(57)【要約】【課題】３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写するプロセスにおいて、目的とする様々な３次元の微細形状を精度よく作成できるようにする。【解決手段】エッチング条件を設定する条件設定過程（Ｓ１）と、設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定過程（Ｓ２）と、測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出過程（Ｓ３）と、抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計過程（Ｓ４）とを含み、フォトレジストパターン形状を予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させておくように設計することで、エッチング後の形状で設計値通りの形状を作成することが可能となり、エッチング中に選択比を変化させるような複雑な操作が不要になるようにした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成する微細形状作成方法において、
エッチング条件を設定する条件設定過程と、
設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定過程と、
測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出過程と、
抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計過程と、
を含むことを特徴とする微細形状作成方法。
【請求項２】
前記設計過程では、エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率がｎの場合、フォトレジストパターンの高さを目的の３次元の微細形状の１／ｎ倍にしておくことを特徴とする請求項１記載の微細形状作成方法。
【請求項３】
前記設計過程では、エッチング時のフォトレジストパターンの高さｈｒに対するエッチング後パターンの高さｈｅが、ｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）で示される変化をする場合、関数Ｆの逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）を求め、当該逆関数Ａを用いて、目的の３次元の微細形状の高さを変換した形状をフォトレジストパターン形状とすることを特徴とする請求項１又は２記載の微細形状作成方法。
【請求項４】
前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を増減した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項１，２又は３記載の微細形状作成方法。
【請求項５】
前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を乗算した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の微細形状作成方法。
【請求項６】
設計されたフォトレジストパターンの露光にグレイスケールマスクを用いることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の微細形状作成方法。
【請求項７】
３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成するプロセスで用いられるレジストパターン設計方法において、
エッチング条件を設定する条件設定過程と、
設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定過程と、
測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出過程と、
抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計過程と、
を備えることを特徴とするレジストパターン設計方法。
【請求項８】
前記設計過程では、エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率がｎの場合、フォトレジストパターンの高さを目的の３次元の微細形状の１／ｎ倍にしておくことを特徴とする請求項７記載のレジストパターン設計方法。
【請求項９】
前記設計過程では、エッチング時のフォトレジストパターンの高さｈｒに対するエッチング後パターンの高さｈｅが、ｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）で示される変化をする場合、関数Ｆの逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）を求め、当該逆関数Ａを用いて、目的の３次元の微細形状の高さを変換した形状をフォトレジストパターン形状とすることを特徴とする請求項７又は８記載のフォトレジストパターン設計方法。
【請求項１０】
前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を増減した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項７，８又は９記載のレジストパターン設計方法。
【請求項１１】
前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を乗算した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項７，８，９又は１０記載のレジストパターン設計方法。
【請求項１２】
３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成するプロセスで用いられるレジストパターン設計装置において、
エッチング条件を設定する条件設定手段と、
設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定手段と、
測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出手段と、
抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計手段と、
を備えることを特徴とするレジストパターン設計装置。
【請求項１３】
前記設計手段は、エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率がｎの場合、フォトレジストパターンの高さを目的の３次元の微細形状の１／ｎ倍にしておくことを特徴とする請求項１２記載のレジストパターン設計装置。
【請求項１４】
前記設計手段は、エッチング時のフォトレジストパターンの高さｈｒに対するエッチング後パターンの高さｈｅが、ｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）で示される変化をする場合、関数Ｆの逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）を求め、当該逆関数Ａを用いて、目的の３次元の微細形状の高さを変換した形状をフォトレジストパターン形状とすることを特徴とする請求項１２又は１３記載のフォトレジストパターン設計装置。
【請求項１５】
前記設計手段は、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を増減した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項１２，１３又は１４記載のレジストパターン設計装置。
【請求項１６】
前記設計手段は、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を乗算した値をフォトレジストパターンの曲率半径とすることを特徴とする請求項１２，１３，１４又は１５記載のレジストパターン設計装置。
【請求項１７】
３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成するプロセスで用いられるレジストパターン設計処理を実行するコンピュータにインストールされ、当該コンピュータに、
エッチング条件を設定する条件設定機能と、
設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定機能と、
測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出機能と、
抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計機能と、
を実行させることを特徴とするレジストパターン設計用プログラム。
【請求項１８】
請求項１７記載のレジストパターン設計用プログラムを格納したコンピュータ読取り可能なレジストパターン設計用記憶媒体。
【請求項１９】
請求項７ないし１１の何れか一記載のフォトマスク設計方法によって予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させて設計されたレジストパターン。
【請求項２０】
請求項１ないし６の何れか一記載の微細形状作成方法によって作成された微細形状パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシン、マイクロレンズ等の３次元の微細形状を作成するための微細形状作成方法、そのプロセスに用いられるレジストパターン形状設計方法、レジストパターン形状設計装置、レジストパターン形状設計用プログラム及びレジストパターン形状設計用記憶媒体に関する。本発明は、さらに、このようなレジストパターン形状設計方法や微細形状作成方法を用いて作成されるレジストパターン及び微細形状パターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板やシリコン基板上に３次元的な微細形状を作成する方法として、対象とする基板上に樹脂材料であるフォトレジストで型を作成し、異方性ドライエッチングにより基板に転写する方法が検討されている。例えば、特許文献１によれば、マスクを数μｍ程度の領域に分割し、個々の領域毎に対応する３次元形状の高さに合わせた露光量が得られるように透過率を設定したフォトマスクを用いて、フォトレジストパターンを作成し、イオンミリングによって基板に転写するようにしている。即ち、作成したいレンズを微小な複数の領域に分割し、各々の領域におけるレンズの厚さに応じて、フォトマスクに透過率の分布（この特許文献１の場合は各々の微小領域の開口率を変化させている）を与え、露光されたレジストの残膜厚を所望の形状になるようにしている。また、非特許文献１によれば、マスクパターンを配置する方法として、パターン番号とレジスト深さの関係を示すグラフを使って、目標とするレジスト形状に合わせたマスクパターンを配置する方法が述べられている。
【０００３】
また、特許文献２によれば、開口している領域の形状が異なる複数のマスクを、同一の場所に複数回に分けて露光することで、３次元形状を持つレジストパターンを作成し、異方性ドライエッチングで基板に転写するようにしている。
【０００４】
さらに、特許文献３によれば、マイクロレンズ形状を作成する際に、リフロー法でレジストパターンを作成し、選択比を変化させながらエッチングすることで基板に転写されるレンズ形状を調整するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特表平８−５０４５１５号公報
【特許文献２】
特開平８−２１９０８号公報
【特許文献３】
特開２００２−３２１９４１公報
【非特許文献１】
“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ”（Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．３（１９９４）９７−１０１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１，２や非特許文献１に示されるこれらの方法では、レジストパターン形状を下地基板に転写する際の形状変化については特に触れていない。これらの特許文献や非特許文献で例示されているイオンミリングや異方性ドライエッチングなどのプロセスでは、レジストと下地基板とが必ずしも同じ速度で削られていくとは限らず、材料の成分や組合せ、使用するエッチングガスなどのエッチング条件によって速度に違いが生じる。さらに、そのエッチング速度の違いはプロセス中に必ずしも一定とは限らない。特に、１０μｍ以上の高さを持つような比較的大型のマイクロレンズをエッチングするような場合は、エッチング時間が数１０分にわたる場合があるため、エッチング装置自体の加熱や、チャンバー内に発生する堆積物により、レジストと下地基板のエッチング速度比が変化していく場合がある。また、異方性ドライエッチングの進む方向は基板面に対して垂直方向だけとは限らない。等方的にエッチングしている成分や、基板表面に堆積する成分の発生によるエッチング速度の低下により、エッチングの進みやすい方向は変化している。これらの理由により、異方性ドライエッチングでレジストパターンを基板に転写する際、目的とする３次元の微細形状に対して誤差の少ない形状を得るのは困難である。
【０００７】
また、特許文献３の場合、レジストパターン自体の形状が目的の形状からずれてしまっている場合に対して、エッチング中に形状を補正して目的の形状を得ようとするものである。この方法はエッチング中の形状変化を補正する場合にも応用できる可能性がある。しかしながら、この方法においては特定の形状を持つパターンは補正できても、同時に幾つかの形状を形成する場合には対応できない。例えば、曲率半径の異なる複数のマイクロレンズや、凸面と凹面が混在するような場合は、全ての形状を同時に設計値に合わせることは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写するプロセスにおいて、目的とする様々な３次元の微細形状を精度よく作成できるようにすることである。
【０００９】
より具体的には、ドライエッチングによってレジストパターンを基板に転写する際の形状変化を効果的に補正できる微細形状作成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
特に、選択比による形状変化を効果的に補正できる微細形状作成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、レンズ形状パターンの曲率半径を高精度に作成できる微細形状作成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、様々な３次元の微細形状を高精度に作成できる微細形状作成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらには、球面以外の複雑なエッチング時の形状変化でも高い精度で補正できる微細形状作成方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、上記微細形状作成方法への適用が効果的なレジストパターンを提供できるレジストパターン形状設計方法、装置、プログラムないしは記憶媒体を得ることを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、ドライエッチングにより正確に目的の３次元の微細形状が得られるレジストパターンを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、高い形状精度を持つ様々な微細光学部品やＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）部品を精度よく提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成する微細形状作成方法において、エッチング条件を設定する条件設定過程と、設定されたエッチング条件でテストパターンをエッチングしそのテストパターンの形状変化を測定する形状変化測定過程と、測定されたテストパターンの形状変化に基づき形状変化パラメータを抽出する抽出過程と、抽出された形状変化パラメータに従いフォトレジストパターン形状を設計する設計過程と、を含む。
【００１８】
従って、フォトレジストパターン形状を予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させておくように設計することで、エッチング後の形状で設計値通りの形状を作成することが可能となり、エッチング中に選択比を変化させるような複雑な操作が不要になる。また、一定の条件でエッチングが行えるので、エッチングプロセスのばらつきの影響を受けにくくなり、目的の３次元の微細形状に様々な形状が含まれる場合にも対応できる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の微細形状作成方法において、前記設計過程では、エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率がｎの場合、フォトレジストパターンの高さを目的の３次元の微細形状の１／ｎ倍にしておく。
【００２０】
従って、選択比（エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率）の変化による高さ変化をフォトレジストパターンの形状で補正しているので、高さ方向の精度が必要な３次元の微細形状を高い精度で作成することが可能となる。即ち、エッチング時の変形には、選択比の変動と等方的な成分による変形があるが、選択比ｎの変動については、様々な高さのテストパターンをエッチングして、エッチング前後の高さ変動を測定することで選択比ｎを取得し、その選択比ｎに応じて、レジストパターンを１／ｎ倍に変形させておけばよく、この方法は、曲率半径の大きなレンズパターン等に特に有効となる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の微細形状作成方法において、前記設計過程では、エッチング時のフォトレジストパターンの高さｈｒに対するエッチング後パターンの高さｈｅが、ｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）で示される変化をする場合、関数Ｆの逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）を求め、当該逆関数Ａを用いて、目的の３次元の微細形状の高さを変換した形状をフォトレジストパターン形状とする。
【００２２】
従って、選択比（エッチング時の基板とフォトレジストとのエッチングレートの比率）の変化による高さ変化をフォトレジストパターンの形状で補正しているので、高さ方向の精度が必要な３次元の微細形状を高い精度で作成することが可能となる。即ち、エッチング時の変形には、選択比の変動と等方的な成分による変形があるが、選択比の変動については、様々な高さのテストパターンをエッチングして、エッチング前後の高さ変動を測定してｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）なる関数を取得し、その逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）に応じて、レジストパターンを変形させておけばよく、この方法は、曲率半径の大きなレンズパターン等に特に有効となる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の微細形状作成方法において、前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を増減した値をフォトレジストパターンの曲率半径とする。
【００２４】
従って、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、そのレンズ形状パターンの曲率半径をフォトレジストパターンの形状（曲率半径）で補正しているので、曲率半径の精度が必要な３次元の微細形状を高い精度で作成できる。即ち、球面やシリンドリカル面の作成においては、様々な曲率半径を含むテスト用のフォトレジストパターンをエッチングして、曲率半径の変化量を予め測定し、その曲率半径の変化分を補正（曲率半径ｒに対して一定の値を加算又は減算）したレジストパターンを作成しておけばよいものとなる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３又は４記載の微細形状作成方法において、前記設計過程では、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を乗算した値をフォトレジストパターンの曲率半径とする。
【００２６】
従って、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、そのレンズ形状パターンの曲率半径をフォトレジストパターンの形状（曲率半径）で補正しているので、曲率半径の精度が必要な３次元の微細形状を高い精度で作成できる。即ち、球面やシリンドリカル面の作成においては、様々な曲率半径を含むテスト用のフォトレジストパターンをエッチングして、曲率半径の変化量を予め測定し、その曲率半径の変化分を補正したレジストパターンを作成しておけばよいものとなる。
【００２７】
また、選択比の変化や曲率半径の変化を組合せてフォトレジストパターンの形状で補正することにより、様々な高さや曲率半径を含む３次元の微細形状を高い精度で作成することができる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４又は５記載の微細形状作成方法において、設計されたフォトレジストパターンの露光にグレイスケールマスクを用いる。
【００２９】
従って、グレイスケールマスクを利用してフォトレジストパターンを作成しているので、球面以外の複雑なエッチング時の形状変化でも高い精度で補正することができる。即ち、レジストパターンの作成には、リフロー法、グレイスケールマスクを用いる方法などが利用できるが、特にグレイスケールマスクを利用する場合には、任意の相対的な高さを指定した上で、様々な曲率半径を持つレンズを同一面に作成可能で、凹面も作成することができ、曲率半径が小さい場合には特に有効である。
【００３０】
請求項１ないし５記載の発明の作用は、請求項７ないし１１記載のレジストパターン設計方法、請求項１２ないし１６記載のレジストパターン設計装置、請求項１７記載のレジストパターン設計用プログラムないしは請求項１８記載のレジストパターン設計用記憶媒体によって設計されたレジストパターンを用いることによっても奏することができる。
【００３１】
請求項１９記載の発明のレジストパターンは、請求項７ないし１１の何れか一記載のフォトマスク設計方法によって予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させて設計されている。
【００３２】
従って、エッチング時の変形分が予め考慮された形状になっているので、エッチング時に形状補正のために対策が不要になり、エッチングが容易になる。
【００３３】
請求項２０記載の発明の微細形状パターンは、請求項１ないし６の何れか一記載の微細形状作成方法によって作成されている。
【００３４】
従って、請求項１ないし６の何れか一記載の微細形状作成方法によって作成されることにより、高い形状精度を持つ３次元の微細形状パターンであり、マイクロレンズやＭＥＭＳの高性能化に有効となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、レジストパターン設計装置への適用例を示し、このレジストパターン設計装置は、具体的にはレジストパターン設計処理を実行させるためのレジストパターン設計用プログラム或いは当該レジストパターン設計用プログラムを記憶したレジストパターン設計用記憶媒体を備えたコンピュータである。このようなレジストパターン設計装置は、そのようなレジストパターン設計用プログラムに基づく各種の処理を実行することで、レジストパターン設計方法をも実行することになる。また、本実施の形態は、このようなレジストパターン設計方法を含む微細形状作成方法への適用例でもある。
【００３６】
［ハードウエア構成］
図１はレジストパターン設計装置のブロック図である。レジストパターン設計装置としてのコンピュータは、各種演算処理を実行して各部を集中的に制御するＣＰＵ１を備え、このＣＰＵ１に固定データを格納するＲＯＭ２と可変データを格納するＲＡＭ３とがバス接続された構成を基本とし、更に、ＣＰＵ１にキーボードやマウス等の入力装置４とハードディスク５とがバス接続されて構成されている。ハードディスク５には、オペレーティングシステム（ＯＳ）、処理プログラム（レジストパターン設計用プログラム）の他、後述するようなエッチング前後の高さ変化や曲率半径変化、或いは、これらの組合せに関する補正データが格納される。この意味で、ハードディスク５は、レジストパターン設計用プログラムを記憶するレジストパターン設計用記憶媒体として機能する。そして、ハードディスク５に格納されているデータの内の一部は、レジストパターンの設計処理が実行されるに際し、ＲＡＭ３に移されて処理の高速化が図られる。
【００３７】
ここで、本実施の形態のレジストパターン設計装置によって設計されるレジストパターンは、マイクロレンズ等の３次元の微細形状パターンの作成に利用される。即ち、３次元の微細形状が形成されたフォトレジストパターンをドライエッチングにより下地基板に転写して目的の３次元の微細形状を作成するプロセスで当該レジストパターン設計装置は利用される。
【００３８】
図２は図１に示した当該レジストパターン形状設計装置の機能ブロック図である。設計データはデータ入力機能を通してレジスト形状補正装置に入力される。入力された設計データは補正機能によってエッチング時の変形を考慮したレジスト形状に変換される。補正機能は後述するような、エッチング前後の高さ変化や曲率半径変化、それの組合せに関する補正データを参照し設計データの補正を行う。補正されたデータはデータ出力機能を通して出力される。入力データとしては、ｘ，ｙ，ｚ座標で指定した３次元的な形状データや、曲率半径と高さなどで指定したレンズ形状の設計値を利用する。出力されるデータ形式として、フォトマスクの設計データを利用すれば、フォトマスクの作成も効率的に行えるようになる。このような機能は、レジストパターン設計用プログラムを利用することで容易に実現できる。
【００３９】
［レジストパターン設計処理概要］
本実施の形態では、図１又は図２に例示するようなレジストパターン設計装置を用いて微細形状作成用のレジストパターンを設計するが、その概要を説明すると次の通りである。基本的に、本実施の形態では、レジストパターンの形状を予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させておくことで、エッチング後の形状で設計値通りの形状を作成できるようにした点を特徴とする。このようなエッチング時の変形には、選択比（基板のエッチレート／フォトレジストのエッチレート）の変動と等方的な成分による変形がある。このような選択比の変動については、様々な高さのテストパターンをエッチングして、エッチング前後の高さ変動を測定し、その変動量に応じて、フォトレジストパターンを変形させておけばよい。この方法は、曲率半径の大きいレンズパターンの場合に有効である。また、球面やシリンドリカル面の作成においては、様々な曲率半径を含むテスト用のフォトレジストパターンをエッチングして、曲率半径の変化量を予め測定し、その曲率半径の変化分を補正したフォトレジストパターンを作成しておく。曲率半径の評価方法としては、曲率半径の絶対値の差を利用したり、エッチング前後の曲率半径の変化倍率を利用したりすることができる。これらはエッチングされる基板やレジストの材質、エッチングに用いるガスなどで使い分ければよい。また、フォトレジストパターンの作成には、リフロー法、グレイスケールマスクを用いた方法などが利用できるが、特にグレイスケールマスクを利用すれば、任意の相対的な高さを指定した上で、様々な曲率半径を持つレンズを同一面に作成可能で、凹面も作成することができる。この方法は曲率半径が小さい場合に有効である。
【００４０】
このような概要に従うレジストパターンの設計方法ないしは３次元の微細形状パターンの作成方法の処理例を以下に説明する。
【００４１】
［レジストパターン設計処理〜微細形状パターン作成処理の詳細…その１］
微細形状パターン作成処理中のレジストパターン設計処理は、ハードディスク５に格納されているレジストパターン設計用プログラムに従いＣＰＵ１がＲＯＭ２に格納された固定データやＲＡＭ３をワークエリアとして用いながら各種演算処理を実行することにより行なわれる。このようなレジストパターン設計用プログラムに従い実行される処理の流れを図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
まず、作成したい３次元の微細形状の高さや基板、フォトレジストの材質、塗布可能なフォトレジストの厚さに合わせて、フォトリソ条件及びエッチング条件を決定する（ステップＳ１；条件設定過程、条件設定手段、条件設定機能）。この段階では、エッチング後の微細形状の高さが確保できるように、エッチング時のガス流量比、チャンバー内の圧力、基板バイアス等のパラメータを決めておく。
【００４３】
次に、決定したエッチング条件でモニタパターン（テストパターン）をエッチングしそのモニタパターンのエッチング前後の形状変化を測定する（ステップＳ２；形状変化測定過程、形状変化測定手段、形状変化測定機能）。図４に、様々な高さを含むフォトレジストのモニタパターンのエッチング前後での高さｈｒ，ｈｅの変化の例を示した。この例では、基板にネオセラム（日本電気硝子製）、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を用い、基板とレジストとのエッチレートの比率（選択比）が１に近くなるように条件を設定している。選択比が一定であれば、図４中に細線で示すように一定の傾きの直線になるはずであるが、実際は図４中に太線で示すような曲線になっている。即ち、図４に示すように、選択比は必ずしも一定になるわけではなく、エッチング中に変化している場合がある。
【００４４】
次に、測定結果に基づいて、形状変化を補正するための形状変化パラメータを抽出する（ステップＳ３；抽出過程、抽出手段、抽出機能）。本実施の形態では、図４に示したデータに基づいてエッチング後パターンの高さｈｅに対するエッチング前のレジストパターンの高さｈｒを計算するための近似式ｈｅ＝Ａ（ｈｒ）を最小自乗法により求めた。これは、エッチング時のフォトレジストパターンの高さｈｒに対するエッチング後パターンの高さｈｅが、図４のように、ｈｅ＝Ｆ（ｈｒ）で示される変化をする場合、関数Ｆの逆関数ｈｒ＝Ａ（ｈｅ）として求められる。このように求められた逆関数Ａ（ｈｒ）の例を図５に示す。
【００４５】
続いて、これらの測定結果に基づき抽出された形状変化パラメータに従い目標の３次元の微細形状に対するフォトレジストパターンの設計を行う（ステップＳ４；設計過程、設計手段、設計機能）。この際、選択比ｎが一定の場合であれば、目的の微細形状の高さを選択比で割れば（＝１／ｎ）、フォトレジストパターンの高さに関する設計値となる。本実施の形態では、前述の逆関数Ａ（ｈｒ）に従って、目的の微細形状の高さに変換している。図６に目的の３次元の微細形状としてマイクロ凸レンズに適用した場合の選択比補正後の形状例を示す。このマイクロ凸レンズの設計値は曲率半径５３２μｍ、高さ４．３μｍであるが、フォトレジストパターン形状としては、曲率半径６１４．９μｍ、高さ４．６μｍが必要になる。
【００４６】
このようにしてレジストパターン形状の設計が終了した後は、出力される設計されたレジストパターン形状に合わせて、フォトリソ条件の修正及びフォトマスクの作成を行う（ステップＳ５）。本実施の形態の場合では、選択比の変動を考慮したレジストパターン形状の設計値がほぼ球面形状であるため、リフロー法でレジストパターンを作成することが可能である。その場合は、レンズの直径に合わせた遮光部分を持つマスクを作成し、必要なレジストパターンの高さに合わせてレジスト膜厚を変更すればよい。
【００４７】
ここに、レジストパターン形状の設計の結果、球面からのずれが大きい場合や、凹面、元の設計値が非球面の場合などは、リフロー法では対応できないが、このような場合は、透過率分布により露光量を調整することで３次元の微細形状を持ったレジストパターン形状を作成できるグレイスケールマスクを用いればよい。後は、作成したフォトマスクを用い、修正設定したフォトリソ条件に従ってレジストパターンを作成し（ステップＳ６）、設定したエッチング条件に従ってエッチングを行うことにより（ステップＳ７）、目的の３次元の微細形状が得られる（ステップＳ８）。
【００４８】
このようなステップＳ１〜Ｓ４の設計方法を経て作成したレジストパターンはエッチング時の形状変化を予め含んでいるので、エッチング条件の調整による形状の補正が不要であり、エッチングプロセス（ステップＳ７）を容易にすることができる。
【００４９】
また、このようなステップＳ１〜Ｓ８を経て作成された微細形状パターンは、高い形状精度を持っているので、マイクロレンズ等の微細光学部品やＭＥＭＳの性能を向上させるのに有効である。
【００５０】
［レジストパターン設計処理〜微細形状パターン作成処理の詳細…その２］
レジストパターン設計処理例の他例をその２として説明する。ここでは、形状変化パラメータとして球面レンズの曲率半径変化を利用する場合について説明する。図７は様々な曲率半径の凸レンズを含むテストパターンをエッチングした際の曲率半径の変化の様子を示している。このときの基板は石英、エッチングガスにＣＦ４とＣ４Ｆ８を混合したものを用い、ほぼ選択比が１になるように流量比を調整した。エッチング深さは６μｍである。エッチング前後の曲率半径の差をみると、エッチング後の曲率半径に対して、ほぼ１次関数的に変化しているのが判る。また、エッチング前後の比率で見ると、曲率半径１２０μｍ付近までは１．０７程度でほぼ一定であるが、１２０μｍ以下の曲率半径では減少していることが判る。このような曲率半径の変化は、前述のその１で示した選択比の変化によっても生じるが、異方性ドライエッチングが、完全に異方性を保ってエッチングが進むわけではなく、等方的なエッチング成分もある程度含まれていることや、エッチング時の生成物の中に基板表面やレジスト面に堆積してしまうものがあるということが原因である。このような現象による形状変化は特に曲率半径の小さなレンズの場合に影響が大きい。
【００５１】
そこで、ここではステップＳ４のレジストパターン形状設計時には、図７に示したようなグラフ又は測定値から求めた近似式を利用して、レジストパターンの曲率半径を決定する。図７に示すような例では、曲率半径が１２０μｍ以上の場合は曲率半径の比率、１２０μｍ以下のものが含まれるような場合は曲率半径の差が利用しやすい。具体的には、目的の３次元の微細形状が曲率半径ｒの球面又はシリンドリカルレンズである場合、曲率半径ｒに対して一定の値を増減した値（一定の値を加算し、又は、一定の値を減算する）、或いは、一定の値を乗算した値をフォトレジストパターンの曲率半径として決定すればよい。このような設計方法で補正を行って設計されたレジストパターンをエッチングすることにより、様々な曲率半径のレンズが混在するような場合でも、設計値に対して誤差の少ない微細形状パターンを作成することができる。また、曲率半径の小さいレンズパターンでも高い精度で作成することができる。
【００５２】
［レジストパターン設計処理〜微細形状パターン作成処理の詳細…その３］
レジストパターン設計処理例の他例をその３として説明する。この処理例その３は、前述のその１とその２とを組合せたものである。
【００５３】
図８に石英基板上に作成した様々な曲率のレンズパターンをエッチングした際のエッチング前後の曲率半径の差を示す。本実施の形態ではレジストパターン形状の段階での曲率半径を評価する際に、レジストパターン形状に対して、エッチング前後での高さ変動分を補正している。従って、図８はエッチレート（選択比）の変動分を取り除いた後の曲率半径の変動を示していることとなる。図８に示したように、本実施の形態のエッチング条件では、曲率半径の変化がどの曲率半径のパターンでもほぼ一定になっている。さらに、図９にはエッチング量を変化させた場合の曲率半径の差を示している。ここで示されている曲率半径の差は評価を行った様々な曲率半径のレンズで得られた値の平均値である。図９より曲率半径の差はエッチング量に対してほぼ比例していることが判る。
【００５４】
従って、このエッチング条件においては、エッチレートの変動分と曲率半径の変動を分けることにより、曲率半径の変化量を曲率半径に依らない一定の値とすることができるので、レジストパターンの設計を容易にすることができる。また、曲率半径の変化量が、エッチング量にほぼ比例して変化しているので、エッチング前後の形状変化を評価した場合と異なるエッチング量にした場合についても、容易にレジスト形状の補正を行うことができる。このように、エッチング条件によっては、前述のその１とその２の形状変化パラメータを組合せることで、より補正が容易になる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、フォトレジストパターン形状を予めエッチング時の変形分を取り込んだ形状に変形させておくように設計することにより、エッチング後の形状で設計通りの形状を作成することが可能となり、エッチング中に選択比を変化させるような複雑な操作を不要にすることができ、かつ、一定の条件でエッチングが行えるので、エッチングプロセスのばらつきの影響を受けにくく、様々な形状が含まれる場合にも容易に対応することができる。
【００５６】
請求項２又は３記載の発明によれば、選択比の変化による高さ変化をレジストパターン形状の設計で補正するようにしているので、高さ方向の精度が必要な３次元微細形状を高い精度に作成することができる。
【００５７】
請求項４又は５記載の発明によれば、レンズ形状パターンの曲率半径をレジストパターンの設計で補正するようにしているので、曲率半径の精度が必要な３次元微細形状を高い精度で作成することができる。また、これらの組合せによる請求項３ないし５記載の発明によれば、選択比の変化や曲率半径の変化をレジストパターンの形状の設計で補正するようにしているので、様々な高さや曲率半径を含む３次元微細形状を高い精度で作成することができる。
【００５８】
請求項６記載の発明によれば、グレイスケールマスクを利用してレジストパターンを作成するようにしたので、球面以外の複雑なエッチング時の形状変化でも高い精度で適正に補正することができる。
【００５９】
請求項７，１２，１７又は１８記載の発明によれば、エッチング時の変形を考慮した形状のレジストパターンを設計することができる。
【００６０】
請求項８，９，１３又は１４記載の発明によれば、特にエッチング時の選択比の変化による高さ方向の変化に対して、精度の高い形状のレジストパターンを設計することができる。
【００６１】
請求項１０，１１，１５又は１６記載の発明によれば、特にレンズ形状のパターンにおけるエッチング時の曲率半径の変化に対して、高い精度で補正されたレジストパターンを設計することができる。これらの組合せによる請求項９ないし１１，１３ないし１５記載の発明によれば、様々な３次元微細形状に対して、エッチング時の形状変化が効果的に補正されたレジストパターンを設計することができる。
【００６２】
請求項１９記載の発明によれば、エッチング時の変形分が予め考慮されたレジストパターン形状に設計されているので、エッチング時に形状補正のために対策が不要になり、エッチング工程を容易化することができる。
【００６３】
請求項２０記載の発明によれば、高い形状精度を持つ３次元微細形状であり、マイクロレンズやＭＥＭＳの高性能化に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すレジストパターン設計装置のブロック図である。
【図２】その機能構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】レジストパターン設計方法並びに微細形状作成方法の処理過程を示す概略フローチャートである。
【図４】モニタパターンの高さ変動の様子を示す特性図である。
【図５】その逆関数例を示す特性図である。
【図６】その１の処理例の場合の選択比補正後のレンズ形状例を示す特性図である。
【図７】その２の処理例の場合のレンズ曲率半径の変化の様子を示す特性図である。
【図８】その３の処理例の場合のレンズ曲率半径の変化の様子を示す特性図である。
【図９】エッチング量による曲率半径差の変化の様子を示す特性図である。
【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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