(57)【要約】本発明は、包括的には、改良されたバイナリハーフトーン（「ＢＨＴ」）フォトマスクと、かかるＢＨＴフォトマスクから作製された微細３次元構造（たとえば、ＭＥＭＳ、微小光学、フォトニクス、微細構造および他の３次元微細デバイス）と、に関する。より詳細には、本発明は、ＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計し、そのレイアウトをＢＨＴフォトマスクに転写し、本発明の方法によって設計されるＢＨＴフォトマスクを使用して３次元微細構造を製作する方法を提供する。この点で、ＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計する方法は、少なくとも２つのピクセルを生成するステップと、ピクセルの各々を、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割するステップと、ピクセルを、連続階調の空間光像を形成するようにそれらピクセルに光を透過させるパターンを形成するように配列するステップと、を含む。サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用されることが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さくなければならない。この方法を使用することにより、ＢＨＴフォトマスクを、各グレーレベル間の光強度の変化が有限かつ線形であるように連続したグレーレベルを有するように設計することができる。その結果、このＢＨＴフォトマスクを使用して３次元微細構造を作製する場合、作製されているオブジェクトに対しより平坦かつより直線状の輪郭をもたらすことができる。
2006516751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に透明な基板と、
パターンが形成された不透明層であって、該パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される不透明層と
を備えたことを特徴とするバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項２】
前記サブピクセルの面積は、該バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項３】
前記ピクセルは正方形である請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項４】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項３に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項５】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項３に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項６】
前記ピクセルは、フォトニックアプリケーションのために傾斜レイアウトを形成するように配列される請求項４に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項７】
前記ピクセルは円形である請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項８】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項７に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項９】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項７に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１０】
前記ピクセルは長円形である請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１１】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１２】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのピクセルは矩形である請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１４】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１３に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１５】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１３に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１６】
前記不透明層はクロムであり、前記実質的に透明な層は石英である請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１７】
前記不透明層および前記実質的に透明な層にバイナリ解像パターンをさらに具備する請求項１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１８】
前記バイナリ解像パターンは、２次元集積回路設計の形状を画定する請求項１７に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク。
【請求項１９】
３次元構造を製作するために使用されるバイナリハーフトーンフォトマスクパターンのためのレイアウトを設計する方法であって、
少なくとも２つのピクセルを生成するステップと、
該少なくとも２つのピクセルの各々を、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割するステップと、
前記少なくとも２つのピクセルを、連続階調の空間光像を形成するように該少なくとも２つのピクセルに光を透過させるパターンを形成するように配列するステップと
を備えたことを特徴とするバイナリハーフトーンフォトマスクパターンのためのレイアウトを設計する方法。
【請求項２０】
前記サブピクセルの面積は、前記バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ピクセルの前記少なくとも１つは正方形である請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ピクセルの少なくとも１つは円形である請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ピクセルの前記少なくとも１つは長円形である請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ピクセルの前記少なくとも１つは矩形である請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのピクセルおよびサブピクセルを書き込むためにマスクパターン生成装置を使用するステップをさらに備えた請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記マスクパターンは、全角度機能を有するコンピュータ支援設計システムから生成される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記配列するステップは、前記設計において各グレーレベルに対し層を組み込むステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
マスクパターン生成装置ファイルを編集するステップをさらに備えた請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記設計のグレーレベルの階層を前記ファイルに保持する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記バイナリハーフトーンフォトマスク設計に関して書き込むことができるグレーレベルの最大数を確定するステップをさらに備えた請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記グレーレベルの最大数を前記マスク生成装置のライタグリッド値を前記サブピクセルのサイズで除算することにより計算する請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記バイナリハーフトーンフォトマスク設計を使用してウェハデバイス上にプリントすることができる可能なグレーレベルの数を確定するステップをさらに備えた請求項１９に記載の方法。
【請求項４１】
前記可能なグレーレベルの数は、前記ウェハのデバイス長を個々のグレースケール領域の幅で除算することによって計算される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記バイナリハーフトーンフォトマスク設計を使用して３次元デバイスを作製する際に使用されるフォトレジスト工程のためのダイナミックレンジを確定するステップをさらに備えた請求項１９に記載の方法。
【請求項４３】
前記ダイナミックレンジは、前記サブピクセルの最小開口サイズから前記サブピクセルの最大開口サイズまで変化する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
グレースケール変化を前記ダイナミックレンジ内で前記設計に適用するステップをさらに備えた請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記設計に従って試験フォトマスクを生成するステップをさらに備えた請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
上にフォトレジストを有するウェハを露光ツールに露光させることにより、前記試験フォトマスクのダイナミックレンジを観察するステップをさらに備えた請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記試験マスクに対する前記フォトレジストの応答を正規化するステップであって、それにより前記フォトマスクを通る光の透過における線形応答を達成するステップをさらに備えた請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記ピクセルのサイズの変化を、前記設計の各グレーレベルを通しての透過光強度の等しい変化となるように計算するステップをさらに備えた請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
光の振幅が該光の強度の平方根に比例する場合に前記線形応答が達成される請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記フォトレジストの応答を予測された結果と比較するステップをさらに備えた請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
バイナリハーフトーンフォトマスクを作製する方法であって、
リソグラフィツールに、フォトレジスト層と、不透明層と、実質的に透明な層とを有するバイナリフォトマスクを提供するステップと、
前記フォトマスク上のバイナリハーフトーンフォトマスクパターンに従って前記フォトレジスト層を前記リソグラフィツールに露光させるステップであって、前記パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該少なくとも１つのピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割されるステップと、
前記フォトレジストの望ましくない部分を除去するステップと、
該除去されたフォトレジスト部分の下の前記不透明層の部分をエッチングするステップと、
前記フォトレジスト層の残りの部分を除去するステップと
を備えたことを特徴とするバイナリハーフトーンフォトマスクを作製する方法。
【請求項５２】
前記サブピクセルの面積は、前記バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのピクセルは正方形である請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記ピクセルは円形である請求項５１に記載の方法。
【請求項５７】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記エッチングするステップをプラズマドライエッチング技法によって行う請求項５１に記載の方法。
【請求項６０】
前記エッチングするステップをウェットエッチング技法によって行う請求項５１に記載の方法。
【請求項６１】
連続階調の実質的に直線状かつ平坦な面を有するウェハを具備し、
該ウェハの前記面は、バイナリハーフトーンフォトマスクから生成される光空間像の形状に対応し、前記フォトマスクの上にパターンが形成され、該パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割されることを特徴とする微細３次元構造。
【請求項６２】
前記サブピクセルの面積は、前記バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項６１に記載の微細３次元構造。
【請求項６３】
前記少なくとも１つのピクセルは正方形である請求項６１に記載の微細３次元構造。
【請求項６４】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項６３に記載の微細３次元構造。
【請求項６５】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項６３に記載の微細３次元構造。
【請求項６６】
前記正方形ピクセルは、フォトニックアプリケーションのためのレイアウトを形成するように配列される請求項６３に記載の微細３次元構造。
【請求項６７】
前記レイアウトは傾斜レイアウトである請求項６４に記載の微細３次元構造。
【請求項６８】
３６５ｎｍの光を透過すると共にＮＡ０．４で且つシグマ０．７の露光ツールが使用される請求項６４に記載の微細３次元構造。
【請求項６９】
前記ピクセルは円形である請求項６１に記載の微細３次元構造。
【請求項７０】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項６９に記載の微細３次元構造。
【請求項７１】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項６９に記載の微細３次元構造。
【請求項７２】
前記円形ピクセルは、円錐状傾斜レイアウトを形成するように配列される請求項７０に記載の微細３次元構造。
【請求項７３】
３６５ｎｍの光を透過すると共にＮＡ０．４で且つシグマ０．７の露光ツールが使用される請求項７０に記載の微細３次元構造。
【請求項７４】
露光ツールとフォトレジスト層でコーティングされたウェハとの間にバイナリハーフトーンフォトマスクを提供するステップであって、該バイナリハーフトーンフォトマスクが、
実質的に透明な基板と、
パターンが形成された不透明層であって、該パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される不透明層と
を備えるステップと、
前記バイナリハーフトーンフォトマスク上のパターンに従って、前記ウェハの前記フォトレジスト層を前記露光ツールに露光させるステップと
を備えたことを特徴とする３次元微細構造を製作する方法。
【請求項７５】
望ましくないフォトレジストを除去するステップであって、それにより、除去されなかった該フォトレジストに３次元輪郭を形成するステップをさらに備えた請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記ウェハを、前記残りのフォトレジストに形成された前記３次元輪郭に形状が対応するように所定深さまでエッチングするステップをさらに備えた請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記サブピクセルの面積は、前記バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項７４に記載の方法。
【請求項７８】
前記ピクセルは正方形である請求項７４に記載の方法。
【請求項７９】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記ピクセルは円形である請求項７４に記載の方法。
【請求項８２】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
リソグラフィツールに、フォトレジスト層と、不透明層と、実質的に透明な層とを有するバイナリフォトマスクを提供するステップと、
バイナリハーフトーンフォトマスクパターンに従って前記フォトレジスト層をリソグラフィツールに露光させるステップであって、前記パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割されるステップと、
前記フォトレジストの望ましくない部分を除去するステップと、
該除去されたフォトレジスト部分の下の前記クロム層の部分をエッチングするステップと、
前記フォトレジスト層の望ましくない部分を除去するステップと、
前記バイナリハーフトーンフォトマスクにおける前記パターンを第２の基板に転写するステップであって、それにより該第２の基板上に該フォトマスクによって画定される連続階調パターンを生成する、転写するステップと
を備えたことを特徴とするステップ・アンド・フラッシュテンプレートを作製する方法。
【請求項８５】
前記転写するステップを縮小リソグラフィシステムを使用して行う請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記第２の基板を剛性材料から作製する請求項８４に記載の方法。
【請求項８７】
前記第２の基板を、溶解シリカ、ガラス、金属、結晶構造およびプラスチックからなる群から作製する請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
インプリントリソグラフィアプリケーションを製作するためのインプリンティングまたはスタンピングプレートとして前記第２の基板を使用するステップをさらに備えた請求項８４に記載の方法。
【請求項８９】
それぞれ第１の軸において可変長を有し且つ第２の軸において固定長を有するサブピクセルによってさらに画定される少なくとも２つのピクセルと、
連続階調の空間光像を形成するように光を前記フォトマスクに透過させるために前記少なくとも２つのピクセルのアレイによって形成されるパターンと
を備えたことを特徴とするバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９０】
前記サブピクセルの面積は、前記バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項８９に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９１】
前記ピクセルの前記少なくとも１つは正方形である請求項８９に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９２】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９３】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９１に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９４】
前記ピクセルの少なくとも１つは円形である請求項８９に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９５】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９４に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９６】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９４に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９７】
前記ピクセルの少なくとも１つは長円形である請求項８９に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９８】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９７に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項９９】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項９７に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項１００】
前記ピクセルの前記少なくとも１つは矩形である請求項８９に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項１０１】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１００に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項１０２】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１００に記載のバイナリハーフトーンフォトマスク設計レイアウト。
【請求項１０３】
実質的に透明な基板と、
パターンが形成された不透明層であって、該パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、該ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される不透明層と
を備えたことを特徴とするグレースケールフォトマスク。
【請求項１０４】
前記サブピクセルの面積は、該グレースケールフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１０５】
前記ピクセルは正方形である請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１０６】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０５に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１０７】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０５に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１０８】
前記ピクセルは、フォトニックアプリケーションのために傾斜レイアウトを形成するように配列される請求項１０５に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１０９】
前記ピクセルは円形である請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１０】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０９に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１１】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１０９に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１２】
前記ピクセルは長円形である請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１３】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１１２に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１４】
前記サブピクセルは半径と弧長とを有し、該サブピクセルの各々の前記半径は前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記弧長は１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１１２に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１５】
前記少なくとも１つのピクセルは矩形である請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１６】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１１５に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１７】
前記サブピクセルは高さと長さとを有し、該サブピクセルの各々の前記高さは前記ピクセルのピッチのおよそ１／３、１／４、または１／５であり、前記サブピクセルの各々の前記長さは１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する請求項１１５に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１８】
前記不透明層はクロムであり、前記実質的に透明な層は石英である請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１１９】
前記不透明層および実質的に透明な層にバイナリ解像パターンをさらに備えた請求項１０３に記載のグレースケールフォトマスク。
【請求項１２０】
前記バイナリ解像パターンは、２次元集積回路設計の形状を画定する請求項１１９に記載のグレースケールフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、包括的にはバイナリハーフトーン（「ＢＨＴ」）フォトマスクおよび３次元微細構造（たとえば、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）、微小光学、フォトニクス、微細構造、インプリントリソグラフィアプリケーションおよび他のデバイス）ならびにそれらを設計し製作する方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
最近の技術的進歩により、フォトニクス、通信および集積回路を含む種々の分野において、３次元ＭＥＭＳ、微小光学デバイスおよび他の微細構造を使用することが可能になった。従来、これらの極めて小さいデバイスは、レーザ微細加工ツールを使用して製作された。しかしながら、この方法は時間がかかるとともに費用がかかり、そのため、通常、製造業者が費用効率よく生産要求を満たすことが困難であった。この点で、かかる技法は、集積回路を製造するために一般に適用される技法ではうまくいかなかった。それは、設計の各ピクセルを新しいアルゴリズムを使用して書き換えなければならなかったためである。これは、面倒かつ時間のかかる仕事であったため、多くの業者は微細加工ツールを使用しないようにしてきた。
【０００３】
小規模の３次元構造を使用するのが望ましいという観点から、レーザ微細加工ツールに関連する問題を回避しようとして他の製造技法が開発されてきた。特に、集積回路を製作するために使用される従来の光リソグラフィ技法が、３次元微細構造を製造するように適合された。従来の光リソグラフィでは、完全に解像されたパターンを、バイナリフォトマスクにエッチングし、ウェハを露光ツール（たとえば、ステッパ）を通して露光させることにより、ウェハに転写する。より詳細には、バイナリフォトマスクは、通常、実質的に透明な基板（たとえば、石英）と、転写されるパターンがエッチングされる不透明層（たとえば、クロム）と、からなる。また、フォトマスクに、たとえば反射防止層（たとえば、酸化クロム）を含む他の層が含まれてもよい、ということも知られている。そして、処理されている集積回路の基板におけるフォトレジストを現像し、露光された部分かまたは露光されていない部分のいずれかを除去する。その後、フォトレジストが除去された領域において基板上の材料をエッチングする。従来のバイナリフォトマスク（たとえば、石英の上にクロムが形成されたマスク）を製造する際に伴う技術の例と、集積回路を製造するためのその使用とは、たとえば米国特許第６，４０６，８１８号に開示されている。
【０００４】
バイナリフォトマスクと半導体デバイスとを製作するこれら既知のプロセスが、３次元の微細デバイスを製造するように変更された。この点で、バイナリの完全に解像されたマスクパターンの代りに、フォトマスク（たとえば、ガラスの上にクロムが形成されたマスク）上に連続階調パターンを使用して、画像形成中にフォトマスクを通して連続階調強度をもたらすことが知られている。１つのタイプの連続階調の可変透過率フォトマスクは、バイナリハーフトーン（「ＢＨＴ」）フォトマスクとして一般に知られている。ＢＨＴフォトマスクは、２つのレベルのグレートーン（たとえば、０％透過型および１００％透過型）を使用する。別のタイプの連続階調の可変透過率フォトマスクは、グレースケールフォトマスクとして知られており、それは、フォトマスクを通して光のさまざまなレベルの透過率を使用する（たとえば、０％、５０％、１００％等）。これらのタイプの可変透過率フォトマスクを使用することにより、連続階調パターンを使用することによってウェハ上のフォトレジストに３次元構造を形成することができる。
【０００５】
ＢＨＴフォトマスクは、通常、幅およびピッチの特徴変更に基づいて露出光源の光強度を部分的に透過させるサブ解像度特徴を有するように設計される。この点で、当該技術分野では、図１および図２に示すように、フォトマスクのパターニングされた領域を、光が透過するマスク上の領域を画定するピクセルおよびサブピクセルに分割する（一般に、「サブピクセル化」と呼ぶ）ことにより、微細な面に対しＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計することが知られている。ＢＨＴフォトマスクパターンを画定するサブピクセルは、結果としてのウェハ上にグレースケール画像を作成することができるように、使用されている露光ツールの解像度より小さくなるように設計される。サブピクセルのサイズの境界は、通常、以下のようにレーリーの式（１）によって定義される。
（１）Ｒ＝ｋλ／ＮＡ
ここで、Ｒはウェハの最小解像可能ハーフピッチフィーチャであり、λは露光ツールの波長であり、ＮＡは使用されている露光ツールの光学系の開口数であり、ｋ（ｋファクタ）は、値が工程能力によって決まる単位なしの定数である（たとえば、ｋファクタが小さいほど、より優れた低コントラストの空間画像を見ることができる）。一般的に言えば、グレースケール設計によって要求されるサブピクセルは、結像系において解像されていないことが必要があり、そのため、ｋファクタは好ましくは０．５未満でなければならない。しかしながら、実際問題として、ｋファクタは、０．５より幾分か大きい場合があり、それでもなお露光ツールによっては全工程により解像されない可能性がある。フォトマスク設計者は、最適な解像可能でないフィーチャサイズに収束するために、KLA-Tencorによって製造されるＰｒｏｌｉｔｈ／２等の較正されたシミュレーションツールを使用してきた。不都合なことに、式（１）の要件を満たさない他の多くのツールがあり、そのため、フォトマスクの設計は、設計者が利用可能な設計ツールの能力によって制限されることが多い。さらに、フォトマスクが一般に、３次元デバイス（たとえば、フォトニクスアプリケーション）に加えて他の構造（たとえば、集積回路パターン等の２次元のバイナリ部品）を含むように設計されるため、この問題は、上記式によって暗示される問題よりさらに複雑である。かかる場合、ＢＨＴセル設計によっては、マスク上のクロムまたはクロムアイランドに孤立された空間を含む可能性があり、ハーフピッチの概念が画定されない。
【０００６】
当業者には理解されるように、許容可能な表面粗さが、製作中のデバイスにおける最小フィーチャサイズに影響を与える。たとえば、式（１）においてｋファクタが０．７である（すなわち、最小フィーチャサイズが、光学系によって解像可能である）場合、ステップ傾斜（step-ramp）レイアウトを有するＢＨＴフォトマスクを構成しようと試みることにより、図３に示すように、傾斜パターンの各ステップ内にサブリップル（sub-ripple）がもたらされる。デバイスの仕様が許すアプリケーションによっては、リップル効果は望ましくはないが許容可能な場合がある。しかしながら、多くのアプリケーションでは、サブリップル効果は許容できるものではない。それは、製作されているデバイスの性能を最適にするために、より平坦な輪郭が必要だからである。従来技術によるＢＨＴフォトマスク設計は、より平坦な輪郭を達成するために小さいｋファクタを使用する必要があるため、マスク設計者は、この要件を満たす設備に制限される。
【０００７】
ｋファクタに加えて、ＢＨＴフォトマスクレイアウトの設計は、たとえば、解像度、倍率、波長等を含む、使用されている光リソグラフィ設備の他の仕様によって管理される。この点で、微小光学面生成等の既知のグレースケールアプリケーションでは、データが、ほとんどのマスクパターン生成装置で典型的な解像度より高い解像度を有する必要がある。その結果、マスク設計者は、関連するグレーレベルグリッド設計に一致する能力を有する書込みツールのみに制限される。たとえば、２０ｎｍの書込みグリッドを有するＭＥＢＥＳ４５００等の電子ビーム書込みツールは、サブピクセルのばらつきが１０ｎｍであるＢＨＴ設計を適当に複製することができない。対照的に、書込みアドレスが５ｎｍであるＡＬＴＡ３５００等のレーザビーム書込みツールは、同じ設計を複製することができる。
【０００８】
さらに、マスクにカスタム材料を必要とする画像形成ソリューションでは、通常フォトマスクに新しい材料を組み入れることに関連する問題があるため、全製造プロセスにおいて費用がかさみ複雑性が増すことが多い。たとえば、当該技術分野では、３次元デバイスを作成するためにＢＨＴフォトマスクではなく可変減衰膜（「ＶＡＦ」）を使用することが知られている。しかしながら、ＶＡＦは、通常高価であり、決して望ましい結果をもたらすものではない。
【０００９】
マスクパターン設計が完了すると、図４に示すように、従来のバイナリフォトマスクを処理するために使用する方法に類似する光リソグラフィ方法を使用して、設計をフォトマスクに転写する。より詳細には、フォトレジスト層５１、クロム層５３および石英層５５を有するバイナリフォトマスクを、フォトマスクパターン生成装置の下に配置する。フォトレジスト層５１を、ＢＨＴフォトマスクを定義するデータファイルに従って、光、レーザ、電子ビームまたは他の書込みツールに露出させる。フォトレジスト層５１の露出された部分を現像する（すなわち、除去する）ことにより、下にあるクロム層５３のクロム部分を露出させる。次に、露出されたクロム部分をエッチングして取り除く（たとえば、ドライプラズマまたはウェットエッチング技法による）。その後、ＢＨＴフォトマスクレイアウトに従って、残っているフォトレジスト５１を除去することにより、完成したＢＨＴフォトマスクを形成する。
【００１０】
次に、ウェハステッパまたは他の光リソグラフィツールを使用して、フォトレジストでコーティングされたウェハに、マスクによって画定される可変強度グレートーンパターンを転写する。より詳細には、ＢＨＴフォトマスクにおける開口によって画定されるように、ウェハ上のフォトレジストの部分に、種々の強度の光を露出させる。そして、フォトレジストは光密度の変化を示し、その上にグレースケールの輪郭が作成される。しかしながら、フォトレジスト工程は、使用されている可変線量パターン生成装置に制限されることが多い、ということに留意されたい。次に、露光されたフォトレジストを除去し、残りのフォトレジストが、マスク設計に対応するグレースケールパターンを形成する。そして、フォトレジストおよびウェハを、グレースケールパターンに従うように所定深さまでエッチングする。その結果、ウェハ上に３次元微細構造が形成される。
【００１１】
上述した既知の方法では、必要とされるアプリケーション（たとえば、３次元微細構造）に適応する最小フィーチャサイズを、既知のシミュレーション技法を用いて、実験または他の方法により確定する。最小フィーチャサイズが確定されると、マスク寸法を規定するピクセルが生成される。グレースケール設計（たとえば、可変ピッチおよび可変サブピクセル化方法を用いて、正方形、ピクセルまたはスポット）を配列するために、さまざまな方法が適用されてきた。しかしながら、これらの方法にはそれぞれ限界がある。この点で、線および空間的特徴を制御するよりコンタクトホールおよびスポット特徴を制御する方が難しいことが知られている。その結果、設計の面取りと直線性とをともに妥協する。同様に、可変ピッチ方法は、ＢＨＴマスクにおいて正しい開口を注意深く画定するために各ピクセル位置に異なるアルゴリズムを適用することが必要であるため、問題がある。レイアウトに対しダイナミックレンジを考慮する場合、正方形ピクセルは、サイズがコンタクト領域にわたって変化するため非線形に変化する。これにより、プロセスの非線形性を補正するために必要な細かい変更を行うマスク設計者の能力が制限される可能性がある。これらの方法では、設計全体に対し多数の調整を行う必要があるため、マスクを用意するために費用と処理時間とが加算される。
【００１２】
ＢＨＴフォトマスクを設計する既知の方法の一例は、米国特許第５，３１０，６２３号（「‘６２３特許」）に述べられている。‘６２３特許は、フォトレジスト材料に画像複製が生成され、最終的に基板に転写されるのを可能にするように、正確に配置されかつ寸法が決められた光透過開口を有する単一露光マスクを使用して、マイクロレンズを製作する方法を教示する。開示されているように、フォトマスクの設計を、３次元モデリングソフトウェアを使用して生成し、そこでは、単一ピクセルがマイクロレンズの形状を画定する。単一ピクセルは、「サブピクセル」に細分され、その後、グレースケール解像度要素に細分される。各サブピクセルおよびグレースケール解像度要素は、両側において「サイズが等しい」ように設計される。（６段３０行）。言い換えれば、各サブピクセルおよびグレースケール要素は、完全な正方形である。
【００１３】
米国特許第６，３３５，１５１号は、オブジェクトの表面の外形を画定する「ピクセル」および「スーパーピクセル」から構成されるマスクを作成し、マスクのパターンをフォトレジスト膜上に結像させ、３次元面をフォトレジストから基板に転写することにより、微細な３次元オブジェクトを製作する方法について開示している。
【００１４】
従来技術で使用される従来の正方形ピクセルアレイ方法は、有用ではあるが、それぞれ欠点を有する。この点で、従来技術は、光学系の最小解像可能フィーチャサイズよりサイズが小さい正方形ピクセルを使用することを開示している。そして、‘１５１および‘６２３特許において開示されるように、各ピクセルを、それぞれの面積がｘ軸およびｙ軸の両方において変化するサブピクセルに分割する。その結果、各サブピクセルの面積の変化は、幅の二乗であり、それにより、各グレーレベル間の光強度の変化が非線形となりしばしば無限になる。このように、光の透過率は、正方形サブピクセルのサイズとともに、マスクパターン生成装置によって可能にされる最小の寸法とによって制限される。したがって、従来技術による方法によって作製される３次元オブジェクトは、特にオブジェクトに勾配が付けられている場合、ぎざぎざの面を有する傾向がある。これらの方法が下限の結果をもたらすため、多くの業者は、３次元微細デバイスを作製するためにＢＨＴフォトマスクを使用しなくなった。
【００１５】
このように、従来技術に関連するこれらの欠点を克服するために、ＢＨＴフォトマスクを作製するための新たな設計ルールおよびレイアウト選択が長い間必要とされている。
【００１６】
従来技術は重要であるが、従来技術の既知の方法および装置はいくつかの限界を示し、本発明はそれらを克服しようとするものである。
【００１７】
特に、平坦な輪郭を有するＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計する方法を提供することが、本発明の目的である。
【００１８】
広範囲の光学系の仕様を満たすＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計する方法を提供することが、本発明のさらなる目的である。
【００１９】
各グレーレベル間の光強度の変化が線形でありかつ有限であるＢＨＴフォトマスクを設計することが、本発明の別の目的である。
【００２０】
従来技術の欠点を解決することが、本発明の別の目的である。
【００２１】
他の目的は、以下の説明から明らかとなろう。
【００２２】
［発明の概要］
ここで、本発明の上記および関連する目的は、ＢＨＴフォトマスクおよび微細３次元構造とそれらを設計し製作する方法との形態で達成される、ということが分かった。ＢＨＴまたはグレースケールフォトマスクのレイアウトを設計する方法を、電子データベース内で計算された特定の設計ルールによって管理する。
【００２３】
より具体的には、本発明は、実質的に透明な基板と、パターンが形成された不透明層とを具備するバイナリハーフトーンフォトマスクに関する。パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。本発明の一実施形態では、ピクセルは正方形であり、サブピクセルは高さと長さとを有し、サブピクセルの各々の高さは、ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、サブピクセルの各々の長さは、１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する。別の実施形態では、ピクセルは円形であり、サブピクセルは半径と弧長とを有し、サブピクセルの各々の半径は、ピクセルのピッチのおよそ１／２であり、サブピクセルの各々の弧長は、１つの軸のみに沿って反対方向に線形に変化する。
【００２４】
本発明はまた、３次元構造を製作するために使用されるバイナリハーフトーンフォトマスクパターンのためのレイアウトを設計する方法に関する。本方法は、少なくとも２つのピクセルを生成するステップと、ピクセルの各々を、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割するステップと、ピクセルを、連続階調の空間光像を形成するようにピクセルに光を透過させるパターンを形成するように配列するステップとを含む。好ましい一実施形態では、サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい。
【００２５】
さらに、本発明は、バイナリハーフトーンマスクを作製する方法に関する。本方法は、リソグラフィツールに、フォトレジスト層と、不透明層と、実質的に透明な層とを有するバイナリフォトマスクを提供するステップを含む。さらに、フォトマスク上のバイナリハーフトーンフォトマスクパターンに従ってフォトレジスト層をリソグラフィツールに露光させ、パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定される。各ピクセルは、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。次に、フォトレジストの望ましくない部分と、除去されたフォトレジスト部分の下の不透明層の部分をエッチングする。その後、フォトレジスト層の残りの部分が除去される。ここでもまた、各サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さいことが好ましい。
【００２６】
本発明はまた、上述した方法により作製される微細の３次元構造に関する。この点に関して、本３次元構造は、連続階調の実質的に直線状かつ平坦な面を有するウェハを具備し、ウェハの表面は、バイナリハーフトーンフォトマスクから生成される光空間像の形状に対応する。バイナリハーフトーンフォトマスクにはパターンが形成され、当該パターンは、少なくとも１つのピクセルによって画定される。各ピクセルは、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。ここでもまた、各サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい。
【００２７】
本発明はまた、上述した方法による、３次元微細構造を製作する方法に関する。この点に関して、３次元構造を製作する方法は、露光ツールとフォトレジスト層でコーティングされたウェハとの間にバイナリハーフトーンフォトマスクを提供するステップを含む。バイナリハーフトーンフォトマスクは、実質的に透明な基板と、パターンが形成された不透明層を具備する。パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、各ピクセルは、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さいことが好ましい。次に、バイナリハーフトーンフォトマスク上のパターンに従って、ウェハのフォトレジスト層が露光ツールに露光される。その後、望ましくないフォトレジストを除去し、それにより、除去されなかったフォトレジストに３次元輪郭を形成する。次に、ウェハは、残りのフォトレジストに形成された３次元輪郭に形状が対応するように所定深さまでエッチングされる。その後、残りのフォトレジストは除去される。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、ステップ・アンド・フラッシュテンプレートを作製する方法が提供される。本方法は、リソグラフィツールに、フォトレジスト層と、不透明層と、実質的に透明な層とを有するバイナリフォトマスクを提供するステップを含む。フォトレジスト層は、少なくとも１つのピクセルによって画定されるバイナリハーフトーンフォトマスクパターンに従ってリソグラフィツールに露光され、各ピクセルは、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さいことが好ましい。次に、フォトレジストの望ましくない部分をフォトマスクから除去するとともに、除去されたフォトレジスト部分の下のクロム層の部分をエッチングする。その後、フォトレジスト層の残りの部分を除去し、バイナリハーフトーンフォトマスクにおけるパターンを第２の基板に転写し、それにより当該第２の基板上にフォトマスクによって画定される連続階調パターンを生成する。第２の基板は、溶解シリカ、ガラス、金属、結晶構造、プラスチック、または他の類似の材料を含むがこれに限定されない剛体材料から作製されることが好ましい。その後、第２の基板はインプリントリソグラフィアプリケーションを製作するためのインプリンティングまたはスタンピングプレートとして使用される。
【００２９】
本発明の別の実施形態は、本明細書に記載する方法に従って作製されるグレースケールフォトマスクに関する。グレースケールフォトマスクは、実質的に透明な基板と、パターンが形成された不透明層とを具備する。パターンは少なくとも１つのピクセルによって画定され、ピクセルの各々は、第１の軸において可変長を有し第２の軸において固定長を有するサブピクセルに分割される。サブピクセルの面積は、バイナリハーフトーンフォトマスクを使用することが意図される露光ツールの光学系の最小解像度より小さい。
【００３０】
本発明の上記および関連する目的、特徴および利点は、添付図面とともに、本発明の例示的ではあるが好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照してより完全に理解されよう。
【００３１】
［発明の詳細な説明］
本発明は、包括的には、改良されたＢＨＴフォトマスクと、かかるフォトマスクから作製される微細３次元構造と、に関する。本発明はまた、かかる微細３次元構造（たとえば、ＭＥＭＳ、微小光学、フォトニクス、微細構造および他の３次元微細デバイス）を作成する際に使用されるＢＨＴフォトマスクを設計し製作する方法に関する。より詳細には、本発明は、ＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計し、そのレイアウトをＢＨＴフォトマスクに転写し、本発明の方法によって設計されるＢＨＴフォトマスクを使用して３次元微細構造を製作する方法を提供する。後に分かるように、本発明の方法により、フォトマスク設計者は、各グレーレベル間の光強度の変化が有限かつ線形であるように、連続したグレーレベルを有するようにＢＨＴフォトマスクを設計することができる。結果として、このＢＨＴフォトマスクを使用して３次元微細構造を作製する場合、作製されているオブジェクトに対しより平坦かつより直線状の輪郭をもたらすことができる。同様に、本発明の方法によって設計されるＢＨＴフォトマスクは、すべてではないが大部分の光学ツールのサブ解像度要件をみたす、ということがわかった。ここで、本発明の各態様について説明する。
【００３２】
本発明の第１の態様は、ＢＨＴフォトマスクに対する設計を生成する方法に関する。より詳細には、本発明の方法は、フォトマスクを透過する時の可変光強度の実質的に線形な変化を達成するフォトマスクパターンを生成するように、電子データベース内で計算された特定の設計ルールを実施する。
【００３３】
より詳細には、本発明のＢＨＴフォトマスク設計方法は、好ましくは正方形または円形である一続きのピクセルを使用し、その面積は、使用されているマスクパターン生成装置の解像度を制限しないような方法で変化する。（正方形または円形ピクセルが好ましいが、本発明はそのようには限定されず、長円形状、矩形等の他の形状のピクセルに適用してもよい）。好ましい一実施形態では、ピクセル１９を、その面積が、使用されているマスクパターン生成装置の最小解像度より大きいように生成する。その後、図５ａおよび図５ｂならびに図６ａおよび図６ｂに示すように、サブピクセル２１ａおよび２１ｂ等の２つのハーフピクセルに分割する。各サブピクセル２１ａおよび２１ｂは、高さｈ（正方形ピクセルの場合、図５ａおよび図５ｂ参照）、または半径ｒ（円形ピクセルの場合、図６ａおよび図６ｂ参照）を有し、各サブピクセル２１ａおよび２１ｂの高さｈまたは半径ｒは固定長である。一実施形態では、各サブピクセル２１ａおよび２１ｂの高さｈまたは半径ｒは、場合によっては、ピクセル１９のピッチｐのおよそ１／２に等しい。しかしながら、サブピクセル２１ａおよび２１ｂの高さｈまたは半径ｒ（場合によっては）を、限定されないが以下の構成を含む他の固定長に分割してもよい、ということに留意する。すなわち、サブピクセル２１ａの高さｈは、ピクセル１９のピッチの１／３であり、サブピクセル２１ｂの高さｈは、ピクセル１９のピッチの２／３であり、またはその逆であり、もしくは、サブピクセル２１ａの高さｈは、ピクセル１９のピッチの１／４であり、サブピクセル２１ｂの高さｈはピクセル１９の３／４であり、またはその逆である、等である。この点で、各サブピクセル２１ａおよび２１ｂの高さｈまたは半径ｒを、合計したそれらの総ピッチが、それらが分割された元のピクセル１９のピッチに等しいように分割しなければならない。次に、各サブピクセルの長さｌ（正方形ピクセルの場合）または弧θ（円形ピクセルの場合）を、それぞれ図５ａおよび図５ｂならびに図６ａおよび図６ｂに示すように、生成されている特定のパターン設計に応じて、完全なピクセルの総面積を増加または減少させるように交互の配置で１つの軸のみに沿って反対方向に変化させる。この点で、各サブピクセル２１ａおよび２１ｂの面積を、使用されている露光ツールの光学系の最小解像可能ピッチに等しいかまたはそれより小さい量まで線形に変化させなければならない。さらに、ＢＨＴフォトマスク設計を形成するためにわずかな数のサブピクセルのみを配置する場合、サブピクセル２１ａおよび２１ｂが画像書込みプロセス中に解像されないことを確実にし、そのため従来技術によって示されたサブピクセル効果を回避するように、ピクセル１９の寸法を、使用されている露光ツールの最小解像度を満足させるように決めることが好ましい。本明細書の以下では、変更された各ピクセル１９を、ハーフピッチ拡張セル（Half-Pitch Expansion Cell）（「ＨＰＥＣ」）と呼ぶ。この工程を繰り返し、一続きのＨＰＥＣを、製作される３次元デバイスの設計を反映するように配列する。ＨＰＥＣをこのように配列することにより、連続したグレーレベルが、各グレーレベル間の光強度の変化（すなわち、振幅）が線形かつ有限であるように作成される。この点で、この方法によって、パターニングされたアレイにおけるあり得るグレーレベルの数が増加するため、ＢＨＴマスク設計は、最大開口から最小開口まで実質的に連続した可変ピクセルサイズを達成することにより、マスクを通る１００％〜０％透過率をもたらす。その結果、ＢＨＴフォトマスクを用いて形成されている３次元オブジェクト上に、より平坦な面が作成される。
【００３４】
配列された設計を、コンピュータ支援設計（「ＣＡＤ」）システム内で書かれた階層的な２次元画像として作成する。全角度でのポリゴン作成が可能な任意のＣＡＤツールを使用して、本発明の目的のためにピクセル１９を描くことができる。ピクセルを描くのに適したマスクパターン生成装置の一例は、Tanner EAによるＬ−Ｅｄｉｔ  ＣＡＤツールである。
【００３５】
本発明の方法によって作成された階層設計は、各グレーレベルに対する層を組み込み、各ＨＰＥＣが他のグレーレベルから一意に配列されるのを可能にする。この階層設計を使用して、フォトマスク上にＢＨＴパターンを書くためのマスクパターン生成装置ファイルを編集し、階層をかかるファイルに保持する。この方法を使用することにより、マスクパターン生成装置ファイルサイズは、従来技術による方法を使用する場合のように、すべてのグレーレベルピクセルが単一層内にある、平たくされたものに比較して非常に小さいままである。その結果、書込み時間をより迅速にすることができ、それにより、フォトマスクを製造するための費用が低減する。さらに、本発明の方法によって設計されるＢＨＴレイアウトは、サブピクセル間の干渉なしに円形状に配列される（polar）アレイおよび直交するアレイに非常に役立つ、繰返しのシンメトリでより容易に配列されることが分かっている。この点で、ウェハに転写される度にパターンを書き換える必要があった従来技術とは異なり、本発明の方法により、パターンを、配列されると連続して転写することができる。これによっても、また、結果としてのデバイスを製造する処理時間が高速化し、そのためスループットが向上する。
【００３６】
さらに、本発明の方法によってＨＰＥＣを形成することにより、サブピクセル２１ａおよび２１ｂは、露光ツールのほとんどの光学系の最小解像度に満たないはずである。このため、従来技術と異なり、本発明によって作製されるＢＨＴ設計は、マスクパターンを配列するために選択されるＣＡＤツール設計グリッド（通常１ｎｍであるが、望ましい場合はそれより大きいサイズであってもよい）と使用されているＣＡＤツールとによってのみ制限される。さらに、上述したことから理解されるべきであるように、サブピクセル２１ａおよび２１ｂを、各グレーレベルに対して幅を変更することができ、同時にそのグレーレベルに対し一定ピッチを維持する設計内で、単一セルとして作成する。このように、各サブピクセル２１ａおよび２１ｂが層で配列され、各グレーレベルに層が割り当てられる場合、フォトレジスト工程に対し、プロセスの非線形性に対する補正が必要である場合に、単一セルの空き領域を容易に変更することができる。
【００３７】
本発明の第２の関連態様では、マスクパターン生成装置ファイルをフォトマスクに転写する。この点で、標準のバイナリ（たとえば、石英の上にクロムｇは形成されたマスク）フォトマスクと図４に示すような従来のリソグラフィ技法とを使用して、ブランクフォトマスクを作製する。好ましくは、ブランクバイナリフォトマスクは、フォトレジスト層５１でコーティングされた標準のクロム・オン・石英フォトマスクである。しかしながら、必要なまたは望ましい場合は、フォトマスクが他の層（たとえば、ＣｒＯ等の反射防止層）を有してもよい、ということに留意する。フォトマスクを処理するために、フォトマスク上の感光性材料の指定された部分を、マスクパターン生成装置ファイルに格納されたＢＨＴフォトマスク設計に従ってマスクパターン生成装置に露出させ、クロム部分５３がすでにフォトレジスト５１によって覆われていないように、フォトレジストの露出された部分を除去する。次に、標準の技法（たとえば、ウェットまたはドライエッチング）を使用して、覆われていないクロム部分５３をエッチングによって取り除くことにより、除去されたクロム５３の領域の下にある石英部分５５を露出させる。その後、残りのフォトレジスト（すなわち、露出されていないフォトレジスト）を除去する。その結果、ＢＨＴ設計がエッチングされたＢＨＴフォトマスクが得られる。ＢＨＴフォトマスクの不透明部分５３は、マスクを通して光エネルギーの通過を減衰させることにより、透過光の強度が、フォトマスク設計によって管理されるように変化するようになる。
【００３８】
本発明の第３の関連態様では、３次元微細構造の設計をＢＨＴフォトマスクからウェハに転写することにより、所望の３次元構造を形成する。この点で、本発明の方法によって設計されたＢＨＴフォトマスクを、ウェハ露光ツール（たとえば、ステッパ）または他のリソグラフィックカメラと、フォトレジスト（たとえば、ＡＺ４４００）が堆積されたウェハと、の間に配置する。そして、ウェハ露光ツールからＢＨＴフォトマスクの開口を通して均一で実質的に線形に光を透過させることにより、３次元光空間像を生成する。そして、ウェハ上のフォトレジストを、この３次元空間光像に露光させ、現像することにより、露光されたフォトレジストを除去する。その結果、フォトレジストに、空間像に対応する３次元面が形成される。次に、ウェハを、現像されたフォトレジストに形状が対応するように所定深さまでエッチングする。その結果、ウェハ上に、ＢＨＴフォトマスクによって画定された３次元画像が形成される。
【００３９】
本発明によりＢＨＴフォトマスクを設計する際に最適な線形の結果を達成するために、ＢＨＴフォトマスクレイアウトを設計する場合にフォトマスク設計者が考慮しなければならないいくつかの設計および処理上の考慮事項がある。特に、設計者は、３次元デバイスを製作するために使用されているウェハデバイスの制限とともに、使用されているＣＡＤツールおよび書込みツールの制限も考慮しなければならない。これらの考慮事項の各々については後述する。しかしながら、フォトマスク設計者が考慮する可能性のある使用されているＢＨＴ工程および作製されているデバイスに応じて、他の設計上の考慮事項（たとえば、能動素子を正確に再現するために必要な能動素子許容差およびシステム分解能）がある場合がある、ということに留意する。
【００４０】
本明細書で述べるように、全角度機能を有する場合、種々の異なるＣＡＤツールを使用してもよい。このため、使用されているＣＡＤツールに応じて、設計グリッドのサイズを変更してもよい。同様に、使用されているマスクパターン生成装置に応じて、書込みグリッドのサイズもまた変更してもよい。たとえば、現在、従来のマスク書込みグリッド値は、通常、設計グリッドの偶数倍であり、それらはともに、一般に、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。しかしながら、設計および書込みグリッド値はまた、たとえば非整数、分数等を含む他の値（たとえば、０．１ｎｍ、１．５ｎｍ等）であってもよい、ということに留意すべきである。かかる場合、設計グリッドおよびグレーレベルピクセルサイズのばらつきを、設計データが書込みツールグリッドフォーマットに変換される場合に発生するグリッドにスナップ（snap-to-grid）を最小限にするために、書込みツールグリッドに適合するように調整する必要がある。したがって、これらのツールは単に例示する目的で説明するものであるため、本発明は、本明細書で説明する書込みツールおよび書込みグリッドに限定されない。好ましい一実施形態では、フォトマスク基板上にＢＨＴフォトマスク設計をパターニングする場合、その設計を、マスクパターン生成装置書込みグリッドに適合するように調整するべきである。この点で、書込みグリッドのサイズが設計グリッドのサイズに等しいことが好ましい。設計においてあり得るグレーレベルの数を、以下のように式（２）によって管理する。
（２）  ＢＨＴフォトマスク設計に対するグレーレベル数＝Ｄｙ／Ｗｇ
ここで、Ｗｇはライタグリッド値であり、Ｄｙはサブピクセルサイズである。下の表１を参照すると、本発明の方法に従って設計されたＨＰＥＣと従来技術の従来の正方形ピクセルレイアウトとの両方に関して、書込みツールアドレスに対する面積の変化の相違と、設計のためのグレーレベルのあり得る数と、面積の１０％に対する最小エネルギー閾値Ｅｏにおけるピクセルの最小寸法（critical dimension）サイズとが示されている。この例では、各場合のピクセルのサイズは２．５ミクロンである。
【００４１】
【表１】
2006516751.tif 000003
【００４２】
以上のように、ＨＰＥＣが１つの軸のみにおいて変化する場合、面積の変化は、アドレス単位の倍数において線形関数である。正方形ピクセルが両軸において変化する場合、面積の変化は指数関数であり、アドレス単位は指数である。その結果、正方形ピクセル方法を使用すると非線形に変化する。さらに、ＨＰＥＣの面積が本明細書で説明するように変化する場合、あり得るグレーレベルの数は、正方形ピクセル方法と比較して所与のダイナミックレンジに対して２倍になる。さらに、フォトレジストが露光された時に解像可能でなくなるように、光強度は、最小エネルギー閾値Ｅｏにおいて十分に低い。
【００４３】
設計において可能なグレーレベルの数を考慮することに加えて、マスク設計者は、ＢＨＴ設計が設計されているウェハデバイスに対しこれらのグレーレベルを実際に転写することが可能であるか否かも考慮しなければならない。この点で、マスク設計者は、以下のように式（３）によって管理される、ウェハデバイスに実際にプリントすることができるダイナミックレンジ（たとえば、画像のグレーレベルの総数）を確定しなければならない。
（３）ウェハ上にプリントされるグレーレベル数＝Ｘ／Ｇｗ
ここで、Ｘはデバイスの長さであり、Ｇｗは個々のグレースケール領域の幅である。ＣＡＤおよび書込みツールのための設計および書込みグリッドはナノメートルで測定されるため、あり得るサブピクセル毎の変化およびグレーレベルの数は、グリッドサイズＷｇではなくウェハデバイス長Ｘのみによって制限される。たとえば、マイクロミラーの長さがＸミクロンである必要があり、高さもまたＸミクロンである場合、本発明による適当に設計されたＢＨＴフォトマスクを使用するレジスト露光後、結果としてのミラー角度は４５度になる。
【００４４】
フォトマスク設計者はまた、作製されている微小光学デバイスの表面に対する仕様も考慮しなければならない。この点で、表面粗さは、光学部品の光効率における重大な要素である。このため、フォトマスク設計におけるグレーレベルの数が、設計の領域にわたって不十分である場合、光強度画像は、アプリケーションに対し許容できない可能性のある不連続ステップを示すことになる。この問題は、図７に示すように、厚いフォトレジストが使用され、デバイス設計の短い領域内に急激な変化が含まれるアプリケーションにおいて、特に一般的である。このため、フォトマスク設計者は、ＢＨＴ設計を公式化する際にウェハ上で使用されているフォトレジストのタイプを考慮すべきである。この点で、フォトレジスト工程の各タイプは、光露光ツールの空間像に対し一意の応答を示す。たとえば、フォトレジストの厚さ、ベーク条件、ダイおよび吸収係数のさまざまな変化により、フォトレジストコントラストまたはＢＨＴフォトマスクの外形の勾配が変化する可能性がある。
【００４５】
したがって、本発明の好ましい一実施形態に基づき、マスク設計者は、使用されているフォトレジスト工程のダイナミックレンジを確定しなければならない。フォトレジスト工程のダイナミックレンジは、サブピクセル２１ａおよび２１ｂのサイズの範囲である。フォトレジスト工程のダイナミックレンジは、好ましくは、フォトレジストにおいて最小エネルギー閾値Ｅｏを達成するために必要な最小サブピクセル開口から、フォトレジストにおいて最大エネルギー閾値Ｅｆ（すなわちドーズ・トゥ・クリア（dose-to-clear））を達成するために必要な最大サブ開口まで変化するべきである。グレースケールの変化を適用すべきであるのは、ダイナミックレンジＥｏ〜Ｅｆ内である。
【００４６】
多くの場合、ダイナミックレンジＥｏ〜Ｅｆでのこれらの応答は、ＢＨＴフォトマスクが使用されて特定の設計により較正された応答が観察されるまで、認識されない。このため、ＢＨＴフォトマスク設計とフォトマスク設計者の経験とに応じて、試験ＢＨＴフォトマスクを製作しその応答を測定することが必要な場合がある。その後、制御設計を使用して、フォトレジストを線形応答に対して正規化し、ピクセルサイズの変化を、グレーレベルを通して透過した光強度の等しい変化となるように計算する。この工程には、設計を通して達成される初期線形性に応じて、１回または複数回の繰返しが必要な場合がある。しかしながら、マスク設計者がこの方法に熟達し、一定のフォトレジスト材料が一定の設計に応答していかに反応するかを学習するに従い、初期設計からより正確な結果に達することができるため、制御設計を正規化する必要がなくなる可能性がある。測定され較正された応答が、ＢＨＴフォトマスク設計を微調整することを必要とする場合、マスク設計者は、サブ解像度開口（たとえば、サブピクセル２１ａおよび２１ｂ）を通して透過する光の振幅が、開口の面積に比例することを考慮しなければならない。従って、開口を透過する光強度が振幅の二乗に比例する（すなわち、Ｉ∝｜Ａ｜２）ため、ウェハ面強度の線形変化を、以下のように式（４）によって計算する。
（４）｜Ａ｜∝Ｉ１／２
ここで、Ａは、マスク面における光の振幅であり、Ｉは、ウェハ面における光の強度である。このため、サブピクセルが１つの軸において変化する場合、強度は線形に変化することになる。なお、同じフォトマスクにおいて３次元フィーチャを２次元フィーチャと位置合せする必要のある場合、さらなる較正が必要とされる場合もある、ということに留意する。フォトレジスト較正が完了した後、予測された応答からの差異を測定する。そして、これらの値を使用して、ＢＨＴフォトマスク設計を変更し、その場合、設計のグレーレベルの各々における各サブピクセルのサイズの面積を、所望のレジスト輪郭を作成するために、開示された方法に従って、１つの軸のみにおいて拡大または縮小させる。図８に示すように、フォトレジストコントラストが低下するに従い、フォトレジスト工程のダイナミックレンジは広くなる。すなわち、フォトレジスト工程のダイナミックレンジＥｏ〜Ｅｆは、使用されている光学系の最小解像度の変化とともにフォトレジストコントラストＣの変化により変化する。このため、ダイナミックレンジが広いほど、ＢＨＴ設計内で可能なグレーレベルの数が多くなる。
【００４７】
さらに、フォトマスクメーカは、３次元デバイスを作製するために使用される露光ツールにおける光学系のタイプを考慮しなければならない。この点で、マスクメーカがダイナミックレンジを通してかつフォトマスク作製工程の許容範囲内でサブピクセルをプリントすることができるように、高い縮小率を有する光学系を使用することが好ましい。さらに、設計のピクセルサイズが低減するに従い、解像度がより高い書込みツールおよび工程が必要とされる場合があり、それにより工程の費用が跳ね上がる可能性がある。このため、この問題を回避するために、可能な限り広いダイナミックレンジと、比較的コントラストの低いフォトレジスト（たとえば、ＡＺ４４００フォトレジストを使用して、単一モードクラッド／コア／クラッドポリマー導波路でミラーおよびレンズを製作することができる）と、比較的開口数が低く倍率が高い光学系と、を用いるフォトレジスト工程を使用することが好ましい。対照的に、ウェハが、非常に小さい構造をパターニングする要件を有する場合、より高いＮＡおよび／またはより低い工程解像度変化Ｋ１を使用すべきであり、ＢＨＴフォトマスク設計を、これらの条件下で行うように変更すべきである。さらに、必要な場合は、ウェハ設計者は、最適な結果に達するために、複数のマスクレベルと異なるＮＡでの二重露光技法とを使用してもよい。
【００４８】
ＡＺ−４４００フォトレジストは、３６５ｎｍで望ましい透明度および感光性を示すことが示された。表２を参照して、ＡＺ−４４００レジストを使用する工程に対する典型的なフローを示す。
【００４９】
【表２】
2006516751.tif 000004
【００５０】
なお、厚いフォトレジストコーティングにおいて通常発生する日輪型の（sunburst）筋状（striation）パターンを回避するように、フォトレジストコーティング工程を現像する際に注意しなければならない。さらに、３次元構造において、フォトレジストの筋状構造に存在するわずかな厚さのばらつきが再現される。さらに、フォトレジストを十分にベークしないことにより工程間の差異が低減する可能性がある。露光後ベーク（post-exposure bake）によってフォトレジスト現像抑制剤がうまく拡散し、バイナリハーフトーンステップ遷移のパターニングが最小化したことが分かった。
【００５１】
ＢＨＴフォトマスクを設計し製作する方法全体とそれに関連する設計上の考慮事項とについて説明したが、ここで、本発明の方法のアプリケーションの特定の例について説明する。
【００５２】
図９を参照すると、本発明の方法によって作製されたＢＨＴフォトマスク設計の一実施形態が示されている。より詳細には、図９の設計におけるグレーレベルは、４５度マイクロミラーのアレイ導波路に対する傾斜レイアウトを提供する。図９のＢＨＴフォトマスク設計と、ＮＡが０．４でありシグマが０．７である３６５ｎｍ光学ツールを用いる図５ａおよび図５ｂに示すＨＰＥＣ設計方法と、を使用する場合、ＢＨＴフォトマスクは、連続して線形に、その開口に光を透過させた。したがって、ウェハ上のフォトレジストは、露光されると、図１０のＳＥＭに示すように、実質的に平坦かつ直線状の輪郭になった。そして、ウェハを、このレジスト輪郭に対応するように所定深さまでエッチングした。図１１に示すように、この特定のフォトニクスアプリケーションに対し、ウェハ上に、４５度±２度の傾斜（実際の測定角度はおよそ４６．５度）をプリントした。さらに、ウェハ上で得られた面は、図１１に示すように、表面粗さが２０ｎｍ未満であったため、この特定のフォトニクスアプリケーションにとって十分に平坦であった。さらに、本実施形態では、図１２に示すように、ＢＨＴフォトマスク設計のシミュレーションを通して、平均勾配（４６度）曲率およびノッチが正確に予測された。より詳細には、図１２に示すように、本実施形態に対するシミュレーションでは、以下のように予測された。すなわち、輪郭の水平および垂直変化がそれぞれ１６６ｎｍおよび７．２１４Åであった場合、この設計のライン７１と７３ａとの間の輪郭では８９．７４度の角度、水平および垂直変化がそれぞれ３．６８９μｍおよび３．５０１μｍであった場合、この設計のライン７３ａと７３ｂとの間の輪郭では４６．５度の角度、水平および垂直変化がそれぞれ１９６ｎｍおよび５．０５０ｎｍであった場合、この設計のライン７５ａと７５ｂとの間の輪郭では８８．５２度の角度であった。
【００５３】
図１３は、本発明の方法によって作製された極座標アレイから作製されたＢＨＴマスク設計の別の実施形態を示す。このマスク設計を、たとえば、マイクロレンズまたは円錐部分等、微小光学部品を製作するために使用することができる。本実施形態では、図１３の円形ＢＨＴフォトマスク設計と図６ａおよび図６ｂに示すような本発明のＨＰＥＣ設計方法とを使用して、レンズをプリントした。この特定のＢＨＴフォトマスクを、ＮＡが０．４でありシグマが０．９である３６５ｎｍ光学ツールとともに使用した。図１４および図１５のＡＦＭ画像に示すように、この設計を使用して、実質的に平坦かつ直線状のフォトレジスト輪郭を形成した。図示するように、円錐部分オブジェクトが生成され、それらは、デバイスにおいていかなるサブリップル効果も示さなかった。
【００５４】
別の実施形態では、本発明のＨＰＥＣ方法を使用して、フォトニックアプリケーションのための特定の勾配付き構造をプリントした。本実施形態では、５ｎｍ書込みグリッドに対しApplied MaterialsのＡＬＴＡ３５００レーザライタを使用した。ＡＬＴＡ３５００レーザライタは、書込みツールグリッドサイズに類似するウェハ寸法においてピクセル毎の最小寸法線形性を有するため、本実施形態には最良の選択であった。しかしながら、他のアプリケーションでは、ＢＨＴフォトマスク設計を書込みツールグリッドに適合させることができ、かつ所望のグレーレベルを達成することができる場合、グリッドサイズがより小さく（たとえば、１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ）より高度な電子ビームおよびレーザマスクパターン生成装置（たとえば、ＣＯＲＥ２５６４、ＭＥＢＥＳ４５００Ｅ−ｂｅａｍツール等）を使用してもよい、ということに留意する。さらに、本実施形態では、ドライプラズマクロムエッチングを使用して、ＢＨＴフォトマスクを処理した。しかしながら、別法としてウェットエッチング技法を使用してもよい、ということに留意する。かかる場合、応答忠実度およびグレースケール性能は、書込みツールグリッドによって制限され、マスクバイアスによって妥協して処理される(compromised)。いずれのエッチング技法およびマスク書込みツールを使用するかに関わらず、設計の最小寸法における線形性を維持しなければならない。このため、設計が非線形性を示す程度まで、かかる設計を、ウェハ工程の較正が完了しＢＨＴ設計において補償された後に補正すべきである。この種の工程を使用することにより、マスク寸法を、ＡＬＴＡ３５００書込みツールを使用する場合に０．４μｍから２．５μｍのフルピクセルサイズまでの範囲の小さいサブピクセルサイズに対し線形に制御することができる。
【００５５】
別の実施形態では、本発明のＨＰＥＣ方法を使用して、ステップ・アンド・フラッシュ（step and flash）テンプレートを展開する。この点で、本発明のＨＰＥＣ設計方法に従ってＢＨＴフォトマスクを作製する。その後、フォトマスクによって画定された３次元画像を、縮小リソグラフィシステムにおいて第２の基板に転写することにより、連続階調（すなわち、グレースケール）パターンを有する第２のフォトマスクを製作する。この第２のマスクは、インプリントリソグラフィアプリケーションのためのインプリンティングおよびスタンピングテンプレートとしての役割を果たす。第２のフォトマスクを、好ましくは、スタンプとして作用することができる剛性材料から作製すべきである。たとえば、第２のフォトマスクを、限定されないが溶融シリカ、ガラス、金属、結晶構造、プラスチックおよび現在既知でありまたは今後開発される他の任意の剛性材料を含む、種々の異なる剛性材料から作製してもよい。本実施形態では、第２のフォトマスクを使用して、３次元構造をスタンピングまたは成形する。これを、Molecular Imprintsのステッパ等のインプリントステッパもしくは他の既知のまたは今後開発されるツールを使用して行ってもよい。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態について詳細に示し説明したが、当業者には、それらに対するさまざまな変更および改良が容易に明らかとなろう。たとえば、ＢＨＴフォトマスクを設計することに加えて、本発明のＨＰＥＣ方法を、３次元微細構造を作製するために使用されるグレースケールフォトマスク（たとえば、０％、５０％、１００％等の透過率）を設計するように変更してもよい。さらに、各ピクセルを、それぞれ１／３、１／４、１／５等に分割することにより、それぞれ３つ、４つ、５つ等のサブピクセルを形成してもよい、ということに留意する。かかる場合、各サブピクセルの面積は、本明細書で説明した方法により、１つの軸のみに沿って変化するはずである。たとえば、図１６に示すように、ピクセル１９を、４つのサブピクセル２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄに細分してもよい。この例では、各サブピクセル２１ａ〜２１ｄは、第１の軸においてピクセル１９のピッチの１／２であるように細分され、各サブピクセル２１ａ〜２１ｄの幅は、第２の軸に沿って変化する。さらに、本発明の方法によって設計されるＨＰＥＣを、フォトマスク上で他のデバイス設計（たとえば、集積回路等の２次元バイナリ構造）と結合してもよい。したがって、本実施形態は、あらゆる点において限定的ではなく例示的であるとみなされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、したがって、特許請求の範囲の等価の意味および範囲内にある変更はすべて特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来技術において既知であるＢＨＴフォトマスクパターンの例を示す図である。
【図２】従来技術において既知であるＢＨＴフォトマスクパターンの例を示す図である。
【図３】図１および図２に示すもの等、従来技術によるサブピクセル化方法によって設計されたステップ傾斜レイアウトからもたらされるリップル効果を示す図である。
【図４】従来のリソグラフィ技法を使用してＢＨＴフォトマスクパターンを作製するプロセスを示す図である。
【図５ａ】本発明の方法により面積が１つの軸のみに沿って変化するハーフピッチサブピクセルに分割される正方形ピクセルを示す図である。
【図５ｂ】本発明の方法により面積が１つの軸のみに沿って変化するハーフピッチサブピクセルに分割される正方形ピクセルを示す図である。
【図６ａ】本発明の方法により面積が１つの軸のみに沿って変化するハーフピッチサブピクセルに分割される円形ピクセルを示す図である。
【図６ｂ】本発明の方法により面積が１つの軸のみに沿って変化するハーフピッチサブピクセルに分割される円形ピクセルを示す図である。
【図７】３次元デバイスの、フォトレジスト厚さとデバイスの最小寸法とに関連する表面粗さを示す図である。
【図８】フォトレジストコントラストの関数としてのＢＨＴグレーレベルピクセルサイズのダイナミックレンジを示す図である。
【図９】図５ａおよび図５ｂに示すような本発明の方法によって作製されるＢＨＴフォトマスクに対する線形傾斜設計を示す図である。
【図１０】ウェハ上のプリントされたＢＨＴ設計のＳＥＭ断面図である。
【図１１】図９および図１０に示す傾斜設計のフォトレジスト勾配のＡＦＭ輪郭を示す図である。
【図１２】図９および図１３の設計からのシミュレートされたフォトレジスト輪郭を示す図である。
【図１３】図６ａおよび図６ｂに示すような本発明の方法によって作製されるＢＨＴフォトマスクのための円形傾斜設計を示す図である。
【図１４】図１３に示す傾斜設計に従ってプリントされたレンズアレイのＡＦＭ画像の図である。
【図１５】図１４に示す円錐部のうちの１つの側面図である。
【図１６】内部に複数のサブピクセルが配列されたピクセルの図である。
【図１】
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【図２】
2006516751.tif 000006
【図３】
2006516751.tif 000007
【図４】
2006516751.tif 000008
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
2006516751.tif 000011
【図６ｂ】
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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】
2006516751.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2006516751.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2006516751.tif 000024