JP5764948B2 - グレースケールマスク - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズを製造する目的等のために用いられるグレースケールマスクに関するものである。

従来、バイナリパターンで形成されるグレースケールマスクとしては、開口部の形状が共通で配置密度を制御することで光透過率を調整するもの（以下、密度制御型という）と、開口部の密度が等しくて開口率を制御することで光透過率を調整するもの（以下、開口率制御型という）との２種類がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、密度制御型のグレースケールマスクでは原理的に開口率を細かく制御することができないため、光透過率の細かい制御を行う場合には、開口率制御型のグレースケールマスクを用いる必要があった。

特開２００４−３１００７７号公報

ところが、開口率制御型のグレースケールマスクでは、開口部のサイズ（開口率）がマスク描画装置の分解能に依存するため、従来、設計値で高い光透過率が設定されていても、マスク描画装置の分解能を超えた開口率、ひいては光透過率を再現することはできなかった。例えば、開口率制御型のグレースケールマスクでは、１ピクセル毎にその中心部分に開口部が配置されることが多く、この開口部の大きさを拡げていくことで光透過率を高くするようになっているが、このとき、マスク描画装置で表現可能な最小サイズが０．５μｍで、開口部ピッチ（すなわち、１ピクセルのサイズ）が５μｍの場合、隣接する開口部との最小ギャップも０．５μｍとなるため、結果として開口率は１〜８１％の間しか再現できなかった。

ここで、さらに高い光透過率が必要な場合の対応案として、１ピクセル中の開口部と非開口部の面積比が１：１（５０％ずつ）の場合を境にして、１ピクセル中の開口部と非開口部の位置を逆転させる方法が提案されている。すなわち、１ピクセル中の開口部が５０％に達するまでは、その中心部分に配置された開口部が徐々に拡がるようにして開口率を高くしていき、１ピクセル中の開口部が５０％に達したら、その後は、中心部分の開口部と周辺部分の非開口部の位置を入れ替えた上で、当該入れ替えで中心部分に配置された非開口部を徐々に狭めていく（つまり、周辺部分の開口部が徐々に中心部分に向かって拡がっていく）ことで、再現できる開口率の上限を高くするものである。このようにすることで、マスク描画装置の分解能を超えずに高い開口率、ひいては高い光透過率を再現することが可能となる。

しかしながら、１ピクセル中の開口部と非開口部の位置をある状態（ここでは面積比が１：１の場合）を境に逆転させると、その逆転する箇所で光透過率にずれが生じてしまうという問題が起こることがわかった。すなわち、計算上は１ピクセル中の開口部と非開口部の位置を逆転させても開口率（光透過率）は連続性を保つこととなるが、実際には、開口箇所の誤差や開口形状が変化することで開口率が大きく変化してしまい、１ピクセル中の開口部と非開口部の位置を逆転させた箇所を境に開口率の連続性を保つことができなくなってしまうという問題が生じてしまうのである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光透過率の連続性を保った上で、高い光透過率を再現することができるグレースケールマスクを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本発明は、各々が所定の光透過率を有する複数の単位領域（１０）を含むグレースケールマスクであって、前記単位領域（１０）は、光透過領域（ａ）と光遮蔽領域（ｂ）の少なくとも一方を有するとともに対称軸（Ｌ）を挟んで互いに隣接し前記対称軸（Ｌ）に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域（１１，１２，１３，１４）からなり、前記光透過領域（ａ）が占める面積比率がＴである前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の形状と、前記面積比率が１−Ｔである前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の形状とが、前記対称軸（Ｌ）に関して反転関係にあるとともに、前記光透過領域（ａ）の面積比率がＴ／２である場合を除き、前記光透過領域（ａ）と前記光遮蔽領域（ｂ）との境界線で囲まれる領域は前記対称軸（Ｌ）に対して対称でないグレースケールマスクとしたことを特徴とする。
また、本発明は、各々が所定の光透過率を有する複数の単位領域（１０）を含むグレースケールマスクであって、前記単位領域（１０）は、光透過領域（ａ）と光遮蔽領域（ｂ）の少なくとも一方を有するとともに対称軸（Ｌ）を挟んで互いに隣接し前記対称軸（Ｌ）に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域（１１，１２，１３，１４）からなり、前記単位領域（１０）が配列される方向に、前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の面積または前記光遮蔽領域（ｂ）の面積が段階的に増加するよう配列された領域において、前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の形状または前記光遮蔽領域（ｂ）の形状が、前記部分領域（１１，１２，１３，１４）の中心を基準として相似形状に増加するとともに、前記光透過領域（ａ）が占める面積比率がＴである前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の形状と、前記面積比率が１−Ｔである前記単位領域（１０）における前記光透過領域（ａ）の形状とが、前記対称軸（Ｌ）に関して反転関係にあるグレースケールマスクとしたことを特徴とする。

なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことは言及するまでもない。

本発明によれば、複数の単位領域がそれぞれ、光透過領域と光遮蔽領域の少なくとも一方を有するとともに対称軸を挟んで互いに隣接し対称軸に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域からなり、光透過領域が占める面積比率がＴである単位領域における光透過領域の形状と、面積比率が１−Ｔである単位領域における光透過領域の形状とが、対称軸に関して反転関係にあるととともに光透過領域の面積比率がＴ／２である場合を除き、光透過領域と光遮蔽領域との境界線で囲まれる領域は対称軸に対して対称でないことで、光透過率の連続性を保った上で、高い光透過率を再現することができる。
また、本発明によれば、複数の単位領域がそれぞれ、光透過領域と光遮蔽領域の少なくとも一方を有するとともに対称軸を挟んで互いに隣接し対称軸に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域からなり、単位領域が配列される方向に、単位領域における光透過領域の面積または光遮蔽領域の面積が段階的に増加するよう配列された領域において、単位領域における光透過領域の形状または光遮蔽領域の形状が、部分領域の中心を基準として相似形状に増加するとともに、光透過領域が占める面積比率がＴである単位領域における光透過領域の形状と、面積比率が１−Ｔである単位領域における光透過領域の形状とが、対称軸に関して反転関係にあることで、光透過率の連続性を保った上で、高い光透過率を再現することができる。

本発明の実施の形態１に係るグレースケールマスクの単位領域を示す図である。 同実施の形態１に係るグレースケールマスクの単位領域を開口率順に配置したパターンを示す図である。 グレースケールマスクにおける光透過率の設計値のグラフとそれに基づくグレースケールマスクのパターンを示す図である。 本発明の実施の形態２〜７に係るグレースケールマスクの単位領域を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

最初に、本発明の実施の形態１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るグレースケールマスクの単位領域を示す図である。図２は、同実施の形態１に係るグレースケールマスクの単位領域を開口率順に配置したパターンを示す図である。図３は、グレースケールマスクにおける光透過率の設計値のグラフとそれに基づくグレースケールマスクのパターンを示す図である。

本発明のグレースケールマスクは、図１に示すような、ピクセル１を複数、隣接配置した構成となっており、１ピクセル中に少なくとも１の単位領域１０を有している。この単位領域１０とは、後述する本発明の特徴を備える最小単位の領域であり、１ピクセルそのままの領域又は１ピクセルを同じ形状で等分割した１つの領域となっている。本実施の形態のグレースケールマスクでは、１ピクセル中に１つの単位領域１０を有している（すなわち、１ピクセル１そのままが１つの単位領域１０を構成している）。また、本実施の形態の単位領域１０は正方形状となっており、その単位領域１０がさらに４つの正方形状部（部分領域）１１，１２，１３，１４に区分けされている。

また、単位領域１０は、光を通す透光部（光透過領域）である第１領域ａと、光を通さない遮光部（光遮蔽領域）である第２領域ｂとで構成されている。そして、これら第１領域ａと第２領域ｂの面積が、マスク描画装置の分解能の限界に至るまでそれぞれ増減することで、当該単位領域１０における開口率（光透過率）が拡縮するようになっている。

また、図１及び図２に示すように、単位領域１０における開口率の拡縮において、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１（すなわち、５０％ずつ）となるより第２領域ｂの方が広い場合（例えば、図１における左側の図参照）には、４つの正方形状部１１，１２，１３，１４のうちの右上部１３と左下部１２は全て第２領域（遮光部）ｂのままで推移し、左上部１１と右下部１４のみ、当該部位のそれぞれの中心部分が、開口率が高くなるに連れて徐々に第２領域ｂから第１領域（透光部）ａの面積が大きくなるように変化する（開口部が大きくなる）ようになっている。

そして、単位領域１０における開口率の拡縮において、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１（すなわち、５０％ずつ）となると（例えば、図１における中央の図参照）、４つの正方形状部１１，１２，１３，１４のうちの左上部１１と右下部１４は全て第１領域ａとなり、右上部１３と左下部１２は全て第２領域ｂとなる状態（所謂、市松模様の状態）になる。このときの第１領域ａと第２領域ｂとの境界（ここでは、単位領域１０の上下方向の中心線（なお、この場合刃単位領域１０の左右方向の中心線でも可））を境界線（対称軸）Ｌとする。

さらに、単位領域１０における開口率の拡縮において、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１（すなわち、５０％ずつ）となるより第１領域ａの方が広くなると（例えば、図１における右側の図参照）、４つの正方形状部１１，１２，１３，１４のうちの左上部１１と右下部１４は全て第１領域ａのままで推移し、右上部１３と左下部１２のみ、当該部位のそれぞれの周辺部分が、開口率が高くなるに連れて徐々に第２領域ｂから第１領域ａの面積が大きくなるように変化する（開口部が大きくなる）ようになっている。

本実施の形態では、前記したように、第１領域ａと第２領域ｂの面積比を変化させていく際、図１における中央の図に示すような第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１（すなわち、１ピクセルの光透過率が５０％）となる単位領域１０を基準とし、これより開口率が高いものと低いものとで、その面積比が丁度逆となるものについて（すなわち、１ピクセルの光透過率が５０％からの差の絶対値が同じで、５０％よりも大きい光透過率を有したときと小さい光透過率を有したときを比較すると）、面積比が１：１となる単位領域１０における第１領域ａと第２領域ｂとの境界線Ｌを中心線として線対称で、かつ、第１領域ａと第２領域ｂとが入れ替わった状態となっている。すなわち、単位領域１０における第１領域ａと第２領域ｂの面積比がＡ：Ｂのもの（１ピクセルの光透過率が５０％＋α）とＢ：Ａのもの（１ピクセルの光透過率が５０％−α）については、それぞれ、境界線Ｌで線対称で、かつ、第１領域ａと第２領域ｂとを入れ替えた形状となるように、単位領域１０の形状が構成されている（光透過領域が占める面積比率がＴである単位領域における光透過領域の形状と、面積比率が１−Ｔである単位領域における光透過領域の形状とが、対称軸に関して反転関係にある）。このようにすることで、急に開口形状が変化してグレースケールマスクの光透過率の連続性にずれが生じることを防ぎ、当該連続性を保ちながら、高い開口率（光透過率）を確保することができるものである。

ここで、図３に示すように、本実施の形態のグレースケールマスクにおける開口率の低いもの（ここでは、４．６％）から高いもの（ここでは、９１．７％）までの単位領域を順に並べると、その模様が綺麗にグラデーションとなっており、本実施の形態のグレースケールマスクが、光透過率の連続性を維持した状態となっていることがわかる。
［発明の実施の形態２〜７］

次に、本発明の実施の形態２〜７について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２〜７に係るグレースケールマスクの単位領域を示す図である。なお、本発明の実施の形態２〜７については、前記した本発明の実施の形態１と異なる箇所についてのみ説明し、同様の箇所については説明を省略する。

本発明の実施の形態２のグレースケールマスクは、図４（１）に示すように、１ピクセル１０１中に正方形状の１つの単位領域１１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域１１０における境界線Ｌ１が、左上から右下に掛けての対角線と同じ線となるように構成されている（図４（１）における中央の図参照）。また、この単位領域１１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ１で仕切られたそれぞれの範囲の中心部分を中心として直角二等辺三角形状で増減するようになっている。このような単位領域１１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態３のグレースケールマスクは、図４（２）に示すように、１ピクセル２０１中に正方形状の１つの単位領域２１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域２１０における境界線Ｌ２が、上下方向の中心線と同じ線となるように構成されている（図４（２）における中央の図参照）。また、この単位領域２１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ２で仕切られたそれぞれの範囲の中心部分を中心として縦長の長方形状で増減するようになっている。このような単位領域２１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態４のグレースケールマスクは、図４（３）に示すように、１ピクセル３０１中に正方形状の４つの単位領域３１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域３１０における境界線Ｌ３が、単位領域３１０における左上から右下への対角線と同じ線となるように構成されている（図４（３）における中央の図参照）。また、この単位領域１１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ３で仕切られたそれぞれの範囲の対角の角部を中心として直角二等辺三角形状で増減するようになっている。このような単位領域３１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態５のグレースケールマスクは、図４（４）に示すように、１ピクセル４０１中に正方形状の４つの単位領域４１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域４１０における境界線Ｌ４が、単位領域４１０における左上から右下への対角線と同じ線となるように構成されている（図４（４）における中央の図参照）。また、この単位領域１１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ４で仕切られたそれぞれの範囲の対角の角部を中心として略円弧形状（途中から変形していく）で増減するようになっている。このような単位領域４１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態６のグレースケールマスクは、図４（５）に示すように、正六角形状の１ピクセル５０１中に菱形の３つの単位領域５１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域５１０における境界線Ｌ５が、菱形の単位領域５１０における短い対角線と同じ線となるように構成されている（図４（５）における中央の図参照）。また、この単位領域５１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ５で仕切られたそれぞれの範囲の中心部分を中心として正三角形状で増減するようになっている。このような単位領域５１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態７のグレースケールマスクは、図４（６）に示すように、正六角形状の１ピクセル６０１中に１つの単位領域６１０を有しており、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域６１０における境界線Ｌ６が、上下方向の中心線と同じ線となるように構成されている（図４（６）における中央の図参照）。また、この単位領域６１０における第１領域ａと第２領域ｂは、境界線Ｌ６で仕切られたそれぞれの範囲の中心部分を中心として台形状で増減するようになっている。このような単位領域６１０でも、前記した本発明の実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図４（１）〜（６）において第１領域ａと第２領域ｂの面積比がＡ：Ｂのもの（１ピクセルの光透過率が５０％＋α）とＢ：Ａのもの（１ピクセルの光透過率が５０％−α）、Ｃ：Ｄのもの（１ピクセルの光透過率が５０％＋β）とＤ：Ｃ（１ピクセルの光透過率が５０％−β）のもの、Ｅ：Ｆのもの（１ピクセルの光透過率が５０％＋γ）とＦ：Ｅのもの（１ピクセルの光透過率が５０％−γ）はそれぞれ、境界線で線対称で、かつ、第１領域と第２領域を入れ替えた形状となっている。

以上のように、本発明の各実施の形態のグレースケールマスクによれば、１ピクセル１に少なくとも１つ有する単位領域１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０がそれぞれ、光を通す第１領域（光透過領域）ａと光を通さない第２領域（光遮蔽領域）ｂの少なくとも一方を有するとともに、１ピクセル１の光透過率が５０％からの差の絶対値が同じで、５０％よりも大きい光透過率を有したときと小さい光透過率を有したときを比較すると、第１領域ａと第２領域ｂの面積比が１：１となる単位領域１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０における双方の領域の境界線（対称軸）Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６を中心線として線対称で（対称軸を挟んで互いに隣接し対称軸に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域からなり）、かつ、その領域同士が入れ替わった形状となり（光透過領域が占める面積比率がＴである単位領域における光透過領域の形状と、面積比率が１−Ｔである単位領域における光透過領域の形状とが、対称軸に関して反転関係にある）、さらに、第１領域ａの面積比率がＴ／２である場合を除き、第１領域ａと第２領域ｂとの境界線で囲まれる領域は対称軸Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６に対して対称でないことで、光透過率の連続性を保った上で、高い光透過率を再現することができる。

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。

例えば、本発明は、前記した各実施の形態の例に限って適用されるものではなく、前記した各実施の形態以外の単位領域の形状であっても、第１領域と第２領域の面積比が逆になる単位領域同士の形状が（すなわち、１ピクセルの光透過率が５０％からの差の絶対値が同じで、５０％よりも大きい光透過率を有したときと小さい光透過率を有したときを比較したときに）、第１領域と第２領域の面積比が１：１となる単位領域における双方の領域の境界線を中心線として線対称で、かつ、その領域同士が入れ替わった形状となる法則を有していれば適用可能である。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ ピクセル
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０ 単位領域
１１，１２，１３，１４ 正方形状部（部分領域）
ａ 第１領域（光透過領域）
ｂ 第２領域（光遮蔽領域）
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ 境界線（対称軸）

Claims (2)

1. 各々が所定の光透過率を有する複数の単位領域を含むグレースケールマスクであって、
   前記単位領域は、光透過領域と光遮蔽領域の少なくとも一方を有するとともに対称軸を挟んで互いに隣接し前記対称軸に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域からなり、
   前記光透過領域が占める面積比率がＴである前記単位領域における前記光透過領域の形状と、前記面積比率が１−Ｔである前記単位領域における前記光透過領域の形状とが、前記対称軸に関して反転関係にあるとともに、
   前記光透過領域の面積比率がＴ／２である場合を除き、前記光透過領域と前記光遮蔽領域との境界線で囲まれる領域は前記対称軸に対して対称でないことを特徴とするグレースケールマスク。
2. 各々が所定の光透過率を有する複数の単位領域を含むグレースケールマスクであって、
   前記単位領域は、光透過領域と光遮蔽領域の少なくとも一方を有するとともに対称軸を挟んで互いに隣接し前記対称軸に対して対称な外形形状を有する複数の部分領域からなり、
   前記単位領域が配列される方向に、前記単位領域における前記光透過領域の面積または前記光遮蔽領域の面積が段階的に増加するよう配列された領域において、前記単位領域における前記光透過領域の形状または前記光遮蔽領域の形状が、前記部分領域の中心を基準として相似形状に増加するとともに、
   前記光透過領域が占める面積比率がＴである前記単位領域における前記光透過領域の形状と、前記面積比率が１−Ｔである前記単位領域における前記光透過領域の形状とが、前記対称軸に関して反転関係にあることを特徴とするグレースケールマスク。