JP5136288B2 - 濃度分布マスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像デバイスに利用されるマイクロレンズアレイ等の感光性材料３次元形状の製造に用いる濃度分布マスクとその製造方法に関する。

ビデオカメラ、ディジタルカメラ、カメラ付き携帯電話などに用いられる撮像デバイスは高画素化が求められている。画素が微細化すると、画素を構成するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等からなる受光素子も微細化する。微細な受光素子への集光効率を高めるため、受光素子の光が入射する面側にマイクロレンズを形成する方法が広く利用されている。これは、画素への入射光を効率よくマイクロレンズにて集光して、受光素子に入射させ、受光感度を向上させるためである。

このようなマイクロレンズに所望する曲面を形成するために、特許文献１から３で、感光性材料３次元形状の製造用の濃度分布マスクを用いて、感光性材料層へパターン露光および現像することにより、感光性材料保持基板上に感光性材料３次元形状を形成する方法、又は、その感光性材料３次元形状を感光性材料保持基板に彫り写すことにより３次元の表面形状をもつ物品を製造する方法が提案されている。この濃度分布マスクを用いる方法によりマイクロレンズを製造すれば、隣接するマイクロレンズ同士を接して形成することが可能になるためマイクロレンズで画素領域を覆う割合を大きくでき、集光性が向上できる。

特許文献１によれば、感光性材料３次元形状の傾斜面は、露光マスクの濃淡（透過光量が１００％から０％の間の任意の濃度）と中間階調の濃度の連続的な変化により、感光性材料層に露光する露光マスクの露光光の透過光量を変化させ、その露光光量に応じた厚さの膜を感光性材料層から除去す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には、遮光パターンの配置する場所（座標）を決めるために、平面視で、複数本の平行線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＸ軸に平行な複数の線）と、前記複数本の平行線と各々直交する複数本の線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＹ軸に平行な複数の線）とからなる格子を仮りに設定している。その格子の交わる格子点（座標）上に、円形の遮光パターン（ドット）を互い違いに千鳥足状に配置する。その円形の遮光パターンを、段階的に大きさを変えて形成し、所定の透過量（あるいは濃度）を得ている。

円形の遮光パターン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層の解像度よりも単位セルの大きさ、もしくは遮光パターンの大きさが小さければ、結果として、露光から現像処理により感光性材料層から形成される感光性材料３次元形状の表面形状は連続的に変化する３次元形状になる。

特許文献１では、円形の遮光パターンで形成された濃度分布マスクを用いて、写真製版工程（フォトリソ工程）で以下の工程を含めた方法で、感光性材料保持基板上に感光性材料３次元形状から成るマイクロレンズを形成している。
（１）前記のような感光性材料３次元形状を製作するために、目標とする３次元形状を基にして感光性材料保持基板上での各ポイントでの感光性材料層の除去量を計算し、その感光性材料層の除去量を得るために濃度分布マスクで露光する必要がある光強度分布を計算する。その光強度分布の光を透過する円形の遮光パターンの寸法と、その配列を計算する
。そして、その遮光パターンの配列から得られる露光量をシミュレーションで計算し、それによる感光性材料層の除去量を計算する。更に、その結果が目的とする除去量とずれる量を計算し、そのずれを補正するように遮光パターンの配列を補正する計算をする。
（２）次に、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円形の遮光パターンの配列に基づいて露光し、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を実施する。
（３）形成されたマスク用感光性材料パターンをマスクにして、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て円形の遮光パターンの配列を形成する工程を実施する。
（４）次いで必要により、工程（３）で形成された遮光パターンを工程（１）で設計された円形の遮光パターンの配列と比較し、両者が一致するように前記形成された濃度分布マスクの遮光パターンを修正する。

また、特許文献２では、遮光パターンを矩形にすることで、電子ビーム描画装置で濃度分布マスクを描画する場合に、描画パターンのデータ量を特許文献１より少なくした。電子ビーム描画装置は、電子銃から放射された電子ビームを２枚の矩形のアパーチャを通して矩形ビームに形成し、そして、成形された矩形ビームを縮小倍率レンズ系で縮小し、濃度分布マスク用の基板上に収束投影することで濃度分布マスクの遮光パターンを描画するため、矩形の遮光パターンは１つの矩形の投影だけで描画でき、描画のデータ量を少なくできる。更に、特許文献３では、矩形の遮光パターンを、格子の交わる格子点（座標）上に、互い違いに千鳥足状に配置した。

以下に公知文献を記す。
特開２００２−２４４２７３号公報 特開２００７−４１０９４号公報 特開２００７−２９８６２５号公報

これらの技術において、設計形状に該当する感光性レンズ材料層の形状を得る設計の基礎情報を得るために、先ず、実験により、濃度分布マスクの透過光量と、それにより露光して得られる感光性材料３次元形状の厚さの関係を示す感度曲線を得た。得られた感度曲線を図４に示す。この感度曲線は、透過光量が６０％以上あれば感光性材料３次元形状の厚さが０になる露光光で計測する。次に、従来は、この図４の感度曲線を用いて、図５に示す感光性材料３次元形状の厚さの分布を目標として、濃度分布マスクの透過光量を以下の様にして計算して得ていた。

すなわち、従来は、先ず、図４の感度曲線に基づき、濃度分布マスクの遮光パターンの分布を設計し、図１４に示す濃度分布マスク２の濃度分布パターン３を得ていた。すなわち、濃度分布マスク２の、目的とする感光性材料３次元形状の面が傾斜する領域に投影する光透過率分布領域１６ａに、必要な透過光量を与える遮光パターン４を設け、その集合で濃度分布パターン３を形成した。そして、感光性材料３次元形状の最大の厚さの領域に投影する完全遮光領域１６ｃに、光透過率が０％の遮光パターン４を設けた。次に、この図１４のパターンの濃度分布マスク２に対して、光回折の影響による光近接効果の計算を加えたシミュレーション計算を行う。このシミュレーション結果で得られた透過光量分布を図１５に示す。図１６に、この透過光量分布による感光性材料保持基板上での各ポイントの感光性材料層の除去量を計算した結果を示す。図１６に示すように、光近接効果の影響により、感光性材料３次元形状の厚さが目的の形状からずれる問題があった。

この形状のずれの改善のため、濃度分布マスク２の、感光性材料３次元形状の厚さを０にする領域に縮小投影する完全光透過領域１７ｂに、光近接効果補正用の遮光パターン４を設けることが考えられるが、光近接効果を補正するための遮光パターン４の数が多くなるため、全遮光パターンの描画に要するデータ量が多くなり、その濃度分布マスク２の濃度分布パターン３の描画に多大な時間を要する問題があった。

本発明の課題は、この問題を解決し、感光性材料３次元形状の厚さを目的の形状に近づけるとともに、遮光パターンの数を少なくし描画に要するデータ量を少なくした濃度分布マスクを得ることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、感光性材料層に縮小投影露光して感光性材料３次元形状を製造する為に用いる濃度分布マスクにおいて、前記感光性材料層の前記感光性材料３次元形状の厚さが最大値未満の領域に前記厚さを形成する透過光量を縮小投影する遮光パターンを設けた光透過率分布領域を有し、前記光透過率分布領域と透過光量が０％の完全遮光領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、透過光量が６％以下の完全遮光部緩衝領域を有し、前記光透過率分布領域と透過光量が１００％の完全光透過領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、前記感光性材料３次元形状の厚さを０にする１００％より少ない透過光量の完全光透過部緩衝領域を有することを特徴とする濃度分布マスクである。

また、本発明は、上記完全遮光部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有し、上記完全光透過部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有することを特徴とする上記の濃度分布マスクである。

また、本発明は、感光性材料層に縮小投影露光して感光性材料３次元形状を製造する為に用いる濃度分布マスクの製造方法において、感光性材料層の感度曲線を得る工程を有し、前記濃度分布マスクに、前記感光性材料層の前記感光性材料３次元形状の厚さが最大値未満の領域に前記厚さを形成する透過光量を縮小投影する遮光パターンを設けた光透過率分布領域を形成し、前記光透過率分布領域と透過光量が０％の完全遮光領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、透過光量が６％以下の完全遮光部緩衝領域を形成し、前記光透過率分布領域と透過光量が１００％の完全光透過領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、前記感光性材料３次元形状の厚さを０にする１００％より少ない透過光量の完全光透過部緩衝領域を形成した濃度分布パターンを描画する工程を有することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法である。

また、本発明は、上記完全遮光部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有し、上記完全光透過部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有することを特徴とする上記の濃度分布マスクの製造方法である。

本発明の濃度分布マスクとその製造方法は、感光性材料層に縮小投影する濃度分布マスクの領域に、光透過率分布領域と透過光量が０％の完全遮光領域の間の帯状の領域に、透過光量が６％以下の遮光パターンを設けた完全遮光部緩衝領域を有し、前記光透過率分布領域と透過光量が１００％の完全光透過領域の間の帯状の領域に、前記感光性材料３次元形状の厚さを０にする透過光量で、透過光量が１００％より少ない遮光パターンを設けた完全光透過部緩衝領域を有することで、近接効果を補正し、それ以外の感光性材料３次元形状の厚さを０にする濃度分布マスクの領域には遮光パターンを設けないことで、濃度分
布マスクの描画データ量をさほど増さずに少ないデータ量にできるので、濃度分布マスクの描画に要する時間を増さずに、少ない製造コストで近接効果を補正した濃度分布マスクが得られる効果がある。

＜感光性材料３次元形状の製造方法＞
以下、カラー撮像デバイス１０にマイクロレンズアレイを成す感光性材料３次元形状１を製造する場合について、本発明の濃度分布マスク２を用いる技術を、図１と図２を参照し詳細に説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、複数のＣＭＯＳの撮像デバイス１０のパターンが形成された半導体基板１１を用いる。この撮像デバイス１０は受光素子１２の配列から成り、個々の受光素子１２に対応する各画素のサイズは、長方形もしくは正方形等の四角形状で寸法が略０．５μｍ〜略１００μｍの範囲であり、例えば略０．８μｍ〜略２．７μｍの画素の撮像デバイス１０が形成された半導体基板１１を用いる。

（マイクロレンズ工程１）
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１１の表面に熱硬化型のアクリル系樹脂をスピンコートにより塗布した後に加熱して熱硬化させることにより略０．１μｍの厚さの平坦化層１３を形成する。
（マイクロレンズ工程２）
次に、図１（ｃ）に示すように、平坦化層１３の上に、個々の受光素子１２に対応した個々の画素で、厚さが略１μｍの緑，青，そして赤の３色の画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒから成るカラーフィルター層１４を形成する。この３色のカラーフィルター層の画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒは、平坦化層１３の上の全面に均一に夫々の色のネガ型あるいはポジ型のカラーレジスト層を順次形成し、所望の受光素子１２に対応した位置にのみ夫々の色のカラーフィルター層の画素１４ｇ、１４ｂ、１４ｒが残るようフォトリソグラフィー法により形成する。こうして、半導体基板１１上に平坦化層１３とカラーフィルター層１４を形成した感光性材料保持基板１５を製造する。

（マイクロレンズ工程３）
図１（ｄ）に示すように、感光性材料保持基板１５上にレンズ形成用の感光性材料層２０を形成する。感光性材料層２０は、感光性材料保持基板１５上にアクリル系樹脂やフェノール系樹脂やスチレン系樹脂を主体とするポジ型感光性レジスト材料をスピンコーターで１０００〜２０００ｒｐｍでコートし、約１００℃で約２秒間プリベークすることで略２μｍの厚さに形成する。

（マイクロレンズ工程４）
次に、図１（ｅ）に示すように、感光性材料保持基板１５上の感光性材料層２０に、ステッパーを用いて濃度分布マスク２のパターンを縮小投影して露光する。濃度分布マスク２は、５倍レチクルであり、感光性材料３次元形状１の寸法の５倍の大きさの寸法のパターンを用い、感光性材料保持基板１５上の感光性材料層２０の表面に濃度分布マスク２のパターンを１／５に縮小して、紫外線域の３６５ｎｍの波長の光を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で照射する。これにより、感光性材料層２０に、図２に示すマイクロレンズアレイを成す感光性材料３次元形状１の単位レンズ１ｇ、１ｂ、１ｒの潜像が形成される。

（マイクロレンズ工程５）
次に、その感光性材料層２０を、有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液：液濃度０．０５重量％）を用いて現像する。
（マイクロレンズ工程６）
次に、現像後に残った感光性材料層２０に３６５ｎｍの波長の光を２００〜２５００ｍ
Ｊ／ｃｍ²の露光量で照射することで、次の加熱処理によってマイクロレンズを形成する樹脂の熱だれが生じない程度に感光性材料層２０を仮硬化させる。最後に、ホットプレートを使用して、３分間の１６０℃の加熱処理と、それに続く６分間の２００℃の加熱処理とでベークして感光性材料層２０と硬化させることで、図２のように単位レンズ１ｒ、１ｇ、１ｂを成す感光性材料３次元形状１を形成する。

＜濃度分布マスク＞
以上のマイクロレンズ工程４で用いる濃度分布マスク２の製造方法を図３から図８を参照して説明する。
（濃度分布マスクの遮光パターン）
感光性材料３次元形状１の形成用の濃度分布マスク２は、実際に形成するパターンの５倍や４倍や１．２５倍の寸法に拡大して露光用の濃度分布パターン３を形成し、パターン露光時に、縮小投影型露光装置（ステッパー）で縮小して、濃度分布パターン３を露光光の波長以下の寸法のパターンにして感光性材料層２０に投影する。あるいは、濃度分布マスク２を実際に形成するパターンと同じ縮尺の寸法に形成し、マスクアライナーで濃度分布マスク２のパターンを感光性材料層２０に、コンタクト露光あるいはプロキシミティ露光又は投影露光しても良い。

図３（ｂ）及び図３（ｃ）には、感光性材料３次元形状１のマイクロレンズアレイを成す個々の単位レンズを縮小投影する濃度分布マスク２の部分領域の濃度分布パターン３（ネガ型）を示す。濃度分布マスク２の個々の単位レンズの領域では、図３（ｂ）では、濃度分布パターン３は矩形の遮光パターン４の集合で形成する。遮光パターン４は、後述する格子間隔で設定した縦横の格子の交差点の格子点４ａの座標位置に設置する。矩形の遮光パターン４は、格子点４ａ上に、互い違いに千鳥足状に配置する。図３（ａ）の階調境界円５で分割した環状領域６毎に、すなわち、単位レンズの中心からの距離が異なる円環状の環状領域６毎に指定された階調（グレースケール：濃度）に従って寸法（面積）を変えた遮光パターン４を設置する。

図３（ｃ）には、個々の単位レンズの濃度分布パターン３の遮光パターン４のもう１つの形態を示す。濃度分布パターン３は、正方形を４５度傾けた形の菱形の遮光パターン４を格子状に並べて形成する。こうして、寸法が異なる環状領域６毎に指定された階調に従って寸法（面積）を変えた遮光パターン４を濃度分布マスク２に設けることで濃度分布パターン３を形成する。図３（ｂ）あるいは図３（ｃ）の濃度分布マスク２のネガ型の濃度分布パターン３は、単位レンズの中心に近い環状領域６ほど、個々の遮光パターン４の面積を大きくすることで濃度を薄くして階調を変化させる。そして、このネガ型の濃度分布パターン３の白黒を反転しポジ型にした濃度分布マスク２を製造する。このポジ型の濃度分布マスク２を用いてポジ型の感光性材料層２０を露光する。

（濃度分布マスクの階調）
濃度分布マスク２の濃度（階調）は、グリッド（格子）上の格子点４ａの座標位置に配置された矩形あるいは菱形の遮光パターン４の寸法を変えて調整する。図３（ｂ）の濃度分布パターン３の場合は矩形の遮光パターン４の辺の長さを０からグリッドの格子間隔の２倍の大きさにまで変えることにより、図３（ｃ）の濃度分布パターン３の場合は菱形の遮光パターン４の辺の長さを０からグリッドの格子間隔の１．４倍の大きさにまで変えることにより、マスクの透過光量を変えて調整する。矩形の遮光パターン４の辺の長さがグリッドの格子間隔の１倍の場合、あるいは、菱形の遮光パターン４の場合は、その辺の長さがグリッドの格子間隔の０．７倍の場合は、遮光パターン４と、その間の同じ大きさの矩形の開口パターンとが市松模様に形成される。矩形あるいは菱形の遮光パターン４の辺の長さが開口パターンより大きい場合は、隣接する遮光パターン４同士が重なり合い、その間の開口パターンの寸法が小さくなる。こうして単位面積当たりに形成される光透過部
の割合により濃度分布マスク２の階調を調整する。

（濃度分布マスクの格子点の格子間隔）
濃度分布マスク２上には、遮光パターンの配置する場所（座標）を決めるために、平面視で、複数本の平行線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＸ軸に平行な複数の線）と、前記複数本の平行線と各々直交する複数本の線（例えば、単位レンズの中心を原点とするＹ軸に平行な複数の線）とからなる格子を仮りに設定している。平行線同士が交差する格子点４ａ（グリッド）の格子間隔は以下の様に設定する。すなわち、感光性材料保持基板１５側のステッパーの投影レンズの開口比をＮａとし、露光する光の波長をλとすると、（λ／Ｎａ）に０．２から０．７の係数Ｋ１を掛け算した値の寸法より小さい格子間隔のグリッドとする。

かかる格子間隔とした格子点（座標）上に、矩形の遮光パターン４を図３（ｂ）、あるいは、菱形の遮光パターン４を図３（ｃ）の様に格子状に配置する。この投影レンズの開口比Ｎａは最大１．３まで可能である。例えば、感光性材料保持基板１５を露光する光の波長λが０．３６５μｍの場合、投影レンズのＮａが０．５程度でＫ１が０．２の場合、遮光パターン４が置かれるグリッド（座標）の格子間隔の上限は概ね０．１５μｍになる。この場合は、縮尺が５倍の濃度分布マスク２には、７５０ｎｍの格子間隔のグリッド（座標）上に遮光パターン４を格子状に配置したパターンを形成する。この遮光パターン４をステッパーで５分の１に縮小して感光性材料保持基板１５上に塗布した感光性材料層２０に縮小投影する。

あるいは、概ね１μｍの格子間隔の格子点４ａ（グリッド）に遮光パターン４を格子状に設置し、１：１の縮尺の濃度分布マスク２のパターンを形成した濃度分布マスク２を作製し、その濃度分布マスク２の遮光パターン４をマスクアライナーで感光性材料保持基板１５上の感光性材料層２０に投影する露光処理を行うこともできる。この濃度分布パターン３を感光性材料層２０に露光し、それを現像することにより、感光性材料保持基板１５の位置毎に単位レンズを複数配列した感光性材料３次元形状１を作製する。なお、本発明で言う格子及び格子点は、遮光パターン４を配置する座標を決めるために仮に設定しているもので、濃度分布マスク２上には存在しないパターンである。

（第１の実施形態の濃度分布マスクの濃度分布パターン）
（感光性材料層の感度曲線の作成）
感度曲線のデータを実験により取得するため、透過光量を全面で同じにした複数の濃度分布マスク２を、透過光量毎に製造する。そして、マイクロレンズ工程４にて、各透過光量の濃度分布マスク２により感光性材料層２０を露光する。ここで、露光光の強度は、透過光量がほぼ６０％以上の濃度分布マスク２で感光性材料層２０を露光し現像すると、感光性材料３次元形状１の厚さが０になる光の強度の露光光を用いる。次に、マイクロレンズ工程５とマイクロレンズ工程６を行うことで感光性材料層２０を現像して、得られた感光性材料３次元形状１の厚さを測定する。その結果を、図４の感度曲線のグラフに、濃度分布マスク２の透過光量毎に感光性材料３次元形状１の厚さをプロットする。

次に、図４の感度曲線のグラフを濃度分布マスク２の製造設計の基本情報として用い、図５に示す感光性材料３次元形状１の厚さの分布を目標とする濃度分布マスク２の濃度分布パターン３を図６のように形成する。図５に示す目標とする感光性材料３次元形状の厚さの分布は、露光する紫外線の波長の３６５ｎｍの１倍以上で２倍以下の約５００ｎｍの長さで厚さが１００％から０％まで減少する傾斜を有する感光性材料３次元形状１を形成することを目標にする。

図６のように、濃度分布マスク２の濃度分布パターン３は、目標とする感光性材料３次
元形状の傾斜領域の部分の感光性材料層２０に投影する光透過率分布領域１６ａに、感光性材料３次元形状１の図５の厚さの分布に対応する透過光量を与える遮光パターン４を設けて形成する。そして、感光性材料３次元形状１の厚さを最大にする感光性材料層２０の領域内に投影する濃度分布マスク２の濃度分布パターン３は、光透過率分布領域１６ａに隣接する、露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の帯状の完全遮光部緩衝領域１６ｂを設けることで光近接効果を補正する。完全遮光部緩衝領域１６ｂから、厚さを最大にする感光性材料層２０の領域の更に内側には透過光量が０％の遮光パターンを設置する完全遮光領域１６ｃを設ける。完全遮光部緩衝領域１６ｂには、透過光量が６％以下の遮光パターン４を形成する。

そして、濃度分布マスク２の濃度分布パターン３で、感光性材料３次元形状１の厚さを０にする部分の感光性材料層２０に投影する濃度分布パターン３の領域には、図６のように、光透過率分布領域１６ａに隣接して、感光性材料層２０に、露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に投影する帯状の完全光透過部緩衝領域１７ａを設けることで光近接効果を補正する。完全光透過部緩衝領域１７ａから、感光性材料３次元形状１の厚さを０にする感光性材料層２０の領域の更に内側には、透過光量が１００％の完全光透過領域１７ｂを設ける。透過光量を１００％にする完全光透過領域１７ｂには遮光パターン４を設けない。完全光透過部緩衝領域１７ａには、感光性材料３次元形状の厚さを０にする透過光量で、透過光量が１００％より少ない遮光パターン４を形成する。

図６には、濃度分布マスク２の光透過率分布領域１６ａは、目標とする感光性材料３次元形状１の図５の厚さの分布の幅の５００ｎｍの幅の感光性材料層２０の領域に縮小投影するパターンを形成する。その光透過率分布領域１６ａに隣接する完全光透過部緩衝領域１７ａとして、感光性材料層２０に露光する紫外線の波長の３６５ｎｍ程度の約５００ｎｍの帯状の領域に縮小投影する完全光透過部緩衝領域１７ａを形成する。また光透過率分布領域１６ａと完全遮光領域１６ｃの間の、幅が５００ｎｍの帯状の領域に縮小投影する完全遮光部緩衝領域１６ｂを形成する。完全光透過部緩衝領域１７ａには６３％の透過光量の遮光パターン４を設ける。６３％の透過光量は、図４の感光性材料層２０感度曲線において感光性材料３次元形状１の厚さを０にする最小の透過光量の６０％より少し多い透過光量に設定する。そして、完全遮光部緩衝領域１６ｂには５％の透過光量の遮光パターン４を設ける。

ここで、濃度分布マスク２の完全光透過部緩衝領域１７ａ及び完全遮光部緩衝領域１６ｂは、感光性材料層２０の５００ｎｍの幅の領域に投影するが、その幅は露光する紫外線の波長を変えれば、それに合わせて変える。また、濃度分布マスク２では、感光性材料保持基板１５のパターンに対する濃度分布マスク２のパターンの拡大倍率（例えば５倍）で、感光性材料保持基板１５上の５００ｎｍの幅の領域を拡大した濃度分布マスク２の領域に完全光透過部緩衝領域１７ａを設け、同様に完全遮光部緩衝領域１６ｂを設ける。

図７に、第１の実施形態の濃度分布マスク２の濃度分布パターン３による透過光量分布のシミュレーション結果を示し、この濃度分布パターン３で露光して得られる感光性材料３次元形状１の厚さを図８に示す。図６の濃度分布パターン３の６３％の透過光量の遮光パターン４によって、光近接効果による透過光量が補正され、感光性材料３次元形状１の厚さは、図８に示すように目的の形状に近づけることができる。

（濃度分布マスクの製造方法）
このように感光性材料保持基板１５上に樹脂の感光性材料３次元形状１のパターンを露光するために用いる濃度分布マスク２とその濃度分布パターン３は以下の工程で製造する。
（マスク工程１）
感光性材料３次元形状１を製造するために、その３次元形状を目標にして感光性材料保持基板１５上での各ポイントの感光性材料層２０の除去量を計算し、その除去量が得られる露光光の全体的な光強度分布を計算し、除去量に見合った光を透過するように濃度分布パターン３における矩形あるいは菱形の遮光パターン４の大きさを設計する。

（マスク工程２）
濃度分布マスク２用の合成石英ガラス基板からなる透明基板上にＣｒ等の金属もしくは金属酸化物の遮光膜を形成し、さらにその上にマスク用感光性レジストを形成する。こうして形成したマスクブランクスに電子ビーム描画装置で以下のようにして矩形あるいは菱形の遮光パターン４の集合から成る濃度分布パターン３を描画し、マスク用感光性レジストを現像してマスク用パターンを形成する。すなわち、電子ビーム描画装置は、電子銃から放射された電子ビームを、第１の電子ビームアパーチャと、次に、矩形の遮光パターン４を形成する場合は平行な開口辺を有する第２の電子ビームアパーチャを用い、菱形の遮光パターン４を形成する場合は４５度の開口辺を有する第２の電子ビームアパーチャーを用い、その第２の電子ビームアパーチャを通すことで電子ビームを矩形あるいは菱形のビームに成形する。その成形された電子ビームを縮小倍率レンズ系で縮小して、濃度分布マスク２用の透明基板のマスク用感光性レジストに収束投影することで矩形あるいは菱形の遮光パターン４を描画する。これにより、電子ビーム描画装置が、少ない描画データで矩形あるいは菱形の遮光パターン４の集合の濃度分布パターン３を透明基板上のマスク用感光性レジストに描画することができる。

（マスク工程３）
こうして形成されたマスク用感光性レジストのパターンをエッチングマスクにして前記の金属もしくは金属酸化物の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パターン４の集合の濃度分布パターン３を形成する。

＜比較例１の濃度分布マスク＞
光近接効果による感光性材料３次元形状１の形状のずれを改善する比較例１を図９から図１１を参照して説明する。比較例１は、濃度分布マスク２の濃度分布パターン３を図９のように形成する。すなわち、感光性材料３次元形状１の厚さを０にする領域に対応する濃度分布マスク２の領域全体を、６３％の透過光量の遮光パターン４を設けた完全光透過部緩衝領域１７ａにする。そして、感光性材料３次元形状１の厚さを最大にする領域に対応する濃度分布マスク２の領域の全体を５％の透過光量の遮光パターン４を設けた完全遮光部緩衝領域１６ｂにする。この図９の濃度分布マスク２の濃度分布パターン３による透過光量分布を図１０に示す。図９の濃度分布マスク２の完全光透過部緩衝領域１７ａと、完全遮光部緩衝領域１６ｂが、光近接効果による濃度分布マスク２の透過光量を補正する。図１１に、その濃度分布マスク２を用いて感光性材料層２０を露光し現像した結果の感光性材料３次元形状１の厚さの分布を示すが、比較例１でも、目標の厚さの分布に近づけることができる。しかし、比較例１では、以下に説明する問題がある。

以下で、図１２から図１３を参照して、第１の実施形態と比較例１を比較する。図１２に、第１の実施形態の濃度分布マスク２と比較例１の濃度分布マスク２と従来例の濃度分布マスク２の濃度分布パターン３で形成される感光性材料３次元形状１の厚さの分布を比較して示す。第１の実施形態と比較例１は、従来技術に比べ、感光性材料３次元形状１の厚さを目的の厚さの分布に近づけることができる。そして、第１の実施形態は比較例１と同等レベルに感光性材料３次元形状１の厚さの分布が改善される効果がある。

図１３に、第１の実施形態の濃度分布マスク２と比較例１の濃度分布マスク２と従来の濃度分布マスク２の濃度分布パターン３の描画データの量を比較して示す。第１の実施形態の濃度分布マスク２の描画データ量は従来技術の描画データの２倍程のデータ量が必要
であるが、比較例１の描画データ量の４分の１程度の少ないデータ量にでき、比較例１に比べ、描画に要する時間を大幅に短くでき、その製造コストを低減できる効果がある。この効果は、完全遮光部緩衝領域１６ｂ及び完全光透過部緩衝領域１７ａの幅を、露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する濃度分布パターン３の領域に限定することにより得られた。

本発明の感光性材料３次元形状の製造工程を示す半導体基板の概略的な縦断面図である。 本発明の製造方法で形成される感光性材料３次元形状の概略的な断面図である。 （ａ）本発明の感光性材料３次元形状形成用の濃度分布マスクを示す平面図である。（ｂ）（ｃ）本発明の濃度分布マスクのネガ型の濃度分布パターン示す平面図である。 本発明で用いる感光性材料層の感度曲線のグラフである。 本発明の製造目標とする感光性材料３次元形状の厚さ分布を示す図である。 本発明の濃度分布マスクのポジ型の濃度分布パターンを示す図である。 本発明の濃度分布マスクのシミュレーション結果の透過光量分布を示す図である。 本発明の濃度分布マスクを用いて製造される感光性材料３次元形状の厚さの分布を示す図である。 比較例１の濃度分布マスクのポジ型の濃度分布パターンを示す図である。 比較例１の濃度分布マスクのシミュレーション結果の透過光量分布を示す図である。 比較例１の濃度分布マスクを用いて製造される感光性材料３次元形状の厚さの分布を示す図である。 本発明と、比較例１と、従来の濃度分布マスクを用いて製造される感光性材料３次元形状の厚さの分布を比較して示す図である。 本発明と、比較例１と、従来の濃度分布マスクの描画データの量を比較して示す図である。 従来の濃度分布マスクのポジ型の濃度分布パターンを示す図である。 従来の濃度分布マスクのシミュレーション結果の透過光量分布を示す図である。 従来の濃度分布マスクを用いて製造される感光性材料３次元形状の厚さの分布を示す図である。

符号の説明

１・・・感光性材料３次元形状
１ｇ、１ｂ、１ｒ・・・（マイクロレンズ）単位レンズ
２・・・濃度分布マスク
３・・・濃度分布パターン
４・・・遮光パターン
４ａ・・・格子点
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・階調境界円
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・環状領域
１０・・・撮像デバイス
１１・・・半導体基板
１２・・・受光素子
１３・・・平坦化層
１４・・・カラーフィルター層
１４ｇ、１４ｂ、１４ｒ・・・カラーフィルター層の画素
１５・・・感光性材料保持基板
１６ａ・・・光透過率分布領域
１６ｂ・・・完全遮光部緩衝領域
１６ｃ・・・完全遮光領域
１７ａ・・・完全光透過部緩衝領域
１７ｂ・・・完全光透過領域
２０・・・感光性材料層

Claims (4)

1. 感光性材料層に縮小投影露光して感光性材料３次元形状を製造する為に用いる濃度分布マスクにおいて、前記感光性材料層の前記感光性材料３次元形状の厚さが最大値未満の領域に前記厚さを形成する透過光量を縮小投影する遮光パターンを設けた光透過率分布領域を有し、前記光透過率分布領域と透過光量が０％の完全遮光領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、透過光量が６％以下の完全遮光部緩衝領域を有し、前記光透過率分布領域と透過光量が１００％の完全光透過領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、前記感光性材料３次元形状の厚さを０にする１００％より少ない透過光量の完全光透過部緩衝領域を有することを特徴とする濃度分布マスク。
2. 前記完全遮光部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有し、前記完全光透過部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有することを特徴とする請求項１記載の濃度分布マスク。
3. 感光性材料層に縮小投影露光して感光性材料３次元形状を製造する為に用いる濃度分布マスクの製造方法において、感光性材料層の感度曲線を得る工程を有し、前記濃度分布マスクに、前記感光性材料層の前記感光性材料３次元形状の厚さが最大値未満の領域に前記厚さを形成する透過光量を縮小投影する遮光パターンを設けた光透過率分布領域を形成し、前記光透過率分布領域と透過光量が０％の完全遮光領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、透過光量が６％以下の完全遮光部緩衝領域を形成し、前記光透過率分布領域と透過光量が１００％の完全光透過領域の間の帯状の領域で、前記感光性材料層の露光光の波長の２分の１以上４倍以下の幅の領域に縮小投影する、前記感光性材料３次元形状の厚さを０にする１００％より少ない透過光量の完全光透過部緩衝領域を形成した濃度分布パターンを描画する工程を有することを特徴とする濃度分布マスクの製造方法。
4. 前記完全遮光部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有し、前記完全光透過部緩衝領域が約５００ｎｍの領域に縮小投影する幅を有することを特徴とする請求項３記載の濃度分布マスクの製造方法。