JP2001147515A - フォトマスク設計方法、フォトマスク設計装置、コンピュータ読取可能な記憶媒体、フォトマスク、フォトレジスト、感光性樹脂、基板、マイクロレンズ及び光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目的とするフォトレジストパターンの深さや
フォトレジストの種類が変わった場合であっても、フォ
トマスクを容易に設計できるようにする。 【解決手段】 フォトレジストに照射される光の光量を
それぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微
小パターンで制御するフォトマスクを設計する方法にお
いて、使用するフォトレジストの露光量に対するレジス
ト深さを示すレジスト感度曲線と、所定階調分の複数の
光透過率に対応付けられた微小領域データとを予め設定
する。その上で、微小領域毎に設定されたレジスト深さ
をレジスト感度曲線を用いて露光量に変換し、この露光
量を光透過率に変換し、この光透過率を微小領域データ
に置換して具体的な微小パターンを生成する。

Description

【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製造に用いられるフォトマスク、及
びこのフォトマスクを設計するためのフォトマスク設計
方法、フォトマスク設計装置及びコンピュータ読取可能
な記憶媒体に関する。本発明は、また、フォトマスクを
用いて作製されるフォトレジスト、感光性樹脂、基板、
マイクロレンズ及び光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば微小光学素子の製造等に用
いるために、加工対象である基材に積層されたフォトレ
ジストにレプリカとなる３次元形状のレジストパターン
を形成し、このレジストパターンに基づいて基材をエッ
チング処理することにより、基材をレプリカであるレジ
ストパターンと同一のパターンに加工するようにした技
術が開発されている。このような技術は、例えば、特開
平７−６３９０４号公報、特開平８−２１９０８号公
報、特表平８−５０４５１５号公報等に開示されてい
る。

【０００３】このようなフォトレジストを用いて複雑な
３次元形状を作成する方法においては、フォトマスクに
光の透過率分布を与えてフォトレジストが露光される深
さを制御する方法が検討されている。このような方法と
しては、フォトマスクに半透過性の薄膜を形成して光透
過率を制御する方法と、フォトマスクに微細な開口パタ
ーンを多数並べてその開口面積を変化させることで透過
する光量を制御する方法とが考えられている。特に、フ
ォトマスクに微細な開口パターンを多数並べる後者の方
法は、半導体等で通常用いられるフォトマスクの加工方
法と同一の方法で目的の３次元形状を作成することがで
きるため、その方法の実施が比較的容易である。

【０００４】ここで、特表平８−５０４５１５号公報に
は、レンズとして加工する対象としての基材にフォトレ
ジストを積層し、基材に作成したいレンズを微小な複数
の領域に分割し、それぞれの領域におけるレンズの厚さ
に応じてフォトマスクに光透過率の分布を与え、このよ
うなフォトマスクを介して露光されたフォトレジストの
残膜厚に所望の３次元形状を形成するようにした発明が
開示されている。そして、この公報では、フォトマスク
に与える光透過率の分布を、微小領域での開口率の変化
により与えるようにしている。つまり、フォトマスクに
微細な開口パターンを多数並べてその開口面積を変化さ
せることで透過する光量を制御する方法が採用されてい
る。図１６に、フォトマスク１０１を用いて形成したレ
ジストパターン１０２の一例を模式的に示す。

【０００５】また、特表平８−５０４５１５号公報と同
一の発明者による“Development ofthe dispersible mi
crolens”(Pure Appl. Opt.3(1994)97-101)では、マス
クパターンにおける微小領域を図１７（ａ）〜（ｄ）に
例示するようなグレースケールパターン１０３により表
すことが示されている。例えば２５６階調の表現をする
場合、２５６通りのグレースケールパターン１０３を予
め用意し、各グレースケールパターン１０３毎にフォト
レジストに対するレジスト深さのデータを取り、このよ
うなグレースケール値とレジスト深さとの対応関係を所
定の記憶領域に記憶させておく（図１８参照）。そし
て、レンズとして加工する対象としての基材にフォトレ
ジストを積層し、基材に作成したいレンズを微小な複数
の領域に分割し、それぞれの領域におけるレンズの厚さ
に応じてフォトマスクに光透過率の分布を与えるに際
し、各微小領域毎に、フォトレジストに形成しようとす
るレジスト深さに合わせて図１８のグラフから得られる
グレースケール値を持つグレースケールパターン１０３
が選択されるわけである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】フォトレジストを用い
て複雑な３次元形状を作成するに際し、フォトマスクに
光の透過率分布を与えてフォトレジストが露光される深
さを制御する方法の一つとしては、前述したとおり、フ
ォトマスクに微細な開口パターンを多数並べてその開口
面積を変化させることで透過する光量を制御する方法が
考えられている。そして、前述したとおり、透過光量の
制御方法として、図１８に例示するようなグレースケー
ル値とレジスト深さとの対応関係のグラフを用いる方法
が考えられている。

【０００７】ところが、図１８のグラフからも明らかな
ように、例えばグレースケール値が２５６階調あったと
しても、その一部、図１８のグラフでは０〜７０階調分
はレジスト深さが０であるため、実際に利用することが
できる階調数はもっと少なくなってしまうという問題が
ある。しかも、図１８のグラフに示すように、７０〜１
２０階調前後の領域ではグレースケール値の変化に対す
るレジスト深さの変化が大きいため、その領域において
分解能が低いという問題もある。

【０００８】そこで、利用可能な階調数を増やすため
に、レジスト深さに応じて図１８に例示するようなグレ
ースケール値とレジスト深さとの対応関係のグラフを書
き換えることが考えられるが、この場合には、フォトレ
ジストに形成しようとするレジストパターンの深さが変
わるたびに図１８に例示するようなグラフに基づくグラ
フを作成しなおさなければならない。また、用いるフォ
トレジストの種類が変われば、同一の光量を与えてもレ
ジスト深さが変化することから、この場合にも図１８に
例示するようなグラフを作成しなおさなければならな
い。このように、グラフを作成しなおすということは、
その基礎データ、つまり、各グレースケールパターン１
０３毎のフォトレジストに対するレジスト深さのデータ
を取り直さなければならないことを意味するため、その
作業は極めて煩雑である。

【０００９】本発明の目的は、目的とするフォトレジス
トパターンの深さやフォトレジストの種類が変わった場
合であっても、フォトマスクの微小パターンにおける透
過光量を容易に設計できるようにする。

【００１０】本発明の目的は、フォトマスクに配列され
る光透過率の階調数に応じた精度で３次元的なレジスト
パターンを生成できるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のフォトマ
スク設計方法の発明は、フォトレジストに照射される光
の光量をそれぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合
である微小パターンで制御し、前記フォトレジストに前
記微小パターンに対応する３次元形状を持つレジストパ
ターンを形成するために用いられるフォトマスク設計方
法において、使用する前記フォトレジストについての露
光量に対するレジスト深さを示すレジスト感度曲線を予
め設定するレジスト感度曲線設定過程と、所定階調分の
複数の光透過率に対応付けられた微小領域データを予め
設定する微小領域データ設定過程と、目標とするレジス
トパターンに基づいて前記微小領域毎にレジスト深さを
設定するレジスト深さ設定過程と、前記微小領域毎に設
定されたレジスト深さと前記レジスト感度曲線設定過程
で設定した前記レジスト感度曲線とに基づいて、目標と
するレジストパターンに対応する前記微小領域毎の露光
量を求める露光量算出過程と、前記露光量算出過程で求
めた前記微小領域毎の露光量を光透過率に変換する光透
過率変換過程と、前記光透過率変換過程で求めた前記微
小領域毎の光透過率を前記微小領域データ設定過程で設
定した前記微小領域データに置換して前記微小パターン
を生成する微小パターン生成過程と、を具備する。

【００１２】ここで、「微小領域データ」は、予め定め
られた光透過率を持つ微小領域のデータであり、例え
ば、形状等のような微小領域の実体が予め定められてい
る場合には各微小領域を特定する番号のデータ、微小領
域の実体が予め定められていない場合には各微小領域の
面積のデータ等が微小領域データとなる。

【００１３】したがって、レジスト深さ設定過程におい
て目標とするレジストパターンに基づいて微小領域毎に
レジスト深さを設定すると、露光量算出過程ではそのレ
ジスト深さとレジスト感度曲線とに基づいて目標とする
レジストパターンに対応する微小領域毎の露光量が求め
られる。すると、光透過率変換過程において、微小領域
毎の露光量が光透過率に変換され、この変換された光透
過率が微小パターン生成過程において微小領域データに
置換され、この微小領域データに基づいて微小パターン
が生成される。こうして、所望の微小パターンを有する
フォトマスクが生成される。つまり、請求項１記載の発
明では、レジスト感度曲線と微小領域データとを予め設
定しておき（レジスト感度曲線設定過程、微小領域デー
タ設定過程）、微小領域毎に設定されたレジスト深さを
レジスト感度曲線を用いて露光量に変換し、この露光量
を光透過率に変換し、この光透過率を微小領域データに
置換して具体的な微小パターンを生成する。このため、
目的とするフォトレジストパターンの深さが変わった場
合は、データを取り直す必要なしにフォトマスク上に配
列できる微小パターンの階調数を有効に利用してフォト
マスクを設計することが可能になり、フォトレジストの
種類が変わった場合でも、レジスト感度曲線だけを変更
すれば良いので、フォトマスクを容易に設計できるよう
になる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記光透過率変換過程に
おいて、前記露光量算出過程で求めた露光量の最大値を
Ｅｍａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に与えるこ
とができる光透過率の最小値をａ、最大値をｂ、前記光
透過率変換過程で変換される光透過率の最大値をＴｍａ
ｘ、最小値をＴｍｉｎとした場合、

【００１５】

【数１０】

【００１６】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００１７】したがって、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、作成したいレジストパターンにおいて露光量
が最も多くなる部分の光透過率と最も少なくなる部分の
光透過率とがフォトマスク上に配列できる光透過率の最
大値から最小値の間に位置することになる。これによ
り、フォトマスク上に配置することができる微小領域の
全体を光透過率の階調数として有効に利用することが可
能となる。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項２記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記光透過率変換過程に
おいて、前記微小領域に与えることができる光透過率を
Ｔ(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅ
に対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前
記微小パターンに必要な精度をΔｒとした場合、

【００１９】

【数１１】

【００２０】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００２１】したがって、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度が確保される。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項１、２又は
３記載のフォトマスク設計方法であって、前記レジスト
深さ設定過程において、設定されたレジスト深さの最小
値がより大きな値となるように前記微小領域毎のレジス
ト深さのパターンを移動させる。

【００２３】レジスト感度曲線では、一般的に、露光量
が少ない領域で露光量に対するレジスト深さが急激な変
化を示し、露光量が多い領域で露光量に対するレジスト
深さが少なくなる傾向を示す。そこで、請求項４記載の
発明では、このようなレジスト感度曲線の特性が利用さ
れ、フォトマスクに与えることができる光透過率の階調
数に対するフォトレジストの深さ方向の変化率が小さい
領域が用いられ、これにより、光透過率の階調数に対す
る解像度が高まる。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項１、２、３
又は４記載のフォトマスク設計方法であって、前記微小
パターン生成過程は、生成された前記微小パターンを透
過して前記フォトレジスト上に到達する光強度分布を計
算する第１の補正処理過程と、前記第１の補正処理過程
で求めた前記微小領域毎の光強度と前記光透過率変換過
程で変換された光透過率に基づく光強度とを比較判定す
る第２の補正処理過程と、前記第２の補正処理過程で前
記微小領域毎の光強度に誤差が生ずると判定された場合
には、その誤差を少なくする前記微小領域のデータに置
換する第３の補正処理過程と、を具備する。

【００２５】理論上は、請求項１記載のフォトマスク設
計方法の発明が実行されることで、フォトレジストに所
望のレジストパターンを形成することができる微小パタ
ーンを持つフォトマスクが得られる。これに対し、この
ようなフォトマスクを実際に用いた場合、現実には、光
の回折現象等によってフォトマスク透過後の光の強度分
布と設計上の光の強度分布とにずれが生ずる。そこで、
請求項５記載の発明では、生成された微小パターンを透
過してフォトレジスト上に到達する光強度分布が計算さ
れ（第１の補正処理過程）、こうして求められた微小領
域毎の光強度と光透過率変換過程で変換された光透過率
に基づく光強度とが比較判定され（第２の補正処理過
程）、その結果として微小領域毎の光強度に誤差が生ず
ると判定された場合には、その誤差を少なくする微小領
域のデータに置換し（第３の補正処理過程）、これによ
り、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計上の光の
強度分布との間のずれが解消又は減少する。

【００２６】請求項６記載の発明は、請求項５記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記微小パターン生成過
程は、前記第１の補正処理過程と前記第２の補正処理過
程と前記第３の補正処理過程とを複数回繰り返す。

【００２７】したがって、第１の補正処理過程と第２の
補正処理過程と第３の補正処理過程との複数回の繰り返
しによって、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計
上の光の強度分布との間のずれの解消又は減少がより高
精度に行なわれる。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項５又は６記
載のフォトマスク設計方法であって、前記微小パターン
生成過程において、前記第１の補正処理過程での光強度
分布の計算は、

【００２９】

【数１２】

【００３０】を用いて行なう。

【００３１】したがって、このような計算式により、光
強度分布を簡易に求めることが可能となる。

【００３２】請求項８記載のフォトマスク設計装置の発
明は、フォトレジストに照射される光の光量をそれぞれ
所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微小パター
ンで制御し、前記フォトレジストに前記微小パターンに
対応する３次元形状を持つレジストパターンを形成する
ために用いられるフォトマスク設計装置において、使用
する前記フォトレジストについての露光量に対するレジ
スト深さを示すレジスト感度曲線と、所定階調分の複数
の光透過率に対応付けられた微小領域データとを記憶す
る記憶手段と、目標とするレジストパターンに基づいて
前記微小領域毎にレジスト深さを設定するレジスト深さ
設定手段と、前記微小領域毎に設定されたレジスト深さ
と前記記憶手段に記憶されている前記レジスト感度曲線
とに基づいて、目標とするレジストパターンに対応する
前記微小領域毎の露光量を求める露光量算出手段と、前
記露光量算出手段で求めた前記微小領域毎の露光量を光
透過率に変換する光透過率変換手段と、前記光透過率変
換手段で求めた前記微小領域毎の光透過率を前記記憶手
段に記憶されている前記微小領域データに置換して前記
微小パターンを生成する微小パターン生成手段と、を具
備する。

【００３３】ここで、「微小領域データ」は、予め定め
られた光透過率を持つ微小領域のデータであり、例え
ば、形状等のような微小領域の実体が予め定められてい
る場合には各微小領域を特定する番号のデータ、微小領
域の実体が予め定められていない場合には各微小領域の
面積のデータ等が微小領域データとなる。

【００３４】したがって、レジスト深さ設定手段によっ
て目標とするレジストパターンに基づいて微小領域毎に
レジスト深さを設定すると、露光量算出手段によってそ
のレジスト深さとレジスト感度曲線とに基づいて目標と
するレジストパターンに対応する微小領域毎の露光量が
求められる。すると、光透過率変換手段によって、微小
領域毎の露光量が光透過率に変換され、この変換された
光透過率が微小パターン生成手段によって微小領域デー
タに置換され、この微小領域データに基づいて微小パタ
ーンが生成される。こうして、所望の微小パターンを有
するフォトマスクが生成される。つまり、請求項８記載
の発明では、レジスト感度曲線と微小領域データとを予
め設定して記憶手段に記憶しておき、微小領域毎に設定
されたレジスト深さをレジスト感度曲線を用いて露光量
に変換し、この露光量を光透過率に変換し、この光透過
率を微小領域データに置換して具体的な微小パターンを
生成する。このため、目的とするフォトレジストパター
ンの深さが変わった場合は、データを取り直す必要なし
にフォトマスク上に配列できる微小パターンの階調数を
有効に利用してフォトマスクを設計することが可能にな
り、フォトレジストの種類が変わった場合でも、レジス
ト感度曲線だけを変更すれば良いので、フォトマスクを
容易に設計できるようになる。

【００３５】請求項９記載の発明は、請求項８記載のフ
ォトマスク設計装置であって、前記光透過率変換手段
は、前記露光量算出手段で求めた露光量の最大値をＥｍ
ａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に与えることが
できる光透過率の最小値をａ、最大値をｂ、前記光透過
率変換手段で変換される光透過率の最大値をＴｍａｘ、
最小値をＴｍｉｎとした場合、

【００３６】

【数１３】

【００３７】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００３８】したがって、作成したいレジストパターン
において露光量が最も多くなる部分の光透過率と最も少
なくなる部分の光透過率がフォトマスク上に配列できる
光透過率の最大値から最小値の間に位置することにな
る。これにより、フォトマスク上に配置することができ
る微小領域の全体を光透過率の階調数として有効に利用
することが可能となる。

【００３９】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
フォトマスク設計装置であって、前記光透過率変換手段
は、前記微小領域に与えることができる光透過率をＴ
(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅに
対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前記
微小パターンに必要な精度をΔｒとした場合、

【００４０】

【数１４】

【００４１】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００４２】したがって、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度が確保される。

【００４３】請求項１１記載の発明は、請求項８、９又
は１０記載のフォトマスク設計装置であって、前記レジ
スト深さ設定手段は、設定されたレジスト深さの最小値
がより大きな値となるように前記微小領域毎のレジスト
深さのパターンを移動させる。

【００４４】レジスト感度曲線では、一般的に、露光量
が少ない領域で露光量に対するレジスト深さが急激な変
化を示し、露光量が多い領域で露光量に対するレジスト
深さが少なくなる傾向を示す。そこで、請求項１１記載
の発明では、このようなレジスト感度曲線の特性が利用
され、フォトマスクに与えることができる光透過率の階
調数に対するフォトレジストの深さ方向の変化率が小さ
い領域が用いられ、これにより、光透過率の階調数に対
する解像度が高まる。

【００４５】請求項１２記載の発明は、請求項８、９、
１０又は１１記載のフォトマスク設計装置であって、前
記微小パターン生成手段は、生成された前記微小パター
ンを透過して前記フォトレジスト上に到達する光強度分
布を計算する第１の補正処理手段と、前記第１の補正処
理手段で求めた前記微小領域毎の光強度と前記光透過率
変換手段で変換された光透過率に基づく光強度とを比較
判定する第２の補正処理手段と、前記第２の補正処理手
段で前記微小領域毎の光強度に誤差が生ずると判定され
た場合には、その誤差を少なくする前記微小領域のデー
タに置換する第３の補正処理手段と、を具備する。

【００４６】理論上は、請求項８記載のフォトマスク設
計装置の発明が実行されることで、フォトレジストに所
望のレジストパターンを形成することができる微小パタ
ーンを持つフォトマスクが得られる。これに対し、この
ようなフォトマスクを実際に用いた場合、現実には、光
の回折現象等によってフォトマスク透過後の光の強度分
布と設計上の光の強度分布とにずれが生ずる。そこで、
請求項１２記載の発明では、生成された微小パターンを
透過してフォトレジスト上に到達する光強度分布が計算
され（第１の補正処理手段）、こうして求められた微小
領域毎の光強度と光透過率変換過程で変換された光透過
率に基づく光強度とが比較判定され（第２の補正処理手
段）、その結果として微小領域毎の光強度に誤差が生ず
ると判定された場合には、その誤差を少なくする微小領
域のデータに置換し（第３の補正処理手段）、これによ
り、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計上の光の
強度分布との間のずれが解消又は減少する。

【００４７】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
のフォトマスク設計装置であって、前記微小パターン生
成手段は、前記第１の補正処理手段と前記第２の補正処
理手段と前記第３の補正処理手段とによる処理を複数回
繰り返す。

【００４８】したがって、第１の補正処理手段と第２の
補正処理手段と第３の補正処理手段とによる処理の複数
回の繰り返しによって、フォトマスク透過後の光の強度
分布と設計上の光の強度分布との間のずれの解消又は減
少がより高精度に行なわれる。

【００４９】請求項１４記載の発明は、請求項１２又は
１３記載のフォトマスク設計装置であって、前記微小パ
ターン生成手段は、前記第１の補正処理手段での光強度
分布の計算を、

【００５０】

【数１５】

【００５１】を用いて行なう。

【００５２】したがって、このような計算式により、光
強度分布を簡易に求めることが可能となる。

【００５３】請求項１５記載のコンピュータ読取可能な
記憶媒体の発明は、フォトレジストに照射される光の光
量をそれぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合であ
る微小パターンで制御し、前記フォトレジストに前記微
小パターンに対応する３次元形状を持つレジストパター
ンを形成するために用いられるフォトマスク設計処理を
実行するコンピュータにインストールされ、目標とする
レジストパターンに基づいて前記微小領域毎にレジスト
深さを設定するレジスト深さ設定手段と、前記微小領域
毎に設定されたレジスト深さと記憶手段に予め記憶され
ている前記フォトレジストの露光量に対するレジスト深
さを示すレジスト感度曲線とに基づいて、目標とするレ
ジストパターンに対応する前記微小領域毎の露光量を求
める露光量算出手段と、前記露光量算出手段で求めた前
記微小領域毎の露光量を光透過率に変換する光透過率変
換手段と、前記光透過率変換手段で求めた前記微小領域
毎の光透過率を、前記記憶手段に予め記憶されている所
定階調分の複数の光透過率に対応付けられた微小領域デ
ータに置換して前記微小パターンを生成する微小パター
ン生成手段と、をコンピュータに実行させるためのプロ
グラムを格納する。

【００５４】ここで、「微小領域データ」は、予め定め
られた光透過率を持つ微小領域のデータであり、例え
ば、形状等のような微小領域の実体が予め定められてい
る場合には各微小領域を特定する番号のデータ、微小領
域の実体が予め定められていない場合には各微小領域の
面積のデータ等が微小領域データとなる。

【００５５】したがって、レジスト深さ設定手段によっ
て目標とするレジストパターンに基づいて微小領域毎に
レジスト深さを設定すると、露光量算出手段によってそ
のレジスト深さとレジスト感度曲線とに基づいて目標と
するレジストパターンに対応する微小領域毎の露光量が
求められる。すると、光透過率変換手段によって、微小
領域毎の露光量が光透過率に変換され、この変換された
光透過率が微小パターン生成手段によって微小領域デー
タに置換され、この微小領域データに基づいて微小パタ
ーンが生成される。こうして、所望の微小パターンを有
するフォトマスクが生成される。つまり、請求項１５記
載の発明では、レジスト感度曲線と微小領域データとを
予め設定して記憶手段に記憶しておき、微小領域毎に設
定されたレジスト深さをレジスト感度曲線を用いて露光
量に変換し、この露光量を光透過率に変換し、この光透
過率を微小領域データに置換して具体的な微小パターン
を生成する。このため、目的とするフォトレジストパタ
ーンの深さが変わった場合は、データを取り直す必要な
しにフォトマスク上に配列できる微小パターンの階調数
を有効に利用してフォトマスクを設計することが可能に
なり、フォトレジストの種類が変わった場合でも、レジ
スト感度曲線だけを変更すれば良いので、フォトマスク
を容易に設計できるようになる。

【００５６】請求項１６記載の発明は、請求項１５記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記光透
過率変換手段は、前記露光量算出手段で求めた露光量の
最大値をＥｍａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に
与えることができる光透過率の最小値をａ、最大値を
ｂ、前記光透過率変換手段で変換される光透過率の最大
値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎとした場合、

【００５７】

【数１６】

【００５８】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００５９】したがって、作成したいレジストパターン
において露光量が最も多くなる部分の光透過率と最も少
なくなる部分の光透過率がフォトマスク上に配列できる
光透過率の最大値から最小値の間に位置することにな
る。これにより、フォトマスク上に配置することができ
る微小領域の全体を光透過率の階調数として有効に利用
することが可能となる。

【００６０】請求項１７記載の発明は、請求項１６記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記光透
過率変換手段は、前記微小領域に与えることができる光
透過率をＴ(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、
露光量Ｅに対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設
計する前記微小パターンに必要な精度をΔｒとした場
合、

【００６１】

【数１７】

【００６２】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換する。

【００６３】したがって、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度が確保される。

【００６４】請求項１８記載の発明は、請求項１５、１
６又は１７記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体であ
って、前記レジスト深さ設定手段は、設定されたレジス
ト深さの最小値がより大きな値となるように前記微小領
域毎のレジスト深さのパターンを移動させる。

【００６５】レジスト感度曲線では、一般的に、露光量
が少ない領域で露光量に対するレジスト深さが急激な変
化を示し、露光量が多い領域で露光量に対するレジスト
深さが少なくなる傾向を示す。そこで、請求項１８記載
の発明では、このようなレジスト感度曲線の特性が利用
され、フォトマスクに与えることができる光透過率の階
調数に対するフォトレジストの深さ方向の変化率が小さ
い領域が用いられ、これにより、光透過率の階調数に対
する解像度が高まる。

【００６６】請求項１９記載の発明は、請求項１５、１
６、１７又は１８記載のコンピュータ読取可能な記憶媒
体であって、前記微小パターン生成手段は、生成された
前記微小パターンを透過して前記フォトレジスト上に到
達する光強度分布を計算する第１の補正処理手段と、前
記第１の補正処理手段で求めた前記微小領域毎の光強度
と前記光透過率変換手段で変換された光透過率に基づく
光強度とを比較判定する第２の補正処理手段と、前記第
２の補正処理手段で前記微小領域毎の光強度に誤差が生
ずると判定された場合には、その誤差を少なくする前記
微小領域のデータに置換する第３の補正処理手段と、を
具備する。

【００６７】理論上は、請求項１５記載のフォトマスク
設計装置の発明が実行されることで、フォトレジストに
所望のレジストパターンを形成することができる微小パ
ターンを持つフォトマスクが得られる。これに対し、こ
のようなフォトマスクを実際に用いた場合、現実には、
光の回折現象等によってフォトマスク透過後の光の強度
分布と設計上の光の強度分布とにずれが生ずる。そこ
で、請求項１９記載の発明では、生成された微小パター
ンを透過してフォトレジスト上に到達する光強度分布が
計算され（第１の補正処理手段）、こうして求められた
微小領域毎の光強度と光透過率変換過程で変換された光
透過率に基づく光強度とが比較判定され（第２の補正処
理手段）、その結果として微小領域毎の光強度に誤差が
生ずると判定された場合には、その誤差を少なくする微
小領域のデータに置換し（第３の補正処理手段）、これ
により、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計上の
光の強度分布との間のずれが解消又は減少する。

【００６８】請求項２０記載の発明は、請求項１９記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記微小
パターン生成手段は、前記第１の補正処理手段と前記第
２の補正処理手段と前記第３の補正処理手段とによる処
理を複数回繰り返す。

【００６９】したがって、第１の補正処理手段と第２の
補正処理手段と第３の補正処理手段とによる処理の複数
回の繰り返しによって、フォトマスク透過後の光の強度
分布と設計上の光の強度分布との間のずれの解消又は減
少がより高精度に行なわれる。

【００７０】請求項２１記載の発明は、請求項１９又は
２０記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記微小パターン生成手段は、前記第１の補正処理手段
での光強度分布の計算を、

【００７１】

【数１８】

【００７２】を用いて行なう。

【００７３】したがって、このような計算式により、光
強度分布を簡易に求めることが可能となる。

【００７４】請求項２２記載のフォトマスクの発明は、
請求項１ないし７のいずれか１記載のフォトマスク設計
方法によって設計されたフォトマスクである。

【００７５】したがって、請求項１ないし７のいずれか
１記載のフォトマスク設計方法によって容易にフォトマ
スクの設計が可能であり、しかも、一般的な計算装置に
よって高い精度でフォトマスクが設計される。

【００７６】請求項２３記載の発明は、請求項２２記載
のフォトマスクであって、透過率が離散的に変化する。

【００７７】したがって、半導体の製造に用いられる電
子ビームやレーザを利用した、書き込まれるパターンの
寸法を離散的にしか設定できないようなマスク製造技術
をそのまま利用して微小パターンを生成することが可能
である。

【００７８】請求項２４記載の発明は、請求項２３記載
のフォトマスクであって、透過率が１００パーセントと
０パーセントとの間で２値的に変化する材料によって形
成され、前記微小領域に配置された開口部の大きさで透
過率を変化させる。

【００７９】したがって、半導体の製造に用いられる電
子ビームやレーザで離散的にマスクパターンを書き込む
技術のような書き込み技術をそのまま利用して微小パタ
ーンを生成することが可能である。そして、フォトマス
クの材料としても一般的な物を用いることができる。

【００８０】請求項２５記載のフォトレジストは、請求
項２２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて露光
されている。

【００８１】したがって、そのフォトレジストを透過す
る光の波長領域における光学部品として利用することが
可能となる。

【００８２】請求項２６記載の感光性樹脂は、請求項２
２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて露光され
ている。

【００８３】したがって、その感光性樹脂を透過する光
の波長領域における光学部品として利用することが可能
である。

【００８４】請求項２７記載の基板は、異方性ドライエ
ッチングにより請求項２５記載のフォトレジストを転写
されている。

【００８５】したがって、その基板材料を透過する光の
波長領域における光学部品として利用することが可能で
ある。

【００８６】請求項２８記載の基板は、異方性ドライエ
ッチングにより請求項２６記載の感光性樹脂パターンを
転写されている。

【００８７】したがって、その基板材料を透過する光の
波長領域における光学部品として利用することが可能で
ある。

【００８８】請求項２９記載のマイクロレンズは、請求
項２２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて作製
されている。

【００８９】したがって、球面以外の非球面、収差を減
らし得る形状、光軸を任意角度だけ傾斜させた形状等、
所望の形状としての形成が容易である。また、１つの面
に直径が等しく焦点距離が異なる多数のレンズを並べた
り、レンズとプリズムなどの異なる光学部品を同時に同
一物としての形成も容易である。特に、収差を減らした
形状として形成した場合には、光ディスクや光プローブ
顕微鏡等、回折限界に近い微少な光スポットが必要な用
途にも用いることが可能である。

【００９０】請求項３０記載の光学素子は、請求項２
２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて作製した
１枚の基板上に複数の微少光学素子が配列されている。

【００９１】したがって、そのような微少光学素子を用
いる装置の小型化が容易である。

【００９２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図１５に基づいて説明する。

【００９３】本実施の形態は、フォトマスク設計装置の
一例であり、このフォトマスク設計装置は、具体的には
フォトマスク設計処理を実行させるためのプログラムを
記憶する記憶媒体を備えたコンピュータである。このよ
うなフォトマスク設計装置は、そのような処理プログラ
ムに基づく各種の処理を実行することで、フォトマスク
設計方法をも実行することになる。

【００９４】[ハードウエア構成]図１はフォトマスク設
計装置のブロック図である。フォトマスク設計装置とし
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ＲＡＭ
３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
グラムの他、レジスト感度曲線６（図２参照）及び微小
領域データが格納され、更に、フォトマスクの設計過程
でレジスト深さのデータが格納される。この意味で、ハ
ードディスク５は、プログラムを記憶する媒体として機
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、フォトマスク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。なお、ハードディスク５に格納されているレジスト
感度曲線６及び微小領域データ、及び、フォトマスクの
設計過程でハードディスク５に格納されるレジスト深さ
のデータについては、後に詳述する。

【００９５】ここで、本実施の形態のフォトマスク設計
装置によって設計されるフォトマスク７は、マイクロレ
ンズの製造に用いられる（図３及び図５参照）。つま
り、加工対象である基材に積層されたフォトレジスト８
にレプリカとなる３次元形状のレジストパターンを形成
し、このレジストパターンに基づいて図示しない基材を
エッチング処理することにより、基材をレプリカである
レジストパターンと同一のパターンに加工することでマ
イクロレンズを形成する。このようなマイクロレンズの
製造に際し、フォトマスク７は、フォトレジスト８を露
光する深さを制御するために用いられる。つまり、フォ
トマスク７は、フォトレジスト８に照射される光の光量
を微小パターン９で制御する。この微小パターン９は、
それぞれ所定の光透過率を持つ微小領域１０の集合であ
る。

【００９６】[フォトマスク設計処理概要]そして、本実
施の形態では、図1に例示するようなフォトマスク設計
装置を用いてフォトマスク７を設計するが、その手順
は、概略的には次の通りである。まず、使用するフォト
レジスト８についての露光量に対するレジスト深さを示
すレジスト感度曲線６を予め設定し、ハードディスク５
に格納しておく（レジスト感度曲線設定過程）。このレ
ジスト感度曲線６は、例えば図２に例示するような曲線
である。また、所定階調分の複数の光透過率に対応付け
られた微小領域データを予め設定し、ハードディスク５
に格納しておく（微小領域データ設定過程）。ここでの
微小領域データは、予め定められた光透過率を持つ微小
な領域のデータであり、具体的には、ある開口率を持っ
た多数の微小な領域の光透過率を各微小な領域を示すパ
ターン番号と対応付けて記憶する透過率−パターン番号
変換テーブルのデータである。

【００９７】次いで、目標とするレジストパターンに基
づいて、設計するフォトマスク７に形成されるレジスト
深さを設定する（レジスト深さ設定過程、レジスト深さ
設定手段）。そして、それらの微小領域１０毎に設定さ
れたレジスト深さとハードディスク５に格納されている
レジスト感度曲線とに基づいて、目標とするレジストパ
ターンに対応する微小領域１０毎の露光量を求め（露光
量算出過程、露光量算出手段）、こうして求めた微小領
域１０毎の露光量を光透過率に変換する（光透過率変換
過程、光透過率変換手段）。その後、微小領域１０毎の
光透過率をハードディスク５に格納された微小領域デー
タに置換して微小パターン９を生成する（微小パターン
生成過程、微小パターン生成手段）。これにより、所望
の微小パターン９を備えたフォトマスク７が設計され
る。図３は、こうして設計されたフォトマスク７の一例
を示す模式図である。

【００９８】[フォトマスク設計処理詳細]以上概略説明
したようなフォトマスク７の設計処理は、ハードディス
ク５に格納されている処理プログラムに従い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。このような処理プログラムに従い実行さ
れる処理の流れを図４のフローチャートに基づいて説明
する。 （１）レジスト深さ設定過程、レジスト深さ設定手段 まず、操作者は、入力装置４を介して、３次元レジスト
形状データを入力する。この３次元レジスト形状データ
は、図５に例示するように、フォトレジスト８に対する
x，y座標で示される各微小領域１０毎のレジスト深さ
（z方向の距離）である。３次元レジスト形状データが
入力されると、ＣＰＵ１は深さ分布取り出し処理を行な
い（ステップＳ１）、x，y座標で示される設計上のフォ
トマスク７における各微小領域１０毎のレジスト深さ
（Ｚ方向の距離）の値、つまり、レジスト深さ分布デー
タを求め、このレジスト深さ分布データをＲＡＭ３のワ
ークエリアに一時保存した後、そのレジスト深さ分布デ
ータをハードディスク５に格納する。図６に、レジスト
深さ分布データの一例を示す。ここに、目標とするレジ
ストパターンに基づいて、設計するフォトマスク７に形
成される微小領域１０毎にレジスト深さを設定する処理
が実行される。

【００９９】ここで、設計上のフォトマスク７における
微小領域１０は、予めハードディスク５に格納されてい
る微小領域データの一単位をなす微小な領域と同一の面
積を持つ。このような微小領域１０は、例えば、４μｍ
×４μｍの面積を持ち、この場合、マスク描画を行う際
の単位長さ（アドレスサイズ）を０．２５μｍとすれ
ば、設計上（４／０．２５）×（４／０．２５８）＝２
５６階調の微小パターンを作成することができる。本実
施の形態においては、微小パターンの面積を１階調あた
り０．２５μｍ×０．２５μｍ×２づつ変化させて、１
００階調の微小パターンを作成した。

【０１００】また、入力装置４から入力された３次元レ
ジスト形状データのレジスト深さの値が微小領域１０内
で複数あり、それぞれ同一の値をとらない場合には、微
小領域１０の中心の値や平均値などをその微小領域１０
の値として取り出せば良い。

【０１０１】さらに、図５に例示するフォトレジスト８
のレジスト形状では、レジスト形状をグラフ化した図７
のグラフに示すように、その最大深さ（ｄｍａｘ）が２
０μｍ、最小深さ（ｄｍｉｎ）が５μｍである。 （２）露光量算出過程、露光量算出手段 次いで、処理プログラムに従い、ＣＰＵ１は、微小領域
１０毎に設定されたレジスト深さとハードディスク５に
格納されているレジスト感度曲線とに基づいて、目標と
するレジストパターンに対応する微小領域１０毎の露光
量を求める露光量分布変換処理を行ない、露光量分布デ
ータを得る（ステップＳ２）。

【０１０２】ここで、図２に例示するハードディスク５
に格納されているレジスト感度曲線６は、ＯＦＰＲ８０
０−８００ｃｐ（東京応化）というフォトレジスト８の
レジスト感度曲線６である。このレジスト感度曲線６で
は、パターン深さ３１μｍまで測定している。

【０１０３】そこで、図２に示すように、レジスト感度
曲線６を用い、微小領域１０毎に設定されたレジスト深
さが例えば２０μｍであるなら、これを０．９５ｍＪ／
ｃｍ ² の露光量に変換する。このような処理を、全ての
微小領域１０について行なうことで、各微小領域１０毎
の露光量が求められる。本実施の形態で例示するフォト
レジスト８のレジストパターンの場合、図８にグラフ化
して示すような露光量分布データが得られる。図８のグ
ラフに示されているように、本実施の形態で例示するフ
ォトレジスト８のレジストパターンの場合、露光量の最
小値Ｅｍｉｎ＝０．０５ｍＪ／ｃｍ² であり、最大値Ｅ
ｍａｘ＝０．９５ｍＪ／ｃｍ² である。 （３）光透過率変換過程、光透過率変換手段 処理プログラムに従い、ＣＰＵ１は、微小領域１０毎の
露光量を光透過率に変換するという透過率分布変換処理
を実行する（ステップＳ３）。

【０１０４】つまり、透過率分布変換処理として、フォ
トマスク７上で実際に実現可能な光透過率を考慮し、光
透過率が１００％の部分に対する露光量（Ｅｅｘｐ）を
決定し、この露光量（Ｅｅｘｐ）で各微小領域１０毎に
求めた露光量（Ｅ）を割り、これによって各微小領域１
０毎に露光量（Ｅ）を光透過率（Ｔ）に変換する。これ
により、図８のグラフに示す各微小領域１０毎の露光量
が図９のグラフに示す各微小領域１０毎の光透過率に変
換される。このような変換処理に際し、Ｅｅｘｐを決め
る際は、フォトマスク７上に表現することができる光透
過率の範囲、階調数、１階調当たりのレジスト深さの変
化量に注意する必要がある。また、図１０は、４μｍ×
４μｍの面積を持つ微小領域１０の光透過率（％）の実
測値である。ここでは、各光透過率毎にパターン番号が
付けられている。そして、前述したように、０．２５μ
ｍ×０．２５μｍ×２づつ変化して約１００階調のパタ
ーンを持つパターンを想定して実測してみた。その結
果、設計上の階調数は１００階調であるのに対し、図１
０より明らかなように、実際にフォトマスク７上に配置
することができる光透過率は２〜７０％であることから
実際の階調数は８５階調ということになる。よって、フ
ォトマスク７上に配置することができる光透過率の最大
値をＴｍａｘとすると、

【０１０５】

【数１９】

【０１０６】を満たすようにする必要がある。もっと
も、このような光透過率の範囲は、フォトマスク７のマ
スクパターンの描画方法や開口パターン形状の工夫等に
よって拡大させることが可能である。

【０１０７】次いで、１階調当たりのレジスト深さの変
化量については、作成しようとするレジストパターンに
必要な精度以下にしておく必要がある。つまり、ここで
用いた階調パターンでは、１階調当たり、

【０１０８】

【数２０】

【０１０９】の光透過率を変化させることができる。そ
こで、作成しようとするレジストパターンに必要な精度
以下にするためには、作成しようとするレジストパター
ンのずれを設計値に対して±０．５μｍ以内とすると、
露光量が０．７８％変化した場合のレジスト深さの変化
を１μｍ以内にしておく必要がある。ここで、本実施の
形態で用いるフォトレジスト８のレジスト感度曲線６
は、図２に示すように、露光量が少ない領域ではレジス
ト深さの変化が急激になり、露光量が増えるに従ってレ
ジスト深さの変化が少なくなる。このため、１階調当た
りのレジスト深さの変化は、露光量が少ない領域、つま
り、光透過率が低い領域で増大する。そこで、このよう
なフォトレジスト８を用いる場合には、光透過率が低い
領域で１階調当たりの変化を１μｍ以下にしておけば良
いので、微小領域に与えることができる最小の光透過率
である光透過率が最も低い部分の光透過率をＴｍｉｎ、
露光量（Ｅ）に対するレジスト深さをｒｅｇｉｓｔ
（Ｅ）とした場合、

【０１１０】

【数２１】

【０１１１】のような条件となる。この場合、露光量
（Ｅｅｘｐ）の調整だけでは（４）式の左辺の値が充分
に小さくならない場合、Ｔｍｉｎも変更する必要があ
る。レジスト感度曲線６を見ると明らかなように、露光
量が多い領域、つまり、光透過率が高い領域なる程、露
光量に対するレジスト深さの変化が少なくなるため、レ
ジストパターンの最小深さ、つまり、レジスト深さ設定
過程で設定するレジスト形状の最小深さ（ｄｍｉｎ）を
増大させてＴｍｉｎの値を増やすことにより、左辺の値
を小さくしてレジスト感度曲線６の傾きが緩やかな領域
を用いることが可能となる。換言すると、レジスト深さ
設定過程において、設定されたレジスト深さの最小値が
より大きな値となるように微小領域１０毎のレジスト深
さのパターンを移動させることで、レジスト感度曲線６
の傾きが緩やかな領域を用いて１階調当たりのレジスト
深さの変化量を設定することが可能となる。

【０１１２】さらに、フォトレジスト８に作成するレジ
ストパターンの精度を高めるには、階調数を増やせばよ
い。階調数を増やすには、例えば、フォトマスク７に書
き込みを行なうことができる図形の最大寸法（アドレス
サイズ）を小さくしたり、微小領域１０の面積を減らせ
ば良い。

【０１１３】以上説明したように、上記（１）、（２）
及び（３）式を満たすように露光量Ｅｅｘｐを決定し、
この露光量（Ｅｅｘｐ）で各微小領域１０毎に求めた露
光量（Ｅ）を割り、これによって各微小領域１０毎に露
光量（Ｅ）を光透過率（Ｔ）に変換することができる。
この場合、フォトマスク７上に連続的に変化可能な光透
過率を配置することができれば、１階調当たりのレジス
ト深さ変化を考慮する必要がないので、上記（１）及び
（２）式を満たすように露光量Ｅｅｘｐを決定して同一
の処理を行なえば良い。 （４）微小パターン生成過程、微小パターン生成手段 次いで、処理プログラムに従い、ＣＰＵ１は、パターン
配列変換処理を行なう（ステップＳ４）。つまり、微小
領域１０毎の光透過率をハードディスク５に格納された
微小領域データに置換して微小パターン９を生成する。
微小領域データは、前述したように、予め定められた光
透過率を持つ微小な領域のデータであり、具体的には、
ある開口率を持った多数の微小な領域の光透過率を各微
小な領域を示すパターン番号と対応付けて記憶する透過
率−パターン番号変換テーブルのデータである。したが
って、本実施の形態の場合、求められた微小領域１０毎
の光透過率がその光透過率を持つ微小な領域のパターン
番号に置き換えられる。そして、この際、光透過率は
０．７８％間隔の離散的な値をとるので、求められた微
小領域１０毎の光透過率に対して最も近い光透過率を持
つ微小な領域のパターン番号が選択されることになる。
こうして、パターン番号の並びであるパターン配列デー
タが得られる。

【０１１４】もっとも、パターン配列データとして得ら
れるのは、単なるパターン番号の配列であるので、この
ようなパターン配列データからフォトマスク７の形状デ
ータを得るには、各パターン番号に対応する微小な領域
のデータを微小領域データから展開し、これをＣＡＤデ
ータに変換すれば良い。これにより、所望の微小パター
ン９を備えたフォトマスク７が設計される。

【０１１５】このように、本実施の形態のフォトマスク
設計装置では、レジスト感度曲線６と微小領域データと
を予め設定しておき、微小領域１０毎に設定されたレジ
スト深さをレジスト感度曲線６を用いて露光量に変換
し、この露光量を光透過率に変換し、この光透過率を微
小領域データに置換して具体的な微小パターンを生成す
ることから、目的とするフォトレジストパターンの深さ
が変わった場合は、データを取り直す必要なしにフォト
マスク上に配列できる微小パターンの階調数を有効に利
用してフォトマスクを設計することが可能になり、フォ
トレジストの種類が変わった場合でも、レジスト感度曲
線だけを変更すれば良いので、フォトマスクを容易に設
計できるようになる。したがって、半導体プロセスなど
に一般的に用いられるような、光透過率を０％と１００
％との２値で制御する酸化クロム膜等の薄膜に対し、電
子ビーム描画装置などで特定の最小寸法刻みの矩形パタ
ーンを書き込むような、離散的な大きさを持つ開口パタ
ーンしか作れないようなフォトマスク及びその製造方法
でも、精密な３次元形状パターンを作成するためのマス
クとして利用することが可能となる。 （５）補正処理過程、補正処理手段 理論上は、処理プログラムに従ってＣＰＵ１の処理によ
り、前述したようなフォトマスク設計方法が実行される
ことで、フォトレジスト８に所望のレジストパターンを
形成することができる微小パターン９を持つフォトマス
ク７が得られる。これに対し、このようなフォトマスク
７を実際に用いた場合、現実には、光の回折現象等によ
ってフォトマスク７透過後の光の強度分布と設計上の光
の強度分布とにずれが生ずる。

【０１１６】そこで、本実施の形態のフォトマスク設計
装置では、処理プログラムに従ったＣＰＵ１の処理によ
り、補正処理を実行する。つまり、パターン配列−マス
ク透過光分布変換処理が実行され（ステップＳ５）、こ
れにより、生成された微小パターン９を透過してフォト
レジスト８上に到達する光強度分布が計算される（第１
の補正処理過程、第１の補正処理手段）。その結果、パ
ターン配列後の光透過率分布データが得られる。この処
理は、アライナを用いる場合にはフォトマスク７とフォ
トレジスト８との間のギャップや露光する光の波長を考
慮し、拡散板等を用いてフォトマスク７への入射角度に
分布を与える場合にはその分布等を考慮し、ステッパを
用いる場合にはＮＡ、コヒーレンスファクタ、フォーカ
スオフセット等のパラメータを考慮し、実際にフォトレ
ジスト８に入射する光強度の分布を計算する。そして、
その計算結果を、フォトマスク７への入射光に対するパ
ーセンテージで表すようにしておくことで、パターン配
列前の光透過率分布データと直接比較することが可能と
なる。

【０１１７】ここで、本実施の形態では、計算を簡単に
するために、第１の補正処理過程において、（５）式の
関数を用いて光強度分布を計算する。

【０１１８】

【数２２】

【０１１９】この場合、フォトマスク７上の開口部を透
過した光の分布を表す点象分布関数はガウス分布で近似
し、半値幅及び積分範囲は、実際の光透過率分布と比較
して最適化する。

【０１２０】次いで、光透過率比較処理が実行され、パ
ターン配列後の光透過率分布データがパターン配列前の
光透過率分布データと比較される（ステップＳ６）。つ
まり、計算によって求められた微小領域１０毎の光強度
と光透過率変換過程で変換された光透過率に基づく光強
度とが比較判定される（第２の補正処理過程、第２の補
正処理手段）。その結果、微小領域１０毎の光強度に誤
差が生ずると判定された場合には、誤差パターンの補正
処理が実行される（ステップＳ７、第３の補正処理過
程、第３の補正処理手段）。

【０１２１】ここでの誤差の判定基準は、フォトマスク
７に配置することができる光透過率を考慮し、光透過率
のずれが１階調当たりの変化量の半分の値よりも大きけ
れば、ずれがあると判定する。この場合には、そのずれ
を相殺する方向の光透過率を持つ微小領域データに置換
する。そして、このような置換処理後、再度同一の処理
が繰り返され、ずれ量が収束するまでこのような補正処
理が繰り返される。これにより、フォトマスク７透過後
の光の強度分布と設計上の光の強度分布との間のずれが
解消又は減少する。そして、ずれ量が収束するまで補正
処理が繰り返されることで、ずれの解消又は減少がより
高精度に行なわれる。

【０１２２】なお、本実施の形態では、計算を容易にす
るため、フォトマスク７透過後の光強度分布としてガウ
ス分布を用いたが、フォトマスク７透過後の光を正確に
表すことができる関数を用いれば、より精度が良いパタ
ーンをフォトマスク７に配置することができる。また、
フォトマスク７のパターンからフォトレジスト８の形状
まで予測することができるようなシミュレーション手段
を利用することができる場合であれば、フォトマスク７
上の開口パターン配列からレジストパターンを計算し、
目標とするレジストパターンを計算し、目標とするレジ
ストパターンとの比較を行ない、そのずれを補正するこ
とでより精度が高いフォトマスク７を作成することが可
能である。

【０１２３】ここで、補正処理について特に説明するた
めに、別の実施の形態として、図１１に示すようなレジ
スト深さを目標形状とすることを想定する。そして、図
１２及び図１３には、補正前後の光透過率分布と目標と
なる光透過率分布とを示す。レンズとして利用するのは
半径６０μｍの領域であり、この範囲での補正前のずれ
量は、光透過率の変化率が大きい±５０付近で最大５％
程度と大きかったのに対し、補正後は、レジストパター
ンの１階調分である１％に収まっている。

【０１２４】［マイクロレンズの作製方法］次いで、本
発明のフォトマスクを用いたマイクロレンズの作製方法
の一例を図１４に基づいて説明する。図１４は、マイク
ロレンズの作成過程を示すプロセスフロー図である。

【０１２５】この例では、フォトレジスト１１を用いて
作製したマイクロレンズを、異方性エッチングを用いて
基板材料に転写する方法を用いている。この場合、フォ
トレジスト１１を感光性樹脂に置き換えても、同様の原
理でマイクロレンズを作製することが可能である。そこ
で、ここではフォトレジスト１１でマイクロレンズを作
製する方法を説明するが、この説明は、感光性樹脂でマ
イクロレンズを作製する方法の説明も兼ねる。

【０１２６】まず、図１４（ａ）に示すように、マイク
ロレンズを作製しようとする材料からなる基板１２にス
ピンコーターを用いて所定の厚みのフォトレジスト１１
を塗布する。このフォトレジスト１１の厚さは、マスク
設計時に想定した厚さと同じになるようにする。この場
合、フォトレジスト１１の厚さは、フォトレジスト１１
の粘度を調整したり、スピンコーターの回転数を調整し
たりすることにより、調整可能である。その後、オーブ
ンを用い、塗布されたフォトレジスト１１を乾燥させ、
亀裂が発生しないように十分に時間をかけてフォトレジ
スト１１を冷却する。

【０１２７】次いで、図１４（ｂ）に示すように、マイ
クロレンズパターンが含まれているフォトマスク１３を
用い、フォトレジスト１１を露光する。露光にはアライ
ナーを用いる。露光過程の際に用いられる各部の配置
は、図１７（ｂ）に示すように、基板１２の上に塗布さ
れて乾燥冷却されたフォトレジスト１１の上に、フォト
マスク１３と拡散板１４とを配置し、これらの拡散板１
４及びフォトマスク１３を介して図示しない光源からフ
ォトレジスト１１に光を照射するようになっている。こ
こで、拡散板１４は、光源から照射された光を拡散し、
フォトマスク１３に形成された開口パターンがそのまま
フォトレジスト１１に転写されるのを防止する機能を果
たしている。つまり、フォトマスク１３はフォトレジス
ト１１に対して所定の間隔を開けて配置され、拡散板１
４もフォトマスク１３に対して所定の間隔を開けて配置
されていることから、フォトマスク１３のそれぞれの開
口を透過した光は広がってフォトレジスト１１に伝播
し、これによってフォトマスク１３に形成された開口パ
ターンがそのままフォトレジスト１１に転写されること
が防止される。この場合、フォトマスク１３のそれぞれ
の開口を透過した光が広がってフォトレジスト１１に伝
播することから、設計時のパターンと実際のパターンと
の間にずれが生じてしまうため、このようなパターンの
ずれは、フォトマスクの設計時の補正処理において補正
するようにしている。そこで、フォトレジスト１１の露
光量は、設計時の補正処理時に想定した露光量に一致さ
せる必要がある。

【０１２８】こうしてマイクロレンズパターンが含まれ
ているフォトマスク１３を用い、フォトレジスト１１を
露光することにより、フォトレジスト１１における露光
部分１５がその露光量に応じた量だけ除去され、フォト
レジスト１１においてマイクロレンズパターンが生成さ
れる。

【０１２９】なお、本実施の形態では、アライナーを用
いた方法を説明したが、他の方法、例えば、ステッパー
を用いて焦点をずらしボケさせる方法等を用いることも
できる。

【０１３０】その後、図１４（ｃ）に示すように、現像
を行ない、目的のマイクロレンズ形状のフォトレジスト
パターンを得る。この場合、使用する波長で十分な透過
率が得られ、使用する環境（熱、湿度等）に耐えられる
ようなフォトレジストや感光性ポリイミド等の感光性樹
脂が用いられている場合には、そのままレンズとしての
使用が可能である。

【０１３１】そして、図１４（ｄ）に示すように、最後
に、異方性ドライエッチングを行なってフォトレジスト
パターンを基板に１２に転写することで、光学素子とな
る目的のマイクロレンズが得られる。

【０１３２】このようにして作製されたマイクロレンズ
は、従来とは異なり、球面以外の非球面等、所望の形状
にすることが可能なので、収差を減らし得る形状とした
り、光軸を任意角度だけ傾斜させた形状としたりするこ
とが可能となる。特に、収差を減らした場合は、光ディ
スクや光プローブ顕微鏡等、回折限界に近い微少な光ス
ポットが必要な用途にも用いることができるマイクロレ
ンズが得られる。

【０１３３】ここで、図１５は、作製された光学素子と
してのマイクロレンズの一例を示す側面図である。本実
施の形態のマイクロレンズの作製方法によれば、従来の
レジストリフロー法と異なり、レジストパターンを熱変
形させないため、１つの面に直径が等しく焦点距離が異
なる多数のレンズを並べたり（図１５参照）、レンズと
プリズムなどの異なる光学部品を同時に同一物として形
成したりすることが可能となる。これは、例えば焦点距
離が異なる複数のレンズを作成する場合にはフォトレジ
ストの塗布膜圧を異ならせるかレンズの直径を異ならせ
なければならないリフロー法に対する本願発明の大きな
利点である。

【０１３４】

【発明の効果】請求項１記載のフォトマスク設計方法の
発明は、フォトレジストに照射される光の光量をそれぞ
れ所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微小パタ
ーンで制御し、前記フォトレジストに前記微小パターン
に対応する３次元形状を持つレジストパターンを形成す
るために用いられるフォトマスク設計方法において、使
用する前記フォトレジストについての露光量に対するレ
ジスト深さを示すレジスト感度曲線を予め設定するレジ
スト感度曲線設定過程と、所定階調分の複数の光透過率
に対応付けられた微小領域データを予め設定する微小領
域データ設定過程と、目標とするレジストパターンに基
づいて前記微小領域毎にレジスト深さを設定するレジス
ト深さ設定過程と、前記微小領域毎に設定されたレジス
ト深さと前記レジスト感度曲線設定過程で設定した前記
レジスト感度曲線とに基づいて、目標とするレジストパ
ターンに対応する前記微小領域毎の露光量を求める露光
量算出過程と、前記露光量算出過程で求めた前記微小領
域毎の露光量を光透過率に変換する光透過率変換過程
と、前記光透過率変換過程で求めた前記微小領域毎の光
透過率を前記微小領域データ設定過程で設定した前記微
小領域データに置換して前記微小パターンを生成する微
小パターン生成過程と、を具備するので、目的とするフ
ォトレジストパターンの深さが変わった場合であって
も、データを取り直す必要なしにフォトマスク上に配列
できる微小パターンの階調数を有効に利用してフォトマ
スクを設計することができる。また、フォトレジストの
種類が変わった場合でも、レジスト感度曲線だけを変更
すれば良いので、フォトマスクを容易に設計できる。

【０１３５】請求項２記載の発明は、請求項１記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記光透過率変換過程に
おいて、前記露光量算出過程で求めた露光量の最大値を
Ｅｍａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に与えるこ
とができる光透過率の最小値をａ、最大値をｂ、前記光
透過率変換過程で変換される光透過率の最大値をＴｍａ
ｘ、最小値をＴｍｉｎとした場合、

【０１３６】

【数２３】

【０１３７】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、作成したいレジストパターンにおいて露光量
が最も多くなる部分の光透過率と最も少なくなる部分の
光透過率とをフォトマスク上に配列できる光透過率の最
大値から最小値の間に位置させることができ、したがっ
て、フォトマスク上に配置することができる微小領域の
全体を光透過率の階調数として有効に利用することがで
きる。

【０１３８】請求項３記載の発明は、請求項２記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記光透過率変換過程に
おいて、前記微小領域に与えることができる光透過率を
Ｔ(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅ
に対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前
記微小パターンに必要な精度をΔｒとした場合、

【０１３９】

【数２４】

【０１４０】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度を確保することが
できる。

【０１４１】請求項４記載の発明は、請求項１、２又は
３記載のフォトマスク設計方法であって、前記レジスト
深さ設定過程において、設定されたレジスト深さの最小
値がより大きな値となるように前記微小領域毎のレジス
ト深さのパターンを移動させるようにしたので、一般的
に、露光量が少ない領域で露光量に対するレジスト深さ
が急激な変化を示し、露光量が多い領域で露光量に対す
るレジスト深さが少なくなる傾向を示すというレジスト
感度曲線の特性を利用し、フォトマスクに与えることが
できる光透過率の階調数に対するフォトレジストの深さ
方向の変化率が小さい領域を用いることができ、これに
より、光透過率の階調数に対する解像度を高めることが
できる。

【０１４２】請求項５記載の発明は、請求項１、２、３
又は４記載のフォトマスク設計方法であって、前記微小
パターン生成過程は、生成された前記微小パターンを透
過して前記フォトレジスト上に到達する光強度分布を計
算する第１の補正処理過程と、前記第１の補正処理過程
で求めた前記微小領域毎の光強度と前記光透過率変換過
程で変換された光透過率に基づく光強度とを比較判定す
る第２の補正処理過程と、前記第２の補正処理過程で前
記微小領域毎の光強度に誤差が生ずると判定された場合
には、その誤差を少なくする前記微小領域のデータに置
換する第３の補正処理過程と、を具備するので、フォト
マスクを実際に用いた場合、現実には、光の回折現象等
によってフォトマスク透過後の光の強度分布と設計上の
光の強度分布とにずれが生ずることを考慮し、フォトマ
スク透過後の光の強度分布と設計上の光の強度分布との
間のずれを解消又は減少することができる。

【０１４３】請求項６記載の発明は、請求項５記載のフ
ォトマスク設計方法であって、前記微小パターン生成過
程は、前記第１の補正処理過程と前記第２の補正処理過
程と前記第３の補正処理過程とを複数回繰り返すので、
第１の補正処理過程と第２の補正処理過程と第３の補正
処理過程との複数回の繰り返しによって、フォトマスク
透過後の光の強度分布と設計上の光の強度分布との間の
ずれの解消又は減少をより高精度に行なうことができ
る。

【０１４４】請求項７記載の発明は、請求項５又は６記
載のフォトマスク設計方法であって、前記微小パターン
生成過程において、前記第１の補正処理過程での光強度
分布の計算は、

【０１４５】

【数２５】

【０１４６】を用いて行なうので、このような計算式に
より、光強度分布を簡易に求めることができる。

【０１４７】請求項８記載のフォトマスク設計装置の発
明は、フォトレジストに照射される光の光量をそれぞれ
所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微小パター
ンで制御し、前記フォトレジストに前記微小パターンに
対応する３次元形状を持つレジストパターンを形成する
ために用いられるフォトマスク設計装置において、使用
する前記フォトレジストについての露光量に対するレジ
スト深さを示すレジスト感度曲線と、所定階調分の複数
の光透過率に対応付けられた微小領域データとを記憶す
る記憶手段と、目標とするレジストパターンに基づいて
前記微小領域毎にレジスト深さを設定するレジスト深さ
設定手段と、前記微小領域毎に設定されたレジスト深さ
と前記記憶手段に記憶されている前記レジスト感度曲線
とに基づいて、目標とするレジストパターンに対応する
前記微小領域毎の露光量を求める露光量算出手段と、前
記露光量算出手段で求めた前記微小領域毎の露光量を光
透過率に変換する光透過率変換手段と、前記光透過率変
換手段で求めた前記微小領域毎の光透過率を前記記憶手
段に記憶されている前記微小領域データに置換して前記
微小パターンを生成する微小パターン生成手段と、を具
備するので、目的とするフォトレジストパターンの深さ
が変わった場合であっても、データを取り直す必要なし
にフォトマスク上に配列できる微小パターンの階調数を
有効に利用してフォトマスクを設計することができる。
また、フォトレジストの種類が変わった場合でも、レジ
スト感度曲線だけを変更すれば良いので、フォトマスク
を容易に設計できる。

【０１４８】請求項９記載の発明は、請求項８記載のフ
ォトマスク設計装置であって、前記光透過率変換手段
は、前記露光量算出手段で求めた露光量の最大値をＥｍ
ａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に与えることが
できる光透過率の最小値をａ、最大値をｂ、前記光透過
率変換手段で変換される光透過率の最大値をＴｍａｘ、
最小値をＴｍｉｎとした場合、

【０１４９】

【数２６】

【０１５０】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、作成したいレジストパターンにおいて露光量
が最も多くなる部分の光透過率と最も少なくなる部分の
光透過率とをフォトマスク上に配列できる光透過率の最
大値から最小値の間に位置させることができ、したがっ
て、フォトマスク上に配置することができる微小領域の
全体を光透過率の階調数として有効に利用することがで
きる。

【０１５１】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
フォトマスク設計装置であって、前記光透過率変換手段
は、前記微小領域に与えることができる光透過率をＴ
(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅに
対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前記
微小パターンに必要な精度をΔｒとした場合、

【０１５２】

【数２７】

【０１５３】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度を確保することが
できる。

【０１５４】請求項１１記載の発明は、請求項８、９又
は１０記載のフォトマスク設計装置であって、前記レジ
スト深さ設定手段は、設定されたレジスト深さの最小値
がより大きな値となるように前記微小領域毎のレジスト
深さのパターンを移動させるようにしたので、一般的
に、露光量が少ない領域で露光量に対するレジスト深さ
が急激な変化を示し、露光量が多い領域で露光量に対す
るレジスト深さが少なくなる傾向を示すというレジスト
感度曲線の特性を利用し、フォトマスクに与えることが
できる光透過率の階調数に対するフォトレジストの深さ
方向の変化率が小さい領域を用いることができ、これに
より、光透過率の階調数に対する解像度を高めることが
できる。

【０１５５】請求項１２記載の発明は、請求項８、９、
１０又は１１記載のフォトマスク設計装置であって、前
記微小パターン生成手段は、生成された前記微小パター
ンを透過して前記フォトレジスト上に到達する光強度分
布を計算する第１の補正処理手段と、前記第１の補正処
理手段で求めた前記微小領域毎の光強度と前記光透過率
変換手段で変換された光透過率に基づく光強度とを比較
判定する第２の補正処理手段と、前記第２の補正処理手
段で前記微小領域毎の光強度に誤差が生ずると判定され
た場合には、その誤差を少なくする前記微小領域のデー
タに置換する第３の補正処理手段と、を具備するので、
フォトマスクを実際に用いた場合、現実には、光の回折
現象等によってフォトマスク透過後の光の強度分布と設
計上の光の強度分布とにずれが生ずることを考慮し、フ
ォトマスク透過後の光の強度分布と設計上の光の強度分
布との間のずれを解消又は減少することができる。

【０１５６】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
のフォトマスク設計装置であって、前記微小パターン生
成手段は、前記第１の補正処理手段と前記第２の補正処
理手段と前記第３の補正処理手段とによる処理を複数回
繰り返すので、第１の補正処理手段と第２の補正処理手
段と第３の補正処理手段とによる処理の複数回の繰り返
しによって、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計
上の光の強度分布との間のずれの解消又は減少をより高
精度に行なうことができる。

【０１５７】請求項１４記載の発明は、請求項１２又は
１３記載のフォトマスク設計装置であって、前記微小パ
ターン生成手段は、前記第１の補正処理手段での光強度
分布の計算を、

【０１５８】

【数２８】

【０１５９】を用いて行なうので、このような計算式に
より、光強度分布を簡易に求めることができる。

【０１６０】請求項１５記載のコンピュータ読取可能な
記憶媒体の発明は、フォトレジストに照射される光の光
量をそれぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合であ
る微小パターンで制御し、前記フォトレジストに前記微
小パターンに対応する３次元形状を持つレジストパター
ンを形成するために用いられるフォトマスク設計処理を
実行するコンピュータにインストールされ、目標とする
レジストパターンに基づいて前記微小領域毎にレジスト
深さを設定するレジスト深さ設定手段と、前記微小領域
毎に設定されたレジスト深さと記憶手段に予め記憶され
ている前記フォトレジストの露光量に対するレジスト深
さを示すレジスト感度曲線とに基づいて、目標とするレ
ジストパターンに対応する前記微小領域毎の露光量を求
める露光量算出手段と、前記露光量算出手段で求めた前
記微小領域毎の露光量を光透過率に変換する光透過率変
換手段と、前記光透過率変換手段で求めた前記微小領域
毎の光透過率を、前記記憶手段に予め記憶されている所
定階調分の複数の光透過率に対応付けられた微小領域デ
ータに置換して前記微小パターンを生成する微小パター
ン生成手段と、をコンピュータに実行させるためのプロ
グラムを格納するので、目的とするフォトレジストパタ
ーンの深さが変わった場合であっても、データを取り直
す必要なしにフォトマスク上に配列できる微小パターン
の階調数を有効に利用してフォトマスクを設計すること
ができる。また、フォトレジストの種類が変わった場合
でも、レジスト感度曲線だけを変更すれば良いので、フ
ォトマスクを容易に設計できる。

【０１６１】請求項１６記載の発明は、請求項１５記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記光透
過率変換手段は、前記露光量算出手段で求めた露光量の
最大値をＥｍａｘ、最小値をＥｍｉｎ、前記微小領域に
与えることができる光透過率の最小値をａ、最大値を
ｂ、前記光透過率変換手段で変換される光透過率の最大
値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎとした場合、

【０１６２】

【数２９】

【０１６３】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、作成したいレジストパターンにおいて露光量
が最も多くなる部分の光透過率と最も少なくなる部分の
光透過率とをフォトマスク上に配列できる光透過率の最
大値から最小値の間に位置させることができ、したがっ
て、フォトマスク上に配置することができる微小領域の
全体を光透過率の階調数として有効に利用することがで
きる。

【０１６４】請求項１７記載の発明は、請求項１６記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記光透
過率変換手段は、前記微小領域に与えることができる光
透過率をＴ(ｎ)（ｎ＝１…Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、
露光量Ｅに対するレジスト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設
計する前記微小パターンに必要な精度をΔｒとした場
合、

【０１６５】

【数３０】

【０１６６】を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小
領域毎の露光量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に
変換するようにしたので、Ｅｅｘｐの値を求め、微小領
域毎の露光量をＥｅｘｐの値で割って光透過率に変換す
ることで、微小パターンに必要な精度を確保することが
できる。

【０１６７】請求項１８記載の発明は、請求項１５、１
６又は１７記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体であ
って、前記レジスト深さ設定手段は、設定されたレジス
ト深さの最小値がより大きな値となるように前記微小領
域毎のレジスト深さのパターンを移動させるようにした
ので、一般的に、露光量が少ない領域で露光量に対する
レジスト深さが急激な変化を示し、露光量が多い領域で
露光量に対するレジスト深さが少なくなる傾向を示すと
いうレジスト感度曲線の特性を利用し、フォトマスクに
与えることができる光透過率の階調数に対するフォトレ
ジストの深さ方向の変化率が小さい領域を用いることが
でき、これにより、光透過率の階調数に対する解像度を
高めることができる。

【０１６８】請求項１９記載の発明は、請求項１５、１
６、１７又は１８記載のコンピュータ読取可能な記憶媒
体であって、前記微小パターン生成手段は、生成された
前記微小パターンを透過して前記フォトレジスト上に到
達する光強度分布を計算する第１の補正処理手段と、前
記第１の補正処理手段で求めた前記微小領域毎の光強度
と前記光透過率変換手段で変換された光透過率に基づく
光強度とを比較判定する第２の補正処理手段と、前記第
２の補正処理手段で前記微小領域毎の光強度に誤差が生
ずると判定された場合には、その誤差を少なくする前記
微小領域のデータに置換する第３の補正処理手段と、を
具備するので、フォトマスクを実際に用いた場合、現実
には、光の回折現象等によってフォトマスク透過後の光
の強度分布と設計上の光の強度分布とにずれが生ずるこ
とを考慮し、フォトマスク透過後の光の強度分布と設計
上の光の強度分布との間のずれを解消又は減少すること
ができる。

【０１６９】請求項２０記載の発明は、請求項１９記載
のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記微小
パターン生成手段は、前記第１の補正処理手段と前記第
２の補正処理手段と前記第３の補正処理手段とによる処
理を複数回繰り返すので、第１の補正処理手段と第２の
補正処理手段と第３の補正処理手段とによる処理の複数
回の繰り返しによって、フォトマスク透過後の光の強度
分布と設計上の光の強度分布との間のずれの解消又は減
少をより高精度に行なうことができる。

【０１７０】請求項２１記載の発明は、請求項１９又は
２０記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記微小パターン生成手段は、前記第１の補正処理手段
での光強度分布の計算を、

【０１７１】

【数３１】

【０１７２】を用いて行なうので、このような計算式に
より、光強度分布を簡易に求めることができる。

【０１７３】請求項２２記載のフォトマスクの発明は、
請求項１ないし７のいずれか１記載のフォトマスク設計
方法によって設計されたので、請求項１ないし７のいず
れか１記載のフォトマスク設計方法によって容易にフォ
トマスクを設計することができ、しかも、一般的な計算
装置によって高い精度でフォトマスクを設計することが
できる。

【０１７４】請求項２３記載の発明は、請求項２２記載
のフォトマスクであって、透過率が離散的に変化するの
で、半導体の製造に用いられる電子ビームやレーザで離
散的にマスクパターンを書き込む技術のような書き込み
技術をそのまま利用して微小パターンを生成することが
でき、したがって、製造の容易化を図ることができる。

【０１７５】請求項２４記載の発明は、請求項２３記載
のフォトマスクであって、透過率が１００パーセントと
０パーセントとの間で２値的に変化する材料によって形
成され、前記微小領域に配置された開口部の大きさで透
過率を変化させるので、半導体の製造に用いられる電子
ビームやレーザで離散的にマスクパターンを書き込む技
術のような書き込み技術をそのまま利用して微小パター
ンを生成することができ、したがって、製造の容易化を
図ることができる。また、フォトマスクの材料としても
一般的な物を用いることができる。

【０１７６】請求項２５記載のフォトレジストは、請求
項２２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて露光
されているので、そのフォトレジストを透過する光の波
長領域における光学部品として利用することができる。
また、フォトレジストを、球面以外の非球面等、所望の
形状にすることが容易である。

【０１７７】請求項２６記載の感光性樹脂は、請求項２
２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて露光され
ているので、その感光性樹脂を透過する光の波長領域に
おける光学部品として利用することができる。また、感
光性樹脂を、球面以外の非球面等、所望の形状にするこ
とが容易である。

【０１７８】請求項２７記載の基板は、異方性ドライエ
ッチングにより請求項２５記載のフォトレジストを転写
されているので、その基板材料を透過する光の波長領域
における光学部品として利用することができる。また、
基板を、球面以外の非球面等、所望の形状にすることが
容易である。

【０１７９】請求項２８記載の基板は、異方性ドライエ
ッチングにより請求項２６記載の感光性樹脂パターンを
転写されているので、その基板材料を透過する光の波長
領域における光学部品として利用することができる。ま
た、基板を、球面以外の非球面等、所望の形状にするこ
とが容易である。

【０１８０】請求項２９記載のマイクロレンズは、請求
項２２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて作製
されているので、球面以外の非球面、収差を減らし得る
形状、光軸を任意角度だけ傾斜させた形状等、所望の形
状のマイクロレンズを得ることができ、また、１つの面
に直径が等しく焦点距離が異なる多数のレンズを並べた
り、レンズとプリズムなどの異なる光学部品を同時に同
一物として形成したりすることができる。特に、収差を
減らした形状として形成した場合には、光ディスクや光
プローブ顕微鏡等、回折限界に近い微少な光スポットが
必要な用途にも用いることができるマイクロレンズを得
ることができる。

【０１８１】請求項３０記載の光学素子は、請求項２
２、２３又は２４記載のフォトマスクを用いて作製した
１枚の基板上に複数の微少光学素子が配列されているの
で、そのような微少光学素子を用いる装置を小型化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すフォトマスク設計
装置のブロック図である。

【図２】レジスト感度曲線を示すグラフである。

【図３】フォトマスクを例示する模式図である。

【図４】フォトマスクの設計処理の流れを示すフローチ
ャートである。

【図５】フォトレジストに対する各微小領域での目的と
するレジスト深さを例示する模式図である。

【図６】レジスト深さ分布データを示す模式図である。

【図７】レジスト深さ分布データに基づくレジスト深さ
を示すグラフである。

【図８】レジスト深さを露光量に変換して示すグラフで
ある。

【図９】露光量を光透過率に変換して示すグラフであ
る。

【図１０】微小領域の光透過率の実測値を示すグラフで
ある。

【図１１】別の実施の形態として、目標形状となるレジ
スト深さを示すグラフである。

【図１２】補正前の光透過率分布と目標となる光透過率
分布とを示すグラフである。

【図１３】補正後の光透過率分布と目標となる光透過率
分布とを示すグラフである。

【図１４】マイクロレンズの作成過程を示すプロセスフ
ロー図である。

【図１５】作製されたマイクロレンズの一例を示す側面
図である。

【図１６】フォトマスクを用いて形成したレジストパタ
ーンの一例を示す模式図である。

【図１７】従来のフォトマスクパターンを例示する模式
図である。

【図１８】グレースケール値とレジスト深さとの関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

５ 記憶媒体 ６ レジスト感度曲線 ７ フォトマスク ８，１１ フォトレジスト ９ 微小パターン １０ 微小領域 １２ 基板、マイクロレンズ、光学素子

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトレジストに照射される光の光量を
   それぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微
   小パターンで制御し、前記フォトレジストに前記微小パ
   ターンに対応する３次元形状を持つレジストパターンを
   形成するために用いられるフォトマスク設計方法におい
   て、 使用する前記フォトレジストについての露光量に対する
   レジスト深さを示すレジスト感度曲線を予め設定するレ
   ジスト感度曲線設定過程と、 所定階調分の複数の光透過率に対応付けられた微小領域
   データを予め設定する微小領域データ設定過程と、 目標とするレジストパターンに基づいて前記微小領域毎
   にレジスト深さを設定するレジスト深さ設定過程と、 前記微小領域毎に設定されたレジスト深さと前記レジス
   ト感度曲線設定過程で設定した前記レジスト感度曲線と
   に基づいて、目標とするレジストパターンに対応する前
   記微小領域毎の露光量を求める露光量算出過程と、 前記露光量算出過程で求めた前記微小領域毎の露光量を
   光透過率に変換する光透過率変換過程と、 前記光透過率変換過程で求めた前記微小領域毎の光透過
   率を前記微小領域データ設定過程で設定した前記微小領
   域データに置換して前記微小パターンを生成する微小パ
   ターン生成過程と、を具備するフォトマスク設計方法。
2. 【請求項２】 前記光透過率変換過程において、前記露
   光量算出過程で求めた露光量の最大値をＥｍａｘ、最小
   値をＥｍｉｎ、前記微小領域に与えることができる光透
   過率の最小値をａ、最大値をｂ、前記光透過率変換過程
   で変換される光透過率の最大値をＴｍａｘ、最小値をＴ
   ｍｉｎとした場合、 【数１】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
   量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
   項１記載のフォトマスク設計方法。
3. 【請求項３】 前記光透過率変換過程において、前記微
   小領域に与えることができる光透過率をＴ(ｎ)（ｎ＝１
   …Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅに対するレジス
   ト深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前記微小パターン
   に必要な精度をΔｒとした場合、 【数２】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
   量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
   項２記載のフォトマスク設計方法。
4. 【請求項４】 前記レジスト深さ設定過程において、設
   定されたレジスト深さの最小値がより大きな値となるよ
   うに前記微小領域毎のレジスト深さのパターンを移動さ
   せる請求項１、２又は３記載のフォトマスク設計方法。
5. 【請求項５】 前記微小パターン生成過程は、 生成された前記微小パターンを透過して前記フォトレジ
   スト上に到達する光強度分布を計算する第１の補正処理
   過程と、 前記第１の補正処理過程で求めた前記微小領域毎の光強
   度と前記光透過率変換過程で変換された光透過率に基づ
   く光強度とを比較判定する第２の補正処理過程と、 前記第２の補正処理過程で前記微小領域毎の光強度に誤
   差が生ずると判定された場合には、その誤差を少なくす
   る前記微小領域のデータに置換する第３の補正処理過程
   と、 を具備する請求項１、２、３又は４記載のフォトマスク
   設計方法。
6. 【請求項６】 前記微小パターン生成過程は、前記第１
   の補正処理過程と前記第２の補正処理過程と前記第３の
   補正処理過程とを複数回繰り返す請求項５記載のフォト
   マスク設計方法。
7. 【請求項７】 前記微小パターン生成過程において、前
   記第１の補正処理過程での光強度分布の計算は、 【数３】 を用いて行なう請求項５又は６記載のフォトマスク設計
   方法。
8. 【請求項８】 フォトレジストに照射される光の光量を
   それぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合である微
   小パターンで制御し、前記フォトレジストに前記微小パ
   ターンに対応する３次元形状を持つレジストパターンを
   形成するために用いられるフォトマスク設計装置におい
   て、 使用する前記フォトレジストについての露光量に対する
   レジスト深さを示すレジスト感度曲線と、所定階調分の
   複数の光透過率に対応付けられた微小領域データとを記
   憶する記憶手段と、 目標とするレジストパターンに基づいて前記微小領域毎
   にレジスト深さを設定するレジスト深さ設定手段と、 前記微小領域毎に設定されたレジスト深さと前記記憶手
   段に記憶されている前記レジスト感度曲線とに基づい
   て、目標とするレジストパターンに対応する前記微小領
   域毎の露光量を求める露光量算出手段と、 前記露光量算出手段で求めた前記微小領域毎の露光量を
   光透過率に変換する光透過率変換手段と、 前記光透過率変換手段で求めた前記微小領域毎の光透過
   率を前記記憶手段に記憶されている前記微小領域データ
   に置換して前記微小パターンを生成する微小パターン生
   成手段と、 を具備するフォトマスク設計装置。
9. 【請求項９】 前記光透過率変換手段は、前記露光量算
   出手段で求めた露光量の最大値をＥｍａｘ、最小値をＥ
   ｍｉｎ、前記微小領域に与えることができる光透過率の
   最小値をａ、最大値をｂ、前記光透過率変換手段で変換
   される光透過率の最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎ
   とした場合、 【数４】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
   量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
   項８記載のフォトマスク設計装置。
10. 【請求項１０】 前記光透過率変換手段は、前記微小領
    域に与えることができる光透過率をＴ(ｎ)（ｎ＝１…
    Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅに対するレジスト
    深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前記微小パターンに
    必要な精度をΔｒとした場合、 【数５】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
    量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
    項９記載のフォトマスク設計装置。
11. 【請求項１１】 前記レジスト深さ設定手段は、設定さ
    れたレジスト深さの最小値がより大きな値となるように
    前記微小領域毎のレジスト深さのパターンを移動させる
    請求項８、９又は１０記載のフォトマスク設計装置。
12. 【請求項１２】 前記微小パターン生成手段は、 生成された前記微小パターンを透過して前記フォトレジ
    スト上に到達する光強度分布を計算する第１の補正処理
    手段と、 前記第１の補正処理手段で求めた前記微小領域毎の光強
    度と前記光透過率変換手段で変換された光透過率に基づ
    く光強度とを比較判定する第２の補正処理手段と、 前記第２の補正処理手段で前記微小領域毎の光強度に誤
    差が生ずると判定された場合には、その誤差を少なくす
    る前記微小領域のデータに置換する第３の補正処理手段
    と、を具備する請求項８、９、１０又は１１記載のフォ
    トマスク設計装置。
13. 【請求項１３】 前記微小パターン生成手段は、前記第
    １の補正処理手段と前記第２の補正処理手段と前記第３
    の補正処理手段とによる処理を複数回繰り返す請求項１
    ２記載のフォトマスク設計装置。
14. 【請求項１４】 前記微小パターン生成手段は、前記第
    １の補正処理手段での光強度分布の計算を、 【数６】 を用いて行なう請求項１２又は１３記載のフォトマスク
    設計装置。
15. 【請求項１５】 フォトレジストに照射される光の光量
    をそれぞれ所定の光透過率を持つ微小領域の集合である
    微小パターンで制御し、前記フォトレジストに前記微小
    パターンに対応する３次元形状を持つレジストパターン
    を形成するために用いられるフォトマスク設計処理を実
    行するコンピュータにインストールされ、 目標とするレジストパターンに基づいて前記微小領域毎
    にレジスト深さを設定するレジスト深さ設定手段と、 前記微小領域毎に設定されたレジスト深さと記憶手段に
    予め記憶されている前記フォトレジストの露光量に対す
    るレジスト深さを示すレジスト感度曲線とに基づいて、
    目標とするレジストパターンに対応する前記微小領域毎
    の露光量を求める露光量算出手段と、 前記露光量算出手段で求めた前記微小領域毎の露光量を
    光透過率に変換する光透過率変換手段と、 前記光透過率変換手段で求めた前記微小領域毎の光透過
    率を、前記記憶手段に予め記憶されている所定階調分の
    複数の光透過率に対応付けられた微小領域データに置換
    して前記微小パターンを生成する微小パターン生成手段
    と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを格
    納するコンピュータ読取可能な記憶媒体。
16. 【請求項１６】 前記光透過率変換手段は、前記露光量
    算出手段で求めた露光量の最大値をＥｍａｘ、最小値を
    Ｅｍｉｎ、前記微小領域に与えることができる光透過率
    の最小値をａ、最大値をｂ、前記光透過率変換手段で変
    換される光透過率の最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉ
    ｎとした場合、 【数７】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
    量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
    項１５記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
17. 【請求項１７】 前記光透過率変換手段は、前記微小領
    域に与えることができる光透過率をＴ(ｎ)（ｎ＝１…
    Ｎ、Ｔ(ｎ)＜Ｔ(ｎ＋１)）、露光量Ｅに対するレジスト
    深さをｒｅｓｉｓｔ(Ｅ)、設計する前記微小パターンに
    必要な精度をΔｒとした場合、 【数８】 を満たすＥｅｘｐの値を設定し、前記微小領域毎の露光
    量を前記Ｅｅｘｐの値で割って光透過率に変換する請求
    項１６記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
18. 【請求項１８】 前記レジスト深さ設定手段は、設定さ
    れたレジスト深さの最小値がより大きな値となるように
    前記微小領域毎のレジスト深さのパターンを移動させる
    請求項１５、１６又は１７記載のコンピュータ読取可能
    な記憶媒体。
19. 【請求項１９】 前記微小パターン生成手段は、 生成された前記微小パターンを透過して前記フォトレジ
    スト上に到達する光強度分布を計算する第１の補正処理
    手段と、 前記第１の補正処理手段で求めた前記微小領域毎の光強
    度と前記光透過率変換手段で変換された光透過率に基づ
    く光強度とを比較判定する第２の補正処理手段と、 前記第２の補正処理手段で前記微小領域毎の光強度に誤
    差が生ずると判定された場合には、その誤差を少なくす
    る前記微小領域のデータに置換する第３の補正処理手段
    と、を具備する請求項１５、１６、１７又は１８記載の
    コンピュータ読取可能な記憶媒体。
20. 【請求項２０】 前記微小パターン生成手段は、前記第
    １の補正処理手段と前記第２の補正処理手段と前記第３
    の補正処理手段とによる処理を複数回繰り返す請求項１
    ９記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
21. 【請求項２１】 前記微小パターン生成手段は、前記第
    １の補正処理手段での光強度分布の計算を、 【数９】 を用いて行なう請求項１９又は２０記載のコンピュータ
    読取可能な記憶媒体。
22. 【請求項２２】 請求項１ないし７のいずれか１記載の
    フォトマスク設計方法によって設計されたフォトマス
    ク。
23. 【請求項２３】 透過率が離散的に変化する請求項２２
    記載のフォトマスク。
24. 【請求項２４】 透過率が１００パーセントと０パーセ
    ントとの間で２値的に変化する材料によって形成され、
    前記微小領域に配置された開口部の大きさで透過率を変
    化させる請求項２３記載のフォトマスク。
25. 【請求項２５】 請求項２２、２３又は２４記載のフォ
    トマスクを用いて露光したフォトレジスト。
26. 【請求項２６】 請求項２２、２３又は２４記載のフォ
    トマスクを用いて露光した感光性樹脂。
27. 【請求項２７】 異方性ドライエッチングにより請求項
    ２５記載のフォトレジストを転写された基板。
28. 【請求項２８】 異方性ドライエッチングにより請求項
    ２６記載の感光性樹脂パターンを転写された基板。
29. 【請求項２９】 請求項２２、２３又は２４記載のフォ
    トマスクを用いて作製したマイクロレンズ。
30. 【請求項３０】 請求項２２、２３又は２４記載のフォ
    トマスクを用いて作製した１枚の基板上に複数の微少光
    学素子が配列された光学素子。