(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレースケールマスクの透過率に応じて開口部の開口率を決定し、この開口率が得られるようにマスク描画装置で遮光膜に開口部を形成するグレースケールマスクの製作方法であって、
所定の透過率に応じて設計形状エリアを画定する第１エリア画定工程と、
前記マスク描画装置の分解能に応じて前記設計形状エリアを当該設計形状エリアとの相似関係を維持しつつ丸めた第１開口エリアを画定する第２エリア画定工程と、
この第１開口エリアの面積を前記設計形状エリアの面積から減じた差分を算出する差分算出工程と、
この差分に相当する面積調整エリアをその幅が前記マスク描画装置の最小描画単位の整数倍となるように前記第１開口エリアに隣接させて設けることにより、これら第１開口エリアおよび面積調整エリアからなる第２開口エリアを画定する第３エリア画定工程と、
この第２開口エリアに沿って前記マスク描画装置で前記遮光膜に前記開口部を形成する開口部形成工程と
を含むことを特徴とするグレースケールマスクの製作方法。
【請求項２】
前記第２エリア画定工程において、前記設計形状エリアを切り捨てて丸めるとともに、
前記第３エリア画定工程において、前記面積調整エリアを前記第１開口エリアの外周部に隣接させて凸設することを特徴とする請求項１に記載のグレースケールマスクの製作方法。
【請求項３】
前記第３エリア画定工程において、前記第２開口エリアを１８０°回転対称の形状とすることを特徴とする請求項１または２に記載のグレースケールマスクの製作方法。
【請求項４】
前記第３エリア画定工程において、前記第２開口エリアを９０°回転対称の形状とすることを特徴とする請求項１または２に記載のグレースケールマスクの製作方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のグレースケールマスクの製作方法によって製造されたことを特徴とするグレースケールマスク。
【請求項６】
レチクルのパターンを感応基板に投影するパターン投影工程を含む微小光学素子の製造方法であって、
請求項５に記載のグレースケールマスクを前記レチクルとして用いることを特徴とする微小光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の微小光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする微小光学素子。
【請求項８】
露光光を照射する照明光学系と、この照明光学系によって照明されたレチクルのパターンを感応基板に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、
請求項５に記載のグレースケールマスクが前記レチクルとして装備されていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレースケールマスクの製作方法、グレースケールマスク、微小光学素子の製造方法、微小光学素子および露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、バイナリパターンで形成されるグレースケールマスクとしては、開口部の形状が共通で配置密度を制御することで透過率を調整するもの（以下、密度制御型という。）と、開口部の密度が等しくて開口率を制御することで透過率を調整するもの（以下、開口率制御型という。）との２種類がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、密度制御型のグレースケールマスクでは原理的に開口率を細かく制御することができないため、透過率の細かい制御を行う場合には、開口率制御型のグレースケールマスクを用いざるを得ない。
【０００３】
ところが、この開口率制御型のグレースケールマスクでは、開口率がマスク描画装置の分解能に依存するため、マスク描画装置の分解能を超えて開口率の精度、ひいては透過率の精度を高めることはできない。
【０００４】
すなわち、マスク描画装置では、その分解能がデジタル制御であり、入力データを出力データに変換するときに四捨五入などの丸め処理によって近似的デジタル値に丸める。そのとき、必然的に量子化誤差が発生するため、マスク描画装置の分解能に応じて実測開口率と設計開口率との間に乖離が生じてしまう。
【０００５】
その結果、このようなグレースケールマスクを用いて露光装置で微小光学素子を製造すると、そのプロファイルが正確ではなくなり、高精度の微小光学素子が得られないという欠点がある。
【０００６】
そこで、こうした欠点を解消すべく、２種類のグレースケールマスクを組み合わせて露光を２回実行する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０７２０９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１００７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これでは、工数が多くなり、コストが高騰するばかりか、基板に対して２種類のグレースケールマスクを同じ位置に位置決めすることが必要になるため、余計な手間が増えるという不都合がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、コストの高騰や手間の増大といった不都合を伴うことなく、マスク描画装置の分解能を超えてグレースケールマスクの透過率の精度を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る第１のグレースケールマスクの製作方法は、グレースケールマスク（１２）の透過率に応じて開口部（１５）の開口率を決定し、この開口率が得られるようにマスク描画装置で遮光膜（１３）に開口部を形成するグレースケールマスクの製作方法であって、所定の透過率に応じて設計形状エリア（Ａ１）を画定する第１エリア画定工程と、前記マスク描画装置の分解能に応じて前記設計形状エリアを当該設計形状エリアとの相似関係を維持しつつ丸めた第１開口エリア（Ａ２）を画定する第２エリア画定工程と、この第１開口エリアの面積を前記設計形状エリアの面積から減じた差分を算出する差分算出工程と、この差分に相当する面積調整エリア（Ａ４）をその幅（Ｗ１）が前記マスク描画装置の最小描画単位の整数倍となるように前記第１開口エリアに隣接させて設けることにより、これら第１開口エリアおよび面積調整エリアからなる第２開口エリア（Ａ５）を画定する第３エリア画定工程と、この第２開口エリアに沿って前記マスク描画装置で前記遮光膜に前記開口部を形成する開口部形成工程とを含むグレースケールマスクの製作方法としたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るグレースケールマスクは、上記グレースケールマスクの製作方法によって製造されたグレースケールマスク（１２）としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る微小光学素子の製造方法は、レチクル（６）のパターンを感応基板（１０）に投影するパターン投影工程を含む微小光学素子の製造方法であって、上記グレースケールマスク（１２）を前記レチクルとして用いる微小光学素子の製造方法としたことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る微小光学素子は、上記微小光学素子の製造方法によって製造された微小光学素子としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る露光装置は、露光光を照射する照明光学系（３）と、この照明光学系によって照明されたレチクル（６）のパターンを感応基板（１０）に投影する投影光学系（７）とを有する露光装置（１）であって、上記グレースケールマスク（１２）が前記レチクルとして装備されている露光装置としたことを特徴とする。
【００１５】
なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マスク描画装置の分解能に準じた面積調整エリアを設けた上で開口部を形成することにより、コストの高騰や手間の増大といった不都合を伴うことなく、マスク描画装置の分解能を超えてグレースケールマスクの透過率の精度を向上させることができる。その結果、このグレースケールマスクを用いれば、高精度の微小光学素子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る露光装置を示す概略構成図である。
【図２】同実施の形態１に係るグレースケールマスクを示す平面図である。
【図３】同実施の形態１に係るグレースケールマスクの製作方法を示す模式図であって、（ａ）はその第１エリア画定工程を示す図、（ｂ）はその第２エリア画定工程を示す図、（ｃ）はその差分算出工程を示す図、（ｄ）はその第３エリア画定工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態７に係るグレースケールマスクの製作方法における第３エリア画定工程を示す模式図である。
【図１０】マスク描画装置の分解能に基づくグレースケールマスクの開口面積の調整が開口率の精度に及ぼす影響を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００１９】
図１乃至図３は、本発明の実施の形態１に係る図である。
【００２０】
まず、構成を説明する。
【００２１】
この実施の形態１に係る露光装置１は、図１に示すように、露光光（照明光）を供給する光源２を有しており、光源２の下方には、光源２からの露光光を照射する照明光学系３が配置されている。また、照明光学系３の下方には、レチクル６を搭載しうる円環状のマスクステージ５が配置されており、マスクステージ５の下方には、照明光学系３によって照明されたレチクル６のパターンを下方に向けて投影する投影光学系７が配置されている。さらに、投影光学系７の下方には、感応基板１０を搭載しうる基板ステージ９が配置されている。
【００２２】
また、グレースケールマスク１２は、図２に示すように、遮光膜１３を有している。遮光膜１３は、Ｘ軸方向（図２左右方向）およびＹ軸方向（図２上下方向）に５個ずつ格子状に並ぶ合計２５個のセル１４に区画されており、各セル１４にはそれぞれ、開口部１５が所定の開口率（セル１４に占める開口面積の割合）で形成されている。すなわち、開口部１５の開口率は、外周部の１６個のセル１４で比較的大きく、その内周の８個のセル１４で比較的小さく、中央部の１個のセル１４で最も小さくなっている。
【００２３】
そして、このグレースケールマスク１２を製作する際には、まず、設計形状決定工程で、グレースケールマスク１２のセル１４ごとに、その透過率に応じて開口部１５の開口率を所定の範囲内（例えば、２５〜７０％の範囲内）で決定する。
【００２４】
次いで、グレースケールマスク１２の各セル１４について、以下に述べる手順により、電子線描画装置（ＥＢ描画装置）、レーザー描画装置（レーザープロッタ）などのマスク描画装置（図示せず）を用いて開口部１５を形成する。
【００２５】
すなわち、第１エリア画定工程で、図３（ａ）に示すように、上記マスク描画装置の最小描画単位（例えば、５０ｎｍ）を格子単位とする仮想グリッドＧを用意し、この仮想グリッドＧ上に正方形の開口部１５の設計形状エリアＡ１を画定する。このとき、設計形状エリアＡ１の面積は開口部１５の面積に等しくなる。
【００２６】
次に、第２エリア画定工程に移行し、図３（ｂ）に示すように、上記マスク描画装置の分解能に応じて設計形状エリアＡ１を当該設計形状エリアＡ１との相似関係を維持しつつ切り捨てて丸めることにより、正方形の第１開口エリアＡ２を仮想グリッドＧ上に画定する。このとき、第１開口エリアＡ２の面積は設計形状エリアＡ１の面積より小さくなる。
【００２７】
その後、差分算出工程に移行し、図３（ｃ）に示すように、設計形状エリアＡ１の面積から第１開口エリアＡ２の面積を減じた差分、つまり差分エリアＡ３の面積を算出する。
【００２８】
次いで、第３エリア画定工程に移行し、図３（ｄ）に示すように、この差分に相当する２つの長方形の面積調整エリアＡ４を仮想グリッドＧ上で第１開口エリアＡ２の外周部（第１開口エリアＡ２の左右の辺）に隣接させてＸ軸方向（図３（ｄ）左右方向）に凸設することにより、第１開口エリアＡ２および２つの面積調整エリアＡ４からなる第２開口エリアＡ５を画定する。このとき、各面積調整エリアＡ４は、第１開口エリアＡ２のＹ軸方向（図３（ｄ）上下方向）における中央部に対して対称となるように位置決めする。また、各面積調整エリアＡ４の幅Ｗ１は、上記マスク描画装置の最小描画単位の整数倍（例えば、３倍、４倍など）となるようにする。こうすることにより、マスク描画装置による描画処理を容易に実行することができる。
【００２９】
最後に、開口部形成工程に移行し、第２開口エリアＡ５に沿って上記マスク描画装置で遮光膜１３に開口部１５を形成する。
【００３０】
ここで、グレースケールマスク１２の製作工程が終了する。
【００３１】
このように、このグレースケールマスク１２の製作においては、マスク描画装置の分解能に準じた面積調整エリアＡ４が設けられた上で遮光膜１３に開口部１５が形成される。したがって、マスク描画装置の分解能を超えて開口部１５の開口率の精度、ひいては透過率の精度を向上させることができる。
【００３２】
そのため、露光装置１において、このグレースケールマスク１２をレチクル６として用いることにより、マイクロレンズアレイ、ビームスプリッター、回析格子など各種の微小光学素子をフォトリソグラフィーで精度よく製造することができる。
【００３３】
しかも、２種類のグレースケールマスクを組み合わせて露光する従来の手法と異なり、コストが高騰したり、余計な手間が増えたりする不都合を回避することができる。
【００３４】
また、図３（ｄ）に示すように、正方形の第１開口エリアＡ２の外周部に２つの長方形の面積調整エリアＡ４が凸設されて第２開口エリアＡ５が形成されるので、第２開口エリアＡ５が円形（マスク描画装置のビームの形状）に近似し、再現性が向上する。
【００３５】
さらに、図３（ｄ）に示すように、第２開口エリアＡ５が１８０°回転対称（次数２の回転対称）の形状になっているので、Ｘ軸方向に面積調整エリアＡ４を設けたことによって隣接のセル１４に露光時の影響が生じてしまった場合でも、軸対称の曲面形状を持つ微小光学素子を製造する場合には、上下左右に同じ影響を与えるため、全体の形状の精度は悪化しないという利点がある。
［発明の実施の形態２］
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態２に係る図である。なお、図４では、仮想グリッドの記載を省いている。
【００３７】
この実施の形態２では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、図４に示すように、２つの面積調整エリアＡ４をＸ軸方向ではなくＹ軸方向（図４上下方向）に凸設する点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
したがって、この実施の形態２では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
［発明の実施の形態３］
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態３に係る図である。なお、図５では、仮想グリッドの記載を省いている。
【００４０】
この実施の形態３では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、２つの面積調整エリアＡ４をＸ軸方向に凸設することに代えて、図５に示すように、４つの面積調整エリアＡ４をＸ軸方向（図５左右方向）およびＹ軸方向（図５上下方向）に凸設する点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
したがって、この実施の形態３では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
【００４２】
それに加えて、図５に示すように、面積調整エリアＡ４が４つに分散するため、面積調整エリアＡ４を２つしか設けない場合と比べて、面積調整エリアＡ４の幅Ｗ１が減少するため、互いに隣接するセル１４同士の干渉を避けやすくなる。
【００４３】
また、図５に示すように、第２開口エリアＡ５が９０°回転対称（次数４の回転対称）の形状であるので、Ｘ軸方向に面積調整エリアＡ４を設けたことによって隣接のセル１４に露光時の影響が生じてしまった場合でも、軸対称の曲面形状を持つ微小光学素子を製造する場合には、上下左右に同じ影響を与えるため、全体の形状の精度は悪化しないという利点がある。
［発明の実施の形態４］
【００４４】
図６は、本発明の実施の形態４に係る図である。なお、図６では、仮想グリッドの記載を省いている。
【００４５】
この実施の形態４では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、図６に示すように、２つの面積調整エリアＡ４をＹ軸方向（図６上下方向）にシフトさせる点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
したがって、この実施の形態４では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
［発明の実施の形態５］
【００４７】
図７は、本発明の実施の形態５に係る図である。なお、図７では、仮想グリッドの記載を省いている。
【００４８】
この実施の形態５では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、図７に示すように、Ｘ軸方向（図７左右方向）およびＹ軸方向（図７上下方向）に互いに隣接するセル１４において、面積調整エリアＡ４の凸設方向を交互に変更して組み合わせる点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
したがって、この実施の形態５では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
【００５０】
それに加えて、図７に示すように、複数の面積調整エリアＡ４の集中が緩和されるため、互いに隣接するセル１４同士の干渉を避けやすくなる。
［発明の実施の形態６］
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態６に係る図である。
【００５２】
この実施の形態６では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、図８に示すように、設計形状エリアＡ１および第１開口エリアＡ２の形状をいずれも正方形ではなく円形とするとともに、各面積調整エリアＡ４の形状を長方形ではなく三日月形とする点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
したがって、この実施の形態６では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
［発明の実施の形態７］
【００５４】
図９は、本発明の実施の形態７に係る図である。なお、図９では、仮想グリッドの記載を省いている。
【００５５】
この実施の形態７では、グレースケールマスク１２の各セル１４に開口部１５を形成する際に、図９に示すように、設計形状エリアＡ１を切り上げて丸め（したがって、第１開口エリアＡ２の面積は設計形状エリアＡ１の面積より大きくなる）、差分エリアＡ３の面積（この場合、負の値）を調整すべく面積調整エリアＡ４を凹設する点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
したがって、この実施の形態７では、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００５８】
最小描画単位５０ｎｍ、レーザービーム直径８００ｎｍのレーザー描画装置を用いて、正方形の開口部（ピッチ６２．５μｍ）を有するグレースケールマスクを試作した。
【００５９】
ここでは、仮想グリッドの格子単位を５０ｎｍとし、設計形状エリアを１００ｎｍ単位で切り捨てて丸めた。また、面積調整エリアをＸ軸方向に凸設し、その幅をレーザー描画装置の最小描画単位の４倍、つまり２００ｎｍとした。なお、面積調整エリアの高さは、レーザービーム直径に等しい８００ｎｍ単位で四捨五入して丸めた。
【００６０】
そして、このようにグレースケールマスクの開口部を形成する際に、その開口面積を調整することにより、開口率の精度がどの程度向上するのかを確認するため、開口面積の調整の前後それぞれについて、開口率の設計値を１６％から１７％まで連続的に変化させた場合に実際の開口率がどのように変化するかを調べた。
【００６１】
その結果、図１０に示すように、開口面積を調整すると、開口部位置（グラフの横軸）が０〜２９０μｍの範囲内において、実際の開口率（グラフの縦軸）が設計値にほぼ合致し、開口率の分解能が約３／１００まで上がっていることが判明した。これは、レーザー描画装置の分解能が３０倍細かくなるのと同様の精度改善効果をもたらすものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、グレースケールマスクの製作に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１……露光装置
２……光源
３……照明光学系
５……マスクステージ
６……レチクル
７……投影光学系
９……基板ステージ
１０……感応基板
１２……グレースケールマスク
１３……遮光膜
１４……セル
１５……開口部
Ａ１……設計形状エリア
Ａ２……第１開口エリア
Ａ３……差分エリア
Ａ４……面積調整エリア
Ａ５……第２開口エリア
Ｇ……仮想グリッド
Ｗ１……面積調整エリアの幅
【図１】
0005445116.tif 000002
【図２】
0005445116.tif 000003
【図３】
0005445116.tif 000004
【図４】
0005445116.tif 000005
【図５】
0005445116.tif 000006
【図６】
0005445116.tif 000007
【図７】
0005445116.tif 000008
【図８】
0005445116.tif 000009
【図９】
0005445116.tif 000010
【図１０】
0005445116.tif 000011