JP4386546B2 - Concentration distribution mask and three-dimensional structure manufacturing method using the same - Google Patents

Concentration distribution mask and three-dimensional structure manufacturing method using the same Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法、その製造方法で使用される感光性材料パターンを形成するための露光に用いる濃度分布マスク、及びその濃度分布マスクを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光学素子の屈折面や反射面に、球面や非球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようになってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェクタ等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状が求められている。
そこで屈折面や反射面を型成形や研磨によらずに形成する方法として、光学基板の表面にフォトレジスト(感光性材料の代表例)の層を形成し、このフォトレジスト層に対して2次元的な透過率分布を有する露光用マスクを介して露光し、フォトレジストの現像によりフォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに対して異方性エッチングを行ない、フォトレジストの表面形状を光学基板に彫り写して転写することにより、光学基板の表面に所望の3次元構造の屈折面や反射面の形状を得ることが知られている(特開平7−230159号公報、特表平8−504515号公報を参照)。
【0003】
そこでは、屈折面や反射面等の3次元構造の特殊表面形状を得るために用いられる露光用マスクとして、特殊表面形状に対応して透過率が段階的に変化する2次元的な透過率分布を持った濃度分布マスク(グラデーションマスク(GM))が使用されている。
【0004】
特表平8−504515号公報(この記載内容を従来技術とする)に記載されている濃度分布マスクでは、2次元的な透過率分布のパターンを形成するために、マスクパターンを光伝達開口と称する単位セルに分割し、各単位セルの開口寸法が、形成しようとするフォトレジストパターンの対応した位置の高さに応じた光透過量又は遮光量となるように設定されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の濃度分布マスクでは、単位セルは形状も大きさも均一であり、光透過率や遮光量を全体的に制御する方法は述べられていない。そのため、例えば、目的とするレジストパターン、ひいては最終物品の表面形状の傾斜角度が大きいとき、即ち、短距離内で急激な変化をする形状には対応できなかった。
従来技術では、単位セル間の光透過量又は遮光量の隣接効果(光回折量の差)を考慮していない。単位セル間で光透過量が単調に変化する場合は隣接する単位セルからの光漏れ量は予測可能であり、制御もできるが、フレネルレンズのように単位セル間で光透過量又は遮光量が不連続に変化する場合には、光漏れ量が予測不可能である。例えば、フレネルレンズのトップ(頂点)に対応する単位セルと、その隣に直ぐ隣接する単位セルとではフレネル輪帯の曲率が異なるため、トップ部分への光漏れ量は当然異なってくる。光透過量の隣接効果に対処するには単位セル内の遮光パターンの配置を修正するなどの処置が必要になるが、従来技術のように単位セルの形状も大きさも均一である場合には対処しにくい。特に、所望形状が小さい場合や所望形状の傾斜が大きい場合には隣接効果の影響が非常に大きく、この効果を定量化することが困難であり、従来の濃度分布マスクの使用は非常に困難であった。
【0006】
本発明は、3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する濃度分布マスクにおいて、得ようとする表面形状に対処しやすくし、単位セル間の光透過量の隣接効果にも対処しやすくし、しかも設計の自由度も高めることを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、濃度分布マスク工法を用いることによって、上記問題点を解決する方法の提案である。濃度分布マスク工法はレジスト熱変形工法に比べて次のような利点をもっている。
(1)隣接間隔を限りなく零に近づけた微小ピッチのマイクロ・レンズ・アレイ(MLA)は隣接部の高さが隣接接線断面で異なっている。しかし、この形状を従来のレジスト熱変形工法で製作しようとしても目的の設計通りのMLA構造を製作できない。また従来のレジスト熱変形工法では、レジストの複数回塗布工法によって間隔を小さく、あるいは、隣接断面高さを目的地に近づけることはできるが、独立(孤立)したレジストブロックを形成するために隣接するMLAの間隔を零にすることは事実上不可能である。
(2)フレネルレンズの形成は、従来のレジスト熱変形方法では不可能であった。
(3)従来のレジスト熱変形工法では、直径500μm程度が大口径レンズの限界であった。
(4)非球面形状を容易に製作できる。
(5)トロイダル等の異形レンズを容易に製作できる。
(6)プリズム、ピラミッド等に代表される単調増加の凸構造が容易に製作できる。
(7)マイクロマシニング等の複雑な構造物を容易に製作できる。
【0008】
本発明の目的は請求項1に記載した濃度分布マスクにより達成することができる。
すなわち、本発明にかかる濃度分布マスクは、基板上に3次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを基板に彫り写すことにより3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する際に、感光性材料パターンを形成するための露光に用いる濃度分布マスクであり、この濃度分布マスクは異なる露光領域ごとに作成された複数枚のマスクにより構成され、各マスクの露光領域は透明基板上に2次元の光強度分布を有する遮光パターンが形成されたものであり、各露光領域は適当な形状及び大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、各マスクの各単位セル内の遮光パターンは、その光透過量又は遮光量が感光性材料パターンの対応した位置の高さに応じた値となるように設定されている。
【0009】
本発明にかかる3次元構造体製造方法は、基板上に3次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを基板に彫り写すことにより3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法であり、基板上に感光性材料層を形成し、請求項1に記載の濃度分布マスクを用い、複数枚のマスクについて順に位置合せ及び露光を行なうフォトリソグラフィ工程により感光性材料パターンを形成する。
【0010】
濃度分布マスクを異なる露光領域ごとに作成された複数枚のマスクに分割して形成することにより、マスクごとに単位セルの大きさや形を変えて形成することができるようになるので、得ようとする表面形状に対処しやすくし、単位セル間の光透過量の隣接効果にも対処しやすくし、しかも設計の自由度も高めることができる。特に、複数枚のマスクにより構成される濃度分布マスクを用いると、各マスクの遮光パターンで光透過量の隣接効果を制御しやすくなり、設計通りの表面形状をもつ物品を製造しやすくなる。
【0011】
また、単位セルの形状及び大きさを選択することにより、描画ビーム形状に合わせた最適な設計方法を選択することができるようになる。
濃度分布マスクは、感光性材料の「感度曲線」と濃度分布マスクの各単位セル固有の光透過領域(面積)とこれを通過する「光エネルギー量」の関係から、実験的に求められる関数で与えられるものである。ここで、実験的に求められるとは、プロセス条件によって、感光性材料の「感度特性」及び光拡散量が異なることを意味する。即ち、プロセス条件パラメータを変更すると、与えられる関数も異なることを意味する。感光性材料の「感度曲線」は、感光性材料への光照射エネルギーと感光性材料の感光性成分の関係で基本的には決定される。但し、フォトリソグラフィ条件(露光条件、現像条件、ベーキング条件等)によっても変更される曲線(即ち、関数)である。
【0012】
また、光透過量は、感光性材料中に含まれる分子構造によって光の吸収係数が異なるため感光性材料中を光が進行する際には、深さに応じて光エネルギー(光量)が指数関数的に減少する。つまり、感光性材料の厚さ(深さ)に対して照射光エネルギー量は指数関数で減少する関係にある。したがって、「光透過量」と感光性材料の「感度」(光吸収率)を実験データから組み合わせると、感光性材料の厚さ方向に分布を有する光エネルギー分布を形成することが可能となる。ここで除去される感光性材料の厚さTは、下記の式で表される。
【0013】
T=(1/α)・Ln(P・S)−(1/α)・Ln(Y)
T=Ln{a・(S+b)f・F(X)}
T:除去される感光性材料の厚さ(μm)
α:係数(各種プロセス条件等の関数であり、α>0)
P:濃度分布マスク表面での光量(mJ)
S:濃度分布マスクパターンの単位セル開口率、したがってS<1
Y:深さTでの光量、感光性材料が感光するのに必要な露光量(mJ)
a,b,f:係数
F(X):関数(但し、F(X)=F(X1,X2,X3,・・・,Xn))X1,X2,X3,・・・,Xn:感光性材料プロセス、感光性材料自体の感度、濃度分布マスク設計手法によって変化する因子
【0014】
本発明は、半導体プロセスのように、ある高さの感光性材料を2次元ラインパターンを形成するのが目的ではなく、「3次元形状、即ち高さ方向にも制御されたパターン性を有する構造物」を形成することを対象としている。上記方法によって感光性材料層の厚さを変化せしめる3次元形状形成方法において、濃度分布マスクを構成する単位セルの「光透過領域」又は「遮光領域」を所望の形状に応じて2次元的に設計し、その結果、濃度分布マスクを透過した光は2次元の光強度分布を有する特徴を発現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる濃度分布マスクにおける複数枚のマスクは、物品の表面形状の傾斜角度に対応して作成されているものであることが好ましい。
製造対象である物品の表面形状が非球面形状の場合は、複数枚のマスクは、その物品の表面形状の変曲点に対応して作成されていることが好ましい。
製造対象である物品がフレネルレンズの場合は、複数枚のマスクは、フレネルレンズの輪体ごとに設けられていることが好ましい。
いずれも各マスク内では遮光パターンの単位セルの特徴を近いものとすることができるので、光透過量の隣接効果の予測が容易になる。
【0016】
また、従来技術の濃度分布マスクを用いて行なう露光工程は、投影露光法である場合も密着露光法である場合も、フォトレジスト層にちょうど焦点が合ったジャストフォーカス状態で行なわれる。そのため、目的とする物品の表面形状を実質的に平滑なものとするためには、階調数を非常に大きくしなければならず、例示されているように単位セルにおける開口寸法の単位が露光に用いる光の波長よりも短くする必要がでてくる。そして、パターンが微細になればなるほどその製造コストが上昇する。目的とする物品の表面形状は、階調数を大きくしていくにつれて平滑なものに近づいてはいくものの、あくまで階段状のものである。従来技術の文献で「実質的に」と述べているのはそのことを意味している。
【0017】
そこで、本発明にかかる3次元構造体製造方法において、フォトリソグラフィ工程は、マスクごとにデフォーカス量を設定して行なうことが好ましい。
フォトリソグラフィ工程は、マスクごとの露光時間内にデフォーカス量を予め設定された条件で変化させつつ行なうことが好ましい。
フォトリソグラフィ工程は、デフォーカス量を焦点が大きくずれた側から焦点が合う側へ変化させることが好ましい。
ここでデフォーカス量とは焦点がずれている程度をいう。
【0018】
デフォーカス量の制御は、露光が投影露光である場合には、焦点を感光性材料層からずらせばよく、露光がマスクを感光性材料に近づけて行なう近接露光の場合には、露光時間内に感光性材料層が形成されている基板とマスクの一方又は両方を面内で移動させればよい。
デフォーカス量を制御することにより、隣接する単位セル間の境界での光量変化が少なくなり、フォトレジストに形成される3次元パターン、ひいては目的とする物品の表面形状をより平滑なものとすることができる。
また、露光時間内に、デフォーカス量に応じて露光量を制御することが好ましい。
【0019】
本発明の濃度分布マスクを用い3次元構造を製作すると、球面、非球面、円錐形状のような連続面で構成される光学素子を製作することも、フレネル形状のように連続面と不連続面から構成される光学素子を製作することも可能となる。更に、そのような光学素子に反射光学面を形成し、反射光学素子とすることも可能である。
【0020】
濃度分布マスクレチクルを製作するに当たり、まず、レジスト材料の感度曲線を求め、光照射量とレジスト除去量の関係を把握する。
濃度分布マスクレチクルを用いて露光すると、露光量、単位セルの光透過量又は遮光量によってレジスト材料の除去量が異なる。これによって、「単位セルNo.」(即ち光透過量又は遮光量とレジスト除去量が特徴づけられた関係を一つのNo.として表す)が決定される。「単位セルNo.」は、上記の関係をグラフ化し、関数化することによって数式に変換できる。上記数式に基づいて、目的とする「形状のレンズ高さ」と「レジスト残存量(「レジスト膜厚」−「除去量」)」の関係を数式化する。次いで、CAD(Computer Aided Design)上で「レンズ配置位置」と「レンズ高さ(レジスト残存量)」の関係を明らかにする。更に、これを発展させて、「レンズ配置位置」と「単位セルNo.」の関係に置き換える。すなわち、上記の基本的考え方に立ち、詳細なデータに裏付けされた計算式とプログラムから、CAD設計画面上でレンズ高さと濃度分布マスクパターンセルNo.を関数付けてセルNo.を配置する。
【0021】
次に、CADデータをデータ化してレーザー光照射装置にセットする。
濃度分布マスクレチクルは、一例として、正方形に分割された単位セルで構成され、各単位セル内の光透過量又は遮光量が制御されたものとする。勿論、所望の形状に応じて最適の単位セルを決め最適なドットで製作すればよい。ここでは説明を簡単にするために、正方形で説明する。光透過量の制御方法は、▲1▼Cr開口面積の制御、▲2▼Cr膜厚の制御、▲3▼▲1▼と▲2▼の組合わせ方法がある。ここでは、▲3▼の方法を採用した。
【0022】
濃度分布マスクレチクルを製作するために、透明ガラス基板上に例えば200nm厚さのCr膜を成膜し、その上に上記のレジスト材料を塗布して濃度分布マスクレチクルブランクスとする。そのレジスト材料に上記のCADデータがセットされたレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射し描画を行なう。レーザー光照射では、所望の形状に応じて最適のビーム形状を決定し、多角形形状や円形状などをアパチャーで整形する。
このレーザー光照射装置によりレーザー光が照射されたレジスト材料部分は、次の現像工程によって除去され、レジスト材料層にマスクパターンが形成される。
【0023】
次に、このパターン化されたレジスト材料層をエッチングマスクとしてCr膜をドライエッチング又はウエットエッチング、好ましくはドライエッチングすることにより、Cr膜がパターン化されて、「単位セルNo.」が規則的に「レンズ配置位置」に並んだ、所望の2次元的な透過量分布を有する濃度分布マスクが得られる。その単位セル内では、Cr膜の除去された部分と、Cr膜の残っている部分が形成される。その光透過量又は遮光量として、一つの単位セルを特徴づけ、構成させることができる。
【0024】
濃度分布マスクレチクルマスクのブランクスとしては、市販のマスクブランクスを使用してもよい。つまり、市販のマスクブランクスとは石英基板上に200nm程度のCr膜を成膜したもの(必要に応じて、Crと酸化Crの2層膜)に感光性材料を1μm程度塗布したものである。
上記の濃度分布マスクレチクル製作において、Cr膜のパターン化をエッチング処理により行なえば、Cr膜のある部分では光透過率が0%、Cr膜のない部分では光透過率が100%となる遮光膜パターンが得られる。
【0025】
また、単位セル内で残存させるレジスト材パターンの膜厚が単位セル内のパターン周辺部では周辺に向って連続的に厚くなるように上記レーザー光照射装置による露光を行ない、現像をしてそのレジスト材層にパターンを形成した後、そのレジスト材パターンをマスクとして異方性ドライエッチングによりCr膜をエッチングすれば、単位セル内のCr膜パターンがその周辺部では周辺に向って膜厚が連続的に厚くなって光透過率が連続的に変化するようにすることができる。
【0026】
また、本製作方法は、電子線描画(EB描画)でも製作できるが、電子線出射のフィラメント電流の制御、長時間露光時のフィラメント細り、電子線モレ(ドーズ)量の制御等の装置制御上の課題が多く、再現性が著しく乏しい。また製作時は、単一ビームしか出射できないために製作に莫大な時間を要し、経時的な変動が大きい。以上から、本発明では、安価で信頼性の高いレーザー光照射装置を製作し、濃度分布マスクを製作した。
【0027】
【実施例】
(単位セル内の形状と配置、及び「光透過」、「光遮光」ドットの形状と配置)次に、単位セル内の形状と配置、及び「光透過」、「光遮光」ドットの形状と配置について説明する。
以下に示す例は、代表的な例を示したものであり、単位セルの寸法、ドットの寸法、起点の寸法等は、所望の形状に対応して設計されるべきもので、本実施例に限定されるものではない。即ち、各単位セルとドットの寸法によって階調数が決定されるので、これらの寸法は、目的形状と目的階調によって決定するものである。
【0028】
図1には、単位セル形状を変更する場合の代表例として、6種類の多角形形状の例を示した。(ア)は正方形、(イ)は正六角形、(ウ)は直角二等辺三角形、(エ)は長方形、(オ)は六角形、(カ)は二等辺三角形である。これらの多角形は、「所望の形状を上方向から見た際に、上方から多角形の網を覆いかぶせる方法」で最適の形状を決定する。所望の形状に応じて、すなわち、例えば、なだらかな曲面が続く場合、不連続な面で構成される場合など階調の変化量によって、濃度分布マスク特性を発現する「最も効果的な多角形」及び「その組み合わせ」を選択することで最適な形状を決定することができる。
また、同様に単位セルの寸法も所望の形状に対して必要な階調をどの程度微細にとるかで決定される。即ち、短い距離で多くの階調を必要とする時には、比較的小さな寸法の単位セルを選択し、ドット寸法をできるだけ小さくするのが望ましい。
【0029】
図2には、MLAの濃度分布マスクの単位セル配置の例を示した。(ア)は中心部分に配置する単位セルの組合わせパターンの例、(イ)は周辺部分に配置する単位セルの組合わせパターンの例を示している。いずれも実線で示されているのが単位セルで、破線の矢印はその方向にも単位セルが配置されていることを示している。
【0030】
(ア)はMLAの中心付近に配置するため、所望の形状はなだらかな曲線形状である。このため階調数はさほど必要としない。したがって、寸法の比較的大きい単位セルで構成し、放射線状に単位セルを配置している。
【0031】
(イ)は周辺部分に配置するため、所望の形状は急激に変化する曲面形状である。このため階調数は多くを必要とする。したがって、MLAの四隅に近づくにつれて寸法の小さな単位セルで構成し、ドット寸法も小さくする必要がある。また、単位セルの形状も四角形だけでなく、三角形のものも配置し、単位セル内でのドットの位置を変更することにより光透過量の隣接効果に対処しやすくしている。
【0032】
図3は、代表的な単位セル内の光透過領域又は遮光領域の増加又は減少の起点となる初期パターンの位置の違いと、光透過量又は遮光量を変化させる方法を示している。いずれも最も外側の正方形が単位セルを表わし、内側の正方形はそれぞれ光透過領域又は遮光領域を表わしている。(A)では単位セルの中央に起点があり、(B)では四隅のいずれかに起点が配置されていることを表わしている。
【0033】
図4は、光を透過する開口部(Crがない部分)を増加させていく例を示している。特に説明はしないが、光透過面積を減少させていく場合も同様である。図4(ア)は螺旋状に中心から面積を増やす方法であることの例を示している。この例は、ある単位セルNo.からのドットの増加方法の代表例を示している。また、ある代表的な1ドットづつの増加方法あるいは減少方法を示している。したがって、ここに示したドットの中心に配置した初期四角形形状の寸法やドット寸法はモデル的なものであり、本発明では正方形に限定されるものではなく、長方形、三角形等の多角形でも構わない。また、当然のことながら楕円形状を含む円形状でもよい。
【0034】
図4(イ)は単位セルが正六角形の場合の例を示している。この場合は、斜線部で示されるドットは円であり、その大きさを変えることにより透過量又は遮光量が変化していく。
また、ドットの面積の増加・減少は入力時のインプットデータであり、マスクの製作条件によってはレーザー光の太りやドライエッチングの等方性エッチングなどにより形状が崩れることがある。
【0035】
(濃度分布マスクの設計)
マイクロレンズの隣接間隔を限りなく零に近づけた微小ピッチMLAの例を示す。液晶プロジェクタ用MLAにおいて、0.9”−XGA用の画素サイズは、18μm×18μmである。
このMLAにおいては、レンズの両側に各1μmづつのレンズ非形成部がある場合は、16μm×16μmのマイクロレンズ領域となり、全体の面積に占めるMLA面積は、16×16/18×18=256/324=0.79となり、MLAで全ての光を有効に集光することができても79パーセントの集光効率でしかない。即ち、MLAの非形成部の面積を小さくすることが光利用効率を向上させるには重要であり、この実施例ではそのレンズ非形成部を零に近づける。
【0036】
具体的には、1/5倍(縮小の)ステッパーを用いる場合、実際に製作した濃度分布マスクレチクルパターン寸法は、90μm×90μmである。この1個のMLAを3.0μmの単位セルに分割し縦×横=30×30(個)=900(個)の単位セルに分割する。
【0037】
次に、中央部の2×2単位セル(濃度分布マスクレチクル上では6μm×6μm、実際のパターンでは1.2μm×1.2μm)にはセルNo.1番(クロム全部残り)を配置する。また、レンズ四隅部分はセルNo.80番(クロム残り部分なし)を配置する。この間のNo.1〜No.80のセルには、各「階調」に対応する「開口面積」を対応させる。この関係は、露光プロセスとレジスト感度曲線から得られる関係である。勿論、レジスト材料やプロセスが異なればその都度感度曲線を把握する必要がある。このようにして、MLA濃度分布マスクレチクルのCADデータを作成する。本件実施例では、図1(ア)〜(カ)の方式を用いてCADプログラムを製作した。
【0038】
(濃度分布マスクレチクルの製作)
上記のようにして作成したCADデータを図5に示す自社開発のレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射しレジスト材料に描画を行なった。このレーザー光照射では、所望の形状に応じて最適のビーム形状を決定し、多角形形状や円形状などをアパチャーで整形することができる。
【0039】
図5に示すレーザー光照射装置は、レーザー光発振装置1、レーザー光発振装置1からのレーザー光を複数のレーザー光に分割するビームスプリッター2、レーザー光の光路を折り曲げるミラー3、ミラー3で折り曲げられたレーザー光を変調する光変調器4、データバスからの信号により光変調器4を制御して個々のレーザー光のON・OFFを制御する光変調制御装置5、光変調器4からのレーザー光を偏向する光偏向器6、レーザー光をレジスト材料層に集光するための対物レンズ7、載置されたマスクブランクスをX方向及びY方向に移動するX−Yステージ8、並びに光偏向器6の動作とX−Yステージ8の動作を制御する制御装置9などの主要構成部品から構成されている。
【0040】
このレーザー光照射装置は、設計データに応じてX−Yステージ8の動作と、個々のレーザー光のON・OFF及び偏向を制御することにより、マスクブランクスのレジスト材料層に所望のマスクパターンを描画する。すなわち、このレーザー光照射装置によりレジスト材料層にレーザー光を照射して各単位セル毎に光透過領域又は遮光領域を所望の透過率分布になるように2次元的にパターン形成を行なう。また、この際、所望の特殊表面形状に応じて演算された各単位セルの透過量分布に応じてレーザー光の照射が制御され、各単位セル内の光透過領域又は遮光領域を増加または減少させるドットの配列が制御される。
単位セル形状とドット形状は目的とする製品により適当なものを選択すればよい。
【0041】
上記のようにして作成したCADデータを図5に示したレーザー光照射装置にインストールして、X−Yステージとレーザー光のON,OFF及びビーム形状をアパチャーで制御しながら、所定の方法で濃度分布マスクブランクスに露光した。そして、所定の方法で現像、リンスを行なってレジスト材料層をパターニングした。その後、ドライエッチングにてCr膜のパターニングを行なった。
【0042】
レーザービーム描画方法を用い、描画ビーム形状を矩形にして描画領域を螺旋状に増加させていくことにより電子線描画方法よりも高い再現性を得ることができる。描画領域が円形の場合には、レーザービーム描画方法は描画領域の直径が0.2μm以上のときは非常に高い再現性を得ることができる。描画領域の直径が0.2μmより小さくなると再現性が悪くなってくるが、電子線描画方法では描画領域の寸法が0.5μmより小さくなると再現性が悪くなるのに比べると、再現性が格段に優れている。
【0043】
「隣接効果」の予測は単位セルの形状に依存する。単位セル形状が正方形や長方形の場合には矩形のドットにより正確に描画できるため、隣接効果を計算で予測することができる。
【0044】
これらの結果から、図1の(ア)、(イ)のマスクが最も良い出来であったのでこれを使用した。尚、図1の(ア)の配置では、図3の(A)タイプ、(B)タイプどちらも良好な結果を得ることができた。図1の(イ)の配置では図3の(A)タイプのドット配置で実施した。但し、各方法とも長所、欠点があるのでそれぞれ目的形状に応じて使い分けが可能である。以下の具体例ではドット形状を円形状(中心から同心円状にレーザー光照射部分を増やしていく方式)を用いてCADプログラムを作成した。
このようにして、目的とする開口寸法を有し、かつ濃度分布を有する濃度分布マスクレチクルを製作した。
【0045】
(濃度分布マスクレチクル製作の具体例)
疎サイズの液晶用MLAの製作:
濃度分布マスクレチクルを製作するに当たり、感光性材料であるレジスト材料として、ポジ型レジスト材料のTGMR−950(東京応化(株)の製品)を用いた。
【0046】
濃度分布マスクは、正方形に分割された単位セルで構成され、各単位セル内の光透過量又は遮光量が制御されたものとした。勿論、所望の形状に応じて最適の単位セルを決め最適なドットで製作すればよい。ここでは説明を簡単にするために、正方形で説明する。光透過量の制御方法は、▲1▼Cr開口面積の制御、▲2▼Cr膜厚の制御、▲3▼▲1▼と▲2▼の組合わせ方法がある。ここでは、▲3▼の方法を採用した。
【0047】
濃度分布マスクレチクルを製作するために、透明ガラス基板上に例えば200nm厚さのCr膜を成膜し、その上に上記のレジスト材料を塗布する。そのレジスト材料に図5のレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射し描画を行なった。
その後、現像とリンスを経てレジスト材料層にマスクパターンを形成し、そのレジストパターンをエッチングマスクとしてCr膜をドライエッチングすることにより、Cr膜をパターン化し、濃度分布マスクを製作した。
【0048】
図6は、濃度分布マスクの代表的な配置例として20μm×20μmのマイクロレンズのためのものの例を示す。単位セルは、碁盤の目状の正方形形状である。単位セルは必ずしも正方形である必要はなく、所望の形状に応じて他の多角形形状にすることが望ましい。斜線部はCr膜が残存している部分である。
図6に示すパターンをマイクロレンズの頂点部と、レンズ表面の傾斜角度(微分値)に対応する4つの領域(中間4分割領域という)と、四隅部分(光を100%透過させる部分)の合計6つの領域に分割し、各領域のパターンを別々の濃度分布マスクレチクルに形成した。
ここで、マイクロレンズの形状を半円形状に単純化すると、
2+Y2=R2
であり、微分すると、
dY/dX=X/(R2−X21/2
である。この実施例ではR=9μmである。
【0049】
中間4分割領域では、微分(dY/dX)値によって、▲1▼0〜0.36、▲2▼0.36〜0.67、▲3▼0.67〜1.20、▲4▼1.20以上に分割した。
上記の条件に基づいて、図6に示す濃度分布マスクパターンを6つの領域に分割し、各領域のパターンを別々の濃度分布マスクレチクルに形成した。
図7にその濃度分布マスクレチクルの概略平面図を示す。
頂点部、微分値▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼、四隅部分に対応する濃度分布マスクレチクルを順に、分割マスクレチクル(A),(B),(C),(D),(E),(F)とする。各分割マスクレチクルにおいて、斜線部は単位セルが形成されている領域を示す。尚、それぞれの分割マスクレチクルにはステッパー上での位置合せ用のトンボパターンを形成した。また、各分割マスクレチクルについて、単位セルを配置する領域以外の部分は全遮光膜(Cr残り部)で構成されているのは言うまでもない。
【0050】
(液晶用微小寸法MLAの製作)
(液晶用微小寸法MLA製作の具体例1)
濃度分布マスクレチクル製作の具体例1の濃度分布マスクレチクル(図6のもの)をマスクとして使用し、図8に示す縮小投影露光装置(1/5ステッパー)を使用して露光を行なって、レジストパターンを形成し、それを光学デバイス用材料に転写して製作した液晶プロジェクタ用MLAの例を述べる。
【0051】
まず、その縮小投影露光装置の説明を行なう。
光源ランプ30からの光は、集光レンズ31により集光され、露光用マスク32を照射する。マスク32を透過した光は、縮小倍率の結像レンズ33に入射し、ステージ34上に載置された光学デバイス用材料37の表面に、マスク32の縮小像、即ち、透過率分布の縮小像を結像する。光学デバイス用材料37を載置したステージ34は、ステップモーター35,36の作用により、結像レンズ33光軸に直交する面内で、互いに直交する2方向へ変位可能であり、光学デバイス用材料37の位置を、結像レンズ33の光軸に対して位置合わせできるようになっている。
【0052】
結像レンズ33によるマスク32の縮小像を、光学デバイス用材料37のフォトレジスト層表面に結像させる。この露光を、光学デバイス用材料37の全面にわたって密に行なう。
液晶プロジェクタ用MLAを製作するために、ネオセラム基板を用意し、この基板上に前述のTGMR−950レジストを8.56μmの厚さに塗布した。次にホットプレートで、100℃にてベーク時間180秒でプリベークした。
【0053】
この基板を図8の1/5ステッパーで露光した。次のような露光条件▲1▼から▲8▼を連続して行なった。
▲1▼デフォーカス:+11μm、照射量:390mW×0.13秒
▲2▼デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×0.13秒
▲3▼デフォーカス:+ 9μm、照射量:390mW×0.11秒
▲4▼デフォーカス:+ 8μm、照射量:390mW×0.11秒
▲5▼デフォーカス:+ 7μm、照射量:390mW×0.11秒
▲6▼デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.11秒
▲7▼デフォーカス:+ 3μm、照射量:390mW×0.11秒
▲8▼デフォーカス:+ 1μm、照射量:390mW×0.11秒
この条件では、総合露光量は、照射量390mW×0.92秒(照度:359mJ)である。ここで、デフォーカス量の表示の+の符号は、焦点がレジスト表面の上方にあることを意味している。
【0054】
この条件で露光後、PEB(ポスト・エキスポージャー・ベーク)を60℃にて180秒実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを行なった。その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを行なった。紫外線硬化装置は、レジストの露光に使用する波長よりも短波長でレジストを硬化させることのできる波長を照射する。この操作によって、レジストの耐プラズマ性は向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。このときのレジスト高さは7.5μmであった。
デフォーカスの効果によって、特段の段差を生じることなく形状を製作することができた。
【0055】
その後、上記基板をTCP(誘導結合型プラズマ)ドライエッチング装置にセットし、真空度:1.5×10-3Torr、CHF3:5.0sccm、CF4:50.0sccm、O2:15.0sccm、基板バイアス電力:600W、上部電極電力:1.25kW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間変化と共に選択比が小さくなるように変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、0.63μm/分であったが、実際のエッチンング時間は、11.5分を要した。エッチング後のレンズ高さは、5.33μmであった。
【0056】
(液晶用微小寸法MLA製作の具体例2)
液晶用微小寸法MLA製作の具体例1と同じ濃度分布マスクレチクルを用い、ステッパー装置での露光条件を変更して行なった。
次のような露光条件▲1▼から▲3▼を連続して行なった。
▲1▼デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×0.44秒
▲2▼デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.44秒
▲3▼デフォーカス:+ 0μm、照射量:390mW×0.13秒
この条件では、総合露光量は、照射量390mW×1.02秒(照度:394mJ)である。
【0057】
この条件で露光後、感光性材料のPEB、現像、リンスを行なった。次いで、液晶用微小寸法MLA製作の具体例1と同じ条件でレジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは7.2μmであった。
デフォーカスの効果によって、特段の段差を生じることなく形状を製作することができた。
その後、上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、液晶用微小寸法MLA製作の具体例1と同じ条件でドライエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、0.67μm/分であったが、実際のエッチンング時間は、11.0分を要した。エッチング後のレンズ高さは、5.3μmであった。
【0058】
(液晶用微小寸法MLA製作の具体例3)
ここでは非球面形状のMLAを製作した。上記の液晶用微小寸法MLA製作の具体例1と同じ濃度分布マスクレチクルを用い、ステッパー装置での露光条件を変更して行なった。
次のような露光条件▲1▼から▲8▼を連続して行なった。
▲1▼デフォーカス:+11μm、照射量:390mW×0.08秒
▲2▼デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×0.08秒
▲3▼デフォーカス:+ 9μm、照射量:390mW×0.10秒
▲4▼デフォーカス:+ 8μm、照射量:390mW×0.13秒
▲5▼デフォーカス:+ 7μm、照射量:390mW×0.18秒
▲6▼デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.20秒
▲7▼デフォーカス:+ 3μm、照射量:390mW×0.10秒
▲8▼デフォーカス:+ 1μm、照射量:390mW×0.05秒
この条件では、総合露光量は、照射量390mW×0.92秒(照度:359mJ)である。
【0059】
この条件で露光後、感光性材料のPEB、現像、リンスを行なった。次いで、液晶用微小寸法MLA製作の具体例1と同じ条件でレジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは7.7μmであった。
デフォーカスの効果によって、特段の段差を生じることなく形状を製作することができた。
その後、上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、液晶用微小寸法MLA製作の具体例1での条件のうち、O2を15.0sccmから0.9sccmへ変更してドライエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、0.55μm/分であったが、実際のエッチンング時間は、14.0分を要した。エッチング後のレンズ高さは、7.4μmであった。
この具体例3によって製作したMLAは、具体例1で作成したMLAよりも焦点距離が短いMLAを実現することができた。
【0060】
(液晶用微小寸法MLA製作の具体例4)
図7に示す6枚の濃度分布マスクレチクルを用いた例を示す。
ネオセラム基板を用意し、この基板上に前述のTGMR−950レジストを8.56μmの厚さに塗布した。次にホットプレートで、100℃にてベーク時間180秒でプリベークした。
【0061】
この基板を図8の1/5ステッパー装置及び図7の濃度分布マスクレチクルを用いて露光した。各濃度分布マスクレチクルについて、次のような露光条件▲1▼から▲3▼で行なった。図9は、各分割マスクレチクルを配置したときの単位セルパターンの位置及び合計の光強度分布を示す。
▲1▼MLA中央部(A):
デフォーカス:+ 0μm、照射量:390mW×1.92秒
▲2▼MLA中間4分割領域(4枚の濃度分布マスクレチクル(B)〜(E)のそれぞれについて):
デフォーカス:+15μm、照射量:390mW×1.92秒
▲3▼MLA外周四隅部(F):
デフォーカス:+ 0μm、照射量:390mW×1.92秒
各条件での露光量は、照射量390mW×1.92秒(照度:720mJ)である。
【0062】
この条件で露光後、PEBを60℃にて25分実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを行なった。その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは7.5μmであった。
6枚の濃度分布マスクレチクルに対応する6つの領域の境界では、別々の濃度分布マスクレチクルを用いたが、デフォーカスの効果によって、各パターンの重なり部分に特段の段差を生じることなく形状を製作することができた。
【0063】
その後、上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、真空度:1.5×10-3Torr、CHF3:5.0sccm、CF4:50.0sccm、O2:20.0sccm、基板バイアス電力:600W、上部電極電力:1.25kW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間変化と共に選択比が小さくなるように変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、0.63μm/分であったが、実際のエッチンング時間は、11.5分を要した。エッチング後のレンズ高さは、5.33μmであった。
【0064】
(液晶用微小寸法MLA製作の具体例5)
非球面形状のMLAを製作した例を示す。図7に示す6枚の濃度分布マスクレチクルを用い、各濃度分布マスクレチクルをステッパー装置に配置したときの露光条件を変更して行なった。
次のような露光条件▲1▼から▲6▼で行なった。
▲1▼MLA中央部(A):
デフォーカス:+ 0μm、照射量:390mW×1.92秒
▲2▼MLA中間4分割領域(微分(dY/dX)値:0〜0.36)(B):
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×1.92秒
▲3▼MLA中間4分割領域(微分(dY/dX)値:0.36〜0.67)(C):
デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×1.92秒
▲4▼MLA中間4分割領域(微分(dY/dX)値:0.67〜1.20)(D):
デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×1.92秒
▲5▼MLA中間4分割領域(微分(dY/dX)値:1.20以上)(E):
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×1.92秒
▲6▼MLA外周四隅部(F):
デフォーカス:+ 0μm、照射量:390mW×1.92秒
この条件では、総合露光量は、照射量390mW×1.92秒(照度:720mJ)である。
【0065】
この条件で露光後、感光性材料のPEB、現像、リンスを行なった。次いで、液晶用微小寸法MLA製作の具体例4と同じ条件でレジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは7.5μmであった。
6枚の濃度分布マスクレチクルに対応する6つの領域の境界では、別々の濃度分布マスクレチクルを用いたが、デフォーカスの効果によって、各パターンの重なり部分に特段の段差を生じることなく形状を製作することができた。
その後、上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、具体例4での条件のうち、O2を20.0sccmから0.9sccmへ変更してドライエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、0.55μm/分であったが、実際のエッチンング時間は、14.0分を要した。エッチング後のレンズ高さは、7.4μmであった。
【0066】
この具体例5によって製作したMLAは、液晶用微小寸法MLA製作の具体例4で作成したMLAよりも焦点距離が短いMLAを実現することができた。
具体例3,5により、各マスク内で光透過量の隣接効果の量を制御してMLAの非球面形状を形成することができた。これらの具体例3,5によれば、従来の濃度分布マスク工法で作成したMLAよりも高精度の非球面形状を再現性よく形成することができた。
【0067】
(フレネルレンズの製作)
濃度分布マスク工法が最も有効性を発現する製品として以下のものが挙げられる。
(1)レジスト熱変形工法では、微小寸法のフレネルレンズの形成は、不可能であった。→濃度分布マスク技術はこれを可能とする。
(2)レジスト熱変形工法では、製作可能なレンズ寸法が、限られており、直径500μm程度が大口径レンズの限界であった。→濃度分布マスク工法は、大口径レンズも製作可能である。
(3)非球面形状を製作するのに、多くのデータ蓄積とノウ・ハウを必要としていた。→濃度分布マスク工法は、色々な形状を製作できる。
【0068】
濃度分布マスク工法は、上記のような特徴を有する。これらの特徴を最も良く表す形状の1つとして、フレネルレンズの例を挙げる。
本実施例ではフレネルレンズとして、焦点距離:F=6.25(mm)、開口数:NA=0.4(10λギャップ)の8輪帯のフレネルレンズを製作した。
図10はそのフレネルレンズ42の光軸Oから右側の部分の一部を示したものであり、tは基板の厚さ、h(n)(n=1,2,3・・・)は光軸Oから各輪帯までの面高さ、△Z(n)は各輪帯の表面から谷までの深さを表わすサグ量、θは傾き角である。
【0069】
ここで、フレネルレンズの各輪帯の曲面形状を表わす非球面式:Z(n)は、

Figure 0004386546
で表わされ、面高さ:h(n)は、
h(n)=(X2+Y21/2
であり、傾き角θは、
θ=arctan(dz/dh)
であり、傾斜度dz/dhは、
Figure 0004386546
である。また、
設計波長λ=980(nm)、
基板厚さt=1±0.05(mm)
(平行度:φ5mmで0.1μm以下)、
基板の屈折率n=1.51118、
バックフォーカスBF=5.588268
である。また、
球面式=ch(n)2/{1+(1−c2h(n)21/2}
である。また、1〜8の輪帯のサグ量を計算した結果を図11に示す。
以上に基づいて8輪帯のフレネルレンズの各輪帯の高さが21.0μmの同じ高さになるようにレンズ設計し、製作した。
【0070】
(フレネルレンズ製作の具体例1)
上記のレンズ設計に基づいて、感度曲線と計算式から濃度分布マスクパターンNo.の配列を決定し、図5のレーザー光照射装置を用いてCADデータのパターンを描画した。また、濃度分布マスクレチクル製作の具体例1と同様の方法によって、現像、リンスして濃度分布マスクを製作した。ここでは輪体ごとに濃度分布マスクレチクルを製作し、合計8枚の濃度分布マスクレチクルを製作した。
【0071】
次に、その8枚の濃度分布マスクレチクルを使用して製作するフレネルレンズの例を述べる。
SF−6ガラス基板を用意し、この基板上に記述のTGMR−950レジストを約8.5μmの厚さに塗布する。次に、ホットプレートを用いて、100℃にてベーク時間180秒でプリベークした。
【0072】
この基板を8枚の濃度分布マスクレチクルを用いて1/2.5ステッパーで露光した。露光条件は、次のような露光条件▲1▼から▲3▼で行なった。
▲1▼第1輪体:
デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×1.92秒
▲2▼第2から第7輪体(6枚の濃度分布マスクレチクルのそれぞれについて):
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×1.92秒
▲3▼第8輪体:
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×1.38秒
【0073】
この条件で露光後、PEBを60℃にて25分実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを行なった。その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは、7.5μmであった。
【0074】
上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、真空度:1.5×10-3Torr、CHF3:20.0sccm、BCl3:1.0sccm、CF4:15.0sccm、O2:0.9sccm、基板バイアス電力:1.2kW、上部電極電力:1.25kW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間変化と共に選択比が大きくなるように変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、1.1μm/分であった。また、選択比は、2.82で、エッチング後のレンズ高さは、21.1μmであった。実際のエッチンング時間は、21.5分を要した。
これにより、各輪体の曲率は設計値通りの形状を有し、かつ各輪体の立ち上がり角度も平均88.6°の急勾配を得ることができた。また、輪体間の立ち上がり部隙間距離も最大で2μm程度と非常に小さくなり、設計通りの光学性能を得ることができた。
【0075】
(フレネルレンズ製作の具体例2)
フレネルレンズ製作の具体例1の場合と同様に、輪体ごとに濃度分布マスクレチクルを製作し、合計8枚の濃度分布マスクレチクルを製作した。
SF−6ガラス基板を用意し、この基板上に記述のTGMR−950レジストを約8.5μmの厚さに塗布する。次に、ホットプレートを用いて、100℃にてベーク時間180秒でプリベークした。
【0076】
この基板を8枚の濃度分布マスクレチクルを用いて1/2.5ステッパーで露光した。露光条件は、次のような露光条件▲1▼から▲3▼で行なった。各露光条件でのデフォーカス量の変更は連続して行なった。
▲1▼第1輪体:
デフォーカス:+10μm、照射量:390mW×0.62秒
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.50秒
デフォーカス:+ 1μm、照射量:390mW×0.16秒
露光条件▲1▼での総合露光量は、照射量:390mW×1.28秒(照度:499mJ)である。
▲2▼第2から第7輪体(6枚の濃度分布マスクレチクルのそれぞれについて):
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.30秒
デフォーカス:+ 4μm、照射量:390mW×0.28秒
デフォーカス:+ 3μm、照射量:390mW×0.28秒
デフォーカス:+ 2μm、照射量:390mW×0.28秒
デフォーカス:+ 1μm、照射量:390mW×0.14秒
露光条件▲2▼での総合露光量は、照射量:390mW×1.28秒(照度:499mJ)である。
▲3▼第8輪体:
デフォーカス:+ 5μm、照射量:390mW×0.20秒
デフォーカス:+ 4μm、照射量:390mW×0.20秒
デフォーカス:+ 3μm、照射量:390mW×0.20秒
デフォーカス:+ 2μm、照射量:390mW×0.20秒
デフォーカス:+ 1μm、照射量:390mW×0.14秒
露光条件▲3▼での総合露光量は、照射量:390mW×0.94秒(照度:367mJ)である。いずれの露光でも、デフォーカス量の大きいものから小さいものへと順に行なった。
【0077】
この条件で露光後、PEBを60℃にて180秒実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを行なった。その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを行なった。このときのレジスト高さは、7.5μmであった。
【0078】
上記基板をTCPドライエッチング装置にセットし、フレネルレンズ製作の具体例1と同じ条件でドライエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、1.1μm/分であった。また、選択比は、2.82で、エッチング後のレンズ高さは、21.1μmであった。実際のエッチンング時間は、21.5分を要した。
この具体例2でも、フレネルレンズ製作の具体例1と同様に、各輪体の曲率は設計値通りの形状を有し、かつ各輪体の立ち上がり角度も平均88.6°の急勾配を得ることができた。また、輪体間の立ち上がり部隙間距離も最大で2μm程度と非常に小さくなり、設計通りの光学性能を得ることができた。
【0079】
【発明の効果】
本発明にかかる濃度分布マスクでは、この濃度分布マスクは異なる露光領域ごとに作成された複数枚のマスクにより構成され、各マスクの露光領域は透明基板上に2次元の光強度分布を有する遮光パターンが形成されたものであり、各露光領域は適当な形状及び大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、各マスクの各単位セル内の遮光パターンは、その光透過量又は遮光量が感光性材料パターンの対応した位置の高さに応じた値となるように設定されているようにしたので、マスクごとに単位セルの大きさや形を変えて形成することができるようになり、得ようとする表面形状に対処しやすくし、単位セル間の光透過量の隣接効果にも対処しやすくし、しかも設計の自由度も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】6種類の単位セル形状の例を示す図である。
【図2】MLAの濃度分布マスクに配置される単位セルの例を示す図である。
【図3】単位セル内の光透過領域又は遮光領域の増加又は減少の起点となる初期パターンと光透過量又は遮光量を変化させる方法を示す図である。
【図4】単位セル内の光透過領域又は遮光領域を増加又は減少させる方法を示す図で、(ア)は単位セルが長方形の場合、(イ)は単位セルが正六角形の場合の例である。
【図5】濃度分布マスクレチクルの製作に用いるレーザー光照射装置の一例を示す概略構成図である。
【図6】マイクロレンズ用濃度分布マスクの遮光パターンの一例を示す図である。
【図7】6つに分割した各領域のパターンを形成した濃度分布マスクレチクルを示す概略平面図である。
【図8】縮小投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図9】各分割マスクレチクルを配置したときの単位セルパターンの位置及び合計の光強度分布を示す図である。
【図10】フレネルレンズの一部を示す断面図である。
【図11】フレネルレンズの設計データを示す図である。
【符号の説明】
1 レーザー光発振装置
2 ビームスプリッター
4 光変調器
5 光変調制御装置
6 光偏向器
7 対物レンズ
8 X−Yステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an article having a three-dimensional surface shape, a density distribution mask used for exposure to form a photosensitive material pattern used in the manufacturing method, and a method of manufacturing the density distribution mask. It is about.
[0002]
[Prior art]
Special surface shapes typified by spherical surfaces and aspheric surfaces have been used for the refractive surfaces and reflective surfaces of optical elements. In recent years, special surface shapes have been required for microlenses and the like in connection with liquid crystal display elements, liquid crystal projectors, and the like.
Therefore, as a method of forming the refracting surface and the reflecting surface without using molding or polishing, a layer of photoresist (a representative example of a photosensitive material) is formed on the surface of the optical substrate, and the two-dimensional structure is applied to the photoresist layer. Exposure through an exposure mask having a typical transmittance distribution, and developing the photoresist to obtain a convex or concave shape as the photoresist surface shape, and then anisotropically etching the photoresist and the optical substrate Is performed, and the surface shape of the photoresist is engraved on the optical substrate and transferred to obtain a desired three-dimensional refracting surface or reflecting surface shape on the surface of the optical substrate (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 7). No. -230159 and JP-A-8-504515).
[0003]
There, as an exposure mask used to obtain a special surface shape of a three-dimensional structure such as a refracting surface or a reflecting surface, a two-dimensional transmittance distribution in which the transmittance changes stepwise according to the special surface shape. A density distribution mask (gradation mask (GM)) having the above is used.
[0004]
In the density distribution mask described in JP-T-8-504515 (this description is taken as the prior art), the mask pattern is used as a light transmission aperture in order to form a two-dimensional transmittance distribution pattern. The unit cell is divided so that the opening size of each unit cell is set to the light transmission amount or the light shielding amount corresponding to the height of the corresponding position of the photoresist pattern to be formed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the density distribution mask of the prior art, the unit cell has a uniform shape and size, and a method for controlling the light transmittance and the light shielding amount as a whole is not described. For this reason, for example, when the inclination angle of the target resist pattern, and thus the surface shape of the final article is large, that is, it cannot cope with a shape that changes suddenly within a short distance.
In the prior art, the adjacent effect (difference in the amount of light diffraction) of the light transmission amount or the light shielding amount between unit cells is not considered. When the light transmission amount changes monotonously between unit cells, the light leakage amount from the adjacent unit cell can be predicted and controlled, but the light transmission amount or the light shielding amount between unit cells is different as in a Fresnel lens. If it changes discontinuously, the amount of light leakage is unpredictable. For example, the unit cell corresponding to the top (vertex) of the Fresnel lens and the unit cell immediately adjacent to the unit cell have different curvatures of the Fresnel zone, so the amount of light leakage to the top portion is naturally different. In order to deal with the adjacent effect of the light transmission amount, it is necessary to take measures such as correcting the arrangement of the light shielding pattern in the unit cell. However, if the unit cell has a uniform shape and size as in the prior art, it can be dealt with. Hard to do. In particular, when the desired shape is small or the inclination of the desired shape is large, the influence of the adjacent effect is very large, and it is difficult to quantify this effect, and the use of the conventional density distribution mask is very difficult. there were.
[0006]
In the concentration distribution mask for manufacturing an article having a surface shape of a three-dimensional structure, the present invention makes it easy to deal with the surface shape to be obtained, and makes it easy to deal with the adjacent effect of the light transmission amount between unit cells. Moreover, the purpose is to increase the degree of freedom of design.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a proposal of a method for solving the above problems by using a density distribution mask method. The concentration distribution mask method has the following advantages over the resist thermal deformation method.
(1) In a micro-pitch micro lens array (MLA) having an adjacent interval as close as possible to zero, the height of the adjacent portion is different in adjacent tangential sections. However, even if this shape is manufactured by the conventional resist thermal deformation method, the MLA structure as designed cannot be manufactured. In the conventional resist thermal deformation method, the interval can be reduced by applying the resist multiple times, or the height of the adjacent cross section can be brought close to the destination, but it is adjacent to form an independent (isolated) resist block. It is virtually impossible to make the MLA interval zero.
(2) Formation of a Fresnel lens was impossible with the conventional resist thermal deformation method.
(3) In the conventional resist thermal deformation method, a diameter of about 500 μm is the limit of a large aperture lens.
(4) An aspherical shape can be easily manufactured.
(5) An irregular lens such as a toroid can be easily manufactured.
(6) Monotonically increasing convex structures such as prisms and pyramids can be easily manufactured.
(7) Complex structures such as micromachining can be easily manufactured.
[0008]
The object of the present invention can be achieved by the concentration distribution mask described in claim 1.
That is, the density distribution mask according to the present invention forms an article having a three-dimensional surface shape by forming a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure on a substrate and engraving the photosensitive material pattern on the substrate. In this case, a density distribution mask used for exposure for forming a photosensitive material pattern, the density distribution mask is composed of a plurality of masks created for different exposure areas, and the exposure area of each mask is a transparent substrate. A light-shielding pattern having a two-dimensional light intensity distribution is formed thereon, and each exposure region is divided by unit cells having an appropriate shape and size without gaps, and the light shielding within each unit cell of each mask. The pattern is set so that the light transmission amount or the light shielding amount is a value corresponding to the height of the corresponding position of the photosensitive material pattern.
[0009]
The three-dimensional structure manufacturing method according to the present invention forms an article having a three-dimensional structure surface shape by forming a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure on a substrate and engraving the photosensitive material pattern on the substrate. A photosensitive material layer is formed on a substrate, and a photosensitive material pattern is formed by a photolithography process in which a plurality of masks are sequentially aligned and exposed using the concentration distribution mask according to claim 1. To do.
[0010]
By dividing and forming the density distribution mask into a plurality of masks created for different exposure areas, it becomes possible to change the size and shape of the unit cell for each mask. It is easy to cope with the surface shape to be formed, it is easy to cope with the adjacent effect of the light transmission amount between the unit cells, and the degree of design freedom can be increased. In particular, when a density distribution mask composed of a plurality of masks is used, the adjacent effect of the light transmission amount can be easily controlled by the light shielding pattern of each mask, and an article having a surface shape as designed can be easily manufactured.
[0011]
Further, by selecting the shape and size of the unit cell, it becomes possible to select an optimal design method that matches the drawing beam shape.
The density distribution mask is a function obtained experimentally from the relationship between the “sensitivity curve” of the photosensitive material, the light transmission region (area) unique to each unit cell of the density distribution mask, and the “light energy amount” that passes through this area. Is given. Here, “obtained experimentally” means that the “sensitivity characteristics” and light diffusion amount of the photosensitive material differ depending on the process conditions. That is, when the process condition parameter is changed, the given function is different. The “sensitivity curve” of the photosensitive material is basically determined by the relationship between the light irradiation energy to the photosensitive material and the photosensitive component of the photosensitive material. However, it is a curve (that is, a function) that is also changed by photolithography conditions (exposure conditions, development conditions, baking conditions, etc.).
[0012]
In addition, the amount of light transmitted is an exponential function of light energy (light quantity) according to the depth when light travels through the photosensitive material because the light absorption coefficient varies depending on the molecular structure contained in the photosensitive material. Decrease. That is, the irradiation light energy amount has an exponential function with respect to the thickness (depth) of the photosensitive material. Therefore, when the “light transmission amount” and the “sensitivity” (light absorption rate) of the photosensitive material are combined from the experimental data, it is possible to form a light energy distribution having a distribution in the thickness direction of the photosensitive material. The thickness T of the photosensitive material removed here is expressed by the following equation.
[0013]
T = (1 / α) · Ln (P · S) − (1 / α) · Ln (Y)
T = Ln {a · (S + b)f・ F (X)}
T: the thickness of the photosensitive material to be removed (μm)
α: coefficient (a function of various process conditions, α> 0)
P: Light intensity on the surface of the density distribution mask (mJ)
S: Unit cell aperture ratio of the density distribution mask pattern, and therefore S <1
Y: Light quantity at depth T, exposure amount necessary for photosensitive material to be exposed (mJ)
a, b, f: coefficients
F (X): function (where F (X) = F (X1, X2, X3,..., Xn)) X1, X2, X3,..., Xn: photosensitive material process, photosensitive material itself That change depending on the sensitivity and concentration distribution mask design method
[0014]
The present invention is not intended to form a two-dimensional line pattern of a photosensitive material at a certain height as in a semiconductor process, but “a structure having a three-dimensional shape, that is, a pattern property controlled also in the height direction”. It is aimed at forming things. In the three-dimensional shape forming method in which the thickness of the photosensitive material layer is changed by the above method, the “light transmission region” or the “light shielding region” of the unit cell constituting the density distribution mask is two-dimensionally according to a desired shape. As a result, the light transmitted through the density distribution mask can develop a characteristic having a two-dimensional light intensity distribution.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The plurality of masks in the concentration distribution mask according to the present invention are preferably prepared in accordance with the inclination angle of the surface shape of the article.
When the surface shape of the article to be manufactured is an aspherical shape, it is preferable that the plurality of masks be created corresponding to the inflection points of the surface shape of the article.
In the case where the article to be manufactured is a Fresnel lens, it is preferable that a plurality of masks be provided for each ring body of the Fresnel lens.
In any case, since the characteristics of the unit cells of the light shielding pattern can be made close to each other in each mask, it is easy to predict the adjacent effect of the light transmission amount.
[0016]
Further, the exposure process performed using the density distribution mask of the prior art is performed in a just-focus state where the photoresist layer is just in focus, whether it is a projection exposure method or a contact exposure method. Therefore, in order to make the surface shape of the target article substantially smooth, the number of gradations must be very large, and the unit of the opening dimension in the unit cell is exposed as illustrated. It is necessary to make the wavelength shorter than the wavelength of the light used for. And as the pattern becomes finer, its manufacturing cost increases. The surface shape of the target article is a step-like one, although it approaches a smooth one as the number of gradations increases. That said in the prior art literature is “substantially” means that.
[0017]
Therefore, in the three-dimensional structure manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the photolithography process is performed with a defocus amount set for each mask.
The photolithography process is preferably performed while changing the defocus amount under a preset condition within the exposure time for each mask.
In the photolithography process, it is preferable to change the defocus amount from the side where the focus is greatly shifted to the side where the focus is achieved.
Here, the defocus amount refers to the degree of defocus.
[0018]
The defocus amount can be controlled by shifting the focus from the photosensitive material layer when the exposure is a projection exposure, and within the exposure time when the exposure is a proximity exposure in which the mask is brought close to the photosensitive material. One or both of the substrate and the mask on which the photosensitive material layer is formed may be moved in the plane.
By controlling the defocus amount, the change in the amount of light at the boundary between adjacent unit cells is reduced, and the three-dimensional pattern formed on the photoresist and thus the surface shape of the target article is made smoother. Can do.
Further, it is preferable to control the exposure amount according to the defocus amount within the exposure time.
[0019]
When a three-dimensional structure is manufactured using the concentration distribution mask of the present invention, an optical element composed of a continuous surface such as a spherical surface, an aspherical surface, or a conical shape can be manufactured. It is also possible to produce an optical element composed of: Furthermore, it is possible to form a reflective optical surface by forming a reflective optical surface on such an optical element.
[0020]
In manufacturing the concentration distribution mask reticle, first, a sensitivity curve of the resist material is obtained, and the relationship between the light irradiation amount and the resist removal amount is grasped.
When exposure is performed using the density distribution mask reticle, the removal amount of the resist material varies depending on the exposure amount, the light transmission amount or the light shielding amount of the unit cell. Thereby, “unit cell No.” (that is, the relationship characterized by the light transmission amount or the light shielding amount and the resist removal amount is expressed as one No.) is determined. “Unit cell No.” can be converted into a mathematical expression by graphing the above relationship and converting it into a function. Based on the above formula, the relationship between the desired “shaped lens height” and “resist remaining amount (“ resist film thickness ”−“ removed amount ”)” is formulated into a formula. Next, the relationship between “lens arrangement position” and “lens height (resist residual amount)” is clarified on CAD (Computer Aided Design). Furthermore, this is developed and replaced with the relationship between “lens arrangement position” and “unit cell number”. That is, based on the basic concept described above, a cell number is arranged by adding a lens height and a density distribution mask pattern cell number on the CAD design screen from a calculation formula and a program supported by detailed data.
[0021]
Next, the CAD data is converted into data and set in the laser beam irradiation apparatus.
As an example, the density distribution mask reticle is composed of unit cells divided into squares, and the light transmission amount or the light shielding amount in each unit cell is controlled. Of course, an optimal unit cell may be determined according to a desired shape and manufactured with an optimal dot. Here, in order to simplify the explanation, a square is used for explanation. There are (1) control of the Cr opening area, (2) control of the Cr film thickness, and combinations of (3), (1) and (2). Here, the method (3) was adopted.
[0022]
In order to manufacture a concentration distribution mask reticle, a Cr film having a thickness of, for example, 200 nm is formed on a transparent glass substrate, and the resist material is applied thereon to form a concentration distribution mask reticle blank. Drawing is performed by irradiating a laser beam using the laser beam irradiation apparatus in which the CAD data is set on the resist material. In laser light irradiation, an optimal beam shape is determined according to a desired shape, and a polygonal shape, a circular shape, or the like is shaped with an aperture.
The resist material portion irradiated with laser light by this laser light irradiation apparatus is removed by the next development process, and a mask pattern is formed on the resist material layer.
[0023]
Next, by using this patterned resist material layer as an etching mask, the Cr film is patterned by dry etching or wet etching, preferably dry etching, whereby the Cr film is patterned, and the "unit cell No." A density distribution mask having a desired two-dimensional transmission amount distribution arranged in the “lens arrangement position” is obtained. In the unit cell, a portion where the Cr film is removed and a portion where the Cr film remains are formed. One unit cell can be characterized and configured as its light transmission amount or light shielding amount.
[0024]
Commercially available mask blanks may be used as blanks for the density distribution mask reticle mask. In other words, a commercially available mask blank is obtained by applying a photosensitive material to about 1 μm on a quartz substrate having a Cr film of about 200 nm deposited (a two-layer film of Cr and Cr oxide if necessary).
In the above-described concentration distribution mask reticle fabrication, if the Cr film is patterned by etching, the light transmittance is 0% in the portion with the Cr film and 100% in the portion without the Cr film. A pattern is obtained.
[0025]
In addition, the resist material pattern that remains in the unit cell is exposed by the laser light irradiation apparatus so that the resist film pattern is continuously thicker toward the periphery in the periphery of the pattern in the unit cell. After forming a pattern in the material layer, if the Cr film is etched by anisotropic dry etching using the resist material pattern as a mask, the thickness of the Cr film pattern in the unit cell is continuous toward the periphery at the periphery. The light transmittance can be changed continuously.
[0026]
This manufacturing method can also be manufactured by electron beam drawing (EB drawing). However, in terms of device control such as control of the filament current for electron beam emission, thinning of the filament during long exposure, and control of the amount of electron beam (dose). The reproducibility is extremely poor. Also, since only a single beam can be emitted during production, the production takes a long time, and the fluctuation over time is large. From the above, in the present invention, an inexpensive and highly reliable laser beam irradiation apparatus was manufactured, and a concentration distribution mask was manufactured.
[0027]
【Example】
(The shape and arrangement in the unit cell, and the shape and arrangement of the “light transmission” and “light blocking” dots) Next, the shape and arrangement in the unit cell, and the shape of the “light transmission” and “light blocking” dots The arrangement will be described.
The following examples are representative examples, and unit cell dimensions, dot dimensions, starting point dimensions, etc. should be designed according to the desired shape. It is not limited. That is, since the number of gradations is determined by the size of each unit cell and dot, these dimensions are determined by the target shape and target gradation.
[0028]
FIG. 1 shows examples of six types of polygonal shapes as representative examples when changing the unit cell shape. (A) is a square, (b) is a regular hexagon, (c) is a right isosceles triangle, (d) is a rectangle, (e) is a hexagon, and (f) is an isosceles triangle. These polygons are determined in an optimum shape by “a method of covering a polygonal net from above when a desired shape is viewed from above”. "The most effective polygon" that expresses the density distribution mask characteristics according to the desired shape, that is, for example, when a gentle curved surface continues or when it is composed of discontinuous surfaces, depending on the amount of change in gradation And by selecting “the combination”, the optimum shape can be determined.
Similarly, the size of the unit cell is determined by how fine the necessary gradation is for a desired shape. That is, when many gradations are required at a short distance, it is desirable to select a unit cell having a relatively small size and make the dot size as small as possible.
[0029]
FIG. 2 shows an example of unit cell arrangement of an MLA density distribution mask. (A) shows an example of a combination pattern of unit cells arranged in the central part, and (A) shows an example of a combination pattern of unit cells arranged in the peripheral part. In both cases, the unit cell is indicated by a solid line, and the broken-line arrow indicates that the unit cell is also disposed in that direction.
[0030]
Since (a) is arranged near the center of the MLA, the desired shape is a gentle curved shape. For this reason, the number of gradations is not so much required. Therefore, it is composed of unit cells having relatively large dimensions, and the unit cells are arranged radially.
[0031]
Since (a) is arranged in the peripheral portion, the desired shape is a curved surface shape that changes rapidly. For this reason, a large number of gradations are required. Therefore, it is necessary to configure the unit cell with a smaller size as the four corners of the MLA are approached, and to reduce the dot size. Further, the unit cell is not limited to a quadrilateral shape but also a triangular one, and the dot position in the unit cell is changed to easily cope with the adjacent effect of the light transmission amount.
[0032]
FIG. 3 shows the difference in the position of the initial pattern that is the starting point of the increase or decrease of the light transmission region or the light shielding region in a typical unit cell, and a method for changing the light transmission amount or the light shielding amount. In each case, the outermost square represents a unit cell, and the inner square represents a light transmission region or a light shielding region, respectively. (A) shows that the starting point is in the center of the unit cell, and (B) shows that the starting point is arranged at one of the four corners.
[0033]
FIG. 4 shows an example in which the number of openings (portions where there is no Cr) that transmits light is increased. Although not specifically described, the same applies to the case where the light transmission area is decreased. FIG. 4A shows an example in which the area is increased spirally from the center. This example shows a representative example of a method of increasing dots from a certain unit cell number. In addition, a typical one-dot increasing method or decreasing method is shown. Therefore, the dimensions and dot dimensions of the initial rectangular shape arranged at the center of the dots shown here are model-like, and in the present invention, they are not limited to squares, and may be polygons such as rectangles and triangles. . Of course, a circular shape including an elliptical shape may be used.
[0034]
FIG. 4A shows an example where the unit cell is a regular hexagon. In this case, the dot indicated by the hatched portion is a circle, and the amount of transmission or light shielding changes by changing the size of the dot.
The increase / decrease in dot area is input data at the time of input, and the shape may be lost due to laser beam thickening or isotropic etching such as dry etching depending on the mask manufacturing conditions.
[0035]
(Design of density distribution mask)
An example of a minute pitch MLA in which the interval between adjacent microlenses is as close to zero as possible is shown. In the MLA for liquid crystal projectors, the pixel size for 0.9 ″ -XGA is 18 μm × 18 μm.
In this MLA, when there is a lens non-formation part of 1 μm on both sides of the lens, it becomes a micro lens area of 16 μm × 16 μm, and the MLA area occupying the entire area is 16 × 16/18 × 18 = 256 / 324 = 0.79, and even if all the light can be collected effectively by the MLA, the light collection efficiency is only 79%. That is, it is important to reduce the area of the MLA non-formation part in order to improve the light utilization efficiency. In this embodiment, the lens non-formation part is brought close to zero.
[0036]
Specifically, when a 1/5 times (reduced) stepper is used, the actually manufactured density distribution mask reticle pattern dimension is 90 μm × 90 μm. This one MLA is divided into 3.0 μm unit cells and divided into vertical × horizontal = 30 × 30 (pieces) = 900 (pieces) unit cells.
[0037]
Next, cell No. 1 (all chromium remaining) is placed in the 2 × 2 unit cell in the center (6 μm × 6 μm on the density distribution mask reticle, 1.2 μm × 1.2 μm in the actual pattern). In addition, cell No. 80 (no chrome remaining portion) is arranged at the four corners of the lens. No. 1 to No. 80 cells in the meantime correspond to “opening areas” corresponding to the respective “gradations”. This relationship is obtained from the exposure process and the resist sensitivity curve. Of course, if the resist material or process is different, it is necessary to grasp the sensitivity curve each time. In this way, CAD data of the MLA density distribution mask reticle is created. In this example, a CAD program was produced using the method shown in FIGS.
[0038]
(Production of concentration distribution mask reticle)
The CAD data created as described above was irradiated with laser light using a laser light irradiation apparatus developed in-house shown in FIG. In this laser light irradiation, an optimal beam shape can be determined according to a desired shape, and a polygonal shape, a circular shape, or the like can be shaped with an aperture.
[0039]
The laser beam irradiation apparatus shown in FIG. 5 is bent by a laser beam oscillation device 1, a beam splitter 2 that divides the laser beam from the laser beam oscillation device 1 into a plurality of laser beams, a mirror 3 that folds the optical path of the laser beam, and a mirror 3. An optical modulator 4 that modulates the laser beam, an optical modulation controller 5 that controls the optical modulator 4 according to a signal from the data bus to control ON / OFF of each laser beam, and a laser from the optical modulator 4 An optical deflector 6 for deflecting light, an objective lens 7 for condensing laser light on a resist material layer, an XY stage 8 for moving a mounted mask blank in X and Y directions, and an optical deflector 6 and main components such as a control device 9 for controlling the operation of the XY stage 8.
[0040]
This laser beam irradiation device draws a desired mask pattern on the resist material layer of the mask blank by controlling the operation of the XY stage 8 and the ON / OFF and deflection of each laser beam according to the design data. To do. That is, a laser beam is irradiated onto the resist material layer by this laser beam irradiation apparatus, and a pattern is formed two-dimensionally so that a light transmission region or a light shielding region has a desired transmittance distribution for each unit cell. At this time, the laser light irradiation is controlled according to the transmission amount distribution of each unit cell calculated according to the desired special surface shape, and the light transmission region or the light shielding region in each unit cell is increased or decreased. The arrangement of dots is controlled.
The unit cell shape and the dot shape may be selected appropriately depending on the target product.
[0041]
The CAD data created as described above is installed in the laser beam irradiation apparatus shown in FIG. 5, and the XY stage, the ON / OFF state of the laser beam, and the beam shape are controlled by the aperture, and the density is determined by a predetermined method. The distribution mask blanks were exposed. Then, development and rinsing were performed by a predetermined method to pattern the resist material layer. Thereafter, the Cr film was patterned by dry etching.
[0042]
By using the laser beam drawing method and making the drawing beam shape rectangular and increasing the drawing region in a spiral shape, higher reproducibility than the electron beam drawing method can be obtained. When the drawing area is circular, the laser beam drawing method can obtain very high reproducibility when the diameter of the drawing area is 0.2 μm or more. When the diameter of the drawing area is smaller than 0.2 μm, the reproducibility is deteriorated. However, in the electron beam drawing method, the reproducibility is markedly lower than that when the dimension of the drawing area is smaller than 0.5 μm. Is excellent.
[0043]
The prediction of “adjacent effect” depends on the shape of the unit cell. When the unit cell shape is a square or a rectangle, it can be accurately drawn with a rectangular dot, so the adjacency effect can be predicted by calculation.
[0044]
From these results, the masks (a) and (b) in FIG. 1 were the best and were used. In the arrangement of FIG. 1A, both the types (A) and (B) of FIG. 3 were able to obtain good results. In the arrangement of (a) in FIG. 1, the dot arrangement of the (A) type in FIG. 3 was used. However, each method has advantages and disadvantages and can be used according to the target shape. In the following specific example, the CAD program was created using a circular dot shape (a method of increasing the laser light irradiation portion concentrically from the center).
In this manner, a density distribution mask reticle having a desired opening size and a density distribution was manufactured.
[0045]
(Specific example of density distribution mask reticle production)
Production of sparse liquid crystal MLA:
In manufacturing the concentration distribution mask reticle, positive resist material TGMR-950 (product of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as a resist material which is a photosensitive material.
[0046]
The density distribution mask is composed of unit cells divided into squares, and the light transmission amount or the light shielding amount in each unit cell is controlled. Of course, an optimal unit cell may be determined according to a desired shape and manufactured with an optimal dot. Here, in order to simplify the explanation, a square is used for explanation. There are (1) control of the Cr opening area, (2) control of the Cr film thickness, and combinations of (3), (1) and (2). Here, the method (3) was adopted.
[0047]
In order to manufacture a concentration distribution mask reticle, a Cr film having a thickness of, for example, 200 nm is formed on a transparent glass substrate, and the above resist material is applied thereon. Drawing was performed by irradiating the resist material with laser light using the laser light irradiation apparatus of FIG.
Thereafter, a mask pattern was formed on the resist material layer through development and rinsing, and the Cr film was patterned by dry etching using the resist pattern as an etching mask, thereby producing a concentration distribution mask.
[0048]
FIG. 6 shows an example of a 20 μm × 20 μm microlens as a typical arrangement example of the density distribution mask. The unit cell has a grid-like square shape. The unit cell does not necessarily have to be a square, and it is desirable that the unit cell have another polygonal shape according to a desired shape. The hatched portion is the portion where the Cr film remains.
The pattern shown in FIG. 6 is the sum of the apex portion of the microlens, four regions corresponding to the inclination angle (differential value) of the lens surface, and four corner portions (portions that transmit 100% of light). Dividing into six regions, the pattern of each region was formed on a separate density distribution mask reticle.
Here, when the shape of the microlens is simplified to a semicircular shape,
X2+ Y2= R2
And when differentiated,
dY / dX = X / (R2-X2)1/2
It is. In this embodiment, R = 9 μm.
[0049]
In the intermediate four-divided area, (1) 0 to 0.36, (2) 0.36 to 0.67, (3) 0.67 to 1.20, (4) 1 depending on the differential (dY / dX) value. Divided into .20 or more.
Based on the above conditions, the density distribution mask pattern shown in FIG. 6 was divided into six areas, and the pattern of each area was formed on a separate density distribution mask reticle.
FIG. 7 shows a schematic plan view of the density distribution mask reticle.
Divided mask reticles (A), (B), (C), (D) are sequentially applied to the vertex portion, differential values (1), (2), (3), (4), and density distribution mask reticles corresponding to the four corner portions. ), (E), (F). In each divided mask reticle, a hatched portion indicates a region where a unit cell is formed. A register mark pattern for alignment on the stepper was formed on each divided mask reticle. Further, it goes without saying that each divided mask reticle is composed of the entire light shielding film (the remaining Cr portion) except for the region where the unit cells are arranged.
[0050]
(Manufacture of micro dimension MLA for liquid crystal)
(Specific example 1 for the production of MLA for liquid crystal)
Using the density distribution mask reticle (FIG. 6) of Example 1 of density distribution mask reticle fabrication as a mask, exposure is performed using a reduced projection exposure apparatus (1/5 stepper) shown in FIG. An example of an MLA for a liquid crystal projector manufactured by forming a pattern and transferring it to an optical device material will be described.
[0051]
First, the reduction projection exposure apparatus will be described.
The light from the light source lamp 30 is condensed by the condenser lens 31 and irradiates the exposure mask 32. The light transmitted through the mask 32 enters the imaging lens 33 having a reduction magnification, and a reduced image of the mask 32, that is, a reduced image of the transmittance distribution is formed on the surface of the optical device material 37 placed on the stage 34. Is imaged. The stage 34 on which the optical device material 37 is placed can be displaced in two directions orthogonal to each other within the plane orthogonal to the optical axis of the imaging lens 33 by the action of the step motors 35 and 36. The position 37 can be aligned with the optical axis of the imaging lens 33.
[0052]
A reduced image of the mask 32 by the imaging lens 33 is formed on the surface of the photoresist layer of the optical device material 37. This exposure is performed densely over the entire surface of the optical device material 37.
In order to manufacture an MLA for a liquid crystal projector, a neo-serum substrate was prepared, and the above-described TGMR-950 resist was applied on the substrate to a thickness of 8.56 μm. Next, it was pre-baked on a hot plate at 100 ° C. with a baking time of 180 seconds.
[0053]
This substrate was exposed with a 1/5 stepper of FIG. The following exposure conditions (1) to (8) were continuously performed.
(1) Defocus: +11 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.13 seconds
(2) Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.13 seconds
(3) Defocus: + 9 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
(4) Defocus: +8 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
(5) Defocus: + 7 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
(6) Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
(7) Defocus: + 3 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
(8) Defocus: + 1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.11 seconds
Under this condition, the total exposure amount is an irradiation amount of 390 mW × 0.92 seconds (illuminance: 359 mJ). Here, the + sign in the defocus amount display means that the focal point is above the resist surface.
[0054]
After exposure under these conditions, PEB (post-exposure baking) was performed at 60 ° C. for 180 seconds. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuation while irradiating with ultraviolet rays for 180 seconds with an ultraviolet curing device. The ultraviolet curing device irradiates a wavelength capable of curing the resist at a wavelength shorter than that used for resist exposure. By this operation, the plasma resistance of the resist is improved, and the resist can withstand processing in the next process. The resist height at this time was 7.5 μm.
Due to the effect of defocusing, it was possible to produce a shape without any special steps.
[0055]
Thereafter, the substrate is set in a TCP (inductively coupled plasma) dry etching apparatus, and the degree of vacuum is 1.5 × 10.-3Torr, CHFThree: 5.0 sccm, CFFour: 50.0 sccm, O2: Dry etching was performed under the conditions of 15.0 sccm, substrate bias power: 600 W, upper electrode power: 1.25 kW, and substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, the substrate bias power and the upper electrode power were changed with time, and etching was performed while changing the selection ratio so as to decrease with time. The average etching rate of the substrate was 0.63 μm / min, but the actual etching time required 11.5 minutes. The lens height after etching was 5.33 μm.
[0056]
(Specific example 2 for the production of MLA for liquid crystal)
The same density distribution mask reticle as that in Example 1 for manufacturing the micro dimension MLA for liquid crystal was used, and the exposure conditions in the stepper apparatus were changed.
The following exposure conditions (1) to (3) were continuously performed.
(1) Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.44 seconds
(2) Defocus: + 5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.44 seconds
(3) Defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.13 seconds
Under this condition, the total exposure amount is an irradiation amount of 390 mW × 1.02 seconds (illuminance: 394 mJ).
[0057]
After exposure under these conditions, PEB, development and rinsing of the photosensitive material were performed. Next, the resist was hardened under the same conditions as in the specific example 1 for manufacturing the micro dimension MLA for liquid crystal. The resist height at this time was 7.2 μm.
Due to the effect of defocusing, it was possible to produce a shape without any special steps.
Thereafter, the substrate was set in a TCP dry etching apparatus, and dry etching was performed under the same conditions as those in Example 1 for producing a liquid crystal microscopic MLA. The average etching rate of the substrate was 0.67 μm / min, but the actual etching time required 11.0 minutes. The lens height after etching was 5.3 μm.
[0058]
(Specific example 3 for the production of MLA for liquid crystal)
Here, an aspherical MLA was manufactured. Using the same density distribution mask reticle as in the first specific example of manufacturing the above-mentioned micro dimension MLA for liquid crystal, the exposure conditions in the stepper apparatus were changed.
The following exposure conditions (1) to (8) were continuously performed.
(1) Defocus: +11 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.08 seconds
(2) Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.08 seconds
(3) Defocus: + 9 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.10 seconds
(4) Defocus: +8 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.13 seconds
(5) Defocus: + 7 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.18 seconds
(6) Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.20 seconds
(7) Defocus: + 3 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.10 seconds
(8) Defocus: + 1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.05 seconds
Under this condition, the total exposure amount is an irradiation amount of 390 mW × 0.92 seconds (illuminance: 359 mJ).
[0059]
After exposure under these conditions, PEB, development and rinsing of the photosensitive material were performed. Next, the resist was hardened under the same conditions as in the specific example 1 for manufacturing the micro dimension MLA for liquid crystal. The resist height at this time was 7.7 μm.
Due to the effect of defocusing, it was possible to produce a shape without any special steps.
Thereafter, the substrate is set in a TCP dry etching apparatus, and among the conditions in the specific example 1 for manufacturing the micro dimension MLA for liquid crystal, O2Was changed from 15.0 sccm to 0.9 sccm, and dry etching was performed. The average etching rate of the substrate was 0.55 μm / min, but the actual etching time required 14.0 minutes. The lens height after etching was 7.4 μm.
The MLA manufactured according to the specific example 3 was able to realize an MLA having a shorter focal length than the MLA generated in the specific example 1.
[0060]
(Specific example 4 for the production of micro dimension MLA for liquid crystal)
An example using the six density distribution mask reticles shown in FIG. 7 is shown.
A neo-serum substrate was prepared, and the aforementioned TGMR-950 resist was applied to the substrate to a thickness of 8.56 μm. Next, it was pre-baked on a hot plate at 100 ° C. with a baking time of 180 seconds.
[0061]
This substrate was exposed using the 1/5 stepper apparatus of FIG. 8 and the density distribution mask reticle of FIG. Each density distribution mask reticle was subjected to the following exposure conditions (1) to (3). FIG. 9 shows the position of the unit cell pattern and the total light intensity distribution when each divided mask reticle is arranged.
(1) MLA center (A):
Defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(2) MLA intermediate four-divided area (for each of the four density distribution mask reticles (B) to (E)):
Defocus: +15 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(3) Four outer corners of the MLA (F):
Defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
The exposure amount under each condition is an irradiation amount of 390 mW × 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ).
[0062]
After exposure under these conditions, PEB was performed at 60 ° C. for 25 minutes. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuation while irradiating ultraviolet rays for 180 seconds with an ultraviolet curing device. The resist height at this time was 7.5 μm.
Separate density distribution mask reticles were used at the boundaries of the six areas corresponding to the six density distribution mask reticles. However, due to the effect of defocusing, the shape was produced without causing any special steps in the overlapping parts of the patterns. We were able to.
[0063]
Thereafter, the substrate was set in a TCP dry etching apparatus, and the degree of vacuum was 1.5 × 10.-3Torr, CHFThree: 5.0 sccm, CFFour: 50.0 sccm, O2: Dry etching was performed under the conditions of 20.0 sccm, substrate bias power: 600 W, upper electrode power: 1.25 kW, and substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, the substrate bias power and the upper electrode power were changed with time, and etching was performed while changing the selection ratio so as to decrease with time. The average etching rate of the substrate was 0.63 μm / min, but the actual etching time required 11.5 minutes. The lens height after etching was 5.33 μm.
[0064]
(Specific example 5 for the production of MLA for liquid crystal)
An example of manufacturing an aspherical MLA is shown. Using the six density distribution mask reticles shown in FIG. 7, the exposure conditions were changed when each density distribution mask reticle was placed in a stepper apparatus.
The following exposure conditions (1) to (6) were performed.
(1) MLA center (A):
Defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
{Circle around (2)} MLA middle quadrant (differential (dY / dX) value: 0 to 0.36) (B):
Defocus: + 5 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(3) MLA middle four-divided region (differential (dY / dX) value: 0.36 to 0.67) (C):
Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(4) MLA intermediate four-divided region (differential (dY / dX) value: 0.67 to 1.20) (D):
Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(5) MLA middle 4 divided region (differential (dY / dX) value: 1.20 or more) (E):
Defocus: + 5 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(6) Four corners of outer periphery of MLA (F):
Defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
Under this condition, the total exposure is 390 mW × 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ).
[0065]
After exposure under these conditions, PEB, development and rinsing of the photosensitive material were performed. Next, the resist was hardened under the same conditions as in the specific example 4 for the production of the minute dimension MLA for liquid crystal. The resist height at this time was 7.5 μm.
Separate density distribution mask reticles were used at the boundaries of the six areas corresponding to the six density distribution mask reticles. However, due to the effect of defocusing, the shape was produced without causing any special steps in the overlapping parts of the patterns. We were able to.
Thereafter, the substrate was set in a TCP dry etching apparatus, and among the conditions in Example 4, O2Was changed from 20.0 sccm to 0.9 sccm, and dry etching was performed. The average etching rate of the substrate was 0.55 μm / min, but the actual etching time required 14.0 minutes. The lens height after etching was 7.4 μm.
[0066]
The MLA manufactured according to the specific example 5 was able to realize an MLA having a shorter focal length than the MLA prepared in the specific example 4 for manufacturing the micro dimension MLA for liquid crystal.
According to the specific examples 3 and 5, the aspherical shape of the MLA could be formed by controlling the amount of the adjacent effect of the light transmission amount in each mask. According to these specific examples 3 and 5, it was possible to form an aspheric surface with higher accuracy than the MLA created by the conventional concentration distribution mask method with good reproducibility.
[0067]
(Fresnel lens production)
The following products can be listed as products in which the concentration distribution mask method is most effective.
(1) With the resist thermal deformation method, it was impossible to form a Fresnel lens with a minute dimension. → The density distribution mask technology makes this possible.
(2) In the resist thermal deformation method, the lens dimensions that can be manufactured are limited, and a diameter of about 500 μm is the limit of a large-diameter lens. → The density distribution mask method can produce large-diameter lenses.
(3) A lot of data storage and know-how were required to produce an aspherical shape. → The concentration distribution mask method can produce various shapes.
[0068]
The density distribution mask method has the above-described features. An example of a Fresnel lens is given as one of the shapes that best represents these characteristics.
In this embodiment, an 8-band Fresnel lens having a focal length of F = 6.25 (mm) and a numerical aperture of NA = 0.4 (10λ gap) was manufactured as a Fresnel lens.
FIG. 10 shows a part of the right portion of the Fresnel lens 42 from the optical axis O, where t is the thickness of the substrate, h (n) (n = 1, 2, 3. The surface height from the axis O to each annular zone, ΔZ (n) is the sag amount representing the depth from the surface of each annular zone to the valley, and θ is the inclination angle.
[0069]
Here, the aspherical expression Z (n) representing the curved surface shape of each annular zone of the Fresnel lens is:
Figure 0004386546
The surface height: h (n) is
h (n) = (X2+ Y2)1/2
And the inclination angle θ is
θ = arctan (dz / dh)
And the slope dz / dh is
Figure 0004386546
It is. Also,
Design wavelength λ = 980 (nm),
Substrate thickness t = 1 ± 0.05 (mm)
(Parallelity: 0.1 μm or less at φ5 mm),
The refractive index of the substrate n = 1.5118,
Back focus BF = 5.588268
It is. Also,
Spherical type = ch (n)2/ {1+ (1-c2h (n)2)1/2}
It is. Moreover, the result of having calculated the sag amount of the 1-8 zone is shown in FIG.
Based on the above, the lens was designed and manufactured so that the height of each annular zone of the Fresnel lens of 8 annular zones would be the same height of 21.0 μm.
[0070]
(Frenel lens production example 1)
Based on the above lens design, the arrangement of the density distribution mask pattern No. was determined from the sensitivity curve and the calculation formula, and the CAD data pattern was drawn using the laser beam irradiation apparatus of FIG. In addition, a density distribution mask was manufactured by developing and rinsing in the same manner as in Example 1 of manufacturing the density distribution mask reticle. Here, a density distribution mask reticle was manufactured for each ring body, and a total of eight density distribution mask reticles were manufactured.
[0071]
Next, an example of a Fresnel lens manufactured using the eight density distribution mask reticles will be described.
An SF-6 glass substrate is prepared, and the described TGMR-950 resist is applied on the substrate to a thickness of about 8.5 μm. Next, using a hot plate, prebaking was performed at 100 ° C. with a baking time of 180 seconds.
[0072]
This substrate was exposed with a 1 / 2.5 stepper using eight density distribution mask reticles. The exposure conditions were the following exposure conditions (1) to (3).
(1) First wheel:
Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(2) Second to seventh wheel bodies (each of six density distribution mask reticles):
Defocus: + 5 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds
(3) Eighth body:
Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.38 seconds
[0073]
After exposure under these conditions, PEB was performed at 60 ° C. for 25 minutes. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuation while irradiating with ultraviolet rays for 180 seconds with an ultraviolet curing device. The resist height at this time was 7.5 μm.
[0074]
The substrate is set in a TCP dry etching apparatus, and the degree of vacuum is 1.5 × 10.-3Torr, CHFThree: 20.0 sccm, BClThree: 1.0 sccm, CFFour: 15.0 sccm, O2: 0.9 sccm, substrate bias power: 1.2 kW, upper electrode power: 1.25 kW, substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power over time and changing the selection ratio so as to increase with time. The average etching rate of the substrate was 1.1 μm / min. The selectivity was 2.82, and the lens height after etching was 21.1 μm. The actual etching time required 21.5 minutes.
As a result, the curvature of each ring body has a shape as designed, and the rising angle of each ring body has a steep slope with an average of 88.6 °. In addition, the gap distance between the rising portions between the rings was as small as about 2 μm at maximum, and the optical performance as designed could be obtained.
[0075]
(Specific example 2 of Fresnel lens production)
As in the case of the specific example 1 for manufacturing the Fresnel lens, a density distribution mask reticle was manufactured for each ring body, and a total of eight density distribution mask reticles were manufactured.
An SF-6 glass substrate is prepared, and the described TGMR-950 resist is applied on the substrate to a thickness of about 8.5 μm. Next, using a hot plate, prebaking was performed at 100 ° C. with a baking time of 180 seconds.
[0076]
This substrate was exposed with a 1 / 2.5 stepper using eight density distribution mask reticles. The exposure conditions were the following exposure conditions (1) to (3). The defocus amount was changed continuously under each exposure condition.
(1) First wheel:
Defocus: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.62 seconds
Defocus: + 5μm, irradiation amount: 390mW × 0.50sec
Defocus: + 1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.16 seconds
The total exposure amount under the exposure condition (1) is irradiation amount: 390 mW × 1.28 seconds (illuminance: 499 mJ).
(2) Second to seventh wheel bodies (each of six density distribution mask reticles):
Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.30 seconds
Defocus: + 4 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.28 seconds
Defocus: + 3 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.28 seconds
Defocus: +2 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.28 seconds
Defocus: + 1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.14 seconds
The total exposure amount under the exposure condition (2) is irradiation amount: 390 mW × 1.28 seconds (illuminance: 499 mJ).
(3) Eighth body:
Defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.20 seconds
Defocus: + 4 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.20 seconds
Defocus: + 3 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.20 seconds
Defocus: +2 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.20 seconds
Defocus: + 1 μm, irradiation amount: 390 mW × 0.14 seconds
The total exposure amount under the exposure condition (3) is irradiation amount: 390 mW × 0.94 seconds (illuminance: 367 mJ). In both exposures, the exposure was performed in order from the largest defocus amount to the smallest.
[0077]
After exposure under these conditions, PEB was performed at 60 ° C. for 180 seconds. Next, the photosensitive material was developed and rinsed. Thereafter, the resist was hardened by evacuation while irradiating with ultraviolet rays for 180 seconds with an ultraviolet curing device. The resist height at this time was 7.5 μm.
[0078]
The substrate was set in a TCP dry etching apparatus, and dry etching was performed under the same conditions as in Example 1 for manufacturing the Fresnel lens. The average etching rate of the substrate was 1.1 μm / min. The selectivity was 2.82, and the lens height after etching was 21.1 μm. The actual etching time required 21.5 minutes.
In this specific example 2, as in the specific example 1 for producing the Fresnel lens, the curvature of each ring body has a shape as designed, and the rising angle of each ring body has a steep slope with an average of 88.6 °. I was able to. In addition, the gap distance between the rising portions between the rings was as small as about 2 μm at maximum, and the optical performance as designed could be obtained.
[0079]
【The invention's effect】
In the density distribution mask according to the present invention, the density distribution mask is composed of a plurality of masks created for different exposure areas, and the exposure area of each mask has a light shielding pattern having a two-dimensional light intensity distribution on a transparent substrate. Each exposure area is divided by unit cells of appropriate shape and size without gaps, and the light transmission pattern or the light shielding amount of the light shielding pattern in each unit cell of each mask is photosensitive. Since it is set to be a value corresponding to the height of the corresponding position of the conductive material pattern, it can be formed by changing the size and shape of the unit cell for each mask. It is easy to cope with the surface shape, and it is easy to cope with the adjacent effect of the light transmission amount between the unit cells, and the degree of design freedom can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing examples of six types of unit cell shapes.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a unit cell arranged in an MLA density distribution mask.
FIG. 3 is a diagram illustrating an initial pattern which is a starting point of increase or decrease of a light transmission region or a light shielding region in a unit cell and a method of changing a light transmission amount or a light shielding amount.
4A and 4B are diagrams illustrating a method of increasing or decreasing a light transmission region or a light shielding region in a unit cell. FIG. 4A is an example when the unit cell is a rectangle, and FIG. 4B is an example when the unit cell is a regular hexagon. is there.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser beam irradiation apparatus used for manufacturing a density distribution mask reticle.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a light shielding pattern of a microlens density distribution mask.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a density distribution mask reticle in which a pattern of each region divided into six is formed.
FIG. 8 is a schematic block diagram showing an example of a reduced projection exposure apparatus.
FIG. 9 is a diagram showing a position of a unit cell pattern and a total light intensity distribution when each divided mask reticle is arranged.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of a Fresnel lens.
FIG. 11 is a diagram showing design data of a Fresnel lens.
[Explanation of symbols]
1 Laser oscillator
2 Beam splitter
4 Light modulator
5 Light modulation controller
6 Optical deflector
7 Objective lens
8 XY stage

Claims (8)

基板上に3次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する際に、前記感光性材料パターンを形成するための露光に用いる濃度分布マスクにおいて、
この濃度分布マスクは異なる露光領域ごとに作成された複数枚のマスクにより構成され、
各マスクの露光領域は透明基板上に2次元の光強度分布を有する遮光パターンが形成されたものであり、各露光領域は適当な形状及び大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、
各マスクの各単位セル内の前記遮光パターンは、その光透過量又は遮光量が前記感光性材料パターンの対応した位置の高さに応じた値となるように設定されていることを特徴とする濃度分布マスク。
A photosensitive material pattern having a three-dimensional structure is formed by forming a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure on a substrate and engraving the photosensitive material pattern on the substrate. In the density distribution mask used for exposure to
This density distribution mask is composed of a plurality of masks created for different exposure areas,
The exposure area of each mask is formed by forming a light-shielding pattern having a two-dimensional light intensity distribution on a transparent substrate, and each exposure area is divided without gaps by unit cells having an appropriate shape and size.
The light shielding pattern in each unit cell of each mask is set such that the light transmission amount or the light shielding amount is a value corresponding to the height of the corresponding position of the photosensitive material pattern. Density distribution mask.
前記複数枚のマスクは、前記物品の表面形状の傾斜角度に対応して作成されているものである請求項1に記載の濃度分布マスク。2. The density distribution mask according to claim 1, wherein the plurality of masks are formed corresponding to an inclination angle of a surface shape of the article. 前記物品の表面形状は非球面形状であり、前記複数枚のマスクは、前記物品の表面形状の変曲点に対応して作成されているものである請求項1に記載の濃度分布マスク。2. The density distribution mask according to claim 1, wherein the surface shape of the article is an aspherical shape, and the plurality of masks are created corresponding to inflection points of the surface shape of the article. 前記物品はフレネルレンズであり、前記複数枚のマスクは、前記フレネルレンズの輪体ごとに設けられているものである請求項1に記載の濃度分布マスク。The density distribution mask according to claim 1, wherein the article is a Fresnel lens, and the plurality of masks are provided for each ring of the Fresnel lens. 基板上に3次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法において、
前記基板上に感光性材料層を形成し、請求項1から4のいずれかに記載の濃度分布マスクを用い、複数枚のマスクについて順に位置合わせ及び露光を行なうフォトリソグラフィ工程により前記感光性材料パターンを形成することを特徴とする3次元構造体製造方法。
In a method of manufacturing an article having a three-dimensional structure surface shape by forming a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure on a substrate and engraving the photosensitive material pattern on the substrate.
A photosensitive material layer is formed on the substrate, and the photosensitive material pattern is formed by a photolithography process in which a plurality of masks are sequentially aligned and exposed using the concentration distribution mask according to claim 1. Forming a three-dimensional structure.
前記フォトリソグラフィ工程は、マスクごとにデフォーカス量を設定して行なう請求項5に記載の3次元構造体製造方法。The three-dimensional structure manufacturing method according to claim 5, wherein the photolithography step is performed by setting a defocus amount for each mask. 前記フォトリソグラフィ工程は、マスクごとの露光時間内にデフォーカス量を予め設定された条件で変化させつつ行なう請求項5又は6に記載の3次元構造体製造方法。The three-dimensional structure manufacturing method according to claim 5, wherein the photolithography process is performed while changing a defocus amount under a preset condition within an exposure time for each mask. 前記フォトリソグラフィ工程は、デフォーカス量を焦点が大きくずれた側から焦点が合う側へ変化させる請求項7に記載の3次元構造体製造方法。The three-dimensional structure manufacturing method according to claim 7, wherein the photolithography step changes a defocus amount from a side where the focus is greatly shifted from a side where the focus is greatly shifted.
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