JP5083518B2 - 濃度分布マスク - Google Patents

Description

本発明は、基板上に３次元構造のレンズアレイを形成するために使用する３次元形状作成用の濃度分布マスクに関する。

３次元形状作成用濃度分布マスクを用いた露光により、基板上に三次元構造の感光性材料パターンを形成する方法、又は、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があり、濃度分布マスク及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この濃度分布マスクを用いて製造される３次元構造の表面形状をもつ物品としては、透過又は反射の微小光学素子などの光学分野、半導体装置製造工程で使用される位相シフトマスクを含むマスク製作（修正を含む）分野、微小な３次元構造を製作するマイクロマシニング分野、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレー）、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレー・パネル）等の画像表示装置の分野、微少光学素子例えば固体撮像素子の各受光素子に対応して形成されるマイクロレンズの形成分野などにみられる。

特許文献１によれば、３次元形状の工程や傾斜面は、露光マスクの濃淡（光透過率１００％から０％の間の任意の濃度）と中間階調の連続的な変化により、露光光の透過率を変化させることにより実現している。

具体的には、濃度分布マスクの露光に使用される領域は適当な形状および大きさの単位セルにより隙間なく分割されており、その単位セル内に円形の遮光膜（ドット）を段階的に大きさを変えて形成し、所定の透過量（濃度）を得ている。

円形の遮光膜（ドット）の大きさが段階的に変化するものであっても、単位セルが充分に小さければ、例えば露光装置の解像度又は、使用する感光性材料の解像度よりも単位セルの大きさもしくは遮光膜（ドット）の大きさが小さければ、結果として露光〜現像により得られるパターンは連続的な変化の３次元形状となる。

このような、基板上に３次元構造の感光性材料パターンを形成するための写真製版工程（フォトリソ工程）で使用する濃度分布マスクは、以下の工程を含めた方法で製造できる。
（１）前記のような３次元構造を製作するために、その３次元構造を基に露光時の光透過光量の全体的な光強度分布を計算し、基板上での各ポイントの感光性材料の除去量をシミュレーションで計算し、除去量に見合った光を透過する遮光膜パターンを設計する計算シミュレーション工程。
（２）透明基板上に遮光膜が形成され、さらにその上にマスク用感光性材料層をもつマスクブランクスに電子線またはレーザー光線によって前記の設計された遮光膜パターンに基づいて露光し、現像してマスク用感光性材料パターンを形成するパターン化工程。
（３）形成されたマスク用感光性材料パターンをマスクとして前記遮光膜をドライエッチング又はウエットエッチングし、遮光膜パターンを形成する工程。
（４）次いで必要により、工程（３）で形成された遮光膜パターンを工程（１）で設計された遮光膜パターンと比較し、両者が一致するように前記形成された遮光膜マスクパターンを修正する工程。

上記のような濃度分布マスクを、電子ビーム描画装置にて作画することを想定すると、
まず、円形パターンというものは、電子ビーム露光装置では描きにくく、描けないことはないが、描画するのに多量のデータ量が必要になる。さらに言えば、円形の遮光膜パターンを各々の単位セルの中央に描画する必要があるが、その位置すなわちアドレスを指定するデータ量も膨大なものになる。

このようなデータ量の多い描画は、電子ビーム露光装置には負担であり、描画に要する時間が長くなり、スループットが低下し、生産効率が低下するという問題を有している。このような問題を解決するために、多角形や矩形パターンを利用した濃度分布マスクが提案されている（特許文献２）。

以下に公知の文献を記す。
特開２００２−２４４２７３号公報 特開２００６−０３０５１０号公報

このような濃度分布マスクを用いて、固体撮像素子などに用いられる、マイクロレンズをアレイ状に配置したレンズアレイを形成することができる。しかしこの場合にモアレが発生しやすくなるという問題が起こる。すなわち、レンズの濃淡を形成する多数のセルの規則的な配置と、レンズをアレイ状に形成する規則的な配置とから、マスクやレンズアレイにモアレが発生しやすい。また、隣接するレンズの境界付近では、光をレンズの中心に向け集光するために、レンズ側面の形状を中央部（頂上部）に比較し急激に傾斜して形成する必要がある。したがってレンズの曲率をレンズの中央部と隣接するレンズ同士の境界部では独立して制御する必要があるが、この制御が困難であった。

本発明の濃度分布マスクはこのような問題点を解決するもので、マスクやレンズアレイにモアレを生じることなく、レンズ同士の境界部の曲率を容易に変化できる濃度分布マスクを提供することを課題とする。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、基板上にフォトリソ工程により単位のレンズをアレイ状に複数配置したレンズアレイを形成するための濃度分布マスクにおいて、単位のレンズを構成する各パターンの中心が等間隔の縦横のグリッドの交点上になるように配置され、グリッドの交点上に正方形状のパターンの中心を正方形状のパターンが互い違いになるように配置して濃度分布が形成され、単位のレンズの大きさをグリッドの間隔の偶数倍とし、単位のレンズをアレイ状に形成し、正方形状パターンの辺の長さを、ゼロからグリッドの間隔の２倍の範囲で逐次変えて配置することにより、濃度分布が形成されたことを特徴とする濃度分布マスクとしたものである。

本発明の請求項２の発明は、隣接する単位のレンズ同士の境界近傍部では、レンズパターンの内部に比較し急激にパターン濃度を変化させてパターン形成され、単位のレンズの外周部は内部に比し曲率の大きな形状のレンズアレイを形成されたことを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスクとしたものである。

本発明の請求項３の発明は、濃度分布マスクを構成するパターンは、ベクター型電子ビーム描画機にて描画していることを特徴とする請求項１または２に記載の濃度分布マスクとしたものである。

本発明の濃度分布マスクでは、単位のレンズパターンの長さをグリッドの偶数倍としたことで、正方形状のパターン（以下、輝点パターンと記す）アレイと、レンズアレイの周期ズレがなくなり、モアレの発生を防ぐことができる。

さらに正方形状パターンの中心部をグリッドの交点上に設定したことで、上下左右対称に輝点パターンを配置でき、レンズの境界部にも輝点パターンを配置できる。隣接するレンズのパターンが境界部分では同じとなる。これにより、レンズとレンズとの境界部で輝点パターンが共有され、境界部ぎりぎりまで光量設計が可能となる。

レンズパターンの境界近傍部では、レンズパターンの内部に比較し急激にパターン濃度を変化させてパターン形成し、単位のレンズの外周部は内部に比し曲率の大きな形状のレンズアレイを形成できる。したがって、境界部のレンズの形状をシャープに作成でき、境界部近辺の光をレンズの中心部に向け集光できる。

また、光透過パターンを微細な独立した正方形とすることで、描画用のパターンデータ量を減らすことができる。特に、長方形状の窓の大きさと位置を変化させて描画するベクトルスキャン方式の露光機を用いることで描画データ量を減少でき、さらに描画時間を短縮できる。

本発明の濃度分布マスクは、基板上にフォトリソ工程により単位のレンズをアレイ状に複数配置したレンズアレイを形成するための濃度分布マスクを前提とする。そして単位のレンズを構成する各パターンの中心が、等間隔の縦横のグリッドの交点上になるように配置されている。さらに、グリッドの交点上に正方形状のパターン（輝点パターン）の中心を正方形状のパターンが互い違いになるように（市松模様になるように）配置し、かつ、パターンの大きさを単位のレンズパターンの中心から周囲に向けて逐次変化させることで、濃度分布が形成されている。また、単位のレンズパターンの長さをグリッドの間隔の偶数倍とし、単位のレンズパターンをアレイ状に形成された濃度分布マスクである。

濃度分布は、正方形状パターンの辺の長さをゼロからグリッドの間隔の２倍まで変えて配置することにより形成される。

また他の例として、レンズパターンの境界近傍部では、レンズパターンの内部に比較し急激にパターン濃度を変化させてパターン形成され、単位のレンズの外周部は内部に比し曲率の大きな形状のレンズアレイを形成された濃度分布マスクである。

図１は、本発明の濃度分布マスクの例を平面から見た説明図である。ひとつのレンズに対応したパターンである。グリッドの交点上に、正方形状のパターン（輝点パターン）の中心を正方形状のパターンが互い違いになるように（市松模様になるように）配置している。図２は、図１のグリッドと正方形状のパターンを拡大して示した部分説明図で、辺の長さＣの正方形を、中心が等間隔ａの縦横のグリッドの交点上になるように配置している。図３は、本発明の濃度分布マスクのレンズパターンを多面付けした例を平面で見た説明図である。正方形のパターンは黒く着色している。レンズパターンの境界では、隣接するレンズパターンは重なっている。

このレンズの境界近辺では、正方形のパターンを最大に大きさにすることによって、パ
ターンをベタパターンと同等とし、このようなマスクにより隣接レンズ同士を完全に分離するように形成することができる。このようにすることによって混色を完全になくすることができる。具体的には、図２で正方形の辺の長さＣをグリッドの間隔ａの倍以上の値にすることで、ベタパターンとすることができる。

このような、基板上にレンズアレイの感光性材料パターンを形成するための濃度分布マスクは、以下のような従来の工程の例で製造できる。
（１）レンズアレイを製作するために、そのレンズアレイの３次元構造を基に露光時の光透過光量の全体的な光強度分布を計算し、基板上での各ポイントの感光性材料の除去量をシミュレーションで計算し、除去量に見合った光を透過する遮光膜パターンを設計する。（２）透明基板上に遮光膜を形成し、さらにその上にマスク用感光性材料層をもつマスクブランクスに電子線またはレーザー光線によって前記の設計された遮光膜パターンに基づいて露光し、現像してマスク用感光性材料パターンを形成する。
（３）形成されたマスク用感光性材料パターンをマスクとして前記遮光膜をドライエッチング又はウエットエッチングし、遮光膜パターンを形成する。
（４）工程（３）で形成された遮光膜パターンを工程（１）で設計された遮光膜パターンと比較し、両者が一致するように前記形成された遮光膜マスクパターンを修正する。

以上本発明の濃度分布マスクの例では、正方形状パターン部を、光が透過する輝点パターンとした。しかし、レンズアレイを基板上に形成する感光性材料としてネガレジストを利用した場合、感光しないレジストが現像で除去されることから、この場合濃度分布マスクの正方形状パターン部を、光が透過しないマスクにすればよい。すなわち、上記例のマスクの白黒を反転したものを形成すればよい。

本発明の濃度分布マスクの例を平面から見た説明図である。 図１のグリッドと正方形状のパターンを拡大して示した部分説明図である。 本発明の濃度分布マスクのレンズパターンを多面付けした例を平面で見た説明図である。

Claims (3)

1. 基板上にフォトリソ工程により単位のレンズをアレイ状に複数配置したレンズアレイを形成するための濃度分布マスクにおいて、単位のレンズを構成する各パターンの中心が等間隔の縦横のグリッドの交点上になるように配置され、グリッドの交点上に正方形状のパターンの中心を正方形状のパターンが互い違いになるように配置して濃度分布が形成され、単位のレンズの大きさをグリッドの間隔の偶数倍とし、単位のレンズをアレイ状に形成し、正方形状パターンの辺の長さを、ゼロからグリッドの間隔の２倍の範囲で逐次変えて配置することにより、濃度分布が形成されたことを特徴とする濃度分布マスク。
2. 隣接する単位のレンズ同士の境界近傍部では、レンズパターンの内部に比較し急激にパターン濃度を変化させてパターン形成され、単位のレンズの外周部は内部に比し曲率の大きな形状のレンズアレイを形成されたことを特徴とする請求項１に記載の濃度分布マスク。
3. 濃度分布マスクを構成するパターンは、ベクター型電子ビーム描画機にて描画していることを特徴とする請求項１または２に記載の濃度分布マスク。