(57)【要約】【課題】  そこで本願にかかる発明の目的は形状の非対称性に起因するエッチング工程の誤差を抑制することを目的とした複数回のプロセス、およびプロセスの設計手法を提供すること。【解決手段】  三次元形状形成法において、三次元形状を厚み成分の合計で表現できる少なくとも二つ以上の三次元形状に分割し、分割した形状を個別に転写することとした。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元形状を厚み成分の合計で表現できる少なくとも二つ以上の三次元形状に分割し、分割した形状を個別に転写することを特徴とする三次元形状形成法。
【請求項２】
少なくとも二つ以上に分割した形状のうち、少なくとも一つの形状は同じ断面形状が連続するシリンドリカル形状であることを特徴とする請求項１記載の三次元形状形成法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において二回目以降の形状を形成する工程の際に、下地の凹凸形状に沿って一定の厚みの感光性材料層を形成することを特徴とする三次元形状形成法。
【請求項４】
請求項３記載の感光性材料層を形成するにあたり、感光性材料を噴霧し、堆積させることを特徴とする三次元形状形成法。
【請求項５】
請求項１記載の三次元形状形成法において二回目以降の形状を形成する工程の際に、下地の形状とは無関係に表面が略平面となる感光性材料層を形成することを特徴する請求項１記載の三次元形状形成法。
【請求項６】
請求項５記載の感光性材料層形成工程がスピン塗布法によることを特徴とする三次元形状形成法。
【請求項７】
請求項５記載の三次元形状形成法において、感光性材料の主たる設計波長とは異なり、短い波長の露光光を用いてパターニングすることを特徴とする。三次元形状形成法。
【請求項８】
請求項７記載の三次元形状形成法において、感光性材料の主たる設計波長がｇ線で、露光光の波長がｉ線であることを特徴とする三次元形状形成法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は感光性材料に形成した三次元形状を精度良く別材料に転写するためのプロセス設計方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりマイクロレンズの形成方法としては所望のレジストを加熱して、球面を形成し、ドライエッチングによって母材に転写する方法がある。このようなレジストの形状形成はリフローと呼ばれる工程で知られている。対して、近年では解像限界以下のパターン、あるいは露光条件によって解像力を落とすことで、マスクパターンを解像せず、擬似的に透過率を調整して三次元形状を形成する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。このような新しい試みは任意の三次元形状を形成できる可能性を有していることから大変期待されている。
【０００３】
例えば、三次元形状形成能力を活用したものとしては、一つの素子が非対称形状となるレンズがある（例えば、特許文献２参照。）。非対称形状となるレンズアレイの形成方法について検討した結果、図１に示すようなレジストパターンの作製に成功した。図１のレジストパターンを所望の選択比でドライエッチングして石英に転写した結果が図２である。
【特許文献１】特開６３−２８９８１７号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１５７１８号公報
【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、任意の三次元形状を感光性材料上に形成できるに至り、他の工程で新たな課題が露呈し出した。
【０００５】
リフロー工程などで形成する感光性材料の形状は対称な形状になるのが一般的なので問題と思われる。ところが任意の三次元形状、例えば、従来技術として説明した一つの素子が非対称形状となるレンズの場合には、エッチング中に非対称な誤差が発生する。
【０００６】
特許文献２に開示されたレンズアレイの場合、極端に素子の輪郭が偏平しているために、レンズアレイとしてはほとんどの形状がシリンドリカルレンズに近い。そして、シリンドリカルレンズにわずかに変調がかかった形状の素子幅が短い方向の形状に誤差が多く発生する。特に素子幅が短い方のレンズトップ付近では、エッチング工程が進行して母材に転写されるのが工程の終盤となる為、凹凸形状の高低差に比べてかなりの誤差が発生する。そのため、特にレンズトップにおいて形状が劣化してシャープさに欠ける形状となっていた。その結果、設計値通りのレンズを作製するのが困難であった。このことはエッチング工程前のレジスト形状図１０とエッチング工程後の形状図１１を比較すれば明らかである。
【０００７】
そこで本願にかかる発明の目的は形状の非対称性に起因するエッチング工程の誤差を抑制することを目的とした複数回のプロセス、およびプロセスの設計手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する為に、本願にかかる第一の発明は、目標とする三次元形状を少なくとも複数の形状に分割して形成し、前記複数のプロセスの加工の総和として設計形状を形成することを特徴とする。
【０００９】
また本願にかかる第二の発明は、分割する三次元形状の少なくとも一つはシリンドリカル形状、すなわち少なくとも一つの軸方向には形状の変化を有しない三次元形状とすることを特徴とする。これにより、分割した形状の作製精度を向上、または安定したものにすることができる。
【００１０】
また本願にかかる第三の発明と第四の発明は、二回目以降の凹凸上にパターニング工程で、感光性材料の層が母材の凹凸構造に沿って均一ななることを特徴とする。これにより、パターニングで扱うマスク設計において、感光性材料の膜厚変動を考慮するこなく設計ができ、作製の精度とともにプロセスがより安定したものとなる。
【００１１】
また本願にかかる第五の発明と第六の発明は、二回目以降の凹凸上にパターニングする工程で、感光性材料層の表面を平滑にして形成することを特徴とする。これにより、塗布方法にはスピンコートを採用でき、感光性材料層の厚み誤差を抑制できる。
【００１２】
また本願にかかる第七と第八の発明は、二回目以降の凹凸上にパターニングする工程で、感光性材料の膜厚が場所毎に異なって、基板との界面からの反射が無視できない条件においても良好なパターンを形成できる。なぜなら、露光光に対する感光性材料の透過率が悪いことから、基板と感光性材料の界面からの反射光が著しく減衰して、その影響を最小限に抑えることができるからである。
【００１３】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１４】
本出願にかかる第一の発明によれば、目標とする三次元形状を複数の三次元形状に分割する。それぞれの形状を簡略なものとして、エッチング工程での転写性能を最大限に発生させる。さらに転写形状が高さ方向に小さくなり、エッチング工程の作業時間を短くすることでも誤差の発生を抑制する。
【００１５】
また本出願にかかる第二の発明によれば、簡略な形状に分割する際に同じ断面形状が連続するシリンドリカル形状となるように分割することで、よりエッチング工程での形状に依存する誤差の発生を抑制することができる。
【００１６】
また本出願にかかる第三の発明のよれば、凹凸形状の上にパターニングを行う二回目以降のプロセスにおいて、感光性材料の膜厚を一定にして感光性材料の膜厚に依存する誤差の発生を抑制する。
【００１７】
また本出願にかかる第四の発明によれば感光性材料を霧状して噴霧することにより、複雑な凹凸形状の上にも一定の膜厚で感光性材料層を形成することができる。
【００１８】
また本出願にかかる第五の発明によれば、凹凸形状の上にパターニングを行う二回目以降のプロセスにおいて、感光性材料の表面を平坦となる様に形成することで、マスクの設計手順が平坦な基板上へのプロセスと同様に簡便になる。このことは設計時の複雑さを排除してミスがなく、設計精度が高いマスク提供を可能とする。
【００１９】
また本出願にかかる第六の発明によれば、感光性材料材料層の表面を精度良く平坦に形成することができる。
【００２０】
また本出願にかかる第七と第八の発明によれば、下地基板表面からの反射光の影響が無視できない条件においても、反射光を著しく減少させることができるので、感光性材料と下地基板の界面からの影響によらずに良好なパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例を説明する。作製すべき三次元形状は図１に示す形状とする。本設計形状を半円筒状のシリンドリカル形状と残りの部分とに分けで作製した。その流れを図９に示す。
【００２３】
本発明ではクラリアント社製の感光性材料にＡＺ−Ｐ４０００シリーズ（商品名）のレジストを用いた。石英基板の上に前記レジストを２０ｕｍの厚みで塗布した。図１に示す設計形状１のうち、一素子の短い幅の方向で断面を考えて、断面において一番低い点を抽出する。連続的に断面を考えると、前記各断面の一番低い点を連ねた線は断面を抽出する位置と高さとから二次元の関数となる。ここで、二次元関数を断面にもつシリンドリカル形状２（例えば図２）を設計すると、本願における第一のプロセスにおいて作製すべき形状となる。
【００２４】
次に、元の設計形状から前記シリンドリカル形状を差し引くと本願における第二のプロセスにおいて作製すべき形状となる。本実施例では二段階のプロセスで設計形状を実現している。一度目の作製形状を分離した後にも得意な非対称形状を有する場合には同じ設計手順で形状を単純化できるまで分解すれば良い。本実施例では解像限界以下のパターンを配置して、開口部の面積比率を変えることで露光量を調整するマスクを用い、投影露光装置でパターニングを行った。できあがったレジストパターンはドライエッチング工程によって基板の石英に転写した。事前にデータを取得した開口部の面積比率とレジストの残膜量との関係から欲しい形状に対応するマスクを設計する。この時、目標とする形状に対してドライエッチング工程で発生する選択比は、石英の設計形状からレジスト形状を設計する際に高さ方向の変換係数として考慮しておく。
【００２５】
実際に図１の設計形状を分解して設計したシリンドリカル形状をパターニング、エッチングの工程を経て作製した結果が図２である。図２では測定結果はシリンドリカルレンズ一本分であるが、実際の素子は図２の形状が繰り返されている。高さは約１０ｕｍ程度ある。
【００２６】
次にＡＺ−Ｐ４０００シリーズのレジストをスピンコートする。その上から、パターニングをする。このとき、基板表面にはシリンドリカル上の凹凸があって、表面は平滑にレジストを塗布している（図３）。当然膜厚は場所によって異なっている。ここで我々は別途検討を行ったところ、異なるレジスト膜厚においても、本願のパターニング方法ではパターンの開口率に応じてほぼ同じレジストの現像量（レジストの除去量）を示していることが分かっている（図４）。そこで二回目のプロセスで用いるマスクは、本来の設計形状を元にマスクを設計した。その結果、あたかも平坦な基板上にレジストパターンを形成するが如く、シリンドリカル形状の上にもレジストパターンを形成することができた。その結果のレジストパターンが図５である。ここで、図２のシリンドリカル形状の上に図５のレジストパターンがあるわけであるから、正味のレジストは図６に示す膜厚分布で、シリンドリカル形状を一皮被っている状態となる。レジストの正味の膜厚は約４から５ｕｍである。
【００２７】
最後に二度目に作製したレジストパターンをドライエッチングによってシリンドリカル形状の上に転写した。その結果が図７である。
【００２８】
本発明を用いて非対称な三次元形状を作製すると、エッチング工程の非対称性が薄れて精度良く形成できた。本実施例で指摘すれば、第一のプロセスではシリンドリカル形状を転写することで一つの方向には凹凸の無い、すなわち形状劣化の要因がないパターンとすることで誤差を抑制した。そして第二のプロセスでは、残りの形状だけをレジストパターンとすることで、全体のエッチング工程の時間を短縮し、誤差が発生する余地を与えていない。また転写すべきレジストパターンの形状は非対称性が薄れて、誤差が発生し難いものとなっている。
【００２９】
また第一の実施例によれば感光性材料のレジストをスピンコートしているため、膜厚の制御が基板全面において良好であった。また最後のプロセスではレジスト表面が平坦である為に、必要なレジスト除去量は平坦な基板上にパターンを作製すのと同じで、設計形状からマスクを設計できる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の第二の実施例を説明する。第二の実施例はシリンドリカル形状を形成した後の二度目のプロセスを開始した際に感光性材料であるレジストを噴霧して基板に堆積させた。その結果図８に示す通り、下地の基板表面形状に沿って均一な膜厚で感光性材料の層を形成することができた。第二の実施例ではレジストの塗布方法が異なる。そこで、われわれは平坦な基板にスピンコートした場合とレジストのパターニング特性の違いを検証した。その結果が図９である。平坦な基板にスピンコートした場合と遜色無い特性を得ている。
【００３１】
通常１ｕｍ程度の膜厚でレジスト用いるリソグラフィでは、下地基板の影響を受けて、露光量に対するパターンサイズの影響が敏感な膜厚と鈍感な膜厚があることが知られており、通常は鈍感な膜厚を選択しても用いている。第二の実施例によれば、感光性材料の膜厚が均一である為、下地基板からの反射のあったとしても、パターニングの特性に場所毎のむらが発生すること無く、良好な形状を形成することができた。本実施例においてもパターニングの後に続くエッチング工程も、下地形状の上に覆いかぶさる比較的薄いレジストの転写分だけなので、工程に要する時間も短くて精度良く形状を基板に転写することができた。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例を説明するための図で、設計形状を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例を説明するための図で、本発明での分割した形状の作製結果である。
【図３】本発明の第一の実施例を説明するための図で、二度目のプロセスでレジストを塗布した状態を断面図で示したものである。
【図４】異なるレジスト膜厚におけるレジストの現像量を表す図である。
【図５】レジストパターンを表す図である。
【図６】正味のレジストの膜厚分布を示す図である。
【図７】二度目に作製したレジストパターンをドライエッチングによってシリンドリカル形状の上に転写した図である。
【図８】本発明の第一の実施例を説明するための図である。
【図９】本発明の第一の実施例を説明するための図である。
【図１０】エッチング工程前のレジスト形状図である。
【図１１】エッチング工程後の形状図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  作製する三次元形状の設計形状
２  シリンドリカル形状
３  感光性材料
【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】
2005234409.tif 000009
【図８】
2005234409.tif 000010
【図９】
2005234409.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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