JPH06250373A - 透過率変調型フォトマスクおよびそれを用いる光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二軸方向に凹凸をもつ光学部品を一度の露光
によって製造する。 【構成】 第１および第２の方向Ａ，Ｂのそれぞれに沿
って、第１および第２の列Ｒa1，Ｒb1；Ｒa2，Ｒb2を所
定間隔ａ，ｂで交互に配列したパターンをもつ透過率変
調型フォトマスク３を構成する。第１の列Ｒa1，Ｒb1は
遮光部３Ｂと半開口部３Ｃとを交互に有し、第２の列Ｒ
a2，Ｒb2は開口部３Ａと半開口部３Ｃとを交互に有す
る。このフォトマスク３を用いて基材面上の感光性材料
膜に露光を一度行うことにより、第１および第２の方向
Ａ，Ｂに沿って上記所定間隔ａ，ｂで配置された凹凸を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二軸方向に凹凸パタ−
ンをもつ光学部品の製造が可能な透過率変調型のフォト
マスクと、これを使用し、公知の感光性材料を感光させ
て、回折格子やホログラムのような光学部品を得る光学
部品の製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】二軸方向に正弦波格子、台形波格子、矩
形波格子のような凹凸構造を有する光学部品を製造する
方法として、図８に示す工程による製造方法が一般的で
ある。すなわち、この製造方法は、図８（１）のように
たとえばネガ型フォトレジスト等の感光性材料膜２１を
塗布した基材２２の表面を、図８（２）のようにたとえ
ば第１の方向Ａおよびこれと直交する第２の方向Ｂのそ
れぞれに沿って、第１の列Ｒa1，Ｒb1および第２の列Ｒ
a2，Ｒb2が交互に配列されたパターンをもつフォトマス
ク２３を介して、光源からの紫外線２４等で露光するも
のである。

【０００３】これにより、感光性材料膜２１を塗布した
基材２２上には、図８（３）のようにフォトマスク２３
のパターンに応じた凹凸パターン２５が形成される。上
記フォトマスク２３のパターンにおける第１の列Ｒa1，
Ｒb1は遮光部２３Ａと開口部２３Ｂが交互する列であ
り、第２の列Ｒa2，Ｒb2は開口部２３Ｂのみからなる列
である。図８（３）の凹凸パターン２５において、上記
フォトマスク２３の第１の列Ｒa1に対応する部分に沿っ
たIX−IX矢視断面は、図９のように凸部と凹部が交互す
る形状となり、上記フォトマスク２３の第２の列Ｒa2に
対応する部分に沿ったＸ−Ｘ矢視断面は、図１０のよう
に平坦な形状となる。

【０００４】すなわち、この製造方法により形成される
凹凸パターン２５においては、フォトマスク２３の第２
の列Ｒa2，Ｒb2に対応する部分が凹凸構造とならず、全
体として凹部が単調にマトリクス状に並んだ構造しか得
られない。つまり、上記フォトマスク２３を用いた露光
では、第１の方向Ａに向く各列で凹凸が並ぶとともに、
第２の方向に向く各列でも凹凸が並ぶような凹凸構造を
形成できない。

【０００５】そこで、従来、このような凹凸構造をもつ
光学部品を製造しようとする場合には、図１１（１）の
ようにたとえばネガ型フォトレジスト等の感光性材料膜
２１を塗布した基材２２の表面を、図１１（２）のよう
に一方向Ｃに沿った帯状の遮光部２６Ａと開口部２６Ｂ
が交互に並ぶパターンをもつ第１のフォトマスク２６
と、図１１（３）のように同様の遮光部２７Ａと開口部
２７Ｂとからなるパターンをもつ第２のフォトマスク２
７とを、二方向に配置を変えて、光源からの紫外線２４
等で二度にわたり露光していた。

【０００６】これにより、感光性材料膜２１のうち、フ
ォトマスク２６，２７の遮光部２６Ａ，２７Ａで露光が
二度とも制限される未反応の部分は多量に除去され、二
度とも開口部２６Ｂ，２７Ｂで露光が制限されない部分
はそのまま残され、一度だけ遮光部２６Ａ，２７Ａで露
光が制限される部分は少量除去されて、図１１（４）の
ように二方向の各列に凹凸が並ぶ凹凸パターン２８が形
成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフ
ォトマスク２６，２７を使用する製造方法では、露光を
二度にわたって行う必要があり、工程が複雑で製造コス
トが高くなるという問題点がある。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、第１および第２の方向に沿った各列において凹凸が
並ぶような凹凸パターンを基材上に容易に形成できる透
過率変調型のフォトマスク、およびそれを用いた光学部
品の製造方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の透過率変調型フォトマスクは、開口部と遮
光部とそれらの中間の光透過率を有する半開口部との組
合せによって露光用の光線の透過率を変化させるもので
あって、第１の方向に沿って延びる互いに平行な第１お
よび第２の列が、交互に所定間隔で配列されるととも
に、第１の方向と交差する第２の方向に沿って延びる互
いに平行な第１および第２の列が、交互に所定間隔で配
列されており、上記第１の列は上記遮光部と半開口部と
を交互に有し、上記第２の列は開口部と半開口部とを交
互に有している。

【００１０】また、本発明の光学部品の製造方法は、上
記透過率変調型フォトマスクを用いて基材面上の感光性
材料膜に露光し、上記第１および第２の方向に沿って上
記所定間隔で配置された凹凸を形成するものである。

【００１１】

【作用】本発明のフォトマスクは、フォトマスクのパタ
ーンにおける第１の方向に沿う列として、遮蔽部と半開
口部とが交互する第１の列と、半開口部と開口部とが交
互する第２の列とが交互に並び、第２の方向に沿う列と
して、遮光部と半開口部とが交互する第１の列と、半開
口部と開口部とが交互する第２の列とが交互に並ぶパタ
ーンとなっている。したがって、このフォトマスクを用
いて光学部品を製造すると、フォトマスクの上記パター
ンに対応して、光学部品の凹凸パターンも、第１および
第２の方向のそれぞれに沿って、凸部と半凹部とが交互
する第１の列と、半凹部と凹部とが交互する第２の列と
が交互に並ぶ凹凸構造になる。つまり、一度の露光によ
って二方向の各列に凹凸が並ぶ凹凸パターンをもつ光学
部品を製造することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係るフォトマスクの一例を示
す要部拡大平面図である。このフォトマスク３は、光学
部品である回折格子の表面に所定形状、たとえば矩形の
多数の凹凸を形成するのに用いられるもので、開口部３
Ａと遮光部３Ｂとそれらの中間の光透過率を有する半開
口部３Ｃとの組合せによって露光用の光線の透過率を変
化させる透過率変調型のフォトマスクである。

【００１３】上記フォトマスク３には、第１の方向Ａに
沿って、遮光部３Ｂと半開口部３Ｃとが交互する第１の
列Ｒa1と、開口部３Ａと半開口部３Ｃとが交互する第２
の列Ｒa2とを、所定間隔ａで交互に、かつ互いに平行に
配列し、上記第１の方向Ａと直交する第２の方向Ｂに沿
っても同様に、第１および第２の列Ｒa2，Ｒb2を所定間
隔ｂで交互に、かつ互いに平行に配列したパターンが形
成されている。

【００１４】上記遮光部３Ｂは、フォトマスク３の基材
であるたとえば透明ガラス板の上にクロム膜を全面形成
してなる矩形領域であり、上記開口部３Ａに相当する透
明ガラス板上の矩形領域には何も形成されていない。ま
た、上記半開口部３Ｃは、遮光部３Ｂと同様に、透明ガ
ラス板の上にクロム膜を形成してなる矩形領域である
が、その膜厚は遮光部３Ｂよりも薄くして、光透過率を
制限するように設定される。半開口部３Ｃの光透過率
は、後述するように開口部３Ａの３０〜６０％とするの
が好ましい。半開口部３Ｃの光透過率を５０％とすると
きには、遮光部３Ｂの膜厚９００〜１１００Åに対して
半開口部３Ｃの膜厚を８０〜１００Åとすればよい。

【００１５】このフォトマスク３を使って図９のような
凹凸パターンを持つ回折格子（光学部品）を製造しよう
とするときには、図３のように光源６からのたとえば紫
外線７により、フォトマスク３を介して、回折格子とな
る基材２の主面上に形成した感光性材料膜１に露光す
る。具体的には、図２（１）のように感光性材料膜１を
形成した基材２の主面上に、上記フォトマスク３を介し
て紫外線７を図２（２）のように露光する。この場合の
感光性材料膜１としてネガ型フォトレジストを用いた場
合、感光性材料膜１を形成した基材２上には図２（３）
のような凹凸パターン８が形成される。

【００１６】上記感光性材料膜１としては、一般的なフ
ォトレジスト膜のほか、メチルメタクリレートと２−ブ
テニルメタクリレートの重合体と、ｍ−ベンゾイルベン
ゾフェノンの混合物よりなる特殊感光性樹脂（特願平１
−１３２２８６号に記載された組成物）が用いられる。
この特殊感光性樹脂膜は、フォトマスク３を介して露光
し、さらに真空加熱することにより、露光されていない
未反応のｍ−ベンゾイルベンゾフェノンが除去されて、
凹凸が形成される。

【００１７】上記露光により、感光性材料膜１における
上記フォトマスク３の開口部３Ａに対応する矩形領域は
露光されて残るので凸部となり、半開口部３Ｃに対応す
る矩形領域は光透過率を幾分制限されて露光されるので
多少除去されて半凹部となり、遮光部３Ｂに対応する矩
形領域は露光されないので半凹部よりも多量に除去され
て凹部となる。これにより、第１および第２の二方向
Ａ，Ｂに沿って、凹部と半凹部が交互する第１の列Ｒa
1，Ｒb1と、半凹部と凸部が交互する第２の列Ｒa2，Ｒb
2とが交互に並ぶ凹凸構造を持つ回折格子（光学部品）
９が作製される。

【００１８】このとき、図３のようにフォトマスク３と
感光性材料膜１の間の距離Ｌを調整するか、光源６とフ
ォトマスク３の間にスリガラス等の光拡散板１０を配置
し、紫外線７の平行度を乱して露光することにより、回
折格子（光学部品）９の２軸格子形状、つまり凹凸の断
面形状を、正弦波状、矩形状にすることができる。図４
はその凹凸が正弦波状となる場合の図２（３）の回折格
子（光学部品）９における第２の列Ｒa2に沿うVI−VI矢
視断面を示し、図５は第１列Ｒa1に沿うVII −VII 矢視
断面を示す。

【００１９】また、感光性材料膜１の露光感度によって
も、形成される上記凹凸を調整することができる。すな
わち、感光性材料膜１の露光感度が高い場合には、上記
凹凸は図２（３）のような矩形となり、感光性材料膜１
の感光感度が低い場合には、凹凸は図４、図５のような
正弦波状となる。

【００２０】上記フォトマスク３における半開口部３Ｃ
の光透過率を開口部３Ａの３０％未満とした場合には、
凹凸パターン８における対応する半凹部と遮光部３Ｂに
対応する凹部との高低差が小さくなり過ぎる一方、半開
口部３Ｃの光透過率を６０％以上とした場合には、半開
口部３Ｃに対応する半凹部と開口部３Ａに対応する凸部
との高低差が小さくなり過ぎるので、半開口部３Ｃの光
透過率は３０〜６０％とするのが好ましい。

【００２１】なお、上記のように膜厚の調整によって半
開口部３Ｃを形成する代りに、図６のようにその半開口
部３Ｃとなる透明ガラス板上の矩形領域にライン状のク
ロム膜４を間引き形成して光透過率を制限するようにし
てもよく、また、図７のように半開口部３Ｃとなる透明
ガラス板上の矩形領域にドット状開口５が分散するクロ
ム膜４Ａを形成して光透過率を制限するようにしてもよ
い。その場合、ラインやドットの影が写らないように、
クロム膜４のラインのピッチ（図６）、ドット状開口５
のピッチ（図７）、または感光性材料膜１の露出感度を
適宜設定する。

【００２２】このような本発明のフォトマスク３は、通
常のフォトマスク作成法を用いて容易に作成できる。す
なわち、クロム等の遮光用金属膜の表面に電子線または
紫外線等で感光性材料膜にパターンを形成した後に、上
記遮光用金属膜をエッチング除去して開口部や半開口部
を形成する方法によってもよいし、銀塩乳剤等を塗布し
た板またはフィルムに光でパターンを書き込んで現像処
理したものであってもよい。

【００２３】以下に、実施例により本発明を具体的に説
明する。 実施例１ 本実施例では、フォトマスク３の基板として透明ガラス
基板を使用し、上記特願平１−１３２２８６号に記載さ
れた特殊感光性樹脂をスピンコ−トにより３μｍの膜厚
で塗布した。フォトマスク３は、図１に示したものと同
一形状であり、第１の方向Ａ、第２の方向Ｂに沿って配
列される第１の列Ｒa1，Ｒb1と第２の列Ｒa2，Ｒb2との
間隔ａ，ｂが共に２０μｍであり、半開口部３Ｃの光透
過率は開口部３Ａの５０％としている。また、第１の方
向Ａと第２の方向Ｂとは互いに垂直に交差するように設
定している。

【００２４】このフォトマスク３を用いて、図２に示し
たように、透明ガラス基板（基材）２の上に上記特殊感
光性樹脂を約３μｍの膜厚でスピンコートして形成され
た感光性材料膜１を露光した。このとき、フォトマスク
３と感光性材料膜１の表面との間隔Ｌはマスクアライナ
ーを用いて１０μｍに設定し、露光時間は５００秒間と
した。得られた凹凸パターン８の断面形状は、図４およ
び図５のように概ね正弦波状であった。

【００２５】なお、上記実施例で使用した特殊感光性樹
脂はネガ型であるが、ポジ型フォトレジストを使用して
もよい。この場合には形成される凹凸と、フォトマスク
３の開口部３Ａ、遮光部３Ｂ、半開口部３Ｃとの関係
は、上記実施例の場合と逆になる。また、第１の列Ａと
第２の列Ｂとの交差角は、上記実施例の場合のような９
０度に限らず、任意の角度とすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の透過率変
調型フォトマスクを用いれば、一度の露光によって二方
向に凹凸パタ−ンをもつ光学部品を製造することができ
るので、生産性が著しく向上し製造コストを大幅に低減
できる。

【００２７】さらに、本発明のフォトマスクのパターン
は、通常のクロムエッチング等の方法で形成できるの
で、作成が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る透過率変調型フォトマ
スクを示す要部拡大平面図である。

【図２】同フォトマスクを用いた光学部品の製造方法を
示す工程図である。

【図３】同製造方法における光学系の構成を示す側面図
である。

【図４】同製造方法によって得られた光学部品における
一つの列に沿った部分の断面図である。

【図５】同光学部品における他の列に沿った部分の断面
図である。

【図６】同フォトマスクにおける半開口部の構成の一例
を示す拡大平面図である。

【図７】同半開口部の構成の他の一例を示す拡大平面図
である。

【図８】従来の製造方法の一例を示す工程図である。

【図９】その製造方法によって得られた光学部品におけ
る一つの列に沿った部分の断面図である。

【図１０】その光学部品の図９における他の列に沿った
部分の断面図である。

【図１１】従来の製造方法の他の一例を示す工程図であ
る。

【符号の説明】

１…感光性材料膜、２…基材、３…フォトマスク、３Ａ
…開口部、３Ｂ…遮光部、３Ｃ…半開口部、７…紫外
線、８…凹凸パターン、Ｒa1，Ｒb1…第１の列、Ｒa2，
Ｒb2…第２の列。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部と遮光部とそれらの中間の光透過
   率を有する半開口部との組合せによって露光用の光線の
   透過率を変化させる透過率変調型フォトマスクであっ
   て、 第１の方向に沿って延びる互いに平行な第１および第２
   の列が、交互に所定間隔で配列され、第１の方向と交差
   する第２の方向に沿って延びる互いに平行な第１および
   第２の列が、交互に所定間隔で配列され、 上記第１の列は上記遮光部と半開口部とを交互に有し、
   上記第２の列は開口部と半開口部とを交互に有してなる
   透過率変調型フォトマスク。
2. 【請求項２】 基材上に多数の凹凸を備えた光学部品を
   製造する方法であって、請求項１記載の透過率変調型フ
   ォトマスクを用いて基材面上の感光性材料膜に露光し、
   上記第１および第２の方向に沿って上記所定間隔で配置
   された凹凸を形成することを特徴とする光学部品の製造
   方法。