち、レジスト形状を形成する領域の中心位置
より右側については、第１の透過光量分布ＬＤ１を距離ｔだけ右へシフトしたものと一致
する。第２の透過光量分布ＬＤ２のうち、レジスト形状を形成する領域の中心位置より左
側については、第１の透過光量分布ＬＤ１を距離ｔだけ左へシフトしたものと一致する。
このように、第２の透過光量分布ＬＤ２は、第１の透過光量分布ＬＤ１を、レジスト形状
を形成する領域の中心位置から離れる方向へそのままシフトさせたものである。第２のグ
レイスケールマスク２０は、光透過率分布がシフトしている点以外の点については、第１
のグレイスケールマスク７０と同様に形成されている。

また、距離ｔは、単位セル２１の幅より短い長さであって、単位セル２１の幅の略半分
の長さに相当する。単位セル２１の幅の略半分の長さに相当する距離ｔだけ第２のグレイ
スケールマスク２０の光透過率の分布をシフトさせることで、いずれのグレイスケールマ
スク２０、７０の透過光量分布ＬＤ２、ＬＤ１よりも合計光量分布ＬＤ３のピッチを細か
くすることが可能となる。合計光量分布ＬＤ３のピッチを細かくすることにより、レジス
ト層上における光量の変化をより連続的なものにすることが可能となる。中心位置から離
れる方向へ第１のグレイスケールマスク７０の光透過率の分布をシフトさせた第２のグレ
イスケールマスク２０を用いることにより、レジスト層上の二次元方向について、光量の
変化をより連続的なものとすることができる。

図１１は、第２のグレイスケールマスク２０を用いた露光により形成される第２のレジ
スト形状Ｓ４と、設計上のレジスト形状Ｓ０とを比較するものである。レジスト層上にお
ける光量の変化をより連続的なものとすることで、上記のレジスト形状Ｓ１（図７参照。
）よりも段形状が平滑化された第２のレジスト形状Ｓ４を形成することが可能となる。ま
た、第２のレジスト形状Ｓ４は、上記のレジスト形状Ｓ１と比較して、マイクロレンズの
外周近くに相当する部分について、正確な深さ分布で安定して形成することが可能となる
。マイクロレンズの外周近くに相当する部分を正確に形成することで、入射光を所定の方
向へ高い効率で進行させ、高い性能を備えるマイクロレンズを形成することができる。こ
のように、第２のグレイスケールマスク２０を用いた露光により、段形状が少なく平滑な
面を有し、所望のレジスト形状Ｓ０に近いレジスト形状Ｓ４を得ることができる。これに
より、光透過率が段階的に変化するように分布することによる段形状の形成を回避でき、
レジスト形状を正確に形成できるという効果を奏する。

グレイスケールマスク２０の作成は、まず、平行平板である透明基板上に遮光膜を形成
することにより行う。透明基板としては、例えば石英基板を用いることができる。本実施
例のグレイスケールマスク２０は、遮光性部材であるクロムを用いて遮光膜を形成する。
そして、電子ビーム（ＥＢ）描画等により遮光膜を形成した透明基板に、開口部７１を形
成する。単位セル２１のうち開口部７１が形成された部分以外の部分が、遮光部となる。

図１２及び図１３は、本実施例のグレイスケールマスク２０を用いて、マイクロレンズ
を製造する手順を示す。まず、図１２に示す工程ａにおいて、基板１０１上にレジスト層
１０２を形成する。レジスト層１０２は、基板１０１上にレジスト材料を塗布し、さらに
プリベイクすることで形成される。次に、工程ｂにおいて、図１に示した縮小投影露光装
置１０であるｇ線ステッパを用いて、第１のグレイスケールマスク７０を介したレジスト
層１０２の露光を行う。レジスト層１０２は、グレイスケールマスク２０を透過し略５分
の１に縮小された光Ｌによって露光される。工程ｂは、第１のレジスト形状Ｓ５に応じて
光透過率の分布が決定された第１のグレイスケールマスク７０を用いて露光する第１の露
光工程である。工程ｂにおいて、第１のレジスト形状Ｓ５を有する露光領域１０３が形成
される。

第１の露光工程の後、第１のグレイスケールマスク７０を取り外し、縮小投影露光装置
１０へ第２のグレイスケールマスク２０を取り付ける。工程ｃでは、縮小投影露光装置１
０を用いて、第２のグレイスケールマスク２０を介したレジスト層１０２の露光を行う。
工程ｃは、第１のレジスト形状Ｓ１に応じて露光されたレジスト層１０２を用いて、第２
のレジスト形状Ｓ２を形成するように光透過率の分布が決定された第２のグレイスケール
マスク２０を用いてレジスト層１０２を露光する第２の露光工程である。工程ｃにより、
第１のレジスト形状Ｓ１より段形状が少なく平滑な面を有する第２のレジスト形状Ｓ４を
備える露光領域１０３が形成される。

なお、第１のグレイスケールマスク７０、第２のグレイスケールマスク２０のいずれも
、従来用いられる単独のマスクと同等の光透過率とする場合、第１の露光工程、第２の露
光工程のいずれも、従来の場合と比較して略半分の露光時間とすることが望ましい。さら
に、第１の露光工程、第２の露光工程のいずれも、従来の単独のマスクを用いる場合と同
等の露光時間とする場合、第１のグレイスケールマスク７０の光透過率、第２のグレイス
ケールマスク２０の光透過率のいずれも、従来のマスクと比較して略半分の光透過率とす
ることが望ましい。これにより、単独のマスクを用いる場合と同等の光量による露光を行
うことができる。

図１３に示す工程ｄでは、第２の露光工程後のレジスト層１０２を現像液により現像す
ることにより、第２のレジスト形状Ｓ４がレジスト層１０２に形成される。現像後のレジ
スト層１０２は、ポストベイクによりさらに硬化させる。このようにして、所望のレジス
ト形状Ｓ４がレジスト層１０２に形成される。

次に、工程ｅにおいて、レジスト層１０２及び基板１０１のエッチングを行う。レジス
ト層１０２及び基板１０１のエッチングにより、レジスト層１０２の第２のレジスト形状
Ｓ４が基板１０１に転写される。第２のレジスト形状Ｓ４を基板１０１へ転写することで
、基板１０１に、第２のレジスト形状Ｓ４と略同一のレンズ形状１０６が形成される。工
程ｅは、第２のレジスト形状Ｓ４を他の部材である基板１０１へ転写することでレンズ形
状１０６を形成するレンズ形状形成工程である。エッチングは、ドライエッチング、若し
くはドライエッチングとウェットエッチングとの組合せによって行う。

最後に、工程ｆにおいて、基板１０１及びカバー硝子１０７間のレンズ形状部分に透明
樹脂材料を充填させることで、マイクロレンズ１０８が形成される。複数のマイクロレン
ズ１０８を有するマイクロレンズアレイは、金型を用いた型転写により形成することとし
ても良い。金型は、第２のレジスト形状Ｓ４、又はレンズ形状１０６に無電解Ｎｉ鍍金を
施すことで製造する。次に、金型の形状を他の部材、例えばアクリル樹脂等へ型転写する
ことで、レプリカを作成する。これにより、簡便に大量のレプリカを製造できる。また、
マイクロレンズ１０８を型とした射出成形等により光学素子を形成しても良い。なお、本
実施例のグレイスケールマスク２０は、画像信号に応じて光を変調するための空間光変調
素子に用いられるマイクロレンズのほか、マイクロプリズムや、通信デバイス、医療デバ
イス等の他の光学素子の製造に用いることができる。

マイクロレンズの製造には、さらに、第１のグレイスケールマスク７０、及び第２のグ
レイスケールマスク２０以外の他のグレイスケールマスクを用いた露光を行うこととして
も良く、２つのグレイスケールマスク７０、２０を用いる場合に限られない。２つのグレ
イスケールマスク７０、２０とは光透過率の分布をシフトさせた他のグレイスケールマス
クを用いた露光をさらに行うこととしても良い。これにより、さらに段形状が少なく平滑
な面を有するレジスト形状を形成することができる。

また、マイクロレンズの製造には、２つのグレイスケールマスク７０、２０を用いる場
合に限られず、単独のグレイスケールマスク７０を移動させて用いることとしても良い。
この場合、図１２に示す工程ｃに先立ち第１のグレイスケールマスク７０を第２のグレイ
スケールマスク２０へ交換するのに代えて、第１の露光工程において用いたグレイスケー
ルマスク７０を移動させるグレイスケールマスク移動工程が含められる。また、第２の露
光工程では、グレイスケールマスク移動工程にて移動させたグレイスケールマスク７０を
用いてレジスト層を露光する。

グレイスケールマスク７０は、例えば、光透過率を分布させる光透過率分布領域の中心
位置をシフトさせるように移動させることができる。ここでは、図１４に示すように、直
交する二方向のいずれも所定の距離、例えば上述した距離ｔだけ光透過率の分布をシフト
させる。グレイスケールマスク７０の移動により、光透過率の分布をシフトさせた複数の
パターンによるレジスト層の露光を行うことができる。図１５に示すように、グレイスケ
ールマスク７０の第１の透過光量分布ＬＤ１と、第１の透過光量分布ＬＤ１の全体を距離
ｔだけシフトさせた第２の透過光量分布ＬＤ４とを重ね合わせることで、第１の透過光量
分布ＬＤ１よりも細かいピッチの合計光量分布ＬＤ５を得ることが可能となる。

また、１つのグレイスケールマスク７０による複数回の露光を行うことを可能とするこ
とで、使用するグレイスケールマスクの数を少なくするほか、グレイスケールマスクを交
換する工程を少なくすることができる。これにより、安価な手法により、互いに中心位置
をシフトさせた複数のパターンによるレジスト層の露光を行い、平滑な面を形成すること
ができる。なお、グレイスケールマスク７０の移動は、直交する二方向のいずれについて
も行う場合に限られず、所望のレジスト形状に応じて、二方向のうちのいずれか一方のみ
としても良い。

グレイスケールマスク７０を移動させる距離ｔは、例えば約１．２５μｍとなる。グレ
イスケールマスク移動工程には、例えば、通常のレチクルアライメントマークとはシフト
させたレクチルアライメントマークを設け、これに合わせてグレイスケールマスク７０を
移動させる手法や、グレイスケールマスク７０の座標設定を変更する手法が考えられる。
この他、縮小投影露光装置１０（図１参照。）自体にグレイスケールマスク７０の位置を
調整する機能を持たせることとしても良い。

図１６は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ２００の概略構成を示す。プロジェク
タ２００は、上記実施例１のグレイスケールマスクを用いて製造されたマイクロレンズを
備えることを特徴とする。プロジェクタ２００は、観察者側に設けられたスクリーン２１
６に光を供給し、スクリーン２１６で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわ
ゆるフロント投写型のプロジェクタである。

光源部２０１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、緑色光（以下、「Ｇ光」という
。）、及び青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する超高圧水銀ランプであ
る。インテグレータ２０４は、光源部２０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布
を均一化された光は、偏光変換素子２０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ
偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイ
クロイックミラー２０６Ｒに入射する。光源部２０１としては、超高圧水銀ランプを用い
る構成に限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いて
も良い。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ
光透過ダイクロイックミラー２０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー２０７に入射する。
反射ミラー２０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、空
間光変調装置２１０Ｒに入射する。空間光変調装置２１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて
変調する透過型の液晶表示装置である。

空間光変調装置２１０Ｒは、λ／２位相差板２２３Ｒ、硝子板２２４Ｒ、第１偏光板２
２１Ｒ、液晶パネル２２０Ｒ、及び第２偏光板２２２Ｒを有する。λ／２位相差板２２３
Ｒ及び第１偏光板２２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板２２４Ｒに接する
状態で配置される。これにより、第１偏光板２２１Ｒ及びλ／２位相差板２２３Ｒが、発
熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、第２偏光板２２２Ｒは、独立して
配置するほか、液晶パネル２２０Ｒの出射面や、クロスダイクロイックプリズム２１２の
入射面に接する状態で配置しても良い。

空間光変調装置２１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２２３Ｒによりｐ偏光
光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、硝子板２２４Ｒ及び第１偏光板２２１Ｒ
をそのまま透過し、液晶パネル２２０Ｒに入射する。液晶パネル２２０Ｒに入射したｐ偏
光光は、画像信号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。液晶パネル２２０Ｒの変調
により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板２２２Ｒから出射される。このように
して、空間光変調装置２１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロ
イックプリズム２１２に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折
り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー２
０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透
過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置２
１０Ｇに入射する。空間光変調装置２１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型
の液晶表示装置である。空間光変調装置２１０Ｇは、液晶パネル２２０Ｇ、第１偏光板２
２１Ｇ及び第２偏光板２２２Ｇを有する。

空間光変調装置２１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装
置２１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板２２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル２
２０Ｇに入射する。液晶パネル２２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調に
よりｐ偏光光に変換される。液晶パネル２２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ
光が、第２偏光板２２２Ｇから出射される。このようにして、空間光変調装置２１０Ｇで
変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１２に入射する
。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー２０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ２０８
と、２枚の反射ミラー２０７とを経由して、空間光変調装置２１０Ｂに入射する。空間光
変調装置２１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。な
お、Ｂ光にリレーレンズ２０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光
路の長さよりも長いためである。リレーレンズ２０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイ
クロイックミラー２０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置２１０Ｂに導くこ
とができる。空間光変調装置２１０Ｂは、λ／２位相差板２２３Ｂ、硝子板２２４Ｂ、第
１偏光板２２１Ｂ、液晶パネル２２０Ｂ、及び第２偏光板２２２Ｂを有する。空間光変調
装置２１０Ｂの構成は、上述した空間光変調装置２１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説
明は省略する。

空間光変調装置２１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装
置２１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２２３Ｂによりｐ偏光光に変換される
。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、硝子板２２４Ｂ及び第１偏光板２２１Ｂをそのまま透過
し、液晶パネル２２０Ｂに入射する。液晶パネル２２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信
号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。液晶パネル２２０Ｂの変調により、ｓ偏光
光に変換されたＢ光が、第２偏光板２２２Ｂから出射される。空間光変調装置２１０Ｂで
変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１２に入射する
。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１２は、２つのダイクロイック膜
２１２ａ、２１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜２１
２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光及びＲ光を透過する。ダイクロイック膜２１２ｂは、Ｒ光を
反射し、Ｇ光及びＢ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム２１２は
、各空間光変調装置２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及び
Ｂ光を合成する。投写光学系２１４は、クロスダイクロイックプリズム２１２で合成され
た光をスクリーン２１６に投写する。これにより、スクリーン２１６上にフルカラー画像
を表示することができる。

なお、上述のように、空間光変調装置２１０Ｒ及び空間光変調装置２１０Ｂからクロス
ダイクロイックプリズム２１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。ま
た、空間光変調装置２１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム２１２に入射される光は
、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム２１２に
入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム２１２にお
いて各空間光変調装置から出射される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜２１２ａ
、２１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜２１２
ａ、２１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜２１２ａ、２
１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。

図１７は、液晶パネル２２０Ｒの要部断面構成を示す。図１６で説明したプロジェクタ
２００は、３つの液晶パネル２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂを備えている。これら３つの
液晶パネル２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、
基本的構成は同一である。このため、液晶パネル２２０Ｒを代表例として以後の説明を行
う。光源部２０１からのＲ光は、図１７に示す上側から液晶パネル２２０Ｒへ入射し、ス
クリーン２１６の方向である下方向へ出射する。防塵硝子である入射側防塵硝子３００の
入射側には、接着層３０１を介してカバー硝子３０２が固着されている。カバー硝子３０
２の出射側には、ブラックマトリックス部３０３ａ及び対向電極３０４が形成されている
。

出射側防塵硝子３０８の入射側には、接着層３０７、液晶を配向させるための配向膜３
０６ｃ、及び、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極３０６ａを有するＴＦＴ基板３０
６が形成されている。入射側防塵硝子３００及び出射側防塵硝子３０８は、対向電極３０
４とＴＦＴ基板３０６とを対向させるようにして貼り合わされている。対向電極３０４と
ＴＦＴ基板３０６との間には、液晶層３０５が封入されている。液晶層３０５は、入射光
であるＲ光を画像信号に応じて変調する変調部である。液晶層３０５の入射側には、ブラ
ックマトリックス部３０３ａが形成されている。

開口部３０３ｂは、入射光を、変調部である液晶層３０５へ入射させる。開口部３０３
ｂを透過するＲ光は、対向電極３０４、液晶層３０５、ＴＦＴ基板３０６を透過する。Ｒ
光は、液晶層３０５における画像信号に応じた変調により、偏光状態が変換される。開口
部３０３ｂは、投写される画像の画素を形成する。

入射側防塵硝子３００には、マイクロレンズアレイ３１０が形成されている。マイクロ
レンズアレイ３１０は、ＸＹ平面である基準面３００ｂ上にアレイ状に配列されたマイク
ロレンズ３１１を有する。マイクロレンズ３１１は、入射光であるＲ光を開口部３０３ｂ
の方向へ屈折させる。マイクロレンズ３１１は、光を屈折させる曲面３１１ａを入射側に
向けて設けられている。液晶パネル２２０Ｒは、マイクロレンズ３１１を配置する基準面
３００ｂと、光軸であるＺ軸とが略直交するように配置されている。

なお、図１６で示した構成では、第１偏光板２２１Ｒ、第２偏光板２２２Ｒを、液晶パ
ネル２２０Ｒに対して別体に設けている。これに代えて、入射側防塵硝子３００と対向電
極３０４との間、出射側防塵硝子３０８とＴＦＴ基板３０６との間などにも偏光板を設け
ることとしても良い。さらに、マイクロレンズアレイ３１０は、第１偏光板２２１Ｒに形
成してもよい。

マイクロレンズ３１１は、上記実施例１のグレイスケールマスクを用いて形成すること
ができる。上記実施例１のグレイスケールマスクを用いることで、マイクロレンズ３１１
は、段形状が少なく平滑な曲面３１１ａを形成することができる。段形状が少なく正確な
形状のマイクロレンズ３１１を用いることで、曲面３１１ａにおける不要な反射を少なく
し、光の効率的な利用が可能となる。各空間光変調装置において光の効率的な利用が可能
となることで、プロジェクタ２００は、明るい画像を表示することができる。さらに、正
確な形状のマイクロレンズ３１１を用いることで、光線角度を正確に制御し、高コントラ
ストな画像を表示することができる。これにより、高効率で明るく、高コントラストな画
像を得ることができる。正確な形状のマイクロレンズ３１１により開口部３０３ｂにおけ
る光の集中を防ぐことで、液晶や配向膜等の劣化、ひいては空間光変調装置の劣化を低減
することもできる。

本実施例のプロジェクタ２００は、光源部２０１として超高圧水銀ランプを用いる構成
に限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い
。また、プロジェクタ２００は、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式の
プロジェクタに限らず、例えば、１つの透過型液晶表示装置を設けたプロジェクタや、反
射型液晶表示装置を用いたプロジェクタとしても良い。さらに、フロント投写型のプロジ
ェクタ２００に限らず、スクリーンの一方の面にレーザ光を供給し、スクリーンの他方の
面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタとして
も良い。さらにマイクロレンズアレイ３１０はプロジェクタに限られず、ＣＣＤカメラや
Ｃ−ＭＯＳセンサ等の受光素子に応用することもできる。

以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクは、平滑な面を備える微小な光学素
子であるマイクロレンズを製造する場合に適している。

グレイスケールマスクを使用する縮小投影露光装置の構成を示す図。 本発明の実施例１に係るグレイスケールマスクの構成を説明する図。 マイクロレンズの形状について説明する図。 マイクロレンズの形状について説明する図。 γ特性の例を表す図。 第１のグレイスケールマスクについて説明する図。 第１のレジスト形状について説明する図。 レジスト層の加熱により得られるレジスト形状について説明する図。 ＲＩＥを施すことで得られるレジスト形状について説明する図。 第２のグレイスケールマスクについて説明する図。 レジスト層に形成される第２のレジスト形状について説明する図。 マイクロレンズを製造する手順を説明する図。 マイクロレンズを製造する手順を説明する図。 グレイスケールマスクを移動させる工程について説明する図。 グレイスケールマスクを移動させる場合の透過光量分布を説明する図。 本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 液晶パネルの要部断面構成を示す図。

符号の説明

１０ 縮小投影露光装置、１１ 光源、１３ 投写レンズ、１５ ステージ、１７ 材
料基板、２０ グレイスケールマスク（第２のグレイスケールマスク）、ＡＸ 光軸、２
１ 単位セル、ＤＬ 対角線、２３ 微小セル、７０ 第１のグレイスケールマスク、７
１ 開口部、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ レジスト形状、Ｓ４ 第２のレジスト形状、１０
１ 基板、１０２ レジスト層、１０３ 露光領域、１０６ レンズ形状、１０７ カバ
ー硝子、１０８ マイクロレンズ、Ｓ５ 第１のレジスト形状、２００ プロジェクタ、
２０１ 光源部、２０４ インテグレータ、２０５ 偏光変換素子、２０６Ｒ Ｒ光透過
ダイクロイックミラー、２０６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、２０７ 反射ミラー
、２０８ リレーレンズ、２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ 空間光変調装置、２１２ ク
ロスダイクロイックプリズム、２１２ａ、２１２ｂ ダイクロイック膜、２１４ 投写光
学系、２１６ スクリーン、２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂ 液晶パネル、２２１Ｒ、２
２１Ｇ、２２１Ｂ 第１偏光板、２２２Ｒ、２２２Ｇ、２２２Ｂ 第２偏光板、２２３Ｒ
、２２３Ｂ λ／２位相差板、２２４Ｒ、２２４Ｂ 硝子板、３００ 入射側防塵硝子、
３００ｂ 基準面、３０１ 接着層、３０２ カバー硝子、３０３ａ ブラックマトリッ
クス部、３０３ｂ 開口部、３０４ 対向電極、３０５ 液晶層、３０６ ＴＦＴ基板、
３０６ａ 透明電極、３０６ｃ 配向膜、３０７ 接着層、３０８ 出射側防塵硝子、３
１０ マイクロレンズアレイ、３１１ マイクロレンズ、３１１ａ 曲面

Claims (9)

1. 所定のパターンでレジスト層を露光するために光透過率の分布が決定されたグレイスケ
   ールマスクであって、
   それぞれ前記光透過率が設定された複数の単位セルを有し、
   第１のレジスト形状に応じて露光された前記レジスト層を用いて第２のレジスト形状を
   形成するように前記光透過率の分布が決定され、かつ、前記第１のレジスト形状に応じて
   前記レジスト層を露光する場合と比較して前記単位セルの幅より短い長さだけ前記光透過
   率の分布をシフトさせることを特徴とするグレイスケールマスク。
2. 前記第１のレジスト形状に応じて前記レジスト層を露光する場合と比較して前記単位セ
   ルの幅の略半分の長さだけ前記光透過率の分布をシフトさせることを特徴とする請求項１
   に記載のグレイスケールマスク。
3. 第１のレジスト形状に応じて光透過率の分布が決定されたグレイスケールマスクを用い
   てレジスト層を露光する第１の露光工程と、
   前記第１のレジスト形状に応じて露光された前記レジスト層を用いて第２のレジスト形
   状を形成するように光透過率の分布が決定されたグレイスケールマスクを用いて前記レジ
   スト層を露光する第２の露光工程と、
   前記第２のレジスト形状を他の部材へ転写することでレンズ形状を形成するレンズ形状
   形成工程と、を含み、
   前記光透過率の分布は、それぞれ前記光透過率が設定された複数の単位セルにより決定
   され、
   前記第２の露光工程において前記第２のレジスト形状を形成するための前記光透過率の
   分布が、前記第１の露光工程において前記第１のレジスト形状に応じて前記レジスト層を
   露光するための前記光透過率の分布と比較して、前記単位セルの幅より短い長さだけシフ
   トされることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
4. 前記第１の露光工程において、第１のグレイスケールマスクを用いて前記レジスト層を
   露光し、
   前記第２の露光工程において、前記第１のグレイスケールマスクとは前記光透過率の分
   布が前記単位セルの幅より短い長さだけシフトされた第２のグレイスケールマスクを用い
   て前記レジスト層を露光することを特徴とする請求項３に記載のマイクロレンズの製造方
   法。
5. 前記第１の露光工程において用いたグレイスケールマスクを移動させるグレイスケール
   マスク移動工程を含み、
   前記第２の露光工程では、前記グレイスケールマスク移動工程にて移動させた前記グレ
   イスケールマスクを用いて前記レジスト層を露光することを特徴とする請求項３に記載の
   マイクロレンズの製造方法。
6. 請求項１又は２に記載のグレイスケールマスクを用いて製造されることを特徴とするマ
   イクロレンズ。
7. 請求項３〜５のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法により製造されること
   を特徴とするマイクロレンズ。
8. 請求項６又は７に記載のマイクロレンズを備えることを特徴とする空間光変調装置。
9. 請求項８に記載の空間光変調装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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