(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記パターンを形成する工程は、
下地の上に、上面が曲面形状の凸部と前記凸部よりも薄い凹部とを有する凹凸形状のポジ型のフォトレジスト膜を形成する第１工程と、
前記フォトレジスト膜を処理して前記凸部が存在した部分に前記凸部よりも狭い幅を有する開口を形成する第２工程とを含み、
前記第２工程では、前記フォトレジスト膜のうち前記凸部の少なくとも一部を露光してその露光光を前記凸部の前記曲面形状により屈折させて集光し、その後に前記フォトレジスト膜を現像する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程は、露光処理および現像処理を含み、
前記露光処理は、前記凸部となる領域と前記凹部となる領域のうち前記凹部となる領域を露光するマスクを用いてなされ、
前記露光処理は、前記現像処理において前記凹部となる領域に前記フォトレジスト膜を残す露光量でなされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程は、露光処理および現像処理を含み、
前記露光処理は、前記凹凸形状を形成するように透過光量分布が調整されたマスクを用いてなされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程では、前記凸部が形成される領域の前記下地の上にパターンを配置し、前記下地および前記パターンを覆うようにフォトレジスト材料を塗布することにより前記パターンの上に前記凸部を有する前記フォトレジスト膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記パターンは、配線パターンである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
パターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記パターンを形成する工程は、
下地の上に、凸部と前記凸部よりも薄い凹部とを有する凹凸形状のネガ型のフォトレジスト膜を形成する第１工程と、
前記フォトレジスト膜を処理して前記凸部が存在した部分に前記凸部よりも狭い幅を有するフォトレジスト部を形成する第２工程とを含み、
前記第１工程では、前記凸部が形成される領域の前記下地の上にパターンを配置し、前記下地および前記パターンを覆うようにフォトレジスト材料を塗布することにより前記パターンの上に前記凸部を有する前記フォトレジスト膜を形成し、
前記第２工程では、前記フォトレジスト膜のうち前記凸部の少なくとも一部を露光し、その後に前記フォトレジスト膜を現像する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
マイクロレンズアレイを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイを形成する工程は、
下地の上に凸部と前記凸部よりも薄い凹部とを有する凹凸形状のポジ型のフォトレジスト膜を形成する第１工程と、
前記フォトレジスト膜を処理することにより前記凸部が存在した部分の前記フォトレジスト膜の厚さを前記凹部が存在する部分の前記フォトレジスト膜の厚さよりも薄くする第２工程とを含み、
前記第２工程は、前記凸部と前記凹部のうち前記凸部を露光するマスクを用いる露光処理および現像処理を含む工程である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジストパターンの形成方法およびマイクロレンズアレイの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路における素子の高集積化に伴い、パターンの微細化が要求される。特許文献１には、フォトレジスト膜に凹凸形状をもたせることにより位相シフトパターンを形成する方法が開示されている。これにより、露光処理において、凸部においては逆位相の光を発生させ、凹部の正位相の露光光を相殺させることにより光強度を零とし、従来方法のリソグラフィ技術の解像限界を超えた微細なレジストパターンを形成することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４８０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リソグラフィ技術には、露光光の波長等による解像度の限界がある。特許文献１に記された方法は、逆位相の光と正位相の光とを相殺させるためには、位相シフトパターンの凹凸形状とその深さに非常に高い精度が要求され、複雑な技術を要する。
【０００５】
本発明は、より簡単な方法で任意の箇所に微細パターンを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は半導体装置の製造方法にかかり、前記半導体装置の製造方法は、パターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記パターンを形成する工程は、下地の上に、上面が曲面形状の凸部と前記凸部よりも薄い凹部とを有する凹凸形状のポジ型のフォトレジスト膜を形成する第１工程と、前記フォトレジスト膜を処理して前記凸部が存在した部分に前記凸部よりも狭い幅を有する開口を形成する第２工程とを含み、前記第２工程では、前記フォトレジスト膜のうち前記凸部の少なくとも一部を露光してその露光光を前記凸部の前記曲面形状により屈折させて集光し、その後に前記フォトレジスト膜を現像することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より簡単な方法で任意の箇所に微細パターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】縮小投影露光技術を説明するための図。
【図２】本発明の実施形態によるパターニング形成方法を説明するための図。
【図３】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図４】フォトレジスト材料のγ特性を説明するための図。
【図５】従来方法と本発明の実施形態の効果を説明するための図。
【図６】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図７】本発明の実施形態における凸部を説明するための図。
【図８】本発明の実施形態における付随的処理を説明するための図。
【図９】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図１０】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図１１】本発明の実施形態によるパターニング形成方法を説明するための図。
【図１２】本発明の実施形態によるパターニング形成方法を説明するための図。
【図１３】本発明の実施形態によるパターニング形成方法を説明するための図。
【図１４】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図１５】本発明の実施形態によるパターニング形成方法を説明するための図。
【図１６】本発明の実施形態によるマイクロレンズの形成方法を説明するための図。
【図１７】本発明の実施形態において使用するマスクを説明するための図。
【図１８】本発明の実施形態の効果を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、リソグラフィ技術について述べる。半導体集積回路の高集積化に伴うパターンの微細化を達成するため、現在はレンズを用いた縮小投影露光によるリソグラフィ技術が主に使われている。図１は、縮小投影露光によるリソグラフィ技術の原理を説明する図である。光源１０００から発せられた露光光は、照明光学系１０２０を介し、遮光部と透過部のパターンを有するフォトマスク（以下、「マスク」という）１０３０を介し、開口数ＮＡの投影レンズ１０４０により集束され、ウエハ１０５０に照射される。これにより、マスクが有するパターンを縮小したパターンがウエハ１０５０上に転写される。このとき、リソグラフィ技術の解像線幅Ｒ、即ち、ウエハ１０５０に転写することのできる最小加工寸法は、式（１）で与えられる。
Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ  …式（１）
ここで、ｋ１は転写プロセスによって決定される比例定数を、λは露光光の波長を示す。また、ＮＡは投影レンズ１０４０の開口数であり、式（２）で与えられる。
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ  …式（２）
ここで、ｎは投影レンズ１０４０‐ウエハ１０５０間の媒質の屈折率を、θは露光光の光束の拡がりを示す。
【００１０】
Ｒが小さいほど、解像性が高くなり、微細パターンを形成することが可能である。従って、Ｒを小さくするには、ｋ１を小さく、露光光の波長λを小さく、または、ＮＡを大きく、即ち、ｎを大きく、またはθを大きくする必要がある。本発明は、ウエハ１０５０上に塗布されたフォトレジスト材料の形状を凸部となるように形成し、この凸部がレンズとしての役割を果たすことにより、露光光を屈折させ集光することにより、Ｒを擬似的に小さくする技術である。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図２から図７を参照しながら、本発明の第１実施形態であるパターン形成方法について、第１工程と第２工程に分けて述べる。以下では、図面を簡略化するため、投影レンズは不図示とし、ウエハとマスクを近接して描く。以降に登場する図面についても投影レンズは不図示とする。
【００１２】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、下地の上に凸部と凹部とを有する凹凸形状のフォトレジスト膜を形成する第１工程の各工程におけるパターン断面図を示す。下地１は、例えばシリコン基板やＳｉＮ膜や金属膜など、後に所望のパターンを形成させる対象物を選択することができる。まず、下地１の上に、ポジ型のフォトレジスト材料３を塗布し（図２（ａ））、その後、第１のマスクを用いて、フォトレジスト材料３に露光光５ａを照射する第１の露光処理を行う（図２（ｂ））。第１のマスクは、図３に例示するような遮光部２１と透過部２２を有する。図３（ａ）は、ラインアンドスペースを規定する第１パターンを示す。図３（ｂ）は、ホール形成時に使用可能な矩形の第２パターンを示す。図３（ｃ）は、配線等を形成する際に使用可能なＴ字の第３パターンを示す。第１のマスクは、これら第１乃至第３パターンからなるグループのうち少なくとも一つのパターンを有する。これらのパターンの形状は限定されず適宜変更可能である。また、これらのパターンの用途は限定されず、配線を形成するためのパターンや素子分離を形成するためのパターンのみならず、固体撮像装置のカラーフィルタパターンなど、適宜変更可能である。図２（ｂ）においては、第１のマスクは遮光部４ａを有する。このとき、第１の露光処理は、後述の第１の現像処理において凹部となる領域にフォトレジスト膜３ａを残す露光量でなされればよい。図４は、横軸に露光量を、縦軸に露光量に対するフォトレジスト残膜量、即ち、フォトレジスト材料のγ特性を示す。破線３１はγ特性が急峻なフォトレジスト材料の特性を、点線３２はγ特性が緩やかなフォトレジスト材料の特性を示す。γ特性が緩やかなフォトレジスト材料を選択することにより、第１の現像処理において凹部となる領域にフォトレジスト膜３ａを残す露光量を選択することが容易となりうる。次に、第１の露光処理の後に第１の現像処理を行い、感光されたフォトレジスト部分を除去する。このようにして、第１工程において、凹部が凸部よりもフォトレジスト膜の厚さが薄い凹凸形状のフォトレジスト膜３ａが形成される（図２（ｃ））。
【００１３】
図２（ｄ）、（ｅ）は、第１工程で形成された凹凸形状のフォトレジスト膜３ａを処理し、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を形成する第２工程の各工程におけるパターン断面図を示す。まず、第１工程において形成された凹凸形状のフォトレジスト膜３ａに、第２のマスクを用いて、第２の露光処理を行う（図２（ｄ））。第２のマスクは、例えば、図６に示すように、ラインアンドスペースパターン（図６（ａ））、ホールパターン（図６（ｂ））、および配線パターン（図６（ｃ））からなるグループのうち少なくとも一つのパターンを有する。また、第２のマスクは、第１の露光処理において形成されたフォトレジスト膜３ａの凸部の少なくとも一部を露光しうるパターンを有する。これにより、図２（ｄ）に示すように、第２の露光処理において、露光光はフォトレジスト膜３ａの凸部において屈折し集光され、フォトレジスト膜３ａの凸部において感光する部分は、この凸部よりも狭い領域となる。次に、第２の露光処理の後に第２の現像処理を行い、感光されたフォトレジスト部分を除去する。このようにして、第２工程において、第１工程で形成された凹凸形状のフォトレジスト膜３ａが処理され、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を有するフォトレジストパターン３ｂが形成される（図２（ｅ））。
【００１４】
以上の手順により、超解像の微細開口を形成することができ、従って、任意の箇所に超解像の微細パターンを形成することが可能となる。
【００１５】
ここで、第２の露光処理においては、露光光５ｂがフォトレジスト膜３ａの凸部において屈折し集光され、その後の第２の現像工程において、この凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口が形成されればよい。即ち、露光処理によりフォトレジスト膜３ａの凸部において感光される部分が、この凸部よりも狭い領域となればよい。従って、実施形態１の凸部は、図７（ａ）に示すようなレンズ形状や、図７（ｂ）に示すような滑らかな丘形状であってもよいし、さらには、多角形状であってもよい。以下、凸部は、後述の他の実施形態においても同様とする。また、図７（ｃ）に示すような矩形形状は露光光が集光され難く、不適である。従って、この矩形形状を回避するためには、第１のマスクの露光光５ａを遮光部４ａの幅を、解像されないサイズより小さく、例えば、露光光５ａの波長の２倍以下となるように選択すればよい。
【００１６】
また、第１工程の後に形成される凹凸形状のフォトレジスト膜３ａは、この膜の表面が荒れている場合があるため、第１の現像処理の後に、この表面を滑らかにするための処理を施してもよい。（１）例えば、第１の現像処理の後（図８（ａ１））に、凹凸形状のフォトレジスト膜３ａの上に、同一材料の薄膜７、またはこのフォトレジスト膜３ａと略等しい屈折率を有する薄膜を、堆積または塗布することが可能である（図８（ａ２））。これによって、その後になされる第２の露光処理においては、露光光５ｂが薄膜７ａの凸面において、より効果的に屈折し集光されうる（図８（ａ２））。（２）また例えば、第１の現像処理の後に、プリベーク温度未満の温度で熱処理を施すことも可能である。これによって、同様の効果が得られる。（３）その他、例えば、第１の現像処理の後（図８（ｂ１））に、さらに凹部のフォトレジスト膜３ａを残すように等方性エッチング処理を施してもよい（図８（ｂ２））。これによって同様の効果が得られ、さらに、第１工程において感光物質が失活したフォトレジスト膜３ａの表面付近を除去することができ、その後の第２の露光処理において、凹凸形状のフォトレジスト膜３ｂをより効果的に感光することができる（図８（ｂ３））。以下、これらの処理は、後述の他の実施形態においても、適宜実施することができる。
【００１７】
図５は、マスクを通過した露光光が、投影レンズ（不図示）において集束され、フォトレジスト膜を露光する様子を示し、図５（ａ）は従来方法の場合を、図５（ｂ）は本実施例の場合を、それぞれ示す。ｎ１はレンズ‐ウエハ間の媒質の屈折率を、ｎ２はフォトレジスト材料の屈折率を、θはレンズ‐ウエハ間の露光光の光束の拡がりを、φは従来方法における露光光の屈折角を、ψは本実施形態における露光光の屈折角を、それぞれ示す。本実施形態によれば、フォトレジスト膜の凸部において露光光を集光するので、ψ＞φとなる。従って、式（１）と式（２）より、解像線幅をＲ２／Ｒ１＝ｓｉｎφ／ｓｉｎψ倍に小さくすることが可能である。ここで、Ｒ１は従来方法のリソグラフィ技術の解像線幅を、Ｒ２は本実施形態におけるリソグラフィ技術の解像線幅を示す。
【００１８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態であるパターン形成方法について述べる。第２実施形態について第１実施形態と異なる点は、第１工程の第１の露光処理において、図９に示すようなグレイトーンマスクを第１のマスクとして使用する点である。ここで、第１のマスクは、遮光部２１と透過部２２と解像度以下のスリットパターン部２３ａを有する。第１のマスクは、例えば、ラインアンドスペースパターン（図９（ａ））、ホールパターン（図９（ｂ））、および配線パターン（図９（ｃ））からなるグループのうち少なくとも一つのパターンを有する。この場合、図４（ａ）に示すようなγ特性が急峻なフォトレジスト材料を使用する場合であっても、第１工程において、凹部が凸部よりもフォトレジスト膜の厚さが薄い凹凸形状のフォトレジスト膜３ａを形成することが容易となる。
【００１９】
また、第１のマスクは、図１０に示すようなハーフトーンマスクを使用することも可能である。ここで、第１のマスクは、遮光部２１と透過部２２と半透過部２３ｂを有する。第１のマスクは、例えば、ラインアンドスペースパターン（図１０（ａ））、ホールパターン（図１０（ｂ））、および配線パターン（図１０（ｃ））からなるグループのうち少なくとも一つのパターンを有する。以上のように、透過光量分布を調整したマスクを用いることによっても、上記第１工程が容易になされうる。
【００２０】
その後は、第１実施形態と同様にして第１の現像処理を行い、続いて第２工程により、第１工程で形成された凹凸形状のフォトレジスト膜３ａが処理され、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を有するフォトレジストパターン３ｂが形成される。これにより、超解像の微細開口を形成することができ、従って、任意の箇所に超解像の微細パターンを形成することが可能となる。
【００２１】
＜第３実施形態＞
次に、図１１を参照しながら、本発明の第３実施形態であるパターン形成方法について述べる。図１１は、第３実施形態による各工程におけるパターン断面図を示す。第３実施形態について第１実施形態と異なる点は、下地の上に塗布するフォトレジスト材料３を、図４で紹介したγ特性が急峻なフォトレジスト材料と、その上にγ特性が緩やかなフォトレジスト材料とを積層して第１工程が実施される点である。まず、下地１の上に、γ特性が急峻なフォトレジスト材料９を塗布し、この上に、γ特性が緩やかなフォトレジスト材料３を塗布し、図１１（ａ）の状態になる。その後、第１実施形態と同様にして、図１１（ｂ）のように第１の露光処理を行い、続いて第１の現像処理を行い、図１１（ｃ）の状態となる。これにより、凹部が凸部よりもフォトレジスト膜の厚さが薄い凹凸形状のフォトレジスト膜３ａを、γ特性が急峻なフォトレジスト材料９の上に形成することができる。さらに、第１実施形態と同様にして、第２工程を経て、図１１（ｄ）の状態となる。
【００２２】
この実施形態は、露光光を屈折させ集光するための凸部を有するγ特性が緩やかなフォトレジスト材料と、高解像パターンを形成するためのγ特性が急峻なフォトレジスト材料とを別々に利用できる点で有効である。
【００２３】
＜第４実施形態＞
次に、図１２を参照しながら、本発明の第４実施形態であるパターン形成方法について述べる。図１２は、第４実施形態による各工程におけるパターン断面図を示す。第４実施形態について第１実施形態と異なる点は、第１工程において、まず下地１の上に、パターン８を配置し、下地１およびパターン８を覆うようにフォトレジスト材料３を塗布する点である。より具体的には、図１２（ａ）のように凸部が形成される領域の下地１の上に、例えば金属で構成されるパターン８を配置する。次に、図１２（ｂ）のように下地１およびパターン８を覆うようにフォトレジスト材料３を塗布する。この方法により、第１実施形態とは異なって、第１の露光処理および第１の現像処理を経ずに、第１実施形態の凹凸形状を有するフォトレジスト膜３ａに相当する凹凸を形成することが可能である。
【００２４】
その後は、第１実施形態と同様にして、図１２（ｃ）のように第２工程を経ることにより、図１２（ｄ）の状態となり、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を有するフォトレジストパターン３ｂが形成される。この実施形態は、例えば、金属配線の上に超解像の微細幅のホールパターンを形成したい場合に有効である。
【００２５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態であるパターン形成方法について述べる。第５実施形態について第１実施形態と異なる点は、第１工程および第２工程がなされた後、さらに２枚のマスクを用いて、再度、第１工程および第２工程と同様の工程が繰り返しなされる点である。以下、ラインアンドスペースパターンを形成する場合について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、第５実施形態の各工程におけるパターン断面図を示す。まず、下地１の上に下地２の層を堆積する。下地１は、例えばシリコン基板であり、下地２は、例えばＳｉＮ膜や金属膜など、後に所望のパターンを形成させる対象物を選択することができる。
【００２６】
第１工程においては、第１実施形態と同様の手順で、下地２の上に、図４で紹介したγ特性が緩やかなフォトレジスト材料３が塗布され、図１３（ａ）の状態となる。次に、遮光部４ａを有する第１のマスク、例えば、図３（ａ）に示すラインアンドスペースパターンを有する第１のマスクを用いて、フォトレジスト材料３に露光光５ａを照射する第１の露光処理がなされる（図１３（ｂ））。続いて、第１の現像処理がなされ、凹凸形状を有するフォトレジスト膜３ａが形成される（図１３（ｃ））。
【００２７】
次に、第２工程において、遮光部４ｂを有する第１のマスク、例えば、図６（ａ）に示すラインアンドスペースパターンを有する第１のマスクを用いて、フォトレジスト膜３ａに露光光５ｂを照射する第２の露光処理がなされる（図１３（ｃ））。続いて、第２の現像処理がなされ、図１３（ｄ）の状態となる。これにより、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を有するフォトレジストパターン３ｂが形成される。その後、下地２を等方性エッチング等によりエッチングし、図１３（ｅ）の状態となり、超解像の微細ラインアンドスペースパターン２ａを形成することが可能となる。
【００２８】
更に、第３工程において、下地１およびパターン２ａの上に、再びフォトレジスト材料６が塗布され、図１３（ｆ）の状態となる。次に、第３のマスクを用いて、第１の露光処理と略等しい条件で、フォトレジスト材料６に露光光５ｃを照射する第３の露光処理がなされる（図１３（ｇ））。このとき、第３のマスクは、第１のマスクとはハーフピッチ分だけシフトしたラインアンドスペースパターン（図１４（ａ））を用いることができる。続いて第３の現像処理がなされ、図１３（ｈ）の状態となる。これにより、凹凸形状を有するフォトレジスト膜６ａが形成される。このとき、この凹凸形状のフォトレジスト膜は、第１工程において形成された凹凸形状とはハーフピッチ分だけシフトしている。具体的には、フォトレジスト膜３ａは少なくとも２つの凸形状を有し、フォトレジスト膜６ａはフォトレジスト膜３ａの２つの凸形状が存在した位置の中心に凸形状を有する。
【００２９】
その後、第４工程において、第４のマスクを用いて、フォトレジスト膜６ａに露光光５ｄを照射する第４の露光処理がなされる（図１３（ｈ））。このとき、第４のマスクは、第２のマスクとはハーフピッチ分だけシフトしたラインアンドスペースパターンであって、第３工程において形成されたフォトレジスト膜の凸部の少なくとも一部を露光しうるパターン（図１４（ｄ））を有する。これにより、第４の露光処理において、露光光５ｄはフォトレジスト膜６ａの凸部において屈折し集光され、フォトレジスト膜６ａの凸部において感光する部分は、この凸部よりも狭い領域となる。次に、第４の露光処理の後に第４の現像処理を行い、感光されたフォトレジスト部分を除去する。このようにして、第４工程において、第３工程で形成された凹凸形状のフォトレジスト膜が処理され、凸部が存在した部分に凸部よりも狭い幅を有する開口を有するフォトレジストパターン６ｂが形成され、図１３（ｉ）の状態となる。その後、パターン２ａを等方性エッチング等によりエッチングし、図１３（ｊ）の状態となり、超解像の微細ラインアンドスペースパターン２ｂが形成される。
【００３０】
この手法により、超解像の微細パターンを形成するだけでなく、超解像の微細パターンの集積度を２倍にすることも可能である。また、本実施形態においては、上記工程を２回繰り返したが、３回以上繰り返すことにより、超解像の微細パターンの集積度を３倍以上にすることも可能である。
【００３１】
また更に、本実施形態において、図４で紹介したγ特性が急峻なフォトレジスト材料を使用し、第３のマスクに、グレイトーンマスク（図１４（ｂ））やハーフトーンマスク（図１４（ｃ））を用いることも可能である。
【００３２】
＜第６実施形態＞
次に、図１５を参照しながら、本発明の第６実施形態であるパターン形成方法について述べる。図１５は、第６実施形態による各工程におけるパターン断面図を示す。第６実施形態について第１実施形態と異なる点は、ネガ型のフォトレジスト材料を使用する点である。
【００３３】
ネガ型フォトレジスト材料は、塗布されたフォトレジスト材料の感光した部分が、その後の現像処理により残る。そのため第１工程は、第１実施形態とは異なり、下地の上にパターン８を配置し、下地１およびパターン８を覆うようにネガ型フォトレジスト材料を塗布することで、凹凸形状のフォトレジスト層３’を形成する手法が採用されうる。より具体的には、凸部が形成される領域の下地１の上に、例えば金属から構成されるパターン８が配置される。次に、図１５（ａ）のように下地およびパターンを覆うようにフォトレジスト材料が塗布され、パターンの上に凸部を有するフォトレジスト層３’が形成される。この方法により、凹凸形状を有するフォトレジスト層３’を形成することが可能である（図１５（ｂ））。
【００３４】
その後、フォトレジスト層３’に露光光５ｂを照射する第２の露光処理がなされる（図１５（ｂ））。このとき、露光光５ｂはフォトレジスト層３’の凸部により屈折し集光され、フォトレジスト膜の凸部において感光する部分は、この凸部よりも狭い領域となる。続いて、第２の現像処理がなされ、図１５（ｃ）の状態となる。これにより、凸部が存在した部分に、この凸部よりも狭い幅を有するフォトレジスト部３ｂ’を形成することが可能となる。この実施形態は、例えば、超解像の微細幅の配線パターンを形成する場合に有効である。
【００３５】
＜第７実施形態＞
最後に、図１６を参照しながら、本発明をマイクロレンズアレイの形成方法に適用した実施形態を、本発明の第７実施形態として説明する。また、以下は、第１実施形態を基調に説明するが、適宜変形が可能である。
【００３６】
まず、第１工程について述べる。図１６は、第７実施形態による、マイクロレンズ２００の形成の各工程における断面図を示す。マイクロレンズ２００を形成する下地１００、例えば基板を用意し（図１６（ａ））、実施形態１と同様の手法で、下地の上にマイクロレンズ２００用のフォトレジスト材料１１０を塗布し、図１６（ｂ）の状態となる。続いて、第１のマスクを用いて第１の露光処理を行う。第１のマスクは、例えば、画素の中央から外周に向かって遮光ドット密度が高くなるように段階的に変化させたパターンを有する（図１７（ａ））。これにより、第１の現像処理を経て、凹凸形状を有するフォトレジスト膜１１０ａが形成され、図１６（ｃ）の状態となる。ここで、第１のマスクは、実施形態１において述べた理由から、図１７（ｂ）、（ｃ）に示すようなパターンを使用することも可能である。このとき、フォトレジスト膜１１０ａの表面を滑らかにする処理の一つの手段として、フォトレジスト膜１１０ａの感光物質を失活しない程度の温度で熱処理を施すことも可能である。この熱処理は、例えば、１１０℃、６０秒でなされることができ、これにより後述の第２の露光処理が効率よくなされることができる。以上の第１工程により、下地１００の上に、凹凸形状のフォトレジスト膜１１０ａが形成される。
【００３７】
次に、第２工程について述べる。第１工程において形成された凹凸形状のフォトレジスト膜１１０ａを、第２のマスクを用いて第２の露光処理を行う。第２のマスクは、例えば、画素の中央から外周に向かって遮光ドット密度が低くなるように段階的に変化させたパターンを有する（図１７（ｄ）、（ｅ））。このとき、遮光ドット密度の低い領域から入射した露光光は、フォトレジスト膜１１０ａの凸部により屈折し集光され、フォトレジスト膜１１０ａの凸部において感光する部分は、この凸部よりも狭い領域となる。これにより、第２の現像処理を経て、凸部が存在した部分のフォトレジスト膜１１０ａの厚さが、凹部が存在する部分のフォトレジスト膜１１０ａの厚さよりも薄くなり、フォトレジスト部１１０ｂが形成される（図１６（ｄ））。以上の第２工程により、ギャップレスマイクロレンズ２００となる。
【００３８】
また、本実施例において、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の露光装置を用いて実際にマイクロレンズ２００を形成した実験結果の例を示す。本実験における目標形状は、１.０平方μｍの画素に、高さが０.４μｍの球面マイクロレンズ２００を、面積占有率１００％で形成したものである。また、本実験において使用する２回の露光処理は、アライメント誤差を１０ｎｍとなるようにして実施された。図１８は、横軸に第１工程において形成された凹凸形状のフォトレジスト膜１１０ａの凸部の高さを、縦軸に目標形状との形状誤差をプロットした実験結果を示す。図１７より、凸部の高さを大きくすることで、形状誤差が小さくなることが分かる。また、本実験においては、凸部の高さを５０ｎｍ以上とすることで目標形状との形状誤差が４％以下となることが分かる。以上のように、本発明による方法を用いることにより、ｉ線の露光装置を用いて、１.０平方μｍの画素に、高さが０.４μｍの球面マイクロレンズ２００を形成することが可能である。
【００３９】
さらに、本発明による方法を用いることにより、マイクロレンズ２００のそれぞれについて第１のマスクのパターンを適宜変更することが可能であり、マイクロレンズ２００のそれぞれの形状を調整し、画素ごとの集光効率を調整することも可能である。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、任意の箇所に超解像の微細パターンを形成し、同様の手法で、高い開口率を備えるマイクロレンズ形状を形成することができる。また、本発明によるパターニング形成方法およびマイクロレンズ形成方法は、以上の実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の組み合わせが可能であり、適宜変形が可能であることは言うまでもない。
【図１】
0005863343.tif 000002
【図２】
0005863343.tif 000003
【図３】
0005863343.tif 000004
【図４】
0005863343.tif 000005
【図５】
0005863343.tif 000006
【図６】
0005863343.tif 000007
【図７】
0005863343.tif 000008
【図８】
0005863343.tif 000009
【図９】
0005863343.tif 000010
【図１０】
0005863343.tif 000011
【図１１】
0005863343.tif 000012
【図１２】
0005863343.tif 000013
【図１３】
0005863343.tif 000014
【図１４】
0005863343.tif 000015
【図１５】
0005863343.tif 000016
【図１６】
0005863343.tif 000017
【図１７】
0005863343.tif 000018
【図１８】
0005863343.tif 000019