(57)【要約】【課題】３次元形状を露光するための露光用マスクにおいて、グレーティングパターンの微細化を伴うことなく、透過率制御範囲を拡大する。【解決手段】３次元形状を形成するための露光用マスクであって、露光光を透過させる透明基板１０と、基板１０上に露光光を遮断する遮光パターン１１を一定ピッチで配置してなり、且つ遮光パターン１１の大きさを徐々に変えた第１のグレーティング部１００と、基板１０上に露光光を一部透過させるハーフトーンパターン１２を一定ピッチで配置してなり、且つハーフトーンパターン１２の大きさを徐々に変えた第２のグレーティング部２００とを備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を透過させる透明基板と、
前記透明基板上に前記露光光を遮断する遮光パターンと前記露光光を透過する第１の透過パターンとの対から構成される第１のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ前記遮光パターンと前記第１の透過パターンとの第１の面積占有比率を徐々に変えた第１のグレーティング部と、
前記透明基板上に前記露光光を一部透過させるハーフトーンパターンと前記露光光を透過する第２の透過パターンとの対から構成される第２のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ前記ハーフトーンパターンと前記第２の透過パターンとの第２の面積占有比率を徐々に変えた第２のグレーティング部と、を具備したことを特徴とする露光用マスク。
【請求項２】
前記透明基板上の基準点から所定距離までが前記第１のグレーティング部であり、その外側が前記第２のグレーティング部であり、前記遮光パターン及び前記ハーフトーンパターンは、共に前記基準点を中心とする同心円状のパターンであり、前記第１及び第２のグレーティング部は共に前記基準点から離れるに従って前記第１の面積占有比率と前記第２の面積占有比率とを各々徐々に変えたことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項３】
前記透明基板上の基準点を中心に前記基準点から所定距離まで前記第１のグレーティング部が形成され、その外側に前記第２のグレーティング部が形成され、
前記第１のグレーティング部は、前記透明基板上における所定単位領域の中心部に遮光パターンを形成したパターンブロックを一定ピッチで２次元配置したものであり、
前記第２のグレーティング部は、前記透明基板上における所定単位領域の中心部にハーフトーンパターンを形成したパターンブロックを一定ピッチで２次元配置したものであり、
前記第１及び第２のグレーティング部は共に前記基準点から離れるに従って前記第１の面積占有比率と前記第２の面積占有比率とを各々徐々に変えたことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項４】
前記第２のグレーティング部において、前記第２の透過パターンが形成されている前記透明基板部分を掘り込み、この掘り込みにより前記第２のグレーティング部における光透過率を制御したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の露光用マスク。
【請求項５】
露光光を遮断する第１の遮光パターンと前記露光光を透過させる第１の透過パターンとの対から構成される第１のパターンブロックが複数連続して配置され、連続する前記第１のパターンブロックのピッチが一定で、前記第１の遮光パターンと前記第１の透過パターンとの面積占有比率が徐々に変化するように設けられた第１のグレーティング部と、
前記露光光を遮断する第２の遮光パターンと前記露光光を一部透過させるハーフトーンパターンとの対から構成される第２のパターンブロックが複数連続して配置され、連続する前記第２のパターンブロックのピッチが一定で、前記第２の遮光パターンと前記ハーフトーンパターンとの面積占有比率が徐々に変化するように設けられた第２のグレーティング部と、
を具備してなることを特徴とする露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状を有するレジストパターンを形成するための露光用マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学的なレンズアレイ等の３次元形状を露光によって形成するための露光用マスクとして、遮光パターンと透過パターンとの対から構成されるパターンブロックを複数連続して配置し、連続するパターンブロックのピッチが一定で、遮光パターンと透過パターンとの比率を徐々に変化させるようにしたグレーティングマスクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この種のマスクにおいては次のような問題があった。即ち、この種のマスクでは、グレーティング部の透過率（Ｔ）をグレーティングパターンの開口比（すなわち、Ｃｒ（クロム）とＱｚ（石英）の割合）のみで制御する。このため、特に微細なＣｒパターン（Ｑｚパターン）が発生する高透過率部（低透過部）は、マスク作製が非常に困難である。実現可能な最高透過率（最低透過率）は、マスク作製プロセスに律速され、より大きな（小さな）透過率部が必要な場合は、より微細なＣｒパターン（Ｑｚパターン）を作製しなければならない。このため、高価格なマスク作製プロセスが必要となる場合が多く、場合によってはマスク作製自体が不可能な場合もある。
【０００４】
このように、従来のグレーティングマスクにおいては、遮光パターンの占有面積により透過率が律速されてしまい、これが透過率の制御範囲を狭める要因となっていた。また、最高透過率を上げたり、あるいは最高透過率を下げるには、微細なパターンが必要となり、マスク作製プロセスへの負荷が大きいという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１６５２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、パターンの微細化を伴うことなく、透過率制御範囲を拡大することができる露光用マスクを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、露光用マスクにおいて、露光光を透過させる透明基板と、前記透明基板上に前記露光光を遮断する遮光パターンと前記露光光を透過する第１の透過パターンとの対から構成される第１のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ前記遮光パターンと前記第１の透過パターンとの第１の面積占有比率を徐々に変えた第１のグレーティング部と、前記透明基板上に前記露光光を一部透過させるハーフトーンパターンと前記露光光を透過する第２の透過パターンとの対から構成される第２のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ前記ハーフトーンパターンと前記第２の透過パターンとの第２の面積占有比率を徐々に変えた第２のグレーティング部と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の一態様は、露光用マスクにおいて、露光光を遮断する第１の遮光パターンと前記露光光を透過させる第１の透過パターンとの対から構成される第１のパターンブロックが複数連続して配置され、連続する前記第１のパターンブロックのピッチが一定で、前記第１の遮光パターンと前記第１の透過パターンとの面積占有比率が徐々に変化するように設けられた第１のグレーティング部と、前記露光光を遮断する第２の遮光パターンと前記露光光を一部透過させるハーフトーンパターンとの対から構成される第２のパターンブロックが複数連続して配置され、連続する前記第２のパターンブロックのピッチが一定で、前記第２の遮光パターンと前記ハーフトーンパターンとの面積占有比率が徐々に変化するように設けられた第２のグレーティング部と、を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パターンの微細化を伴うことなく、透過率制御範囲を拡大することができる露光用マスクを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するためのもので、図１は平面図、図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。ここで、使用する露光装置は、例えば露光波長（λ）＝３６５ｎｍ、開口数（ＮＡ）＝０．５７、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．６０、縮小倍率を１／５とした。
【００１１】
露光光に対して透明な石英基板（透明基板）１０上に、露光光を遮断する遮光膜のパターン１１を有する第１のグレーティング部１００と、露光光を一部透過させるハーフトーン膜のパターン１２を有する第２のグレーティング部２００が形成されている。円の中心から所定距離（例えば、全体円の半径の１／２）までが第１のグレーティング部１００であり、その外側が第２のグレーティング部２００であり、遮光パターン１１及びハーフトーンパターン１２は、共に同心円状のパターンであり、円の中心から離れるに従ってパターン線幅が狭くなっている。
【００１２】
より具体的には、第１のグレーティング部１００は、石英基板１０上にＣｒ（クロム）膜からなる遮光パターン１１を一定ピッチで配置してなり、且つ該遮光パターン１１の線幅を円の中心から離れるに従い徐々に狭くしている。即ち、第１のグレーティング部１００は、石英透明１０上に遮光パターン１１と遮光パターン１１のない透過部分（第１の透過パターン）との対から構成される第１のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ円の中心（基準点）から離れるに従い遮光パターン１１の面積占有比率を徐々に小さくしている。
【００１３】
第２のグレーティング部２００は、基板１０上にＭｏＳｉ膜からなるハーフトーンパターン１２を一定ピッチで配置してなり、且つ該ハーフトーンパターン１２の線幅を円の中心から離れるに従い徐々に狭くしている。即ち、第２のグレーティング部２００は、石英基板１０上にハーフトーンパターン１２とハーフトーンパターン１２のない透過部分（第２の透過パターン）との対から構成される第２のパターンブロックを一定ピッチで複数配置してなり、且つ円の中心（基準点）から離れるに従いハーフトーンパターン１２の面積占有比率を徐々に小さくしている。
【００１４】
上記のように構成されたマスクにおける、光透過率を図３に示す。Ｑｚ［ｎｍ］は透過パターンの幅、Ｃｒ［ｎｍ］は遮光パターン１１の幅、ＨＴ［ｎｍ］はハーフトーンパターン１２の幅、Ｒはｄｕｔｙ比（＝透過パターンの幅（Ｑｚ）／グレーティングのピッチ（Ｐｇ））、Ｔ［％］は透過率を示している。ここで、グレーティングのピッチＰｇを２５０ｎｍ（ウェハ上サイズ）、遮光パターン１１及びハーフトーンパターン１２の最小幅を共に９０ｎｍ（ウェハ上サイズ）、透過パターンの最小幅を７０ｎｍ（ウェハ上サイズ）とした。また、ハーフトーンパターンの透過率を５５％とした。
【００１５】
従来の遮光パターン１１のみでは、制御可能な透過率の範囲が７．８〜４１．０％であったのに対し、図３に示すようにハーフトーンパターン１２を設けることにより、制御可能な透過率の範囲が７．８〜７０．２％と大幅に拡大された。
【００１６】
本実施形態のグレーティングマスクは、円の中心部で透過率が低く周辺部に行くほど透過率が高くなるようにｄｕｔｙ比を変化させている（この際、使用するレジストの残膜特性を考慮して、ｄｕｔｙ比の変化量を最適化してある）。従って、このマスクを用いて光学部材上のレジストを露光することにより、凸レンズ形状のレジストパターンを形成することができ、これをマスクに下地の光学材料をエッチングすることにより、凸レンズを形成することができる。また、図１に示すパターンを二次元状に配置しておくことにより、マイクロレンズアレイを形成することが可能となる。
【００１７】
なお、本実施形態のマスクを製造するには、次のようにすればよい。
【００１８】
まず、図４（ａ）に示すように、石英基板１０上の全面に厚さ約９０ｎｍのハーフトーン膜１２’と約６０ｎｍの遮光膜１１’を形成したマスクブランクスを用いる。続いて、リソグラフィプロセスにより、遮光膜１１’上にレジストパターン１３を形成する。
【００１９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、レジストパターン１３をマスクに遮光膜１１’及びハーフトーン膜１２’を選択エッチングすることにより、遮光パターン１１を有する第１のグレーティング部１００及びハーフトーンパターン１２を有する第２のグレーティング部２００を形成する。
【００２０】
次いで、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン１３を除去した後に、第１のグレーティング部１００を覆うようにレジストパターン１４を形成する。続いて、レジストパターン１４をマスクにハーフトーンパターン１２上の遮光パターン１１を選択エッチングすることにより、前記図１に示す構造が得られる。
【００２１】
ここで、遮光パターン１１下のハーフトーンパターン１２は、上記のような製造プロセスにより残ったものであり、本質的なものではない。従って、別の製造プロセスを採用することにより、遮光膜１１’を基板１０上に直接形成しても良い。即ち、第１のグレーティング部１００には遮光膜１１’のパターン１１のみを形成し、第２のグレーティング部２００にはハーフトーン膜１２’のパターン１２のみを形成しても良い。
【００２２】
このように本実施形態によれば、透明基板１０上に、遮光パターン１１の大きさを徐々に変えた第１のグレーティング部１００に加え、ハーフトーンパターン１２の大きさを徐々に変えた第２のグレーティング部２００を設けることにより、パターンの微細化を伴うことなく、透過率制御範囲を拡大することができる。
【００２３】
より具体的には、グレーティング部の透過率をデューティ比とハーフトーン透過率の２パラメータで制御するため、実際のマスク作製において制御可能な透過率範囲を拡大することができる。即ち、最大透過率の拡大及び最小透過率の低下が可能となる。また、パターンの微細化を伴うことなく透過率の拡大を図ることができるため、マスク作製プロセスへの負担が軽くなり、マスク作製コストの低減が可能となる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための平面図である。
【００２５】
露光光に対して透明な石英基板１０上に、露光光を遮断する遮光膜のパターン１１を有する第１のグレーティング部１００と、露光光を一部透過させるハーフトーン膜のパターン１２を有する第２のグレーティング部２００が形成されている。基準点（円の中心）を中心に該基準点から所定距離までが第１のグレーティング部１００であり、その外側が第２のグレーティング部２００であり、遮光パターン１１及びハーフトーンパターン１２は、共に矩形状のパターンであり、基準点から離れるに従ってパターン面積が小さくなっている。
【００２６】
本実施形態では、グレーティング部として、同心円状のパターンを形成するのではなく、格子状パターンを形成する。即ち、マスクの有効エリアを同一矩形領域５０の集合に分割し、各々の矩形領域５０の中心部に、マスクの中心からの距離に応じた大さの遮光体パターン１１又はハーフトーンパターン１２を設ける。
【００２７】
各々の矩形領域５０におけるパターンの大きさは、矩形領域５０とマスクの中心との距離に応じて決められる。第１のグレーティング部１００では、マスクの中心から近い矩形領域５０では、遮光体パターン１１の面積を大きくし、マスク中心からの距離が離れるに従い遮光パターン１１の面積を小さくしている。第２のグレーティング部２００では、マスクの中心から近い矩形領域５０では、ハーフトーンパターン１２の面積を大きくし、マスク中心からの距離が離れるに従いハーフトーンパターン１２の面積を小さくしている。
【００２８】
このような構成であれば、マスクの中心を通りマスクの表面と垂直な面で切った断面は、前記図２と同様になる。従って、この実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、円の中心部で透過率が低く周辺部で透過率が高いマスク構造を実現することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２９】
また、フォトマスク製造プロセスの観点からすると、円形パターンを形成するよりも、矩形パターンを形成する方が製造しやすい（描画時間が短縮できる）。従って本実施形態は、精度の点では第１の実施形態よりも劣るが、製造コストの点で有利である。
【００３０】
図６は、本実施形態のマスクにおける、中心からの４５度方向の位置と透過率との関係を示す図である。アイランドタイプのレンズパターンの形成のために従来のグレーティングマスクを用いた場合、目的の像面光強度からの乖離が高透過率側で顕著である。これに対し、本実施形態のように部分的にハーフトーン型グレーティングを採用することにより、乖離を低減することが可能となる。
【００３１】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態は遮光膜とハーフトーン膜の組み合わせであったが、本実施形態ではハーフトーン膜と石英基板の組み合わせのみで露光用マスクを構成した。即ち、ハーフトーン膜と石英の組み合わせで形成されたグレーティング部において、石英を掘り込むことでハーフトーン部との位相差を生じさせることができる。これにより、光の干渉緩衝効果により透過率を制御することが可能である。例えば、掘り込みのないＱｚ部の透過率を１００％と定義した場合、位相差を生じさせるように石英を部分的に掘り込むことで透過率を変化させることができる。
【００３２】
図７及び図８は、本発明の第３の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するためのもので、図７は平面図、図８は図１の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。ここで、使用する露光装置は、例えば露光波長（λ）＝３６５ｎｍ、開口数（ＮＡ）＝０．６０、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．５０、縮小倍率を１／５とした。
【００３３】
露光光に対して透明な石英基板１０上に、露光光を一部透過するハーフトーン膜のパターン１２を有するグレーティング部が形成されている。本実施形態では、グレーティング部として、同心円状のパターンを形成するのではなく、格子状パターンを形成する。即ち、第２の実施形態と同様に、マスクの有効エリアを同一矩形領域５０の集合に分割し、各々の矩形領域５０の中心部に、ハーフトーンパターン１２を設ける。例として、矩形領域５０の大きさを２００ｎｍ□（ウェハサイズ）、パターン１２の大きさは全て同じで１４０ｎｍ□（ウェハサイズ）、ハーントーンパターン１２の透過率を１００％とした場合について説明する。そして、ハーフトーンパターン１２の形成されていない開口部１５で石英基板１０を掘り込むことで位相差を設けている。
【００３４】
基板の掘り込み量は、次のようになっている。π（ｒａｄ）の位相差を生じさせるように石英を部分的に掘り込むことで透過率０％、π／２（ｒａｄ）の位相差により透過率５０％、π／４（ｒａｄ）の位相差により透過率８５％と変化させることができる（図９）。即ち、中心部で１８０度の位相差が生じるように掘り込み、中心から離れるに従い掘り込み量を小さくし、位相差を小さくしている。従って、本実施形態においても、中心部で光の透過率が小さく周辺部で光の透過率の大きいマスクを実現することができ、これにより第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、凸レンズ形状を形成するために、円の中心から離れるに従い透過率が大きくなるようなパターンを形成したが、このようなパターンに限らず、形成すべきパターンに応じて透過率を変化させるようにしても良い。従って、パターンブロックに対する遮光パターンやハーフトーンパターンの面積占有比率は、基準点から離れるに従って小さくするものに限らず、形成すべきパターン（レジスト等の感光材料に対して与えられる所望の３次元形状）に応じて適宜変更すればよい。さらに、遮光膜やハーフトーン膜の材料は実施形態に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００３６】
また、上述した実施形態において、マスクの有効エリアを分割することにより定義した同一矩形領域５０は、露光用マスク上における所定単位領域の一例である。この所定単位領域としては、これ以外に、例えば六角形等の形状等も適宜適用可能であり、マスクの有効エリアを分割する上で公知の形状であれば何を用いても良い。
【００３７】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための平面図。
【図２】第１の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための断面図。
【図３】第１の実施形態におけるマスクの光透過率を示す図。
【図４】第１の実施形態におけるマスクの製造工程を示す断面図。
【図５】第２の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための平面図。
【図６】第２の実施形態におけるマスクの中心からの４５度方向の位置と光透過率との関係を示す図。
【図７】第３の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための平面図。
【図８】第３の実施形態に係わるグレーティングマスクの概略構成を説明するための断面図。
【図９】第３の実施形態を説明するためのもので、位相差と光透過率との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００３９】
１０…石英基板（透明基板）
１１…遮光パターン
１２…ハーフトーンパターン
１３，１４…レジストパターン
１５…開口部
５０…矩形領域
１００…第１のグレーティング部
２００…第２のグレーティング部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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