(57)【要約】【課題】正確な階調表現が可能なフォトマスクを提供する。【解決手段】透明基板(42)と、この基板に形成された一定ピッチ(P)の複数の溝からなる位相格子と、を備え、この位相格子の各溝の深さ又は幅が露光パターンを担うようにする。そして、このフォトマスクを照射する露光装置の露光光の波長をλ、結像系レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定する。それにより、格子が結像されなくなり、位相格子の各溝の深さや幅等で表現された露光パターンが感光材料に転写される。【選択図】図１
2008116976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、前記基板に形成された一定ピッチの複数の溝からなる位相格子と、を備え、前記位相格子の各溝の深さ及び幅の少なくともいずれかが露光パターンを担っているフォトマスク。
【請求項２】
前記ピッチをＰ、前記フォトマスクを使用する露光装置の露光光の波長をλ、その結像系レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される、請求項１記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記位相格子の溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の前記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である、請求項２記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である、請求項２に記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記位相格子の複数の溝は回転走査系によって形成される、請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記位相格子の複数の溝は、走査ビームの強度を変調することによって当該溝の深さ又は幅を形成したものである、請求項１乃至５のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項７】
前記位相格子の複数の溝は、１の溝の形成を１つ又は複数の走査ビームを使用して重複照射することにより、あるいは１の溝の形成を１つ又は複数の走査ビームを使用して走査密度を増すことによって、当該溝の深さ又は幅を形成したものである、請求項１乃至５のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項８】
透明基板と、
前記基板に形成された一定ピッチの複数の溝からなる位相格子と、を備える微細構造体であって、
前記位相格子の各溝の深さ及び幅の少なくともいずれかが表示すべきパターンの階調に対応して形成されている、微細構造体。
【請求項９】
前記微細構造体は、フォトマスク、回折格子、ホログラム、グラフィック表現物の表示媒体、標示体のいずれかを含む、請求項８に記載の微細構造体。
【請求項１０】
位相格子マスクの製造方法であって、
マスク基板にレジストを形成する工程と、
前記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、
前記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、
前記マスク基板に前記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、
前記露光工程は、前記位相格子マスクのパターンに対応して強度変調された露光ビームによって前記レジストを走査して前記レジストに形成される露光溝の深さを設定する、
位相格子マスクの製造方法。
【請求項１１】
位相格子マスクの製造方法であって、
マスク基板にレジストを形成する工程と、
前記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、
前記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、
前記マスク基板に前記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、
前記露光工程は、前記位相格子マスクのパターンに対応して強度差を与えられた少なくとも２つの露光ビームによって前記レジストを走査して前記レジストに形成される露光溝の深さを設定する、
位相格子マスクの製造方法。
【請求項１２】
前記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームによって第１の深さの第１の露光溝を形成し、前記第２の露光ビームによって第２の深さの第２の露光溝を形成し、前記第１及び第２の露光溝の形成位置の差によって前記露光溝の深さを相対的に設定する、
請求項１１記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１３】
前記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームは一定の強度に保たれ、第２の露光ビームは前記位相格子マスクのパターンに対応して強度変調される、
請求項１２記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１４】
前記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームは前記レジストに一定の深さの露光溝を形成し、前記第２の露光ビームはこの露光溝に隣接する土手部の高さを設定する、
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１５】
前記２つの露光ビームは各々の強度が個別に設定され、この２つの露光ビームで同時に前記レジストを走査する、
請求項１１乃至１４のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の露光ビームを、１の露光ビームの強度設定の態様を各走査毎に変えることにより得る、
請求項１１乃至１４のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１７】
前記露光ビームのスポット径が前記位相格子マスクの溝間隔より小さく溝間隔の１／２よりも大きい、請求項上１１乃至１５のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項１８】
位相格子マスクの製造方法であって、
マスク基板にレジストを形成する工程と、
前記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、
前記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、
前記マスク基板に前記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、
前記露光工程は、２つの露光ビームによって前記レジストを走査し、該レジストを照射する２つの露光ビームの間隔を前記位相格子マスクのパターンに対応して設定し、前記レジストに形成される露光溝の幅を設定する、
位相格子マスクの製造方法。
【請求項１９】
位相格子マスクの製造方法であって、
マスク基板にレジストを形成する工程と、
前記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、
前記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、
前記マスク基板に前記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、
前記露光工程は、２つの露光ビームによって前記レジストを走査し、該レジストを照射する２つの露光ビームのなす角を前記位相格子マスクのパターンに対応して設定し、前記レジストに形成される露光溝の深さ及び幅を設定する、
位相格子マスクの製造方法。
【請求項２０】
前記２つの露光ビームを、１の露光ビームの照射方向を各走査毎に変えることにより得る、
請求項１８又は１９に記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２１】
前記２つの露光ビームは各々の照射方向が対称的に設定され、この２つの露光ビームで同時に前記レジストを走査する、
請求項１８乃至２０のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の露光ビームの強度を共に大として浅い溝を形成する、
請求項１１乃至２１のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２３】
前記走査は回転走査系である、
請求項１０乃至２２のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２４】
前記位相格子マスクの複数の溝の所定間隔Ｐは、前記位相格子マスクを照射する露光装置の露光光の波長をλ、結像系レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される、
請求項１０乃至２３のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２５】
前記レジストに形成される露光溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の前記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である、請求項２４に記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２６】
前記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である、請求項２４に記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２７】
前記レジストはポジ型であり、このレジストへの前記露光ビームによる露光光量が、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から該０次光透過率が最大となる露光量までの範囲となるようになされる、請求項１０乃至２６のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２８】
前記レジストはポジ型であり、このレジストへの前記露光ビームによる露光光量が、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から前記レジストが現像によって略全て除去される露光量までの範囲となるようになされる、請求項１０乃至２６のいずれかに記載の位相格子マスクの製造方法。
【請求項２９】
位相格子の各溝の深さ及び幅のうち少なくともいずれかがマスクパターンを担う位相格子型のフォトマスクと、
前記フォトマスクに露光光を照射する露光光源と、
感光膜が塗布された被露光材料と、
前記フォトマスクを通過した露光光のうち前記位相格子による０次光を前記被露光材料上に集光する投影手段と、
を備える露光装置。
【請求項３０】
前記位相格子の溝のピッチをＰ、前記露光光源の露光光の波長をλ、前記投影手段の集光（結像）レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される、請求項２９に記載の露光装置。
【請求項３１】
前記投影手段は、前記０次光のみを前記被露光材料に投影し、１次光以上の高次光は投影せず、
前記フォトマスクは、前記位相格子の各溝の深さ及び幅の少なくともいずれかにより前記０次光の回折効率を決定し、前記感光膜に前記マスクパターンに対応した露光階調を与える、請求項２９又は３０に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記位相格子の溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の前記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である、請求項２９乃至３１のいずれかに記載の露光装置。
【請求項３３】
前記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である、請求項２９乃至３１のいずれかに記載の露光装置。
【請求項３４】
請求項２９乃至３３のいずれかに記載の露光装置を用いて製造された微細構造体。
【請求項３５】
前記微細構造体はマイクロレンズ、反射板、導光板、フォトマスク、液晶パネル、半導体基板、マイクロ・エレクトロニクス・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）基板、回折格子、ホログラム、光通信デバイス、グラフィック表現物の表示媒体、のいずれかを含む、請求項３４に記載の微細構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間階調によるフォトレジストの露光を可能とするフォトマスク及びこのフォトマスクを使用する露光装置に関する。また、本発明は、液晶パネル、半導体基板、マイクロ・エレクトロニクス・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）基板、回折格子、ホログラム、光通信デバイスなどに形成される微細な立体構造体を製造するのに適した製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの電気光学装置においては、指向性反射板、マイクロレンズアレイなどの微細構造体を使用することが考えられている。微細構造体は、例えば、表面の微細な凹凸形状によって透過光や反射光等をコントロールするものである。微細なレンズや凹面鏡などの曲面を形成するために、フォトレジスト（感光性材料）膜の露光の深さを連続的にコントロールして所望の曲面を得ることが考えられるが、通常の透過・非透過の２値のマスクでは、露光の深さを設定することはできない。このために、中間階調のフォトレジストの露光を行う階調マスクが必要となる。
【０００３】
例えば、特開平５−１４２７５２号公報には、２値マスクにてマスクパターンを構成するドットの密度を段階的に変化させることによって露光量を連続的に規制して、中間的な階調表現（中間的な露光）をも可能としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、点描画によってパターンを形成するフォトマスクでは、階調数と解像度はドットの大きさと位置精度によって決定される。現在入手可能な製造設備では、ドットピッチは０．７μｍ程度、位置精度・分解能は０．３μｍ程度が限界である。解像度は１μｍ以上となる。また、不要な回折光の発生により、階調とドット密度が単純には対応しないので、正確な階調表現の露光を行うために複雑な計算が必要で手間がかかる。
【０００５】
よって、本発明は、より正確な階調表現が可能なフォト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】
上記目的を達成するため、本発明のフォトマスクは、透明基板と、上記基板に形成された一定ピッチの複数の溝からなる位相格子と、を備え、この位相格子の各溝の深さ及び幅のいずれかが露光パターンを担っている。これは、位相格子の各溝の深さ、幅、深さ及び幅のうちのいずれかが露光パターンに対応した情報を担っていることを意味する。より具体的には、このマスクを通過した投影光が被露光材上に露光パターンを形成するように、該各溝の深さ及び幅の少なくともいずれかのサイズが露光パターンの情報を担っている。
【０００７】
かかる構成とすることによって、位相格子（全透過型の回折格子）を用いたフォトマスクが得られる。位相格子の溝や幅で基板を透過する透過光の光量をコントロールすることによって、解像度の高い、中間階調の露光が可能なフォトマスクを得ることが可能となる。
【０００８】
好ましくは、上記ピッチをＰ、上記フォトマスクを照射する露光装置の露光光の波長をλ、結像系レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される。それにより、位相格子の溝パターンが結像系レンズの解像度以下となって被露光基板に位相格子の溝自体は形成（結像）されずに、位相格子マスクが担う中間階調のパターン（濃度情報によるパターン）が形成されるようになる。
【０００９】
好ましくは、上記位相格子の溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の上記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である。また、上記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である。この範囲内とすることによって、位相格子（マスク）を通過する透過光量を溝の深さ及び幅でコントロールすることが可能となる。
【００１０】
ここで、露光光の位相の深さｄｐは、ｄｐ＝２π・ｄ・｜ｎ２−ｎ１｜／λにより表される。ｄは格子の深さ、ｎ１は格子周囲の屈折率（通常は空気の屈折率（＝１））、ｎ２は格子媒体の屈折率、λは露光光の波長である。
【００１１】
好ましくは、上記複数の溝は回転走査系によって形成される。それにより、パターン走査を連続的に行い、比較的に精度良くかつ簡単に位相格子型のフォトマスクを製造することが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記位相格子の複数の溝は、走査ビームの強度を変調することによって当該溝の深さ及び幅のうちの少なくともいずれかを形成したものである、好ましくは、上記位相格子の複数の溝は、１の溝の形成を１つ又は複数の走査ビームを使用して重複照射することにより、あるいは１の溝の形成を１つ又は複数の走査ビームを使用して走査密度を増すことによって、当該溝の深さ及び幅の少なくともいずれかを形成したものである。複数の走査ビームを使用することによって溝の深さや幅、溝の深さ及び幅の制御範囲が拡大する。
【００１３】
また、本発明の微細構造体は、透明基板と、上記基板に形成された一定ピッチの複数の溝からなる位相格子と、を備える微細構造体において、上記位相格子の各溝の深さ及び幅の少なくともいずれかがが表示すべきパターンの階調に対応して形成されている。
【００１４】
かかる構成とすることによって中間階調を表現したパターンを有する微細構造体を得ることが可能となる。例えば、微細構造体として、フォトマスク、回折格子、ホログラム、グラフィック表現物の表示媒体、ロゴやマークの標示体等が含まれる。
【００１５】
また、本発明の位相格子マスクの製造方法は、マスク基板にレジスト（感光性材料）を形成する工程と、上記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、上記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、上記マスク基板に上記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、上記露光工程は、上記位相格子マスクのパターンに対応して強度変調された露光ビームによって上記レジストを走査して上記レジストに形成される露光溝の深さを設定する。
【００１６】
好ましくは、上記レジストはポジ型であり、上記露光ビームの露光量は、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から該０次光透過率が最大となる露光量までの範囲で制御される。
【００１７】
好ましくは、上記レジストはポジ型であり、上記露光ビームの露光量は、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から前記レジストが現像によって略全て除去される露光量までの範囲で制御される。
【００１８】
また、本発明の位相格子マスクの製造方法は、マスク基板にレジストを形成する工程と、上記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、上記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、上記マスク基板に上記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、上記露光工程は、上記位相格子マスクのパターンに対応して強度差を与えられた少なくとも２つの露光ビームによって上記レジストを走査して上記レジストに形成される露光溝の深さを設定する。
【００１９】
かかる２つのビーム差によって溝の深さを設定することによって溝の形成をより正確にコントロールすることが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームによって第１の深さの第１の露光溝を形成し、上記第２の露光ビームによって第２の深さの第２の露光溝を形成し、上記第１及び第２の露光溝の形成位置の差によって上記露光溝の深さを相対的に設定する。
【００２１】
好ましくは、上記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームは一定の強度に保たれ、第２の露光ビームは上記位相格子マスクのパターンに対応して強度変調される。
【００２２】
好ましくは、上記２つの露光ビームのうち、第１の露光ビームは上記レジストに一定の深さの露光溝を形成し、上記第２の露光ビームはこの露光溝に隣接する土手部の高さを設定する。
【００２３】
好ましくは、上記２つの露光ビームは各々の強度が個別に設定され、この２つの露光ビームで同時に前記レジストを走査する。
【００２４】
好ましくは、上記第１及び第２の露光ビームを、１の露光ビームの強度設定の態様を各走査毎に変えることにより得る。
【００２５】
好ましくは、上記露光ビームのスポット径が上記位相格子マスクの溝間隔より小さく溝間隔の１／２よりも大きい。それにより、マスクの溝間を全て露光するすることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の位相格子マスクの製造方法は、マスク基板にレジストを形成する工程と、上記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、上記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、上記マスク基板に上記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、上記露光工程は、２つの露光ビームによって上記レジストを走査し、該レジストを照射する２つの露光ビームの間隔を上記位相格子マスクのパターンに対応して設定し、上記レジストに形成される露光溝の幅を設定する。
【００２７】
かかる構成とすることによって露光ビームの幅を実質的に可変に設定可能となる。
【００２８】
また、本発明の位相格子マスクの製造方法は、マスク基板にレジストを形成する工程と、上記レジストに所定間隔の複数の溝を含む位相格子マスクの潜像を形成する露光工程と、上記レジストを現像して位相格子レジストを形成する現像工程と、上記マスク基板に上記位相格子レジストの形状を転写する転写工程と、を含み、上記露光工程は、２つの露光ビームによって前記レジストを走査し、該レジストを照射する２つの露光ビームのなす角を上記位相格子マスクのパターンに対応して設定し、上記レジストに形成される露光溝の深さ及び幅を設定する。
【００２９】
かかる構成とすることによって、露光ビームによって形成される溝の深さと幅とを可変に設定可能となる。
【００３０】
好ましくは、上記２つの露光ビームを、１の露光ビームの照射方向を各走査毎に変えることにより得る。
【００３１】
好ましくは、上記２つの露光ビームは各々の照射方向が対称的に設定され、この２つの露光ビームで同時に前記レジストを走査する。それにより、半分の時間で走査を終了することが可能となる。
【００３２】
好ましくは、上記第１及び第２の露光ビームの強度を共に大として浅い溝を形成する。それにより、ポジタイプのフォトレジストの現像後の残量を少なくすることが可能となり、熱などによるマスクの変形を減らすことが可能となる。
【００３３】
好ましくは、上記走査は回転走査系である。
【００３４】
好ましくは、上記位相格子マスクの複数の溝の所定間隔Ｐは、上記位相格子マスクを照射する露光装置の露光光の波長をλ、結像系レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される。
【００３５】
好ましくは、上記レジストに形成される露光溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の前記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である。
【００３６】
好ましくは、上記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である。
【００３７】
好ましくは、上記レジストはポジ型であり、このレジストへの上記露光ビームによる露光光量が、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から該０次光透過率が最大となる露光量までの範囲となるようになされる。それにより、広い範囲の０次光透過率を得ることが可能となる。
【００３８】
好ましくは、上記レジストはポジ型であり、このレジストへの上記露光ビームによる露光光量が、作成される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から上記レジストが現像によって略全て除去される露光量までの範囲となるようになされる。それにより、広い範囲の０次光透過率を得ることが可能となる。
【００３９】
また、本発明の露光装置は、位相格子の各溝の深さ又は幅がマスクパターンを担う位相格子型のマスクと、上記マスクに露光光を照射する露光光源と、感光膜が塗布された被露光材料と、上記マスクを通過した露光光のうち上記位相格子による０次光を上記被露光材料上に集光する投影レンズなどの投影手段と、を備える。好ましくは、上記位相格子の溝のピッチをＰ、上記露光光源の露光光の波長をλ、上記投影手段の集光（結像）レンズの入射側開口数をＮＡｉとすると、Ｐ＜λ／ＮＡｉに設定される。
【００４０】
好ましくは、上記投影手段は、上記０次光のみを上記被露光材料に投影し、１次光以上の高次光は投影せず、上記フォトマスクは、上記位相格子の各溝の深さ又は幅により上記０次光の回折効率を決定し、上記感光膜に上記マスクパターンに対応した露光階調を与える。
【００４１】
好ましくは、上記位相格子の溝の断面は略正弦波形状であり、この溝の上記露光光における位相深さは、０〜１．５πの範囲内である。それにより、位相格子（マスク）を通過する透過光量を溝の深さでコントロールすることが可能となる。
【００４２】
好ましくは、上記位相格子の溝が略台形状であり、この溝の形状は略平面から露光光の波長における０次光の透過率が最小になる形状の範囲内である。
【００４３】
かかる構成とすることによって、位相格子型のフォトマスクを用いてパターン露光を行うことが可能となる。また、解像度の高い、中間階調の露光を行うことが可能となる。
【００４４】
好ましくは、上述した露光装置を用いて、マイクロレンズ、反射板、導光板、フォトマスク、液晶パネル、半導体基板、マイクロ・エレクトロニクス・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）基板、回折格子、ホログラム、光通信デバイス、グラフィック表現物の表示媒体、等の微細構造体が製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明のフォトマスクを概略的に説明する説明図である。
【００４７】
同図に示されるフォトマスクは位相格子型のマスクである。フォトマスクは、透明な基板（例えば、屈折率１．４８の石英基板）を使用している。この表面に所定の間隔Ｐ（例えば、０．６μｍ）で複数の溝（位相格子）が形成されている。この溝の幅又は深さ、あるいはこの溝の幅及び深さは、マスクパターンの情報を担っており、パターンに対応したものとなっている。図示の例は、マイクロレンズの形成に使用するフォトマスクのパターンを示しており、場所によって溝の幅及び深さが異なっているが、主に溝の深さがフォトマスクのパターンの情報を担っている。
【００４８】
後述するように、位相格子の溝の最大の深さは、図示しない露光装置における露光光における位相深さの１．５π（ラジアン）となっている。例えば、ｉ線の場合には、既述式により、ｄ＝５７０ｎｍのとき、ｄｐ＝１．５πである。また、溝の断面形状は、最大深さ付近で略正弦波となっている。このマスクに露光光を照射すると、マスクを透過した光は、０次光、±１次光、…に回折、分岐される。図示のマスクの例では、±１次光の回折角は３５．６度となる。露光装置では、透過した露光光のうち０次光を用いてマスクパターンの描画（露光）を行う。
【００４９】
この際に、フォトマスクの位相格子のピッチＰを、露光装置の結像光学系の最小分解能Ｄ（＝λ／ＮＡ）よりも小さくする、すなわち、Ｐ＜Ｄ＝λ／ＮＡと設定しておくことによって位相格子の溝パターン自体は露光装置の結像系では転写されず、０次光の光量分布（マスクパターン）のみが感光基板に転写される。それにより、マスクパターンの情報が転写される。前述したように、λは露光光の波長、ＮＡは結像系レンズの入射側開口数である。
【００５０】
図２は、溝の断面形状が正弦波形状である位相格子の０次光の透過効率（回折効率）と位相深さ（溝の深さ）との関係を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって解析した結果を示している。位相深さが０π（ラジアン）のとき、０次光透過率は１００％、１．５πのとき、０次光透過率は０％となる。それらの中間の位相深さでは深さに応じた値となる。従って、位相格子の溝の深さを形成すべきパターンの凹凸の高さに対応して設定することによって位相格子マスクの透過光量をコントロールすることが可能となる。なお、後述のように、位相格子の溝の幅によっても透過光量をコントロールすることが可能である。
【００５１】
次に、図３乃至図６を参照して位相格子マスクの製造方法について説明する。
【００５２】
図３は、フォトマスクを作製するために使用する回転走査系の露光装置を説明する図である。図４は、露光光の光変調系を説明する機能ブロック図である。図５は、露光装置による基板への露光軌跡を説明する説明図である。図６は、露光装置による溝形成過程を説明する説明図であり、同図（ａ）は、目標とする形状を示す図、同図（ｂ）は、この形状を得るためにコントロールされる露光光の光量を説明する図、同図（ｃ）は、フォトレジスト膜に基板形成される溝群の断面を説明する図、同図（ｄ）は、フォトレジスト膜に基板形成されるマスクパターン情報を担った格子パターンを説明する平面図である。
【００５３】
図３及び図４に示すように、描画露光装置３０は、ビーム露光光源としてのレーザ光３７を出射するレーザ発生装置３１、マスクの溝パターンの各画素に応じたレベル信号を回転座標系で発生する信号発生器（パターンジェネレータ）３８、信号発生器３８からのレベル信号に応じてレーザ光３７を変調する音響光学変調器（ＡＯＭ）３２、この音響光学変調器３２を経たレーザ光３７を被露光基板４２上に導く反射ミラー３３，３４等の案内光学系、レーザ光３７を被露光基板４２上に収束してスポット３９を形成する対物レンズ３５、被露光基板４２を回転駆動するターンテーブル４１、音響光学変調器３２，反射ミラー３３及び３４，対物レンズ３５等を載置してターンテーブル４１の径方向に移動する移動光学台３６、音響光学変調器３２にパターン信号を供給する信号供給装置及び対物レンズ３５の焦点位置を調整するフォーカス制御装置（図示せず）等によって構成されている。移動光学台３６及びターンテーブル４１は信号発生器３８によって制御され、読み出し画素の座標位置と被露光基板４２上のレーザスポット３９の位置とが同期するようになされる。
【００５４】
レーザ発生装置３１は、例えば、波長３５１ｎｍのクリプトンガスレーザ装置である。対物レンズ３５の開口数は０．９であり、マスク基板４２上に０．４８μｍ径のレーザスポット３９を形成する。フォトレジストが塗布されたマスク基板４２は、ターンテーブル４１上に載置され、一定回転数で回転する。この回転に同期して対物レンズ３５を載置した移動光学台３６がターンテーブル４１の半径方向に１回転あたり０．６μｍの速度でゆっくり移動する。それにより、マスク基板４２に、図５に示すような、螺旋状の露光が行われる。上述したように、レーザスポット３９は露光軌跡４３のトラックピッチ０．６μｍよりも小さい。
【００５５】
例えば、図５に示す基板４２のマスク形成領域にマイクロレンズを得るための位相格子マスク（フォトマスク）を形成する場合、図６（ａ）に示すような、マイクロレンズの形状のプロファイル（断面形状）に対応して、信号発生器３８から音響光学変調装置３２に描画位置の形状（高さ）に対応した信号を供給して、図６（ｂ）に示すように、レーザ光３７の露光量を制御する。露光量はより多段階であっても、連続的であっても良い。露光後に基板４２のフォトレジスト膜の現像処理を行うことによって、図６（ｃ）及び同（ｄ）に示すように、０．６μｍピッチ（Ｐ）の溝群が形成される。これ等の溝は全体として見れば図５に示すように螺旋状である。各溝は互いに平行であり、また、各溝は、形成すべきマイクロレンズの各部の高さに応じた深さとなっている。前述したように、各溝の深さは、後述の露光装置６０において使用する露光光の位相深さの０から１．５π（例えば、ｉ線の場合、０〜５７０ｎｍ）の間で形成される。この後、フォトレジスト膜をマスクとしてドライエッチングを行い、フォトレジスト膜の位相格子を石英基板に転写し、位相格子マスクを得る。
【００５６】
次に、図７を参照して上述した位相格子マスクを使用するパターン露光の概略について説明する。
【００５７】
同図に示すように、パターン露光装置６０は、露光光源６１、位相格子マスク４２、投影レンズ６６、感光基板６７が基準線上に適当な間隔で配置されて構成されている。露光光源６１には、波長（λ）が３６５ｎｍのｉ線の紫外線ランプが使用される。フォトマスク４２は前述した石英基板の位相格子マスクである。マスク４２の溝の最大の深さは、ｉ線の位相深さ１．５πに相当する５７０ｎｍである。また、溝ピッチは０．６μｍである。投影レンズ６６の入射側開口数ＮＡは０．４、入射瞳の仰角は２３．６度に選定されている。
【００５８】
投影レンズによる結像系を備える露光装置の最小分解能Ｄは、Ｄ＝λ／ＮＡで表される。この実施例の場合、最小分解能Ｄは、０．３６５／０．４＝０．９１２μｍとなり、フォトマスクの位相格子のピッチＰ（＝０．６μｍ）は、Ｐ＜Ｄ＝λ／ＮＡを満たしている。従って、位相格子の溝パターンは露光装置の結像系では転写されず、０次光の光量分布のみが感光基板６７に転写される。感光基板６７は被処理材料にポジ型のフォトレジスト６８を塗布したものである。
【００５９】
露光光６２によってフォトマスクを照射すると、透過光は位相格子によって、０次光６４、±１次光６５に分かれる。０次光６４は直進し、±１次光６５の回折角は３５．６度となる。投影レンズ６６の入射瞳の仰角は２３．６度であるため、±１次光６５は投影レンズ６６から外方に外れ、０次光６４のみが投影レンズ６６に入射する。なお、露光光６２の波長と位相格子の溝間隔（ピッチ）の選定次第では、２次光以上のより高次の回折光を生じうるが、より高次の回折光は一次光よりも回折角度が大きいため、投影レンズ６６には入射しない。
【００６０】
投影レンズ６６によってフォトマスク４２のパターンが所定時間露光された基板６７は現像処理される。露光量の多い部分（マスク４２の溝の浅い領域）は、深く現像され、露光量の少ない部分（マスク４２の溝の深い部分）では浅く現像される。例えば、フォトマスクが図５（ｄ）に示すようなパターンである場合、図５（ａ）に示すような、フォトレジストによる半球状のマイクロレンズが基板に得られる。このマイクロレンズを用いることにより、あるいはこのレジストのマイクロレンズをマスクとして基板をエッチングしてマイクロレンズの形状を転写することによって微細構造体が形成される。
【００６１】
図８は、上述したパターン露光装置６０としてステッパを使用する例を説明する概略構成図である。図８において、ステッパ７０は、波長λのｉ線６２を出射可能な水銀ランプなどから構成した光源７１を有している。光源７１が出射した露光光６２はコンデンサレンズ７２によって並行光となり、コンデンサレンズ７２の下方に配設したレチクル台７６に保持されたレチクル７７を照射する。レチクル７７は前述した位相格子マスク４２によって構成されている。レチクル台７６は、図示しない移動機構により上下方向移動可能に形成してある。また、レチクル台７６の下方には、縮小投影レンズ７８が設けてある。この縮小投影レンズ７８は、前述した投影レンズ６６に相当し、位相格子マスク４２によって生じた０次光のみを平面移動可能なワークテーブル７９の上面に配置した半導体基板８０（基板６７に相当する）に縮小投影する。縮小投影は、レチクル７７に形成したパターンを、例えば、１／５または１／１０等に縮小して基板上に投影することができる。
【００６２】
このような露光装置７０においては、投影レンズ７８の瞳面７８ａの開口をＮＡ、露光光の波長をλとすると、解像度（最小分解能）Ｄはλ／ＮＡで表される。解像度Ｄよりも位相格子のピッチＰを狭くすると、０次光のみの露光によって基板８０のフォトレジスト６８には位相格子の溝の深さ又は幅、あるいは溝の深さ及び幅に記録された半球状の露光パターン（潜像）が形成される。
【００６３】
このように形成したステッパ７０は、位相格子マスク４２で形成された、例えば、マイクロレンズのパターンを半導体基板８０に塗布されたフォトレジスト６８にステップアンドショットを繰り返してマイクロレンズアレイの露光パターンを形成する。
【００６４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。上述した第１の実施の形態では、位相格子の溝を形成する際に１つのビームによってレジストに断面が正弦波状となる溝を形成し、このビームの強度を変えることによってこの溝の深さを設定している。第２の実施の形態では、位相格子の溝（groove）の回りの土手（land）の高さを変化することによって溝の深さを相対的に設定している。具体的には、レジストに形成した定トラックピッチの深い溝の相互間の土手を強度変調したビームで露光して土手の高さを変化し、該深い溝の（土手からの）深さを設定する。
【００６５】
（実施例１）
このため、第２の実施の形態の第１の実施例では、スライダの送りを半ピッチとし、第１の走査のビーム露光で深溝（又は土手）を形成し、第２のビーム露光で土手（又は深溝）を形成する。別言すれば、位相格子の１つの溝を形成する際に、該溝に対応するレジストの溝を２つ（複数）のビーム走査によって形成する。この方法には、前述した図３及び図４に示した露光装置を使用できる。
【００６６】
すなわち、両図に示すように、レーザ発生装置３１から出射されたビームは音響光学変調器３２、反射ミラー３３及び３４、対物レンズ３５を経て基板上に集光される。前述したように、レーザビームスポット３９の径（エアリーディスクの第１暗環）は、０．４８μｍであり、溝ピッチ０．６μｍよりも小さく、溝ピッチの１／２よりも大きい。マスク基板４２の表面には、スピンコートによって、約８００ｎｍの厚さにフォトレジスト４４が塗布されている。この基板４２をターンテーブル４１に載置して、一定回転数で回転する。
【００６７】
この実施例では、ターンテーブル４１を一定回転数で回転すると同時に、対物レンズ３５を搭載した移動光学台３６を半径方向に１回転当り、０．３μｍという、第１の実施の形態の半分の速度でゆっくりと移動することにより、レジスト４４をビームスポット３９でスパイラル状に露光する。別言すれば、第１の実施の形態の、トラックピッチを１／２、トラック数を２倍として、光ビーム露光走査を行う。従って、第１の実施の形態における格子の１つの溝を２つのビーム走査（１ピッチに２つの溝）で形成することになる。
【００６８】
ここで、図９に示すように、１の格子ピッチ内における２つのトラックの第１のビーム走査（例えば、奇数トラック走査）をバイアスビーム３７ａ、第２のビーム走査（例えば、偶数トラック走査）を変調ビーム３７ｂと称することにする。バイアスビーム３７ａによる露光と変調ビーム３７ｂによる露光とを１回転ずつ交互に行う。例えば、バイアスビーム３７ａによる溝は一定量のエネルギ密度で露光される。隣接トラックの変調ビーム３７ｂの光量が０のとき、溝は最大の深さになり、０次光透過率が最小になるように、バイアスビーム３７ａの露光量が決められる。変調ビーム３７ｂの光量は、０からバイアスビーム３７ａの光量との間で、描画パターンに応じた信号によって変調される。この信号は予め信号発生器３８に記憶されている。変調ビーム３７ｂの光量が０のときは上述したように溝は最大の深さとなり、０次光透過率は最小となる。変調ビーム３７ｂの光量が最大、すなわち、バイアスビーム３７ｂの光量と等しくなるときは、溝は形成されない。これは、ビーム径がトラックピッチ（＝溝ピッチの１／２）より大きいために、光学的分解能が不足し、略全面均一露光と同等になるためである。このとき、０次光透過率は最大となる（図２参照）。
【００６９】
このような倍密度走査による溝部と土手部の露光によってレジスト４４にパターン露光を行い、露光後に現像処理を行うことによって０．６μｍピッチのスパイラル状の溝が形成され、溝の深さに対応した０次光の透過率となるようにパターニングされた位相格子のマスクが作製される。これをマスクとして異方性ドライエッチングを行い、石英基板４２に位相格子のパターンを転写して本発明のフォトマスクが完成する。
【００７０】
図１１は上述した溝及び土手をパターニングした実施例の位相格子マスクの特性例（溝土手露光）を示している。また、図１０は溝のみをパターニングした位相格子マスクの比較参考例（単ビーム露光）を示すグラフである。両グラフにおいて、左側の縦軸は位相格子マスクの０次光透過率を、右側の縦軸は溝の深さを示している。横軸は位相格子作製の際の露光ビームのパワーを示している。露光パワーは０次光透過率が１００％となる値が１となるように、正規化している。
【００７１】
単ビーム露光方式では、黒丸点群のグラフで示される０次光透過率特性、黒角点群のグラフで示される深さ特性とも、全露光パワーのうち、０．６〜１．０の露光範囲で階調が得られ、曲線の立ち下がり、立ち上がりが急である。これに対し、実施例の溝土手露光方式では、単ビーム露光方式とは逆方向の傾斜特性を示す。そして、変調露光パワーが０〜１．０の広い露光パワー範囲で階調が得られ、０次光透過率特性曲線の立ち下がり及び深さ特性曲線の立ち上がりが共に緩やかであり、リニアリティも良好である。
【００７２】
（実施例２）
図１２乃至図１４は、第２の実施の形態の第２の実施例を示している。同図において、図３、図４及び図９と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００７３】
この実施例では、同時に複数の（実施例では２つ）のビームを基板のレジストに照射することによって溝と土手とを同時に露光し、形成するようにしている。
【００７４】
図１２及び図１３に示されるように、レーザ発生器３１から出射されたレーザビーム３７は、ハーフミラーによるスプリッタ５１によって２つのビームに分割される。第１のレーザビームはバイアス信号が印加される音響光学変調器３２ａを経てバイアスビーム３７ａとなり、反射ミラー３３、ハーフミラー５５、反射（落射）ミラー３４及び対物レンズ３５を経て基板４２上に至り、バイアスビームスポット３９ａとなる。第２のレーザビームは反射ミラー５２、露光パターンに対応した変調信号が信号発生器３８から印加される音響光学変調器３２ｂを経て変調ビーム３７ｂとなり、音響光学偏向器（ＡＯＤ）５３、１／２波長板５４、ハーフミラー５５、反射ミラー３４及び対物レンズ３５を経て基板４２上に至り、変調ビームスポット３９ｂとなる。ここで、音響光学偏向器５３は、ビームスポット３９ａとビームスポット３９ｂとの相互間の距離を設定するために使用される。また、１／２波長板５４は、２つのレーザビーム３７ａ及び３７ｂが互いに干渉しないようにするために、ビーム３７ｂの偏光面をビーム３７ａの偏光面に対して９０度回転させる。
【００７５】
図１４に示すように、２つのビーム３７ａ及び３７ｂ間の距離は、音響光学偏向器５３により０．３μｍに調整されている。移動光学台３６が半径方向にターンテーブル４１の１回転当り、０．６μｍ（トラックピッチ）の速度でゆっくりと移動することにより、実施例１のターンテーブル２回転分の露光を１回転で行うことができる。２つのビームのうち片方、例えば、ビーム３７ａを音響光学変調器３２ａで一定光量とし、これをバイアスビーム３７ａとして一定量のエネルギ密度でレジスト４４を露光する。これにより、レジスト４４に深い溝を形成することができる。残りの１つのビーム３７ｂを音響光学変調器３２ｂで露光パターンに対応してレベル変調し、これを変調ビーム３７ｂとしてレジスト４４を露光してパターンを記録する。これにより、高さが変化する土手部を形成することができる。
【００７６】
このような同時２ビーム（複数ビーム）走査による溝部と土手部の露光によってレジスト４４にパターン露光を行い、露光後に現像処理を行うことによって０．６μｍピッチのスパイラル状の溝が形成され、溝の深さに対応した０次光の透過率となるようにパターニングされた位相格子のマスクが作製される。これをマスクとして異方性ドライエッチングを行い、石英基板４２に位相格子のパターンを転写して本発明のフォトマスクが完成する。
【００７７】
（実施の形態３）
この実施の形態では、隣接した２つのトラック上を走行するスライダから両トラックの中間に向けて２つのレーザビームを斜めに照射してフォトレジストを露光し、２つの傾斜ビームの重畳加減によって両トラック間に形成されるレジストの溝の深さ及び幅を設定する。
【００７８】
（実施例１）
図１５、図１６及び図１７は、第３の実施形態の第１の実施例を示している。同図において、図３、図４及び図９と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００７９】
実施例１においては、螺旋状に走査する１つのレーザビームの向きを１トラック（あるいは１回転）毎に径方向の内外に交互に切り替えることによって２つの傾斜ビームを得ている。
【００８０】
図１５及び図１６に示されるように、レーザ発生器３１から出射されたレーザビーム３７は、バイアス信号が印加されてレーザビーム３７の直流レベルを設定する音響光学変調器３２、偏向信号が供給される音響光学偏向器５３、反射ミラー３３、落射ミラー３４及び対物レンズ３５を経て基板４２上に至り、ビームスポット３９を形成する。信号発生器３８は、露光パターンに対応した偏向データを極座標形式で予め記憶しており、トラック上の走査位置に対応して偏向信号を音響光学偏向器５３に供給する。偏向データは、奇数トラックのデータと偶数トラックのデータとを含んでいる。例えば、ターンテーブル４１の中心からその外周側に向かって移動光学台３６を移動しながら螺旋状に露光ビームを走査させるとき、奇数トラックの露光パターンのデータ（画素データ）は、当該トラック位置の上方にあるレーザビーム３７をターンテーブル４１の径方向の外側に向かって所定量偏向させる情報を含んでいる。また、偶数トラックのパターンデータは、当該トラック位置の上方にあるレーザビーム３７をターンテーブル４１の径方向の内側に向かって所定量偏向させる情報を含んでいる。各データの偏向量は０から半ピッチの間で設定される。
【００８１】
かかる構成において、図１７に示されるように、移動光学台３６は、半径方向にターンテーブル４１の１回転当り、０．３μｍ（トラックピッチ）の速度で、ターンテーブル４１の中心側から外側に向かってゆっくりと移動する。露光によって形成される１つの溝は奇数トラック上からのビーム露光と隣接する偶数トラック上からのビーム露光との２回の露光で形成されるため、その溝ピッチは０．６μｍとなる。
【００８２】
ビーム３７は音響光学偏向器５３により、奇数トラック露光時には外側方向に、偶数トラック露光時には内側方向に、描画パターンに応じた信号によって０からトラックピッチの半分（０．１５μｍ）の距離の間で偏向される。
【００８３】
偏向量が０のとき、ビーム３７は０．３μｍピッチで各トラックを露光するため全面露光となり、作製された位相格子の０次光透過率は最大となる。ビーム３７の偏向量が最大（０．１５μｍ）のときは、奇数トラックの露光と偶数トラックの露光が重なるため、０．６μｍピッチの最大深さの位相格子が作製される。このとき０次光回折効率が最小（略０）になるようにビーム光量が調整されている。
【００８４】
このような傾斜が変調されたビーム走査による露光によってレジスト４４にパターン露光を行い、露光後に現像処理を行うことによって０．６μｍピッチのスパイラル状の溝が形成され、溝の深さに対応した０次光の透過率となるようにパターニングされた位相格子のマスクが作製される。これをマスクとして異方性ドライエッチングを行い、石英基板４２に位相格子のパターンを転写して本発明のフォトマスクが完成する。
【００８５】
このようにして、マスクパターンに対応したレーザビーム３７の偏向量に応じた幅と深さの位相格子の溝が作製され、位相格子の０次光透過率も偏向量（マスクパターン）に応じた値となり、中間階調が表現される。
【００８６】
（実施例２）
図１８、図１９及び図２０は、第３の実施形態の第２の実施例を示している。図１８乃至図２０において、それぞれ図１５乃至図１７と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００８７】
この実施例では、傾斜を変化した２つのビームを同時に重畳してフォトレジストの露光を行い、２つの傾斜ビームの重畳加減によって両トラック間に形成されるレジストの溝の深さ及び幅を設定する。
【００８８】
図１８及び図１９に示されるように、レーザ発生器３１から出射されたレーザビーム３７は、ハーフミラーによるスプリッタ５１によって２つのビーム３７ａ及び３７ｂに分割される。レーザビーム３７ａはレベル設定信号が印加される音響光学変調器３２ａ、音響光学偏向器５３ａ、反射ミラー３３、ハーフミラー５５、反射（落射）ミラー３４及び対物レンズ３５を経て基板４２上に至り、ビームスポット３９ａとなる。レーザビーム３７ｂは反射ミラー５２、レベル設定信号が印加される音響光学変調器３２ｂ、音響光学偏向器５３ｂ、１／２波長板５４、ハーフミラー５５、反射ミラー３４及び対物レンズ３５を経て基板４２上に至り、ビームスポット３９ｂとなる。１／２波長板５４は、２つのレーザビーム３７ａ及び３７ｂが互いに干渉しないようにするために、ビーム３７ｂの偏光面をビーム３７ａの偏光面に対して９０度回転させる。
【００８９】
音響光学偏向器５３ａ及び５３ｂには、露光パターンに対応した変調信号が信号発生器３８から印加される。信号発生器３８は、露光パターンに対応した偏向データを極座標形式で予め記憶しており、トラック上の走査位置に対応して偏向信号を音響光学偏向器５３ａ及び５３ｂに供給する。音響光学偏向器５３ａ及び５３ｂはレーザビーム３７ａ及び３７ｂを対称的に偏向するように動作する。すなわち、音響光学偏向器５３ａは、変調信号に応じてレーザビーム３７ａの光軸を偏向し、トラック上の照射ビームの照射（傾斜）角度を基板４２の径方向外向きに０からトラックピッチの半分（０．１５μｍ）の距離の間で変化させる。音響光学偏向器５３ｂは、上記変調信号に応じてレーザビーム３７ｂの光軸を偏向し、トラック上の照射ビームの照射角度を径方向内向きに０からトラックピッチの半分の距離の間で変化させる。
【００９０】
レーザビーム３７ａ及び３７ｂの偏向量が０のとき、レーザビーム３７ａ及び３７ｂは０．３μｍピッチで各トラックを露光するため露光部分では全面露光となり、作製された位相格子の０次光透過率は最大となる。ビーム３７ａ及び３７ｂ各々の偏向量が最大（０．１５μｍ）のときは、奇数トラックの露光と偶数トラックの露光が重なるため、０．６μｍピッチの最大深さの位相格子が作製される。このとき０次光回折効率が最小（略０）になるようにビーム光量が音響光学変調器３２ａ及び３２ｂによって予め調整されている。
【００９１】
かかる構成によって、移動光学台３６は半径方向に１回転当り、０．６μｍの速度で内側から外側にゆっくりと移動する。描画パターンに応じた信号によって音響光学偏向器５３ａ及び５３ｂが駆動され、２つのビームのスポット間の距離が変調され、作製される溝の幅及び深さが変調される。フォトレジスト４４を照射するレーザビーム３７ａ及び３７ｂの偏向量が大きいときには、レジスト４４に深い溝が形成され、偏向量が小さいときには、浅く幅広な溝が形成される。
【００９２】
このようにして、レジスト４４にパターン露光を行い、露光後に現像処理を行うことによって０．６μｍピッチのスパイラル状の溝が形成され、溝の深さに対応した０次光の透過率となるようにパターニングされた位相格子のマスクが作製される。これをマスクとして異方性ドライエッチングを行い、石英基板４２に位相格子のパターンを転写して本発明のフォトマスクが完成する。
【００９３】
なお、実施例では、初期スポットの間隔を０、音響光学偏向器５３ａ及び５３ｂによるビーム３７ａ及び３７ｂの偏向量をそれぞれ外側及び内側に０〜０．１５μｍとしているが、２つのビームの初期スポット間隔、音響光学偏向器による偏向駆動方向、偏向量等は様々な組み合わせが可能である。
【００９４】
上述した第１及び第２の実施形態の各第１の実施例の方法では、単一のレーザビームを使用するので全面露光の時の光量の均一性が高く、品質の良い位相格子を得ることが可能となる。
【００９５】
また、第１及び第２の実施形態の各第２の実施例の方法では、２つ（複数）のレーザビームを同時に用いて露光を行うのでパターン露光時間が半分となり、安価に位相格子を作製することが可能になる。
【００９６】
また、各実施例では、図９、図１４、図１７、図２０に示したように、現像後のフォトレジストレジストの残りが少ないという利点がある。図２１の参考例に示すように、現像後のフォトレジストの残りが多いと、特に、参考例のように浅い溝の部分で多く残る場合には、エッチング時の熱でフォトレジストが変形し易くなり、解像度が低下する傾向も生じ得るが、このような不具合を回避可能で都合がよい。
【００９７】
このように、マスクの解像度を向上するためには、トラックピッチを狭くする必要があるが、トラックピッチが狭くなり、光学的分解能に近づくと、露光パターンの断面は正弦波に近付いていく。こういった領域では、従来の２値マスク用のパターンとして閾値が曖昧で使用できない。しかし、実施例のフォトマスクは、この狭いトラックピッチ領域における正弦波状の断面の溝を積極的に利用できるために、従来よりもトラックピッチを狭めることができ、高解像度のマスクを得ることができる。
【００９８】
加えて、従来の２値マスクでは、ドットの位置精度や分解能がフォトマスクの解像度に影響を与えていたが、実施例のフォトマスクでは、そのようなことはない。
【００９９】
また、実施例のフォトマスクでは、露光量に対する０次光透過率の変化が線形で階調数が多くとれ、階調の制御性が良好なフォトマスクが得られる。また、現像後の残りのレジストが少なく、エッチング時の熱で変形しにくい、解像度の低下が少ないフォトマスクが得られる。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。既述の第１の実施の形態では、位相格子の溝の断面形状を正弦波状としているが、第４の実施の形態では、溝の断面形状を台形状としている。
【０１０１】
図２２は、位相格子の溝の形状を台形状にした例を示している。図２３は、位相格子の溝の形状を正弦波状とした例を示している。このような、台形状の溝の位相格子と正弦波状の位相格子について溝の深さと０次光透過率の関係をシミュレーションしたグラフを図２４に示す。
【０１０２】
図２４に示されるように、正弦波状の溝の位相格子の場合には、溝の深さを増加すると０次光透過率が１００％から減少し、位相深さ１．５πで０次光透過率が最小（０％）となる。更に、溝の深さを増加すると、０次光透過率が緩やかに増加する部分が生ずる。一方、台形状の溝の位相格子の場合には、溝の深さを増加すると０次光透過率が１００％から減少し、溝の深さが位相深さ１．１５πで０次光透過率が最小（０％）となる。更に、溝の深さを増加すると、０次光透過率が１００％からの減少傾向と同様の傾きで増加する部分が生ずる。
【０１０３】
図２５及び図２６は、台形状の溝の位相格子の溝幅と０次光透過率の関係をシミュレーションしたグラフを示す。
【０１０４】
図２５に示すように、台形状溝の基本形状を、溝ピッチＰ＝０．６μｍ、溝の開口部Ｗ＝０．３７５μｍ、溝の底部Ｂ＝０．２２５μｍ、溝斜面の傾斜角度＝７９．１度、溝の深さｄ＝４３７μｍとした。
【０１０５】
次に、溝の傾斜面の角度を一定として開口部Ｗ（及び溝の底部Ｂ）を変化し、溝開口部幅Ｗに対する０次光透過率のシミュレーションを行った。この結果を図２６に示す。０次光透過率は１００％から直線的に減少し、開口部幅Ｗ＝０．３７５μｍで０次光透過率は０％となった。このとき、溝の幅と土手部（ランド）の幅との寸法比は１：１であった。その後は、開口幅Ｗの増加に対して０次光透過率は直線的に増加する傾向を示した。
【０１０６】
このような、台形状の溝の位相格子をマスクとする例について以下に説明する。
【０１０７】
（実施例１）
図３及び図２７を参照して台形溝の位相格子マスクの作製方法について説明する。
【０１０８】
石英基板４２にフォトレジスト４４を所望の厚さに塗布する。このときの厚さは、最終的に回折効率が０〜１００％に変調できるように予備実験により求められ、設定される。この例では、４８０ｎｍとしている。
【０１０９】
この原盤をレーザ装置を使用する露光装置３０で露光し、フォトレジストに０．６μｍピッチの溝を形成する。露光量は描画すべきパターンに応じて変調され、露光量０から作製される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量までの範囲内で設定される。
【０１１０】
図２７に示すように、レーザビーム３７による露光量が小さいときは、原盤の径方向における溝の断面形状は略Ｖ字形状となる。露光量がある値を超えると、フォトレジスト４４中の溝の底部は基板４２に到達し、底付き状態となって、溝の形状はＶ字状から略台形形状となる。このとき、溝の深さはレジスト膜厚と等しくなる。更に、露光量を増すと台形状の溝の幅が増加する。径方向における、溝の幅と土手部（ランド部）の幅とが等しくなったときに、作製される位相格子の０次光透過率が最小となる。露光量が中間のときは、その溝形状に応じた０次光透過率が得られる。
【０１１１】
このように、露光量が小さいときは、主に溝の深さの変化で、露光量が大きいときは幅の変化で０次光透過率を調整可能である（図２４及び図２６参照）。
【０１１２】
この基板を現像し、露光部分のフォトレジスト４４を除去する。残ったフォトレジスト４４をマスクとしてＣＨＦ３等の反応性ガスにより、ドライエッチングを行い、フォトレジストのパターンを石英基板４２に転写する。反応性ガスの石英とフォトレジストのエッチングの選択比は１：１．１であるので、転写された溝の最大深さは、４３７ｎｍ程度となる。これは、パターン露光装置６０のｉ線（波長３６５ｎｍ）による位相深さが約１．１５πとなる深さである。図２４のグラフに示されるように、１．１５πの深さは、０次光透過率を０％とすることが可能な最適な溝の深さである。
【０１１３】
なお、溝形状は、レーザビーム（あるいは走査ビーム）の形状やトラックピッチ、レジストの種類などに依存する。このため、溝形状が正確な台形形状となっていない場合には、図２４のグラフに示す理論値の１．１５πで最適になるとは限らず、当該溝形状に合った深さが存在し得る。最適な膜厚は、都度実験的に求めることができる。
【０１１４】
また、台形形状の溝形成には、既述した２ビームを用いる方法を使用しても良く、適宜に選択可能である。
【０１１５】
（実施例２）
上述した第４の実施形態の実施例１にて、フォトレジスト中に溝を形成するレーザビームの露光量を、作製される位相格子の０次光透過率が最小となる露光量から更に増加すると、図２８に示すように、土手部の幅よりも、溝部の幅の方が大きくなる。すると、０次光透過率は再び増加する（図２６参照）。露光量を更に増加させると、土手部の幅は小さくなり、最終的に土手部が殆どなくなる状態となる。このときの０次光透過率は１００％に近くなる。従って、図２８に示す０次光透過率０％から０次光透過率１００％の間でも透過率を調整することが可能である。
【０１１６】
このように、第４の実施の形態では、位相格子の溝の形状を断面台形状に形成している。断面正弦波形状の溝では、露光量が変化すると、フォトレジストに形成される溝の深さと幅の両方が変化するため、これによって作製された位相格子マスクの回折効率が大きく変化する。従って、繰り返し再現性が悪くなり易く、光量のコントロールが難しい。この点、台形形状は、正弦波波形に比べて溝の深さをフォトレジストの膜厚で精度良く制御できるので、光量変化による溝の深さ変動がなく、比較的に特性が安定した位相格子マスクを作製することができる。
【０１１７】
図２９乃至図３１は、上述した、断面形状が正弦波状の溝と、断面形状が台形状の溝形状の実施例１及び２の方法で作製した位相格子の露光パワーと０次光透過率の関係を示すグラフである。規格化露光パワーは、０次光透過率が０％となる露光量を１として露光光量を示している。
【０１１８】
正弦波状の溝による位相格子では、比較的に溝幅が狭く、解像度を高くし易い利点がある。Ｖ字状溝から台形状溝を使用する第１の実施例では、露光光量が少なくて済むという利点がある。台形状の溝の深さを一定とし、溝幅を増加する第２の実施例では、露光量と０次光透過率の関係が直線的であり、階調数が多く取れ、更に、露光パワーが大きいのでＳ／Ｎが高く、ノイズに強いという利点がある。
【０１１９】
図３２は、本発明の位相格子マスクの応用例を示している。位相格子マスクは微細構造体のパターニングのマスクとして使用することができるが、本発明の位相格子マスクは中間階調を表現できるので、図示のように、写真、絵画、ポスター、広告物、印刷物等（グラフィック表現物）の表示媒体として使用可能である。
【０１２０】
また、図３３に示すように、商品のロゴマークＬとしても使用できる。
【０１２１】
本発明の位相格子マスクは、形状だけで濃淡の表示が可能であり、見る角度によって濃淡の状態や色が変化するため、ホログラムのような個性的な表示が可能となる。位相格子マスクを人が視認する表示媒体として使用する場合、格子のピッチＰが照明光の波長λよりも広くても、濃淡の表示の機能が発揮される。これは、Ｐ＜λ／ＮＡにおける入射瞳ＮＡが人の瞳の大きさで決まるため、λ／ＮＡが非常に小さい値になることによる。
【０１２２】
このように、従来、マスクの解像度を向上するためには、トラックピッチを狭くする必要があるが、トラックピッチが狭くなり、光学的分解能に近づくと、露光パターンの断面は正弦波に近づいていく。このような、領域では従来の２値マスク用のパターンとしては閾値が曖昧となって使用できない。
【０１２３】
この点、第１の実施の形態のフォトマスクは、この狭トラックピッチ領域における正弦波状の断面の溝を積極的に利用できるため、従来よりも、トラックピッチを狭めることができ、高解像度のマスクを得ることができる。また、従来の２値マスクでは、ドットの位置情報や分解能がフォトマスクの解像度に影響を与えているが、本発明のマスクではそのようなことがなく、具合が良い。
【０１２４】
また、実施例では、マイクロレンズのフォトマスクを例として説明したが、これに限られるものではなく、マイクロレンズアレイ、反射板、導光板、標示物等の微細構造体の製造に利用可能である。
【０１２５】
本実施例では、実際にマスクを使用するのは基板の中の一部の領域であるが、基板の略全面をマスク領域としても良い。
【０１２６】
以上説明したように本発明のフォトマスクによれば、中間階調を露光することのできる解像度の高いマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本発明の位相格子型のフォトマスクを説明する説明図である。
【図２】図２は、位相格子における格子の溝の深さ（位相深さ）と０次回折光の透過効率（回折効率）の関係を説明するグラフである。
【図３】図３は、位相格子型のフォトマスクの製造を説明する基板の露光装置である。
【図４】図４は、露光装置の各部の機能を説明するための説明図である。
【図５】図５は、マスク基板への露光の軌跡を説明する説明図である。
【図６】図６は、位相格子型のフォトマスクの製造過程を説明する説明図である。
【図７】図７は、本発明の位相格子型のフォトマスクを用いて基板を露光する露光装置の例を説明する説明図である。
【図８】図８は、位相格子型のフォトマスクを使用するステッパ装置の例を説明する説明図である。
【図９】図９は、溝間の土手の高さを変えることによって溝の深さを設定する例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、露光パワー（溝の深さ）と正弦波溝の位相格子の０次光透過率の関係を説明するグラフである。
【図１１】図１１は、土手の高さによって溝を形成した位相格子の露光パワー（溝の深さ）と０次光透過率の関係を説明するグラフである。
【図１２】図１２は、２ビームを使用して溝部及び土手部を同時に形成する露光装置の例を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、２ビームを使用する露光装置の各部の機能を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、２ビームを使用する溝部及び土手部の同時形成を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、露光ビームの照射角度を変化可能にした露光装置の例を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、露光ビームの照射角度を変化可能にした露光装置の各部の機能を説明する説明図である。
【図１７】図１７は、露光ビームを内外に向けて偏向し、重畳して溝を形成する例を説明する説明図である。
【図１８】図１８は、２つの露光ビームを偏向して同時に重畳して溝を形成する露光装置の例を説明する説明図である。
【図１９】図１９は、２つのビームを偏向する露光装置の各部の機能を説明する説明図である。
【図２０】図２０は、２つの露光ビームを偏向し、同時に重畳して溝を形成する例を説明する説明図である。
【図２１】図２１は、フォトレジストの厚膜に浅い溝が形成される比較例を説明する説明図である。
【図２２】図２２は、シミュレーションの台形状の溝の例を説明する説明図である。
【図２３】図２３は、シミュレーションの正弦波状の溝の例を説明する説明図である。
【図２４】図２４は、台形状の溝と正弦波状の溝の位相格子の位相深さ対０次光透過率特性を説明するグラフである。
【図２５】図２５は、他のシミュレーションの台形状の溝の例を説明する説明図である。
【図２６】図２６は、台形状溝の位相格子の溝幅対０次光透過率特性を説明するグラフである。
【図２７】図２７は、台形状溝の位相格子の製造過程を説明する説明図である。
【図２８】図２８は、台形状溝の位相格子の製造過程を説明する説明図である。
【図２９】図２９は、正弦波溝の位相格子の規格化露光パワー対０次光透過率特性を説明するグラフである。
【図３０】図３０は、台形溝の位相格子の規格化露光パワー対０次光透過率特性を説明するグラフである。
【図３１】図３１は、台形溝の他の位相格子の規格化露光パワー対０次光透過率特性を説明するグラフである。
【図３２】図３２は、位相格子マスクの応用例を説明する説明図である。
【図３３】図３３は、位相格子マスクの他の応用例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１２８】
３０ レーザ描画露光装置
３１ レーザ光源
３２、３２ａ、３２ｂ 音響光学変調器
３８ 信号発生器
４２ 基板（フォトマスク）
５３、５３ａ、５３ｂ 音響光学偏向器
６０ パターン露光装置
６１ 露光光源
６６ 投影レンズ
６７ 被露光材料
【図１】
2008116976.tif 000003
【図２】
2008116976.tif 000004
【図３】
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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１１】
2008116976.tif 000013
【図１２】
2008116976.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008116976.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008116976.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2008116976.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2008116976.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2008116976.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2008116976.tif 000027
【図２６】
2008116976.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
2008116976.tif 000030
【図２９】
2008116976.tif 000031
【図３０】
2008116976.tif 000032
【図３１】
2008116976.tif 000033
【図３３】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１音響変調器で第１ビームを一定に定め、かつ、第２音響変調器で第２ビームを変調する第１工程と、
基板上のレジストに第１ビームと第２ビームを照射する第２工程と、を含み、
前記第２工程において、前記第１ビームにより前記レジストに溝と土手とが形成され、かつ、前記第２ビームにより前記レジストに形成された前記土手の高さが調整される、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位相格子マスクの製造方法において、
さらに、前記第１工程の前に、レーザ発生器でレーザビームを発生する工程と、前記レーザビームをスプリッタで前記第１ビームと前記第２ビームとに分割する工程と、を含む、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の位相格子マスクの製造方法において、
さらに、前記第１工程と前記第２工程の間に、前記第１ビームと第２ビームとの距離をを音響光学偏向器により調整する工程と、を含む、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位相格子マスクの製造方法において、
さらに、前記第１工程が、前記第１音響光学変調器にバイアス信号を印加し前記第１ビームの直流レベルを設定する、ことを含む、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位相格子マスクの製造方法において、
さらに、前記第１工程が、前記第２音響光学変調器に変調信号を印加し前記第２ビームを変調する、ことを含む、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位相格子マスクの製造方法において、
前記第２工程が、前記レジストにスパイラル状の溝を形成するものである、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の位相格子マスクの製造方法において、
前記レジストを用いて前記基板をパターニングし位相格子マスクを形成する、
ことを特徴とする位相格子マスクの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の位相格子マスクの製造方法で形成された位相格子マスクを用いてフォトマスクを形成する、
ことを特徴とするフォトマスクの製造方法。」