JP2006047612A - Method for designing gray scale mask, method for manufacturing gray scale mask and method for manufacturing optical element - Google Patents

Method for designing gray scale mask, method for manufacturing gray scale mask and method for manufacturing optical element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing a gray scale mask for accurately forming an optical element having a desired shape. <P>SOLUTION: The method includes: unit area determining steps S1, S2 to determine a unit area on a resist to be irradiated with light having predetermined intensity corresponding to a desired resist shape and to determine a unit area on a gray scale mask having predetermined transmittance corresponding to the unit area on the resist; resist sensitivity curve determining steps S3 to S5 to determine a resist sensitivity curve which shows the relation between the transmittance of a gray scale mask and a groove depth formed in a resist when a gray scale mask with varied transmittance by unit areas on the gray scale mask is used; and a transmittance distribution determining step S6 to obtain the transmittance in each unit area on the gray scale mask by using the resist sensitivity curve and to determine the distribution of transmittance of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、グレイスケールマスクの設計方法、グレイスケールマスクの製造方法及び光学素子の製造方法、特に、マイクロレンズ素子等の3次元微細構造を有する光学素子を製造するためのグレイスケールマスクの設計方法、その設計方法により設計されたグレイスケールマスクの製造方法、及びその製造方法により製造されたグレイスケールマスクを用いる光学素子の製造方法の技術に関する。   The present invention relates to a gray scale mask designing method, a gray scale mask manufacturing method, and an optical element manufacturing method, and in particular, a gray scale mask designing method for manufacturing an optical element having a three-dimensional microstructure such as a microlens element. The present invention relates to a method of manufacturing a gray scale mask designed by the design method and a technique of a method of manufacturing an optical element using the gray scale mask manufactured by the manufacturing method.

従来、3次元微細構造を有する光学素子の製造において、フォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィは、光反応性の感光材料であるレジストを基板に塗布し、露光、現像することでレジストにパターンを形成する技術である。レジストにパターンを形成した後エッチング等を施すことで、レジストのパターンを基板に形成することができる。レジストに所望のパターンを形成する方法として、例えば、光透過率に変化を持たせたグレイスケールマスクを介してレジストを露光する技術が用いられている。グレイスケールマスクは、光透過率を異ならせることで階調を得るものである。グレイスケールマスクを設計する技術としては、例えば特許文献1に提案されているものがある。   Conventionally, a photolithography technique is used in the manufacture of an optical element having a three-dimensional microstructure. Photolithography is a technique in which a resist, which is a photoreactive photosensitive material, is applied to a substrate, exposed, and developed to form a pattern on the resist. The resist pattern can be formed on the substrate by performing etching after forming the pattern on the resist. As a method of forming a desired pattern on the resist, for example, a technique of exposing the resist through a gray scale mask having a change in light transmittance is used. The gray scale mask obtains gradation by changing the light transmittance. As a technique for designing a gray scale mask, for example, there is one proposed in Patent Document 1.

特開2001−147515号公報JP 2001-147515 A

特許文献1の技術は、レジストの露光量と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を用いて、グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定するものである。レジスト感度曲線を用いると、レジスト上の単位面積ごとに形成する溝の深さから、単位面積ごとのレジストの露光量が求められる。グレイスケールマスクの設計は、単位面積ごとのレジストの露光量に対応して光透過率の分布を決定することにより行われる。しかしながら、予めレジスト感度曲線を決定した後に単位面積を設定すると、目的とする形状とは異なる形状のレジストパターンが形成される場合がある。例えば、製造を予定する光学素子が微小であるためグレイスケールマスク上の単位面積を微小にする場合に、形状のずれが生じ易くなる。さらに、レジストパターンの形状は、グレイスケールマスクの基材となるガラスの熱膨張によって変化が起きる場合もある。設計とは異なる形状のレジストパターンが形成されると、光学素子を正確に製造することが困難となるため問題である。   The technique of Patent Document 1 determines the light transmittance distribution of a gray scale mask using a resist sensitivity curve indicating the relationship between the exposure amount of a resist and the depth of a groove formed in the resist. When the resist sensitivity curve is used, the exposure amount of the resist for each unit area is obtained from the depth of the groove formed for each unit area on the resist. The gray scale mask is designed by determining the light transmittance distribution corresponding to the exposure amount of the resist for each unit area. However, if the unit area is set after the resist sensitivity curve is determined in advance, a resist pattern having a shape different from the target shape may be formed. For example, since the optical element to be manufactured is minute, when the unit area on the gray scale mask is minute, a shape shift is likely to occur. Furthermore, the shape of the resist pattern may change due to thermal expansion of the glass serving as the base material of the gray scale mask. If a resist pattern having a shape different from the design is formed, it is difficult to accurately manufacture the optical element, which is a problem.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクの設計方法、その設計方法により設計されたグレイスケールマスクの製造方法、及びその製造方法により製造されたグレイスケールマスクを用いる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a gray scale mask design method for accurately forming an optical element having a desired shape, a gray scale mask manufacturing method designed by the design method, It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical element using a gray scale mask manufactured by the manufacturing method.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法を提供することができる。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a unit area on a resist to be irradiated with light of a predetermined intensity is determined according to a desired resist shape, and a unit on the resist is determined. A unit area determining step for determining a unit area on the gray scale mask having a predetermined light transmittance corresponding to the area, and a light transmittance for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step. A resist sensitivity curve determining step for determining a resist sensitivity curve indicating a relationship between the light transmittance of the gray scale mask and the depth of the groove formed in the resist when using the changed gray scale mask, and determining the resist sensitivity curve Using the resist sensitivity curve obtained in the process, the light transmittance per unit area on the gray scale mask is obtained, and the gray scale corresponding to the desired resist shape is obtained. It is possible to provide a method for designing a gray scale mask which comprises a light transmissivity distribution determining step of determining a distribution of light transmittance scale mask, a.

本発明のグレイスケールマスクの設計方法においては、まず、グレイスケールマスク上の単位面積を決定する。単位面積を決定した後、単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いてレジスト感度曲線を決定する。レジスト上の単位面積に対応してグレイスケールマスク上の単位面積を決定することで、目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線が求められる。このようにして目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線を得ることで、所望のレジスト形状を正確に再現したレジスト形状を形成することができる。レジスト形状を正確に形成可能なグレイスケールマスクを用いることで、所望の形状の光学素子を正確に形成できる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを設計できる。   In the gray scale mask designing method of the present invention, first, a unit area on the gray scale mask is determined. After determining the unit area, a resist sensitivity curve is determined using a gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area. By determining the unit area on the gray scale mask corresponding to the unit area on the resist, a resist sensitivity curve capable of accurately corresponding to the target resist shape is obtained. Thus, by obtaining a resist sensitivity curve that can accurately correspond to a target resist shape, a resist shape that accurately reproduces the desired resist shape can be formed. By using a gray scale mask capable of accurately forming a resist shape, an optical element having a desired shape can be accurately formed. Thus, a gray scale mask for accurately forming an optical element having a desired shape can be designed.

また、本発明の好ましい態様によれば、グレイスケールマスク上の単位面積が、レジスト上の単位面積より大きいことが望ましい。光学素子は、レジスト上の単位面積を小さくするほど緻密に形成することが可能となる。レジスト上の単位面積を小さくするためには、例えばグレイスケールマスク上の単位面積を小さくすることが考えられる。グレイスケールマスク上の単位面積を小さくすれば設計に忠実な加工が可能となる反面、グレイスケールマスクの製造が非常に困難となる。グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、分解能が高いグレイスケールマスクを容易に製造できる。この場合、例えばグレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。さらに、グレイスケールマスクの基材となるガラスに熱膨張が起きた場合であっても、その影響を低減することも可能である。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成可能とし、さらにグレイスケールマスクを容易に製造できる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the unit area on the gray scale mask is larger than the unit area on the resist. The optical element can be densely formed as the unit area on the resist is reduced. In order to reduce the unit area on the resist, for example, it is conceivable to reduce the unit area on the gray scale mask. If the unit area on the gray scale mask is reduced, processing that is faithful to the design is possible, but manufacturing of the gray scale mask becomes very difficult. By making the unit area on the gray scale mask larger than the unit area on the resist, a gray scale mask with high resolution can be easily manufactured. In this case, for example, by reducing the light transmitted through the gray scale mask and irradiating the resist, the unit area on the gray scale mask corresponds to the unit area on the resist, and the resist can be processed accurately. Furthermore, even when thermal expansion occurs in the glass serving as the base material of the gray scale mask, it is possible to reduce the influence thereof. Thereby, an optical element having a desired shape can be accurately formed, and a gray scale mask can be easily manufactured.

さらに、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、光透過率分布決定工程において決定された分布の光透過率を有するグレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの製造方法を提供することができる。上記の設計方法でグレイスケールマスクを設計することにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを製造できる。   Furthermore, according to the present invention, a unit area on the resist to be irradiated with light having a predetermined intensity is determined corresponding to a desired resist shape, and a predetermined light transmittance is set corresponding to the unit area on the resist. When using a unit area determining step for determining a unit area on the gray scale mask to be held, and a gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step, A resist sensitivity curve determination process for determining a resist sensitivity curve indicating the relationship between the light transmittance of the scale mask and the depth of the groove formed in the resist, and a gray scale using the resist sensitivity curve obtained in the resist sensitivity curve determination process. Obtain the light transmittance of each unit area on the mask and determine the light transmittance distribution of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape. And a gray scale mask forming step for forming a gray scale mask having a light transmittance of the distribution determined in the light transmittance distribution determining step. A manufacturing method can be provided. By designing a gray scale mask by the above design method, a gray scale mask for accurately forming an optical element having a desired shape can be manufactured.

さらに、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、光透過率分布決定工程において決定された分布の光透過率を有するグレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、グレイスケールマスク形成工程において形成されたグレイスケールマスクを介してレジスト層を露光し、現像することでレジスト層にレジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法を提供することができる。上記の製造方法で製造されたグレイスケールマスクを用いるため、所望の形状の光学素子を正確に形成することができる。   Furthermore, according to the present invention, a unit area on the resist to be irradiated with light having a predetermined intensity is determined corresponding to a desired resist shape, and a predetermined light transmittance is set corresponding to the unit area on the resist. When using a unit area determining step for determining a unit area on the gray scale mask to be held, and a gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step, A resist sensitivity curve determination process for determining a resist sensitivity curve indicating the relationship between the light transmittance of the scale mask and the depth of the groove formed in the resist, and a gray scale using the resist sensitivity curve obtained in the resist sensitivity curve determination process. Obtain the light transmittance of each unit area on the mask and determine the light transmittance distribution of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape. A light transmittance distribution determining step, a gray scale mask forming step for forming a gray scale mask having a light transmittance of the distribution determined in the light transmittance distribution determining step, and a resist layer forming for forming a resist layer on the substrate And a resist shape forming step of forming a resist shape on the resist layer by exposing and developing the resist layer through the grayscale mask formed in the grayscale mask forming step. An element manufacturing method can be provided. Since the gray scale mask manufactured by the above manufacturing method is used, an optical element having a desired shape can be accurately formed.

また、本発明の好ましい態様としては、レジスト形状形成工程で得られたレジスト形状を基板に転写するレジスト形状転写工程を含むことが望ましい。また、本発明の好ましい態様としては、レジスト形状形成工程で得られたレジスト形状を金型に転写し、金型の形状を他の部材へ型転写する型転写工程を含むことが望ましい。レジスト形状を基板や他の部材へ転写することで、光学素子を形成することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to include a resist shape transfer step of transferring the resist shape obtained in the resist shape forming step to the substrate. Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to include a mold transfer process in which the resist shape obtained in the resist shape forming process is transferred to a mold, and the mold shape is transferred to another member. An optical element can be formed by transferring the resist shape to a substrate or another member.

また、本発明の好ましい態様としては、グレイスケールマスク上の単位面積が、フォトレジスト上の単位面積より大きく、レジスト形状形成工程において、グレイスケールマスクを透過した光を縮小させてレジスト層に照射することが望ましい。グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、分解能が高いグレイスケールマスクを容易に製造できる。また、グレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。さらに、グレイスケールマスクの基材となるガラス部材に熱膨張が起きた場合であっても、その影響を低減することも可能である。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成可能とし、さらにコストを削減することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the unit area on the gray scale mask is larger than the unit area on the photoresist, and the resist layer is irradiated with the light transmitted through the gray scale mask reduced in the resist shape forming step. It is desirable. By making the unit area on the gray scale mask larger than the unit area on the resist, a gray scale mask with high resolution can be easily manufactured. Further, by reducing the light transmitted through the gray scale mask and irradiating the resist, the unit area on the gray scale mask corresponds to the unit area on the resist, and the resist can be processed accurately. Furthermore, even when thermal expansion occurs in the glass member serving as the base material of the gray scale mask, it is possible to reduce the influence thereof. Thereby, an optical element having a desired shape can be accurately formed, and the cost can be further reduced.

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例に係る光学素子の製造方法のうち、グレイスケールマスクの製造手順を示すフローチャートである。本実施例は、光学素子であるマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。マイクロレンズアレイの製造手順は、グレイスケールマスクを設計する工程、設計されたグレイスケールマスクを製造する工程、製造されたグレイスケールマスクを用いてマイクロレンズアレイを製造する工程に分けられる。   FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing procedure of a gray scale mask in an optical element manufacturing method according to an embodiment of the present invention. In this example, a manufacturing method of a microlens array which is an optical element will be described. The manufacturing procedure of the microlens array can be divided into a step of designing a gray scale mask, a step of manufacturing the designed gray scale mask, and a step of manufacturing the micro lens array using the manufactured gray scale mask.

図1に示すフローチャートのうち、ステップS1〜ステップS6は、グレイスケールマスクを設計する工程である。ステップS1及びステップS2は、単位面積決定工程である。ステップS1において、オペレータは、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定する。レジスト上の単位面積は、マイクロレンズ素子のサイズに応じて、所望のマイクロレンズ素子の形状を形成できるよう適宜決定することができる。   In the flowchart shown in FIG. 1, steps S1 to S6 are steps for designing a gray scale mask. Steps S1 and S2 are unit area determination steps. In step S1, the operator determines a unit area on the resist to be irradiated with light having a predetermined intensity corresponding to a desired resist shape. The unit area on the resist can be appropriately determined according to the size of the microlens element so that a desired microlens element shape can be formed.

次に、ステップS2において、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率をもたせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する。本実施例では、後述するように縮小露光装置を用いてレジストの露光を行う。グレイスケールマスク上の単位面積を透過した光は、縮小されてレジスト上の単位面積に照射するように設定する。そのため、グレイスケールマスク上の単位面積は、縮小露光装置による縮小倍率を考慮した上で、レジスト上の単位面積より大きくする必要がある。   Next, in step S2, a unit area on the gray scale mask having a predetermined light transmittance is determined corresponding to the unit area on the resist. In this embodiment, as will be described later, the resist is exposed using a reduction exposure apparatus. The light transmitted through the unit area on the gray scale mask is set to be reduced and irradiated onto the unit area on the resist. Therefore, the unit area on the gray scale mask needs to be larger than the unit area on the resist in consideration of the reduction magnification by the reduction exposure apparatus.

ステップS3〜ステップS5は、レジスト感度曲線決定工程である。ステップS3は、ステップS2で決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いて、レジストの露光、現像を行う試し加工工程である。レジストには、露光した部分が現像によって除去可能なポジ型のフォトレジストを用いることができる。次に、ステップS4において、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)や干渉型光学測定器を用いて、レジストに形成された溝の深さ(レジスト深さ)を測定する。そして、ステップS5において、グレイスケールマスクの光透過率と、ステップS4で測定された溝の深さとの関係から、レジスト感度曲線を決定する。   Steps S3 to S5 are resist sensitivity curve determination steps. Step S3 is a trial processing step in which the resist is exposed and developed using the gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in step S2. As the resist, a positive photoresist in which the exposed portion can be removed by development can be used. Next, in step S4, the depth of the groove (resist depth) formed in the resist is measured using a laser microscope, an atomic force microscope, or an interference optical measuring instrument. In step S5, a resist sensitivity curve is determined from the relationship between the light transmittance of the gray scale mask and the groove depth measured in step S4.

レジスト感度曲線を決定した後、ステップS6において、レジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する。グレイスケールマスクは、ステップS1〜S6により設計される。ステップS7では、ステップS1〜S6による設計に応じてグレイスケールマスクを形成する。このようにして、グレイスケールマスクの製造工程は終了する。   After determining the resist sensitivity curve, in step S6, the light transmittance for each unit area on the gray scale mask is obtained using the resist sensitivity curve, and the light transmittance distribution of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape is obtained. decide. The gray scale mask is designed by steps S1 to S6. In step S7, a gray scale mask is formed according to the design in steps S1 to S6. In this way, the gray scale mask manufacturing process is completed.

ここで、図2〜図8を用いて、グレイスケールマスクの設計方法をさらに詳しく説明する。図2は、グレイスケールマスク上の単位面積を説明するものである。例えば、16μm四方のマイクロレンズ素子を形成する場合において、レジスト上の単位面積を1μm四方に決定したとする。また、レジストの露光に用いる縮小露光装置は、入射光を5分の1に縮小して射出するステッパを用いることとする。グレイスケールマスク上の単位面積部分21は、一辺d1を5μmとする。グレイスケールマスクにおいて一辺d1が5μmの単位面積部分21は、縮小露光により、レジスト上では1μm四方の単位面積に相当する。そして、グレイスケールマスクには、10個の単位面積部分21が一列に並べられる。   Here, a gray scale mask design method will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2 illustrates a unit area on the gray scale mask. For example, in the case of forming a 16 μm square microlens element, it is assumed that the unit area on the resist is determined to be 1 μm square. In addition, a reduction exposure apparatus used for resist exposure uses a stepper that reduces the incident light to 1/5 and emits it. The unit area portion 21 on the gray scale mask has one side d1 of 5 μm. In the gray scale mask, the unit area portion 21 having a side d1 of 5 μm corresponds to a unit area of 1 μm square on the resist by reduced exposure. In the gray scale mask, ten unit area portions 21 are arranged in a line.

各単位面積部分21の光透過率は、最大の75.0%から、最小の13.0%まで、それぞれ6.9%刻みで変化させている。かかるグレイスケールマスクを用いると、6.9%の分解能でレジスト加工を行うことができる。また、5μm四方の単位面積部分21を有するグレイスケールマスクとの比較として、一辺d2が100μmである単位面積部分22を有するグレイスケールマスクについても説明を行う。一辺d2が100μmの単位面積部分22を有するグレイスケールマスクは、グレイスケールマスク上の単位面積とレジスト上の単位面積とが何ら対応していないグレイスケールマスクの例である。グレイスケールマスクにおいて一辺d2が100μmの単位面積部分22は、縮小露光により、レジスト上では20μm四方の単位面積に相当する。   The light transmittance of each unit area portion 21 is changed in increments of 6.9% from the maximum of 75.0% to the minimum of 13.0%. When such a gray scale mask is used, resist processing can be performed with a resolution of 6.9%. Further, as a comparison with the gray scale mask having the unit area portion 21 of 5 μm square, the gray scale mask having the unit area portion 22 having the side d2 of 100 μm will be described. A gray scale mask having a unit area portion 22 having a side d2 of 100 μm is an example of a gray scale mask in which the unit area on the gray scale mask and the unit area on the resist do not correspond at all. The unit area portion 22 having a side d2 of 100 μm in the gray scale mask corresponds to a unit area of 20 μm square on the resist by reduction exposure.

図3は、ステッパ30による縮小露光の説明図である。ランプ等の光源からの光Lは、グレイスケールマスクGSMに略均一に入射する。グレイスケールマスクGSMを透過した光は、ステッパ30で略5分の1に縮小される。ステッパ30には、例えば入射光を縮小して投写する投写レンズを用いることができる。光が略5分の1に縮小されるとは、光軸に略垂直な平面においてステッパ30の入射光の光束が存在する範囲D1が、略5分の1の範囲D2となることをいう。ステッパ30を透過した光は、ワーク上のレジスト32に入射する。   FIG. 3 is an explanatory diagram of reduced exposure by the stepper 30. Light L from a light source such as a lamp enters the gray scale mask GSM substantially uniformly. The light transmitted through the gray scale mask GSM is reduced to about one fifth by the stepper 30. As the stepper 30, for example, a projection lens that projects incident light with a reduced size can be used. The fact that the light is reduced to about 1/5 means that the range D1 in which the light beam of the incident light of the stepper 30 exists in a plane substantially perpendicular to the optical axis becomes the range D2 of about 1/5. The light transmitted through the stepper 30 enters the resist 32 on the workpiece.

図4は、レジスト32を試し加工したときの、グレイスケールマスクGSMの光透過率と、レジスト32に形成される溝の深さとの関係から決定されたレジスト感度曲線を示す。Aを付した曲線は、5μm四方の単位面積部分21を有するグレイスケールマスクGSMを用いた場合のレジスト感度曲線である。Bを付した曲線は、100μm四方の単位面積部分22を有するグレイスケールマスクGSMを用いた場合のレジスト感度曲線である。図4に示すグラフは、縦軸にレジスト32に形成される溝の深さ、横軸にグレイスケールマスクGSMの光透過率を取って示している。なお、図4の縦軸のレジスト深さとは、光透過率が最大であるときの深さ位置を0(ゼロ)μmとしたときの溝の底部の位置を示している。   FIG. 4 shows a resist sensitivity curve determined from the relationship between the light transmittance of the gray scale mask GSM and the depth of the groove formed in the resist 32 when the resist 32 is trial processed. A curve with A is a resist sensitivity curve when a gray scale mask GSM having a unit area portion 21 of 5 μm square is used. A curve with B is a resist sensitivity curve when a gray scale mask GSM having a unit area portion 22 of 100 μm square is used. In the graph shown in FIG. 4, the vertical axis represents the depth of the groove formed in the resist 32, and the horizontal axis represents the light transmittance of the gray scale mask GSM. Note that the resist depth on the vertical axis in FIG. 4 indicates the position of the bottom of the groove when the depth position when the light transmittance is maximum is 0 (zero) μm.

図4に示すデータは、レジスト32としてクラリアントジャパン製のAZP−4620を用い、1500mJで露光した場合のものである。また、レジスト32の溝の深さのデータは、レーザ顕微鏡により測定して得たものである。また、グレイスケールマスクGSMは、基材としてHEBS(High electron beam sensitive)ガラスを用いて製造したものを用いている。   The data shown in FIG. 4 is obtained when AZP-4620 manufactured by Clariant Japan is used as the resist 32 and exposed at 1500 mJ. Further, the data of the groove depth of the resist 32 is obtained by measuring with a laser microscope. Further, the gray scale mask GSM is manufactured using HEBS (High electron beam sensitive) glass as a base material.

A、Bの両グラフを比較すると、レジスト32は、光透過率が大きい部分においていずれも同様に加工されていることがわかる。これに対して、光透過率が小さい部分では、レジスト32に形成される溝の深さに差が生じている。例えば、光透過率が13%である部分においては、グレイスケールマスクGSMの単位面積を5μmとした場合と、100μmとした場合とでは、約1μmの差を生じる。   Comparing both graphs A and B, it can be seen that the resist 32 is processed in the same manner in the portion where the light transmittance is large. On the other hand, there is a difference in the depth of the groove formed in the resist 32 in the portion where the light transmittance is small. For example, in a portion where the light transmittance is 13%, there is a difference of about 1 μm between the case where the unit area of the gray scale mask GSM is 5 μm and the case where the unit area is 100 μm.

例えば、単位面積が100μm四方のグレイスケールマスクGSMを用いてレジスト感度曲線を決定している場合、レジスト上の単位面積を1μm四方としてグレイスケールマスクを設計したとしても誤差を生じることになる。かかる誤差は、製造されるマイクロレンズアレイの形状に影響を及ぼす。このことから、所望の形状の光学素子を製造するためには、レジスト感度曲線を得るときのグレイスケールマスク上の単位面積と、レジスト上の単位面積とを対応させる必要があることがわかる。グレイスケールマスク上の単位面積と、レジスト上の単位面積とを対応させることで、目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線を得ることができる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを設計できる。   For example, when the resist sensitivity curve is determined using a gray scale mask GSM having a unit area of 100 μm square, an error occurs even if the gray scale mask is designed with the unit area on the resist being 1 μm square. Such errors affect the shape of the manufactured microlens array. This indicates that in order to manufacture an optical element having a desired shape, the unit area on the gray scale mask when obtaining the resist sensitivity curve needs to correspond to the unit area on the resist. By associating the unit area on the gray scale mask with the unit area on the resist, a resist sensitivity curve that can accurately correspond to the target resist shape can be obtained. Thus, a gray scale mask for accurately forming an optical element having a desired shape can be designed.

ここで、HEBSガラスについて説明する。HEBSガラスは、表面にAgアルカリハライドドープ層が形成されている。Agアルカリハライドドープ層は、Ag+イオン交換反応によりガラス表面の厚さ約3μmの部分にAg+イオンのドープ層を形成することで得られる。ガラス表面に略均一に形成されたドープ層に電子線ビームを照射すると、電子を得たAg+イオンがAgに変化する。Agは紫外線を吸収する性質を有することから、電子線ビームの照射量、電子線の加速電圧、ビーム電流、ビーム径を照射位置ごとに変化させることによって、紫外線の透過量を異ならせたグレイスケールマスクが形成される。 Here, the HEBS glass will be described. The HEBS glass has an Ag alkali halide dope layer formed on the surface. The Ag alkali halide doped layer can be obtained by forming a doped layer of Ag + ions in a portion having a thickness of about 3 μm on the glass surface by Ag + ion exchange reaction. When the electron beam is irradiated to the doped layer formed substantially uniformly on the glass surface, Ag + ions obtained from electrons are changed to Ag. Since Ag has the property of absorbing ultraviolet rays, the gray scale with different amounts of transmission of ultraviolet rays can be obtained by changing the irradiation amount of electron beam, acceleration voltage of electron beam, beam current, and beam diameter for each irradiation position. A mask is formed.

なお、グレイスケールマスクの光透過率は、パーセント表示のほか、以下の式で表されるOD値
OD値=−log10{光透過率(%)/100}
によって表すこともできる。一般に、グレイスケールマスクのOD値は、約0.15〜2.0である。また、グレイスケールマスクを用いると、最小階調幅約0.0092、最大階調数約200で階調を得ることができる。
The light transmittance of the gray scale mask is expressed as a percentage, as well as an OD value OD value represented by the following formula = −log 10 {light transmittance (%) / 100}.
Can also be represented by Generally, the OD value of a gray scale mask is about 0.15 to 2.0. In addition, when a gray scale mask is used, gradation can be obtained with a minimum gradation width of about 0.0092 and a maximum number of gradations of about 200.

図5〜図7は、光透過率分布を決定する工程の説明図である。例えば、図5に示すレジスト形状51を有するレジスト構造体52を製造する場合を考える。図5の上部に示す線図は、レジスト構造体52のP−P’における断面図である。レジスト構造体52を得るためにレジストに形成する溝の深さの分布は、所望のマイクロレンズ素子の形状に応じて決定される。   5-7 is explanatory drawing of the process which determines light transmittance distribution. For example, consider a case where a resist structure 52 having the resist shape 51 shown in FIG. 5 is manufactured. The diagram shown at the top of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line P-P ′ of the resist structure 52. The distribution of the depth of the groove formed in the resist to obtain the resist structure 52 is determined according to the shape of the desired microlens element.

次に、レジスト感度曲線を用いて、図5に示す形状のレジスト構造体52を形成するためのグレイスケールマスクGSMの光透過率の分布を決定する。グレイスケールマスクGSMの光透過率は、図6に示すように、5μm四方の単位面積部分21ごとに決定される。なお、上下左右に対称な形状のマイクロレンズ素子を製造するのであれば、図6に示すように、40μm四方のうち例えば右上の一部について光透過率を決定すれば良い。図7は、光透過率分布決定工程において決定した光透過率の例を示す。グレイスケールマスクGSMは、以上のようにして設計することができる。図7のデータを元にして製造されたグレイスケールマスクGSMを用いると、レジスト上の単位面積を1μm四方とし、一辺が16μmのレジスト構造体52を形成することができる。   Next, the distribution of light transmittance of the gray scale mask GSM for forming the resist structure 52 having the shape shown in FIG. 5 is determined using the resist sensitivity curve. The light transmittance of the gray scale mask GSM is determined for each unit area portion 21 of 5 μm square as shown in FIG. If a microlens element having a symmetrical shape in the vertical and horizontal directions is manufactured, as shown in FIG. 6, the light transmittance may be determined for, for example, a part on the upper right side of a 40 μm square. FIG. 7 shows an example of the light transmittance determined in the light transmittance distribution determining step. The gray scale mask GSM can be designed as described above. When the gray scale mask GSM manufactured based on the data of FIG. 7 is used, a resist structure 52 having a unit area of 1 μm square and a side of 16 μm can be formed.

マイクロレンズ素子は、レジスト上の単位面積を小さくするほど緻密に形成することが可能となる。レジスト上の単位面積を小さくする場合、単にグレイスケールマスク上の単位面積を小さくすれば良いとも考えられる。しかし、グレイスケールマスク上の単位面積を小さくすると、グレイスケールマスクGSMの製造が非常に困難となる。本実施例では、ステッパ30を用いてレジスト32を縮小露光することによって、レジスト上の単位面積より大きい単位面積を有するグレイスケールマスクGSMを用いても、レジスト32の緻密な加工が可能となる。   The microlens element can be formed densely as the unit area on the resist is reduced. When the unit area on the resist is reduced, it is considered that the unit area on the gray scale mask may be simply reduced. However, if the unit area on the gray scale mask is reduced, it is very difficult to manufacture the gray scale mask GSM. In this embodiment, the resist 32 is subjected to reduced exposure using the stepper 30, so that the resist 32 can be precisely processed even if a gray scale mask GSM having a unit area larger than the unit area on the resist is used.

グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、グレイスケールマスクGSMの製造を容易にし、グレイスケールマスクGSMを高分解能にできる。この場合、例えばグレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。   By making the unit area on the gray scale mask larger than the unit area on the resist, the production of the gray scale mask GSM can be facilitated, and the gray scale mask GSM can have high resolution. In this case, for example, by reducing the light transmitted through the gray scale mask and irradiating the resist, the unit area on the gray scale mask corresponds to the unit area on the resist, and the resist can be processed accurately.

図8は、グレイスケールマスクGSMに用いるHEBSガラスの熱膨張量を示す。表中のHEBS(1/1)と示す列の数値は、0℃を基準として、各温度における100mmのHEBSガラスの膨張量を示している。HEBSガラスは、石英ガラスやパイレックス(登録商標)等に比較して、熱に対する膨張量が大きい性質を有する。熱によってHEBSガラスが膨張すると、グレイスケールマスクGSM上の描画領域の面積が変化することになる。グレイスケールマスクGSM上の描画領域の面積が変化すると、設計とは異なる形状のレジストパターンが形成される場合がある。   FIG. 8 shows the amount of thermal expansion of HEBS glass used for the gray scale mask GSM. The numerical values in the column labeled HEBS (1/1) in the table indicate the amount of expansion of the HEBS glass of 100 mm at each temperature with 0 ° C. as a reference. The HEBS glass has a property that the amount of expansion with respect to heat is larger than that of quartz glass, Pyrex (registered trademark), or the like. When the HEBS glass expands due to heat, the area of the drawing region on the gray scale mask GSM changes. When the area of the drawing region on the gray scale mask GSM changes, a resist pattern having a shape different from the design may be formed.

表中のHEBS(1/5)と示す列の数値は、HEBSガラスの膨張量をそれぞれ5分の1に換算したものである。ステッパ30を用いて縮小露光を行う場合、HEBSガラスの熱膨張による影響を低減する効果もある。以上により、本発明によれば、製造が容易で高分解能、かつ所望の形状の光学素子を正確に形成可能なグレイスケールマスクGSMを得ることができる。   The numerical values in the column indicated as HEBS (1/5) in the table are obtained by converting the amount of expansion of the HEBS glass to 1/5. When reducing exposure is performed using the stepper 30, there is also an effect of reducing the influence due to thermal expansion of the HEBS glass. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a gray scale mask GSM which is easy to manufacture, has high resolution, and can accurately form an optical element having a desired shape.

図9−1、図9−2は、図1に示す手順に従い製造されたグレイスケールマスクを用いて、光学素子であるマイクロレンズアレイを製造する手順を示す。図9−1の工程aに示すように、まずレジスト層形成工程において基板901上にレジスト層902を形成する。レジスト層902は、基板901上にレジスト材料を塗布し、さらにプリベイクすることで形成される。   9A and 9B show a procedure for manufacturing a microlens array as an optical element using the gray scale mask manufactured according to the procedure shown in FIG. As shown in step a of FIG. 9A, a resist layer 902 is first formed on a substrate 901 in a resist layer forming step. The resist layer 902 is formed by applying a resist material on the substrate 901 and further pre-baking.

次に、工程bに示すように、グレイスケールマスク形成工程において形成されたグレイスケールマスク903を介してレジスト層902を露光する。レジスト層902は、レジスト感度曲線を得る際と同様に、グレイスケールマスク903を透過した光をステッパ30により略5分の1に縮小して露光する。このようにして、グレイスケールマスク903の透過率分布に対応した形状がレジスト層902に転写される。なお、レジスト材料の種類及び露光条件については、上記のレジスト感度曲線を決定するときの試し加工の場合と同じである。レジスト種類や露光条件等は、レジスト感度曲線を得るときと同じであれば良く、上記の条件に限られない。   Next, as shown in step b, the resist layer 902 is exposed through the gray scale mask 903 formed in the gray scale mask forming step. The resist layer 902 is exposed by reducing the light transmitted through the gray scale mask 903 to about one fifth by the stepper 30 as in the case of obtaining the resist sensitivity curve. In this manner, a shape corresponding to the transmittance distribution of the gray scale mask 903 is transferred to the resist layer 902. The type of resist material and the exposure conditions are the same as in the case of trial processing when determining the resist sensitivity curve. The resist type, exposure conditions, and the like may be the same as those for obtaining the resist sensitivity curve, and are not limited to the above conditions.

工程cでは、露光後のレジスト層902を現像液により現像することで、例えば曲面を有するレジスト形状904がレジスト層902に形成される。工程b及び工程cは、露光及び現像によりレジスト層902を加工するレジスト層加工工程である。現像後のレジスト層902は、ポストベイクによりさらに硬化させる。また、ポストベイクにより、レジスト層902の表面にだれを生じさせ、レジスト形状904の表面を平滑化させることができる。   In step c, the resist layer 902 after exposure is developed with a developer, so that, for example, a resist shape 904 having a curved surface is formed on the resist layer 902. Steps b and c are resist layer processing steps for processing the resist layer 902 by exposure and development. The developed resist layer 902 is further cured by post-baking. In addition, the post-baking can cause sagging on the surface of the resist layer 902, and the surface of the resist shape 904 can be smoothed.

次に、工程dに示すレジスト形状転写工程において、レジスト層902のレジスト形状904を基板901へ転写する。レジスト形状904を基板901へ転写することで、基板901に、レジスト形状904と略同一のマイクロレンズ形状905が形成される。レジスト形状904の転写は、エッチングにより行う。エッチングは、ドライエッチング、若しくはドライエッチングとウェットエッチングとの組合せによって行う。   Next, in the resist shape transfer step shown in step d, the resist shape 904 of the resist layer 902 is transferred to the substrate 901. By transferring the resist shape 904 to the substrate 901, a microlens shape 905 that is substantially the same as the resist shape 904 is formed on the substrate 901. The resist shape 904 is transferred by etching. Etching is performed by dry etching or a combination of dry etching and wet etching.

ドライエッチングは、例えば、RIE法等により行うことができる。エッチングガスには、酸素と、フッ化系ガス、例えばC48、CF4等との混合ガスを用いる。これにより、エッチング斑に起因する加工表面の凹凸形状を低減して、平滑で良好なプリズム素子を製造できる。また、エッチングガス濃度、混合比、エッチングガス圧力、磁場強度、エッチング時間等のエッチング条件を制御することで、レジスト形状904を基板901へ転写する選択比を略0.7〜1.8倍の範囲で制御できる。また、ドライエッチングで形成したプリズム素子の表面には、不要な散乱光の原因となる数10〜数100nm程度の凹凸が発生することがある。このため、ドライエッチングの後にフッ酸溶液によるウェットエッチングを行うことで加工表面の凹凸形状は平滑化され、不要な散乱光を低減できる。 Dry etching can be performed by, for example, the RIE method. As the etching gas, a mixed gas of oxygen and a fluorinated gas such as C 4 F 8 or CF 4 is used. Thereby, the uneven | corrugated shape of the process surface resulting from an etching spot can be reduced, and a smooth and favorable prism element can be manufactured. Further, by controlling the etching conditions such as the etching gas concentration, the mixing ratio, the etching gas pressure, the magnetic field strength, and the etching time, the selection ratio for transferring the resist shape 904 to the substrate 901 is approximately 0.7 to 1.8 times. Can be controlled by range. In addition, irregularities of about several tens to several hundreds of nanometers that cause unnecessary scattered light may occur on the surface of the prism element formed by dry etching. For this reason, by performing wet etching with a hydrofluoric acid solution after dry etching, the uneven shape of the processed surface is smoothed, and unnecessary scattered light can be reduced.

最後に、図9−2の工程eに示すように、マイクロレンズ形状905が形成された基板901の上に透明樹脂層906を形成することで、複数のマイクロレンズ素子を有するマイクロレンズアレイが形成される。さらに、マイクロレンズアレイは、工程f〜工程hに示す型転写工程により形成しても良い。まず工程fに示すように、工程cで得られたレジスト形状904に無電解Ni鍍金を施して金型907を製造する。これにより、レジスト形状904は、金型907に転写される。次に、工程gにおいて金型907の形状を他の部材908へ型転写することで、工程hに示すレプリカ908を作成する。これにより、簡便に大量のレプリカ908を製造できる。工程eと同様に、工程hで得られたレプリカ908に透明樹脂層を形成することで、マイクロレンズアレイが形成される。   Finally, as shown in step e of FIG. 9B, a microlens array having a plurality of microlens elements is formed by forming a transparent resin layer 906 on a substrate 901 on which a microlens shape 905 is formed. Is done. Furthermore, the microlens array may be formed by a mold transfer process shown in steps f to h. First, as shown in step f, the resist shape 904 obtained in step c is subjected to electroless Ni plating to manufacture a mold 907. Thereby, the resist shape 904 is transferred to the mold 907. Next, the replica 908 shown in the step h is created by transferring the shape of the mold 907 to another member 908 in the step g. As a result, a large number of replicas 908 can be easily manufactured. Similarly to step e, a microlens array is formed by forming a transparent resin layer on the replica 908 obtained in step h.

図10は、本実施例により形成されたレジスト形状904と、設計されたレジスト形状との比較を示すものである。図10に示すグラフは、縦軸にレジスト深さ、横軸にレジスト形状の中心位置を基準とする場合のレジスト上の位置を取って示している。Cを付した曲線は、本実施例により形成されたレジスト形状904のレジスト深さの分布を示している。Eを付した曲線は、設計されたレジスト形状のレジスト深さの分布を示している。   FIG. 10 shows a comparison between the resist shape 904 formed according to this embodiment and the designed resist shape. In the graph shown in FIG. 10, the vertical axis represents the resist depth, and the horizontal axis represents the position on the resist when the center position of the resist shape is used as a reference. The curve with C indicates the distribution of the resist depth of the resist shape 904 formed in this example. The curve with E indicates the resist depth distribution of the designed resist shape.

グラフから、本実施例の設計方法で設計されたグレイスケールマスク903を用いることによって、所望のレジスト形状に正確に形成されたレジスト形状904が得られることがわかる。本発明により得られるレジスト形状は、設計値との誤差を、マイクロレンズアレイの光学特性への影響を低減可能な程度、例えば約7%以内にすることが可能となる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成することができるという効果を得られる。本実施例の製造方法は、マイクロレンズアレイのほか、マイクロレンズプリズムアレイや、画像信号に応じて光を変調するための空間光変調素子、通信デバイス、医療デバイス等の他の光学素子に適用することができる。   From the graph, it can be seen that a resist shape 904 accurately formed in a desired resist shape can be obtained by using the gray scale mask 903 designed by the design method of this embodiment. In the resist shape obtained by the present invention, the error from the design value can be reduced to such an extent that the influence on the optical characteristics of the microlens array can be reduced, for example, within about 7%. Thereby, the effect that the optical element of a desired shape can be formed accurately is obtained. The manufacturing method of the present embodiment is applied not only to a microlens array but also to other optical elements such as a microlens prism array, a spatial light modulation element for modulating light according to an image signal, a communication device, and a medical device. be able to.

以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクの設計方法は、微小な光学素子を製造する場合に適している。   As described above, the grayscale mask designing method according to the present invention is suitable for manufacturing a minute optical element.

グレイスケールマスクの製造手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacture procedure of a gray scale mask. グレイスケールマスク上の単位面積の説明図。Explanatory drawing of the unit area on a gray scale mask. ステッパによる縮小露光の説明図。Explanatory drawing of the reduction exposure by a stepper. レジスト感度曲線の説明図。Explanatory drawing of a resist sensitivity curve. グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する工程の説明図。Explanatory drawing of the process which determines distribution of the light transmittance of a gray scale mask. グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する工程の説明図。Explanatory drawing of the process which determines distribution of the light transmittance of a gray scale mask. グレイスケールマスクの光透過率分布の例を示す図。The figure which shows the example of the light transmittance distribution of a gray scale mask. HEBSガラスの熱膨張量を説明する図。The figure explaining the amount of thermal expansion of HEBS glass. マイクロレンズアレイの製造手順の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing procedure of a micro lens array. マイクロレンズアレイの製造手順の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing procedure of a micro lens array. 本実施例により製造されたレジスト形状の説明図。Explanatory drawing of the resist shape manufactured by the present Example.

符号の説明Explanation of symbols

21、22 グレイスケールマスク上の単位面積部分、30 ステッパ、32 レジスト、GSM グレイスケールマスク、51 レジスト形状、52 レジスト構造体、901 基板、902 レジスト層、903 グレイスケールマスク、904 レジスト形状、905 マイクロレンズ形状、906 透明樹脂層、907 金型、908 レプリカ   21, 22 Unit area on gray scale mask, 30 stepper, 32 resist, GSM gray scale mask, 51 resist shape, 52 resist structure, 901 substrate, 902 resist layer, 903 gray scale mask, 904 resist shape, 905 micro Lens shape, 906 transparent resin layer, 907 mold, 908 replica

Claims (7)

所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、
を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法。
A unit area on the resist to be irradiated with light of a predetermined intensity is determined in accordance with a desired resist shape, and a gray scale mask having a predetermined light transmittance corresponding to the unit area on the resist is determined. A unit area determining step for determining a unit area;
When using the gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step, the light transmittance of the gray scale mask is formed on the resist. A resist sensitivity curve determining step for determining a resist sensitivity curve indicating a relationship with a depth of a groove to be formed;
Using the resist sensitivity curve obtained in the resist sensitivity curve determination step, the light transmittance for each unit area on the gray scale mask is obtained, and the light transmittance of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape A light transmittance distribution determining step for determining the distribution of
A method for designing a gray scale mask, comprising:
前記グレイスケールマスク上の単位面積が、前記レジスト上の単位面積より大きいことを特徴とする請求項1に記載のグレイスケールマスクの設計方法。   2. The method of designing a gray scale mask according to claim 1, wherein a unit area on the gray scale mask is larger than a unit area on the resist. 所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する前記光透過率分布決定工程と、
前記光透過率分布決定工程において決定された分布の前記光透過率を有する前記グレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、
を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの製造方法。
A unit area on the resist to be irradiated with light of a predetermined intensity is determined in accordance with a desired resist shape, and a gray scale mask having a predetermined light transmittance corresponding to the unit area on the resist is determined. A unit area determining step for determining a unit area;
When using the gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step, the light transmittance of the gray scale mask is formed on the resist. A resist sensitivity curve determining step for determining a resist sensitivity curve indicating a relationship with a depth of a groove to be formed;
Using the resist sensitivity curve obtained in the resist sensitivity curve determination step, the light transmittance for each unit area on the gray scale mask is obtained, and the light transmittance of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape The light transmittance distribution determining step for determining the distribution of
A gray scale mask forming step of forming the gray scale mask having the light transmittance of the distribution determined in the light transmittance distribution determining step;
A method for producing a gray scale mask, comprising:
所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する前記光透過率分布決定工程と、
前記光透過率分布決定工程において決定された分布の前記光透過率を有する前記グレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、
基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記グレイスケールマスク形成工程において形成された前記グレイスケールマスクを介して前記レジスト層を露光し、現像することで前記レジスト層に前記レジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
A unit area on the resist to be irradiated with light having a predetermined intensity is determined in accordance with a desired resist shape, and on a gray scale mask having a predetermined light transmittance corresponding to the unit area on the resist. A unit area determining step for determining a unit area;
When using the gray scale mask in which the light transmittance is changed for each unit area on the gray scale mask determined in the unit area determining step, the light transmittance of the gray scale mask is formed on the resist. A resist sensitivity curve determining step for determining a resist sensitivity curve indicating a relationship with a depth of a groove to be formed;
Using the resist sensitivity curve obtained in the resist sensitivity curve determination step, the light transmittance for each unit area on the gray scale mask is obtained, and the light transmittance of the gray scale mask corresponding to the desired resist shape The light transmittance distribution determining step for determining the distribution of
A gray scale mask forming step of forming the gray scale mask having the light transmittance of the distribution determined in the light transmittance distribution determining step;
A resist layer forming step of forming a resist layer on the substrate;
A resist shape forming step of forming the resist shape on the resist layer by exposing and developing the resist layer through the grayscale mask formed in the grayscale mask forming step;
The manufacturing method of the optical element characterized by the above-mentioned.
前記レジスト形状形成工程で得られた前記レジスト形状を前記基板に転写するレジスト形状転写工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の光学素子の製造方法。   5. The method of manufacturing an optical element according to claim 4, further comprising a resist shape transfer step of transferring the resist shape obtained in the resist shape forming step to the substrate. 前記レジスト形状形成工程で得られた前記レジスト形状を金型に転写し、前記金型の形状を他の部材へ型転写する型転写工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の光学素子の製造方法。   5. The optical element according to claim 4, further comprising a mold transfer step of transferring the resist shape obtained in the resist shape forming step to a mold and transferring the shape of the mold to another member. Manufacturing method. 前記グレイスケールマスク上の単位面積が、前記フォトレジスト上の単位面積より大きく、
前記レジスト形状形成工程において、前記グレイスケールマスクを透過した光を縮小させて前記レジスト層に照射することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
A unit area on the gray scale mask is larger than a unit area on the photoresist;
The optical element manufacturing method according to claim 4, wherein, in the resist shape forming step, the light transmitted through the gray scale mask is reduced and irradiated to the resist layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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