JP2008181077A - マイクロレンズを成形するための多段式のリソグラフィを用いたグレイスケールレチクルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安いコストで１００％近いフィルファクターを達成するマイクロレンズを作製するためのグレイスケールレチクルの製造方法を提供する。
【解決手段】クオーツウエハ基板を準備するステップと、クオーツ基板の表面にＳＲＯ層を堆積するステップと、多段式のリソグラフィを用いて、ＳＲＯ層をパターニングしてエッチングすることにより、最初のマイクロレンズを形成するステップと、ＳＲＯ層をパターニングしてエッチングすることにより、ＳＲＯ層に凹部パターンを形成するステップと、ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップと、不透明薄膜をパターニングし、エッチングするステップと、平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、クオーツウエハを選択したレチクルブランクよりも小さい大きさの長方形片に切断するステップと、を含む。撮像機器のマイクロレンズアレイは、以上のように製造したグレイスケールレチクルを用いて作製する。
【選択図】図１
【解決手段】クオーツウエハ基板を準備するステップと、クオーツ基板の表面にＳＲＯ層を堆積するステップと、多段式のリソグラフィを用いて、ＳＲＯ層をパターニングしてエッチングすることにより、最初のマイクロレンズを形成するステップと、ＳＲＯ層をパターニングしてエッチングすることにより、ＳＲＯ層に凹部パターンを形成するステップと、ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップと、不透明薄膜をパターニングし、エッチングするステップと、平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、クオーツウエハを選択したレチクルブランクよりも小さい大きさの長方形片に切断するステップと、を含む。撮像機器のマイクロレンズアレイは、以上のように製造したグレイスケールレチクルを用いて作製する。
【選択図】図１
Description
本発明は、イメージセンサーに関するものであり、特には、マイクロレンズアレイにおいてほぼ１００％近いフィルファクター(fill factor)を有するイメージセンサーを提供する。
カメラから高品質の画像を得るために、可能な限り撮影現場から多くの光を採取することが望まれている。極大検出および信号強度のための活性画素エレメントに、イメージセンサーの表面に作用する光を導くことが望まれている。従来公知のイメージセンサーは、マイクロレンズアレイにおいて、１００％近いフィルファクター（ＦＦ）を有していない。ＦＦとは、光をイメージセンサーの領域に集め、検出することができる領域量の比率として定義される。
マイクロレンズと称されるような光を集める素子を形成するために用いられる方法には、２つの従来公知の方法がある。最も一般的な方法は、円柱状パターンのフォトレジストを露光し、現像する方法である。１つのユニットセルにつき１つの円柱を用いる。フォトレジストのリフローは、円柱形状を半球形状に変化するために行われる。リフローでは、フォトレジストを融解するために時間／温度の組み合わせを用いる。一般的には、１７０℃で６０分間の条件である。この技術により得られるフィルファクターは、約７８％が限界である。これは、半球形状の投影面（footprint）は円形状であるが、所望されているマイクロレンズアレイは四角形であるため、ユニットセルの隅部が使用できない領域となっているからである。この問題は四角形内に円をうまくはめ合わせることで解決することができる。これは、マイクロレンズの成形において経済的な効果のある方法である。しかし、この方法では、利用可能な光を全て集める能力が失われてしまう。
他の方法は、フォトレジストを直接パターニングするようなグレイスケールマスクを用いる方法である。この方法において、フォトマスクは、特有のグレイスケールフォトマスクが用いられる。Ｗｕらの米国特許第６，５６２，５２３号明細書（２００３年５月１３日査定）「Direct write all-glass photomask blanks」（特許文献１）およびＷｕの米国特許第６，５２４，５２３号明細書（２００３年２月２５日査定）「Grayscale all-glass photomasks」（特許文献２）には、このようなプロセスが開示されている。これらの特許において、フォトマスクは平坦であることが必要不可欠である。約１μｍの厚みの亜鉛ケイ酸塩の層は、電子線によって露光される。また、電子線の照射量に応じて、より不透明な層を形成して、伝導特性を変更する。透過率を変えたマイクロレンズをそれぞれ作製することによって、露光し、現像した後の形状が、所望の形状のほぼ完全に１００％のフィルファクターとなる。
Ａｏｙａｍａらの米国特許第５，５３６，４５５号明細書（１９９６年７月１６日査定）「Method of manufacturing kens array」（特許文献３）には、多数のレンズをベースとした素子が開示されている。
Ａｂｒａｍｏｖｉｃｈの米国特許第６，２２１，６８７号明細書（２００１年４月２４日査定）「Color image sensor with embedded microlens array」（特許文献４）には、マイクロレンズアレイを形成するためにＳｉｘＮｙ層およびリアクティブイオンエッチングを使用することが開示されている。
Ｄａｎｉｅｌｌの米国特許第６，４７３，２３８号明細書（２００２年１０月１９日査定）「Lens Arrays」（特許文献５）には、エアギャップを有するレンズアレイが開示されている。
Ｂｏｅｔｔｉｇｅｒらの米国特許第７，０６８，４３２号明細書（２００６年６月２７日査定）「Controlling lens shape in microlens array」（特許文献６）には、マイクロレンズ材料の融解特性を調節することが開示されている。
Ｊｅｏｎの米国特許第７，０７８，２６０号明細書（２００６年７月１８日査定）「CMOS image sensor and method for fabricating the same」（特許文献７）には、十分に扁平な最表面を有するレンズのレンズアレイが開示されている。
Ｏｎｏらの米国特許出願公開第１１／５８８，８９１号明細書（２００６年１０月１７日出願）「Grayscale Reticle for Precise Control of Photoresist Exposure」（特許文献８）には、ＩＣリソグラフ処理において用いるグレイスケールマスクの製造のための経済的な技術が開示されている。
米国特許第６，５６２，５２３号明細書（２００３年５月１３日査定）
米国特許第６，５２４，５２３号明細書（２００３年２月２５日査定）
米国特許第５，５３６，４５５号明細書（１９９６年７月１６日査定）
米国特許第６，２２１，６８７号明細書（２００１年４月２４日査定）
米国特許第６，４７３，２３８号明細書（２００２年１０月１９日査定）
米国特許第７，０６８，４３２号明細書（２００６年６月２７日査定）
米国特許第７，０７８，２６０号明細書（２００６年７月１８日査定）
米国特許出願公開第１１／５８８，８９１号明細書（２００６年１０月１７日出願）
しかし、上記の方法では、フォトマスクに要するコストが非常に高くなることが問題であり、実際に商業的に使用することは不可能である。これは、例えば、電子線の複数回の照射に引き続いて、各マイクロレンズを露光するなど、フォトマスクの作製プロセスが連続しているからである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、１００％近いフィルファクター（ＦＦ）を達成するとともに、製造コストを安くマイクロレンズを製造するためのグレイスケールレチクルの製造方法を提供する。また、本発明は、クオーツを基板としたレチクルの製造に用いる方法を提供し、さらには対称または非対称形状のいずれのマイクロレンズも作製できる方法についても提供する。
本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、クオーツウエハ基板を準備するステップと、クオーツ基板の表面にＳＲＯ層を堆積するステップと、多段式の（step-over）リソグラフィ（多重リソグラフィ）を用いてＳＲＯ層をパターニングしてエッチングすることにより、最初のマイクロレンズパターンを形成するステップと、ＳＲＯ層と同じ屈折率を有する透明層を堆積して平坦化するステップと、選択したレチクルブランクの領域にうまく合うようにクオーツウエハを切片に切断するステップと、選択したレチクルブランクに切片を接着してグレイスケールレチクルを形成するステップと、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯ層を堆積するステップの前に、スクラッチ保護層を形成するステップを含むことが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記長方形片を接着するステップの前に、上記クオーツウエハから上記スクラッチ保護層を除去するステップを含むことが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより上記ＳＲＯ層に上記凹部パターンを形成するステップは、所定量の上記ＳＲＯ層をエッチングするステップを含むことが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップにおいて堆積する不透明薄膜の厚みは、上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより上記ＳＲＯ層に上記凹部パターンを形成するステップにおいて除去する上記所定量のＳＲＯ層の厚みと同じであることが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記クオーツウエハ基板は、シリコンウエハのような物理的なＳＥＭＩ標準寸法規格を有していることが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯに堆積する上記不透明薄膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、ＣｒＯ膜、Ｃｕ膜、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびその酸化物の膜からなる群より選択されることが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記平坦化層を形成する物質の屈折率の実数部は、上記ＳＲＯ層の屈折率の実数部と一致していることが好ましい。
また、製造したグレイスレールレチクルを用いて作製するフォトセンサーのマイクロレンズアレイも本発明の範疇に含まれる。
実際の生産では、グレイスケール領域に加えて不透明領域が必要である。すなわち、さらなる処理ステップが必要とされている。クオーツウエハブランクを準備するステップと、クオーツウエハの表面にＳＲＯ層を堆積するステップと、アレイ領域において多段式のリソグラフィ（多重リソグラフィ）を用いて、ＳＲＯ層をパターニングしてエッチングし、マイクロレンズアレイを形成するステップと、周辺部のＳＲＯ層をパターニングしてエッチングし、所望の不透明領域とするステップと、平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、選択したレチクルブランクの領域中にうまく合うようにクオーツウエハを切片に切断するステップと、選択したレチクルブランクに切片を接着し、グレイスケールレチクルを形成するステップと、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯ層を堆積するステップの前に、上記クオーツウエハにスクラッチ保護層を形成するステップを含むことが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記クオーツウエハの切片を接着するステップの前に、上記クオーツウエハから上記スクラッチ保護層を除去するステップを含むことが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記クオーツウエハ基板は、シリコンウエハと同様に物理的なＳＥＭＩ標準寸法規格を有していることが好ましい。
また、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、さらに、上記ＳＲＯに堆積する上記不透明薄膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、ＣｒＯ膜、Ｃｕ膜、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびその酸化物の膜からなる群より選択されることが好ましい。
また、製造したグレイスレールレチクルを用いて作製するフォトセンサーのマイクロレンズアレイも本発明の範疇に含まれる。
本発明の目的は、１００％近いフィルファクターを有するマイクロレンズアレイを提供することである。
また、本発明の他の目的は、クオーツ（石英）を基板としたレチクルの製造に用いることができる方法を提供することである。
この概略および本発明の目的により、本発明の特性を迅速に理解することができる。本発明のさらなる理解は、図面と関連して以下に記載した本発明における好適な実施形態の詳細な説明を参照することによりなされるであろう。
以上のように、本発明に係るグレイスケールレチクルの製造方法は、クオーツウエハ基板を準備するステップと、クオーツウエハ基板の表面にシリコン過剰酸化物層（ＳＲＯ層）を堆積するステップと、多段式のリソグラフィーを用いて、ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより最初のマイクロレンズを形成するステップと、ＳＲＯをパターニングし、エッチングすることによりＳＲＯ層に凹部パターンを形成するステップと、ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップと、不透明薄膜をパターニングし、エッチングするステップと、平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、クオーツウエハを選択したレチクルブランクよりも小さい大きさの長方形片に切断するステップと、選択したレチクルブランクにクオーツウエハの長方形片を接着し、グレイスケールレチクルを形成するステップと、を含む。
本発明に係る製造方法により製造されたグレイスケールレチクルを用いることによって、１００％近いフィルファクターのマイクロレンズを安いコストで作製することができる効果を奏する。
本発明に係る方法において、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ層）は、部分的に透過層として用いられる。ＳＲＯ層の厚みは、フォトレジストの露光を制御することにより様々変化される。また、３次元構造は、ＳＲＯ薄膜のパターニングおよびエッチングにより加工される。基板として用いられるクオーツ（Ｑｚ）ウエハ上に堆積される最初の薄膜の膜厚は、約０．７５μｍである。
５μｍ未満であり１μｍよりも大きいピッチを有するマイクロレンズアレイを生産することを目的としたグレイスケールレチクルの具体的な製造方法を開示する。典型的なマイクロレンズは、凸面を有しており、通常は放物面または半球の機能的な形状を有している。レンズは屈折変化率を有しているために、レンズのいずれかの部位に当たった光は、その表面において屈折され、光検出器の活性領域に対して偏光される。フォトレジストにおける放物形状または半球形状は、光の透過率を変化したグレイスケールマスクを用いることにより形成することができる。すなわち、所望する３次元形状を成形するように制御した形状にフォトレジストを露光する。
１００％近いフィルファクター（ＦＦ）は、本発明に係る方法を用いることにより達成することができる。また、本発明は、この高いフィルファクターを達成するための方法における経済的に効果的なプロセスも提供する。本発明は、マイクロレンズの形成に限定されるものではない。本発明は、結果として所望の形状となるようにフォトレジストパターンの形状を制御する。すなわち、マイクロレンズアレイ以外のパターン構造にも用いることができる。本発明は、対称または非対称形状のいずれのマイクロレンズも形成することができる一般的な手法を提供する。
ＳＲＯ層または吸光性の薄膜をパターニングすることによって、透過率はその厚みと同様に変化される。また、ＳＲＯ薄膜の透明度と一致する薄膜を（具体的には、各材質の屈折率の実数部が一致する薄膜）を用いることによって、干渉効果が生じず、また光の屈折も引き起こされない。結果として、精密なグレイスケールフォトマスクとすることができる。
はじめに、元となるフォトマスクの上に、様々な大きさのパターンのアレイ（全てが同一のレンズピッチである）が設計される。すなわち、従来のＣｒ／ＣｒＯおよびクオーツからなる二成分フォトマスクを用いたマイクロレンズアレイが製造される。Ｃｒ／ＣｒＯ薄膜は、完全に遮光する。一方、クオーツ領域は、フォトマスクを貫通して光を通過させる。この元となるフォトマスク（通常、レチクルまたは親レチクルと称される）は、本発明におけるグレイスケールレチクルではないが、本発明のグレイスケールレチクルの製造に用いられる。グレイスケールレチクルは、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ ＩＣプロセスにおけるマイクロレンズアレイの製造に用いられる。親レチクルを用いて様々な大きさのパターンを重ねあわせることによって、予め定められた露光を施す。露光した同軸のパターンの複合物は、所望のフォトレジスト形状パターンとなる。このパターンは、マイクロレンズアレイの製造に用いられる。
本発明に係る方法は、一般的に以下に説明するステップ（１０により示す各ステップ）を含んでいる（図１参照）。第１のステップでは、基板として用いるクオーツ（Ｑｚ）ウエハを準備する（ステップＳ１２）。このクオーツウエハ基板は、シリコンウエハと同様に、物理的なＳＥＭＩ標準寸法規格である。
スクラッチ保護層は、クオーツウエハに形成される（ステップＳ１４）。完成したクオーツ基板の上面および下面は、後にダイシングされ、接着されて光学表面となるため、不具合を抑制することができる。不具合には、グレイスケールフォトマスクの露光の間の光路に影響する引っかき傷および粒子が含まれる。スクラッチ保護層は、クオーツ基板の光学特性に影響を及ぼすことなく除去することができる酸化物、窒化物、ポリイミド、金属またはその他の物質を含む。スクラッチ保護層は、形成してもよく、また形成しなくてもよい。しかし、好適な実施形態では、スクラッチ保護層をクオーツ基板の上面（または表面）、ならびに下面（または裏面）に形成することが好ましい。スクラッチ保護層は、まず上面に、そして続いて下面に形成することが好ましい。次に、表面のスクラッチ保護層が除去される。表面のスクラッチ保護層は、裏面にスクラッチ保護物質を堆積する間、その表面を保護する役割を果たす。
スクラッチ保護層の形成プロセスは、以下の通りである。クオーツウエハの表面に対して、手動操作でチタン薄膜を蒸着する。したがって、エッジ部のみは、引っかき傷に対して無防備である。次に、クオーツウエハの裏面に対して、再度手動操作でチタン薄膜を蒸着する。そして、この表面において引っかき傷が形成される可能性のある処理中に、クオーツウエハの裏面に対して、自動操作でＴＥＯＳをＰＥＣＶＤする。これにより、いかなるスクラッチもチタン層に防がれる。最後に、表面のチタンをウェットエッチングにより除去する。これは高い選択性を有しており、クオーツウエハの裏面には影響を与えない。ＴＥＯＳ層は、表面のチタン層をウェットエッチングする間、裏面のチタン層を保護する。このような、または類似したスクラッチ保護層のステップは、本発明の方法の一部として求められている。スクラッチ保護層の形成ステップは、従来のシリコン処理手段においても用いられているが、従来のシリコン処理手段は、通常、シリコンウエハの裏面の保護には用いられない。ウエハの裏面の保護は、本発明に係る方法によって製造される光学レチクルにおいて要求されるものである。このように、本発明に係る方法では、従来のシリコン処理手段によってクオーツウエハに損傷が生じないような、さらなる処理ステップが含まれている。
次に、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ）（ＳｉｘＯｙ）が基板の表面に堆積され、エッチングされる（ステップＳ１６）。パターニングされ、エッチングされたＳＲＯ層は、最初のマイクロレンズパターンとなる。ＳＲＯ層は、製造するフォトマスクのグレイスケール特性のための重要なキーポイントである。このグレイスケールフォトマスクが設けられた他の基板を露光するために用いられる光の透過率は、ＳＲＯ層を通過するとき、その強度が減衰される。減衰は、ビアーの法則に従って生じており、出力される光の強度を「Ｉ」、ＳＲＯ層を通過した後、入力した光の強度から減衰される強度を「Ｉ０」とすると、以下の式となる。
Ｉ＝Ｉ０＊ｅｘｐ（-αｄ）
ここで、αは １／距離 の次元での吸光度であり、ｄは薄膜の厚みである。
ここで、αは １／距離 の次元での吸光度であり、ｄは薄膜の厚みである。
ＳＲＯ層は凹部パターンを形成するために、その表面をフォトレジストで被覆され、パターニングされ、エッチングされる（ステップＳ１８）。このステップでは、ドライまたはウェットエッチングのいずれかの方法により所定量のＳＲＯ薄膜を除去する。除去されるＳＲＯ量は、パターニング領域の不透明薄膜の厚みと同じとなるように決定する。このステップは、行ってもよいし、行わなくてもよい。このステップの目的は、処理したクオーツウエハの表面全体の高さを均一に維持するためである。すなわち、このステップは、本発明に係る方法のグレイスケールレチクルの製造において重要ステップである。
不透明薄膜の層は、ＳＲＯ層の上に堆積された後、パターニングされ、そしてエッチングされる（ステップＳ２０）。好適な実施形態において、不透明薄膜の層（チタン層）は、ステップ１８においてエッチングしたＳＲＯの量と同じとなるように堆積される。凹部領域において不透明薄膜をパターニングすることによって、パターニング領域、線列マーク、マスク識別などを明確とすることができる。不透明薄膜としては、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、ＣｒＯ、Ｃｕ、ＰｄまたはＰｔおよびそれらの酸化物などを用いることができる。通常は、金属製の薄膜が用いられる。先述したとおり、不透明薄膜の厚みは、上記の凹部を形成するためのエッチングにより除去したＳＲＯの量と同じである。
続いて、好適な実施形態では、ＳｉＯｘＮｙの層である平坦化層を堆積する（ステップＳ２２）。平坦化層の一部分は、続くＣＭＰステップにおいて除去される。薄膜（平坦化層）と、ＳＲＯ層との屈折率実数部は一致するようにするべきである。また、吸光係数はゼロであるべきである。屈折率実数部が一致しない場合には、最終的なマイクロレンズアレイおいて２つの不利な点が生じる。１つめは、反射および干渉効果により透過率の制御が失われることである。２つめは、ＳＲＯの形状により生じる屈折である。この屈折は、フォトレジストの表面における画像面での放射強度の改変に影響する可能性がある。部分的な露光の強さの制御は、本発明に係る方法を商業的に実行可能な技術として提供するための重要な要素である。
ＳｉＯｘＮｙの堆積は、均一に積層するタイプのＰＥＣＶＤであるため、ＳｉＯｘＮｙの屈折率は微調整することができる。また、処理したクオーツウエハの表面は平坦ではなく、ＳＲＯ層におけるパターンの輪郭に追随している。ＣＭＰステップ（ステップＳ２４）は、この表面を十分に平坦化するために行う。
クオーツウエハを適切な大きさに切断する（ステップＳ２６）。そして、円形状のウエハを長方形にする。長方形片は、レチクルブランク基板に接着する。この処理ステップは、本質的に粒子状物質を製造するステップである。クオーツ基板は、ダイヤモンドソーブレードを用いて物理的に切断する。基板は、徹底的に洗浄しなければならない。水により簡単にすすぎ洗いし、乾燥ステップでは十分に洗浄を行わない。基板上にはいかなる粒子も残すべきではない。粒子は、後にフォトマスクにより生じる不具合として影響を及ぼすからである。
クオーツウエハにスクラッチ保護層を形成している場合には、クオーツウエハの下面に残っているスクラッチ保護層を除去する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８は、化学的な除去により行う。すなわち、スクラッチ保護層を除去し、レチクルの接着部の最終的な表面を洗浄する。長方形のクオーツ基板の両側は、接着ステップに先んじて不具合のないようにしなくてはならない。
本発明に係る方法の最後のステップは、接着である（ステップＳ３０）。仮接着洗浄は、必要不可欠な処理であり、長方形のクオーツ基板およびレチクルブランクの双方において実行される。洗浄後、これら２つの部品は、互いに位置あわせをした後、接着される。粒子が部品間に残っている場合には、２つの表面の接着が妨げられる。すなわち、２つの表面は、互いに物理的に分離されないようにしなければならない。接着が不十分な場合には、肉眼で視認できるニュートンリングが現れる。ニュートンリングが存在する場合には、干渉効果が起きるため、フォトレジスト面における開口強度の制御能力に悪影響が生じる。
グレイスケールレチクルは成熟したＩＣプロセスを用いて形成される。プロセスの最後のステップは、レチクルブランクに対するダイシングしたクオーツウエハの接着である。上記ステップは、図２および３に示す。クオーツレチクルブランク３２を準備する。クオーツウエハ３４（図２には接着されて示されている）には、マイクロレンズアレイ３６が形成されている。接着剤は、マイクロレンズアレイ３６とクオーツレチクルブランク３２との間に示されている。外部領域３８は、基準点４０を含んでいる。非活性領域４２は、活性領域４４を取り囲んでおり、データラベル４６は、非活性領域４２に設けられている。プレートラベル４８は、外部領域３８に設けられている。
本発明に係る方法におけるステップの詳細は、図４〜図７に示す。従来のレチクル５０を準備する。レチクル５０は、クオーツウエハ５３上のＳＲＯ層５２を露光するために、すなわち親レチクルを形成するために用いられる。続いて、クオーツウエハ５３はダイシングされ、レチクルブランク５４に接着される。最終的なマイクロレンズアレイは、ＣＭＯＳまたはＣＣＤウエハ５６上に形成される。
（従来のレチクル上でのパターンの設計）
半導体デバイスの製造および本発明に係る方法に用いられる代表的なフォトリソグラフィックステッパーは、１／５縮小投影ステッパーであり、Ｈｇランプのｉ線（３６５ｎｍ）により露光を施す。グレイスケールレチクルは、同様のステッパーを用いることを意図しているため、マイクロレンズアレイの寸法は、親レチクルのレンズピッチにより決定される。すなわち、目的としたＣＭＯＳまたはＣＣＤイメージセンサーにおける所望のピッチは、２５倍であることが効果的である。現世代のイメージセンサーは、２μｍ×２μｍのピッチまたはユニットセルサイズであり、親レチクルのピッチは５０μｍであり、グレイスケールマスクのピッチは１０μｍである。親レチクルは、多数のアレイを含んでおり、ピッチは全て５０μｍで同じであるが、様々な直径の円を含んでいる。特定の大きさの直径を有するアレイをゾーン（zone）と定義する。グレイスケールマスクを作製するために、多数のゾーンがＳＲＯ層上にパターニングされる。各ゾーンにより、ＳＲＯの厚みに差異が生じる。本発明に係る方法のグレイスケールマスクを用いて、平坦なマイクロレンズ形状を実現するためには、多くのゾーンが必要とされている。これは、連続的に用いられた異なる２つのゾーン間の直径の差が、ステッパーの分解能よりも小さくなることを確実とする必要があるからである。例えば、ＣＭＯＳまたはＣＣＤウエハにおいて、ユニットセルサイズが２μｍ×２μｍであり、露光装置のサブ分解能が０．２μｍ領域である場合、斜めに沿って、
（ＳＱＲＴ（２）μｍ／（０．２μｍ／ゾーン））＝７ゾーン
となる。
半導体デバイスの製造および本発明に係る方法に用いられる代表的なフォトリソグラフィックステッパーは、１／５縮小投影ステッパーであり、Ｈｇランプのｉ線（３６５ｎｍ）により露光を施す。グレイスケールレチクルは、同様のステッパーを用いることを意図しているため、マイクロレンズアレイの寸法は、親レチクルのレンズピッチにより決定される。すなわち、目的としたＣＭＯＳまたはＣＣＤイメージセンサーにおける所望のピッチは、２５倍であることが効果的である。現世代のイメージセンサーは、２μｍ×２μｍのピッチまたはユニットセルサイズであり、親レチクルのピッチは５０μｍであり、グレイスケールマスクのピッチは１０μｍである。親レチクルは、多数のアレイを含んでおり、ピッチは全て５０μｍで同じであるが、様々な直径の円を含んでいる。特定の大きさの直径を有するアレイをゾーン（zone）と定義する。グレイスケールマスクを作製するために、多数のゾーンがＳＲＯ層上にパターニングされる。各ゾーンにより、ＳＲＯの厚みに差異が生じる。本発明に係る方法のグレイスケールマスクを用いて、平坦なマイクロレンズ形状を実現するためには、多くのゾーンが必要とされている。これは、連続的に用いられた異なる２つのゾーン間の直径の差が、ステッパーの分解能よりも小さくなることを確実とする必要があるからである。例えば、ＣＭＯＳまたはＣＣＤウエハにおいて、ユニットセルサイズが２μｍ×２μｍであり、露光装置のサブ分解能が０．２μｍ領域である場合、斜めに沿って、
（ＳＱＲＴ（２）μｍ／（０．２μｍ／ゾーン））＝７ゾーン
となる。
結果として、グレイスケールレチクルにおけるゾーンは、１μｍ／ゾーン離れている。また、さらには、従来のレチクルにおけるゾーンは、５μｍ／ゾーン離れている。
図８および図９に、従来のレチクルにおける４つのゾーンパターンの配置を表す２つの例を示す。一方は明視野（ＬＦ）であり、他方は暗視野（ＤＦ）である。図８および図９に表されている従来のレチクルは、４つのゾーンパターンの配置であり、お互いに逆極性である。図８および図９における各ゾーンには、円状の巨大アレイが示されている。また、いずれのゾーンの大きさも同じである。
（従来のレチクルを用いたクオーツウエハの露光）
露光ステップについて、図１０および１１を参照して説明する。ウエハの中央部分は、ＥＴＬ、ＥＴＲ、ＥＢＬおよびＥＢＲによって示されるような露光を受ける。これら４つの独立した露光は、それぞれ、図８および９のクオーツウエハ面において施される。それぞれの露光は、いずれも、同心円状に重ね合わせた多段式のリソグラフィを用いて施される。図１０および１１におけるＥＡＣＣの図は、クオーツウエハ面での累積した露光を表している。図１０および１１ぞれぞれにおける断面図、すなわちＥＸＰに対するＰＲＴの描写を示す図は、露光する光のフォトレジスト感応曲線である。これは用いる適切な照射線量の決定のために用いられる。最後に、図１０および１１におけるＰＲの図は、露光および現像した後のフォトレジスト特性を表している。ＰＲＴｉは、露光の前の初めのフォトレジストの厚みである。
露光ステップについて、図１０および１１を参照して説明する。ウエハの中央部分は、ＥＴＬ、ＥＴＲ、ＥＢＬおよびＥＢＲによって示されるような露光を受ける。これら４つの独立した露光は、それぞれ、図８および９のクオーツウエハ面において施される。それぞれの露光は、いずれも、同心円状に重ね合わせた多段式のリソグラフィを用いて施される。図１０および１１におけるＥＡＣＣの図は、クオーツウエハ面での累積した露光を表している。図１０および１１ぞれぞれにおける断面図、すなわちＥＸＰに対するＰＲＴの描写を示す図は、露光する光のフォトレジスト感応曲線である。これは用いる適切な照射線量の決定のために用いられる。最後に、図１０および１１におけるＰＲの図は、露光および現像した後のフォトレジスト特性を表している。ＰＲＴｉは、露光の前の初めのフォトレジストの厚みである。
フォトレジスト感応曲線は、所望のフォトレジスト特性から逆行してそれぞれの露光を決定するために使用される。フォトレジスト感応曲線の使用は、フォトレジストの階段状に積み重ねた高さと照射線量との間の直接的な相関関係に基づいている。曲線は、露光軸において、できるだけ範囲の広いことが好ましい。曲線の範囲がより広ければ、露光と、結果として生じるフォトレジストの階段状に積み重ねた高さとの間の相関関係をより一層正確なものすることができる。
（グレイスケールフォトマスクを用いたＣＣＤまたはＣＭＯＳウエハもしくは他の基板の露光）
グレイスケールが製造される以前は、フォトレジストにおけるマイクロレンズアレイの直接的なパターニングが用いられていた。このパターニングは、マイクロレンズアレイの製造において使用する下地フィルムに対してエッチングし、転写している。
グレイスケールが製造される以前は、フォトレジストにおけるマイクロレンズアレイの直接的なパターニングが用いられていた。このパターニングは、マイクロレンズアレイの製造において使用する下地フィルムに対してエッチングし、転写している。
図１２は、様々なｋ値におけるＳＲＯ薄膜の厚みに対する透過率のグラフである。ｋは、複素屈折率に用いられる虚数部であり、曲線Ａ〜Ｅのぞれぞれに、０．０１／ｎｍずつ０〜０．０４／ｎｍまで変化している。装置におけるＳＲＯの両側は、外気に接している。曲線Ａにおける注目点は、強度の減衰がみられないことであり、薄膜の厚みによる干渉効果により正弦曲線となっている。曲線Ｅにおける注目点は、最も減衰が生じていることである。曲線Ｅのｋ値は最も大きい。透過率の指数関数的な減衰は、ＳＲＯの厚みの正弦波干渉作用と結び付けられる。
ＣＭＰは接着ステップの前に行う必要があるため、ＳＲＯの厚みとそれを覆うＳｉＯｘＮｙの厚みとの合計の厚みは一定である。図１３に示すように、この積層薄膜は、ＣＭＰステップにより一定の厚みｔとなる。
光学距離は、図１３に示す積層薄膜の厚み全体である。例えば、減衰係数がゼロに等しいＳｉＯｘＮｙまたはＳｉＯ２などのような非吸光薄膜を積層薄膜の最上面の薄膜として用いるとき、ＳＲＯ層と非吸光薄膜との屈折率実数部を一致させる必要があることに注意しなければならない。積層薄膜の厚みを一定とすることによって、干渉効果がなくなるため、積層薄膜を介した透過率における振幅が生じなくなる。図１４は、この点について図示したグラフであり、ＳｉＯｘＮｙおよびＳｉＯ２を用いたＳＲＯ層の厚みに対する透過率Ｔを示している。曲線は、積層薄膜の厚み（ｔｆｉｌｍｓｔａｃｋ）を用いた以下の公式から導き出される。
ｔｆｉｌｍｓｔａｃｋ＝ｔＳＲＯ＋ｔＳｉＯｘＮｙ＝ｃ
または、
ｔｆｉｌｍｓｔａｃｋ＝ｔＳＲＯ＋ｔＳｉＯ２＝ｃ
ここで、ｃは、一定値である。
または、
ｔｆｉｌｍｓｔａｃｋ＝ｔＳＲＯ＋ｔＳｉＯ２＝ｃ
ここで、ｃは、一定値である。
図１５は、図１４に示すＳＲＯに対する透過率の算出において用いられる上記公式の応用を表したものである。ここで留意するべきは、積層薄膜が一定値に保たれていることである。したがって、グレイスケールフォトマスクを用いるときの露光に用いる光の照射量の十分な制御のために、ＳＲＯ薄膜を覆う薄膜とＳＲＯ薄膜との屈折率を一致させる必要がある。
このように、本明細書等において、グレイスケールレチクルの製造方法を開示した。さらなる変形例および改良は、添付されている特許請求の範囲において定義されている本発明の範疇に含まれ得ることを理解するであろう。
本発明に係る製造方法によって製造されるグレイスケールレチクルは、イメージセンサーにおけるマイクロレンズアレイの生産に好適に利用することができる。
Claims (14)
- クオーツウエハ基板を準備するステップと、
上記クオーツウエハ基板の表面にシリコン過剰酸化物層（ＳＲＯ層）を堆積するステップと、
多段式のリソグラフィーを用いて、上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより最初のマイクロレンズを形成するステップと、
上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより上記ＳＲＯ層に凹部パターンを形成するステップと、
上記ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップと、
上記不透明薄膜をパターニングし、エッチングするステップと、
平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、
上記クオーツウエハを、選択したレチクルブランクよりも小さい大きさの長方形片に切断するステップと、
上記選択したレチクルブランクに上記クオーツウエハの長方形片を接着し、グレイスケールレチクルを形成するステップと、
を含むことを特徴とするグレイスケールレチクルの製造方法。 - 上記ＳＲＯ層を堆積するステップの前に、スクラッチ保護層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記長方形片を接着するステップの前に、上記クオーツウエハから上記スクラッチ保護層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより上記ＳＲＯ層に上記凹部パターンを形成するステップは、所定量の上記ＳＲＯ層をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記ＳＲＯ層上に不透明薄膜を堆積するステップにおいて堆積する不透明薄膜の厚みは、上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより上記ＳＲＯ層に上記凹部パターンを形成するステップにおいて除去する上記所定量のＳＲＯ層の厚みと同じであることを特徴とする請求項４に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記クオーツウエハ基板は、シリコンウエハのような物理的なＳＥＭＩ標準寸法規格を有していることを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記ＳＲＯ層に堆積する上記不透明薄膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、ＣｒＯ膜、Ｃｕ膜、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびその酸化物の膜からなる群より選択されることを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記平坦化層を形成する物質の屈折率の実数部は、上記ＳＲＯ層の屈折率の実数部と一致していることを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- クオーツウエハ基板を準備するステップと、
上記クオーツウエハ基板の表面にシリコン過剰酸化物層（ＳＲＯ層）を堆積するステップと、
多段式のリソグラフィを用いて、ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより最初のマイクロレンズを形成するステップと、
上記ＳＲＯ層をパターニングし、エッチングすることにより所定量の上記ＳＲＯを除去するステップと、
上記ＳＲＯ層に不透明薄膜を堆積するステップと、
上記不透明薄膜をパターニングし、エッチングするステップと、
上記ＳＲＯ層の屈折率実数部と一致するような屈折率実数部を有する物質からなり、除去した所定量のＳＲＯと同じ厚みの平坦化層を堆積し、平坦化するステップと、
上記クオーツウエハを、選択したレチクルブランクよりも小さい大きさの切片に切断するステップと、
上記選択したレチクルブランクに上記クオーツウエハの切片を接着するステップと、
を含むことを特徴とするグレイスケールレチクルの製造方法。 - 上記ＳＲＯ層を堆積するステップの前に、上記クオーツウエハにスクラッチ保護層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記クオーツウエハの切片を接着するステップの前に、上記クオーツウエハから上記スクラッチ保護層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記クオーツウエハ基板は、シリコンウエハと同様に物理的なＳＥＭＩ標準寸法規格を有していることを特徴とする請求項９に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 上記ＳＲＯ層に不透明薄膜を堆積するステップは、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、ＣｒＯ膜、Ｃｕ膜、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびその酸化物の膜からなる群より選択される薄膜を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載のグレイスケールレチクルの製造方法。
- 請求項１または９に記載のグレイスケールレチクルを用いて撮像機器のマイクロレンズアレイを作製するステップを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
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