专利名称：灰度掩模、微透镜及其制造方法、空间光调制装置及投影机的制作方法
技术领域：
本发明，涉及灰度掩模，微透镜的制造方法，微透镜，空间光调制装置及投影机；尤其，涉及用于制造具有三维微细结构的微透镜等的光学元件的灰度掩模的技术。
背景技术：
从前，在具有三维微细结构的光学元件的制造中，例如，采用光刻技术。光刻，是在基板上涂敷为光反应性的感光材料的抗蚀剂层，并通过进行曝光、显影而在抗蚀剂层形成图形的技术。作为在抗蚀剂层形成预期的图形的技术，例如，可用通过灰度掩模对抗蚀剂进行曝光的技术。灰度掩模，具备对应于预期的抗蚀剂形状分别设定了光透射率的多个单位单元。单位单元的光透射率，例如，能够相应于开口部占单位单元的面积的面积开口率而进行设定。作为采用相应于开口部的面积设定了光透射率的灰度掩模的技术，例如，在专利文献1中已提出。
专利文献1特表平8-504515号公报形成于抗蚀剂层的抗蚀剂形状的深度分布，对应于灰度掩模的光透射率的分布。因为在灰度掩模上能设定的光透射率的幅度有限，所以存在难以形成深度对横宽之比的纵横比高的抗蚀剂形状的情况。并且，为了形成高效地导光的微透镜，需要以高的精度形成抗蚀剂形状之中的相当于微透镜的外缘附近的部分。相对于此，关于在二维方向上抗蚀剂深度大地进行变化的部分，正确地控制抗蚀剂深度非常地困难。因此，即使是认为会对微透镜的性能产生大的影响的部分，高精度的形成也变得困难。尤其，因为纵横比越高的形状，越需要确保抗蚀剂深度的幅度够大，所以招致精度的低下。如以上地，若根据现有的技术，则因存在难以以高的精度形成微透镜等具有三维微细结构的光学元件的情况，而是问题。
发明内容
本发明，鉴于上述的问题而作出，目的在于提供用于以高的精度形成微透镜等的具有三维微细结构的光学元件，尤其是具备高的纵横比的形状的光学元件的灰度掩模，微透镜的制造方法，微透镜，空间光调制装置及投影机。
为了解决上述的问题，达到目的，依照本发明，能提供灰度掩模，其为了以预定的图形对抗蚀剂层进行曝光而确定了光透射率的分布，其特征在于使得采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光了的抗蚀剂层，形成比第1抗蚀剂形状的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状地，确定光透射率的分布。
所谓纵横比，为抗蚀剂形状的深度对横宽之比。在相应于第1抗蚀剂形状的曝光中，能够采用现有所用的灰度掩模。通过采用基于第1抗蚀剂形状而形成第2抗蚀剂形状的本发明的灰度掩模，可以争取抗蚀剂深度。通过争取抗蚀剂深度，与仅采用一个灰度掩模的情况相比较，可以形成纵横比高的形状。并且，通过以相应于第1形状的曝光，和用于由第1形状形成第2形状的曝光来确定抗蚀剂深度，可以提高对抗蚀剂深度进行控制的精度。例如，在抗蚀剂形状之中的相当于微透镜的外周附近的部分中，可以使二维方向上的抗蚀剂深度的分布正确并且稳定。由此，可得到可以以高的精度形成微透镜等的具有三维微细结构的光学元件，尤其是具备高的纵横比的形状的光学元件的灰度掩模。
并且，作为本发明的理想方式，优选，具备相应于第2抗蚀剂形状而使光透射率变化了的第1区域，和对用于对抗蚀剂层进行曝光的光进行遮光的第2区域。在相应于第1形状所曝光了的抗蚀剂层之中，仅透射了灰度掩模的第1区域的光进行了入射的部分被曝光。由此，能够在预期的部分形成具备深的抗蚀剂深度的第2抗蚀剂形状。
并且，作为本发明的理想方式，优选，具有具备开口部及遮光部的多个单位单元，并通过开口部占单位单元的面积的比率的开口面积率确定光透射率；具备相应于第2抗蚀剂形状使单位单元的开口面积率变化了的第1区域，和具有为面积开口率及抗蚀剂深度变成大致比例关系的范围以外的范围的面积开口率的单位单元的第2区域。由此，能够在预期的部分形成具备深的抗蚀剂深度的第2抗蚀剂形状。并且，能够防止在透射了第1区域的光进行入射的区域，和透射了第2区域的光进行入射的区域之间形成微沟，进而能够以高的精度形成第2抗蚀剂形状。
并且，作为本发明的理想方式，优选具备用于形成第2抗蚀剂形状的掩模区域；第1区域，形成于掩模区域之中的、以内切于掩模区域的圆所包围的部分。由此，可得到用于形成与周边部相比较而中心部高的形状的光学元件的灰度掩模。
并且，作为本发明的理想方式，优选具备用于分别形成第2抗蚀剂形状的多个掩模区域；第1区域，形成于一个掩模区域之中的、通过外接于相邻于一个掩模区域的其他的掩模区域的圆的圆弧所包围的部分。由此，可得到用于形成与周边部相比较而中心部高的形状的光学元件的灰度掩模。
并且，作为本发明的理想方式，优选具备用于形成第2抗蚀剂形状的掩模区域；第1区域，在内切于掩模区域的圆内的一部分所形成。由此，可得到用于形成与周边部相比较而中心部高的形状的光学元件的灰度掩模。
进而，依照本发明，能够提供微透镜的制造方法，其特征在于，包括第1曝光工序，其采用相应于第1抗蚀剂形状而确定了光透射率的分布的第1灰度掩模对抗蚀剂层进行曝光；第2曝光工序，其采用第2灰度掩模对抗蚀剂层进行曝光，该第2灰度掩模，使得采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光了的抗蚀剂层，形成比第1抗蚀剂形状的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状地确定了光透射率的分布；和透镜形状形成工序，其通过向其他的构件复制第2抗蚀剂形状而形成透镜形状。通过采用第1灰度掩模及第2灰度掩模，与仅采用一个灰度掩模的情况相比较可以形成纵横比高的形状。并且，通过采用第1灰度掩模及第2灰度掩模，关于抗蚀剂形状之中的相当于微透镜的外周附近的部分，可以以正确的深度分布稳定地形成。由此，能够以高的精度形成微透镜，尤其是具备高的纵横比的形状的微透镜。
并且，依照本发明，能够提供微透镜，其特征在于采用上述的灰度掩模所制造。通过采用了上述的灰度掩模的曝光，可以以高的精度形成抗蚀剂形状。由此，可得到以高的精度所形成、可以正确地控制光的行进方向的微透镜。
并且，依照本发明，能够提供微透镜，其特征在于通过上述的微透镜的制造方法所制造。由此，可得到以高的精度所形成、可以正确地控制光的行进方向的微透镜。
并且，依照本发明，能够提供空间光调制装置，其特征在于具备上述的微透镜。由于具备上述的微透镜，可以通过正确的形状的微透镜而有效地利用光。由此，可得到能够有效地利用光，用于以高效得到明亮、高对比度的图像的空间光调制装置。
并且，依照本发明，能够提供投影机，其特征在于具备上述的空间光调制装置。通过采用上述的空间光调制装置，可得到可以以高效显示明亮、高对比度的图像的投影机。
图1是表示使用灰度掩模的缩小投影曝光装置的构成的图。
图2是对本发明的实施例1的灰度掩模的构成进行说明的图。
图3是关于微透镜的形状进行说明的图。
图4是关于微透镜的形状进行说明的图。
图5是关于微透镜的形状进行说明的图。
图6是表示γ特性的例的图。
图7是关于第1灰度掩模进行说明的图。
图8是关于第2灰度掩模进行说明的图。
图9是关于第1抗蚀剂形状及第2抗蚀剂形状进行说明的图。
图10是对制造微透镜的顺序进行说明的图。
图11是对制造微透镜的顺序进行说明的图。
图12是关于实施例1的变形例1的灰度掩模进行说明的图。
图13是关于到达抗蚀剂层的光的光量进行说明的图。
图14是关于形成于抗蚀剂层的抗蚀剂形状进行说明的图。
图15是关于形成于第2区域的单位单元的面积开口率进行说明的图。
图16是关于到达抗蚀剂层的光的光量进行说明的图。
图17是关于形成于抗蚀剂层的第2抗蚀剂形状进行说明的图。
图18是关于实施例1的变形例2的灰度掩模进行说明的图。
图19是关于实施例1的变形例3的灰度掩模进行说明的图。
图20是表示本发明的实施例2的投影机的概略构成的图。
图21是表示液晶面板的要部剖面构成的图。
符号说明10缩小投影曝光装置，11光源，13投影透镜，15载物台，17材料基板，20灰度掩模(第2灰度掩模)，AX光轴，21单位单元，80第1灰度掩模，81开口部，91第1区域，92第2区域，93开口部，94内切圆，101基板，102抗蚀剂层，103曝光区域，106透镜形状，107玻璃盖片，108微透镜，S1第1抗蚀剂形状，S2第2抗蚀剂形状，120灰度掩模，122第2区域，180灰度掩模，181第1区域，182第2区域，183圆弧，190灰度掩模，191第1区域，192第2区域，193内切圆，194圆，200投影机，201光源部，204积分器，205偏振变换元件，206R R光透射分色镜，206G B光透射分色镜，207反射镜，208中继透镜，210R、210G、210B空间光调制装置，212十字分色棱镜，212a、212b分色膜，214投影光学系统，216屏幕，220R、220G、220B液晶面板，221R、221G、221B第1偏振板，222R、222G、222B第2偏振板，223R、223B λ/2相位差板，224R、224B玻璃板，300入射侧防尘玻璃，300b基准面，301粘接层，302玻璃盖片，303a黑矩阵部，303b开口部，304对向电极，305液晶层，306TFT基板，306a透明电极，306c取向膜，307粘接层，308射出侧防尘玻璃，310微透镜阵列，311微透镜，311a曲面具体实施方式
以下参照附图，详细地说明本发明的实施例。
实施例1图1，关于本发明的实施例1的灰度掩模20进行说明，表示使用灰度掩模20的缩小投影曝光装置10的构成。缩小投影曝光装置10，使来自灰度掩模20的光缩小，进行材料基板17的曝光。灰度掩模20，为了以预定的图形对抗蚀剂层进行曝光而确定光透射率的分布。灰度掩模20，在缩小投影曝光装置10的光学系统的光轴AX上，并且配置于光源11和投影透镜13之间。来自光源11的光，在透射了灰度掩模20之后，入射到缩小倍率的投影透镜13。来自投影透镜13的光，入射到载置于载物台15上的材料基板17上。缩小投影曝光装置10，例如，是采用具有435nm的波长的光的g线的g线步进曝光装置。
图2，对灰度掩模20的构成进行说明。在此，关于用于形成单独微透镜的灰度掩模20进行说明。在形成使多个微透镜排列成阵列状的微透镜阵列的情况下，能够采取使示于图2中的灰度掩模20排列成阵列状的方法。灰度掩模20，具有一边的长度d为70μm的正方形形状。例如，在通过缩小投影曝光装置10进行5分之1的缩小曝光的情况下，通过一边的长度d为70μm的灰度掩模20，能够形成一边为14μm的微透镜。
灰度掩模20，将具有一边的长度为2.5μm的正方形形状的多个单位单元21配置成阵列状所构成。多个单位单元21，对应于预期的抗蚀剂形状分别设定光透射率。通过将分别设定了光透射率的单位单元21配置成阵列状，能够形成具有三维微细结构的抗蚀剂形状。一个灰度掩模20，具有784(＝28×28)个单位单元21。
单位单元21，全都具有未图示的开口部及遮光部。开口部，使来自缩小投影曝光装置10的光源11(参照图1。)的光进行透射。开口部，通过使光进行透射的微小单元所构成。遮光部，对来自光源11的光进行遮光。遮光部，通过对光进行遮光的微小单元所构成。单位单元21的光透射率，通过面积开口率所确定。面积开口率，是开口部占单位单元21的面积的比率。
图3～图5，关于采用本发明的灰度掩模所形成的微透镜的形状进行说明。微透镜，形成于示于图3中的一边的长度m为14μm的正方形区域上。示于图4中的曲线图，表示图3的xx’剖面的微透镜的曲面。微透镜，在xx’剖面中，从顶点到最下部的高度为6μm。示于图5中的曲线图，表示图3的xyxy’剖面的微透镜的曲面。微透镜，在xyxy’剖面中，从顶点到最下部的高度为10μm。微透镜，具有关于相正交的二个方向呈不同的曲率的非球面形状。
图6，表示γ特性的例。γ特性，表示面积开口率OR，和通过曝光形成于抗蚀剂层的抗蚀剂形状的深度的关系。在此所谓抗蚀剂形状的深度，若设从抗蚀剂层的光源11侧的表面最远的位置，换而言之相当于微透镜的顶点的位置为零，则随着接近于光源11侧的表面而值变大。抗蚀剂形状的深度，能够采用激光显微镜、原子力显微镜(Atomic Force Microscope)、干涉型光学测定器、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)进行测定。γ特性，通过对将面积开口率OR设定为各值的情况下的抗蚀剂形状的深度进行标绘所得到。在此，作为抗蚀剂材料，对使用Clariant Japan公司生产的正型抗蚀剂AZP4903的情况的例进行说明。正型抗蚀剂，通过显影去除所曝光了的部分。抗蚀剂形状的深度，面积开口率OR越大就越浅，面积开口率OR越小就越深。
为了对应于面积开口率OR的变化形成正确的高度的抗蚀剂形状，优选在相应于面积开口率OR的变化而γ特性呈现线状的变化的范围，例如10％～60％的面积开口率OR中取等级。并且，优选作为抗蚀剂，选定γ特性呈现线状的变化的材料。在本实施例中所选定了的抗蚀剂材料，通过10％～60％的范围的面积开口率OR得到6μm的抗蚀剂深度。通过在γ特性呈现线状的变化的范围中取等级可以正确地控制抗蚀剂深度，形成高的精度的微透镜。
图7，关于用于相应于第1抗蚀剂形状对抗蚀剂层进行曝光的灰度掩模80进行说明。灰度掩模80，是在第1曝光工序所用的第1灰度掩模。第1灰度掩模80，具有与采用图2进行了说明的本发明的灰度掩模20同样的构成。在此，将灰度掩模80的光透射率的分布，通过开口部81模式性地表示出来。表示开口部81越大，光透射率越高。第1灰度掩模80，具有以下光透射率分布在中心位置具有最高的光透射率，并且随着从中心位置离开而变成低的光透射率。如此地，第1灰度掩模80，具有与用于形成微透镜的现有的灰度掩模同样的光透射率分布。
图8，关于为本发明的灰度掩模的第2灰度掩模20进行说明。第2灰度掩模20，用于采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光了的抗蚀剂层形成第2抗蚀剂形状。第2灰度掩模20，具有第1区域91和第2区域92。第2灰度掩模20，具有用于形成第2抗蚀剂形状的正方形形状的掩模区域。第1区域91，在掩模区域之中的、以内切于掩模区域的正方形形状的内切圆94所包围的部分所形成。第2区域92，是在掩模区域之中的、第1区域91以外的部分。通过具备如此形状的第1区域91，能够形成与周边部相比较而中心部高的形状的微透镜。
第1区域91，呈现采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光了的抗蚀剂层形成第2抗蚀剂形状的光透射率分布。形成于第1区域91的开口部93，被调节面积，使得对用了第1灰度掩模80时的光量和用了第2灰度掩模20时的光量进行合计而形成第2抗蚀剂形状。相对于此，第2区域92，对来自光源11的光进行遮光。因此，在采用第2灰度掩模20的情况下，抗蚀剂层，仅曝光对应于第1区域91的圆形状的区域。
图9，关于第1抗蚀剂形状S1，及第2抗蚀剂形状S2进行说明。在此而示的抗蚀剂形状S1、S2，对应于示于图3中的正方形区域的xyxy’剖面。通过用了第2灰度掩模20的曝光所形成的第2抗蚀剂形状S2，呈比第1抗蚀剂形状S1深的形状。如此地，通过用了本发明的第2灰度掩模20的曝光，能够形成比第1抗蚀剂形状S1的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状S2。在此，所谓纵横比，为抗蚀剂形状的深度对横宽之比。
通过采用基于第1抗蚀剂形状S1形成第2抗蚀剂形状S2的本发明的灰度掩模，可以争取抗蚀剂深度。通过争取抗蚀剂深度，与仅用1个灰度掩模的情况相比较可以形成纵横比高的形状。
在抗蚀剂形状之中，在二维方向上抗蚀剂深度大地变化的部分，正确地控制抗蚀剂深度非常地困难。在示于图5中的透镜形状的情况下，距微透镜的中心位置9～10μm的部分，关于微透镜的径向方向抗蚀剂深度大地进行变化。另外，在微透镜的外缘附近的部分的形状不正确的情况下，多出现使向微透镜的入射光向预定的方向行进的效率降低的情况。因此，为了形成具备高的性能的微透镜，需要正确地形成抗蚀剂形状之中的相当于微透镜的外周附近的部分。
在采用本发明的灰度掩模20的情况下，抗蚀剂深度，由相应于第1形状S1的曝光，和用于由第1形状S1形成第2形状S2的曝光所确定。通过采用多个灰度掩模而使抗蚀剂深度的偏差变小，可以使对抗蚀剂深度进行控制的精度提高，使二维方向上的抗蚀剂深度的分布正确并且稳定。由此，起到能够以高的精度形成微透镜等的具有三维微细结构的光学元件，尤其是具备高的纵横比的形状的光学元件的效果。
灰度掩模20的制作，首先，通过在为平行平板的透明基板上形成遮光膜而进行。作为透明基板，例如能够采用石英基板。本实施例的灰度掩模20，采用为遮光性材料的铬形成遮光膜。然后，在通过电子束(EB)描绘等形成了遮光膜的透明基板，形成开口部93。单位单元21之中的形成了开口部93的部分以外的部分，成为遮光部。制作灰度掩模20的缩小投影曝光装置，例如，是采用为具有365nm的波长的光的i线的i线步进曝光装置。
图10及图11，表示采用本实施例的灰度掩模20，制造微透镜的顺序。首先，在示于图10中的工序a中，在基板101上形成抗蚀剂层102。抗蚀剂层102，通过在基板101上涂敷抗蚀剂材料，并进而进行预烘所形成。接着，在工序b中，采用为示于图1中的缩小投影曝光装置的g线步进曝光装置，进行通过了第1灰度掩模80的抗蚀剂层102的曝光。抗蚀剂层102，通过透射灰度掩模80并被缩小成了大致5分之1的光L所曝光。工序b，是采用相应于第1抗蚀剂形状S1确定了光透射率的分布的第1灰度掩模80进行曝光的第1曝光工序。在工序b中，形成具有第1抗蚀剂形状S1的曝光区域103。
第1曝光工序之后，代替第1灰度掩模80，向缩小投影曝光装置10安装第2灰度掩模20。在工序c，采用缩小投影曝光装置10，进行通过了第2灰度掩模20的抗蚀剂层102的曝光。工序c，是采用使得采用相应于第1抗蚀剂形状S1所曝光了的抗蚀剂层102、形成第2抗蚀剂形状S2地确定了光透射率的分布的第2灰度掩模20，对抗蚀剂层102进行曝光的第2曝光工序。通过工序c，形成具有比第1抗蚀剂形状S1的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状S2的曝光区域103。
在示于图11中的工序d中，通过对第2曝光工序后的抗蚀剂层102通过显影液进行显影，在抗蚀剂层102形成第2抗蚀剂形状S2。显影后的抗蚀剂层102，通过后烘使之进一步固化。如此地，在抗蚀剂层102形成预期的抗蚀剂形状S2。
接着，在工序e中，进行抗蚀剂层102及基板101的蚀刻。通过抗蚀剂层102及基板101的蚀刻，抗蚀剂层102的第2抗蚀剂形状S2被复制到基板101。通过向基板101复制第2抗蚀剂形状S2，在基板101，形成与第2抗蚀剂形状S2大致相同的透镜形状106。工序e，是通过向为其他的构件的基板101复制第2抗蚀剂形状S2而形成透镜形状106的透镜形状形成工序。蚀刻，通过干蚀刻，或者干蚀刻和湿蚀刻的组合而进行。
最后，在工序f中，通过对基板101及玻璃盖片107间的透镜形状部分填充透明树脂材料，形成微透镜108。具有多个微透镜108的微透镜阵列，也可以通过用了金属模的模复制来形成。金属模，通过对第2抗蚀剂形状S2、或透镜形状106实施非电解镀Ni而进行制造。接着，通过将金属模的形状向其他的构件，例如丙烯酸树脂等进行模复制，制作复制品。由此，能够简便地制造大量的复制品。另外，也可以通过将微透镜108作为了模的注射模塑成型等形成光学元件。还有，本实施例的灰度掩模20，除了制造用于相应于图像信号对光进行调制的空间光调制装置的微透镜之外，还能够用于微棱镜、通信器件、医疗器件等其他的光学元件的制造中。
在微透镜的制造中，进一步，还可以进行用了除第1灰度掩模80、及第2灰度掩模20以外的其他的灰度掩模的曝光，并不限于采用2个灰度掩模80、20的情况。通过进一步进行用了其他的灰度掩模的曝光，能够以高的精度形成更高的纵横比的形状。
图12，关于本实施例的变形例1的灰度掩模120进行说明。本变形例的灰度掩模120，在第2区域122中，具备单位单元，该单位单元，形成面积开口率及抗蚀剂深度为大致比例关系的范围以外的范围的面积开口率。
例如，考虑在第2区域122的整体中使透射光的光量大致为零的情况。在第1区域91中的位置P1，使相应于抗蚀剂深度的光量的光进行透射。在第2区域122中的位置P3，透射光的光量大致变成零。在第1区域91和第2区域122的边界上的位置P2，透射光的光量从第1区域91内的有效值向第2区域122内的大致零地急剧地变化。
该情况下，到达抗蚀剂层的光的光量，如示于图13中地，在位置P2的相当于位置P1侧的部分容易产生光量稍微增加的部分，而在位置P2的相当于位置P3侧的部分容易产生光量稍微减少的部分。由于到达抗蚀剂层的光的光量如此地发生变化，如示于图14中地，在抗蚀剂层上，形成了为小的凹陷、隆起的微沟。如此地，若由于设计以外的原因而形成微沟，则难以以高的精度形成第2抗蚀剂形状S2。
图15，关于形成于本变形例的灰度掩模120的第2区域122的单位单元的面积开口率进行说明。关于第1区域91的单位单元，取其为γ特性呈现线状的变化的范围的10％～60％的面积开口率OR。相对于此，第2区域122的单位单元的面积开口率OR，取从0％到10％的随机值。在示于图15中的γ特性的情况下，面积开口率OR，在0％～10％中，不管面积开口率OR如何而抗蚀剂深度的变化变小。形成于第2区域122的单位单元，形成得具有γ特性线状地变化的范围以外的范围的面积开口率OR。
图16，关于在采用本变形例的灰度掩模120的情况下到达抗蚀剂层的光的光量进行说明。在本变形例的情况下，在灰度掩模120的位置P2处透射光的光量的急剧的变化得到缓和，到达抗蚀剂层的光的光量表现出平缓的变化。因此，如示于图17中地，在抗蚀剂层上，能够形成平缓的曲面。由此，能够防止微沟的形成，能以高的精度形成第2抗蚀剂形状S2。
图18，关于本实施例的变形例2的灰度掩模180进行说明。本变形例的灰度掩模180，具备与上述的灰度掩模20(参照图8。)不相同的形状的第1区域181。灰度掩模180，具备多个用于形成第2抗蚀剂形状的正方形形状的掩模区域。一个掩模区域中的第1区域181和第2区域182的边界，是相邻于一个掩模区域的其他的掩模区域的外接圆的圆弧183。第1区域181，在一个掩模区域之中的、通过4个圆弧183所包围的部分所形成。
第2区域182，是在一个掩模区域之中的第1区域181以外的部分。通过具备如此形状的第1区域181，能够形成与周边部相比较而中心部高的形状的微透镜。第2区域182，除了为对来自光源11的光进行遮光的构成之外，也可以与变形例1同样地，为具备具有面积开口率及抗蚀剂深度为大致比例关系的范围以外的范围的面积开口率的单位单元的构成。抗蚀剂层之中的对应于第2区域182的部分，也可以通过以来自一个掩模区域的光，和来自相邻于一个掩模区域的掩模区域的光对光量进行分担，而成为预期的抗蚀剂深度。
图19，关于本实施例的变形例3的灰度掩模190进行说明。在本变形例中，第1区域191，形成于比掩模区域的内切圆193往内侧的圆194的内部。圆194的中心位置，与内切圆193的中心位置一致。第2区域192，是在掩模区域之中的第1区域191以外的部分。通过具备如此形状的第1区域191，能够形成与周边部相比较而中心部高的形状的微透镜。还有，第1区域191，形成于内切圆193内的一部分即可，并不限于形成于圆194内的情况。第2区域192，除了为对来自光源11的光进行遮光的构成之外，也可以与变形例1同样地，为具备具有面积开口率及抗蚀剂深度为大致比例关系的范围以外的范围的面积开口率的单位单元的构成。
实施例2图20，表示本发明的实施例2的投影机200的概略构成。投影机200，特征在于具备采用上述实施例1的灰度掩模所制造的微透镜。投影机200，是向设置于观看者侧的屏幕216供给光，并通过观看以屏幕216进行反射的光来观看图像的，所谓的前投影型的投影机。
光源部201，是供给包括红色光(以下，称为“R光”。)，绿色光(以下，称为“G光”。)，及蓝色光(以下，称为“B光”。)的光的超高压水银灯。积分器204，使来自光源部201的光的照度分布均匀化。将照度分布均匀化了的光，以偏振变换元件205变换成具有特定的振动方向的偏振光，例如s偏振光。变换成了s偏振光的光，入射到构成色分离光学系统的R光透射分色镜206R。作为光源部201，并不限于采用超高压水银灯的构成。例如，也可以采用发光二极管元件(LED)等的固体发光元件。
R光透射分色镜206R，透射R光，并反射G光、B光。透射了R光透射分色镜206R的R光，入射到反射镜207。反射镜207，使R光的光路90度弯曲。弯曲了光路的R光，入射到空间光调制装置210R。空间光调制装置210R，是相应于图像信号对R光进行调制的透射型的液晶显示装置。
空间光调制装置210R，具有λ/2相位差板223R，玻璃板224R，第1偏振板221R，液晶面板220R，及第2偏振板222R。λ/2相位差板223R及第1偏振板221R，以连接到不使偏振方向变换的透光性的玻璃板224R的状态所配置。由此，能够避免第1偏振板221R及λ/2相位差板223R，由于发热而变形的问题。还有，第2偏振板222R，除了独立进行配置之外，也可以以连接到液晶面板220R的射出面、十字分色棱镜212的入射面的状态进行配置。
入射到空间光调制装置210R的s偏振光，通过λ/2相位差板223R变换成p偏振光。变换成了p偏振光的R光，原样不变地透射玻璃板224R及第1偏振板221R，入射到液晶面板220R。入射到液晶面板220R的p偏振光，通过相应于图像信号的调制被变换成s偏振光。通过液晶面板220R的调制，变换成了s偏振光的R光，从第2偏振板222R射出。如此地，以空间光调制装置210R所调制了的R光，入射到为色合成光学系统的十字分色棱镜212。
以R光透射分色镜206R所反射了的G光及B光，被90度弯曲光路。弯曲了光路的G光及B光，入射到B光透射分色镜206G。B光透射分色镜206G，反射G光，并透射B光。以B光透射分色镜206G所反射了的G光，入射到空间光调制装置210G。空间光调制装置210G，是相应于图像信号对G光进行调制的透射型的液晶显示装置。空间光调制装置210G，具有液晶面板220G，第1偏振板221G及第2偏振板222G。
入射到空间光调制装置210G的G光，被变换成s偏振光。入射到空间光调制装置210G的s偏振光，原样不变地透射第1偏振板221G，入射到液晶面板220G。入射到液晶面板220G的s偏振光，通过相应于图像信号的调制被变换成p偏振光。通过液晶面板220G的调制，变换成了p偏振光的G光，从第2偏振板222G射出。如此地，以空间光调制装置210G所调制了的G光，入射到为色合成光学系统的十字分色棱镜212。
透射了B光透射分色镜206G的B光，经由2片中继透镜208、和2片反射镜207，入射到空间光调制装置210B。空间光调制装置210B，是相应于图像信号对B光进行调制的透射型的液晶显示装置。还有，使B光经由中继透镜208，是因为B光的光路的长度比R光及G光的光路的长度长的缘故。通过采用中继透镜208，能够将透射了B光透射分色镜206G的B光，原样不变地引导到空间光调制装置210B。空间光调制装置210B，具有λ/2相位差板223B，玻璃板224B，第1偏振板221B，液晶面板220B，及第2偏振板222B。空间光调制装置210B的构成，因为与上述的空间光调制装置210R的构成相同，所以详细的说明进行省略。
入射到空间光调制装置210B的B光，被变换成s偏振光。入射到空间光调制装置210B的s偏振光，通过λ/2相位差板223B被变换成p偏振光。变换成了p偏振光的B光，原样不变地透射玻璃板224B及第1偏振板221B，入射到液晶面板220B。入射到液晶面板220B的p偏振光，通过相应于图像信号的调制被变换成s偏振光。通过液晶面板220B的调制，变换成了s偏振光的B光，从第2偏振板222B射出。以空间光调制装置210B所调制了的B光，入射到为色合成光学系统的十字分色棱镜212。
为色合成光学系统的十字分色棱镜212，将2片分色膜212a、212b正交成X形进行配置所构成。分色膜212a，反射B光，并透射G光及R光。分色膜212b，反射R光，并透射G光及B光。如此地，十字分色棱镜212，将以各空间光调制装置210R、210G、210B所分别调制了的R光、G光及B光进行合成。投影光学系统214，将以十字分色棱镜212所合成了的光投影到屏幕216上。由此，能够在屏幕216上显示全彩色图像。
还有，如上述地，从空间光调制装置210R及空间光调制装置210B入射到十字分色棱镜212的光，被设定为要变成s偏振光。并且，从空间光调制装置210G入射到十字分色棱镜212的光，被设定为要变成p偏振光。通过如此地使入射到十字分色棱镜212的光的偏振方向不同，能够在十字分色棱镜212中有效地合成从各空间光调制装置射出的光。分色膜212a、212b，通常，在s偏振光的反射特性方面优良。因此，使以分色膜212a、212b所反射的R光及B光为s偏振光，并使对分色膜212a、212b进行透射的G光为p偏振光。
图21，表示液晶面板220R的要部剖面构成。以图20进行了说明的投影机200，具备3个液晶面板220R、220G、220B。这些3个液晶面板220R、220G、220B只是进行调制的光的波长范围不同，基本的构成相同。因此，以液晶面板220R作为代表例进行以后的说明。来自光源部201的R光，从示于图21中的上侧向液晶面板220R进行入射，并向为屏幕216的方向的下方向射出。在为防尘玻璃的入射侧防尘玻璃300的入射侧，通过粘接层301粘合玻璃盖片302。在玻璃盖片302的出射侧，形成黑矩阵部303a及对向电极304。
在出射侧防尘玻璃308的入射侧，形成粘接层307，和具有用于使液晶取向的取向膜306c及TFT(薄膜晶体管)、透明电极306a的TFT基板306。入射侧防尘玻璃300及出射侧防尘玻璃308，使对向电极304和TFT基板306相对向地粘合。在对向电极304和TFT基板306之间，封入液晶层305。液晶层305，是相应于图像信号对为入射光的R光进行调制的调制部。在液晶层305的入射侧，形成黑矩阵部303a。
开口部303b，使入射光，向为调制部的液晶层305入射。对开口部303b进行透射的R光，对对向电极304、液晶层305、TFT基板306进行透射。R光，由于液晶层305中的相应于图像信号的调制，偏振状态得到变换。开口部303b，形成所投影的图像的像素。
在入射侧防尘玻璃300，形成微透镜阵列310。微透镜阵列310，具有在为XY平面的基准面300b上排列成阵列状的微透镜311。微透镜311，使为入射光的R光向开口部303b的方向折射。微透镜311，朝向入射侧设置使光折射的曲面311a。液晶面板220R，使得配置微透镜311的基准面300b，和为光轴的Z轴大致相正交地所配置。
还有，在以图20示出的构成中，相对于液晶面板220R分体地设置第1偏振板221R、第2偏振板222R。代替于此，也可以在入射侧防尘玻璃300和对向电极304之间、出射侧防尘玻璃308和TFT基板306之间等也设置偏振板。进而，微透镜阵列310，也可以形成于第1偏振板221R。
微透镜311，能够采用上述实施例1的灰度掩模进行形成。通过采用上述实施例1的灰度掩模能够以高的精度形成微透镜311，能够成为可以正确地控制光的行进方向的构成。在各空间光调制装置中，通过由微透镜311正确地控制光的行进方向，可以有效地利用光。由于在各空间光调制装置中可以有效地利用光，投影机200，能够显示明亮的图像。进而，通过采用正确的形状的微透镜311，能够正确地控制光线角度，显示高对比度的图像。由此，能够以高效率得到明亮、高对比度的图像。通过由正确的形状的微透镜311来防止开口部303b中的光的集中，还能够降低液晶、取向膜的劣化，进而减少空间光调制装置的劣化。
本实施例的投影机200，并不限于采用超高压水银灯作为光源部201的构成。例如，也可以采用发光二极管元件(LED)等的固体发光元件。另外，投影机200，并不限于设置了3个透射型液晶显示装置的，所谓3板式的投影机，例如，也可以为设置了1个透射型液晶显示装置的投影机、采用了反射型液晶显示装置的投影机。进而，并不限于前投影型的投影机200，也可以为向屏幕的一方的面供给激光，并通过观看从屏幕的另一方的面所射出的光而观看图像的，所谓背投投影机。进而微透镜阵列310并不限于投影机，还能够应用于CCD相机、C-MOS传感器等的感光元件中。
如以上地，本发明的灰度掩模，适于制造具备高的纵横比的形状的微透镜的场合。
权利要求
1.一种灰度掩模，其为了以预定的图形对抗蚀剂层进行曝光而确定了光透射率的分布，其特征在于使得采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光的前述抗蚀剂层、形成比前述第1抗蚀剂形状的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状地，确定前述光透射率的分布。
2.按照权利要求1所述的灰度掩模，其特征在于，具备相应于前述第2抗蚀剂形状使前述光透射率变化的第1区域，和对用于对前述抗蚀剂层进行曝光的光进行遮光的第2区域。
3.按照权利要求1所述的灰度掩模，其特征在于，具有具备开口部及遮光部的多个单位单元，通过前述开口部占前述单位单元的面积的比率的开口面积率，确定前述光透射率；具备相应于前述第2抗蚀剂形状使前述单位单元的前述开口面积率变化的第1区域，和具有下述的前述单位单元的第2区域，该单位单元具有前述面积开口率及抗蚀剂深度为大致比例关系的范围以外的范围的前述面积开口率。
4.按照权利要求2或3所述的灰度掩模，其特征在于具备用于形成前述第2抗蚀剂形状的掩模区域；前述第1区域，形成于前述掩模区域之中的、以内切于前述掩模区域的圆所包围的部分。
5.按照权利要求2或3所述的灰度掩模，其特征在于具备用于分别形成前述第2抗蚀剂形状的多个掩模区域；前述第1区域，形成于一个掩模区域之中的、通过外接于与前述一个掩模区域相邻的其他的掩模区域的圆的圆弧所包围的部分。
6.按照权利要求2或3所述的灰度掩模，其特征在于具备用于形成前述第2抗蚀剂形状的掩模区域；前述第1区域，形成于内切于前述掩模区域的圆内的一部分。
7.一种微透镜的制造方法，其特征在于，包括第1曝光工序，其采用相应于第1抗蚀剂形状而确定了光透射率的分布的第1灰度掩模，对抗蚀剂层进行曝光；第2曝光工序，其采用第2灰度掩模对前述抗蚀剂层进行曝光，该第2灰度掩模，使得采用相应于前述第1抗蚀剂形状所曝光的前述抗蚀剂层、形成比前述第1抗蚀剂形状的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状地，确定了光透射率的分布；和透镜形状形成工序，其通过向其他的构件复制前述第2抗蚀剂形状而形成透镜形状。
8.一种微透镜，其特征在于采用权利要求1～6中的任何一项所述的灰度掩模所制造。
9.一种微透镜，其特征在于通过权利要求7中所述的微透镜的制造方法所制造。
10.一种空间光调制装置，其特征在于具备权利要求8或9中所述的微透镜。
11.一种投影机，其特征在于具备权利要求10中所述的空间光调制装置。
全文摘要
本发明提供的灰度掩模等，用于以高精度形成微透镜等的具有三维微细结构的光学元件，特别是具备高纵横比的形状的光学元件。为了以预定的图形对抗蚀剂层进行曝光而确定了光透射率的分布的灰度掩模(20)，具备第1区域(91)，其使得采用相应于第1抗蚀剂形状所曝光了的抗蚀剂层、形成比第1抗蚀剂形状的纵横比高的纵横比的第2抗蚀剂形状地，确定了光透射率的分布；和第2区域(92)，其对用于对抗蚀剂层进行曝光的光进行遮光。
文档编号G03F1/00GK1975569SQ20061016299
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者水迫和久, 上岛俊司 申请人:精工爱普生株式会社