JP2008268378A

JP2008268378A - マスクパターンデータの生成方法、情報処理装置、フォトマスク及びその作製システム並びに撮像素子

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Publication number: JP2008268378A
Application number: JP2007108665A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kurihara; 政樹栗原; Kyohei Watanabe; 杏平渡辺; Nobuhiko Sato; 信彦佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】ドットパターンの対称性を高く保つとともに、ドット同士の点接触を低減すること。
【解決手段】マイクロレンズ１００３を形成するためのフォトマスクに形成すべきマスクパターンのマスクパターンデータを生成する方法では、前記フォトマスクのパターン形成面を複数の格子に分割し、前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンの透過光量分布を示すデータを取得して、（Ｓ１０〜Ｓ１２）、前記透過光量分布が得られるように前記複数の格子と同一形状の複数の遮蔽部を前記複数の格子のいずれに配置するかを決定し（Ｓ１３）、前記複数の格子への配置が決定された前記複数の遮蔽部を、前記複数の格子の各々の重心点を中心として相似変形し、相似変形された前記複数の遮蔽部が配置されたマスクパターンデータを生成する（Ｓ１４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォトマスクの作製に関するものであり、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像装置の光電変換を行う受光部上方に存在するマイクロレンズを形成するためのフォトマスクの作製に関する。

従来、撮像装置には、受光部への集光効率を高めるために、画素毎に集光用のマイクロレンズが設けられている。

マイクロレンズは、フォトリソグラフィ法を用いて感光性樹脂を各画素に対応するように島状に形成し、この島状の樹脂パターンを加熱して軟化させ、その表面張力によって樹脂表面を球面化することによって形成されている。

画素の微細化に伴い、撮像装置の感度の低下が生じている。そこで、集光効率を高めるために、マイクロレンズの間隔に入射する光も集光するためにマイクロレンズ同士の間隔を狭めることが望まれている。しかしながら、樹脂パターンを加熱によって軟化させる方法を用いた場合、マイクロレンズ間隔を狭めることが難しい。これは、加熱処理で樹脂を軟化させることによって隣接するレンズ同士が接触することを防ぐために、レンズ間にある程度の隙間を設ける必要があるからである。

これに対し、微細なドットが複数個配置されたドットパターンによって露光光の透過光量を制御可能なフォトマスクを用いて、感光性樹脂を露光し、現像処理を行うことによって、マイクロレンズを形成する方法が提案されている（特許文献１を参照）。

しかしながら、特許文献１の技術では、ドットパターンのドット同士の繋ぎ部が点接触となるため、レチクル製造の際に欠陥の検査装置でエラーが発生する可能性が高く、十分な欠陥品質を保証することができない。

そこで、ドット同士の繋ぎ部の点接触を避けるために、ドットを移動させることによって、ドット同士の繋ぎ部を線接触又は重ね合わせにすることが提案されている（特許文献２を参照）。
特開２００４−１４５３１９号公報特開２００５−２６５９６３号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、ドットパターンを配置した後に点接触となる繋ぎ部を見つけ出すことが難しい。また、点接触となる繋ぎ部を発見した場合のドットの移動により、ドットパターンの対称性が損なわれるため、マイクロレンズ形状に歪みが生じる恐れがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ドットパターンの対称性を高く保つとともに、ドット同士の点接触を低減することを目的とする。

本発明の第１の側面は、マイクロレンズを形成するためのフォトマスクのマスクパターンデータを生成する方法に係り、前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンのパターン形成面を複数の格子に分割する工程と、前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンの透過光量分布を示すデータを取得する工程と、前記透過光量分布が得られるように前記複数の格子と同一形状の複数の遮蔽部を前記複数の格子のいずれに配置するかを決定する工程と、前記複数の格子への配置が決定された前記複数の遮蔽部を、前記複数の格子の各々の重心点を中心として相似変形し、相似変形された前記複数の遮蔽部が配置されたマスクパターンデータを生成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、情報処理装置に係り、前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンのパターン形成面を複数の格子に分割する手段と、レンズを形成するためのフォトマスクの透過光量分布を示すデータを取得する手段と、前記透過光量分布が得られるように前記複数の格子と同一形状の複数の遮蔽部を前記複数の格子のいずれに配置するかを決定する手段と、前記複数の格子への配置が決定された前記複数の遮蔽部を、前記複数の格子の各々の重心点を中心として相似変形し、相似変形された前記複数の遮蔽部が配置されたマスクパターンデータを生成する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の側面は、フォトマスク作製システムに係り、上記の情報処理装置と、前記情報処理装置により生成されたフォトマスクデータに基づいてフォトマスクを作製する描画装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の第４の側面は、フォトマスクに係り、マスクパターンのパターン形成面を有する基板と、前記パターン形成面に配置された複数の遮蔽部と、を備え、前記複数の遮蔽部は、前記パターン形成面を分割した複数の格子のいずれかに配置され、かつ、前記複数の格子の各々の重心点を中心として前記複数の格子の各々を相似変形した形状を有することを特徴とする。

本発明の第５の側面は、撮像素子に係り、光を信号電荷に変換する光電変換手段と、上記のフォトマスクを用いて形成された、光を前記光電変換手段に集光するためのマイクロレンズと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ドットパターンの対称性を高く保つとともに、ドット同士の点接触を低減することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係るフォトマスク作製システムの構成を示すブロック図である。

図１において、フォトマスク作製システム１００は、情報処理装置１０１と、描画装置１０２と、検査装置１０３と、欠陥修正装置１０４と、を備える。情報処理装置１０１は、取得した後述する各種データに基づいてマスクパターンデータ１０５を生成する。さらに、情報処理装置１０１は、生成したマスクパターンデータ１０５を描画装置１０２に対応した描画データに変換する。描画装置１０２は、情報処理装置１０１で作成された描画データに基づいて、縮小転写方式又は直接描画方式によりフォトマスクを作製する。検査装置１０３は、フォトマスクの欠陥を検査し、ドットパターンが設計通りに形成されたかどうかを調べる。検査方法としては種々の方法があり、特定の検査方法に限定されないが、例えばマスクパターンデータ１０５とフォトマスクの光学像の電気信号とを比較して検査を行う方法を用いることができる。欠陥修正装置１０４は、検査装置１０３によって検出された欠陥を修正する。修正方法としては種々の方法があり、特定の限定に限定されないが、例えばレーザビーム法やイオンビーム法を用いることができる。なお、マスクパターンデータ１０５とは、描画装置１０２でマスクパターンを描画するための設計データをいう。また、描画データとは、マスクパターンを描画装置１０２に対応するデータ形式に変換したデータをいう。

図２は、フォトマスク作製システム１００を用いたフォトマスク作製方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０では、各種データを準備する。各種には、微小なレンズ（以下「マイクロレンズ」という。）形成用の感光性樹脂の感度曲線及び所望のレンズ形状データが含まれる。マイクロレンズ形成用の感光性樹脂の感度曲線は、露光量に対する感光性樹脂の残膜厚の変化を示す曲線である。通常、ポジ型感光性樹脂の感度曲線は図３のようになる。なお、図３においては、露光量、残膜厚ともに正規化して図示してある。

ステップＳ１１では、情報処理装置１０１は、ステップＳ１０で準備した感度曲線及びレンズ形状データに基づいて、フォトマスクの透過光量分布を表現する関数ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）を決定する。ステップＳ１０で準備した感度曲線を用いれば、所望のレンズ形状を形成するための透過光量（被照射体への露光量）を、フォトマスクのパターンが形成されるＸ−Ｙ平面（パターン形成面）上の位置に対する関数として表現することができる。ここで、あるレンズ形状を図３の感度曲線を用いて作製する例を挙げる。Ｘ−Ｙ平面上の位置を画素中心からの距離とすると、画素中心からの距離と透過光量の関係は図４のようになり、この関係は図４に示したような２次関数で近似することができる。フォトマスクのパターンを形成するＸ−Ｙ平面を、後述するピッチＷ_１を持つ複数の格子に分割したときの各格子の座標値をｘ、ｙとし、これに対するＺ座標上の透過光量ｚ値とする。すると、上記で求めた画素中心からの距離に対する透過光量の関係を表した２次関数はｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）となる。

ステップＳ１２では、情報処理装置１０１は、フォトマスクのパターンを形成するｘ−ｙ平面をピッチＷ_１を持つ複数の格子に分割したときの各格子の座標値ｘ、ｙに対し、ｚ座標上の透過光量ｚ値を算出する。ステップＳ１１で算出した２次関数を用いて座標値ｘ、ｙに対するｚ値を算出し、所望のレンズ形状を得るための１画素の透過光量分布を表したものが図５（ａ）である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した透過光量分布の一部を抜粋し、座標値ｘ、ｙに対する透過光量ｚ値を示した一覧表である。透過光量ｚ値を算出する際のピッチＷ_１は、マイクロレンズ形成に用いる露光装置の解像限界長さ（解像度に対応）よりも小さなサイズとする。例えば、露光光の波長が３６５ｎｍで４倍レチクル（フォトマスク）を用いた場合には、フォトマスク上でのドットの一辺の寸法が０．９６μｍ（＝９６０ｎｍ）以上であると、フォトマスク上のドットパターンが感光性樹脂に解像してしまう。その結果、滑らかな所望のレンズ形状を形成できないことが実験で確かめられている。また、下限はフォトマスクを形成する際の描画装置１０２の解像限界長さを基準に定まる。一方、フォトマスク上でのドットの一辺の寸法が０．２４μｍ（＝２４０ｎｍ）〜０．７２μｍ（＝７２０ｎｍ）である場合には、露光光の波長３６５ｎｍで解像しないことが確かめられている。したがって、描画装置１０２上の格子のピッチＷ_１は、６０ｎｍ〜１８０ｎｍ（フォトマスク上で２４０ｎｍ〜７２０ｎｍ）の範囲内にあることが好ましい。ここで、「ドット」とは、上記の格子と同一形状の遮蔽部を意味し、各格子の重心点一つに対し一つ配置される。また、ドット（遮蔽部）は、鋭角を持たない形状であることが好ましく、正方格子であることがより好ましい。

ステップＳ１３では、情報処理装置１０１は、露光光の透過光量を制御するために、ステップＳ１２で算出したｚ座標上の透過光量ｚ値に対し、後述する順序で誤差分散法（誤差拡散法）による二値化処理を実施する。まず、情報処理装置１０１は、ステップＳ１２で分割した各格子におけるクロム遮光（遮蔽部）の配置の有無を決定し、一辺がＷ_１の長さを持つドットのパターンを生成する。二値化処理の方法としては種々の方法があり、特定の処理方法に限定されない。例えば、誤差分散法の処理方法においても、図６（ａ）に示すように、中心画素から距離が近い順に反時計回りの方向で二値化処理を行ってもよいし、図６（ｂ）に示すように、中心画素から距離が近い順に時計回りの方向で二値化処理を行ってもよい。また、図６（ｃ）又は図６（ｄ）に示すように、中心画素から距離が遠い順に二値化処理を行ってもよい。図７は、図５（ｂ）に示したような透過光量分布のデータを用い、図６（ａ）の処理方向で誤差分散法による二値化処理を行って得られたドットパターンである。中心画素から等距離の画素毎に二値化処理を行うため、画素中心に対して同心円状かつ対称性の高いドットのパターン配置を得ることができる。

ステップＳ１４では、情報処理装置１０１は、ステップＳ１３で生成されたドットパターンをＣＡＤツールでＸ−Ｙ平面上に配置した、マスクパターンデータを生成する（図８（ａ）に対応）。さらに、情報処理装置１０１は、生成したマスクパターンデータを描画装置１０２に対応した描画データに変換する。この際に、情報処理装置１０１は、ＣＡＤツールで作成したドットパターンに一律に形状変更をかけ、矩形の重心点を中心として相似変形する。ここでは、ドットの面積を拡大し、ドットの一辺の長さＷ_２が矩形の一辺の長さＷ_１よりも長くなるようにドットパターンを生成している（図８（ｂ）に対応）。また、矩形の形状が正方格子である場合を例にすると、図８（ｂ）に示すドット同士の繋ぎ部の幅Ｔ_１は、図８（ｃ）に示すように２^１／２（Ｗ_２−Ｗ_１）と表され、この値が解像限界長さＣＤよりも大きければよい。また、ドットが大きすぎると、隣接するドット同士が結合し、透過光量が大きく変化してしまうため、隣接するドットの一辺の長さが格子の一辺の長さの２倍を超えないようにすることが好ましい。以上により、ドット同士の繋ぎ部の幅Ｔ_１が下記の数式１の関係を満足するように、Ｗ_１及びＷ_２を設定することが好ましい。

２^１／２Ｗ₁＞Ｔ₁＝２^１／２（Ｗ_２−Ｗ_１）＞ＣＤ …（数式１）
検査装置１０３において修正可能な解像限界長さＣＤは、典型的には約５０ｎｍ〜約７０ｎｍであるが、この値は将来的に変更される可能性が高い。その場合であっても、数式１を満足するように、Ｗ_１及びＷ_２の少なくとも一方を変更すればよい。

ステップＳ１５では、描画装置１０２は、ステップＳ１４で生成した描画データを用いて、フォトマスクを作製する。

ステップＳ１６では、検査装置１０３は、パターンが設計通りに形成されたかどうかを検査する。

ステップＳ１７では、欠陥修正装置１０４は、検査装置１０３によって検出された欠陥を修正する。

なお、本実施形態の説明においては、フォトマスクの透過光量分布を示すデータを用いる場合について説明したが、例えば計算済みフォトマスクの透過光量分布を示すデータを予め取得しこれを用いる場合にも本発明は適用可能である。

また、本実施形態の説明においては、フォトマスクの透過光量分布を用いる場合について説明したが、遮蔽部の遮蔽量分布を用いる場合も本発明に含まれる。

以上のように、矩形の重心点を中心としてドットパターンのドットの面積を拡大することによって、ドットパターンの対称性を高く保ちつつ、ドット同士の点接触を低減することができる。これによって、レンズ形状の歪みが少なく、かつ、フォトマスクの欠陥を検査する検査装置における欠陥品質が保証されたフォトマスクを作製することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、図２のステップＳ１４において、矩形の重心点を中心としてドットの面積を拡大し、ドットの一辺の長さＷ_２が、矩形の一辺の長さＷ_１よりも長くなるようにドットパターンを生成した（図８（ｂ）に対応）。第２の実施形態では、図２のステップＳ１４において、矩形の重心点を中心としてドットの面積を縮小し、ドットの一辺の長さＷ_３が、矩形の一辺の長さＷ_１よりも短くなるようにドットパターンを生成する（図９（ｂ）に対応）。しかしながら、ドットの一辺の長さＷ_３が短すぎると、透過光量が過剰となるため、ドットの一辺の長さＷ_３が矩形の一辺の長さＷ_１の半分よりも短くならないようにすることが好ましい。

図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ１３及びＳ１５〜Ｓ１７については、第１の実施形態と同様の処理なので詳細な説明は省略する。

（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、図２のステップＳ１３において、誤差分散法による二値化処理を渦巻き状の処理方向で実施したが、第３の実施形態では、誤差分散法による二値化処理を他の処理方向で行ってもよい。そのような処理方向としては、例えば、左上の格子から右方向に上の行から下の行に向けて順に処理する方法などが挙げられるが、本発明はこのような処理方向に限定されず、任意の処理方向で実施された誤差分散法を適用することができる。

また、図２のステップＳ１３における二値化処理は、誤差分散法のみに限定されず、例えばディザ法などの他の二値化処理を用いてもよい。

（応用例）
図１０は、本発明の好適な実施の形態に係るフォトマスク作製システム１００を用いて作製したマイクロレンズを備える撮像素子の構成を示す図である。撮像素子は、基板１００１に形成された光電変換手段１００２と、フォトマスク作製システム１００を用いて作製したマイクロレンズ１００３と、カラーフィルタ１００４とを備える。光電変換手段１００２は、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードなどの光電変換手段である。マイクロレンズ１００３は、光電変換手段１００２に光を集光する。カラーフィルタ１００４は、マイクロレンズ１００３と光電変換手段１００２との間に配置される。

従来のマイクロレンズは、樹脂材料を加熱して、軟化させることによって形成されている。そのため、隣接するマイクロレンズが連結しないように、マイクロレンズ間に隙間を設ける必要があった。

これに対し、本発明の好適な実施形態では、フォトマスク作製システム１００を用いて作製されたフォトマスクを用いてマイクロレンズ１００３を作製することにより、レンズ形状の歪みが低減される。そのため、樹脂材料を加熱する工程が不要であり、マイクロレンズ間の隙間を大幅に低減することができる。

本発明の好適な第１の実施形態に係るフォトマスク作製システムの構成を示すブロック図である。フォトマスク作製システムを用いたフォトマスク作製方法を示すフローチャートである。ポジ型感光性樹脂の感度曲線を示す図である。図３の感度曲線を用いて画素中心からの距離と透過光量（露光量）との関係を示す図である。（ａ）は、所望のレンズ形状を得るための１画素内の透過光量分布を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示した透過光量分布の一部における座標値ｘ、ｙに対する透過光量ｚ値を表す一覧表を示す図である。誤差分散法による二値化処理の手順を説明するための図である。図５に示す透過光量分布のデータを用いて誤差分散法による二値化処理により得られたドットパターンを示す図である。本発明の好適な第１の実施の形態に係るドットパターンの形成方法を示す図である。本発明の好適な第２の実施の形態に係るドットパターンの形成方法を示す図である。本発明の好適な実施の形態に係るフォトマスク作製システムを用いて作製したマイクロレンズを備える撮像素子の構成を示す図である。

符号の説明

１００１基板
１００２光電変換手段
１００３マイクロレンズ
１００４カラーフィルタ

Claims

マイクロレンズを形成するためのフォトマスクのマスクパターンデータを生成する方法であって、
前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンのパターン形成面を複数の格子に分割する工程と、
前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンの透過光量分布を示すデータを取得する工程と、
前記透過光量分布が得られるように前記複数の格子と同一形状の複数の遮蔽部を前記複数の格子のいずれに配置するかを決定する工程と、
前記複数の格子への配置が決定された前記複数の遮蔽部を、前記複数の格子の各々の重心点を中心として相似変形し、相似変形された前記複数の遮蔽部が配置されたマスクパターンデータを生成する工程と、
を含むことを特徴とするマスクパターンデータの生成方法。
前記相似変形する工程では、前記複数の遮蔽部の各々の面積を拡大することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記相似変形する工程では、前記複数の遮蔽部のうち隣接する遮蔽部を繋ぐ繋ぎ部の幅が前記フォトマスクの検査装置の解像限界長さ以上となるように前記複数の遮蔽部の各々の面積を拡大することを特徴とする請求項２に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記相似変形する工程では、前記複数の遮蔽部の各々の一辺の長さが前記複数の格子の各々の一辺の長さの２倍を超えないように前記複数の遮蔽部の各々の面積を拡大することを特徴とする請求項３に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記相似変形する工程では、前記複数の遮蔽部の各々の面積を縮小することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記相似変形する工程では、前記複数の遮蔽部の各々の一辺の長さが前記複数の格子の各々の一辺の長さの半分よりも短くならないように前記複数の遮蔽部の各々の面積を縮小することを特徴とする請求項５に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記複数の格子の各々の一辺の長さは、前記フォトマスクの露光装置の解像限界長さ以下であることを請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のマスクパターンデータの生成方法。
前記複数の格子は、正方格子であることを請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のマスクパターンデータの生成方法。
フォトマスクに形成すべきマスクパターンのパターン形成面を複数の格子に分割する手段と、
マイクロレンズを形成するための前記フォトマスクに形成すべきマスクパターンの透過光量分布を示すデータを取得する手段と、
前記透過光量分布が得られるように前記複数の格子と同一形状の複数の遮蔽部を前記複数の格子のいずれに配置するかを決定する手段と、
前記複数の格子への配置が決定された前記複数の遮蔽部を、前記複数の格子の各々の重心点を中心として相似変形し、相似変形された前記複数の遮蔽部が配置されたマスクパターンデータを生成する手段と、
を備えることを特徴とする情報処理装置。
請求項９に記載の情報処理装置と、
前記情報処理装置により生成されたマスクパターンデータに基づいてフォトマスクを作製する描画装置と、
を備えることを特徴とするフォトマスク作製システム。
マスクパターンのパターン形成面を有する基板と、
前記パターン形成面に配置された複数の遮蔽部と、
を備え、
前記複数の遮蔽部は、前記パターン形成面を分割した複数の格子のいずれかに配置され、かつ、前記複数の格子の各々の重心点を中心として前記複数の格子の各々を相似変形した形状を有することを特徴とするフォトマスク。
前記複数の遮蔽部の各々の面積は、前記複数の格子の各々の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
前記複数の遮蔽部の各々の面積は、前記複数の格子の各々の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
光を信号電荷に変換する光電変換手段と、
請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のフォトマスクを用いて形成された、光を前記光電変換手段に集光するためのマイクロレンズと、
を備えることを特徴とする撮像素子。