(57)【要約】【課題】電子ビーム描画装置にてパターン描画する際描画のためのデータ量を少なく、描画時間を短くできる生産効率の良い濃度分布マスクを提供することを目的とする。【解決手段】基板上に三次元構造の感光性パターンを形成するためのフォトリソ工程で使用する濃度分布マスクにおいて、露光に使用される領域は、多角形の単位セルにより隙間なく分割されており、該単位セルは、さらに複数個の区画に等分割され、この複数個の区画についてひとつずつ単位遮光膜（透過率≒０％）を増やしていくことにより、各単位セルの光透過率を段階的に変化させ、単位セル全体として所望の光透過量に設定し、濃度分布マスクを得る。【選択図】図１
2006030510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に三次元構造の感光性パターンを形成するためのフォトリソ工程で使用する濃度分布マスクにおいて、
露光に使用される領域は、多角形の単位セルにより隙間なく分割されており、該単位セルは、さらに複数個の区画に等分割され、この複数個の区画についてひとつずつ遮光膜を増やしていくことにより、各単位セルの光透過率を段階的に変化させ、単位セル全体として所望の光透過量に設定したことを特徴とする濃度分布マスク。
【請求項２】
前記単位セルの形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスク。
【請求項３】
前記単位セルの形状が正方形であることを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスク。
【請求項４】
前記単位セルを複数に分割する区画の数が４〜３６であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の濃度分布マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に３次元構造の感光性材料パターンを形成するために使用する３次元形状作成用の濃度分布マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元形状作成用濃度分布マスクを用いた露光により基板上に三次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを基板に彫り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法があり、濃度分布マスク及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この濃度分布マスクを用いて製造される３次元構造の表面形状をもつ物品としては、透過又は反射の微小光学素子などの光学分野、半導体装置製造工程で使用される位相シフトマスクを含むマスク製作（修正を含む）分野、微小な３次元構造を製作するマイクロマシニング分野、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレー）、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレー・パネル）等の画像表示装置の分野、微少光学素子例えば固体撮像素子の各受光素子に対応して形成されるマイクロレンズの形成分野などがある。
【０００３】
上記、特開２００２−２４４２７３号公報によれば、３次元形状の工程や傾斜面は、露光マスクの濃淡（光透過率１００％から０％の間の任意の濃度）と中間階調の連続的な変化により、露光光の透過率を変化させることにより実現している。
具体的には、濃度分布マスクの露光に使用される領域は適当な形状および大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、その単位セル内に円形の遮光膜（ドット）を段階的に大きさを変えて形成し、所定の透過量（濃度）を得ている。
円形の遮光膜（ドット）の大きさが段階的に変化するものであっても、単位セルが充分に小さければ、例えば露光装置の解像度よりも単位セルの大きさが小さければ、結果として露光〜現像により得られるパターンは連続的な変化の３次元形状となる。
【特許文献１】特開２００２−２４４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような濃度分布マスクを、電子ビーム描画装置にて作画することを想定すると、まず、円形パターンというものは、電子ビーム露光装置では描きにくく、描けないことはないが、描画するのに多量のデータ量が必要になる。さらに言えば、円形の遮光膜パターンを各々の単位セルの中央に描画する必要があるが、その位置すなわちアドレスを指定するデータ量も膨大なものになる。
このようなデータ量の多い描画は、電子ビーム露光装置には負担であり、描画に要する時間が長くなり、スループットが低下し、生産効率が低下するという問題を有している。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、電子ビーム描画装置にてパターン描画する際描画のためのデータ量を少なく、描画時間を短くできる生産効率の良い濃度分布マスク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】
【０００６】
本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１においては、基板上に三次元構造の感光性パターンを形成するためのフォトリソ工程で使用する濃度分布マスクにおいて、露光に使用される領域は、多角形の単位セルにより隙間なく分割されており、該単位セルは、さらに複数個の区画に等分割され、この複数個の区画についてひとつずつ単位遮
光膜（透過率≒０％）を増やしていくことにより、各単位セルの光透過率を段階的に変化させ、単位セル全体として所望の光透過量に設定したことを特徴とする濃度分布マスクとしたものである。
【０００７】
また、請求項２においては、前記単位セルの形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスクとしたものである。
【０００８】
また、請求項３においては、前記単位セルの形状が正方形であることを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスクとしたものである。
【０００９】
また、請求項４においては、前記単位セルを複数に分割する区画の数が４〜３６であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の濃度分布マスクとしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明が提供する濃度分布マスクは、前記単位セル及び区画の形状が、多角形であるので、単位セルの区画にあわせて、描画グリッドを設定することで作画の高速化及び作画データの軽量化ができ、電子ビーム描画装置でパターン描画する際の描画のためのデータ量を少なく、作画時間を短縮できるので、生産効率の良い濃度分布マスクを提供できる。
また、単位セル内の区画の大きさをマスクのパターン解像限界以下に設定することで、マスク上の解像限界を気にせずパターン設計が可能となる。
さらにまた、表現したい中間調にあわせて、決められた単位区画を単位セル内に配置することで設計でき、直感的なパターン設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
通常レチクル等のフォトマスクは開口部と遮光部とで光強度を０、または１として表現してマスクパターンを形成している。
これに対し、本発明の濃度分布マスクは、転写持の波長や照明条件から解像しないようなパターンを作成することで光強度の階調を表現しようとするものである。
このことから、本発明の濃度分布マスクは、基板に対する露光が１／４〜１／１０に縮小投影露光するレチクルマスクであることが多い。むろん、１対１露光のフォトマスクでも構わない。
【００１２】
請求項１に係る本発明の濃度分布マスクは、露光に使用されるパターン領域は、多角形の単位セルにより隙間なく分割されており、該単位セルは、さらに複数個の区画に等分割され、この複数個の区画についてひとつずつ単位遮光膜（透過率≒０％）を増やしていくことにより、各単位セルの光透過率を段階的に変化させ、単位セル全体として所望の光透過量に設定するものである。
ここで、単位遮光膜（透過率≒０％）とは、区画に付与する単位遮光膜の透過率が限りなく０％に近い状態を指す。
図１（ａ）に、パターン領域を構成する単位セルを９分割した単位セルＡの事例を、図１（ｂ）〜（ｋ）に、単位セルＡに区画単位で単位遮光膜（透過率≒０％）を付与し、単位セルＡに階調表現を施した事例を説明する。
ここで、階調とは、画像などの濃度変化の視知覚的な評価であり、「中間階調」は単位セル内の区画の面積や区画の組合わせなどで得られるより細かな光学濃度変化を意味している。また、「中間透過率」は、物理的な光透過率を意味しており、透過率が０％と１００％の間にあることを意味している。
【００１３】
単位セルＡは、図１（ａ）に示すように区画ａ1〜区画ａ9として９分割されており、このセルＡに区画処理を施すと図１（ｂ）〜図１（ｋ）のようになり、１０階調を表現した
ことになる。
図１（ｂ）は、区画ａ1〜区画ａ9に区画処理（区画に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与すること）を施していない状態で、セルＡの階調は０とする。図１（ｃ）は、区画ａ5に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与したもので、セルＡの階調は１とする。図１（ｄ）は、区画ａ2及び区画ａ8に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与したもので、セルＡの階調は２とする。図１（ｅ）は、区画ａ2、区画ａ5及び区画ａ8に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与したもので、セルＡの階調は３とする。図１（ｆ）は、区画ａ1、区画ａ3、区画ａ7及び区画ａ9に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与したもので、セルＡの階調は４とする。図１（ｇ）は、区画ａ2、区画ａ4、区画ａ5、区画ａ6及び区画ａ8に単位遮光膜（透過率≒０）を付与したもので、セルＡの階調は５とする。図１（ｈ）は、区画ａ1、区画ａ4、区画ａ7、区画ａ3、区画ａ6及び区画ａ9に単位遮光膜（透過率≒０）を付与したもので、セルＡの階調は６とする。図１（ｉ）は、区画ａ1、区画ａ4、区画ａ7、区画ａ5、区画ａ3、区画ａ6及び区画ａ9に単位遮光膜（透過率≒０）を付与したもので、セルＡの階調は７とする。図１（ｊ）は、区画ａ5を除く全区画に単位遮光膜（透過率≒０）を付与したもので、セルＡの階調は８とする。図１（ｋ）は、全区画に単位遮光膜（透過率≒０）を付与したもので、セルＡの階調は９とする。
このように、単位セルの単位区画にひとつずつ単位遮光膜（透過率≒０）を増やしていくことにより、各単位セルの光透過率を段階的に変化させ、階調表現を行うもので、ここでは１０階調を表現したことになる。
このように、単位セルの単位区画にひとつずつ単位遮光膜（透過率≒０）を増やし、かつ、付与する位置を決めていく方式は、位置データも簡略化できる。
【００１４】
単位セルの形状は、多角形であれば、いずれの形状でも構わないが、単位セルを単位区画に分割後の電子ビーム描画の描画効率を考慮すると、正方形もしくは矩形形状が好ましい。
図２（ａ）〜（ｅ）に、正方形状の単位セルＡを単位区画にした分割事例を示す。
図２（ａ）は、単位セルＡを４区画分割、図２（ｂ）は、単位セルＡを９区画分割、図２（ｃ）は、単位セルＡを１６区画分割、図２（ｄ）は、単位セルＡを２５区画分割、図２（ｅ）は、単位セルＡを３６区画分割した事例である。
単位セルＡの分割区画数は、２個以上であればいずれの区画数でも構わないが、電子ビーム描画の描画効率及び階調表現性を考慮すると、４〜３６の区画数が好ましい。
【００１５】
本発明の濃度分布マスクは、転写時の波長や照明条件から解像しないようなパターンを作成することで光強度の階調を表現するための単位セル及び区画サイズの設定基準について説明する。
図３に示すような１辺の長さがＳLの正方形の単位セルＡが２個配置された場合の事例について説明する。この配置例は、単位遮光膜（透過率≒０）が付与された区画の距離Ｌが一番遠い関係になる配置を選定したもので、この距離が解像限界より小さければ、解像しないことになり、本発明の濃度分布マスクの単位セル及び区画サイズの限界値が得られることになる。
ここで、本発明の濃度分布マスクとして５倍のレチクルマスクを使用し、露光波長：３６５ｎｍ、レンズ開口率（ＮＡ）：０．６３、解像度係数（Ｋ１）０．６の露光装置を使用した場合の濃度分布マスクとしてのパターン領域の単位セル及び区画のサイズ限界値について説明する。
ウエハー上での解像度Ｒは、Ｒ＝０．６×０．３６５／０．６３＝０．３４８μｍ、
レチクルマスク上での解像度ＭRは、ＭR＝０．３４８×５＝１．７４μｍ、
レチクルマスク上でのパターン解像度限界ＭLは、ＭL＝１．７４／２＝０．８７μｍとなる。
ここで、単位遮光膜（透過率≒０）が付与された区画間の距離Ｌを求めれば、上記解像度限界より、単位セルＡの一辺の長さＳLの限界値を求めることができる。
【００１６】
単位セルＡは、１２×１２＝１４４に分割されており、これは電子ビーム描画機の描画方式に依存したもので、１２分割した状態が電子ビーム露光方式のアドレスサイズとの対応が採りやすいためである。
単位セルＡ間の単位遮光膜（透過率≒０）が付与された区画間の距離をＬとすると、
Ｌ＝（（８ＳL／１２）2＋（２ＳL／１２）2）＝（（６４＋４）／１４４）1/2×ＳL
＝（（６８）1/2／１２）×ＳL＝０．６８７ＳLとなる。
この区画間の距離Ｌが上記露光装置のパターン解像度限界ＭL＝１．７４／２＝０．８７μｍより小さければ、ウエハー上ではパターンとして表示されないため、
０．６８７×ＳL＜０．８７μｍから
ＳL＜１．２６６μｍとなる。
この結果から、上記露光装置を用いて、５倍のレチクルマスクを使用した場合、単位セルの一辺の長さＳLを１．２６６μｍ以下、単位セルを９区画に分割した場合の区画の一辺の長さを０．４２２μｍ以下とし、単位セル及び区画をパターン領域に配置し、区画処理（区画に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与すること）を施すことで諧調性を有する濃度分布マスクを得ることができる。
【００１７】
また、本発明の濃度分布マスクとして４倍のレチクルマスクを使用し、露光波長（Ｋｒｆ線）：２４８ｎｍ、レンズ開口率（ＮＡ）：０．６８、解像度係数（Ｋ１）０．６の露光装置を使用した場合の濃度分布マスクとしての単位セル及び区画の限界値について説明する。
ウエハー上での解像度Ｒは、Ｒ＝０．６×０．２４８／０．６８＝０．２１９μｍ、
レチクルマスク上での解像度ＭRは、ＭR＝０．２１９×４＝０．８７５μｍ、
レチクルマスク上でのパターン解像度限界ＭLは、ＭL＝０．８７５／２＝０．４３８μｍとなる。
上記区間間の距離Ｌ＝０．６８７ＳLがパターン解像度限界ＭL＝０．４３８μｍより小さければ、ウエハー上ではパターンとして表示されないため、
０．６８７×ＳL＜０．４３８μｍから
ＳL＜０．６３７μｍとなる。
この結果から、上記露光装置を用いて、４倍のレチクルマスクを使用した場合、単位セルの一辺の長さＳLを０．６３７μｍ以下、単位セルを９区画に分割した場合の区画の一辺の長さＳLを０．２１２μｍ以下とし、単位セル及び区画をパターン領域に配置し、区画処理（区画に単位遮光膜（透過率≒０％）を付与すること）を施すことで諧調性を有する濃度分布マスクを得ることができる。
【００１８】
パターン領域を単位セル、区画に分割する事例について説明する。
図４（ａ）は、矩形状のパターン領域を示し、このパターン領域を単位セルに分割した事例を図４(ｂ)−１〜２に示す。図４(ｂ)−１は、パターン領域を正方形状の単位セルＢで６分割、図４(ｂ)−２は、パターン領域を矩形状の単位セルＣで８分割した事例である。図４(ｃ)−１は、単位セルＢを正方形状の区画で１６分割、図４(ｃ)−２は、単位セルＣを矩形状の区画で１２分割した事例である。
【００１９】
図５（ａ）は、台形状のパターン領域を示し、図５(ｂ)は、このパターン領域を三角形状の単位セルＤで８分割した事例を、図５(ｃ)は、単位セルＤを三角形状の区画で４分割した事例を、図５(ｄ)は、単位セルＤを三角形状の区画で１６分割した事例をそれぞれ示す。
【００２０】
図６（ａ）は、パターン領域を示し、図６(ｂ)は、このパターン領域を六角形状の単位セルＥで５分割した事例を、図６(ｃ)は、単位セルＥを三角形状の区画で６分割した事例をそれぞれ示す。
【実施例１】
【００２１】
まず、石英ガラス基板からなる透明基板に酸化窒化クロム膜、クロム膜及び酸化窒化クロム膜からなる低反射クロムブランクスを作成した。
次に、低反射クロムブランクス上に電子線レジスト（日本ゼオン製）をスピンコーターにより塗布し、乾燥して、電子線レジストを形成し、低反射クロムブランクス上に電子線レジストが塗布された電子線レジスト塗布ブランクスを作成した。
【００２２】
次に、電子ビーム描画装置（ＭＥＢＥＳ５５００）を用いて、パターン描画を行った。露光波長：２４８ｎｍ、レンズ開口率（ＮＡ）：０．６８、解像度係数（Ｋ１）０．６の露光装置で使用するための４×のレチクルマスク用パターンを作成した。
パターン領域を一辺が０．５５μｍの正方形状の単位セルに分割し、さらに、単位セルを一辺が０．１８μｍの正方形状の区画に９分割して、単位セル内の区画毎に区画処理（電子ビーム露光する区画と電子ビーム露光しない区画を設定）して、電子ビーム露光を行った。
さらに、専用の現像液で現像処理を行い、低反射クロムブランクス上にレジストパターンを形成した。
【００２３】
次に、レジストパターンをエッチングマスクにして反応性イオンエッチングにて低反射クロムブランクスをエッチングした。さらに、レジストパターンを剥離液で剥膜、洗浄して、石英ガラス基板からなる透明基板上にパターン領域の一辺が０．５５μｍの正方形状の単位セルと一辺が０．１８μｍの正方形状の区画に分割された濃度分布マスクを得た。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、９区画に分割された単位セルＡを示す説明図である。（ｂ）〜（ｋ）は、単位セルＡに区画単位で単位濃度を付与し、単位セルＡに階調表現を施した事例を示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、単位セルＡの区画分割例を示す説明図である。
【図３】転写時の波長や照明条件から解像しないようなパターンを作成することで光強度の階調を表現するための単位セル及び区画サイズの限界値を求めるための説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、パターン領域を正方形状もしくは矩形状の単位セル及び区画に分割する例を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、パターン領域を三角形状の単位セル及び区画に分割する例を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、パターン領域を六角形状の単位セルに分割し、さらに三角形状の区画に分割する例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ……単位セル
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ……区画
Ｌ……区画間の距離
ＳL……単位セルの辺の長さ
ＮＡ……レンズ開口率
Ｋ１……解像度係数
Ｒ……ウエハー上の解像度
ＭR……レチクルマスク上の解像度
ＭL……レチクルマスク上のパターン解像度限界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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