JP2005189371A - Gray scale mask, method for manufacturing optical device, method for manufacturing substrate and method for manufacturing gray scale mask - Google Patents

Gray scale mask, method for manufacturing optical device, method for manufacturing substrate and method for manufacturing gray scale mask Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high accuracy gray scale mask having transmittance approximate to a designed value. <P>SOLUTION: The gray scale mask is produced by forming a fine pattern on a reticle, reducing and transferring the pattern onto a wafer whose surface is coated with a resist by exposure by using an exposure transfer apparatus, developing the resist and etching the wafer by using the remaining resist as a mask. The distance S between the fine patterns is controlled to be ≥0.3 λ/NA, wherein NA is the numerical aperture of the exposure apparatus and λ is the wavelength of the light used for exposure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光リソグラフィを用いて光学素子を製造するため等に用いられるグレースケールマスク、及びこのグレースケールマスクを使用した光学素子の製造方法、このグレースケールマスクを使用して、基板表面のフォトレジストを所定の形状に製造する方法、及び前述のグレースケールマスクの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a gray scale mask used for manufacturing an optical element using optical lithography, a method for manufacturing an optical element using the gray scale mask, and a photo of a substrate surface using the gray scale mask. The present invention relates to a method for manufacturing a resist in a predetermined shape and a method for manufacturing the gray scale mask described above.

マイクロレンズ等の光学素子は、ディジタルカメラ、光通信、MEMS分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大しており、エキシマレーザを光源とする露光装置の光源用のインテグレータとしても使用されている。従来のマイクロレンズの製造方法の例が、例えば特開2003−107209号公報(特許文献1)に開示されている。これは、グレースケールマスク(アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク)を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。   Optical elements such as microlenses have been put into practical use mainly in the fields of digital cameras, optical communications, and MEMS, and the range of use has been increasing. They are also used as light source integrators for exposure apparatuses that use excimer lasers as light sources. Yes. An example of a conventional method for manufacturing a microlens is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-107209 (Patent Document 1). This is because the resist formed on the surface of the optical substrate is exposed to light using a gray scale mask (a mask having a change in light transmittance that can be regarded as analog), and the resist is developed. Form a three-dimensional resist pattern in the shape and use it as a microlens, or, as described above, etch the lens-shaped resist together with the optical substrate to form a lens-shaped resist pattern. It transfers to an optical base material and forms the micro lens which consists of an optical base material.

その例を図10に示す。石英からなる基板11の上にレジスト12を塗布する(a)。この場合、レジストとしてはポジ型のものを使用している。そして、グレースケールマスク13を通して光をレジスト12上に照射する(b)。図においてハッチングを施してある部分がグレースケールとなっており、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が低くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。   An example is shown in FIG. A resist 12 is applied on a substrate 11 made of quartz (a). In this case, a positive type resist is used. Then, the resist 12 is irradiated with light through the gray scale mask 13 (b). In the figure, the hatched portion is a gray scale, and the light transmittance decreases toward the center of the hatched portion. The part which is not hatched is a transparent part.

このようにして露光されたレジスト12を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、(c)に示すように、レジスト12にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。   When the resist 12 exposed in this way is developed, a lot of the portion that has been strongly irradiated with light is removed, and a portion that has been weakly irradiated with the light has a small amount of removal, as shown in FIG. A microlens array pattern is formed on the resist 12.

このような状態で、レジスト12と基板11を同時にドライエッチングすると、レジスト12に形成されたマイクロレンズのパターンが基板11に転写され、レジスト12が無くなった状態で、基板11の表面にマイクロレンズアレイが形成される。レジスト12と基板11のエッチングレートの違いにより、レジスト12に形成されたマイクロレンズのパターンと基板11の表面に形成されたマイクロレンズのパターンはその凹凸度が異なるが、所望の凹凸を有するマイクロレンズのパターンが基板11の表面に形成されるように、予め、レジスト12に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。又、レジスト12を残し、その形状により所望の光学特性を持たせる光学素子の場合は、(c)の工程で最終製品とすればよい。   When the resist 12 and the substrate 11 are simultaneously dry-etched in such a state, the microlens pattern formed on the resist 12 is transferred to the substrate 11, and the microlens array is formed on the surface of the substrate 11 without the resist 12. Is formed. Due to the difference in etching rate between the resist 12 and the substrate 11, the microlens pattern formed on the resist 12 and the microlens pattern formed on the surface of the substrate 11 have different unevenness, but the microlens having desired unevenness The shape of the microlens pattern formed on the resist 12 may be determined in advance so that the above pattern is formed on the surface of the substrate 11. In the case of an optical element that leaves the resist 12 and has desired optical characteristics depending on its shape, the final product may be obtained in the step (c).

このような方法によれば、マイクロレンズのみならす、シリンドリカルレンズ、及びこれらのアレイ、回折格子、フレネルレンズ等の種々の光学素子や、その他、光学素子以外の目的に使用される、表面に所定のパターンを有する基板を製造することができる。   According to such a method, only a microlens, a cylindrical lens, and various optical elements such as an array, a diffraction grating, and a Fresnel lens, and other purposes other than the optical element are used. A substrate having a pattern can be manufactured.

このような目的に用いられるグレースケールマスクとしては、微細な光透過部分を有し、この光透過部分の光非透過部分に対する割合を変えることにより、実質的にグレースケール(アナログ的な透過量変化)を有するグレースケールマスクとするのが一般的である。このような微細な光透過部分のパターンは、例えばEB描画、レーザプロッタ描画、投影露光、密着露光等の方法により製造される。   As a gray scale mask used for such a purpose, it has a fine light transmission portion, and by changing the ratio of the light transmission portion to the light non-transmission portion, the gray scale mask is substantially changed in gray scale (analog transmission amount change). ) Is generally a gray scale mask. Such a fine light transmission portion pattern is manufactured by a method such as EB drawing, laser plotter drawing, projection exposure, or contact exposure.

即ち、遮光膜が形成された透明基板の表面にレジストを塗布し、EB描画、レーザプロッタ描画、投影露光、密着露光等により所定のパターン形状に感光させ、その後レジストを現像し、残ったレジストをマスクとして遮光膜をエッチングして、所定のパターンを有する開口部を形成する。このうち、ステッパを利用した投影露光による方法は、例えばEB描画に比べて、極めて短時間でグレースケールマスクを製造することができ、効率が良いという利点を有する。   That is, a resist is applied to the surface of the transparent substrate on which the light shielding film is formed, and is exposed to a predetermined pattern shape by EB drawing, laser plotter drawing, projection exposure, contact exposure, etc., and then the resist is developed, and the remaining resist is developed. The light shielding film is etched as a mask to form openings having a predetermined pattern. Among these, the method by projection exposure using a stepper has an advantage that a gray scale mask can be manufactured in an extremely short time as compared with, for example, EB drawing, and efficiency is high.

又、パターンの形状は円形、正方形、正六角形等を使用することができ、特に形状に制限はない。円形の場合、その直径は0.3〜20μm程度である。   Moreover, the shape of a pattern can use circular, a square, a regular hexagon etc., and there is no restriction | limiting in particular in a shape. In the case of a circle, the diameter is about 0.3 to 20 μm.

特開2003−107209号公報JP 2003-107209 A

最近、グレースケールマスクを使用して製造される光学素子の形状精度を高くすることが要望されるようになってきた。光学素子の形状精度を高くするための一つの条件として、グレースケールマスクの精度を高くすること、即ち、製作されたグレースケールマスクの各部分における光透過率(以下、「灰色度」と称することがある。)が設計値通りになっているようにすることが要求されるようになってきた。そのために、グレースケールマスクに形成される個々の微細パターン寸法を小さくし、かつ、寸法精度を高くすることで灰色度の分解能を良くすると共に、灰色度を微小な部分で変化させることができるようにすることが必要とされるようになった。   Recently, it has been desired to increase the shape accuracy of optical elements manufactured using a gray scale mask. One condition for increasing the shape accuracy of the optical element is to increase the accuracy of the gray scale mask, that is, the light transmittance in each part of the manufactured gray scale mask (hereinafter referred to as “grayness”). Is required to be as designed. Therefore, by reducing the size of each fine pattern formed on the gray scale mask and increasing the dimensional accuracy, the resolution of the gray level can be improved and the gray level can be changed in a minute portion. It became necessary to do.

前述のように、灰色度を変えるには、グレースケールマスクの各部分における微細パターンの、単位面積当たりの光透過部と光非透過部の割合を変えるようにすることが一般的である。即ち、マスク自体における光の吸収を無視した場合に、所定部分における入射した光を全て通す微細パターンを有する場合の灰色度を1とし、所定部分における入射光量に対し、レジストが感光しない最大光量(レジストの閾値の光量)を透過する微細パターンを有する場合の灰色度を0とすると、グレースケールマスクの各部分における灰色度が、その部分における、前記微細パターンの面積比{(所定部分における微細パターンの面積)−(灰色度を0とする微細パターンの面積)}/(灰色度を1とする微細パターンの面積)}で決定されるものとして、その部分に要求される灰色度に合わせて、前記微細パターンの面積比を決定して、それに応じて微細パターンの分布又は形状を変えるようにしている。   As described above, in order to change the gray level, it is general to change the ratio of the light transmitting part and the light non-transmitting part per unit area of the fine pattern in each part of the gray scale mask. That is, when the absorption of light in the mask itself is ignored, the gray level in the case of having a fine pattern that allows all incident light in a predetermined portion to be 1, and the maximum light amount that the resist is not sensitive to the incident light amount in the predetermined portion ( If the gray level in the case of having a fine pattern that transmits a resist threshold light amount) is 0, the gray level in each portion of the gray scale mask is the area ratio of the fine pattern in that portion {(the fine pattern in the predetermined portion ) − (Area of fine pattern with gray degree of 0)} / (area of fine pattern with gray degree of 1)}, according to the gray degree required for the part, The area ratio of the fine pattern is determined, and the distribution or shape of the fine pattern is changed accordingly.

しかしながら、このような設計思想に基づいてグレースケールマスクを製造した場合、出来上がったグレースケールマスクの各部分における灰色度が、設計値と異なってくる場合があることが判明した。そして、この問題は、微細パターンの密度が高い場合で特に起きやすいという問題点があった。   However, it has been found that when a gray scale mask is manufactured based on such a design concept, the gray level in each portion of the completed gray scale mask may differ from the design value. This problem is particularly likely to occur when the fine pattern density is high.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、設計値と近い灰色度を有する高精度のグレースケールマスク、及びこのグレースケールマスクを使用した光学素子の製造方法、さらには、このグレースケールマスクを使用して、表面に所定の形状を有する基板を製造する方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. A highly accurate gray scale mask having a gray level close to a design value, a method of manufacturing an optical element using the gray scale mask, and further, the gray scale. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate having a predetermined shape on the surface using a mask.

前記課題を解決するための第1の手段は、露光装置を用いてリソグラフィ法により製作され、グレースケールの度合により、複数の微細なパターンの光透過部分の分布状態を変えたグレースケールマスクであって、前記微細なパターン同士の最小間隔Sが、前記露光装置の開口数をNA、露光に使用される光の波長をλとするとき、0.3λ/NA以上とされていることを特徴とするグレースケールマスク(請求項1)である。   A first means for solving the above problem is a gray scale mask manufactured by a lithography method using an exposure apparatus and changing the distribution state of light transmitting portions of a plurality of fine patterns depending on the degree of gray scale. The minimum distance S between the fine patterns is 0.3λ / NA or more, where NA is the numerical aperture of the exposure apparatus and λ is the wavelength of light used for exposure. It is a gray scale mask (Claim 1).

本手段が対象とするグレースケールマスクは、基板上にリソグラフィ法により製作され、基板に微細なパターンを製作し、グレースケールの度合により、複数の微細なパターンの光透過部分の分布状態を変えたグレースケールマスクである。   The gray scale mask targeted by this means is manufactured on the substrate by lithography, and a fine pattern is manufactured on the substrate, and the distribution state of the light transmitting portions of the plurality of fine patterns is changed depending on the degree of gray scale. It is a grayscale mask.

発明者が、特に微細パターンの密度分布が高い場合で、実際に製造されたグレースケールマスクの灰色度が設計値と異なる原因を調査したところ、投影露光装置等の光学系のボケにより、レジスト上に形成されたグレースケールマスクの微細パターンの像がボケ、隣り合う微細パターンの像(又は隣り合う描画領域のボケ)と重なり合う結果、図11に示すように、本来独立したパターンの中間の遮光部分に対応する部分にも、露光光が照射されたのと同じような部分ができてしまうためであることが分かった。図11において、A、Bが本来形成されるべきパターンであるが、本来パターンが形成されるべきでない領域にCのようにパターンが形成され、AとBとがつながってしまう。そのため、設計上のパターン密度と実際のパターン密度が異なり、灰色度も設計値と実際値が異なってくる。   The inventor investigated the cause that the gray level of the actually produced gray scale mask differs from the design value, especially when the density distribution of the fine pattern is high. As shown in FIG. 11, as a result of overlapping the image of the fine pattern of the gray scale mask formed on the image with blur and the image of the adjacent fine pattern (or the blur of the adjacent drawing area) It was found that the same part as that irradiated with the exposure light was formed in the part corresponding to. In FIG. 11, A and B are patterns to be originally formed, but a pattern is formed like C in a region where a pattern should not be originally formed, and A and B are connected. Therefore, the design pattern density and the actual pattern density are different, and the gray level is also different from the design value and the actual value.

実際に所定の灰色度を得るために、円形の開口パターンを多数、離間させて形成したレチクルを用いて、露光転写によりグレースケールマスクを製造した場合に、グレースケールマスクに形成されたパターンの顕微鏡写真を図12に示す。図12を見ると分かるように、本来独立しているべき円形のパターンが、つながってしまっている。これは、前述のように、露光時のボケにより、本来露光されるべきでない場所が、隣り合う露光量域から重複して露光される結果、その部分における蓄積エネルギーの量が、レジスト現像時に遮光膜部のレジスト膜減りを生じさせるためであると考えられる。   In order to actually obtain a predetermined gray level, when a gray scale mask is manufactured by exposure transfer using a reticle formed by separating a large number of circular opening patterns, a microscope of the pattern formed on the gray scale mask is used. A photograph is shown in FIG. As can be seen from FIG. 12, circular patterns that should originally be independent are connected. This is because, as described above, a place that should not be exposed due to the blurring at the time of exposure is exposed from the adjacent exposure amount area, and as a result, the amount of accumulated energy in that portion is blocked during resist development. This is considered to cause a reduction in the resist film thickness.

そこで、実験を行った結果、後に実施例で示すように、製造するグレースケールマスクの微細なパターン同士の最も近いエッジの間隔Sを、露光装置の開口数をNA、露光に使用される光の波長をλとするとき、0.3λ/NA以上となるようにすれば、グレースケールマスクでの微細なパターン同士の変形又はつながりがなくなることが判明した。   Therefore, as a result of experiments, as will be shown later in the examples, the closest edge interval S between the fine patterns of the gray scale mask to be manufactured, the numerical aperture of the exposure apparatus NA, and the light used for exposure It has been found that if the wavelength is set to λ, if it is 0.3λ / NA or more, there is no deformation or connection between fine patterns in the gray scale mask.

前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であるグレースケールマスクを使用し、当該グレースケールマスクのパターンを、レジストを塗布した基板上に露光転写し、その後に前記レジストを現像することにより、前記グレースケールマスクのパターンに応じた形状のレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法(請求項2)である。   The second means for solving the above-mentioned problems uses the gray scale mask which is the first means, and exposes and transfers the pattern of the gray scale mask onto a resist-coated substrate, and then the resist. And developing a resist pattern having a shape corresponding to the pattern of the gray-scale mask by developing the optical element (Claim 2).

前記第1の手段であるグレースケールマスクは、微細パターン同士のつながりが無く、従って露光面上の強度分布が設計値に近くなっている。よって、このようなグレースケールマスクを使用することにより、設計値に近い光学特性を有する光学素子を製造することができる。   The gray scale mask as the first means has no connection between fine patterns, and therefore the intensity distribution on the exposure surface is close to the design value. Therefore, by using such a gray scale mask, an optical element having optical characteristics close to the design value can be manufactured.

前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段であるグレースケールマスクを使用し、当該グレースケールマスクのパターンを、レジストを塗布した基板上に露光転写し、その後に前記レジストを現像して前記グレースケールマスクのパターンに応じた形状のレジストパターンを形成し、さらに前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより、前記レジストのパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする基板の製造方法(請求項3)である。   A third means for solving the above-mentioned problems uses the gray scale mask which is the first means, exposes and transfers the pattern of the gray scale mask onto a resist-coated substrate, and then the resist. Developing a resist pattern having a shape corresponding to the pattern of the gray scale mask, and further etching the resist and the substrate simultaneously to transfer the resist pattern to the substrate. A method for manufacturing a substrate to be performed (claim 3).

前記第1の手段であるグレースケールマスクは、微細パターン同士の変形が無く、従って灰色度が設計値に近くなっている。よって、このようなグレースケールマスクを使用することにより、選択比を考慮した設計値に近い形状を表面に有する基板を製造することができる。このような基板が光学素子として用いられることは言うまでもない。   The gray scale mask as the first means has no deformation between fine patterns, and therefore the gray level is close to the design value. Therefore, by using such a gray scale mask, a substrate having a shape close to a design value in consideration of the selection ratio can be manufactured. It goes without saying that such a substrate is used as an optical element.

前記課題を解決するための第4の手段は、露光装置を用いてリソグラフィ法により製造されるグレースケールマスクの製造方法であって、前記露光装置の開口数をNA、前記露光装置の使用光源の波長をλとするとき、前記露光装置の投影面上における開口パターンの最小間隔Sが0.3λ/NA以上となるパターンを有する原板を用意し、遮光膜が形成された基板の上にレジストを塗布し、前記レジストが塗布された基板に対し、前記原板の像を前記露光装置により投影し、前記レジストが塗布された基板から、開口が形成されたグレースケールマスクを得ることを特徴とするグレースケールマスクの製造方法(請求項4)である。   A fourth means for solving the above problem is a method of manufacturing a gray scale mask manufactured by a lithography method using an exposure apparatus, wherein the numerical aperture of the exposure apparatus is NA, and the light source used for the exposure apparatus is When the wavelength is λ, an original plate having a pattern in which the minimum interval S of the opening pattern on the projection surface of the exposure apparatus is 0.3λ / NA or more is prepared, and a resist is applied on the substrate on which the light shielding film is formed. And an image of the original plate is projected onto the substrate coated with the resist by the exposure apparatus to obtain a gray scale mask having openings formed from the substrate coated with the resist. A mask manufacturing method (claim 4).

グレースケールマスクを、レチクル等の原板を用いてリソグラフィ法により形成する場合、グレースケールマスクを製造するために用いる露光装置の開口数NAと、使用光源波長λに応じて、投影面上における開口パターンの最小闇隔が0.3λ/NA以上となるように原板を設計することで、開口と開口の問の遮光部をほぼ設計値どおりに形成することができ、設計値に近い灰色度を有するグレースケールマスクを製造することができる。   When a gray scale mask is formed by lithography using an original plate such as a reticle, the aperture pattern on the projection surface depends on the numerical aperture NA of the exposure apparatus used for manufacturing the gray scale mask and the light source wavelength λ used. By designing the original plate so that the minimum dark space of 0.3λ / NA or more can be formed, the light shielding part of the opening and the opening can be formed almost as designed value, and the gray having a gray level close to the designed value A scale mask can be manufactured.

以上説明したように、本発明によれば、設計値と近い灰色度を有する高精度のグレースケールマスク、このグレースケールマスクを使用した光学素子の製造方法、及びこのグレースケールマスクを使用した、表面に所定の形状を有する基板の製造方法、さらには高精度のグレースケールマスクの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a highly accurate gray scale mask having a gray level close to a design value, a method of manufacturing an optical element using the gray scale mask, and a surface using the gray scale mask. In addition, it is possible to provide a method for manufacturing a substrate having a predetermined shape and a method for manufacturing a highly accurate gray scale mask.

露光転写装置(ステッパ)を使用して微小パターンをウエハ上に露光転写し、このウエハをグレースケールマスクとして使用することを想定して、パターンのエッジ部分での露光光の強度分布を測定した。露光に使用する光の波長λを436nm(g線)、露光転写装置の投影光学系の開口数NAを0.45として、透過光量がステップ状に変化するL/Sのパターン(ピッチ40μm、ラインとスペース幅20μm)を有するレチクルを使用し、縮小倍率1/5で露光を行ったときの、ウエハ面における光の強度分布を図1に示す。   The exposure light intensity distribution at the edge portion of the pattern was measured on the assumption that the fine pattern was exposed and transferred onto the wafer using an exposure transfer device (stepper), and this wafer was used as a gray scale mask. An L / S pattern (pitch 40 μm, line and space) in which the amount of transmitted light changes stepwise, assuming that the wavelength λ of light used for exposure is 436 nm (g line) and the numerical aperture NA of the projection optical system of the exposure transfer apparatus is 0.45. FIG. 1 shows the light intensity distribution on the wafer surface when a reticle having a width of 20 μm) is used and exposure is performed at a reduction ratio of 1/5.

図1において、横軸はウエハ面位置(μm)、縦軸は光の相対強度を示す。横軸が0の位置が、ラインとスペースの境界の位置である。ウエハのパターンもこの部分を境界にして作成されるべきであるので、レジストが有するべき閾値は約0.25である。また、図1を見ると分かるように、光が、パターンが形成されるべきでない領域までにじみ出し、約290nmの位置で0となっていることが分かる。   In FIG. 1, the horizontal axis represents the wafer surface position (μm), and the vertical axis represents the relative intensity of light. The position where the horizontal axis is 0 is the position of the boundary between the line and the space. Since the wafer pattern should also be created with this part as a boundary, the threshold value that the resist should have is about 0.25. Further, as can be seen from FIG. 1, it can be seen that light oozes out to a region where a pattern is not to be formed and is 0 at a position of about 290 nm.

ここで注目されるべきは、パターンが形成されるべきでない領域における光量の変化の度合いが、位置0から離れるに従って小さくなっていることである。このことから、この場合においては、あるパターンが形成されるべき領域の境界を、隣り合うパターンが形成されるべき領域の境界より約290nm以上離しておけば、両側のパターンからの光量の合計が、レジストの閾値を超えることがないということが言える。   It should be noted here that the degree of change in the amount of light in the region where the pattern should not be formed decreases as the distance from the position 0 increases. Therefore, in this case, if the boundary of the region where a certain pattern is to be formed is separated from the boundary of the region where the adjacent pattern is to be formed by about 290 nm or more, the total amount of light from the patterns on both sides can be obtained. It can be said that the threshold value of the resist is not exceeded.

この様子を図2に示す。図2において、1は、あるパターンの境界領域における光強度分布曲線、2は、それに隣接するパターンにおける光強度分布曲線である。3は、光強度分布曲線1が閾値と交わる位置であり、この位置が設計されたパターン境界の位置、即ち、前記微細なパターンが単独で存在する場合の境界の位置である。4は、光強度分布曲線2が閾値と交わる位置であり、この位置が設計されたパターン境界の位置、即ち、一つのパターンが単独で存在する場合に、ウエハに形成される境界の位置である。   This is shown in FIG. In FIG. 2, 1 is a light intensity distribution curve in a boundary region of a certain pattern, and 2 is a light intensity distribution curve in a pattern adjacent to the pattern. Reference numeral 3 denotes a position where the light intensity distribution curve 1 intersects the threshold, and this position is the position of the designed pattern boundary, that is, the position of the boundary when the fine pattern is present alone. Reference numeral 4 denotes a position where the light intensity distribution curve 2 intersects the threshold value. This position is the position of the designed pattern boundary, that is, the position of the boundary formed on the wafer when one pattern exists alone. .

この例では、位置3と位置4が、光強度分布曲線1及び2が、閾値と交わる点から実質的に0と見なせる点までの距離だけ離されている。位置3と位置4の間においては、光強度分布曲線1と光強度分布曲線2の和に相当する光量で露光が行われることになるが、光強度分布曲線1、2が前述のような特性を持っているために、この和の光量は閾値を超えることがない。よって、位置3と位置4の間ではレジストは現像後も残り、パターンがつながることがない。
よって、前述のデータから、位置3と位置4を約290nm以上離しておけば、パターンが変形することがなく、設計どおりの間隔でパターンが形成されることが分かる。
In this example, the positions 3 and 4 are separated by a distance from the point where the light intensity distribution curves 1 and 2 intersect with the threshold to a point that can be regarded as substantially zero. Between the position 3 and the position 4, the exposure is performed with the light amount corresponding to the sum of the light intensity distribution curve 1 and the light intensity distribution curve 2, and the light intensity distribution curves 1 and 2 have the characteristics as described above. Therefore, the total amount of light does not exceed the threshold value. Therefore, the resist remains after development between the positions 3 and 4, and the pattern is not connected.
Therefore, it can be seen from the above-mentioned data that if the position 3 and the position 4 are separated from each other by about 290 nm or more, the pattern is not deformed and the pattern is formed at the designed interval.

同様にして、同じL/Sのレチクルを同じ露光波長λ=436nm(g線)で、NAを0.53、0.60、0.63と変化させて、ウエハ面での光量分布を調べた結果を、それぞれ図3、図4、図5に示す。これらの図から、NAが0.53の場合約250nm、NAが0.60の場合約220nm、NAが0.63の場合約210nmの位置で光強度分布が0となっていることが分かる。
これらの結果から、L/Sパターンの場合、単独のパターンが形成される境界から
0.3λ/NA
だけ離れた位置で、光強度分布が0となることが推定される。
Similarly, when the same L / S reticle is used with the same exposure wavelength λ = 436 nm (g line) and the NA is changed to 0.53, 0.60, and 0.63, the light quantity distribution on the wafer surface is examined. 4 and FIG. From these figures, it can be seen that the light intensity distribution is zero at a position of about 250 nm when the NA is 0.53, about 220 nm when the NA is 0.60, and about 210 nm when the NA is 0.63.
From these results, in the case of L / S pattern, from the boundary where a single pattern is formed
0.3λ / NA
It is estimated that the light intensity distribution becomes 0 at a position separated by a distance.

この関係を確かめるために、露光転写に使用する波長を365nm(i線)として、NAが0.53、0.60、0.63の場合について同じようなデータをとった。その結果をそれぞれ図6、図7、図8に示す。これらの図から、NAが0.53の場合約210nm、NAが0.60の場合約180nm、NAが0.63の場合約175nmの位置で光強度分布が0となっていることが分かる。   In order to confirm this relationship, the same data was obtained for NAs of 0.53, 0.60, and 0.63, assuming that the wavelength used for exposure transfer was 365 nm (i-line). The results are shown in FIGS. 6, 7, and 8, respectively. From these figures, it can be seen that the light intensity distribution is 0 at a position of about 210 nm when the NA is 0.53, about 180 nm when the NA is 0.60, and about 175 nm when the NA is 0.63.

これらのデータから、L/Sパターンの場合、単独のパターンが形成される境界から
0.3λ/NA
だけ離れた位置で、光強度分布が0となることが確かめられた。よって、図2において説明したような理由により、あるパターンが形成されるべき領域の境界を、隣り合うパターンが形成されるべき領域の境界から0.3λ/NA以上離しておけば、グレースケールマスクを形成するときに、マスク上に形成される微細なパターン同士がつながった形状とならず、設計値どおりの間隔で形成され、目的とした灰色度に近い灰色度が得られることが分かる。
From these data, in the case of L / S pattern, from the boundary where a single pattern is formed
0.3λ / NA
It was confirmed that the light intensity distribution was 0 at a position far away from it. Therefore, if the boundary of the region where a certain pattern is to be formed is separated by 0.3λ / NA or more from the boundary of the region where an adjacent pattern is to be formed for the reason described in FIG. It can be seen that when forming, the fine patterns formed on the mask do not have a connected shape, but are formed at intervals as designed, and a gray level close to the intended gray level is obtained.

図9に、投影光学系の開口数が0.63のi線ステッパ(露光波長365nm)を使用して、円形のパターンを露光転写により作成した例の写真を示す。この円形のパターンの間隔は200nmであり、円形のパターンの直径は550nmである。図9から分かるように、各円形のパターンは独立しており、図11に示したように、本来独立したパターンの中間の遮光部分に対応する部分にも、露光光が照射されたのと同じような部分ができてしまうようなことが避けられている。   FIG. 9 shows a photograph of an example in which a circular pattern is created by exposure transfer using an i-line stepper (exposure wavelength 365 nm) with a numerical aperture of the projection optical system of 0.63. The interval between the circular patterns is 200 nm, and the diameter of the circular pattern is 550 nm. As can be seen from FIG. 9, each circular pattern is independent, and as shown in FIG. 11, the part corresponding to the light-shielding part in the middle of the originally independent pattern is the same as the exposure light is irradiated. Such a part is avoided.

本発明の実施の形態においては、グレースケールマスクを製造する際に、微細なパターンをレチクルに形成し、そのパターンを露光転写装置によって、表面にレジストを塗布したウエハに縮小露光し、その後レジストを現像し、残ったレジストをマスクとして遮光膜をエッチングすることにより、グレースケールマスクを製造する。   In the embodiment of the present invention, when manufacturing a gray scale mask, a fine pattern is formed on a reticle, and the pattern is subjected to reduced exposure on a wafer coated with a resist by an exposure transfer device, and then the resist is applied. The gray scale mask is manufactured by developing and etching the light shielding film using the remaining resist as a mask.

または、クロム膜が成膜された石英基板の上にレジストを塗布し、露光転写装置に配置しておく。一方微細な開口パターンを有したレチクルを用意し、このレチクルのパターンを、クロム膜が成膜された石英基板に転写する。そして、レジストの現像及びクロム膜のエッチングを施すことで、所定の開口を有するグレースケールマスクが形成される。   Alternatively, a resist is coated on a quartz substrate on which a chromium film is formed, and is placed in an exposure transfer device. On the other hand, a reticle having a fine opening pattern is prepared, and the reticle pattern is transferred to a quartz substrate on which a chromium film is formed. Then, by developing the resist and etching the chromium film, a gray scale mask having a predetermined opening is formed.

これらの方法自体は、従来のグレースケールマスクの製造方法と変わるところはないが、本発明の実施の形態においては、グレースケールマスクに形成される微細なパターン同士の間隔の設計値を、前述のように0.3λ/NA以上としている。よって、前述のような理由により、パターン同士が変形することが無く、設計値に近い強度分布が得られるマスクが得られ、従って、設計値に近い灰色度を有するグレースケールマスクとなる。   Although these methods themselves are not different from the conventional gray scale mask manufacturing method, in the embodiment of the present invention, the design value of the interval between fine patterns formed on the gray scale mask is set as described above. Thus, it is set to 0.3λ / NA or more. Therefore, for the reasons described above, a mask is obtained in which the patterns are not deformed and an intensity distribution close to the design value is obtained. Therefore, a gray scale mask having a gray level close to the design value is obtained.

このグレースケールマスクを使用して、光学素子や、表面にパターンが形成された基板を形成する方法は、背景技術の欄で説明した方法と同じであるので、その説明を省略する。   Since the method of forming an optical element and a substrate having a pattern formed on the surface using this gray scale mask is the same as the method described in the background art section, the description thereof is omitted.

そして、レーザプロッタやEB描画装置を用いてグレースケールマスクを製造する場合にも、パターンの最小間隔をそれぞれのパターンが変形しない程度の聞隔を有するようにすることで、所望の高精度な強度分布を有するグレースケールマスクが得られる。また、密着露光法により製造されるグレースケールマスクについても同様なことが言える。   Even when a gray scale mask is manufactured using a laser plotter or an EB drawing apparatus, a desired high-precision strength can be obtained by setting the minimum interval between patterns so that each pattern does not deform. A gray scale mask having a distribution is obtained. The same applies to the gray scale mask manufactured by the contact exposure method.

投影光学系のNAが0.45のg線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when exposure of the pattern of L / S is performed using the g-line stepper whose NA of a projection optical system is 0.45. パターンのつながりが発生しない理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason why the connection of a pattern does not generate | occur | produce. 投影光学系のNAが0.53のg線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when performing exposure of the pattern of L / S using the g-line stepper whose NA of a projection optical system is 0.53. 投影光学系のNAが0.60のg線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when the exposure of the pattern of L / S is performed using the g-line stepper whose NA of the projection optical system is 0.60. 投影光学系のNAが0.63のg線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when exposure of the pattern of L / S is performed using the g-line stepper whose NA of the projection optical system is 0.63. 投影光学系のNAが0.53のi線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when exposure of the pattern of L / S is performed using i line | wire stepper whose NA of a projection optical system is 0.53. 投影光学系のNAが0.60のi線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows light intensity distribution in the pattern boundary when exposure of the pattern of L / S is performed using the i line | wire stepper whose NA of a projection optical system is 0.60. 投影光学系のNAが0.63のi線ステッパを用いてL/Sのパターンの露光を行ったときのパターン境界での光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the pattern boundary when exposing the pattern of L / S using the i line | wire stepper whose NA of a projection optical system is 0.63. 投影光学系のNAが0.63のi線ステッパを使用して、本発明の方法により、円形のパターンを露光転写を使用して作成した例の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the example which created the circular pattern using exposure transfer by the method of this invention using the i line | wire stepper whose NA of a projection optical system is 0.63. グレースケールマスクを使用してマイクロレンズを製造する工程の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the process of manufacturing a microlens using a gray scale mask. パターンのつながりの発生を示す図である。It is a figure which shows generation | occurrence | production of the connection of a pattern. 実際にグレースケールマスクに形成されたパターンの顕微鏡写真の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the microscope picture of the pattern actually formed in the gray scale mask.

符号の説明Explanation of symbols

1…光強度分布曲線、2…光強度分布曲線、3…位置、4…位置、11…基板、12…レジスト、13…グレースケールマスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light intensity distribution curve, 2 ... Light intensity distribution curve, 3 ... Position, 4 ... Position, 11 ... Substrate, 12 ... Resist, 13 ... Gray scale mask

Claims (4)

露光装置を用いてリソグラフィ法により製作され、グレースケールの度合により、複数の微細なパターンの光透過部分の分布状態を変えたグレースケールマスクであって、前記微細なパターン同士の最小間隔Sが、前記露光装置の開口数をNA、露光に使用される光の波長をλとするとき、0.3λ/NA以上とされていることを特徴とするグレースケールマスク。 A gray scale mask manufactured by a lithography method using an exposure apparatus and changing a distribution state of light transmission portions of a plurality of fine patterns according to the degree of gray scale, wherein the minimum interval S between the fine patterns is A gray scale mask, wherein NA is a numerical aperture of the exposure apparatus and λ is a wavelength of light used for exposure, and is 0.3λ / NA or more. 請求項1に記載のグレースケールマスクを使用し、当該グレースケールマスクのパターンを、レジストを塗布した基板上に露光転写し、その後に前記レジストを現像することにより、前記グレースケールマスクのパターンに応じた形状のレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 The grayscale mask according to claim 1 is used, and the pattern of the grayscale mask is exposed and transferred onto a resist-coated substrate, and then the resist is developed, so that the pattern of the grayscale mask is developed. A method for producing an optical element comprising a step of forming a resist pattern having a different shape. 請求項1に記載のグレースケールマスクを使用し、当該グレースケールマスクのパターンを、レジストを塗布した基板上に露光転写し、その後に前記レジストを現像して前記グレースケールマスクのパターンに応じた形状のレジストパターンを形成し、さらに前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより、前記レジストのパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。 A shape corresponding to the pattern of the gray scale mask by using the gray scale mask according to claim 1 and exposing and transferring the pattern of the gray scale mask onto a substrate coated with a resist, and then developing the resist. Forming a resist pattern, and further etching the resist and the substrate simultaneously to transfer the resist pattern to the substrate. 露光装置を用いてリソグラフィ法により製造されるグレースケールマスクの製造方法であって、前記露光装置の開口数をNA、前記露光装置の使用光源の波長をλとするとき、前記露光装置の投影面上における開口パターンの最小間隔Sが0.3λ/NA以上となるパターンを有する原板を用意し、遮光膜が形成された基板の上にレジストを塗布し、前記レジストが塗布された基板に対し、前記原板の像を前記露光装置により投影し、前記レジストが塗布された基板から、開口が形成されたグレースケールマスクを得ることを特徴とするグレースケールマスクの製造方法。
A method of manufacturing a gray scale mask manufactured by a lithography method using an exposure apparatus, wherein NA is a numerical aperture of the exposure apparatus and λ is a wavelength of a light source used for the exposure apparatus. An original plate having a pattern in which the minimum interval S between the opening patterns is 0.3λ / NA or more is prepared, a resist is applied on a substrate on which a light-shielding film is formed, and the resist is applied to the substrate. A method of manufacturing a gray scale mask, wherein an image of an original plate is projected by the exposure apparatus, and a gray scale mask having an opening formed is obtained from a substrate coated with the resist.
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