(57)【要約】【課題】表面に変極点のないテーパ形状を形成する。【解決手段】単位領域５２を、各々の面積が露光装置の分解能に対応する面積より小さい面積の縦４×横４の小領域５４に区画する。また、単位領域５２は、小領域５４の各々が光透過領域５６及び遮光領域５８のいずれかに定められたパターンを有し、各々光透過領域５６及び遮光領域５８の個数が階調に対応する個数に定められている。複数の単位領域５２が、テーパ形状を有する光学素子を製造するための基材の一端から他端に向かって配列された複数の細長領域２００〜２１６の各々に、階調が連続して変化するように配列されると共に、光透過領域５６及び遮光領域５８が隣接して交互に配列されたパターンを有する単位領域５２が配列された細長領域２０８を基準として、露光量が多い側の細長領域２００〜２０７の幅を露光量が少ない側の細長領域２０８〜２１６の幅より広くしたフォトマスク。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の面積が露光装置の分解能に対応する面積より小さい面積の小領域が複数個形成されるように区画され、かつ前記小領域の各々が光透過領域及び遮光領域のいずれかに定められたパターンを有する複数の単位領域であって、各々光透過領域及び遮光領域の個数が階調に対応する個数に定められた複数の単位領域が、傾斜面を有する光学素子を製造するための基材の一端から他端に向かって配列された複数の細長領域の各々に、配列方向に向かって階調が連続して変化するように配列されると共に、
光透過領域及び遮光領域が隣接して交互に配列されたパターンを有する単位領域が配列された細長領域を基準として、露光量が多い側の細長領域の幅を露光量が少ない側の細長領域の幅より広くしたフォトマスク。
【請求項２】
各々の面積が露光装置の分解能に対応する面積より小さい面積の小領域が複数個形成されるように区画され、かつ前記小領域の各々が光透過領域及び遮光領域のいずれかに定められたパターンを有する複数の単位領域であって、各々光透過領域及び遮光領域の個数が階調に対応する個数に定められた複数の単位領域が、基材の一端から他端に向かって配列された複数の細長領域の各々に、配列方向に向かって階調が連続して変化するように配列されると共に、各細長領域の幅を同一とした仮フォトマスクを透過させた光で前記基材上に形成された光感受性材料を露光して現像することにより、前記基材上に傾斜面を有する三次元形状を形成し、
形成された前記三次元形状の傾斜面の傾きが変化する変極点を通り前記三次元形状の底面に平行な直線と、変極点がない場合の傾斜面との交点を求め、
前記仮フォトマスクにおいて、光透過領域及び遮光領域が隣接して交互に配列されたパターンを有する単位領域が配列された細長領域を前記交点に対応する位置に配置し、該細長領域を基準として、露光量が多い側の細長領域の幅を露光量が少ない側の細長領域の幅より広くしてフォトマスクを製造する、
フォトマスクの製造方法。
【請求項３】
光学素子が形成される基板上に形成された光感受性材料を、請求項１記載のフォトマスクまたは請求項２記載のフォトマスクの製造方法により製造されたフォトマスクを透過させた光で露光して現像することにより三次元形状を形成し、
エッチング処理により、前記光感受性材料の三次元形状を前記基板に転写する、
光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク、フォトマスクの製造方法、及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的に規定可能な材料に対して、テーパ形状に対応するグレースケールパターンを有するマスクを介して露光を行い、この材料に形成されたテーパ形状を基板に転写することにより、テーパの付された光スイッチモジュールを製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、フォトレジストパターンのエッジ部にテーパが形成された位相シフトマスクの製造方法が提案されている（特許文献２）。特許文献２の方法では、レジストパターンの露光時に焦点をずらして露光することによりレジストパターンのエッジ部にテーパを形成している。また、通常の焦点で露光を行った後、熱的処理によりテーパを形成することも記載されている。
【特許文献１】特開２００４−４７５６号公報
【特許文献２】特開平９−１５２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光学素子の表面に変極点のないテーパ形状を形成することができるフォトマスク、このフォトマスクの製造方法、及びこのフォトマスクを用いて表面に変極点のないテーパ形状の光学素子を製造することができる光学素子の製造方法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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、各々の面積が露光装置の分解能に対応する面積より小さい面積の小領域が複数個形成されるように区画され、かつ前記小領域の各々が光透過領域及び遮光領域のいずれかに定められたパターンを有する複数の単位領域であって、各々光透過領域及び遮光領域の個数が階調に対応する個数に定められた複数の単位領域が、傾斜面を有する光学素子を製造するための基材の一端から他端に向かって配列された複数の細長領域の各々に、配列方向に向かって階調が連続して変化するように配列されると共に、光透過領域及び遮光領域が隣接して交互に配列されたパターンを有する単位領域が配列された細長領域を基準として、露光量が多い側の細長領域の幅を露光量が少ない側の細長領域の幅より広くしたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、各々の面積が露光装置の分解能に対応する面積より小さい面積の小領域が複数個形成されるように区画され、かつ前記小領域の各々が光透過領域及び遮光領域のいずれかに定められたパターンを有する複数の単位領域であって、各々光透過領域及び遮光領域の個数が階調に対応する個数に定められた複数の単位領域が、基材の一端から他端に向かって配列された複数の細長領域の各々に、配列方向に向かって階調が連続して変化するように配列されると共に、各細長領域の幅を同一とした仮フォトマスクを透過させた光で前記基材上に形成された光感受性材料を露光して現像することにより、前記基材上に傾斜面を有する三次元形状を形成し、形成された前記三次元形状の傾斜面の傾きが変化する変極点を通り前記三次元形状の底面に平行な直線と、変極点がない場合の傾斜面との交点を求め、前記仮フォトマスクにおいて、光透過領域及び遮光領域が隣接して交互に配列されたパターンを有する単位領域が配列された細長領域を前記交点に対応する位置に配置し、該細長領域を基準として、露光量が多い側の細長領域の幅を露光量が少ない側の細長領域の幅より広くしてフォトマスクを製造することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３の発明は、光学素子が形成される基板上に形成された光感受性材料を、請求項１記載のフォトマスクまたは請求項２記載のフォトマスクの製造方法により製造されたフォトマスクを透過させた光で露光して現像することにより三次元形状を形成し、エッチング処理により、前記光感受性材料の三次元形状を前記基板に転写する、光学素子の製造方法の発明である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のフォトマスクによれば、階調が連続して変化するように配列された複数の細長領域の各々を同一幅とした場合に比べて、光学素子の表面に変極点のないテーパ形状を形成することができる、という効果が得られる。
【０００９】
また、請求項２記載のフォトマスクの製造方法によれば、階調が連続して変化するように配列された複数の細長領域の各々を同一幅とした場合に比べて、光学素子の表面に変極点のないテーパ形状を形成することができるフォトマスクを製造することができる、という効果が得られる。
【００１０】
また、請求項３記載の光学素子の製造方法によれば、階調が連続して変化するように配列された複数の細長領域の各々を同一幅としたフォトマスクを用いる場合に比べて、表面に変極点のないテーパ形状を有する光学素子を製造することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】フォトマスクを用いてレジスト膜を三次元形状に形成する工程を示す概略図である。
【図２】テーパ形状を有するレジスト形状を示す（Ａ）側面図、（Ｂ）上面図、及び（Ｃ）正面図である。
【図３】仮フォトマスクの（Ａ）平面図、及び（Ｂ）横位置に対する光学濃度を示す線図である。
【図４】本実施の形態のフォトマスク及び仮フォトマスクにおける階調表現を説明するための図である。
【図５】仮フォトマスクを用いて形成したレジスト形状の横位置に対するレジスト形状の膜厚を概略的に示した線図である。
【図６】仮フォトマスクを用いてレジスト形状を形成した際の横位置に対するレジスト形状の膜厚を示す線図である。
【図７】他の例の仮フォトマスクを用いてレジスト形状を形成した際の横位置に対するレジスト形状の膜厚を示す線図である。
【図８】各階調が独立したパッチパターンで表現されたフォトマスクを用いてレジスト形状を形成した際の横位置に対するレジスト形状の膜厚を示す線図である。
【図９】変極点が生じる原因を説明するための図である。
【図１０】変極点の解消を説明するための図である。
【図１１】本実施の形態のフォトマスクの（Ａ）平面図、及び（Ｂ）横位置に対する光学濃度を示す線図である。
【図１２】本実施の形態のフォトマスクを用いた光学素子の製造方法を示す概略図である。
【図１３】本実施の形態のフォトマスクを用いて形成した他の例のレジスト形状の横位置に対するレジスト形状の膜厚を概略的に示した線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
まず、一般的なフォトリソグラフィの工程を用いて、フォトマスクを透過してレジスト膜に露光される光と露光後のレジスト膜との関係について説明する。図１は、フォトマスクを用いてレジスト膜を三次元形状に形成する工程を示す概略図である。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、光透過領域１００ａ及び遮光領域１００ｂを有するフォトマスク１００を介して、基板１０２上に塗布されたレジスト膜（光感受性材料）１０４を露光する。フォトマスク１００は、ガラス等の光透過性の基板にクロム等の遮光性材料を用いて遮光領域１００ｂを形成したものである。遮光領域１００ｂは、基板に蒸着された遮光性材料に電子ビーム等を照射して現像することにより形成する。電子ビームが照射された部分は、現像により遮光性材料が除去されて光透過領域１００ａとなる。電子ビームが照射されず遮光性材料が残った部分は遮光領域１００ｂとなる。なお、光透過領域１００ａ及び遮光領域１００ｂの形成方法は上記の方法に限定されるものではなく、他の周知の方法を用いてもよい。
【００１５】
このフォトマスク１００を介して露光されたレジスト膜１０４は、同図（Ｂ）に示すように、光透過領域１００ａ及び遮光領域１００ｂの配置パターンに対応した三次元形状に形成される。以下、所定の形状に形成されたレジスト膜１０４をレジスト形状１０６という。なお、レジスト膜１０４の深度（高さ）が深くなるほど、光が到達し難くなるため、同図（Ｂ）に示すように、レジスト形状１０６は、基板１０２側の面が上面より大きくなる。
【００１６】
ここで、同図（Ｂ）のようにレジスト形状１０６が形成されるのは、光透過領域１００ａ及び遮光領域１００ｂの各々の面積が、露光装置の分解能に対応する面積より大きい場合である。光透過領域１００ａ及び遮光領域１００ｂの各々の面積が、露光装置の分解能に対応する面積より小さい場合には、同図（Ｃ）の点線で示すような滑らかな形状でレジスト形状が形成される。これを模式的に表すと同図（Ｂ）に示すレジスト形状１０６（同図（Ｃ）破線）の膜厚が平均化されたレジスト形状１０６’となる。
【００１７】
次に、本実施の形態のフォトマスクの製造方法について説明する。本実施の形態では、図２に示すような、長さＬ×幅Ｍ×高さＨで、長さ方向に沿ってテーパ形状を有する三次元形状を形成する。
【００１８】
まず、仮フォトマスク５０を用いて、レジスト膜を露光して現像して三次元形状を形成する。仮フォトマスク５０は、図３（Ａ）に示すように、長さＬの一端から他端に向かって複数の細長領域２００〜２１６が配列されており、この細長領域２００〜２１６の各々に、階調が連続して変化するように後述する階調に対応した単位領域が配列されている。細長領域２００〜２１６の各々の長さは、形成する三次元形状の幅Ｍに対応しており、細長領域の各々の幅は全て同一で、ここではＬ／１７である。同図（Ｂ）に、各細長領域２００〜２１６に対する光学濃度を示す。
【００１９】
仮フォトマスク５０では、図４に示すように、単位領域５２を例えば横方向に４、縦方向に４の４×４の小領域５４に区画し、１つの小領域５４が光透過領域５６及び遮光領域５８のいずれかとなるように定められている。そして、単位領域５２内の光透過領域５６及び遮光領域５８の個数により階調が表現される。小領域５４の面積を露光装置の分解能に対応する面積よりも小さくすることで、単位領域５２内の光透過領域５６と遮光領域５８との面積比率により透過率が定まる。この単位領域５２を４×４の小領域５４に区画した例では、０階調から１６階調までの１７段階の階調が表現される。具体的には、全ての小領域５４を光透過領域５６としたパターンを１段階目の０階調、いずれか１つの小領域５４を遮光領域５８とし、残りの小領域５４を光透過領域５６としたパターンを２段階目の１階調とする。以降、遮光領域５８を１つずつ増加させる毎に階調数も増加させる。このように、光透過領域５６及び遮光領域５８の２値により多階調を表現している。
【００２０】
また、ここでは、単位領域５２内での光透過領域５６及び遮光領域５８の配置パターンにより透過光にムラが生じ難くなるように、光透過領域５６と遮光領域５８とが交互に配置されるようにする。これにより、図４に示すように、単位領域５２内における光透過領域５６の面積と遮光領域５８の面積とが同一となる９段階目の８階調において、光透過領域５６及び遮光領域５８によるパターンが横方向及び縦方向の各々において交互に配列されたパターン、すなわち市松模様（チェッカーパターン）となる。
【００２１】
そして、この仮フォトマスク５０を介してレジスト膜を露光して現像し、レジスト形状を形成する。図５に、仮フォトマスク５０を用いてレジスト形状を形成した際の、レジスト形状の長さ方向に沿った横位置に対するレジスト形状の膜厚を示す。ここでは、テーパ形状の最高点に対応する横位置を基準（０）として表している。図５に示すように、テーパ形状は滑らかな直線とはならず、中央付近に変極点が生じた形状となる。より詳細には、図６に示すように、変極点が生じているのは、８段階目の７階調と９段階目の８階調との間であることがわかる。また、この現象は、図７に示すように、小領域５４の面積、単位領域５２内の小領域５４の数（表現可能な階調数）、及びレジスト膜の膜厚に関わらず、中間の階調部分で発生している。図８に示すように、フォトマスクを各階調が独立したパッチパターンにした場合でも、同様に総階調数６５階調の中間の階調部分である３２階調と３１階調との間で変極点が生じていることがわかる。
【００２２】
ここで、変極点が生じる原因について説明する。図９（Ａ）に示すように、単位領域５２内において遮光領域５８ａ及び５８ｂの配置がそれぞれ独立している場合には、光透過領域５６を透過した光がレジスト膜の深い部分まで到達し易い。一方、同図（Ｂ）に示すように、単位領域５２内において、光透過領域５６と遮光領域５８とが市松模様を構成しているような配置パターンでは、光透過領域５６を挟む遮光領域５８の影響により、同図（Ａ）の場合に比べ、光透過領域５６を透過した光がレジスト膜の深い部分まで到達し難くなると考えられる。これにより、市松模様となる９段階目の８階調以降では平均化された膜厚として形成されるレジスト形状の膜厚が厚くなる傾向があると考えられる。
【００２３】
本実施の形態のように０〜１６階調を、光透過領域５６と遮光領域５８とを交互に配置することにより表現した場合において、７階調では、単位領域５２内における光透過領域５６の最大部分の面積は少なくとも小領域３マス分の面積がある。一方、８階調では、単位領域５２内における光透過領域５６の各々の面積が全て小領域１マス分となるため、８階調の部分で上述した傾向が顕著になり、変極点として表れると考えられる。
【００２４】
そこで、図１０に示すように、変極点が生じる位置を平行移動させて、変極点が生じないようにする。具体的には、変極点を通りレジスト形状の長さ方向に平行な直線と、変極点がない場合のテーパ形状の直線との交点に対応する横位置ｘを求める。
【００２５】
次に、図１１（Ａ）に示すように、本実施の形態のフォトマスク１０では、０〜７階調の各々に対応する単位領域５２が配列される細長領域２００〜２０７の幅が（Ｌ−ｘ）内で同一となるように、各細長領域２００〜２０７の幅を（Ｌ−ｘ）／８とする。また、８〜１６階調の各々に対応する単位領域５２が配列される細長領域２０８〜２１６の幅がｘ内で同一となるように、各細長領域２０８〜２１６の幅をｘ／９とする。このように配列された細長領域２００〜２１６の各々に、階調が連続して変化するように階調に対応した単位領域を配列する。同図（Ｂ）に、各細長領域２００〜２１６に対する光学濃度を示す。
【００２６】
また、本実施の形態のフォトマスク１０は、変極点が生じることを見越して、予め０〜７階調に対応する単位領域が配列される細長領域２００〜２０７の幅を、８〜１６階調に対応する単位領域が配列される細長領域２０８〜２１６の幅より広くしたものであってもよい。
【００２７】
次に、本実施の形態のフォトマスク１０を用いた光学素子の製造方法について説明する。本実施の形態で製造される光学素子は、テーパ形状を有するものであり、例えば導波路などである。
【００２８】
図１２（Ａ）に示すように、光学素子が形成される基板１２上にレジスト膜１４を生成する。基板１２としては、金属基板、シリコン基板、透明基板等を用いることができる。そして、同図（Ｂ）に示すように、本実施の形態のフォトマスク１０を透過させた光でレジスト膜１４を露光する。露光後、現像すると同図（Ｃ）に示すように変極点のないテーパ形状を有するレジスト形状１６が形成される。そして、同図（Ｄ）に示すように、エッチング処理により、形成されたテーパ形状を基板に転写して光学素子を製造する。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態のフォトマスクによれば、各階調に対応した細長領域の幅を同一にして配列した場合と比べて、変極点のないテーパ形状を形成することができる。また、本実施の形態のフォトマスクは、光透過領域及び遮光領域の２値で構成されているため、安価に製造することができる。
【００３０】
また、本実施の形態のフォトマスクを用いて製造された光学素子は、変極点のないテーパ形状を有するため、光学素子を導波路とした場合には、変極点が生じているテーパ形状の導波路と比べて、光伝送のロスを低減することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、階調を０〜１６階調の１７段階に表現したフォトマスクを製造する場合について説明したが、一般的には、フォトマスクの最大濃度の部分から最小濃度の部分を（ｎ２＋１）段階（ｎは自然数）に区分して、（ｎ２＋１）階調の細長領域を有するフォトマスクを製造することができる。この場合には、単位領域をｎ×ｎ個の小領域に区画した単位領域を用いると共に、細長領域を（ｎ２＋１）個配列したフォトマスクを用い、小領域の各々を光透過領域及び遮光領域のいずれかに定めたパターンを単位領域の各々に形成する。そして、細長領域の階調が連続して変化するように、パターンが形成された単位領域を細長領域に配置する。また、横方向及び縦方向に光透過領域及び遮光領域の一方と光透過領域の他方とが交互に配列されたパターン（市松模様）を有する単位領域を基準として、露光量が多い側の細長領域の幅を露光量が少ない側の細長領域の幅より広くしたフォトマスクを製造する。例えば、８×８マスの単位領域を配列して０〜６４階調までを表現する場合、光透過領域及び遮光領域が市松模様となるパターンは、３２階調に該当するので、０〜３１階調に対応する細長領域の幅を、３２〜６４階調に対応する細長領域の幅よりも広くするとよい。
【００３２】
また、本実施の形態では、長さＬに対して０〜１６階調の全てを配列する場合について説明したが、２〜１４階調や６〜１５階調などのように、中間の階調を含んで階調を連続的に変化させる場合であれば、本発明を適用することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、露光された部分が除去されるタイプ（ポジタイプ）のレジスト膜を用いてレジスト形状を形成する場合について説明したが、露光された部分が硬化するタイプ（ネガタイプ）のレジスト膜を用いる場合にも本発明を適用することができる。例えば、図３に示す仮フォトマスクでネガタイプのレジスト膜を露光した場合の横位置に対するレジスト膜の膜厚を図１３の破線で示す。７階調目までに比べて８階調目以降ではレジスト膜の深い部分まで光が到達しにくくなるため、硬化する部分が減少して膜厚が薄くなる傾向があると考えられ、本実施の形態の場合と同様に８階調目と７階調目との間に変極点が生じる。変極点を解消するためには、図１１に示す本実施の形態のフォトマスクと同様に、０〜７階調に対応する細長領域の幅を、８〜１６階調に対応する細長領域の幅より広くすればよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０   フォトマスク
１２   基板
１４   レジスト膜
１６   レジスト形状
５０   仮フォトマスク
５２   単位領域
５４   小領域
５６   光透過領域
５８   遮光領域
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図１１】
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