(57)【要約】【課題】  マスク等の原版の設計効率をそのまま維持しつつ、隣接ショット同士の露光量が重なることなく実施できるようにする。【解決手段】  一度に露光できるエリアをショット領域と定義し、前記ショット領域は、基本形状１のパターンが繰り返して配置され、基本形状１内に配置される解像限界以下のパターン３が一定のパターンピッチｐを有し、パターンピッチｐの整数倍が基本形状１の配列ピッチＰｘ，Ｐｙとなっている際に、前記配列ピッチをパターンピッチｐで等分割した位置より、パターンピッチｐの半分だけずらして解像限界以下のパターン３を配置し、前記ショット領域が隣接する境界部は、前記ショット領域が隣接した場合に適正露光量となる透過率を有し、解像限界以下のパターン３を用いて透過率を調整するグレートーンマスクを一度に露光できる領域を隣接させてつなぎ合わせる感光性材料上に形状を形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
解像限界以下のパターンを用いて透過率を調整するグレートーンマスクを一度に露光できる領域を隣接させてつなぎ合わせる感光性材料上に形状を形成する三次元形状形成マスクにおいて、一度に露光できるエリアをショット領域と定義し、前記ショット領域が隣接する境界部は、前記ショット領域が隣接した場合に適正露光量となる透過率を有することを特徴とする三次元形状形成マスク。
【請求項２】
前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっている際に、前記配列ピッチを前記パターンピッチで等分割した位置より、パターンピッチの半分だけずらして解像限界以下のパターンを配置したことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状形成マスク。
【請求項３】
前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっていて、かつ偶数個の直線または曲線から形成される際に、向き合う辺または曲線を組としてどちらか一方の辺または曲線の解像限界以下のパターンを除去した基本形状を用いたことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状形成マスク。
【請求項４】
前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっている際に、隣接ショットとの間で解像限界以下のパターンが交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状形成マスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の三次元形状形成マスクに基づいて製造したことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光量に応じて感光性材料の残存する膜厚が変化する略線形な特性部分を利用して露光量の変化によって感光性材料の三次元形状を形成するマスクおよび、該マスクに基づいて製造した光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より解像限界以下のパターンを用いて感光性材料の現像後の膜厚を制御して種々の三次元形状を作製する方法が提案されている。マスクパターンを露光する際には密着露光方式と投影露光方式がある。このうち投影露光方式はステップアンドリピートによってマスクパターンを繰り返して露光する技術が確立されており、大面積を有する三次元形状のアレイパターンを形成する際は、一定の固まりにしたパターンアレイを用意するだけで全体をパターニングできるために有利である。
【０００３】
このような露光装置を用いてパターニングを行う手法としては、以下の文献に開示された方法がある。
特開2001-356470号公報（特許文献１）に開示された方法は、解像限界以下のパターン群を用いてパターニングを行う。その際、マスクの各位置における透過率は感光材料の膜厚が所望の厚みとなるよう設計されている。そして、この方法は、かかるマスクを用いて縮小投影露光を行っている。
【０００４】
特開2002-202583号公報（特許文献２）に開示された方法では、同様にしてグレートーンマスクを使い、投影露光装置のステップアンドリピート機能を用いるとマスクパターンの一回の露光サイズ以上の大きさのアレイ形状を形成できることが指摘されている。
【０００５】
次に、マスクパターンの設計方法について説明する。この方法は、最初に使用する露光装置の波長で、露光量をパラメータにして、現像後に残る感光性材料の膜厚を測定しておく。マスクの構成方法によっては理論的な開口率と実際の露光量とが非線形になる場合があるので、マスク設計パラメータに対する感光性材料の膜厚の関係を把握すると後の作業が楽になる。例えば、解像限界以下のパターンサイズを変えて開口率を調整する方法の場合、解像限界以下のパターンを配置するピッチおよび開口パターンのサイズがパラメータとして適している。
【０００６】
次に所望の形状を感光性材料の形状に変換する。その形状は、感光性材料をそのまま用いる場合は設計形状のままとし、ドライエッチングなどを用いて別材料に転写する場合にはエッチングレートの比から求まる選択比を用いて変換したものとなる。
【０００７】
感光性材料の形状が求まった後は、前述のマスク設計パラメータに対する感光性材料の膜厚の関係を用いてマスクパターンを設計する。
【０００８】
次に求められたマスクパターン設計値からマスク描画装置用のデータを生成してゆく。この時、アレイ形状の場合は基本となるパターン図形を作図した後に、基本パターンを繰り返すことで作業の手間を省いている。基本形状の内部では球面レンズなど形状が対称な場合には対称点を解像限界以下のパターン配置座標の原点とすると、パターンデータを生成する際の作業見通しがよい。基本形状中の解像限界以下のパターンは、基本形状の端まで配置されている。われわれが検討を進めた結果、解像限界以下のパターンのパターンピッチは全体にわたって一定であることが望ましい（特願2004-077567）。これは、パターンピッチが基本形状の配列ピッチと整数倍の関係に無い場合は基本形状の繰り返し境界部において、解像限界以下のパターンの配置に微妙な疎密パターンが発生して感光性材料の形状として現れてしまうからである。
【０００９】
実際に本方法によって繰り返して基本形状を配置する際は、基本形状の境界（接する部分）で解像限界以下のパターンが重なっている。この重なりは、同じサイズであれば全く無視され、サイズが異なる場合には大きいサイズのパターンが優先される。この様にサイズが異なるのは不連続形状を有する、すなわち垂直な側壁を持つような形状において発生する。
【００１０】
できあがったマスクパターンを用いてパターニングを行うと一度に投影露光できる面積分だけ一度の露光で形成できる。現在の半導体製造に用いられている露光機の場合は最大で約30mm角弱である。これよりも大きい素子が必要な場合にはマスクパターンのサイズをピッチに露光を繰り返して所望のパターンを形成する。
【特許文献１】特開2001-356470号公報
【特許文献２】特開2002-202583号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来例においては以下に述べるような課題があった。前述の露光装置を用いて一回の露光面積以上の大きさの三次元形状を形成する方法を開示した上記特許文献１および特許文献２には、一度に露光できるショット領域間の隣接部に関する処理は開示されていない。
【００１２】
ところが、我々が鋭意検討した結果、ステップアンドリピートでパターニングする領域境界部で感光性材料の膜厚がシャープに（狭い幅で）設計値からずれていることが分かった。これはポジタイプの感光性材料ではシャープに凹んでいた。その結果、できたパターンにはマスクパターンサイズに対応したメッシュ状の筋が入ってしまっていた。
【００１３】
したがって本発明の課題は、ステップアンドリピートによって透過率変調マスクを一度の露光面積以上に露光する場合に、露光ショット境界部における形状誤差を解消することにある。加えて、課題を解決する手法は一般的なマスク製造方法に対して容易であることが必要である。なぜならば、そのことが製造精度の安定性に関わることになるからである。例えば、基本形状の輪郭によって、全ての周辺パターンのはみ出し部分を消去する方法が考えられる。基本形状が繰り返されているショット内部においては、基本形状が隣接することで、描画すべきパターンは、マスク製造の限界を超えないものと考えられる。しかしながらショットの境界においては最悪はマスク製造技術の限界サイズの半分にまでパターンサイズが小さくなる可能性を有している。これでは設計した通りのサイズで製造されるとは考えられず、その結果製作したマスクも所望の機能を発揮しない。
【００１４】
既に述べたポジタイプの感光性材料の結果はマスクパターンの境界において露光量が多くなっていることを示している。
この事実を念頭に従来技術として説明したマスク設計手順を見直すと一つの事実に気づく。それは基本形状を繰り返してマスク製造データを作成した場合、一枚のマスク中にある基本形状同士が隣接する境界部はパターン描画工程へデータが渡される際に、パターンの重なりは無視されてしまう。問題はマスク上の全体のパターン(一ショットのパターン)の端は無視される様なことはなく、設計データ通りに全周に渡ってパターンが形成されている。この様なマスクを用いて露光作業を行った場合、ステップアンドリピートさせたときには一ショットのパターンの周上にある解像限界以下のパターンが二重に露光されてしまうのである。
【００１５】
本発明は、マスク等原版の設計効率をそのまま維持しつつ、隣接ショット同士の露光量が重なることなく実施できる三次元形状形成マスクおよび光学素子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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、第一に、解像限界以下のパターンを用いて透過率を調整するグレートーンマスクを一度に露光できる領域を隣接させてつなぎ合わせる感光性材料上に形状を形成する三次元形状形成マスクにおいて、一度に露光できるエリアをショット領域と定義し、前記ショット領域が隣接する境界部は、前記ショット領域が隣接した場合に適正露光量となる透過率を有することを特徴とする。
【００１７】
第二に、例えば、前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっている際に、前記配列ピッチを前記パターンピッチで等分割した位置より、パターンピッチの半分だけずらして解像限界以下のパターンを配置したことを特徴とする。
【００１８】
第三に、例えば、前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっていて、かつ偶数個の直線または曲線から形成される際に、向き合う辺または曲線を組としてどちらか一方の辺または曲線の解像限界以下のパターンを除去した基本形状を用いたことを特徴とする。
【００１９】
第四に、例えば、前記ショット領域は、基本形状のパターンが繰り返して配置されており、前記基本形状内に配置される解像限界以下のパターンが一定のパターンピッチを有し、前記パターンピッチの整数倍が前記基本形状の配列ピッチとなっている際に、隣接ショットとの間で解像限界以下のパターンが交互に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
したがって、本発明は、ステップアンドリピートで露光する際にショット境界部では隣接ショットが存在する際に露光量が適切となるようにマスク設計時のパターン配置に特徴を有するものである。
【００２１】
また、本発明は、第一に、隣接ショットが存在する際に露光量が適切となるよう設計していることに特徴がある。
また、本発明は、第二に、隣接ショットが存在した際に適正露光となるようパターン配置を最適化したこと、その際にマスクパターンの製造限界を大きく割り込むようなサイズのパターンを用いなくとも実現したことに特徴がある。
また、本発明は、第三に、従来技術のパターン生成の見通しの良さはそのままに、基本形状の特徴に注目して隣接する基本形状で接する辺上のパターンをどちらか一方の基本形状だけに持たせることに特徴がある。
また、本発明は、第四に、基本形状の周上のパターンを隣接する辺（対向している辺または曲線）上のパターンと補完し合うように交互に配置したことに特徴がある。基本形状の対象性に着目した場合、ソフトウエアによって解像限界以下のパターンを自動生成する際には相性がよい。
【００２２】
また、本発明は、上記いずれかの三次元形状形成マスクに基づいて製造したことを特徴とする光学素子にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、基本形状を繰り返してマスクパターンデータを生成するという効率的な設計手法を踏襲しながらも、隣接ショット同士の露光量が重なることなく実施できる特徴を有する。もしこれが、従来のパターン配置の基本形状を繰り返し配置し、ショット周辺のパターンのみ処理する(例えば不要な側のパターンをデータ上から消去する)といった作業は現実的には不可能で、課題の解消は困難である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら、以下に実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１および２は本発明の実施例１に係る三次元形状形成マスクを説明するための図である。１は基本形状であり、2は解像限界以下のパターンを配置する座標メッシュであり、３は解像限界以下のパターンである。ここでは輪郭に四角形を有する基本形状の場合で説明する。四角形の基本形状１の中は凸レンズを想定した形状に対応する感光性材料の膜厚に対応したパターンサイズの分布がある。ここでは説明のため、実際のパターン配置ピッチとは別に大きく表示している。また解像限界以下のパターン３を配置する座標メッシュ２は実線で表示しているものの仮想的なものであり、実際に何らかのパターンが存在するわけではない。もちろん解像限界以下のパターン３についても同様で、実際のパターンサイズとは別に拡大表示している。ｐは解像限界以下のパターン３を配置するピッチであり、Px,Pyは基本形状１を繰り返し配置するそれぞれXY方向のピッチである。
【００２６】
実際のマスク設計の手順は、従来技術の説明でもしたように、露光量と感光性材料の膜厚の関係をあらかじめ調べておきマスクを設計する。求めた関係から解像限界以下のパターン３のサイズを決定する。その際、あらかじめ解像限界以下のパターン３を配置する場所を決めておき、その場所におけるパターンサイズを求めるのである。解像限界以下のパターン３を配置する場所は仮想的な座標メッシュ２を想定し、その交点上とする。ここでは交点上に解像限界以下のパターンの中心が一致するルールとした。もちろん一定のルールがあれば、別のルールに従ってメッシュと解像限界以下のパターンの位置関係を決めることは可能である。
【００２７】
次に基本形状１を考える。ここでは対称な凸レンズの球面を考えている。すると基本形状１の中心は凸レンズの頂点に一致し、基本形状１の中心を対称点に解像限界以下のパターンサイズが分布する。そこで、パターン生成の見通しがよいように座標メッシュ２の原点は基本形状の中心に取った。ここで、座標メッシュ２の交点が基本形状１に含まれる場合には解像限界以下のパターン３を配置することをルールとする。すると図１に示すように基本形状１の四角の周上にも解像限界以下のパターン３が一様に配置される。
【００２８】
この基本形状１を繰り返して配置してマスクの有効サイズいっぱいにまで配置すると最も作業効率が高いマスクが形成される。ただし、このままのマスクで露光作業を実施するとマスク上パターンの端(一ショットの周辺)のパターンは隣接ショットによっても露光されるため、都合露光量が倍になってしまう。このことはポジレジストでは幅が狭いもののショット境界部に溝が形成されることを意味する。
【００２９】
そこで、図2に示すように座標メッシュ２の位置を、これまでの設計手順の位置から解像限界以下のパターン３のピッチの半分だけずらす。すると今度の基本形状１は、周上に解像限界以下のパターン３を有しないため、そのままショット境界においても二重に露光されるパターンは無いことになる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２としては、図３に示す三次元形状形成マスクがある。図３の（１）は基本形状を示す平面図、（２）はマスクを示す平面図である。三次元形状形成マスク説明のため座標メッシュ２は細線で示し、一本だけ太めの実線で示したものは基本形状１の境界を示す。ここで示すように基本形状１の境界部の解像限界以下のパターンは片方の基本形状１のみに含まれる。すなわち、実施例１では四角形の基本形状であり、対向する辺を一組として含めるものと含めないものとに分ける。実施例１で説明した基本形状はXY方向に繰り返し易いものであった。ちょっと複雑なものは、図３に示す六角形状を示す。この場合はハニカム状に並べることが可能であるが、繰り返しの端(ショット境界部)においてはやはり対向する辺の組み合わせのいずれかになっている。従って図中白抜きかくろ抜きに分かれた丸、三角、四角の記号のペアで解像限界以下のパターンの有無を分ければうまく隣接ショット同士でパターンが重なることなくパターニングできる。
【実施例３】
【００３１】
本発明の実施例３としては、図４に示す三次元形状形成マスクがある。図４の（１）は基本形状を示す平面図、（２）はマスクを示す平面図である。説明のため座標メッシュ２は細線で示し、一本だけ太めの実線で示したものは基本形状１の境界である。ここで基本形状１の境界上のパターンは交互に隣接する基本形状に含める。ここでは一つおきにしているが、数を限定する必要はない。その振り分けの分布自体が解像しないサイズであれば柔軟に設計することができる。
【００３２】
ここで例示した基本形状１は六角形である。輪郭が六角形で球面レンズの三次元形状を形成する際は、六角形の中央の点に関して対称に透過率分布を配置する。すなわち、同心円状の分布で解像限界以下のパターンのサイズが分布していることになる。さらに、マスク描画データを作成する際には、形状の対称性に着目すると作業が効率的に進められる。まず図４で示した基本形状１の右下の三角形を設計する。ここで、基本形状１の輪郭上のパターンは白と黒で塗り分けている。ここで白のマークを残し、黒のマークを削除するとする。次に同じ三角形を六角形の対称点を軸に180度回転する。すると、配置された白黒のパターンはちょうど直前に設計した三角形の輪郭上のパターンと交互に補完する形となる。すなわち基本形状の対向する辺で交互に輪郭上のパターンを振り分けることは、基本形状の対称性を利用したマスク描画データの効率的な手法と相性がよく、実現性が非常に高い。またデータの生成（解像限界以下のパターンを配置する作業）をコンピュータを用いて計算によって行う際にも相性がよく、効率的にマスクデータを作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る三次元形状形成マスクにより、本発明の効果を説明するため、手順の当初におけるパターン設計内容を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る三次元形状形成マスクにより、本発明の効果を説明するため、本発明の手法適用後のパターンを示す平面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る三次元形状形成マスクを示し、基本形状の対向する辺の組においてパターンの分割手法の手順を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る三次元形状形成マスクを示し、マスクデータ生成手順とそのときの作業効率への寄与を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：基本形状、２：座標メッシュ、３：解像限界以下のパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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