(57)【要約】  本発明は、支持基板（ＴＰ）上の粘度の高い透明流体から硬化された微細構造レンズ系を備える平坦な薄層から成る微細構造フラットレンズ系及び光学マスク（ＬＭ）を複製する方法及び装置に関する。流体は、板状のマスタープレート（Ｍ）と移動自在の支持基板との間に導入され、硬化した後、前記基板に接合されたままの状態を保つ。本発明の方法は、非回転方式で実行され、成形空間は、流体の膨張の方向に側壁又はそれに類似するものにより限定されない。本発明によるフラットレンズ系又は光学マスクは、レンチキュラーアレイ、視野レンズ又はフレネルレンズとして実現される。マスクの最終形状は均等であり、幾何学的に正確な層厚さを有し、空気ポケットを全く含まない。本発明の方法及び装置により、高い幾何学的正確さをもって、極めて良好な光学的品質で制御された複製を実行することができる。（図１ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造フラット光学エレメントと微細構造光学エレメントを有する光学マスク（ＬＭ）とを非回転方式で複製する方法であって、
硬化性の透明粘性流体が複製装置の型穴部（Ｒ）の中に注入され、
前記型穴部（Ｒ）は、
複製される構造を有する複製部（ＭＦ）と平坦な縁部分（ＭＲ）とから構成される水平に位置決めされたマスタープレート（Ｍ）と、前記マスタープレート（Ｍ）の縁部分（ＭＲ）に設けられ、前記型穴部（Ｒ）を気密状態で封鎖する密封リング（Ｄ）の上に載置されたキャリアプレート（ＴＰ）と、の間に形成され、
（ａ１）硬化する前記流体の初期ポイント（ＩＰ）として、前記キャリアプレート（ＴＰ）の１以上の小領域に前記流体を塗布する工程と、
（ａ２）放射状と三日月状との少なくともいずれかの形状に形成される、流体のいくつかのトラック（Ｔ１、Ｔ２、．．．）を、前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布する工程と、
（ａ３）所定量の前記流体を前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布し、一体の初期流体部分（ＩＦ）を形成し、それにより、前記キャリアプレート（ＴＰ）上の対応する前記初期ポイント（ＩＰ）と一致する対向ポイント（ＫＰ）として、１以上の垂直頂点を形成する工程と、
（ｂ１）前記マスタープレート（Ｍ）と密封リング（Ｄ）との組立体に前記キャリアプレート（ＴＰ）を載置し、それにより、前記初期ポイント（ＩＰ）と対応する前記対向ポイント（ＣＰ）とが接触するように、前記キャリアプレート（ＴＰ）を水平に位置決めする工程と、
（ｂ２）前記型穴部（Ｒ）に低圧を加える工程であって、
前記キャリアプレート（ＴＰ）が、制御下で前記マスタープレート（Ｍ）の付近に引き寄せられ、それにより、前記流体が前記初期ポイント（ＩＰ）及び前記初期流体部分（ＩＦ）の前記対向ポイント（ＫＰ）から始まって連続して分散され、該流体が前記マスタープレート（Ｍ）の前記複製部分（ＭＦ）の上方で前記型穴部（Ｒ）を完全に満たし、
前記低圧により、前記キャリアプレート（ＴＰ）と前記マスタープレート（Ｍ）との間の距離が決定され、前記マスタープレート（Ｍ）の前記複製部分（ＭＦ）により規定されるプレート間の穴部を完全に満たし、それにより、前記低圧が制御自在のプロセスパラメータとして使用されるようにする、工程と、
を備える方法。
【請求項２】
前記キャリアプレート（ＴＰ）を前記マスタープレート（Ｍ）上に載置する工程は、前記型穴部（Ｒ）における前記低圧と、前記プレート（Ｍ、ＴＰ）間の距離を決定する制御自在のスペーサ手段（ＤＭ）と、を介して制御される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１のプロセス工程（ａ１）において、初期ポイント（ＩＰ）は、前記キャリアプレート（ＴＰ）の対角線の交差点に配置される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される流体のいくつかのトラック（Ｔ１、Ｔ２、．．．）は、前記流体の拡散方向へ走行する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記流体のいくつかのトラック（Ｔ１、Ｔ２、．．．）は、前記マスタープレート（Ｍ）の中心から前記縁部分（ＭＲ）へ向かって走行することを特徴とする、請求項１又は４記載の方法。
【請求項６】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記初期流体部分（ＩＦ）は、円形又は楕円形の一体部分である、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記初期流体部分（ＩＦ）は、放射状と三日月形との少なくともいずれかであり、連続している、ことを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
【請求項８】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記初期流体部分（ＩＦ）は、蛇行形状を有する、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記初期流体部分（ＩＦ）は、前記マスタープレート（Ｍ）の前記複製部分（ＭＦ）の隅に向いたポケットを示す、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マスタープレート（Ｍ）上に塗布される前記初期流体部分（ＩＦ）に形成される対向ポイント（ＫＰ）は、前記マスタープレート（Ｍ）の前記複製部分（ＭＦ）の中央に配置される、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記トラック（Ｔ１、Ｔ２、．．．）は枝分かれしている、請求項１又は５に記載の方法。
【請求項１２】
前記キャリアプレート（ＴＰ）の外面は、補強裏当て板と取り外し自在に結合される、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリアプレート（ＴＰ）は、低圧によって補強裏当て板と取り外し自在に結合される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
プロセス工程（ｂ１）において、湾曲装置（ＢＸ）は、初期ポイント（ＩＰ）がほぼ配置される場所で前記キャリアプレート（ＴＰ）を押圧し、前記キャリアプレート（ＴＰ）が前記マスタープレート（Ｍ）に向かって湾曲する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記初期流体部分（ＩＦ）の前記対向ポイント（ＫＰ）は、前記プロセス工程（ａ３）と前記プロセス工程（ｂ１）との間で追加して形成される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記光学マスク（ＬＭ）は、球形又は円筒形の構造を有する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ１）から（ａ３）は、同時に又は重複して実行される、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
微細構造のフラット光学エレメントと微細構造の光学エレメントを有する光学マスク（ＬＭ）とを非回転方式で複製するための複製装置であって、
複製される構造を有する複製部分（ＭＦ）と、平坦な縁部分（ＭＲ）と、を有する水平に位置決めされたマスタープレート（Ｍ）と、
前記縁部分（ＭＲ）に設けられた密封リング（Ｄ）と、
前記マスタープレート（Ｍ）と前記密封リング（Ｄ）との組立体の上に着脱自在に載置されるキャリアプレート（ＴＰ）と、
から構成され、
前記マスタープレート（Ｍ）と前記キャリアプレート（ＴＰ）との間の空間が、前記密封リング（Ｄ）と共に、気密に密封された型穴部（Ｒ）を形成し、
−前記型穴部（Ｒ）の内部に制御自在の低圧を発生する手段と、
−前記マスタープレート（Ｍ）と前記キャリアプレート（ＴＰ）との間の距離を検出する手段と、
−前記マスタープレート（Ｍ）と前記キャリアプレート（ＴＰ）との間に所望の距離を設定するために、前記型穴部（Ｒ）の内部の低圧を制御する制御手段と、
を備える複製装置。
【請求項１９】
前記キャリアプレート（ＴＰ）と前記マスタープレート（Ｍ）との間の距離は、可変スペーサ手段（ＤＭ）を利用して制御自在である、請求項１８記載の複製装置。
【請求項２０】
前記制御自在のスペーサ手段（ＤＭ）は、機械エレメント、空気圧エレメント、又は油圧エレメントである、請求項１９記載の複製装置。
【請求項２１】
前記制御自在のスペーサ手段（ＤＭ）は圧電エレメントである、請求項１９記載の複製装置。
【請求項２２】
前記密封リング（Ｄ）、又は該密封リング（Ｄ）のいくつかのセグメントは、制御自在の可変垂直弾性を示す、請求項１９記載の複製装置。
【請求項２３】
制御自在の加熱手段と冷却手段との少なくともいずれかを含む、請求項１８から２２のいずれか１項に記載の複製装置。
【請求項２４】
振動励起手段は、前記型穴部（Ｒ）の中に注入される流体の振動を誘起する、請求項１８から２３のいずれか１項に記載の複製装置。
【請求項２５】
振動励起手段は、超音波を利用して、前記型穴部（Ｒ）の中に注入される前記流体の振動を誘起する、請求項２４記載の複製装置。
【請求項２６】
前記キャリアプレート上に設けられ、前記キャリアプレート（ＴＰ）を前記マスタープレート（Ｍ）に向かって垂直方向に押圧する湾曲装置（ＢＸ）を有する、請求項１８から２５のいずれか１項に記載の複製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
微細構造フラット光学エレメント及び微細構造光学エレメントを有する光学マスクを複製する方法及び装置。
【０００２】
本発明は、フラットで微細構造の薄膜光学エレメント及びそのような微細構造の光学エレメントを有する光学マスクを複製する方法及び装置に関し、前記光学エレメントは、キャリアプレート又は基板上で硬化する透明で粘度の高い流体又は粘性流体から形成され、流体は、マスタープレート（成形型）と移動自在のキャリアプレートとの間の穴部（cavity）の中に注入され、硬化後、キャリアプレートに接着する。
【背景技術】
【０００３】
方法は非回転の流れを利用する。型穴部（mould cavity）は、硬化される流体の流れの方向には側壁などにより拘束されない。マスタープレートは複製プロセスにおいて原型として使用される。マスタープレートは、回転しないように水平位置に配置される。硬化される必要量の流体は、制御自在の注入弁を用いずに、２枚のプレートの間に形成された型穴部の中に注入される。
【０００４】
本明細書において、「光学マスク」という用語は、マスク又はフラットな光学エレメントを総称する用語として使用される。光学マスクには、レンチキュラーアレイ、レンズアレイプレート又はマトリクス構造などの種々の光学面構造を有するフラットなエレメントが含まれる。それらは、通常、矩形であり、マトリクス構造、円筒形構造又は球形構造を示す。円筒形マスクは、特に、例えば並列に配置された円柱レンズの形態をとる多数の隣接するレンチキュールを含むレンチキュラーアレイである。円筒形光学マスクは、円柱フレネルレンズ、プリズムマスク又はそれに類似するエレメントであってもよい。球形光学マスクは、例えば、球面フレネルレンズである。フラットな光学エレメントも、光学面構造を特徴とする。しかし、この場合、キャリアプレートは、光変調器、例えば、ＬＣディスプレイ、イメージマトリクス、又は空間光変調器のような発光光学エレメント又は光透過光学エレメントである。
【０００５】
それらのマスクは、通常、モニタ又は表示画面の大きさを有し、非常に薄い。すなわち、光学マスクの厚さは、０．２〜０．３ｍｍである。光学マスクの光学構造の奥行は、通常、２００μｍ未満である。光学的用途に使用される場合の構造表面には、形状の精度が高いことと粗さが極めて低いことが要求される。すなわち、表面粗さは、数ｎｍ程度でなければならない。
【０００６】
自動立体視ディスプレイなどの複雑な光学系において使用される光学マスクに対する要求は多い。自動立体視ディスプレイの場合、光学投影システムを利用して、左右の画像情報を空間的に分離する必要がある。画像情報を立体的に見ることができるようにするために、観察者の一方の目で見ることが意図される画像コンテンツは、他方の目の視線とぶつかり合うことなく、一方の目へ送り出されなければならない。それに対応する手段は、画像分離装置として知られており、この装置は、例えば、照明マトリクス及び集束マトリクスとして実現されている。自動立体視ディスプレイのこれらのエレメント及び他の不可欠なエレメントは、通常、レンチキュラーアレイの形態で実現されるか又はレンチキュラーアレイと組み合わされるため、レンチキュラーアレイは、設計上、非常に重要なエレメントになっている。
【０００７】
通常、レンチキュラーアレイは微細な構造を有し、非常に小さなピッチを示す。光学的な目標を達成するために、レンズの大きさ、すなわち、レンチキュールのピッチは、イメージマトリクスのピッチと一致する場合が多い。本明細書においては、「イメージマトリクス」という用語は、発光光変調器又は光透過光変調器を総称する用語として使用される。例えば、レンチキュラーアレイの１つのレンチキュールがイメージマトリクスのごく少数の画素列にのみ割り当てられる場合、イメージマトリクスの画素数を減少する際に、いくつかの重要な目標が提起される。レンチキュールの大きさを設定するための基準として使用される画素数を徐々に減少するという観点から言えば、光学上の実現性の限界、少なくとも費用効率よく、高い信頼性をもってレンチキュラーアレイを製造する場合の限界に達し、それを越えてしまう危険がある。
【０００８】
表示画素数個分の大きさを有するレンチキュールを含むレンチキュラーアレイを製造することは、非常に困難である。また、今日、市販のディスプレイにおいて利用可能である表示解像度を考慮すると、表示画素１つ分のみの大きさを有するレンチキュールを含むレンチキュラーアレイの製造は、おそらく、技術的実現可能性の範囲を既に逸脱している。
【０００９】
（従来の技術）
光学エレメントを複製する方法として、いくつかの方法が知られており、その一部はかなり以前から知られている。型穴部を流体で充満する技術の１つは、注入充満方法として説明される。この方法によれば、流体は、注入開口部を経て、周囲圧力で型穴部に流入する。これに対して、圧力充満方法によれば、流体は、通常は非常に高い圧力を受けて型穴部の中に注入される。単純な方法によると、余分な流体が１つ又はいくつかの逃がし開口部からあふれ出すまで、流体は型穴部の中に注入される。
【００１０】
失効した特許文献１は、型穴部を充満するそのような方法を開示している。注入開口部から離間した場所に配置されたあふれ出し開口部に液体樹脂が到達したことをセンサが検出するまで、又は樹脂が型穴部の縁部分まで十分に満たされたことを位置検出器が判定するまで、樹脂が、注入開口部を経て、壁で囲まれた型穴部の中に注入される。
【００１１】
特許文献２は、開口部を経た流体材料で封じ込められた型穴部を充満する方法を説明している。外向きの力（横方向力）を加えることにより、流体材料は注入開口部から取り出される。流体を注入するための力、すなわち、重力又は圧力と、横方向力とを互いに無関係に加えることができる。引用した文献においては、横方向力は遠心力として説明されており、従って、説明は回転成形方法をも含まれている。
【００１２】
本発明の別の面によれば、流体は、注入開口部を経て型穴部の中に注入され、その間、余分な量の流体は、あふれ出し開口部を経て型穴部から流出できるので、型穴部における流体の高さは、感知エレメントによって検出及び制御される。
【００１３】
特許文献３は、空気を通すが流体を透過しないシール又は膜を使用することを説明している。注入中、型穴部は、そのようなシール又は膜を介して排気される。型穴部を充満した後、密封材料のセル開口部は閉鎖され、流体は硬化される。しかし、この方法は、大量生産には実現不可能であると思われる。
【００１４】
失効した特許文献４は、ガラスシートを積層し、積層ガラス物品を製造する方法を説明している。プロセス中、ガラス板は、水平に位置決めされるか、又は一時的にわずかに傾斜されてもよい。この方法によれば、樹脂は、離間して配置された積層される２枚のガラス板の間に注入される。最初に、ガラス板にスペーサ手段が装着される。それらのスペーサ手段はガラス板の縁部に沿って配置され、スペーサ手段は空気を通すが流体を透過しない。次に、板を位置決めした後、所定の量の樹脂が注入管を通してガラス板の間の穴部に注入される。それにより、樹脂は２枚のガラス板の内面と接触し、注入は流体が板の間で規定された通りに拡散するように制御される。その後、ガラス板の間の穴部は、残る量の流体で充満され、注入される樹脂によって追い出された空気は、上述の空気を透過するスペーサ手段を通って流出可能である。最後に、樹脂は硬化され、ガラス板の間に堅固な層を形成する。樹脂は、ガラス板の中央領域に注入されるのが好ましい。樹脂は、注入管を通してガラス板の間の穴部の中に注入され、周囲の空気を透過するスペーサ手段には、注入管に対応する開口部が設けられる。特に、スペーサ手段は、開いた多孔構造を示す発泡性粘着テープのストリップから形成される。
【００１５】
この方法は、２枚のガラス板の間の穴部への樹脂の注入を支援するために、樹脂が注入されている間にガラス板を押圧する工程を更に含んでいる。わずかに正の圧力を有する環境の中に板を載置することにより、板を押圧でき、その結果、排気工程において、空気は、空気を通すが流体を透過しないスペーサ手段を通って流出することができる。
【００１６】
特許文献５は、第１の基板と第２の基板との間のセル穴部をセル充満液体によって充満する方法及び装置を説明している。この方法は、２枚の基板の外面に設けられたいくつかの排気用穴部を説明している。排気用穴部は、型穴部の部分穴部と連通している。排気用穴部は、充満工程の間の成形型の超過圧力を最小限にするのを助ける。
【００１７】
特許文献６は、２枚のガラスシートの間にプラスチック層を製造する方法及びその方法を実行するための装置を開示している。液体プラスチック材料は、ガラスシートの間の穴部の中に注入され、充満工程の間、ガラスシートは、平行に設けられてもよいし、あるいは互いに角度を成して設けられてもよい。次に、ガラスシートの縁部が整列され、密封される。続く工程において、２枚のガラスシートは、外側から互いに当接するように押圧され、プラスチック材料の硬化中に、ガラス板に沿って移動される１つ又はいくつかの回転圧力ローラにより高圧が加えられる。
【００１８】
特許文献７は、フラットなフレネルレンズを非回転方式で複製する方法を説明しており、この方法は、垂直又は水平に設けられ、製造されるフレネル構造のネガであるマスタープレート（プラスチック成形型）と平面状の基板面との間に形成された閉鎖された真空密の型穴部を含む。このチャンバから空気が排出され、その後、このチャンバに硬化性流体が導入される。前記流体はチャンバ内部の低圧によって吸い込まれる。
【００１９】
特許文献８は、光学レンズを鋳造する方法を開示しており、この場合、上下の成形型により形成される穴部の中に樹脂が注入され、硬化される。複製装置には、ギャップシールが装備される。成形型は、機械式案内手段によって互いに固定され、前記案内手段の長さは、２つの成形型の間の距離を決定し、従って、製造される光学エレメントの厚さを決定する。
【００２０】
特許文献９は、図１１の説明の中で、真空フレームと紫外線光源及び赤外線加熱装置から成る構体とから構成される装置について述べている。相互間に硬化可能プラスチックが挟まれている上方プラスチックフィルムシート及び下方プラスチックフィルムシートにより、サンドイッチ構造が形成される。この構体は、剛性下方成形型及び薄いＵＶ透過上方成形型と共に、真空フレームの中に配置される。真空が加えられることにより、サンドイッチエレメントは、強制的に上方成形型及び下方成形型のくぼみ部分に押し込まれ、最終的に硬化される。
【００２１】
特許文献１０は、特に気泡の発生を回避することを目的として、樹脂ディスクを回転方式で製造又は形成する典型的な方法を開示している。樹脂は、投与装置、いわゆるディスペンサを経て、高速回転成形型の中央に注入され、樹脂は、遠心力によって拡散し、成形型を覆う。この方法は、高品質の光学ディスク及び円形マスクを製造するために使用される。しかし、この方法により製造されるディスクの寸法は制限される。
【特許文献１】欧州特許第０１４１５３１Ｂ１号
【特許文献２】欧州特許第０６８８６４９Ｂ１号
【特許文献３】国際公開第９９／３０８８６号パンフレット
【特許文献４】欧州特許第０４９０５８０Ｂ１号
【特許文献５】米国特許第６，２０３，３０４Ｂ１号
【特許文献６】独国特許出願公開第３６４３７６５Ａ１号
【特許文献７】米国特許第４，１７０，６１６号「フレネルレンズの製造方法（Method of fabrication of a Fresnel lens）」（１９７８年）
【特許文献８】独国特許出願公開第２２５５９２３Ａ１号
【特許文献９】米国特許第５，２０２，７９３号「３次元画像表示装置（Three dimensional image display apparatus）」
【特許文献１０】特許第６３３０７９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
回転式の方法は、小型エレメントを製造する上で非常に頑健且つ確実であるが、対角線寸法が２０インチ以上のモニタに使用される所望の矩形光学マスクの製造に、それらの方法を適切に適用することは不可能である。
【００２３】
上述の成形型充満方法、すなわち、２つの開口部を含む方法及び流体を透過しない密封の方法には、特に面積が広く且つ壁が薄い成形型の場合、成形型の壁に加えられる大きな力によって、壁が湾曲する傾向があるという欠点がある。第２の開口部に真空が加えられると、成形型の壁が変形する危険は更に増し、その結果、不正確に形成された欠陥を含む光学エレメントが製造されてしまうこともある。
【００２４】
上述の微細構造薄膜マスクは、最高の品質基準に照らして製造されなければならない。欠陥のある光学マスクは、例えば、ディスプレイ上でいつまでも見えるような画素エラーを引き起こす。例えば、空気の混入などによって引き起こされる各々の欠陥画素は、例外的なケースでなければ修理不可能であるので、不完全な光学エレメントを廃棄せざるをえない。
【００２５】
硬化される流体、すなわち、樹脂は、通常、費用の上で重大なエレメントとはならない。これに対し、極めて精密なマスタープレートは、複製装置の中心をなすエレメントであり、通常、非常に高価である。製造されるマスクの目標寸法を越えて成形型の間に拡散した余分な量の樹脂は、光学マスクと共に硬化し、マスタープレートに接着する。この樹脂は、長い時間を要する洗浄工程によって、マスタープレートから除去されなければならない。この洗浄工程に関連する動作停止時間は、複製装置全体の可用性を低下させる。また、そのような洗浄作業中、マスタープレートは激しい摩耗を受ける。更に、操作が付け加えられるたびに損傷の危険があるため、高価なマスタープレートの寿命は著しく短縮される。
【００２６】
鋳造光学マスクは、流体が十分に硬化するまで、装置の中にとどまる。しかし、複製プロセスのサイクル時間、特に、流体を塗布しマスクを形成するために必要とされる時間を短縮することが望ましい。
【００２７】
高いシステム可用性及び高いプロセス信頼性を確保するためには、複製方法及び複製装置が単純であると共に、容易に操作できるようにすべきである。
【００２８】
前述のように、光学マスクは非常に薄く、２００μｍ未満の厚さを有するのが好ましい。このような事情があるため、許される製造許容差が極めて小さく、形状及び寸法安定性に課される要求が非常に厳しいことは明らかである。成形プロセスの間に、基板の湾曲が適切に防止されれば、垂直方向のそのような高い寸法精度は実現される。
【００２９】
上述の他の目的に加えて、複製方法及びそれに対応する装置は、共に、先に説明された微細構造薄膜光学マスクを確実且つ経済的に製造することを保証する必要がある。最終製品は、形状及び寸法に関して高い安定性を示し、高い光学的品質を有する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
方法は、非回転式成形方法として分類できる。複製方法は、水平位置で実行されるのが好ましい。方法は、特に、自動立体視ディスプレイにおいて使用するための微細構造フラット光学エレメント及び光学マスクを複製するために使用され、前記エレメント又はマスクは、成形後に硬化される樹脂のような透明の粘性流体から製造される。
【００３１】
光学マスクは、通常、矩形であり、円筒形又は球形の構造を示す。円筒形マスクは、特に、例えば、並列に配置された円柱レンズの形態をとる多数の隣接するレンチキュールを有するレンチキュラーアレイである。円筒形光学マスクは、円柱フレネルレンズ又はプリズムマスク又はそれに類似するエレメントであってもよい。球形光学マスクは、例えば、球面フレネルレンズである。
【００３２】
それらのマスクは、通常、モニタ又は表示画面の大きさを有し、非常に薄い。すなわち、マスクは、０．２〜０．３ｍｍの厚さを有する。光学マスクの厚さは、２００μｍ未満であるのが好ましい。
【００３３】
新規な複製装置は、水平に配置されたフラットなマスタープレートを含む型穴部から構成される。マスタープレートは、複製プロセスにおけるネガを表す構造複製部分を中央に有し、更に周囲の平坦な縁部分を有する。複製部分は、好ましくは低圧によって、マスタープレートに取り外し自在に固定される。密封リングは、マスタープレートを取り囲む。移動自在のキャリアプレートは、この密封リングの上に載せられ、型穴部を気密状態で封鎖する。
【００３４】
本発明によれば、複製装置は、それらのプレートの間の距離を検出する手段を含む。本発明は、型穴部における低圧を変化させることにより、プレート間の距離を制御できるという考えに基づいている。本発明の発展形態においては、低圧の変化ではなく、可変スペーサ手段によってプレート間の距離を制御できる。
【００３５】
本発明の方法は、初期供給及び成形の主要段階を含む。以下に、それらの工程を詳細に説明する。
【００３６】
本発明の方法における第１の主要段階（ａ）は、初期供給と呼ばれる。この段階は、以下の工程を含む。
【００３７】
（ａ１）初期ポイント：硬化される流体をキャリアプレートの１以上の狭い領域に初期ポイントとして塗布する。キャリアプレートの中心に、１つの初期ポイントが配置されるのが好ましい。
【００３８】
（ａ２）トラック形成：マスタープレート上に流体のいくつかのトラックを塗布する。トラックは、複製部分の中央からマスタープレートの縁部分に向かって走行するか、又は対向ポイント（後述する）の間を走るのが好ましい。トラックは、隣接しているのが好ましく、放射状に走行し、且つ／又は三日月状に形成される。
【００３９】
（ａ３）供給：必要量の流体をマスタープレート上に塗布する。それにより、一体の初期流体部分が成形される。この部分には、対向ポイントを表す複数の垂直頂点が形成され、マスタープレートの対向ポイントは、キャリアプレートの初期ポイントと常に一致する。
【００４０】
初期供給段階（ａ）の各工程は、例えば、ディスペンサ及び操作機器を利用して、自動化方式で実行されるのが好ましい。従って、それらの工程は、同時に実行されるか又は重複モードで実行されることが可能である。
【００４１】
第２の主要段階（ｂ）は、成形と呼ばれる。この段階は、以下の工程を含む。
【００４２】
（ｂ１）初期接触：水平に位置決めされたキャリアプレートをマスタープレート上に載置する。これにより、キャリアプレートとマスタープレートは、初期ポイント及び対向ポイントにおいて初期接触し、キャリアプレートは、型穴部（Ｒ）を気密状態で密封するように、密封リング（Ｄ）の上に載せられる。
【００４３】
（ｂ２）制御成形：型穴部に低圧を加える。これにより、キャリアプレートは、制御下でマスタープレートの近くに引き寄せられ、初期流体部分の流体が、初期ポイント及び対向ポイントから始まってトラックに沿って連続して分散され、マスタープレートの複製部分により規定される通りにプレート間に形成された穴部を完全に充満する。型穴部内の低圧及び、可変スペーサ手段がある場合は、プレート間の可変スペーサ手段が制御自在のプロセスパラメータとして使用される。
【００４４】
成形段階（ｂ）の工程は、例えば、センサ及びプロセスパラメータのプログラム可能制御を利用して、自動化方式で実行されるのが好ましい。
【００４５】
本発明の方法は、流体の初期形態、すなわち、初期流体部分がトラックによってマスクの所望の矩形形状に変形されるという考えに基づいている。
【００４６】
第１のプロセス条件は、光学マスクに空気が含まれてはならないということである。第２の必要条件は、マスクの最終形状が、寸法の不足なく且つ所望の寸法を超過する量ができる限り少ない状態で、水平位置で形成されることである。
【００４７】
本発明によれば、上記の目的は、トラックを利用することによって達成される。この場合、トラックは、放射状と三日月形との少なくともいずれかの一体の流体のトラックであるのが好ましい。本発明の変形例においては、トラックはやや細長い領域を形成してもよい。それらの長めの領域は、流体が穴部を通って流れる間の空気混入を回避するように選択される。
【００４８】
複数のトラックは、初期流体部分からマスタープレートの縁部分に向かって走行するのが好ましい。流動プロセスの間に流体の拡散方向に走行するようにトラックに対して塗布が行われるのが好ましい。すなわち、トラックは、流動方向に軌道を形成する。流体の拡散方向を特定して制御すること及び成形型の１つの溝から隣接する溝への進行を容易にすることを目的として、理想の軌道からずれてもよい。
【００４９】
マスタープレートの溝の間には、常に、垂直方向寸法が減少する移行領域が存在する。従って、流体は、隣接する溝の中へ進むより、溝に沿って流れようとする。この点に関して、本発明は、隣接する溝の間に「橋」を形成し、１つの溝から隣接する溝への流体の進行を開始させるためにトラックを使用できるという考えに基づいている。
【００５０】
供給工程（ａ３）において、必要量の流体がマスタープレート上に塗布され、そこに初期流体部分が形成される。本発明によれば、流体に粘度があるため、流体部分には、１以上の垂直頂点、すなわち、対向ポイントが形成される。本発明によれば、それらのポイントは、キャリアプレート上の対応する初期ポイントと一致する。
【００５１】
単純な実施形態においては、初期流体部分は、円形、楕円形又はほぼ卵形の形状を有する一体の部分である。この基本形状は、複製部分の隅（コーナー）に向いたポケットにより拡張されてもよい。流体部分は、放射状又は蛇行する形態であってもよいが、常に少なくとも１つの対向ポイントを含む。マスタープレートの複製部分の中央に、１つの対向ポイントが配置されるのが好ましい。この点に関しては、図面中の概略図を参照する。
【００５２】
最終製品である光学マスクの構造、例えば、円筒形レンチキュラーアレイ又は球面視野レンズは、初期流体部分の形態、トラックの軌道及び対向ポイントの位置によって主に影響を受ける。
【００５３】
方法の第２の段階である成形段階（ｂ）においても、本発明の考えは継続される。初期接触工程（ｂ１）において、水平に配置されたキャリアプレートは、マスタープレート上の対向ポイントとキャリアプレート上の初期ポイントとが初期接触するように位置決めされる。プレートの初期接触の直前に、初期流体部分の対向ポイントの形成が必要な場合もある。これは、初期流体部分のそれぞれ対応する位置に少量の流体を追加することにより実現されてもよい。本発明に基づいて、それらの初期ポイントにおいて規定通りに流体が初期接触することにより、このプロセス工程の間に望ましくない空気の混入が発生することが防止される。同時に、キャリアプレートは、密封リングの上に載せられ、型穴部を気密状態で封鎖する。
【００５４】
続く第２の工程である制御成形工程（ｂ２）においては、型穴部に低圧が加えられ、それにより、キャリアプレートは、制御下でマスタープレートの付近に引き寄せられる。そこで、流体は、当初接触した初期流体部分から始まってトラックに沿って連続的に拡散する。
【００５５】
本発明によれば、型穴部における低圧及び可変スペーサ手段が追加使用される場合、可変スペーサ手段は、制御自在のプロセスパラメータとして採用される。本発明によれば、キャリアプレートの湾曲が要求される許容差範囲内に維持される一方で、それらの制御自在のパラメータは流体の拡散を誘起する。それらのパラメータはプログラム制御されるのが好ましい。
【００５６】
低圧に加えて使用されてもよい制御自在の可変スペーサ手段は、ウォーム歯車のような機械エレメントである。他の形態は、例えば、空気圧エレメント、油圧エレメント、又は特に好ましくは圧電エレメントである。単純な実施形態においては、制御自在のスペーサ手段は、密封リングの可変垂直弾性の形態をとり、この場合、前記密封リングは、いくつかの別個に制御自在であるセグメントから構成されてもよい。
【００５７】
本発明によれば、型穴部内の低圧により、２つの影響が排除される。第１に、型穴部内の低圧は、プレートを互いに更に近接させるように引き寄せるため、流体が拡散する。第２に、流体部分に加えられる引張り力によっても、流体が拡散する。本発明によれば、それらの力は重畳可能であり、プレートが制御下でより近接するように引き寄せられている間に、キャリアプレートにごく小さな垂直方向の力が加えられる。そのため、このプロセスの間、キャリアプレートはごくわずかしか湾曲せず、流体が硬化するまで、要求される許容差範囲内で平坦なままであるため、最終製品の所望の形態安定性が確保される。必要に応じて、別の制御自在のプロセス変数である可変スペーサ手段により、制御成形工程が支援されてもよい。
【００５８】
本発明の方法の変形例によれば、型穴部の中で流体の振動が誘起される。この振動励起装置は、パワー・ソノトロード（power sonotrode）の形で実現される超音波励起装置であるのが好ましい。溝から溝への流体の進行が支援されるため、微細振動は、流体の拡散を持続的に加速する。更に、硬化中、材料中の応力は最小限に抑えられる。従って、最終製品は、ほぼ応力が除去されている。
【００５９】
本発明の方法によれば、流体は、マスタープレートの複製部分により規定される通りにプレート間の穴部を完全に充満する。マスクの最終鋳造構造は均質であり、その寸法及び形状は安定し、空気の混入は全くない。最終鋳造物の実際の水平方向寸法は、要求されるマスクよりごくわずかに大きいが、これは、マスタープレートに設けられた複製部分に相応する。
【００６０】
本発明による方法及び装置により、確実なプロセスで、高い形態安定性をもって、高い品質基準に従うようにマスクを複製できる。所望の寸法をごくわずかに超える大きさであることによって、複製プロセス後の洗浄に必要とされる時間と労力はごくわずかになり、システムの高い可用性に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
添付の図面に関連して、他の実施形態を詳細に説明する。
【００６２】
図１ａ及び図１ｂは、フラットで、矩形の、微細構造を有する薄膜光学マスクを複製するための装置の斜視図及び正面図を示す。複製装置の型穴部Ｒは、マスタープレートＭ、周囲密封リングＤ及び移動自在のキャリアプレートＴＰを含む。マスタープレートＭは、複製プロセスにおいてネガを表す構造複製部分ＭＦと、平坦な周囲縁部分ＭＲとを有する。
【００６３】
初期供給プロセス段階（ａ）は、これらの図面においてほぼ完了する。初期ポイント工程（ａ１）においては、硬化される流体の単一の初期ポイントＩＰがキャリアプレートＴＰの上に塗布された。この場合、このポイントＩＰは、キャリアプレートＴＰの中央に位置している。
【００６４】
トラック形成工程（ａ２）においては、流体材料の複数のトラックＴ１、Ｔ２．．．がマスタープレートＭの上に塗布された。この場合、それらのトラックは、マスタープレートの中心から、マスタープレート上の複製部分ＭＦの縁部に向かって走る。この場合、トラックは隣接している。
【００６５】
供給工程（ａ３）においては、必要量の流体材料がマスタープレートＭ上の、この場合はプレートの中央の位置に塗布され、一体の初期流体部分ＩＦが形成された。それにより、初期流体部分ＩＦの垂直頂点は対向ポイントＫＰを形成する。図示されるように、対向ポイントＫＰは、キャリアプレートＴＰの初期ポイントＩＰと一致する。
【００６６】
図２ａは、図１に示される複製装置に類似しているが、成形段階（ｂ）が完了した後の複製装置を示している。初期接触工程（ｂ１）において、水平に位置決めされたキャリアプレートＴＰは、既に図１に見られるように、マスタープレートＭの対向ポイントＫＰとキャリアプレートＴＰの初期ポイントＩＰとが初期接触するように、マスタープレートＭの上に配置されている。この場合には右側にある可変スペーサ手段は、本実施形態においては密封リングＤの形態で実現される。密封リングＤは可変垂直弾性を示す。
【００６７】
制御成形工程（ｂ２）においては、型穴部Ｒに低圧が加えられ、キャリアプレートＴＰが連続的にマスタープレートＭの付近に引き寄せられ、流体材料が初期ポイントＩＰ及び初期流体部分ＩＦの対向ポイントＫＰから始まってトラックＴ１、Ｔ２、．．．に沿って連続して広がる。流体は、マスタープレートＭの複製部分ＭＦにより規定されるプレート間の穴部を完全に満たす。必要に応じて、流体は、マスタープレートの複製部分ＭＦをわずかに越える程度にしか広がらないため、最終製品である光学マスクＬＮの実際の水平方向寸法は複製部分ＭＦをごくわずかしか越えない。制御自在の加熱部又は冷却部（図示せず）は、複製装置、特に型穴部の中の流体材料の一定の温度を維持する。
【００６８】
制御自在のプロセスパラメータとしての低圧及び可変スペーサ手段ＤＭによって、このプロセス工程の間、キャリアプレートＴＰはごくわずかしか湾曲せず、平面状のままであり、安定した形態を維持する。従って、光学マスクＬＭは、特に垂直方向の許容差限界に関して、形態安定性の必要条件を満たす。
【００６９】
図において、可変スペーサ手段ＤＭの別の変形例が複製装置の左側に概略的に示される。この変形例においては、スペーサ手段ＤＭは圧電素子の形態で設けられている。それらの素子により、プレート間の距離を非常に高い精度で制御できる。
【００７０】
スペーサ手段ＤＭの上述の変形例、すなわち、可変弾性を有する密封リングＤ（右側）及び可変スペーサ手段ＤＭ（左側）は、最終製品を成形型から除去するプロセス工程においても採用されるのが好ましい。この工程において、光学マスクＬＭは、スペーサ手段ＤＭを利用してマスタープレートＭから取り外される。例えば、光学マスクＬＭを含むキャリアプレートＴＰがマスタープレートＭの複製部分ＭＲから分離するまで、密封リングＤは膨張される。
【００７１】
この図は、初期ポイント／対向ポイントにおいてプレートの適正な初期接触を支援し且つ確保するために、特に初期接触工程（ｂ１）の間に、初期ポイントＩＰの周囲の領域でキャリアプレートＴＰをマスタープレートＭに向かって一時的に湾曲させる湾曲装置ＢＸを示している。
【００７２】
図２ｂは、複製装置の型穴部Ｒを概略的に示す斜視図である。マスタープレートＭは、水平に位置決めされ、光学マスクＬＭの最終形状を表す複製部分ＭＦ（斜線部分）と、複製部分ＭＦを取り囲む同一平面の縁部分ＭＲとから構成される。この場合、マスタープレートＭは型穴部Ｒの底部を表す。密封リングＤは、マスタープレート上に載せられており、マスタープレートＭの縁部分ＭＲを取り囲んでいる。図ではわかりやすくするために、密封リングの左側及び後部の部分のみが図示されている。密封リングＤは、同時に、型穴部Ｒの側壁も表す。最後に、移動自在のキャリアプレートＴＰが密封リングの上に配置されると、型穴部Ｒは封じ込められる。本発明の好適な一実施形態においては、複製マスクＭＦは、例えば、低圧によってマスタープレートＭに固定される移動自在のプレートである。更に別のスペーサ手段の表現は省略される。
【００７３】
複製装置について可能な別の変形例は、マスタープレートとキャリアプレートの位置を反転させた構成を特徴とする。すなわち、先に説明した複製装置を水平方向に鏡に映したような配列となる。更に、キャリアプレートを固定位置に配設し、マスタープレート、特にマスタープレートの複製部分を移動自在にしてもよい。
【００７４】
図３ａ〜図３ｄは、マスタープレートＭ上の初期流体部分ＩＰ及びトラックＴ１、Ｔ２、．．．の配置関係を示す概略図である。特に、それらの図は、例外なく、マスタープレートＭの複製部分ＭＦの上面図を示す。供給工程（ａ３）において、必要な量の流体材料がマスタープレート上に塗布され、一体の初期流体部分ＩＦが形成される。初期流体部分の垂直頂点は、対向ポイントＫＰを形成する。複製部分ＭＦの左下部分にのみ、更に複雑なトラックＴ１、Ｔ２、．．．が矢印の形で詳細にそれぞれ示されている。これらの例において、形成される光学マスクは、垂直方向に複数のレンチキュールが配置されたレンチキュラーアレイである。
【００７５】
図３ａは、最も単純な形態を示している。初期流体部分ＩＦはほぼ楕円形であり、トラックＴ１、Ｔ２、．．．は対角線に沿って外側へ走り、対向ポイントＫＰは複製部分ＭＦの中央に位置している。図３ｂは、縁部分に向かって最速降下線（brachistochrone）のように湾曲する曲がったトラックＴ１及びＴ２を示している。図３ｃは、枝分かれしたトラックＴ２及びＴ３を示している。図３ｄは、複製部分ＭＦの隅に向いたポケットを有する初期流体部分ＩＦを示している。複製部分は、２つの対向ポイントＫＰ１及びＫＰ２を有し、トラックＴ１〜Ｔ３は、流体の拡散方向に沿った軌道である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１ａ】、
【図１ｂ】新規な複製装置を示す投影図及び正面図である。
【図２ａ】複製装置の詳細を示す正面図である。
【図２ｂ】複製装置の型穴部の詳細を示す斜視図である。
【図３ａ】、
【図３ｂ】、
【図３ｃ】、
【図３ｄ】初期流体部分、対向ポイント及びトラックの好適な変形例の詳細を示す図である。
【図１ａ】
2008512697.tif 000003
【図１ｂ】
2008512697.tif 000004
【図２ａ】
2008512697.tif 000005
【図２ｂ】
2008512697.tif 000006
【図３ａ】
2008512697.tif 000007
【図３ｂ】
2008512697.tif 000008
【図３ｃ】
2008512697.tif 000009
【図３ｄ】
2008512697.tif 000010
【国際調査報告】
2008512697.tif 000011
2008512697.tif 000012
2008512697.tif 000013
2008512697.tif 000014
2008512697.tif 000015
2008512697.tif 000016