JP2005265963A - フォトマスク、及び、フォトマスクのセット - Google Patents

Abstract

【課題】ピクセルサイズの小さな領域に階調パターンを形成しながら、欠陥品質保証が可能なフォトマスクを提供する。
【解決手段】マイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられるフォトマスクにおいて、透明基板１０上に、前記半球状構造体の球面形状に対応させて、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような階調パターン１Ａを、描画装置によるパターン描画によって形成する。しかも、この階調パターンは、半球状構造体の底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部３及び透光部３を設けることによって形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像デバイスに搭載するマイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられるフォトマスク、及び、複数枚のフォトマスクの組み合わせよりなるフォトマスクのセットに関する。

フォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、これを現像することにより、フォトレジストを所望の立体形状に加工し、この立体形状のフォトレジストをマスクとして基材をエッチングして、所望の形状のマイクロレンズを製造する方法が、例えば特許文献１や特許文献２などにおいて知られている。この方法は、ある種のフォトレジストの現像後の厚さが露光量に依存するという性質を利用して、所望の立体形状にフォトレジスト層を加工するというものである。このため、フォトレジスト層の露光には、主平面方向に所望のフォトレジストの立体形状に対応した透過率の分布（濃淡）を有するグレースケールマスクが用いられる。

特許文献１に記載の技術では、マイクロレンズ１つに対応するフォトマスク上の領域（ピクセル）を、縦横に分割して多数の方形領域（サブピクセル）に分割し、サブピクセルごとに透過率に応じた大きさの開口を設けることにより、サブピクセルごとに所望の透過率を有するグレースケールマスクを形成している。このとき、サブピクセルの開口の大きさを透過率に対応させるために、サブピクセルをさらに縦横に分割して多数の方形領域（色調要素）に分割し、透過率に応じた数の方形領域（色調要素）を開口にしている。つまり、各サブピクセルに透過率に対応した面積の開口を設けている。具体的には、１つのサブピクセルを１００個の方形領域（色調要素）に分割し、その方形領域（色調要素）の開口の個数に応じて、透過率を制御している。また、特許文献２には、フォトマスクを縮小投影露光にて形成することが開示されている。

特許３３７３５１８号公報 特開２００３−１０７２０９号公報

ところで、特許文献１に記載されているようなピクセルサイズの大きい（８０μｍ）場合には、このようなフォトマスクを製造することは可能であるが、更に微小なピクセルサイズとした場合、色調要素となる方形領域を描画にてパターン形成することは、描画装置の解像限界以下となり困難となる。

また、特許文献２に記載されているように、フォトマスクを縮小投影露光にて形成した場合、フォトマスクパターンが微細となり、フォトマスクの欠陥検査装置にてパターンが解像しないため、最終的なフォトマスクの欠陥検査を行うことができず、フォトマスクの欠陥保証を行うことができないという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮し、従来よりもピクセルサイズの小さな領域、即ち、直径または対角長が２０μｍ以下の領域に階調パターンを形成しながら、欠陥品質保証が可能なフォトマスク及びフォトマスクのセットを提供することを目的とする。

請求項１の発明のフォトマスクは、マイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられるフォトマスクにおいて、透明基板上に、前記半球状構造体の球面形状に対応させて、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような階調パターンが形成されており、かつ、この階調パターンが、前記半球状構造体の底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることによって形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明のフォトマスクは、請求項１において、前記階調パターンから前記遮光部同士の点接触パターンが実質的に排除されており、遮光部同士のつなぎは線接触または重ね合わせによって行われていることを特徴とする。

請求項３の発明のフォトマスクは、請求項１または２において、前記階調パターンが、単位面積の遮光部または単位面積の透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明のフォトマスクは、請求項１または２において、前記階調パターンが、一方向に延びたライン状の遮光部または透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項５の発明のフォトマスクは、請求項１または２において、前記階調パターンが、円形または多角形のライン状の遮光部または透光部を同心状に複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項６の発明のフォトマスクは、請求項５において、前記複数の円形または多角形のライン状の透光部は、半径方向の幅を一定寸法として形成され、前記複数の円形または多角形のライン状の遮光部は、露光光の光強度が半径方向に向けて変化するように、半径方向の幅を段階的に変化した寸法として形成されていることを特徴とする。

請求項７の発明のフォトマスクのセットは、マイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられる複数枚のフォトマスクのセットにおいて、各フォトマスクは、透明基板上に、前記半球状構造体に対応させて形成された、それぞれ異なる階調パターンを有しており、各フォトマスクの階調パターンは、前記半球状構造体の底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることにより形成され、且つ、全部のフォトマスクを介して露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような組み合わせで形成されていることを特徴とする。

請求項８の発明のフォトマスクのセットは、請求項７において、前記階調パターンが、単位面積の遮光部または単位面積の透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項９の発明のフォトマスクのセットは、請求項７または８において、前記階調パターンが、一方向に延びたライン状の遮光部または透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項１０の発明のフォトマスクのセットは、請求項７または８において、前記階調パターンが、円形または多角形のライン状の遮光部または透光部を同心状に複数配置することによって形成されていることを特徴とする。

請求項１１の発明のフォトマスクのセットは、請求項１０において、前記複数の円形または多角形のライン状の透光部は、半径方向の幅を一定寸法として形成され、前記複数の円形または多角形のライン状の遮光部は、露光光の光強度が半径方向に向けて変化するように、半径方向の幅を段階的に変化した寸法として形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることによって、階調パターンを形成しているので、欠陥検査装置によってフォトマスクの欠陥検査が可能であり、欠陥検査品質保証ができる。なお、遮光部及び透光部の寸法の上限については、大きすぎると階調が少なくなってしまうので、欠陥検査が可能な範囲内で、できるだけ小さくすることが好ましい。

この場合、請求項２の発明のように、フォトマスクの階調パターンから、欠陥検査装置で擬似欠陥として検出される可能性のある点接触パターンを排除することにより、検査精度の向上が図れる。

また、請求項３の発明のように、フォトマスクの階調パターンを、単位面積の遮光部または単位面積の透光部を複数配置して形成することにより、種々の階調を容易に作り出すことができる。

また、請求項４の発明のように、フォトマスクの階調パターンを、ライン状の遮光部または透光部を複数配置して形成した場合は、単位面積の遮光部または透光部を配置する場合に比べて、１つの連続したパターンを大きく形成できるので、欠陥検査が容易となる。また、描画時間の短縮も期待できる。

また、請求項５の発明のように、フォトマスクの階調パターンを、円形または多角形のライン状の遮光部または透光部を同心状に複数配置して形成した場合は、露光量の変化を滑らかにすることができる。

また、請求項６の発明のように透光部の幅と遮光部の幅を管理した場合は、確実なパターン形成を保証しつつ、所望の階調（透過率変化）を設定できるし、階調数を増やすこともできる。

請求項７の発明によれば、直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることによって、各フォトマスクの階調パターンを形成しているので、欠陥検査装置によってフォトマスクパターンの欠陥検査が可能であり、欠陥検査品質保証ができるようになる。また、複数のフォトマスクの階調パターンを組み合わせることによって、転写パターンの階調を増やすことができる。

また、請求項８、９、１０、１１の発明によれば、それぞれ請求項３、４、５、６の発明と同様の効果を奏することができる。

以下、本発明を、ＣＣＤ（撮像デバイス）用マイクロレンズアレイを製造するための１／５縮小投影露光用のフォトマスクに適用した場合の実施形態について説明する。

図１〜図６にそれぞれ示す第１〜第６実施形態の各フォトマスクＡ〜Ｆでは、１個のマイクロレンズ（半球状構造体）の底面に対応する領域に、１個のマイクロレンズに対応した階調パターン１Ａ〜１Ｆを形成してある。

即ち、各実施形態のフォトマスクＡ〜Ｆでは、透明基板１０上に、マイクロレンズの球面形状に対応させて、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような階調パターン１Ａ〜１Ｆを、描画装置によるパターン描画によって形成してあり、特に、その階調パターン１Ａ〜１Ｆを、マイクロレンズの底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の透光部２、１２、２２及び遮光部３、１３、２３を設けることによって形成してある。

この場合の階調パターン１Ａ〜１Ｆは、フォトマスクを使用する露光装置の解像限界以下のグレースケールのパターンである。これらの階調パターン１Ａ〜１Ｆは、縮小投影露光によってパターン形成する寸法レベルのものではなく、例えば、電子ビーム描画装置やレーザビーム描画装置等の描画装置を用いて直描することができる程度のパターン寸法（描画装置の解像限界より大きい寸法）であって、描画後のパターン形成プロセス（レジスト現像、遮光膜エッチング）の解像限界より大きい寸法レベルであればよい。但し、フォトマスクの欠陥検査装置によって、遮光部３、１３、２３と透光部２、１２、２２を解像できる寸法レベルである必要がある。パターン寸法の上限については、寸法が大き過ぎると階調が少なくなってしまうため、検査可能な範囲内で、できるだけ小さくすることが好ましい。

フォトマスクの欠陥検査装置は、透過光、反射光、または、透過光と反射光の両方を用いて、遮光部（遮光膜）３、１３、２３におけるパターン欠け、ピンホール等の欠陥や、透光部２、１２、２２における膜残り等の欠陥を検査する装置であり、この検査装置においてパターンとして解像できない場合は、検査を行うことができない。フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部とは、具体的には、検査装置において用いられる検査光の波長にもよるが、パターン寸法が０．１μｍ以上、好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．５μｍ以上のものである。上限寸法は、階調数をなるべく増やせるように小さくすることが好ましく、２μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下とするのがよい。なお、階調パターンは、鋭角を有する三角形等のパターンを避け、鋭角を有しない四角形やライン状等のパターンや、鋭角の先端をカットした形状のパターンを用いることが好ましい。鋭角を有するパターンは、その先端部が擬似欠陥として欠陥検査装置において欠陥として検出されてしまう可能性があるからである。

＜第１〜第４実施形態＞
各実施形態のフォトマスクＡ〜Ｆについて個別に説明すると、図１〜図４にそれぞれ示す第１〜第４の実施形態のフォトマスクＡ〜Ｄは、マイクロレンズの底面に対応する透明基板１０上の領域に、単位面積の遮光部３及び単位面積の透光部２を複数配置することによって、マイクロレンズの球面形状に対応した階調パターン１Ａ〜１Ｄを形成したものである。これらの階調パターン１Ａ〜１Ｄでは、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するように、透光部２と遮光部３が分布している。

ここでは、欠陥検査装置の解像限界以上の寸法として、透光部２及び遮光部３の単位寸法を０．５μｍに設定してあり、第１〜第３の実施形態のフォトマスクＡ〜Ｃでは、マイクロレンズの底面に対応する直径を１２μｍとしてある。また、第４実施形態のフォトマスクＤでは、マイクロレンズの底面に対応する直径を１０μｍとしてある。

これらの第１〜第４実施形態のフォトマスクＡ〜Ｄでは、同一面積（単位面積）の単位パターン（正方形の透光部２及び遮光部３）を配置することで階調パターン１Ａ〜１Ｄを形成しているので、階調の制御が容易にできる利点がある。

ところで、このように単位面積の遮光部３を配置する場合、図８（ａ）に示すように、斜めの位置にある遮光部３同士が点接触パターンになるケースが出てくるが、本実施形態では、そのような点接触パターンを実質的に含まないように遮光部３を配置している。即ち、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、遮光部３同士のつなぎを線接触または重ね合わせによって行っている（つまり、遮光部３同士のつなぎ部のパターンを、線接触パターンまたは重ね合わせパターンとしている）。これは、点接触パターンは擬似欠陥として欠陥検査装置において欠陥として検出されてしまう可能性があり、これを回避して検査精度の向上を図るためである。なお、「点接触パターンを実質的に含まない」とは、領域に含まれる単位パターン中の９０％以上が点接触パターンではないということを意味する。

＜第５実施形態＞
また、図５に示す第５の実施形態のフォトマスクＥは、マイクロレンズの底面に対応する透明基板１０上の直径１２μｍの領域に、一方向に延びた直線ライン状の遮光部１３及び透光部１２を複数配置することによって、マイクロレンズの球面形状に対応した階調パターン１Ｅを形成したものである。この階調パターン１Ｅでは、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するように、透光部１２と遮光部１３が分布している。なお、透光部１２と遮光部１３のライン幅は０．５μｍに設定してある。

このようにライン状の透光部１２及び遮光部１３を配置した場合、第１〜第４実施形態のような単位パターンを配置する場合に比べて、１つの連続したパターンの大きさを大きくできるので、欠陥検査が容易となるし、パターンの描画時間の短縮も期待できるようになる。

＜第６実施形態＞
また、図６に示す第６の実施形態のフォトマスクＦは、マイクロレンズの底面に対応する透明基板１０上の直径１２μｍの領域に、円形のライン状の遮光部２３及び透光部２２を同心状に複数配置することによって、マイクロレンズの球面形状に対応した階調パターン１Ｆを形成したものである。この階調パターン１Ｆでは、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するように、透光部２２と遮光部２３を分布させている。

特に、円形のライン状の透光部２２は、半径方向の幅を一定寸法として形成し、円形のライン状の遮光部２３は、露光光の光強度が半径方向に向けて変化するように、半径方向の幅を段階的に変化させた寸法として形成している。

これは、パターンを通過する露光光の強度を半径方向に向けて変化させるために透光部２２の幅を細くしたのでは、描画工程及びパターニング工程（レジスト現像、エッチング工程）の精度上の限界により、解像可能なパターンの形成が困難となるからである。つまり、透光部２２が細いよりも遮光部２３が細い方が、パターンとして解像しやすいし、欠陥検査もしやすいからである。そこで、透光部２２の幅を欠陥検査が可能な寸法に保ち、遮光部２２の幅をコントロールすることにより、所望の透過率変化が得られるようにしている。このように遮光部２３の幅を変化させるようにした場合、透光部の幅を変化させる場合に比べて、階調数を増やすことも可能である。

この第６実施形態のフォトマスクＦのように、階調パターン１Ｆを、円形のライン状の遮光部２３及び透光部２２を同心状に配置することで形成した場合、露光量の変化を滑らかにすることができる。

なお、この実施形態では、透光部２２及び遮光部２３を円形のライン状に設定した場合を示したが、多角形のライン状に設定して、同心状に配置してもよい。

以上の実施形態においては、１枚のフォトマスクに、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような階調パターンを形成した例を示したが、複数枚のフォトマスクを組み合わせて使用するフォトマスクのセットにおいて、同様に、全マスクを用いて露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するようにすることもできる。

＜第７実施形態＞
図７は本発明の第７実施形態の説明図で、２枚を１組のセットとして用いるフォトマスクＧ、Ｈを示している。（ａ）に示す第１のフォトマスクＧも（ｂ）に示す第２のフォトマスクＨも、マイクロレンズの底面に対応する透明基板１０上の直径１２μｍの領域に、単位面積の透光部２と遮光部３を複数配置することにより、それぞれ異なる階調パターン１Ｇ、１Ｈを形成している。透光部２と遮光部３は、前記第１〜第４実施形態と同様、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法のものである。

そして、各フォトマスクＧ、Ｈの階調パターン１Ｇ、１Ｈは、（ｃ）に示すように、全部（この場合は２枚）のフォトマスクＧ、Ｈを介して露光した光の強度が、中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような組み合わせで形成されている。このように、複数のフォトマスクの階調パターンを組み合わせる場合、転写パターンの階調を増やすことができる。

ところで、このように複数枚のフォトマスクＧ、Ｈを使用する場合は、図９に示すように、複数の階調パターン１Ｇ、１Ｈの重ね合わせによる最終的な転写パターン〔上側の図（ａ）〕に遮光部３の点接触があっても構わない。各フォトマスクＧ、Ｈごとに遮光部３の点接触がなければ〔下側の図（ｂ）〕、欠陥検査において支障を生じないからである。

なお、図７の実施形態では、２枚のフォトマスクＧ、Ｈを組み合わせる場合について説明したが、より多数枚のフォトマスクを組み合わせてもよい。また、透光部と遮光部の形状も、第１〜第６実施形態のように
直線ライン状にしてもよいし、円形や多角形のライン状にしてもよい。

また、上記実施形態では、マイクロレンズを製造する場合のフォトマスクについて説明したが、本発明は半球状構造体を製造する場合のフォトマスクについて広く適用できる。

本発明の第１実施形態のフォトマスクＡの平面図である。 本発明の第２実施形態のフォトマスクＢの平面図である。 本発明の第３実施形態のフォトマスクＣの平面図である。 本発明の第４実施形態のフォトマスクＤの平面図である。 本発明の第５実施形態のフォトマスクＥの平面図である。 本発明の第６実施形態のフォトマスクＦの説明図で、（ａ）平面図、（ｂ）は側断面図である。 本発明の第７実施形態のフォトマスクのセットの説明図で、（ａ）は第１のフォトマスクの平面図、（ｂ）は第２のフォトマスクの平面図、（ｃ）は両方のフォトマスクを重ねた場合にできる階調パターンの構成を示すである。 本発明のフォトマスクにおける遮光部のつなぎの悪い例（ａ）と、良い例（ｂ）、（ｃ）を比べて示す図である。 本発明の複数枚のフォトマスクのセットにおける、遮光部の組み合わせ例についての説明図である。

符号の説明

Ａ〜Ｈ フォトマスク
１Ａ〜１Ｈ 階調パターン
２，１２，２２ 透光部
３，１３，２３ 遮光部
１０ 透明基板

Claims (11)

1. マイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられるフォトマスクにおいて、
   透明基板上に、前記半球状構造体の球面形状に対応させて、露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような階調パターンが形成されており、かつ、この階調パターンが、前記半球状構造体の底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることによって形成されていることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記階調パターンから前記遮光部同士の点接触パターンが実質的に排除されており、遮光部同士のつなぎは線接触または重ね合わせによって行われていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記階調パターンが、単位面積の遮光部または単位面積の透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
4. 前記階調パターンが、一方向に延びたライン状の遮光部または透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
5. 前記階調パターンが、円形または多角形のライン状の遮光部または透光部を同心状に複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
6. 前記複数の円形または多角形のライン状の透光部は、半径方向の幅を一定寸法として形成され、前記複数の円形または多角形のライン状の遮光部は、露光光の光強度が半径方向に向けて変化するように、半径方向の幅を段階的に変化した寸法として形成されていることを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。
7. マイクロレンズ等の微小な半球状構造体の製造に用いられる複数枚のフォトマスクのセットにおいて、
   各フォトマスクは、透明基板上に、前記半球状構造体に対応させて形成された、それぞれ異なる階調パターンを有しており、
   各フォトマスクの階調パターンは、前記半球状構造体の底面に対応する直径または対角長が２０μｍ以下の領域に、フォトマスクの欠陥検査装置の解像限界より大きい寸法の遮光部及び透光部を設けることにより形成され、且つ、全部のフォトマスクを介して露光した光の強度が中心部から周辺部に向けて徐々に変化するような組み合わせで形成されていることを特徴とするフォトマスクのセット。
8. 前記階調パターンが、単位面積の遮光部または単位面積の透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項７に記載のフォトマスクのセット。
9. 前記階調パターンが、一方向に延びたライン状の遮光部または透光部を複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載のフォトマスクのセット。
10. 前記階調パターンが、円形または多角形のライン状の遮光部または透光部を同心状に複数配置することによって形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載のフォトマスクのセット。
11. 前記複数の円形または多角形のライン状の透光部は、半径方向の幅を一定寸法として形成され、前記複数の円形または多角形のライン状の遮光部は、露光光の光強度が半径方向に向けて変化するように、半径方向の幅を段階的に変化した寸法として形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のフォトマスク。

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