JP6409498B2 - パターンデータの作製方法 - Google Patents

Description

隣接する単位領域の境界におけるドットパターンの影響を平均化したパターンデータの作製方法に関する。

従来、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーにおいては、受光部の集光効率を高めるため、各受光部に微小集光レンズが形成されている。このような微小集光レンズは、例えば、集光部上側に形成された樹脂部を熱フローにてレンズ状にすることで得られる。熱フローによりレンズを形成する場合、所望の焦点距離を有し、集光効率の良いレンズの形成することが難しい。特に、レンズから受光部までの距離が長いＣＭＯＳイメージセンサーでは、設計通りのレンズ形状を形成することが難しい。

これに対して、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクを用いて、所望のレンズ形状を形成する方法が知られている。例えば、特許文献１においては、特定の透過光量分布把握処理と、特定のドットパターン生成処理とを行うことを特徴とするパターンデータの作製方法が開示されている。

また、特許文献２においては、特許文献１と同様の方法で作製したパターンデータに基づく出発フォトマスクを用いて露光現像を行い、これにより得られた形状と、目的とする形状との差異を把握し、その差異を補正した補正フォトマスクを用いて再び露光現像を行うマイクロレンズアレイの形成方法が開示されている。

特開２００４−７００８７号公報 特開２００５−２５８３４９号公報

特許文献１、２では、パターンデータを作製するために、再現性のあるアルゴリズムとして誤差分散法またはオーダードディザ法を用いている。これらのアルゴリズムは、目的とする形状（現像後のレジスト形状）を再現性良く二値化できる。

一方、これらのアルゴリズムは、単位領域（例えば一つのマイクロレンズに対応する領域）のドットパターンを再現性良く生成することはできるものの、隣接する単位領域の境界におけるドットパターンの影響は何ら考慮されていない。そのため、隣接する単位領域の境界において、例えば、特定のドット（例えば黒ドット）が偶然に強調されることで、歪み、段差等の意図しない形状が発生する場合がある。特に、目的とする形状が小さくなると、階調を表現する１ドットの持つ影響が大きくなり、歪み、段差等の意図しない形状が発生する可能性が高くなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、隣接する単位領域の境界におけるドットパターンの影響を平均化したパターンデータの作製方法を提供することを主目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクを作製するためのパターンデータの作製方法であって、上記フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標とした場合に、目的とする形状を得るための透過光量分布を、座標値ｘ、ｙの関数としてＺ座標上の座標値ｚで表す透過光量分布把握処理と、上記座標値ｚに対応するように、上記Ｘ−Ｙ座標の領域に上記ドットパターンを生成するドットパターン生成処理と、を有し、上記ドットパターン生成処理において、上記透過光量分布に対応する正方形の単位領域、および、上記単位領域に隣接する補正用単位領域の結合領域のドットパターンを生成し、上記結合領域のドットパターンから上記単位領域のドットパターンを抽出し、複数の上記単位領域のドットパターンを、互いに隣接するように配置することを特徴とするパターンデータの作製方法を提供する。

本発明によれば、隣接する単位領域の境界を含む結合領域のドットパターンを生成することで、上記境界におけるドットパターンの影響を平均化したパターンデータを得ることができる。

上記発明においては、上記結合領域が、上記単位領域と、上記単位領域を囲む８つの上記補正用単位領域とから構成されていることが好ましい。

上記発明においては、上記ドットパターン生成処理を、誤差分散法またはオーダードディザ法を用いて行うことが好ましい。

上記発明においては、上記パターンデータが、マイクロレンズアレイを作製するためのデータであることが好ましい。

本発明においては、隣接する単位領域の境界におけるドットパターンの影響を平均化したパターンデータを得ることができるという効果を奏する。

本発明のパターンデータの作製方法の一例を説明する説明図である。 本発明のパターンデータの作製方法の一例を説明する説明図である。 本発明と比較するためのパターンデータの作製方法の一例を説明する説明図である。 本発明と比較するためのドットパターンを示す概略平面図である。 透過光量分布把握処理およびドットパターン生成処理の一例を示すフローチャートである。 本発明における単位領域を例示する概略平面図である。 本発明における結合領域を例示する概略平面図である。 本発明における結合領域を例示する概略平面図である。 単位領域のドットパターンの配置方法を例示する概略断面図である。 フォトマスクを用いたマイクロレンズアレイの製造方法の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明のパターンデータの作製方法について詳細に説明する。

Ａ．パターンデータの作製方法
図１および図２は、本発明のパターンデータの作製方法の一例を説明する説明図である。まず、目的とする形状（現像後のレジスト形状）を得るための透過光量分布を把握する（透過光量分布把握処理、図１（ａ））。具体的には、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標とした場合に、目的とする形状を得るための透過光量分布を、座標値ｘ、ｙの関数としてＺ座標上の座標値ｚで表す処理を行う（図１（ｂ））。なお、この領域が、透過光量分布の単位領域に該当する。本発明において、単位領域は正方形であるが、マスク描画データを丸めるために、頂点を共有する二辺の長さが、数十ｎｍレベルの誤差（例えば２０ｎｍ以下の誤差）を有していても良い。

次に、３行３列の単位領域に対して、一つの角から対角線方向に向かって誤差分散法により２値化を行う（図１（ｃ））。これにより、単位領域１ａと、単位領域１ａを囲む八方向（上下左右および各斜めの位置）に配置された補正用単位領域１ｂとから構成された結合領域のドットパターンを生成する（図２（ａ））。次に、結合領域のドットパターンから単位領域１ａのドットパターンを抽出する（図２（ｂ））。

次に、得られたドットパターンを単位領域１ａのドットパターンを、互いに隣接するように複数配置する（図２（ｃ））。なお、図２（ｃ）に示すドットパターンは４個の単位領域から構成されているが、ドットパターン全体に含まれる単位領域の数は特に限定されるものではなく、通常、より多くの単位領域から構成されている。

一方、図３および図４は、本発明と比較するためのパターンデータの作製方法の一例を説明する説明図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）と同様である。次に、透過光量分布の単位領域の１／４に相当する部分において、単位領域の中心から角部に向かって誤差分散法により２値化を行う（図３（ｃ））。これにより、正方形の単位領域１を四辺の中点を十字に結ぶ直線α、βで分割した１／４単位領域のドットパターンａを生成する（図３（ｄ））。次に、ドットパターンａを直線αに対称に配置することで、ドットパターンｂを生成し、ドットパターンａ、ｂを直線βに対称に配置することで、ドットパターンｄ、ｃを生成する（図３（ｅ））。これにより、単位領域１のドットパターンを生成する。

次に、得られたドットパターンを単位領域１のドットパターンを、互いに隣接するように複数配置すると、隣接する単位領域の境界では、同じドットが連続して配置され、対面するドットが一致している。その結果、隣接する単位領域の境界において、例えば、特定のドット（例えば黒ドット）が偶然に強調されることで、歪み、段差等の意図しない形状が発生する場合がある。これに対して、本発明では、隣接する単位領域の境界を含む結合領域のドットパターンを生成するため、境界が考慮されたドットパターンとなる。

このように、本発明によれば、隣接する単位領域の境界を含む結合領域のドットパターンを生成することで、上記境界におけるドットパターンの影響を平均化したパターンデータを得ることができる。その結果、特定のドット（例えば黒ドット）が偶然に強調されることを抑制でき、歪み、段差等の意図しない形状が発生しにくくなる。
以下、本発明のパターンデータの作製方法について、処理ごとに説明する。

１．透過光量分布把握処理
本発明における透過光量分布把握処理は、上記フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標とした場合に、目的とする形状を得るための透過光量分布を、座標値ｘ、ｙの関数としてＺ座標上の座標値ｚで表す処理である。

透過光量分布把握処理は、目的とする形状を得るための透過光量分布（露光量分布）を把握できる処理であれば特に限定されるものではないが、使用する感光性レジスト材料の特性（例えば、露光量と残膜厚との関係）に基づいて把握することが好ましい。特に、特許文献１、２に記載された透過光量（露光量）分布把握処理を用いることが好ましい。

透過光量分布把握処理の一例について、図５を用いて説明する。図５では、予め、所望の現像後のプロファイルを得る感光性レジスト材料（単にレジストとも言う）と、この感光性レジスト材料を露光する露光波長とを決めておく（Ｓ１１、Ｓ１２）。先ず、決められた感光性レジスト材料を、所定の膜厚に、現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して（Ｓ１３）、露光量とレジストの残膜厚の関係データを求める（Ｓ１４）。数式化した露光量とレジストの残膜厚の関係データとしても良い。なお、露光量に対する感光性レジスト材料の残膜厚特性が分かっている場合、その都度、露光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。

露光量とレジストの残膜厚との関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル（Ｓ１５）にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める（Ｓ１７）。Ｓ１３〜Ｓ１５を経てＳ１７に至る、あるいは、シミュレーション（Ｓ１６）を経てＳ１７に至る一連の処理が、透過光量分布把握処理に該当する。これにより、例えば図１（ａ）のような座標値ｚ（ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ））のプロファイルが得られる。

２．ドットパターン生成処理
本発明におけるドットパターン生成処理は、上記座標値ｚに対応するように、上記Ｘ−Ｙ座標の領域に上記ドットパターンを生成する処理である。

ドットパターン生成処理は、目的とする形状を再現性良く得ることができるドットパターンを生成する処理であることが好ましい。特に、特許文献１、２に記載された、ドットパターンの生成処理を用いることが好ましい。

ドットパターン生成処理の一例について、図５を用いて説明する。図５では、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズ（ドットサイズ）を決定しておく（Ｓ１８）。次いで、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）の関係データと、ドットサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム（Ｓ１９）を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、Ｘ−Ｙ座標上、該サイズに分割された領域毎に、配置の有無を決定する（Ｓ２０）。再現性のアルゴリズムとしては、誤差分散法およびオーダードディザ法等が挙げられる。そして、この決定に基づき、例えばＣＡＤツールにより、Ｘ−Ｙ座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する（Ｓ２１）。Ｓ１９〜Ｓ２１に至る一連の処理がドットパターン生成処理に該当する。これにより、例えば図２（ｂ）のようなドットパターンが得られる。

ドットパターンを構成する各ドットは、例えば正方形であることが好ましい。また、１ドットのサイズは、フォトマスクの透過光量分布の面からは、露光波長では解像しない大きさであれば特に限定されるものではないが、より小さいことが好ましい。例えば、露光波長３６５ｎｍ（ｉ線）の１／５縮小投影レチクルマスクにおいて、ＮＡが０．６３、σが０．６である場合、シミュレーション計算から、１ドットのサイズは９００ｎｍ以下であることが求められる。また、感光性レジスト材料がレンズ形成用材料であり、目的とする形状がレンズ形状である場合（特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーに用いられるマイクロレンズ形状である場合）、４μｍ角の領域において一つのレンズの曲面を表現するには、２０×２０ドットが必要とされているため、これを確保するには、１ドットのサイズは１０００ｎｍ以下であることが求められる。

１ドットのサイズは、目的とする形状（現像後のレジスト形状）の大きさによって異なるものであるが、例えば、６００ｎｍ以下であることが好ましく、４００ｎｍ以下であることがより好ましい。一方、１ドットのサイズは、例えば、３００ｎｍ以上であり、２００ｎｍ以上であることが好ましい。ドットのサイズが小さすぎると、マスク上でのドットパターンをマスク全面に均一かつ、好適に形成させることが困難になるためである。また、上述したように、目的とする形状が小さくなると、階調を表現する１ドットの持つ影響が大きくなり、隣接する単位領域の境界において、歪み、段差等の意図しない形状が発生する可能性が高くなる。

また、本発明における「単位領域」とは、ドットパターンの繰り返し単位に該当する領域をいう。単位領域は、目的とする形状（現像後のレジスト形状）の基本単位に対応するドットパターンの領域であることが好ましい。例えば、目的とする形状がレンズ形状である場合には、一つのレンズ（基本単位）に対応するドットパターンの領域を単位領域とすることができる。具体的には、図６（ａ）に示すように、一つのレンズ（基本単位）に対応するドットパターンの領域を単位領域１ａとすることができる。

一方、単位領域は、目的とする形状（現像後のレジスト形状）の複数の基本単位に対応するドットパターンの領域であっても良い。例えば、目的とする形状がレンズ形状である場合には、複数のレンズ（複数の基本単位）に対応するドットパターンの領域を単位領域とすることができる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、２行２列のレンズ（複数の基本単位）に対応するドットパターンの領域を単位領域１ａとすることができる。なお、本発明における単位領域は正方形であるため、複数の基本単位は、通常、ｎ行ｎ列のように配置される。ｎは、偶数であっても良く、奇数であっても良い。

また、本発明においては、ドットパターン生成処理において、透過光量分布に対応する正方形の単位領域、および、単位領域に隣接する補正用単位領域の結合領域のドットパターンを生成する。なお、単位領域および補正用単位領域のサイズは、同一であることが好ましい。その後、結合領域のドットパターンから単位領域のドットパターンを抽出する。最後に、複数の単位領域のドットパターンを、互いに隣接するように配置する。

本発明においては、単位領域および補正用単位領域の結合領域のドットパターンを生成する。結合領域の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、図７（ａ）に示すように、単位領域１ａと、１つの補正用単位領域１ｂとから構成される結合領域を挙げることができる。この場合、単位領域１ａおよび補正用単位領域１ｂの境界におけるドットパターンの影響が平均化される。また、この場合、単位領域１ａの一辺において、ドットパターンの影響を平均化できる。

また、図７（ｂ）に示すように、結合領域が、単位領域１ａと、３つの補正用単位領域１ｂとから構成され、正方形を構成する領域であっても良く、図７（ｃ）に示すように、単位領域１ａと、２つの補正用単位領域１ｂとから構成され、単位領域１ａの両端に２つの補正用単位領域１ｂが配置された領域であっても良い。これらの場合、単位領域１ａの二辺において、ドットパターンの影響を平均化できる。

また、図８（ａ）に示すように、結合領域が、単位領域１ａと、５つの補正用単位領域１ｂとから構成され、単位領域１ａの三辺に３つの補正用単位領域１ｂが配置され、単位領域１ａの角部を２つの補正用単位領域１ｂで共有し、長方形を構成する領域であっても良い。この場合、単位領域１ａの三辺において、ドットパターンの影響を平均化できる。また、図８（ｂ）に示すように、結合領域が、単位領域１ａと、単位領域１ａを囲む８つの補正用単位領域１ｂとから構成されていても良い。この場合、単位領域１ａの全ての辺において、ドットパターンの影響を平均化できる。

また、本発明においては、ドットパターン生成処理を、誤差分散法またはオーダードディザ法を用いて行うことが好ましい。誤差分散法は、１つのドットを２値化する際に、その誤差を周囲に分散する方法であるため、単位領域および補正用単位領域の境界におけるドットパターンの影響は、必然的に平均化される。また、誤差分散法を用いる場合、補正用単位領域のドットを始点として２値化を行うことが好ましい。平均化の効果がより生じるからである。特に、結合領域の角に位置する補正用単位領域のドットを始点として２値化を行うことが好ましい。一方、オーダードディザ法の場合、単位領域および補正用単位領域の境界を含むように、ディザ行列を配置することで、境界におけるドットパターンの影響は、平均化できる。

また、本発明においては、結合領域のドットパターンから単位領域のドットパターンを抽出し、複数の単位領域のドットパターンを、互いに隣接するように配置する。単位領域のドットパターンの配置方法は特に限定されるものではない。例えば、図９（ａ）に示すように、単位領域１ａのドットパターンを単純に隣接するように配置しても良い。一方、単位領域１ａのドットパターンと、単位領域１ａのドットパターンの回転体（単位領域１ａのドットパターンを、９０°回転、１８０°回転または２７０°回転させたドットパターン）とを任意に組み合わせても良い。例えば、図９（ｂ）に示すように、単位領域１ａのドットパターンと、単位領域１ａのドットパターンの９０°回転させたドットパターンとを市松に配置しても良い。また、図９（ｃ）に示すように、単位領域１ａのドットパターンと、単位領域１ａのドットパターンを９０°回転させたドットパターンと、単位領域１ａのドットパターンを１８０°回転させたドットパターンと、単位領域１ａのドットパターンを２７０°回転させたドットパターンとを時計回りに配置しても良い。

また、本発明により得られるパターンデータの種類は特に限定されるものではない。パターンデータの一例としては、レンズを作製するためのデータを挙げることができる。中でも、上記パターンデータは、マイクロレンズアレイを作製するためのデータであることが好ましい。パターンデータの他の例としては、回折格子、インプリントモールド版、エッチングモールド版等を挙げることができる。

３．その他
本発明においては、上述したパターンデータの作製方法により得られたパターンデータを用いて作製されたことを特徴とするフォトマスクを提供することもできる。

フォトマスクの構成は特に所望のドットパターンを有するものであれば特に限定されるものではない。フォトマスクとしては、例えば、透明基板と、上記透明基板上に形成された遮光膜とを有するフォトマスクを挙げることができる。透明基板および遮光膜の材料については、一般的なフォトマスクの材料と同様である。なお、ドットパターンの詳細については、上述した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。

また、上述したパターンデータの作製方法により得られたパターンデータを用いてフォトマスクを作製するフォトマスク作製工程と、上記フォトマスクを用いて、感光性レジスト層に露光を行う露光工程と、上記露光工程後の上記感光性レジスト材料を現像し、マイクロレンズアレイを形成する現像工程と、を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法を提供することもできる。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、透明基板２１と、透明基板２１上に形成された遮光膜２２とを有するフォトマスク２０を、基板３１上に形成された感光性レジスト層３２に対向するように配置し、露光する。次に、感光性レジスト層３２を現像することで、図１０（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ３２ａを形成することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

１、１ａ…単位領域、 １ｂ…補正用単位領域、 １０…ドットパターン、 ２０…フォトマスク、 ２１…透明基板、 ２２…遮光膜、 ３１…基板、 ３２…感光性レジスト層、 ３２ａ…マイクロレンズアレイ

Claims (5)

1. 露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクを作製するためのパターンデータの作製方法であって、
   前記フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標とした場合に、目的とする形状を得るための透過光量分布を、座標値ｘ、ｙの関数としてＺ座標上の座標値ｚで表す透過光量分布把握処理と、
   前記座標値ｚに対応するように、前記Ｘ−Ｙ座標の領域に前記ドットパターンを生成するドットパターン生成処理と、を有し、
   前記ドットパターン生成処理において、前記透過光量分布に対応する正方形の単位領域、および、前記単位領域に隣接する補正用単位領域の結合領域のドットパターンを生成し、
   前記結合領域のドットパターンから前記単位領域のドットパターンを抽出し、
   複数の前記単位領域のドットパターンを、互いに隣接するように配置することを特徴とするパターンデータの作製方法。
2. 前記結合領域が、前記単位領域と、前記単位領域を囲む８つの前記補正用単位領域とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパターンデータの作製方法。
3. 前記ドットパターン生成処理を、誤差分散法またはオーダードディザ法を用いて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターンデータの作製方法。
4. 前記パターンデータが、マイクロレンズアレイを作製するためのデータであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のパターンデータの作製方法。
5. 前記ドットパターン生成処理において、前記単位領域および前記補正用単位領域の境界においても誤差分散法を用いて前記結合領域のドットパターンから前記単位領域のドットパターンを抽出するか、前記単位領域および前記補正用単位領域の境界を含むように、ディザ行列を配置し、オーダードディザ法を用いて、前記結合領域のドットパターンから前記単位領域のドットパターンを抽出することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載のパターンデータの作製方法。