(57)【要約】【課題】スペックルパターンが発生しにくく、良好な透過率を有し、しかも紫外線領域で使用可能な拡散板を提供する。【解決手段】基板２の上にレジスト３を塗布したものに、マスク１を通して光を照射し、レジスト３を露光する。マスク１にはランダムな位置にパターンが形成されている。露光が終了した後、レジスト３を現像すると（ｂ）に示すような立体形状が得られる。この状態で、基板２とレジスト３を同時にエッチング可能なエッチング方式を使用し、基板２とレジスト３を同時にエッチングすると、（ｃ）に示すように、（ｂ）のレジストパターンが基板２に転写され、マスク１のパターンに対応した凹凸を有する基板２が得られ、これが拡散板として使用できる。【選択図】  図１
2004294745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ反復法によって、そのフーリエ変換値が所望のＮＡ内では均一で、その外側では０となるように設定された複数のドットパターンが、２次元平面上に配置されたマスクを使用し、前記マスクのパターンを露光装置によって、表面にレジストが塗布された基板の前記レジスト上に露光転写し、その後、前記レジストと前記基板をエッチングし、前記レジストを除去することにより、基板表面に凹凸を形成する工程を有することを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の拡散板の製造方法であって、前記各ドットパターンを通過する光量がランダムになるようにされていることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の拡散板の製造方法であって、前記複数のドットの外径を、前記露光装置の解像限界以下としたことを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の拡散板の製造方法であって、前記露光装置の解像限界が、前記複数のドットの外径より大きな範囲となるように、前記露光装置の解像度を低下させたことを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の拡散板の製造方法であって、その製造工程中に、前記凹凸の曲率を制御する工程を有することを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の拡散板の製造方法であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、前記露光装置のボケを制御する方法であることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の拡散板の製造方法であって、露光された前記レジストのみを現像し、残った前記レジストをリフローして、曲率を持たせ、その後、前記レジストと前記基板をエッチングして前記レジストを除去する工程を有し、前記凹凸の曲率を制御する方法が、この工程において、リフロー条件を制御することにより、前記レジストの曲率を制御する方法であることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の拡散板の製造方法であって、露光された前記レジストのみを現像し、残った前記レジストに紫外線を照射して、曲率を持たせ、その後、前記レジストと前記基板をエッチングして前記レジストを除去する工程を有し、前記凹凸の曲率を制御する方法が、この工程において、紫外線照射条件を制御することにより、前記レジストの曲率を制御する方法であることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載の拡散板の製造方法であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、露光時間を制御する方法であることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の拡散板の製造方法であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、エッチング時間を制御する方法であることを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項１１】
請求項５から請求項１０のうちいずれか１項に記載の拡散板の製造方法を工程中に有し、同一のマスクから、異なる曲率の凹凸を有する基板を製造することを特徴とする拡散板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちいずれか１項に記載の拡散板の製造方法であって、前記基板に当初存在した平面部がなくなるまでエッチングを行うことにより、前記基板表面部にマイクロ凹レンズとマイクロ凸レンズが共存するようにすることを特徴とする拡散板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光を拡散させて一様照明を作り出す等の目的に使用される拡散板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照明光を拡散させて一様照明を作り出す等の目的に使用される拡散板としては、従来、サンドブラスト等により表面を荒らした砂ずり拡散版、ホログラフィック拡散板（ＵＳＰ  ５，５３４，３８６）、均一性の高いランダム性を持つＤＬＤＳ（Ｄｙｎａｍｉｃａｌ  Ｌｏｗ−Ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）法による新型導光板（第２７回光学シンポジウム資料Ｐ．２３−２４）等が用いられてきた。
【０００３】
【特許文献１】ＵＳＰ  ５，５３４，３８６
【非特許文献１】第２７回光学シンポジウム資料Ｐ．２３−２４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このうち、砂ずり拡散板は、最も手軽に製造することができるが、拡散角の制御が困難であると共に、拡散されない０次光が多いという問題点、有害なスペックルパターンが発生するという問題点がある。また、ホログラフィック拡散板は、ホログラムに相当する最初の均一拡散面を作製することが必要になるため、実際に、優れた拡散板を作ることが困難である。
【０００５】
ＤＬＤＳ導光板は従来の液晶照明不均一性を改善した優れたマスクである。すなわち、ドットパターンが透過板に描かれており、そのパターンをＤＬＤＳ法で算出し、フォトリソグラフィにより描画している。しかし、拡散面から十分遠方を均一照射しようとすると、必ずしも良い拡散板とならない。なぜなら、拡散面の光の振幅分布のフーリエ変換が所望のものにならないからである。また、濃淡描画によりランダムパターンを作り出しているので、全体としての光の透過率の低下が避けられず、また、エキシマレーザ光のような紫外領域の波長で使用しようとすると、ＤＬＤＳ導光板を構成する有機物が紫外線により化学変化を起こし、性能が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スペックルパターンが発生しにくく、良好な透過率を有し、しかも紫外線領域で使用可能な拡散板を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、フーリエ反復法によって、そのフーリエ変換値が所望のＮＡ内では均一で、その外側では０となるように設定された複数のドットパターンが、２次元平面上に配置されたマスクを使用し、前記マスクのパターンを露光装置によって、表面にレジストが塗布された基板の前記レジスト上に露光転写し、その後、前記レジストと前記基板をエッチングし、前記レジストを除去することにより、基板表面に凹凸を形成する工程を有することを特徴とする拡散板の製造方法（請求項１）である。
【０００８】
周知のように、拡散板を通過した光の強度分布は、拡散板の各透過部分の複素透過率をフーリエ変換したものに対応する。よって、拡散板のドットパターン、即ち、それに対応するマスクのドットパターンを、そのフーリエ変換値が所望のＮＡ（開口数）内では均一で、その外側で光強度が無いように設計しておけば、形成された拡散板を通過する光は、所望のＮＡのエリアでは均一になり、それ以外のエリアではほとんど０となる。
【０００９】
フーリエ反復法とは、後に発明の実施の形態で例示するように、初期条件の拡散板のパターンをフーリエ変換して、そのフーリエ変換値を、所望の状態に近くなるように修正し、その値を逆フーリエ変換して、拡散板のパターンを求め、そのパターンを、実現可能な一番近いパターンに変換し、それをフーリエ変換して、そのフーリエ変換値を、所望の状態に近くなるように修正する操作を繰り返すことにより、フーリエ変換値が目的に近いものとなる拡散板のパターンを決定するものである。
【００１０】
フーリエ反復法によって、所望のフーリエ変換値に対応するドットパターンを形成する方法は、「光学」第３２巻１号（２００３）Ｐ３９−４５に、「位相回復に用いるフーリエ反復法の改善」として公開されており、かつ、その参考文献も公開されているので、これらの方法によればよい。
【００１１】
そして、本手段においては、フーリエ反復法によって、そのフーリエ変換値が所望のＮＡ内では均一で、その外側では０となるように設定された複数のドットパターンが２次元平面上にランダムに配置されたマスクのパターンを、表面にレジストが塗布された基板のレジスト上に露光転写し、その後レジストと基板をエッチングしてレジストを除去することにより基板表面に凹凸を形成し、それにより拡散板を形成している。
【００１２】
よって、基板表面に形成される凹凸は、マスクパターンに対応してランダムなものとなるので、０次光やスペックルパターンの発生が少なく、かつ、遮光物を使用していないので透過率の良いものとなる。また、１つのマスクから多数（通常１０００枚以上）の拡散板を製造することができる。さらに、基板として合成石英ガラス等の紫外専用光学材料を使用することができるので、エキシマレーザ光用の拡散板とすることができる。
【００１３】
なお、レジストと基板をエッチングする方法は、通常は、まずレジストのみをエッチングして感光部又は非感光部のレジストを除去し（現像）。その後に、レジストと基板を同時にエッチングすることにより、レジストパターンを基板に転写する方法が使用されるが、可能であれば、最初からレジストと基板を同時にエッチングするようにしてもよい。
【００１４】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記各ドットパターンを通過する光量がランダムになるようにされているもの（請求項２）である。
【００１５】
本手段によれば、露光されるレジストの露光量をランダムにすることができ、それにより、拡散板に形成される凹凸の深さ、高さをランダムにすることができる。よって、拡散板の各部から放出される光の位相をきめ細かく制御できるので、拡散板の性能をより向上させることができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記複数のドットの外径を、前記露光装置の解像限界以下としたことを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１７】
本手段においては、マスクに形成されるドットの外径が、露光装置の解像限界以下の大きさとされているので、その投影像はボケた投影像となる。よって、中心ほど強度が強く、周囲に行くほど強度が弱くなる。従って、レジストを現像したとき、その形状が円弧状となりやすく、従って基板に形成される凹凸をレンズ形状としやすい。
【００１８】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記露光装置の解像限界が、前記複数のドットの外径より大きな範囲となるように、前記露光装置の解像度を低下させたことを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１９】
本手段においては、意図的に露光装置の解像度を、解像限界がドットの外径より大きな範囲となるように落として露光を行う。よって、前記第３の手段と同様の作用効果を奏することができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、その製造工程中に、前記凹凸の曲率を制御する工程を有することを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２１】
本手段においては、前記凹凸の曲率を制御する工程を有するので、同じマスクパターンを使用しても、拡散板の拡散角を制御し、ことなる性能を有する拡散板を作り分けることができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、前記露光装置のボケを制御する方法であることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２３】
露光装置のボケの程度を制御することにより、パターンエッジ部のシャープさを異ならせることができ、これにより、レジストの立体形状の曲率を変化させることができる。よって、この立体形状をエッチング工程で基板に転写することにより、基板上の凹凸の曲率を制御することが可能となる。
【００２４】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第５の手段であって露光されたレジストのみを現像し、残った前記レジストをリフローして、曲率を持たせ、その後、前記レジストと前記基板をエッチングして前記レジストを除去する工程を有し、前記凹凸の曲率を制御する方法が、この工程において、リフロー条件を制御することにより、前記レジストの曲率を制御する方法であることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２５】
本手段においては、露光後、レジストのみを現像し、リフローにより残ったレジストのエッジをなまらせて曲面の立体構造を有するようにしている。このリフローの程度により、残ったレジストのなまりかたが異なり、異なった曲率となる。このレジストの立体形状をエッチング工程で基板に転写することにより、基板上の凹凸の曲率を制御することが可能となる。
【００２６】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第５の手段であって、露光された前記レジストのみを現像し、残った前記レジストに紫外線を照射して、曲率を持たせ、その後、前記レジストと前記基板をエッチングして前記レジストを除去する工程を有し、前記凹凸の曲率を制御する方法が、この工程において、紫外線照射条件を制御することにより、前記レジストの曲率を制御する方法であることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００２７】
本手段は、前記第７の手段のリフロー工程の代わりに、紫外線照射を行い、残ったレジストのエッジをなまらせている。よって、前記第７の手段と同様の作用効果が得られる。
【００２８】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第５の手段であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、露光時間を制御する方法であることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００２９】
現像されたレジストのエッジの立体的パターンの形状は、露光時間によって異なる。よって、露光時間を制御することにより、現像後に残ったレジストのエッジの立体形状を制御し、このレジストの立体形状をエッチング工程で基板に転写することにより、基板上の凹凸の曲率を制御することが可能となる。
【００３０】
前記課題を解決するための第１９の手段は、前記第５の手段であって、前記凹凸の曲率を制御する方法が、エッチング時間を制御する方法であることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００３１】
現像されたレジストのエッジの立体的パターンの形状は、エッチング時間によって異なる。よって、エッチングを制御することにより、現像後に残ったレジストのエッジの立体形状を制御し、このレジストの立体形状をエッチング工程で基板に転写することにより、基板上の凹凸の曲率を制御することが可能となる。最初にレジストのみを残す場合は、その現像工程におけるエッチング時間を制御し、レジストと基板を最初から同時にエッチングする場合は、そのときのエッチング時間を制御する。
【００３２】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第５の手段から第１０の手段うちいずれかを工程中に有し、同一のマスクから、異なる曲率の凹凸を有する基板を製造することを特徴とするもの（請求項１１）である。
【００３３】
本手段によれば、同じマスクを使用して、拡散角の異なる拡散板を製造することが可能となる。
【００３４】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第１の手段から第１１の手段のいずれかであって、前記基板に当初存在した平面部がなくなるまでエッチングを行うことにより、前記基板表面部にマイクロ凹レンズとマイクロ凸レンズが共存するようにすることを特徴とするもの（請求項１２）である。
【００３５】
前記第１の手段から第１１の手段によって拡散板を製造した場合、その中に基板の当初の平面部が残っていると、その部分を通過した光が０次光となる。本手段おいては、基板に当初存在した平面部がなくなるまでエッチングを行うことにより、基板表面部にマイクロ凹レンズとマイクロ凸レンズが共存するようにしている。よって、０次光の少ない拡散板とすることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１に、本発明の実施の形態の第１の例である、拡散板の製造方法の概要を示す。まず（ａ）に示すように、合成石英ガラス等から構成される基板２の上にレジスト３を塗布したものに、マスク１を通して光を照射し、レジスト３を露光する。実際の露光には露光装置（ステッパ）が使用されるが、ここでは説明を簡単にするために直接露光するように示している。このことは、以下の図においても同じである。
【００３７】
この場合、マスク１には穴あきステンシルマスクが使用され、その穴部を通過した光がレジスト３を露光する。従って、どの穴部を通過した光の強さも互いに同一である。マスク１の穴部の寸法は同一とされ、その位置はマスク１の２次元平面状でランダム分布とされるようになっている。この場合、レジスト３にはポジ型レジストを使用している。
【００３８】
露光が終了した後、レジスト３を現像すると（ｂ）に示すような立体形状が得られる。この状態で、基板２とレジスト３を同時にエッチング可能なエッチング方式を使用し、基板２とレジスト３を同時にエッチングすると、（ｃ）に示すように、（ｂ）のレジストパターンが基板２に転写され、マスク１のパターンに対応した凹凸を有する基板２が得られ、これが拡散板として使用できる。
【００３９】
図２に、本発明の実施の形態の第２の例である、拡散板の製造方法の概要を示す。まず（ａ）に示すように、合成石英ガラス等から構成される基板２の上にレジスト３を塗布したものに、マスク１を通して光を照射し、レジスト３を露光する。この場合、マスク１としてメンブレンマスクを使用し、各パターンにランダムな濃度を付ける。
【００４０】
露光後、レジスト３の現像を行うと、マスク１のパターンの濃度に応じて、（ｂ）に示すようなレジスト３の立体形状が得られる。この状態で、基板２とレジスト３を同時にエッチング可能なエッチング方式を使用し、基板２とレジスト３を同時にエッチングすると、（ｃ）に示すように、（ｂ）のレジストパターンが基板２に転写され、マスク１のパターンの位置と濃度に対応した凹凸を有する基板２が得られ、これが拡散板として使用できる。このように、位置がランダムであると共に、ランダムな深さや高さを有するパターンを有する拡散板は、透過する光の位相をランダムに変えることができるので、所定の性能を持たせるための設計が容易になる。
【００４１】
図３に、本発明の実施の形態の第３の例である、拡散板の製造方法の概要を示す。図３においては、露光工程の図示を省略し、図１の（ｂ）に示すようなレジストパターンが得られた状態から図示している。すなわち（ａ）にしめすようなレジストパターンが得られた場合、加熱によりレジスト３をリフローさせたり、レジスト３に紫外線を照射して変形させ、（ｂ）に示すようにエッジ部がなまったような形状（レンズ形状）とする。
【００４２】
そして、この状態で、基板２とレジスト３を同時にエッチング可能なエッチング方式を使用し、基板２とレジスト３を同時にエッチングすると、（ｃ）に示すように、（ｂ）のレジストパターンが基板２に転写され、表面にレンズ形状のパターンを有する基板２が得られる。この場合、リフロー条件や紫外線照射条件を変えることにより、レジスト３のエッジの曲率を制御することができ、これにより、同一のマスクを用いた場合でも、発散角を変えることができる。
【００４３】
この方法は、マイクロレンズ作成法として良く知られているものである（例えば、特開平３−１４９３９４号公報、特開平９−００８２６６号公報）また、以上の説明においては、ポジ型レジストを使用しているが、ネガ型レジストを使用すれば、基板上に凸形状のドットパターンが形成された拡散板を得ることができる。
【００４４】
また、エッチングの条件を変えることにより、（ｄ）に示すように基板２に平面部が残らず、基板２の表面が凹レンズ部と凸レンズ部で形成されるようにすることができる（（ｃ）の場合も、（ｄ）の場合も、レジストは完全にエッチングにより除去されているので、元あった基板２の表面の平面部は残っていない。）。このようにすると、０次光を少なくすることができる。
【００４５】
なお、図示を省略しているが、露光後レジスト３のみをエッチングするとき、エッチング方法を選択して制御することにより、なだらかなエッジを有するレジスト３が残るようにすれば、上記と同様に、表面にレンズ形状のパターンを有する２を形成することができる。
【００４６】
また、レンズ状のドットパターンを形成するためには、マスクに形成されるドットパターンに濃淡を付けることにより、１つのドットパターンに対応する被露光面において、中心部で光量が多く、周囲に行くに従って光量が少なくなるようにしてもよいが、一般にこのようなマスクを製作することは難しく、マスクパターン生成時の時間、データ量の点で不利になる。特に、ドットの径を非常に小さくするためにＥＢステッパを使用し、穴あきステンシルマスクを使用する場合には、このようなことは不可能である。
【００４７】
よって、マスクパターンではシャープな円の形状とし、解像度の低いステッパを用いてボケを発生させることにより、露光される面での強度分布を滑らかにし、中心部で光量が多く、周囲に行くに従って光量が少なくなるような露光量分布を実現することが好ましい。ステッパでデフォーカス露光をすることでも、ある程度同様な効果を出すことができる。これらの場合には、現像処理することで元のドット位置に球面上の形状が生成される。
【００４８】
なお、以上の説明においては、露光後、一旦レジストのみをエッチング（現像）し、その後、エッチング条件を変えてレジストと基板とを同時にエッチングするようにしているが、条件が許せば、初めからレジストと基板を同時にエッチングするようにしてもよい。
【００４９】
図４は、フーリエ反復法によって、拡散板上の各場所における表面位置（マスクパターンにおける各場所の光の透過度）を決定する方法の例を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、ステップＳ１において、拡散板を所定の数のメッシュ（例えば５１２×５１２）に区分し、ランダム関数によって、各場所の位相を決定する。この位相は、拡散板の表面位置に対応する。例えば、位相として２値を取る場合は、使用する光に対して、例えば０とπの位相のどちらかを乱数に応じて割り振ることになる。もし、１６階調の位相を使用する場合には、例えば、０、π／８、２π／８、…、１５π／８の位相を乱数に応じて割り振ることになる。振幅は各点で一定（例えば１とする）。
【００５１】
そして、ステップＳ２において、割り振られた値を光学的フーリエ変換する。そして、その結果に対して、ステップＳ３で、各点における位相部分はいじらず、振幅を強制的に目標値に変換する。例えば、所定の領域内を均一照明し、その領域外では照明光が当たらないようにするには、当該所定の領域内での振幅を強制的に所定の値（例えば１）に置き換え、その他の領域での振幅を０とする。
【００５２】
その上でステップＳ４において、光学的逆フーリエ変換を行う。そして、その結果に対して、ステップＳ５で、拡散板の各場所での位相を、拡散板が取りうる位相（例えば２値の場合には、０かπ等）、に最も近いものに置き換える。振幅は所定の値（例えば１）に置き換える。
【００５３】
そして、ステップＳ６で所定回繰り返したかどうかを判断し、繰り返していなければステップＳ２にもどり、繰り返していれば処理を終了する。このように、繰り返し回数を決定する代わりに、ステップＳ２で行ったフーリエ変換の結果を目標とする照明パターンと比較し、差が所定値内に入っていれば（例えば、各点毎の振幅の差の２乗和が所定値以内になっていれば）、そこで処理を終了するようにしてもよい。
【００５４】
このようにすると、目標とする照明パターンを与える拡散板の表面パターンが分かり、それに応じて必要なマスクパターンを決定することができる。
【００５５】
図５に、本発明の実施例である拡散板表面を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で見た像を示す。エキシマ光対応のため、拡散板の基板としてエキシマグレードの石英を用いている。この場合窪みの深さは１００ｎｍ程度、窪みの径は１μｍ程度である。この拡散板は、波長１９３ｎｍのエキシマ光を１０度の拡散角で拡散するように作られている。このような拡散板は、図３に示したような方法で形成される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スペックルパターンが発生しにくく、良好な透過率を有し、しかも紫外線領域で使用可能な拡散板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である、拡散板の製造方法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例である、拡散板の製造方法の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例である、拡散板の製造方法の概要を示す図である。
【図４】フーリエ反復法によって、拡散板上の各場所における表面位置（マスクパターンにおける各場所の光の透過度）を決定する方法の例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例である拡散板表面を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で見た像を示す図である。
【符号の説明】
１…マスク
２…基板
３…レジスト
【図１】
2004294745.tif 000003
【図２】
2004294745.tif 000004
【図３】
2004294745.tif 000005
【図４】
2004294745.tif 000006
【図５】
2004294745.tif 000007