(57)【要約】【課題】露光量が多少変動したとしても安定したマイクロレンズの形状を得ることが可能なグレイスケールマスクの設計方法を提供する。【解決手段】本発明に係る設計方法は、基板３上に塗布したレジスト４をグレイスケールマスク１を介して露光し、露光後のレジスト４を現像し、現像後に残存するレジスト４及び基板３をエッチングすることでマイクロレンズ２を製造するために用いるグレイスケールマスク１の設計方法である。所定の露光条件で基板３上に塗布したレジスト４を露光し現像した場合に、現像後に残存するレジスト４の最大厚みが基板３上に塗布したレジスト４の厚み（初期厚み）の２／３〜１／５となるように、グレイスケールマスク１の透過率分布を決定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布したレジストをグレイスケールマスクを介して露光し、前記露光後のレジストを現像し、前記現像後に残存するレジスト及び前記基板をエッチングすることでマイクロレンズを製造するために用いる前記グレイスケールマスクの設計方法であって、
所定の露光条件で前記基板上に塗布したレジストを露光し現像した場合に、前記現像後に残存するレジストの最大厚みが前記基板上に塗布したレジストの厚みの２／３〜１／５となるように、前記グレイスケールマスクの透過率分布を決定することを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載の設計方法によって決定された透過率分布に応じて露光光を遮蔽するドットが配置されていることを特徴とするグレイスケールマスク。
【請求項３】
前記露光光に対する前記グレイスケールマスクの最小透過率が２０〜５５％の範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載のグレイスケールマスク。
【請求項４】
基板上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストを請求項２又は３に記載のグレイスケールマスクを介して露光する工程と、
前記露光後のレジストを現像する工程と、
前記現像後に残存するレジスト及び前記基板をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレイスケールマスクの設計方法、及びこの設計方法を用いて設計されたグレイスケールマスク、並びにこのグレイスケールマスクを用いたマイクロレンズの製造方法に関する。特に、本発明は、露光量が多少変動したとしても安定したマイクロレンズの形状を得ることが可能な、グレイスケールマスクの設計方法、グレイスケールマスク及びマイクロレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いわゆるグレイスケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
一般に、グレイスケールマスクは、透明なガラス基板上に露光光を遮蔽する微細なドットを多数配置し、開口部分（ドットが配置されていない部分）と遮光部分（ドットが配置されている部分）との面積比によって透過率分布が設定されているマスクである。
【０００３】
図１は、グレイスケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する工程を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、グレイスケールマスク１を用いてマイクロレンズ２を製造するには、まず基板（ガラス基板）３上に塗布したレジスト（ポジ型レジスト）４を、レジスト４に対向して配置されたグレイスケールマスク１を介して露光する（図１（ａ））。グレイスケールマスク１は、ガラス基板１１上に例えばクロムからなるドット１２を配置したものであり、その縁（マイクロレンズ２の縁に対向する部位）に比べて、その中心（マイクロレンズ２の中心に対向する部位）にドット１２が密に配置されている。これにより、グレイスケールマスク１の透過率は、その中心から、その縁に向かうにつれて大きくなる分布（同心円状の分布）となっている。
【０００４】
グレイスケールマスク１の中心（透過率の小さい部位）に対向するレジスト４の部位は露光量（露光強度と露光時間の積）が少なくなるため、現像時の溶解量が少なくなる。一方、グレイスケールマスク１の縁（透過率の大きい部位）に対向するレジスト４の部位は露光量が多くなるため、現像時の溶解量が多くなる。このため、露光後のレジスト４を現像すると、グレイスケールマスク１の透過率分布に応じて、例えば図１（ａ）のレジスト４においてハッチを施した部分が溶解し、残りの部分が残存することになる（図１（ｂ））。
【０００５】
現像後に残存するレジスト４及び基板３をエッチングすれば、残存するレジスト４の形状に応じた形状を有する基板３（マイクロレンズ２）が得られる（図１（ｃ））。
【０００６】
従い、所望するマイクロレンズ２の形状に応じたレジスト４の形状（現像後に残存するレジスト４の形状）が得られるように、グレイスケールマスク１の透過率分布、すなわちドット１２のパターンが設計される。
【０００７】
図２は、グレイスケールマスクの透過率と、露光・現像後に残存するレジストの厚みとの関係の一例を示すグラフである。図２に示すデータ（プロットした点）は、グレイスケールマスク１の透過率を場所によらず一定の値とし（ドット１２のパターンを場所によらず一定のパターンとし）、所定の露光条件（露光強度、露光時間）でこのグレイスケールマスク１を介してレジスト４を露光し現像したときに、現像後に残存するレジスト４の厚みをプロットしたものである。各データは、露光条件は同じであるものの、露光に用いたグレイスケールマスク１の透過率がそれぞれ異なるものである。初期のレジスト（基板上に塗布したレジスト）４の厚みは約３．８μｍである。
図２に示すように、透過率が約１０％未満では、現像後に残存するレジスト４の厚みは初期の厚みと略同等であるが、透過率が１０％以上になると、透過率が増加するにつれて、残存するレジスト４の厚みは減少し、透過率が約８０％で厚みは略０μｍに至る。本発明者らが知見したところによれば、残存するレジスト４の厚みが減少し始めてからのグレイスケールマスク１の透過率と、現像後に残存するレジスト４の厚みとの関係は、接線の傾きの絶対値が単調減少する４次曲線（図２に示す感度曲線Ａ）で近似できる。
【０００８】
従来のグレイスケールマスク１を用いたマイクロレンズ２の製造方法においては、レジスト４を有効利用する（基板３上に塗布するレジスト４の厚みをできるだけ小さくする）という観点に重きをおき、露光・現像後に残存するレジスト４の最大厚みが初期のレジスト（基板３上に塗布したレジスト）４の厚みと略同等となるように、グレイスケールマスク２の透過率分布、すなわちドット１２のパターンを設計していた。
具体的には、グレイスケールマスク１の中心（マイクロレンズ２の中心に対向する部位）近傍に対向するレジスト４の部位については露光・現像後に初期の厚みと略同等の厚みが残存し、グレイスケールマスク１の縁（マイクロレンズ２の縁に対向する部位）に対向する部位に向かうにつれて露光・現像後の厚みが小さくなるように、グレイスケールマスク２の透過率分布を設計していた。これにより、レジスト４を有効利用することが可能である。
なお、図２に示す例では、グレイスケールマスク２の透過率が１０％以上の範囲内で分布するように設計されていたことになる。具体的には、グレイスケールマスク１の中心の透過率は１０％近傍の値となり、グレイスケールマスク２の縁に向かうにつれて透過率が大きくなる分布となるように設計されていた。これにより、グレイスケールマスク１の中心近傍に対向するレジスト４の部位は、露光・現像後に初期の厚みと略同等の厚みが残存することになる。
【０００９】
しかしながら、前述のように、グレイスケールマスク１の透過率と、露光・現像後に残存するレジスト４の厚みとの関係は、接線の傾きの絶対値が単調減少する４次の感度曲線Ａで近似できる。換言すれば、レジスト４に対する露光量と、露光・現像後に残存するレジスト４の厚みとの関係が、接線の傾きの絶対値が単調減少する４次の感度曲線Ａで近似できることになる。従って、グレイスケールマスク１を介したレジスト４に対する露光量が露光装置の経時変化等によって変動すれば、露光・現像後に残存するレジスト４の厚みは、露光量が小さい部位（グレイスケールマスク１の透過率が小さい部位に対向するレジスト４の部位）ほど大きく変動することになる。前述のように、グレイスケールマスク１の透過率が小さい部位は、マイクロレンズ２の中心に対向する。露光量の変動によってレジスト４の残存厚みが大きく変動すれば、これに応じてマイクロレンズ２の中心近傍の形状も所望する形状から大きく外れてしまうことになる。
【００１０】
マイクロレンズ２の中心近傍の形状は、マイクロレンズ２の性能に最も影響を及ぼす重要な因子であるため、露光量が変動したとしても所望する形状から大きく外れることがなく、安定した形状を得ることが肝要である。しかしながら、上記のように、従来のグレイスケールマスク１を用いたマイクロレンズ２の製造方法では、露光量の変動によって所望する形状（特に、中心近傍の形状）を安定して得ることができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３８３９２号
【特許文献２】特開２００６−２９３０９０号公報
【特許文献３】特開２００７−３３３９２６号公報
【特許文献４】特開２００８−９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、露光量が多少変動したとしても安定したマイクロレンズの形状を得ることが可能な、グレイスケールマスクの設計方法、グレイスケールマスク及びマイクロレンズの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、基板上に塗布したレジストをグレイスケールマスクを介して露光し、前記露光後のレジストを現像し、前記現像後に残存するレジスト及び前記基板をエッチングすることでマイクロレンズを製造するために用いる前記グレイスケールマスクの設計方法であって、所定の露光条件で前記基板上に塗布したレジストを露光し現像した場合に、前記現像後に残存するレジストの最大厚みが前記基板上に塗布したレジストの厚みの２／３〜１／５となるように、前記グレイスケールマスクの透過率分布を決定することを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法を提供する。
【００１４】
本発明によれば、所定の露光条件（露光強度・露光時間）で露光・現像後に残存するレジストの最大厚みが初期のレジスト（基板上に塗布したレジスト）の厚みの２／３〜１／５となるように、グレイスケールマスクの透過率分布が決定される。すなわち、従来のように露光・現像後に残存するレジストの最大厚みが初期のレジストの厚みと同等ではなく、初期のレジストの厚みの２／３以下に小さくなるように、透過率分布が決定される。換言すれば、図２を参照して前述した感度曲線Ａを構成する全ての透過率（１０〜８０％）を二分した場合に、高い方にある一部の透過率（例えば、Ｔ％以上の透過率。２０≦Ｔ≦５５）のみが分布するように、グレイスケールマスクの透過率分布が決定される。透過率が高ければ高いほど（露光量が大きければ大きいほど）、感度曲線Ａの接線の傾きの絶対値は小さくなる。すなわち、露光量が多少変動しても、露光・現像後に残存するレジストの厚みは大きく変動しないことになる。前述のように、グレイスケールマスクの透過率分布のうち透過率の小さい部位がマイクロレンズの中心に対向することになるものの、透過率分布自体が感度曲線Ａを構成する全ての透過率（１０〜８０％）を用いたものではなく、高い方にある一部の透過率（Ｔ％以上の透過率）のみを用いたものであるため、露光量が多少変動してもマイクロレンズの中心に対向するレジストの残存厚みは大きく変動しない。このため、所望するマイクロレンズの中心近傍の形状を安定して得ることが可能である。なお、露光・現像後に残存するレジストの最大厚みが小さすぎると、所望するマイクロレンズの形状に応じたレジスト（残存するレジスト）の形状を得ることができない。残存するレジストの厚み全体が小さくなるため、所望するマイクロレンズの形状を得るために必要な厚みを確保できないからである。また、残存するレジストの厚み全体が小さいと、レジストが基板から剥がれるおそれもある。このため、本発明では、露光・現像後に残存するレジストの最大厚みが初期のレジストの厚みの１／５以上となるように、グレイスケールマスクの透過率分布が決定される。
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明は、上記の設計方法によって決定された透過率分布に応じて露光光を遮蔽するドットが配置されていることを特徴とするグレイスケールマスクとしても提供される。
【００１６】
本発明に係るグレイスケールマスクを介してレジストを露光すれば、露光量が多少変動してもマイクロレンズの中心に対向するレジストの残存厚みは大きく変動しない。このため、所望するマイクロレンズの中心近傍の形状を安定して得ることが可能である。
【００１７】
好ましくは、前記露光光に対する前記グレイスケールマスクの最小透過率が２０〜５５％の範囲内にある。
【００１８】
斯かる好ましい構成によれば、図２に示すように、現像後に残存するレジストの最大厚みは、例えば２．５〜０．７５μｍとなり、初期のレジストの厚み（３．８μｍ）の２／３〜１／５となる。このため、このグレイスケールマスクを介してレジストを露光すれば、所望するマイクロレンズの中心近傍の形状を安定して得ることが可能である。
【００１９】
また、前記解題を解決するため、本発明は、基板上にレジストを塗布する工程と、前記レジストを前記グレイスケールマスクを介して露光する工程と、前記露光後のレジストを現像する工程と、前記現像後に残存するレジスト及び前記基板をエッチングする工程と、を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法としても提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、露光量が多少変動したとしても安定したマイクロレンズの形状（特に、中心近傍の形状）を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、グレイスケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する工程を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、グレイスケールマスクの透過率と、露光・現像後に残存するレジストの厚みとの関係の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施例及び比較例について、露光・現像後に残存するレジスト表面の断面形状を測定した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るグレイスケールマスク１は、透明なガラス基板１１上に露光光を遮蔽するクロムからなる微細なドット１２を多数配置し、開口部分（ドット１２が配置されていない部分）と遮光部分（ドット１２が配置されている部分）との面積比によって透過率分布が設定されているマスクである。グレイスケールマスク１は、その縁に比べて、その中心にドット１２が密に配置されている。これにより、グレイスケールマスク１の透過率は、その中心から、その縁に向かうにつれて大きくなる分布（同心円状の分布）となっている。
【００２４】
グレイスケールマスク１は、マイクロレンズ２を製造するために用いられる。具体的には、基板３上に塗布したレジスト（ポジ型レジスト）４を塗布し、レジスト４をレジスト４に対向して配置されたグレイスケールマスク１を介して露光し、露光後のレジスト４を現像し、現像後に残存するレジスト４及び基板３をエッチングすることでマイクロレンズ２が製造される。エッチング方法としてとしては、通常のドライエッチングが利用可能であるため、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
本実施形態に係るグレイスケールマスク１の透過率分布（ドット１２のパターン）は、所定の露光条件（露光強度・露光時間）で基板３上に塗布したレジスト４を露光し現像した場合に、現像後に残存するレジスト４の最大厚みが初期の厚み（基板３上に塗布したレジスト４の厚み）の２／３〜１／５となるように決定されている。具体的には、図２に示すように、露光光に対するグレイスケールマスク１の最小透過率が２０〜５５％の範囲内にあるように（最大透過率は８０％程度）、透過率分布が決定されている。
【００２６】
本実施形態に係るグレイスケールマスク１の透過率分布は、従来のように露光・現像後に残存するレジスト４の最大厚みが初期のレジスト４の厚みと同等ではなく、初期のレジスト４の厚みの２／３以下に小さくなるように、透過率分布が決定されている。換言すれば、感度曲線Ａを構成する全ての透過率（１０〜９０％）を二分した場合に、高い方にある一部の透過率（Ｔ％以上の透過率。２０≦Ｔ≦５５）のみが分布するように、グレイスケールマスク１の透過率分布が決定されている。透過率が高ければ高いほど（露光量が大きければ大きいほど）、感度曲線Ａの接線の傾きの絶対値は小さくなる。すなわち、露光量が多少変動しても、露光・現像後に残存するレジスト４の厚みは大きく変動しないことになる。
【００２７】
グレイスケールマスク１の透過率分布のうち透過率の小さい部位（中心近傍の部位）がマイクロレンズ２の中心に対向することになるものの、透過率分布自体が感度曲線Ａを構成する全ての透過率（１０〜９０％）を用いたものではなく、高い方にある一部の透過率（Ｔ％以上の透過率）のみを用いたものであるため、露光量が多少変動してもマイクロレンズ２の中心に対向するレジスト４の残存厚みは大きく変動しない。このため、所望するマイクロレンズ２の中心近傍の形状を安定して得ることが可能である。
【００２８】
なお、露光・現像後に残存するレジスト４の最大厚みが小さすぎると、所望するマイクロレンズ２の形状に応じたレジスト４（残存するレジスト４）の形状を得ることができない。残存するレジスト４の厚み全体が小さくなるため、所望するマイクロレンズ２の形状を得るために必要な厚みを確保できないからである。また、残存するレジスト４の厚み全体が小さいと、レジスト４が基板３から剥がれるおそれもある。このため、本実施形態では、露光・現像後に残存するレジスト４の最大厚みが初期のレジスト４の厚みの１／５以上となるように（最小透過率Ｔ≦５５％となるように）、グレイスケールマスク１の透過率分布が決定されている。
【００２９】
図３は、本実施形態に係るグレイスケールマスク１（５０％以上の透過率のみが分布するグレイスケールマスク）を用いた場合（実施例）と、従来のグレイスケールマスク（１０〜９０％の透過率が分布するグレイスケールマスク）を用いた場合（比較例）とについて、露光・現像後に残存するレジスト表面の断面形状を測定した結果の一例を示すグラフである。レジスト表面の断面形状は、触針式膜厚計（Sloan社製デクタック）を用いて測定した。図３の横軸は残存するレジスト４の径方向（図１のＸ方向）の位置を、縦軸は高さ方向（図１のＹ方向）の位置を意味する。所望するマイクロレンズ２の表面形状を得るには、現像後に残存するレジスト表面の断面形状を所定の曲率を有する２次曲線（放物線）に合致させることが肝要である。このため、図３には、実施例及び比較例の測定結果の他、各測定結果を２次の近似曲線（放物線）で近似した結果も図示している。
【００３０】
図３に示すように、比較例の測定結果とその近似曲線との相関（決定係数Ｒ２＝０．９９５０）に比べて、実施例の測定結果とその近似曲線との相関（決定係数Ｒ２＝０．９９９１）の方が強く、実施例では２次曲線により近いレジスト表面の断面形状が得られることがわかる。比較例では、特にレジスト４の中心（マイクロレンズ２の中心に対向する部位）近傍で２次曲線とのズレが大きくなっている。
この結果からも、本実施形態に係るグレイスケールマスク１によれば、露光量が多少変動したとしても安定したマイクロレンズ２の形状（特に、中心近傍の形状）を得ることが可能であることがわかる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・グレイスケールマスク
２・・・マイクロレンズ
３・・・基板
４・・・レジスト
１１・・・基板
１２・・・ドット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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