(57)【要約】【課題】レジストパターンをドライエッチングにより基板に転写して３次元の微細形状を作製する微細形状作製方法において、微細形状を作製するためのレジストパターンの形状設計を短時間で容易に行う。【解決手段】エッチング前のエッチング面の評価点の移動方向を示すベクトルを、少なくとも基板にバイアス電界を加える電極に対して垂直な成分Ｅａと、評価点が位置する評価面に対して垂直な成分Ｅｔとの２つの成分に分離し、エッチング時の形状変化の計算にはＥｔのみを用いる。これにより、エッチング時の形状変化の計算ではパラメータとしてＥｔを使用するだけであり、その計算を短時間で簡単に行えるようになり、微細形状を作製するために必要なレジストパターンの設計値の決定を迅速に行える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストパターンをドライエッチングにより基板に転写して３次元の微細形状を作製する微細形状作製方法において、
前記レジストパターンの形状を設計する際にエッチング時の形状変化を予測するための計算を行う工程を含み、
その計算工程において、エッチング前のエッチング面上の評価点のエッチングによる移動方向を示すベクトルを、少なくとも前記基板にバイアス電界を加える電極に対して垂直な成分Ｅａと、前記評価点が位置する評価面に対して垂直な成分Ｅｔとの２つの成分に分離し、エッチング時の形状変化の計算には前記Ｅｔのみを用いるようにしたことを特徴とする微細形状作製方法。
【請求項２】
前記Ｅｔが、
Ｅｔ（ｘ，ｙ）＝（Ａ＋Ｂ（θ））×ｄ
但し、Ａ：角度に依存しない成分
Ｂ：角度依存成分
ｄ：エッチング量
θ：評価点の位置（ｘ，ｙ）の角度
により求められることを特徴とする請求項１記載の微細形状作製方法。
【請求項３】
角度θは、評価点の位置（ｘ，ｙ）を含む範囲の平均値であることを特徴とする請求項２記載の微細形状作製方法。
【請求項４】
前記Ｅａ、Ｅｔの値は、エッチングされる材料ごとに設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の微細形状作製方法。
【請求項５】
前記レジストパターンの形状を設計する工程が、
仮のレジストパターン形状を設定する工程と、
計算によりエッチング後の形状を求める工程と、
計算結果と目的とする微細形状の設計値との誤差を求める工程と、
求めた誤差に基づいて前記仮のレジストパターン形状を修正する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法。
【請求項６】
前記レジストパターンの形状を設計する工程が、
目的とする微細形状の設計値に対して前記Ｅｔの大きさを計算する工程と、
計算された前記Ｅｔを前記設計値に加える工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細形状作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスやシリコンなどの基板上に３次元的な微細形状を作製する方法として、対象とする基板上に樹脂材料であるフォトレジストでレジストパターンを形成し、異方性ドライエッチングにより基板に転写する方法が提案され、実用化されている。
【０００３】
その一例としては、数μｍ程度の領域に分割し、個々の領域ごとに対応する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レジストパターンを作製し、イオンミリングによって基板に転写するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他の一例としては、マイクロレンズ形状を作製する際に、リフロー法でレジストパターンを作製し、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し、設計した形状の微細形状を得るものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、上述した特許文献１、特許文献２等に開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、レジストパターン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（レジストパターンの材料、基板の材料）の成分や組み合わせ、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エッチング速度に違いが生じる。
【０００６】
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。例えば、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り、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、レジストパターンと下地基板と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ず、斜め方向に削っていく成分や、基板表面に堆積する成分の発生などにより、レジストパターンや下地基板の形状がエッチングの進行に伴って変化していく。
【０００７】
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場合、設計値に対して誤差の少ない３次元の微細形状を得ることは困難である。
【０００８】
このようなエッチング時の形状変化をシミュレーションにより予想しておけば、レジストパターン形状に補正を加えることが可能であり、エッチング時の形状変化をシミュレーションにより予想する発明が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このエッチングのシミュレーション方法では、プラズマの状態や表面反応などをできるだけ正確にシミュレーションしてエッチング時の形状変化を再現しようとしている。
【０００９】
【特許文献１】
特表平８−５０４５１５号公報
【特許文献２】
２００２−３２１９４１号公報
【特許文献３】
特開平１０−３２６６７５６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許文献３に開示された方法は、プラズマ解析、表面反応の分子動力学的解析などの手法を用いたシミュレーション方法であり、計算時間に長時間を要し、また、測定が困難なパラメータなどが含まれている場合があり、実際のプロセスでの適用が難しい。
【００１１】
本発明の目的は、微細形状を作製するためのレジストパターンの形状設計を短時間で容易に行うことである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、レジストパターンをドライエッチングにより基板に転写して３次元の微細形状を作製する微細形状作製方法において、前記レジストパターンの形状を設計する際にエッチング時の形状変化を予測するための計算を行う工程を含み、その計算工程において、エッチング前のエッチング面上の評価点のエッチングによる移動方向を示すベクトルを、少なくとも前記基板にバイアス電界を加える電極に対して垂直な成分Ｅａと、前記評価点が位置する評価面に対して垂直な成分Ｅｔとの２つの成分に分離し、エッチング時の形状変化の計算には前記Ｅｔのみを用いるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
したがって、エッチング時の形状変化の計算ではパラメータとしてＥｔを使用するだけであるためにその計算を短時間で簡単に行えるようになり、微細形状を作製するために必要なレジストパターンの設計値の決定を迅速に行える。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の微細形状作製方法において、前記Ｅｔが、
Ｅｔ（ｘ，ｙ）＝（Ａ＋Ｂ（θ））×ｄ
Ａ：角度に依存しない成分
Ｂ：角度依存成分
ｄ：エッチング量
θ：評価点の位置（ｘ，ｙ）の角度
により求められることを特徴とする。
【００１５】
したがって、スパッタリング成分等のエッチング面の傾斜角依存がある場合でも、その傾斜角θを考慮したレジストパターンの設計値の決定を迅速に行える。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の微細形状作製方法において、角度θは、評価点の位置（ｘ，ｙ）を含む範囲の平均値であることを特徴とする。
【００１７】
したがって、評価点の周辺に傾斜角が大きい部分が含まれる場合や、チャージアップの影響等が考えられる場合は、評価している領域の周辺からの影響を受ける場合があるので、評価している領域を含む周囲の広い範囲の平均的な傾斜角に依存する項を加えることにより、高い精度のＥｔを得ることができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記Ｅａ、Ｅｔの値は、エッチングされる材料ごとに設定されることを特徴とする。
【００１９】
したがって、エッチングレートが異なる材料が組み合わされた場合でもエッチング時の形状変化を計算できる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記レジストパターンの形状を設計する工程が、仮のレジストパターン形状を設定する工程と、計算によりエッチング後の形状を求める工程と、計算結果と目的とする微細形状の設計値との誤差を求める工程と、求めた誤差に基づいて前記仮のレジストパターン形状を修正する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
したがって、エッチング時に発生する誤差を補正できるので、精度の高い微細形状を作製できる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記レジストパターンの形状を設計する工程が、目的とする微細形状の設計値に対して前記Ｅｔの大きさを計算する工程と、計算された前記Ｅｔを前記設計値に加える工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
したがって、エッチング時に発生する誤差を補正できるので、精度の高い微細形状を作製できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、エッチングによる形状変化を計算するためのモデルを示したものであり、図１（ａ）はエッチング時の形状変化（エッチング面の評価点の移動方向）を微小領域の移動を示すベクトルで表わした説明図、図１（ｂ）はこれらのベクトルのうちの一つのベクトルを表わした説明図、図１（ｃ）はベクトルのうち等方成分Ｅｔのみを示した説明図である。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、これらのベクトルは２つの成分に分けて考えることができる。１つは異方性ドライエッチングを行う際に基板にバイアス電界を加える電極に対して垂直であって表面の形状によらず大きさが一定の成分Ｅａ（以下、垂直成分Ｅａという）、他の１つは微小領域（評価点が位置する評価面）に対して垂直な成分Ｅｔ（以下、等方成分Ｅｔという）である。
【００２６】
異方性ドライエッチングにおいては、プラズマ内に生成するラジカル、イオンの種類、それらとエッチング面との反応、反応生成物の生成、付着、チャージアップ、チャンバー内の圧力などが複雑に組み合わされた状態でエッチングが進行している。一般的に垂直成分Ｅａは、中性ラジカルとエッチング面の反応がエッチング面へのイオンの衝突で加速されているイオンアシスト化学エッチングの作用であり、等方成分Ｅｔは中性ラジカルによる化学エッチングやイオンによるスパッタリング作用である考えられているが、垂直成分Ｅａと等方成分Ｅｔとに対して、どの反応がどれだけ効いているかを厳密に分けることは困難である。しかしながら、マイクロレンズなどの３次元の微細形状をエッチングした際の形状変化を計算するうえでは、この２つの成分に着目すれば十分である。
【００２７】
このモデルに含まれる２つの成分のうち、垂直成分Ｅａは形状に変化を与えないので、等方成分Ｅｔのみを決定すれば、エッチング前後の形状変化を計算することができる（図１（ｃ）参照）。
【００２８】
図２は、計算値と実測値とを一致させるための等方成分Ｅｔを求めるフローチャートである。まず、テスト用レジストパターンを作製し、その形状を測定する（ステップＳ１）。このテスト用レジストパターンには目的とする微細形状のパラメータ値が含まれるようにするのが望ましい。例えば、曲率半径１３７μｍの凸レンズ形状を作製する場合、エッチング前後の曲率半径が確実に１３７μｍを挟むと考えられるレジストパターンを用意する。
【００２９】
次に、このテスト用レジストパターンのエッチングを行う（ステップＳ２）。このときのエッチング条件は、選択比、エッチングレートなどを考慮して、目的とする３次元の微細形状を作製する際に用いる条件に近いものにしておく。
【００３０】
次に、テスト用レジストパターンのエッチング後の形状を測定し（ステップＳ３）、エッチング前後の形状測定値を使って、等方成分Ｅｔを決定する（ステップＳ４）。等方成分Ｅｔを表わす式は、エッチングを行うガスとエッチング部材（レジスト、基板）との組み合わせなどに応じて異なるものとなる。例えば、石英基板をＣＦ４ガスでエッチングする場合は、蒸発しにくい反応生成物が少ないため、等方成分Ｅｔはエッチング量にほぼ比例した一定の値で表わすことができる。
【００３１】
そして、この等方成分Ｅｔを用いてレジストパターンを作製することにより、目的とする微細形状を作製することができる。
【００３２】
一方、堆積性の成分が多く発生するガスを利用する場合などは、イオンによるスパッタリングの影響が大きくなる為、等方成分Ｅｔを表わす式としてエッチング面の傾斜角θを含むものにする必要があり、
Ｅｔ（ｘ，ｙ）＝（Ａ＋Ｂ（θ））×ｄ
Ａ：角度に依存しない成分
Ｂ：角度依存成分
ｄ：エッチング量
θ：評価点の位置（ｘ，ｙ）の角度
と表わすことができる。
【００３３】
ここで、傾斜角θとは、図１（ｃ）に示すように、各評価点の位置における法線と垂線とにより挟まれた角度である。
【００３４】
また、エッチング面の評価点の周辺に傾斜角が大きい部分が含まれる場合や、チャージアップの影響等が考えられる場合は、評価している領域の周辺からの影響を受ける場合があるので、評価している領域を含む周囲の広い範囲の平均的な傾斜角に依存する項を加えることにより、高い精度のＥｔを得ることができる。
【００３５】
本発明の第２の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態では、石英ガラス上の凹面シリンドリカルレンズパターンを転写する際のエッチングに適用した場合を示す。エッチング装置としてＮＬＤエッチャー（アルバック社製）を用い、エッチングガスとしてＣＦ４ガスとＣ４Ｆ８ガスとを混合し、レジストと基板との選択比がほぼ１になるように調整した。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）は、エッチング前後の断面形状の比較結果を示すグラフである。図３（ａ）はエッチング後の曲率半径が８６．３４μｍ、図３（ｂ）はエッチング後の曲率半径が２６３．５７μｍの場合である。いずれの場合にも、エッチング前後で０．５μｍ程度の形状変化が生じている。
【００３７】
これらのエッチングに際し、最適な等方成分Ｅｔのパラメータを決定し、エッチング後の形状の計算値と実測値とを比較したグラフが図４（ａ）、（ｂ）である。本実施の形態での等方成分Ｅｔは、レジストパターンと石英とに対して、異なる値で、どちらの等方成分Ｅｔも表面の傾斜角度には依存しないものとした。図４（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も計算値と実測値の誤差は±０．０２μｍ以内であった。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、本発明の計算方法を用いた微細形状作製のためのプロセス工程を説明するフローチャートである。ここでは、計算のためのパラメータである等方成分Ｅｔは既に求められているものとする。
【００３９】
まず、作製したい微細形状の設計を行う（ステップＳ１１）。
【００４０】
次に、エッチング時の形状変化の計算によって微細形状の設計値に合うレジストパターンを設計する為、レジストパターン形状を仮設計する（ステップＳ１２）。このときのレジストパターンの仮設計値は、微細形状の設計値と同じものでもかまわない。
【００４１】
次に、レジストパターンの仮設計値を用いて、エッチングによる形状変化のシミュレーションの計算を行う（ステップＳ１３）。この計算において、既に求められているＥｔを用いる。
【００４２】
次に、ステップＳ１３のシミュレーションの計算値と、ステップＳ１１の設計値とを比較し、その誤差が設定値より小さいか否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００４３】
ステップＳ１４での比較の結果、その誤差が設定値より大きい場合は（ステップＳ１３のＮ）、レジストパターンの仮設計値を補正し（ステップＳ１５）、再度、エッチングによる形状変化のシミュレーションの計算（ステップＳ１３）を行い、シミュレーションの計算値とステップＳ１１の設計値との誤差が設定値より小さくなるまでステップＳ１５、ステップＳ１３の処理を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ１４での比較の結果、その誤差が設定値より小さくなった場合は（ステップＳ１３のＹ）、そのときのレジストパターンの仮設計値のレジストパターンを作製できるフォトマスクを作製する（ステップＳ１６）。
【００４５】
次に、ステップＳ１６で作製したフォトマスクを用いて露光することによりレジストパターンを作製する（ステップＳ１７）。なお、設計した微細形状が球面の凸レンズやシリンドリカル凸レンズの場合は、リフロー法を利用することができる。その場合は、設計した微細形状と曲率半径が一致するようにレジストパターンの大きさとレジスト厚さを決めてやればよい。非球面や凹面、その他さまざまな形状に対しては、グレイスケールマスクを用いることができ、その場合は、露光条件とレジスト感度、設計したレジストパターンの高さなどから必要な透過率分布を求めて、フォトマスクを作製する。
【００４６】
その後、ステップＳ１７で作製したレジストパターンの上からエッチングを行うことにより（ステップＳ１８）、ステップＳ１１で設計した微細形状が完成する（ステップＳ１９）。
【００４７】
本実施の形態では、レジストパターンの仮設計値に対するエッチングシミュレーションの計算（ステップＳ１３）と、レジストパターンの設計値の補正（ステップＳ１５）とを繰り返すことで、必要なレジストパターンの形状を設計する場合を例に挙げて説明したが、レジストパターンの傾斜が小さい場合等には、微細形状の設計値に対して等方成分Ｅｔを求める計算を行い、得られた等方成分Ｅｔの値を設計値に加えることでレジストパターンの形状を求めることも可能である。
【００４８】
このようにして作製した微細形状は、設計値に対して誤差を小さく抑えることができるので、マイクロレンズやＭＥＭＳ（光学マイクロ電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ））の作製に利用することで、それらの性能を高めることができる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の微細形状作成方法によれば、エッチング時の形状変化の計算ではパラメータとしてＥｔを使用するだけであるためにその計算を短時間で簡単に行えるようになり、微細形状を作製するために必要なレジストパターンの設計値の決定を迅速に行える。
【００５０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の微細形状作製方法において、前記Ｅｔが、
Ｅｔ（ｘ，ｙ）＝（Ａ＋Ｂ（θ））×ｄ
Ａ：角度に依存しない成分
Ｂ：角度依存成分
ｄ：エッチング量
θ：評価点の位置（ｘ，ｙ）の角度
により求められることを特徴とするので、スパッタリング成分等のエッチング面の傾斜角依存がある場合でも、その傾斜角θを考慮したレジストパターンの設計値の決定を迅速に行える。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の微細形状作製方法において、角度θは、評価点の位置（ｘ，ｙ）を含む範囲の平均値であることを特徴とするので、評価点の周辺に傾斜角が大きい部分が含まれる場合や、チャージアップの影響等が考えられる場合は、評価している領域の周辺からの影響を受ける場合があるので、評価している領域を含む周囲の広い範囲の平均的な傾斜角に依存する項を加えることにより、高い精度のＥｔを得ることができる。
【００５２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記Ｅａ、Ｅｔの値は、エッチングされる材料ごとに設定されることを特徴とするので、エッチングレートが異なる材料が組み合わされた場合でもエッチング時の形状変化を計算できる。
【００５３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記レジストパターンの形状を設計する工程が、仮のレジストパターン形状を設定する工程と、計算によりエッチング後の形状を求める工程と、計算結果と目的とする微細形状の設計値との誤差を求める工程と、求めた誤差に基づいて前記仮のレジストパターン形状を修正する工程と、を含むことを特徴とするので、エッチング時に発生する誤差を補正でき、精度の高い微細形状を作製できる。
【００５４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の微細形状作製方法において、前記レジストパターンの形状を設計する工程が、目的とする微細形状の設計値に対して前記Ｅｔの大きさを計算する工程と、計算された前記Ｅｔを前記設計値に加える工程と、を含むことを特徴とするので、エッチング時に発生する誤差を補正でき、精度の高い微細形状を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるエッチングによる形状変化を計算するためのモデルである。
【図２】計算値と実測値とを一致させるための等方成分Ｅｔを求めるフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるエッチング前後の断面形状の比較結果を示すグラフである。
【図４】最適な等方成分Ｅｔのパラメータを決定し、エッチング後の形状の計算値と実測値とを比較したグラフである。
【図５】本発明の第３の実施の形態における微細形状作製のためのプロセス工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
ステップＳ１２  仮のレジストパターン形状を設定する工程
ステップＳ１３  計算によりエッチング後の形状を求める工程
ステップＳ１４  計算結果と目的とする微細形状の設計値との誤差を求める工程
ステップＳ１５  求めた誤差に基づいて仮のレジストパターン形状を修正する工程
【図１】
2004330310.tif 000003
【図２】
2004330310.tif 000004
【図３】
2004330310.tif 000005
【図４】
2004330310.tif 000006
【図５】
2004330310.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月21日(2004.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明の第２の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態では、石英ガラス上の凹面シリンドリカルレンズパターンを転写する際のエッチングに適用した場合を示す。エッチングガスとしてＣＦ４ガスとＣ４Ｆ８ガスとを混合し、レジストと基板との選択比がほぼ1になるように調整した。