(57)【要約】【課題】グレートーンパターンを用いて３次元構造物を形成するにあたり、継ぎ目の露光量誤差を低減させたステッチ露光により大面積の光学デバイスを作成すること。【解決手段】本発明は、露光装置で用いられる露光用マスクＭにおいて、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンｔと、この単位パターンｔがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンｓとを備えており、アレイパターンｓの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の露光量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の露光量とほぼ等しくなるよう設定されているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置で用いられる露光用マスクにおいて、
前記露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、前記照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その連続するパターンブロックのピッチが一定で前記遮光パターンと前記透過パターンとの比率が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、
前記単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されている
ことを特徴とする露光用マスク。
【請求項２】
前記連続するパターンブロックのピッチは、そのパターンブロックを介して結像面へ到達する光が０次光のみとなる大きさである
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】
前記連続するパターンブロックのピッチをＰ（露光面換算）、前記露光装置の露光波長をλ、前記露光装置の開口数をＮＡ、２次光源サイズを示すコヒーレンスファクタをσとした場合、
Ｐ＜λ／｛ＮＡ×（１＋σ）｝
を満たしている
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】
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンの光透過率は、最外周とならない前記単位パターンの光透過率の１／２または１／４である
ことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項５】
露光装置で用いられる露光用マスクの製造方法において、
前記露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、前記照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その連続するパターンブロックのピッチが一定で前記遮光パターンと前記透過パターンとの比率が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、
前記単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとをマスク基板に設けるにあたり、
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定する
ことを特徴とする露光用マスクの製造方法。
【請求項６】
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンと前記最外周とならない前記単位パターンとの境界部分を構成する１つ以上のパターンブロックの光透過率を、前記複数回露光による合成光透過率分布が目標光透過率分布によるよう補正する
ことを特徴とする請求項５記載の露光用マスクの製造方法。
【請求項７】
露光用マスクを用いて感光材料への露光を行う方法において、
前記露光用マスクとして、
露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、前記照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その連続するパターンブロックのピッチが一定で前記遮光パターンと前記透過パターンとの比率が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、
前記単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、
前記露光用マスクによる露光では、前記アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、前記露光済み領域の中の前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンに対応する部分と、新たな露光における前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにする
ことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
露光用マスクを用いて感光材料へ露光を行うことにより形成される３次元デバイスにおいて、
前記露光用マスクとして、
露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、前記照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その連続するパターンブロックのピッチが一定で前記遮光パターンと前記透過パターンとの比率が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、
前記単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、
前記露光用マスクによる露光では、前記アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、露光済み領域の中の前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンに対応する部分と、新たな露光における前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにして行われている
ことを特徴とする３次元デバイス。
【請求項９】
露光用マスクを用いて感光材料への露光を行い３次元デバイスを製造する方法において、
前記露光用マスクとして、
露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、前記照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その連続するパターンブロックのピッチが一定で前記遮光パターンと前記透過パターンとの比率が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、
前記単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、
前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンについて複数回露光した場合の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した場合の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、
前記露光用マスクによる露光では、前記アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、露光済み領域の中の前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンに対応する部分と、新たな露光における前記アレイパターンの最外周となる前記単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにする
ことを特徴とする３次元デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的なレンズアレイ等の３次元形状を有するデバイスをフォトリソグラフィによって形成するための露光用マスク、露光用マスクの製造方法、露光方法、３次元デバイスおよび３次元デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の映像デバイス応用製品に使用されているマイクロレンズアレイなど、微小な光学部品等の３次元デバイスを製造する方法の一つとして、半導体、液晶デバイス製造等で用いられているフォトリソグラフィ技術を応用する方法がある。
【０００３】
すなわち、図１１に示すように、感光材料であるフォトレジストに所望の露光量分布を与えることにより、フォトレジストを３次元的に加工し、それをマスクとしてエッチングすることによりシリコン、ガラス基板などを３次元的に加工し、その後高屈折率樹脂などをスピンコートしてマイクロレンズなどの光学デバイスを作成している。
【０００４】
このリソグラフィプロセスに用いられるフォトマスクは図１２に示されるような複数枚マスクを用いた多重露光で実現されている。この技術による露光方法を図１２を用いて１次元で説明する。最終的な露光量分布は図１２中のD(X)とする。
【０００５】
先ず、図１２中のマスク（１）で領域<1>に露光量E[1]を与える。次に、マスク（２）で領域<2>に露光量E[2]を与える。この時、領域<1>のトータルの露光量D1はE[1]+E[2]となる。さらに、図示しないマスク（３）、マスク（４）、…、マスク（n）をそれぞれ露光量E[3]、E[4]、…、E[n]で順次露光することにより、領域iの最終的な露光量D[i]は、D[i]＝E[i]＋E[i+1]＋…＋E[n]となり、所望の離散的な露光量分布を得る。この場合マスク枚数nがその露光量位置分解能に相当し、例えばn＝10の時は１０階調の露光量ステップを得ることになる。
【０００６】
また、最近では複数マスクによる多重露光方法の他に、特許文献１に示されるような遮光膜の透過率に連続的な分布を持たせてある、いわゆるグレートーンマスクを用いて１回の露光で所望の露光量分布を得る方式も開発されている。この概念図を図１３に示す。
【０００７】
前述の２つの方法において、前者の複数マスク多重露光による技術は、複数回の多重露光であり時間的にも多段階露光であるため、得られる積算露光量分布は階段形状が残留してしまう。また、得られる露光量階調数はマスク枚数すなわち露光回数であり、現実的には１０工程程度となって十分な階調数が得られないという問題がある。また、露光工程の複雑化とマスク枚数に比例したマスクコストが発生し、様々な問題が生じる。
【０００８】
後者のグレートーンマスクによる１回露光方式は、ほぼ連続的な露光量分布が得られるが、このようなグレートーンマスクを作成することは一般的には非常に困難であり、特殊な膜材料、特殊な成膜処理技術が必要となるため、マスクコストは非常に高いものになってしまう。また、その特殊な膜材は熱に対して経時変化が懸念されており、使用している間の性能安定性（熱的安定性）の問題も懸念されている。
【０００９】
これらの問題を解決する方策として、本願発明者らは図１４に示すような解像限界ピッチ以下のバイナリマスクパターンでマスクを構成し、その開口サイズ、あるいはドット残しパターンサイズを空間的に各々に変えることで、任意の３次元構造形成を可能にする技術を提案している（特願２００４−００７６２）。
【００１０】
このようなマスクの設計にあたっては、あるピッチ、ある開口サイズの単一２次元アレイパターンの０次光強度を理論計算し、これを基に所定の位置で所定の光量を得るための開口サイズを導出し、所定の位置で所望のレジスト残膜厚を得られるように開口サイズを場所により変えると言う設計手法を採用している。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８９２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、３次元デバイスの例である実際のマイクロレンズアレイは、デバイスとして必要となるアレイ数、個眼のレンズサイズによってはアレイ全体サイズが、露光機の露光フィールドサイズより大きなものが必要となる場合が多々ある。このような場合、露光ショットを連結配列させた、いわゆる接続露光またはステッチ露光により大面積化する必要がある。
【００１３】
しかしながら、ステッチ露光の問題点として、隣接する露光ショット接続部で露光量の不連続性、すなわち露光量誤差が発生し、現像後のレジスト形状に誤差が発生し、そのレジストをマスクにしてドライエッチングでガラス基板を加工した場合、あるいは現像後のレジスト構造に無電解メッキ法でモールドを形成し、スタンピング法で樹脂などを最終的な光学デバイスとしても、継ぎ目が目視できてしまうといった問題がある。また、グレートーンマスク工法では、実質的に露光装置の露光フィールドサイズで形成しようとするレンズアレイ全体サイズの上限が制限されてしまうという問題がある。
【００１４】
このため、必要となるレンズアレイ全体サイズが露光フィールサイズ以上の光学デバイスを形成する場合は、機械的加工により作成した大きなサイズのモールドを用いたスタンピング法、あるいは前述の多重露光方法などの別方式にせざるを得ない。この場合、前者ではモールドのコストが、後者では工程ステップ数の増大が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、露光装置で用いられる露光用マスクにおいて、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、この単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、アレイパターンの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の露光量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の露光量とほぼ等しくなるよう設定されているものである。
【００１６】
ここで、透過パターンと遮光パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置された単位パターンは、露光によって形成する３次元形状（例えば、レンズ）の１つを構成するためのものである。本発明は、この単位パターンがマトリクス状に配置されることで同じ３次元形状を複数個形成できるアレイパターンを構成している。さらに、このアレイパターンをステッチ露光（同じパターンをステップ移動して行う露光）することにより、多数の３次元形状を大面積で形成できることになる。
【００１７】
本発明では、このステッチ露光を行うにあたり、アレイパターンの最外周となる単位パターンが、隣接する露光領域で互いに重ね合わされ、複数回露光（多重露光）されることになる。この際、最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の露光量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の露光量とほぼ等しいため、最外周となる単位パターンで重ね合わせてステッチ露光した場合でもアレイパターン全体についての露光量を均一化することができる。
【００１８】
また、本発明は、露光装置で用いられる露光用マスクの製造方法において、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとをマスク基板に設けるにあたり、アレイパターンの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない前記単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定するものである。
【００１９】
このような本発明では、アレイパターン単位でのステッチ露光で、アレイパターンの最外周となる単位パターンで隣接する露光領域の重ね合わせを行う際、複数回露光される最外周の単位パターンでの合計の露光量と、最外周とならない単位パターンについての１回の露光量とをほぼ同じにすることができ、連続するアレイパターンでの露光量の均一化を図ることができる露光用マスクを提供できるようになる。
【００２０】
また、本発明は、露光用マスクを用いて感光材料への露光を行う方法において、この露光用マスクとして、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、アレイパターンの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、露光用マスクによる露光では、アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、露光済み領域の中のアレイパターンの最外周となる単位パターンと対応する部分と、新たな露光におけるアレイパターンの最外周となる単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにするものである。
【００２１】
このような本発明では、アレイパターン単位でのステッチ露光で、アレイパターンの最外周となる単位パターンで隣接する露光領域の重ね合わせを行う際、複数回露光される最外周の単位パターンでの合計の露光量と、最外周とならない単位パターンについての１回の露光量とをほぼ同じにすることができ、ステッチ露光境界部における連続するアレイパターン間での露光量の均一化を図ることができるようになる。
【００２２】
また、本発明は、露光用マスクを用いて感光材料へ露光を行うことにより形成される３次元デバイスにおいて、この露光用マスクとして、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、アレイパターンの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の光透過量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、露光用マスクによる露光では、アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、露光済み領域の中のアレイパターンの最外周となる単位パターンに対応する部分と、新たな露光におけるアレイパターンの最外周となる単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにして行われているものである。
【００２３】
このような本発明では、感光材料へのステッチ露光によって多数個の３次元形状が大面積に形成される。ステッチ露光において、アレイパターンの最外周となる単位パターンで隣接する露光領域の重ね合わせを行う際、複数回露光される最外周の単位パターンでの合計の露光量と、最外周とならない単位パターンについての１回の露光量とをほぼ同じにすることができ、連続するアレイパターンでの露光量の均一化を図ることができるため、多数個の３次元形状を均一に形成できるようになる。
【００２４】
また、本発明は、露光用マスクを用いて感光材料への露光を行い３次元デバイスを製造する方法において、この露光用マスクとして、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンと、単位パターンがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンとを備えており、アレイパターンの最外周となる単位パターンについて複数回露光した場合の合計の光透過量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した場合の光透過量とほぼ等しくなるよう設定されているものを用い、露光用マスクによる露光では、アレイパターンでの１回の露光を行った後、この露光済み領域と隣接する領域へステッチ露光する場合、露光済み領域の中のアレイパターンの最外周となる単位パターンに対応する部分と、新たな露光におけるアレイパターンの最外周となる単位パターンでの露光とを重ね合わせるようにするものである。
【００２５】
このような本発明では、感光材料へのステッチ露光によって多数個の３次元形状を大面積で形成するにあたり、アレイパターンの最外周となる単位パターンで隣接する露光領域の重ね合わせを行う。この際、複数回露光される最外周の単位パターンでの合計の露光量と、最外周とならない単位パターンについての１回の露光量とをほぼ同じにすることができ、連続するアレイパターンでの露光量の均一化を図ることができるため、多数個の３次元形状を均一に形成できるようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ステッチ露光での重ね合わせ部とそれ以外の部分とで露光量がほぼ同じとなり、多数個の３次元デバイスを大面積にわたり精度良く製造することが可能となる。さらに、ステッチ露光をした際のリップル状の露光量誤差を複数回の露光により相補的に補正するように設計されているため、重ね合わせ部の露光量誤差を所望レベルに抑えることが可能となる。これにより、従来は露光装置の露光フィールドサイズで制限されていた３次元形状アレイの全体サイズが、露光を行う基板サイズ（例えば、ウエハサイズ）まで拡張することが可能となり、様々な商品へのアプリケーションが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。なお、本実施形態では、３次元デバイスとしてレンズを例とした説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本実施形態に係る露光用マスクの概念を説明する模式図である。すなわち、図１に示すように、本実施形態では、グレースケールマスクを用いたステッチ露光により、３次元デバイスの一つであるレンズをアレイ状に、かつ大面積に形成するのに好適なものである。
【００２８】
ここで、ステッチ露光とは、同じパターンをステップ移動して行う露光であり、露光用マスクＭで１回の露光を行った後、その露光による領域と隣接する領域に露光範囲をステップ移動させて先の露光と同じパターンを露光することを順次繰り返していく方法である。また、ステッチ露光においては、一の露光とそれに隣接する次の露光とで一部の領域を重ね合わせているが、この重ね合わせ部分（多重露光される部分）をステッチ部、重ね合わせのない（多重露光されない部分）を非ステッチ部という。
【００２９】
本実施形態に係る露光用マスクＭであるバイナリ型グレースケールマスクは、露光装置から出射される照明光を遮断する遮光パターンと、照明光を透過する透過パターンとの対から構成されるパターンブロックが複数連続して配置されているとともに、その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が徐々に変化するよう設けられて成る単位パターンｔと、この単位パターンｔがマトリクス状に配置されて成るアレイパターンｓとによって構成される。
【００３０】
図１（ａ）に格子状に示される太線の１つの正方形枠は上記単位パターンｔを示し、この単位パターンｔが複数個マトリクス状に集まって一つのアレイパターン（太線外周正方形）ｐを構成している。また、ステッチ露光では、一つのアレイパターンｓを１回の露光領域として順次ステップ移動し、隣接の露光領域と一部で重ね合わされている（図１（ｂ）参照）。このため、アレイパターンｓを構成する最外周の単位パターンのうち、辺に対応する部分は隣接の露光領域と合わせて合計２回の多重露光となり、角に対応する部分は隣接の露光領域と合わせて合計４回の多重露光となる。
【００３１】
先に示したように、本実施形態の露光用マスクＭでは、アレイパターンｓのうち最外周となる単位パターンの単位で重ね合わせを行っている。これは単位パターンが一つの３次元形状（例えば、一つのレンズ）を構成する単位であるため、この単位で重ね合わせて多重露光することにより、ステッチ露光での位置合わせ誤差を一つの３次元形状全体で吸収でき、境界部の重ね合わせをしないステッチ露光方法と比較して、位置合わせ誤差に対するロバスト性が優れているため、ステッチ部分の露光量誤差ばらつきがウエハ全体として低減できるためである。
【００３２】
このようなステッチ露光によって大面積レンズアレイを形成するため、本実施形態では、アレイパターンｓの最外周となる単位パターンについて複数回露光した際の合計の露光量が、最外周とならない単位パターンについて１回露光した際の露光量とほぼ等しくなるよう設定されている。
【００３３】
このため、レンズアレイの最外周レンズエレメントを複数回の露光によって形成するにあたり、この部分の露光量分布と、レンズアレイの最外周レンズエレメントを形成するための露光量分布とがほぼ等しくなり、一部重ね合わせによるステッチ露光であっても同じ形状から成る３次元デバイス（例えば、レンズ）を多数個大面積で形成することが可能となる。
【００３４】
具体的な例として、レンズアレイの最外周レンズエレメントに対応した単位パターンのマスク透過率は、最外周でないレンズエレメントに対応した単位パターンのマスク透過率の１／２または１／４にしている。
【００３５】
この点について、以下に説明する。図１のように、一つのアレイパターンの最外周となる単位パターンのうち、辺に対応する部分をＬ、Ｒ、Ｔ、Ｂ、角に対応する部分をＴＬ、ＴＲ、ＢＬ、ＢＲとする。この場合、１次元的なステッチ露光で形成される辺Ｌ、Ｒ、Ｔ、Ｂについては、図２（ａ）で示されるような、非ステッチ部（多重露光されない部分、すなわち最外周でない単位パターンの部分）のレンズ形成用パターンの１／２の透過率を持つマスクパターンを用いて２回の露光で所望の露光量分布を得るようにし、また２次元的なステッチ露光で形成されるコーナ部レンズのＴＬ、ＴＲ、ＢＬ、ＢＲについては、非ステッチ部のレンズ形成用パターンの１／４の透過率を持つマスクパターンで４回の露光で所望の露光量分布を得るようになっている。
【００３６】
本実施形態では、単位パターンｔとして図２（ｂ）に示すような開口パターン（透過パターン）がマトリクス状に配置され、開口率の変化によって０次光の強度変調を行い、図３に示すようなレンズ形状を構成するものである。
【００３７】
このような露光用マスクＭでは、一つの単位パターンｔが一つのレンズ形状に対応しているため、複数の単位パターンｔが配列されたアレイパターンｓでは複数個のレンズ形状を形成することができる。したがって、アレイパターンｓに対応した露光領域をステッチさせることでさらに多くのレンズ形状を形成できることになる。
【００３８】
先に説明したように、本実施形態ではステッチ露光を行うにあたり、隣接する露光領域で単位パターンでの重ね合わせ露光を行っている。このため、重ね合わせ露光を行う最外周の単位パターンでは、重ね合わせの回数に応じた光透過率を設定している。
【００３９】
図４はパターンの位置と光透過率との関係を示す図で、図４（ａ）は図２（ａ）に示す矢印Ａ部での光透過率、図４（ｂ）は図２（ａ）に示す矢印Ｂ部での光透過率を示している。矢印Ａ部および矢印Ｂ部では、いずれも最外周の単位パターン（ステッチ部）を中心とした非ステッチ部および遮光部を含む光透過率の変化を示している。
【００４０】
ここで、矢印Ａ部および矢印Ｂ部に含まれる最外周の単位パターンで露光した領域は、隣接する露光領域で互いに重ね合わされる部分である。したがって、図４（ａ）に示す矢印Ａ部での光透過率と、図４（ｂ）に示す矢印Ｂ部での光透過率とは、これらを合成すると最外周とならない単位パターンでの光透過率と同じ光透過率となるよう設定されている。これは、個々の部分でみると、最外周となる単位パターンでの光透過率が、最外周とならない単位パターンでの光透過率の１／２となっている。
【００４１】
さらに、本実施形態では、ステッチ露光の際、最外周レンズエレメント形成用マスクパターンが形成する合成露光量分布のリップル状の誤差を、複数回の露光により相補的に補正するように、最外周レンズエレメント形成用マスクパターンが設計されていることを特徴としている。
【００４２】
ここでは、説明を分かりやすくするために、図５（ａ）に示すような１次元のレンズアレイをステッチ露光で形成する場合を例として、露光用マスクの製造方法および３次元デバイスの製造方法を説明する。
【００４３】
製造対象となる個眼レンズ形状は図５（ｂ）に示すような形状である。なお、図５（ａ）はマスクイメージであり、ポジレジストを用いて図５（ｂ）のようなサイズ８μｍ、ＳＡＧ量が４μｍの個眼レンズの１次元アレイを形成することを実施例として扱う。また、レンズ頂点部はレスト未露光部の残膜高さから、オフセットＳＡＧ量１μｍ下方に形成するように設計している。
【００４４】
まず、図５（ａ）に示すようにレンズアレイはＬ、Ｃ、Ｒの３つに分けて考える。中心部Ｃはステッチ露光ではなく通常の一回露光で行われ、現像後に図５（ｂ）のレンズ形状を得られるようなマスクパターンとなっている。
【００４５】
個眼レンズの目標レンズ形状は以下の数１による非球面方程式f(X)で表すとする。なお、個眼中心のレジスト高さを基準として、本実施例では、曲率Ｃ＝０．３３３（１／μｍ）、コーニック係数Ｋ＝−０．５と仮定する。
【００４６】
【数１】
2007193243.tif 000003
【００４７】
次に、使用するレジスト／基板におけるエッチングレートを別途求めておく。ここでは説明を簡単にするため１：１とする。すなわち、レジスト形状がエッチング後そのまま基板に転写加工されるものとする。
【００４８】
また、使用するレジストをレンズ設計ＳＡＧ以上に塗布し、露光量(dose)に対する膜減り量Z（初期膜厚−現像後膜厚）を測定し、対数スケールで表記した図６のようなもの膜減り特性データを得る。データよりln(dose)に対する膜厚のデータから、所望の直線性を有するレンジE1〜E2を定める。この範囲での直線近似として、以下の数２を得る。
【００４９】
【数２】
2007193243.tif 000004
【００５０】
本実施形態では、Ａ＝−２５、Ｂ＝５とした。
【００５１】
また、前述のように、この材料におけるエッチング変換差は無視できるので、座標Xにおける加工深さｆ(Ｘ)＋オフセットＳＡＧ＝ｆ’（Ｘ）＝現像後のレジスト膜減り量としてよい。よって、座標Xにおいて残膜量f’(X)を得るための露光量は以下の数３で表される。
【００５２】
【数３】
2007193243.tif 000005
【００５３】
さらに、この数３を露光量の最大値E2で規格化してやり、座標Xにおける目標相対透過率を以下の数４のように得る。
【数４】
2007193243.tif 000006
【００５４】
ここでは、Ｘ＝−４μｍにおける露光量４０３．４３ｍＪ/ｃｍ２をE2とした。
【００５５】
このようにして導出したマスクの透過率分布T（X）を元に、個眼内のマスクパターン（単位パターン）を設計する。まず、使用する露光装置のλ、NA、σ、倍率を定義する。本実施形態では、λ＝365nm,NA＝0.5,σ＝0.5,縮小倍率を1/5の露光機を使用すると仮定する。また、ここではマスクの背景は０％透過（完全遮光）とし、ラインパターンの透過率は０％（完全遮光）スペースパターンの透過率は１００％（完全透過）と仮定する。さらに、以降のマスクパターン寸法の記述は、ウエハ上換算値、即ち、実際のマスクパターン寸法値の1/5で行っている。
【００５６】
解像限界ピッチは前述の露光装置の条件より、ウエハ上487nmと算出される。透過率分布を制御する階調数は可能な限り多い方がよいが、マスク製造を容易にするため、ここでは片側１０とする。すなわち、スペースパターンのウエハ上換算ピッチは8um／20＝400nmとする。よって、このピッチのマスクパターンは解像しないで、マスクの遮光率または透過率のみウエハ面に伝搬することになる。この解像しないピッチでスペースパターンを配置する。具体的には個眼レンズのエレメント中心をサイト0とし、±1、±2、…、±10の倍数ピッチ毎と定義する。
【００５７】
次に、400nmピッチで透過パターン幅を変えた時の０次光強度を算出する。ここで、目標露光量分布（数３）より、各サイトでの目標相対透過率を得るようなスペース幅を求める。すなわち、サイトmに関して、スペースパターンの中心X座標はmPであり、この座標における目標相対透過率は式４よりT(mP)＝1／E2×D(mP)と求まる。このT(mP)を得るためのピッチP＝400nmのスペースパターン幅（表１中のspace width）を求める。これにより個眼レンズ内の各サイトにおけるスペースパターン幅を得る。ここでの実際の計算例を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2007193243.tif 000007
【００５９】
次に、ステッチ露光で形成するレンズエレメントＬ部及びＲ部を形成するマスクパターンの設計に関して説明する。この部分においては２回の露光により前述のＣ部に与える露光量分布を得ることが必要となるので、表１で算出したＴ（Ｘ）の１／２の透過率を求め、その透過率が得られるスペースパターンを得る。これを表２に示す。
【００６０】
ここで、図７に示すように、ＣＬ部とＲ部及びＣＲ部とＬ部のレンズ間境界のスペースパターンは共有することになるが、ここではＬ部のＸ＝＋４μｍ、Ｒ部のＸ＝―４μｍにはスペースパターンを配置せず、それぞれペアとなるＣＲ部の−４μｍ、ＣＬ部の＋４μｍに配置したスペースパターンＣＰにより透過率を制御することになる。
【００６１】
この時、表２で示されるマスクパターンでの、Ｒ部、Ｌ部のマスク透過率のシミュレーション結果を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。すなわち、この時は表１のＸ＝±４μｍのパターンを用いることになり、ＣＰ＝330nmである。
【００６２】
【表２】
2007193243.tif 000008
【００６３】
また、ＣＲ＋Ｒ部、ＣＬ＋Ｌ部を重ね露光、即ちステッチ露光した際の露光量分布のシミュレーション結果（実線）を目標とする透過率分布（破線）と併せて図８（ｃ）に示す。
【００６４】
その結果より、丸で囲った部分で若干の透過率誤差はあるものの、ほぼ目標となる透過率分布が得られていることが分かる。
【００６５】
さらに、この透過率分布を用いて、透過率が0.68である座標Ｘ＝±１２μｍでレジストへの露光量４０３.４３ｍＪ/ｃｍ２を得るため、設定露光量５９３ｍＪ/ｃｍ２で露光した場合のレジスト形状の計算結果（実線）とターゲットの面関数（式１、破線）及び面形状誤差（一点破線）を図９に示す。これにより、面形状誤差としては−0.6μｍ〜＋0.43μｍで抑えられていることが分かる。
【００６６】
次に、前述の図８（ｃ）の丸で囲った部分、すなわちステッチ露光部におけるリップル状の面形状誤差を低減するための策を説明する。
【００６７】
図７に戻り説明をする。今、Ｌ部の座標＋４μｍの近傍におけるステッチ露光の際の透過率誤差を指標にして、ステッチ露光した際のリップル状の透過率誤差を低減するために、図７のＣＬ部Ｘ＝＋４μｍのＣＰ、ＣＲ部のＸ＝−４μｍのＣＰのスペースパターンを微調することで合成透過率のリップルを低減することを行う。
【００６８】
ここで、ＣＰのスペースサイズを表３に示すように振ったマスクパターンを作成し、前述と同様にステッチ露光した際の合成透過率を算出し、目標透過率に対する誤差を算出した。この結果を図１０にＸ＝０〜８μｍの領域で示す。また、このＣＰサイズ毎の誤差のレンジ（最大−最小）と標準偏差を表３中に記載した。
【００６９】
【表３】
2007193243.tif 000009
【００７０】
この結果より、最初に示した例のＣＰ＝330nmより338nmの方が透過率誤差をより低減できることが分かる。
【００７１】
このようにして、ステッチ対象となるレンズ境界部のスペースパターンを微調整してやることにより、ステッチ露光をした際の合成透過率、すなわち合成露光量の誤差を低減でき、形成されるレジスト形状の誤差も低減させることが可能となる。
【００７２】
また、ここではＣＰを境界の１本のスペースパターンでのみ説明したが、複数本パターンの寸法微調によって、さらに高精度に境界部のリップル状の合成透過率誤差を低減ができる。
【００７３】
このようにして設計、製造された露光用マスクを用い、ステッチ露光を行うことで個眼レンズが多数個大面積で形成されることになる。この際、ステッチ露光のつなぎ目となる領域は、つなぎ目とならない領域とほぼ同じレンズ形状を実現でき、境界部分でのリップルも抑制された精度の高いアレイレンズを製造することが可能となる。
【００７４】
ところで、ここまでの実施形態では説明の簡単のために、１次元レンズアレイのステッチ露光を扱ってきたが、これを図１のような２次元レンズアレイのステッチ露光に関しては、マスクを構成するのはホールアレイ（ダークフィールド）またはドットアレイ（クリアフィールド）であるが、同様の考え方で拡張すればよい。また、ステッチ部の光透過率を非ステッチ部の光透過率に対して１／２または１／４にする例を説明したが、ステッチ部での複数回露光による合計の光透過量が、非ステッチ部での１回の露光による光透過量とほぼ等しくなるよう設計すれば、上記以外であってもよい。
【００７５】
なお、ここまで説明してきたマイクロレンズアレイの製造方法では、３次元フォトレジスト形状を形成後、エッチングにより基板を加工する例を用いたが、フォトレジストを電鋳加工してマザー金型を作成し、スタンパ方式で量産することも可能である。また、本実施形態のマスクで形成したレンズアレイは液晶プロジェクタ等の画像機器以外であってもＣＣＤや他の液晶表示装置、半導体レーザ、受光素子、光通信機器であっても適用でき、またレンズ以外の３次元形状の製造、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）／ＮＥＭＳ（Nano Electro Mechanical Systems）デバイスであっても適用可能である。
【００７６】
また、本実施形態では、説明を簡単にするために、マスクパターン設計方法としては開口率理論値を用いる手法で説明したが、本願発明者による先の出願（特願２００３−２８１４８９）で提案されているように較正マスクを露光した残膜特性を用いた手法でも本発明は有効である。この場合、前述の実際の露光と同様に較正マスクをEmaxで露光し、このサンプルウエハを現像し、パターン寸法対膜減り量の相関データを得る。この相関データを用いてグレートーンパターンのパターン設計を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、ＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ等を用いたスイッチやリレー、センサー等の３次元形状物への応用が可能である。さらには、半導体製造等における基板の下地形状の形成への応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態に係る露光用マスクの概念を説明する模式図である。
【図２】マスクの例を示す模式図である。
【図３】マスクおよびレンズ形状の例を示す模式図である。
【図４】ステッチ部と非ステッチ部での光透過率を説明する模式図である。
【図５】１次元のレンズアレイのマスクを説明する模式図である。
【図６】レジストの露光特性を示す模式図である。
【図７】ステッチ部形成用マスクパターンを説明する模式図である。
【図８】ステッチ部の透過率分布計算結果を示す図である。
【図９】レジスト形状計算結果を示す図である。
【図１０】合成透過率誤差の計算結果を示す図である。
【図１１】マイクロレンズ形成のプロセスを説明する模式図である。
【図１２】複数マスクの多重露光を説明する模式図である。
【図１３】グレートーンマスクを説明する模式図である。
【図１４】バイナリ型グレートーンマスクの原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｍ…露光用マスク、ｔ…単位パターン、ｓ…アレイパターン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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