JP6686462B2

JP6686462B2 - 階調露光用テストマスク

Info

Publication number: JP6686462B2
Application number: JP2016009503A
Authority: JP
Inventors: 登山　伸人; 登山　　伸人
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017129766A

Description

本発明は、階調露光用テストマスクに係り、特にマスクの開口率の違いによるレジスト残膜量を導出するとともに、階調露光に適した寸法を求めるための階調露光用テストマスクに関する。

例えば、撮像素子や表示装置等に使用するマイクロレンズ等の三次元構造の製造では、感光性レジストに対して階調露光マスクを用いた階調露光を行い、露光量に応じたレジスト残膜を得ることにより、マイクロレンズに所望の曲率半径を付与することが行われている。また、階調露光は、半導体装置の製造において、厚みの異なるレジストパターンを形成する工程等にも利用されている。
階調露光では、マスクの光透過率を制御することにより、所望の階調露光が可能となる。例えば、光透過率の変化に連続性を保った上で、マスク設計値で設定された高い光透過率を再現することを目的としたグレースケールマスクとして、所定の単位領域における光透過部位と遮光部位の二つの矩形の面積を変化させることで開口率を制御し、光透過率を調整したマスクが提案されている（特許文献１）。

特開２０１２−１５９７５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のグレースケールマスクは、開口率が小さく光透過率の低いパターンでの開口部の寸法、および、開口率が大きく光透過率の高いパターンでの遮光部の寸法が小さくなり、マスク製造工程の限界から、所望のグレースケールマスクが実現できない、あるいは、実現が難しいという問題があった。一方、このような開口率が大きい、あるいは、開口率が小さいパターンを有するマスクの製造が可能となるように、上記の単位領域を拡大した場合、開口率が５０％近辺のパターン寸法が大きくなって、露光時に解像されることとなり、階調露光が困難となる。そして、このようなグレースケールマスクを用いて露光し、現像された後のレジスト表面には、凹凸が発生して所望の三次元構造が得られず、例えば、マイクロレンズの製造に支障を来すという問題があった。

このため、階調露光用テストマスクを用いて予めマスクの開口率の違いによるレジスト残膜量を測定し、開口率、パターン寸法の最適な範囲を把握し、これに基づいて階調露光マスクを作製することが必要となる。しかし、マスクの開口率の違いによるレジスト残膜量を測定するために、上述のグレースケールマスクと同様の構成のテストマスクを階調露光用テストマスクとして使用した場合、開口率、開口部の寸法の最適な範囲を把握することが難しいという問題があった。
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、マスクの開口率の違いによるレジスト残膜量の測定が容易であり、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出するための階調露光用テストマスクを提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明は、透明基板と、該透明基板の一方の面に位置する遮光膜パターンとを備えた階調露光用テストマスクにおいて、前記透明基板には、複数のパターン領域からなるパターン領域群が画定されており、各パターン領域には遮光膜パターンが位置しており、一の前記パターン領域群を構成する前記複数のパターン領域のそれぞれが具備する遮光膜パターンは、互いに異なる最小寸法を有し、すべての前記最小寸法は、マスク製造に使用する描画装置の製造限界寸法以上の寸法であり、前記複数のパターン領域のそれぞれが具備する前記遮光膜パターンのうち、最も小さい最小寸法は、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法よりも小さく、最も大きい最小寸法は、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法以上であり、個々の前記パターン領域は、複数の単位領域に区分されており、一の前記パターン領域を構成する各単位領域に位置する前記遮光膜パターンの開口率が相互に異なるような構成とした。

本発明の他の態様として、一の前記パターン領域群を構成する前記パターン領域は、同じパターン形状の遮光膜パターンを有しているような構成とした。
本発明の他の態様として、複数の前記パターン領域群を備え、遮光膜パターンのパターン形状は前記パターン領域群相互間で異なるような構成とした。

本発明の他の態様として、一の前記パターン領域を構成する複数の前記単位領域には、全域に遮光膜が位置して開口率が０％である単位領域、および、遮光膜が存在せず開口率が１００％である単位領域の少なくとも一方が含まれるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記パターン領域は相互に離間しており、前記パターン領域間には遮光膜が存在しているような構成とした。

本発明の他の態様として、本発明の他の態様として、複数の前記パターン領域群によって一のパターン領域集合体が構成され、前記透明基板上には複数の前記パターン領域集合体が位置するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記遮光膜パターンは、ライン／スペース形状、および、ドット形状の少なくとも一方であるような構成とした。
本発明の他の態様として、一の前記パターン領域における複数の前記単位領域の区分は格子形状であり、隣接する単位領域の開口率の差が小さくなるように各単位領域の開口率が設定されているような構成とした。

本発明は、マスクの開口率の違いによるレジスト残膜量の測定を容易に行うことができ、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出することが可能である。

図１は、本発明の階調露光用テストマスクの一実施形態を示す平面図である。図２は、図１に示される階調露光用テストマスクの部分拡大平面図である。図３は、図１に示される階調露光用テストマスクにおける一のパターン領域を区分する単位領域の一例を示す平面図である。図４は、ライン／スペース形状である遮光膜パターンを説明するための図である。図５は、ドット形状である遮光膜パターンを説明するための図である。図６は、複数の単位領域が有する遮光膜パターンがライン／スペース形状であるパターン領域の一例を示す平面図である。図７は、複数の単位領域が有する遮光膜パターンがライン／スペース形状であるパターン領域の他の例を示す平面図である。図８は、マスクの開口率とレジスト残膜量の関係から得られるレジスト残膜量関数を示す図である。図９は、図８に示されるレジスト残膜量関数の逆関数である開口率関数を示す図である。図１０は、マイクロレンズの厚みのプロファイルを示す図である。図１１は、マイクロレンズに必要な厚みを得るための開口率の分布を示す図である。図１２は、マイクロレンズ製造の工程を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。

図１は、本発明の階調露光用テストマスクの一実施形態を示す平面図であり、図２は図１に示される階調露光用テストマスクの部分拡大平面図である。図１および図２において、階調露光用テストマスク１１は、透明基板１２と、この透明基板１２の一方の面１２ａに位置する遮光膜１３と遮光膜パターン１４とを備えている。
透明基板１２の一方の面１２ａには、同じパターン形状の遮光膜パターン１４を有するＫ個（Ｋは２以上の整数）のパターン領域２１_-Kからなるパターン領域群２１と、同じパターン形状の遮光膜パターン１４を有するＫ個のパターン領域２２_-Kからなるパターン領域群２２が位置しており、パターン領域群２１が有するパターン形状と、パターン領域群２２が有するパターン形状は異なるものである。図２では、Ｋ＝９の場合が示されており、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9に位置する９種の遮光膜パターン１４を、例えば、光透過部と遮光部がライン／スペース形状とすることができる。また、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9に位置する９種の遮光膜パターン１４を、例えば、遮光部がドット形状であるものとすることができる。９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9と９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9が画定されている部位を除く領域には、遮光膜１３が存在している。

上記のパターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9と、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9は、それぞれＮ個（Ｎは２以上の整数）の単位領域に区分されている。図３に示される例では、パターン領域２１_-Kが格子形状に１６個（Ｎ＝１６）の単位領域３１_-1〜３１_-16に区分されており、パターン領域２２_-Kにおいても同様とすることができる。
また、図２に示されるように、パターン領域群２１とパターン領域群２２により、一のパターン領域集合体１５が構成されている。そして、図１に示す例では、透明基板１２の一方の面１２ａ上に、このようなパターン領域集合体１５（鎖線で囲み示している）が５個位置している。
このような階調露光用テストマスク１１を構成する透明基板１２は、従来の露光用マスクに使用されている透明基板であってよく、例えば、ガラス基板、合成石英基板、樹脂基板等である。
また、遮光膜１３、遮光膜パターン１４の遮光部は、クロム薄膜等、フォトマスクに従来から使用されている遮光材料からなるものであってよい。

本実施形態では、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9が具備する９種の遮光膜パターン１４の最小寸法が、パターン領域相互間で異なる。また、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9が具備する９種の遮光膜パターン１４の最小寸法が、パターン領域相互間で異なる。このような９種の遮光膜パターン１４の９種の最小寸法は、いずれも、マスク製造に使用する描画装置等の製造限界寸法以上の寸法とする。また、９種の遮光膜パターン１４の９種の最小寸法は、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法を包含するように設定することができる。例えば、マスク製造工程における製造限界寸法が４００ｎｍであり、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法が約１μｍである場合、パターン領域群２１を構成するパターン領域２１_-1からパターン領域２１_-9に向けて、９種の遮光膜パターンの最小寸法を、４００ｎｍ，６００ｎｍ，８００ｎｍ，１０００ｎｍ，１２００ｎｍ，１４００ｎｍ１６００ｎｍ，１８００ｎｍ，２０００ｎｍのように設定することができる。パターン領域群２２を構成するパターン領域２２_-1〜２２_-9においても、同様とすることができる。尚、例えば、階調露光用テストマスク１１がウェーハ上に５倍の縮小倍率をもつ場合、このように設定した遮光膜パターン１４の最小寸法は、ウェーハ上に塗布された感光材料であるレジスト膜における最小寸法として、８０ｎｍ，１２０ｎｍ，１６０ｎｍ，２００ｎｍ，２４０ｎｍ，２８０ｎｍ，３２０ｎｍ，３６０ｎｍ，４００ｎｍとなる。

また、本実施形態では、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9と、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9が、上記のように、それぞれ１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16に区分されている。そして、一のパターン領域における１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16にそれぞれ位置する遮光膜パターン１４の開口率は、相互に異なるものである。例えば、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16において、単位領域３１_-1から単位領域３１_-16に向けて、開口率を、５％，１０％，１５％，２５％，３０％，４０％，４５％，５０％，５５％，６０％，７０％，７５％，８０％，８５％，９０％，９５％のように設定することができる。
パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9において、上記のように９種の遮光膜パターン１４の最小寸法が相互に異なるものとし、また、開口率を上記のように１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16のそれぞれで相互に異なるものとすることにより、マスクの開口率に対するレジスト残膜量の導出が可能であるとともに、ウェーハ上における被照射体（レジスト膜）で解像しない領域、および、解像する領域を把握することができ、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出することが可能となる。

上記の開口率について、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9に位置するライン／スペース形状の遮光膜パターン１４と、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9に位置するドット形状の遮光膜パターン１４を例として、以下に説明する。

図４は、ライン／スペース形状である遮光膜パターン１４を説明するための図である。この図４では、１個の単位領域３１_-Nを鎖線で囲み示しているが、１個の単位領域３１_-Nに位置するライン／スペース形状の遮光膜パターン１４の数、単位領域との寸法比等は、仮に記載したものである。図４に示される遮光膜パターン１４は、ライン／スペース形状の線幅Ｓの光透過部１４Ｔと、線幅Ｌの遮光部１４Ｂ（斜線を付して示している）を有し、遮光部１４ＢがピッチＰで配列している。図４（Ａ）は、開口率５０％のライン／スペース形状である遮光膜パターン１４を示しており、線幅Ｌ＝線幅Ｓとなっている。また、図４（Ｂ）は、１００％未満であって開口率が最も高いライン／スペース形状の遮光膜パターン１４、図４（Ｃ）は、０％より高い中で開口率が最も低いライン／スペース形状の遮光膜パターン１４を示す図である。この図４（Ｂ）に示される遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂの線幅Ｌ、図４（Ｃ）に示される遮光膜パターン１４の光透過部１４Ｔの線幅Ｓは、マスク製造に使用する描画装置等の製造限界寸法以上の寸法とする必要がある。この場合、単位領域３１_-Nの大きさを変更することにより、対応することが可能である。例えば、図４（Ｂ）に示される開口率が最も高いライン／スペース形状の遮光膜パターン１４を考えたときに、単位領域３１_-Nの面積を大きく設定すれば、同じ高い開口率であっても、遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂの線幅Ｌは大きくなる。したがって、ライン／スペース形状の遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂの線幅Ｌ、光透過部１４Ｔの線幅Ｓが、マスク製造に使用する描画装置等の製造限界寸法以上の寸法となるように、単位領域３１_-Nの大きさを設定することができる。ただし、図４（Ｂ）に示される例では、遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂの線幅Ｌが大きくなると同時に、遮光膜パターン１４の光透過部１４Ｔの線幅Ｓも大きくなるので、線幅Ｓが階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法を超えない範囲で単位領域３１_-Nの大きさを設定することが好ましい。

ここで、遮光膜パターン１４がライン／スペース形状であり、上記の例のように、遮光膜パターン１４の最小寸法が４００ｎｍ〜２０００ｎｍの９種である場合において、遮光膜パターン１４の最小寸法が４００ｎｍであるパターン領域２１_-1について説明する。このパターン領域２１_-1の１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の開口率を、上記の例のように５％〜９５％の１６種とする場合、遮光部１４ＢのピッチＰ、光透過部１４Ｔの線幅Ｓ、遮光部１４Ｂの線幅Ｌを、下記の表１に示すように設定することができる。この設定では、開口率が５０％である単位領域３１_-8における遮光部１４Ｂの線幅Ｌ、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを、パターン領域２１_-1における最小寸法４００ｎｍとしており、したがって、遮光部１４ＢのピッチＰは８００ｎｍとなる。そして、開口率が５０％未満の単位領域３１_-1〜３１_-7では、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを最小寸法の４００ｎｍに統一し、それぞれ所望の開口率５％〜４５％となるように、遮光部１４Ｂの線幅Ｌを設定している。また、開口率が５０％を超える単位領域３１_-9〜３１_-16では、遮光部１４Ｂの線幅Ｌを最小寸法の４００ｎｍに統一し、それぞれ所望の開口率５５％〜９５％となるように、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを設定している。

ライン／スペース形状である遮光膜パターン１４を有する他の８個のパターン領域２１_-2〜２１_-9においても、開口率が５０％である単位領域３１_-8における遮光部１４Ｂの線幅Ｌ、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを、当該パターン領域における最小寸法とする。そして、開口率が５０％未満の単位領域３１_-1〜３１_-7では、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを当該最小寸法に統一し、それぞれ所望の開口率５％〜４５％となるように、遮光部１４Ｂの線幅Ｌを設定する。また、開口率が５０％を超える単位領域３１_-9〜３１_-16では、遮光部１４Ｂの線幅Ｌを当該最小寸法に統一し、それぞれ所望の開口率５５％〜９５％となるように、光透過部１４Ｔの線幅Ｓを設定する。これにより、各パターン領域の１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の開口率を、上記のパターン領域２１_-1と同様に、５％〜９５％の１６種とすることができる。

図５は、ドット形状である遮光膜パターン１４を説明するための図である。図５に示される遮光膜パターン１４は、幅Ｌの正方形のドット形状である遮光部１４ＢがピッチＰで格子状に配列している。この図５では、１個の単位領域３１_-Nを鎖線で囲み示しているが、１個の単位領域３１_-Nに位置するドット形状の遮光部１４Ｂの数、単位領域との寸法比等は、仮に記載したものである。図５（Ａ）は、開口率が５０％のドット形状の遮光膜パターン１４を示しており、２Ｌ²＝Ｐ²となっている。また、図５（Ｂ）は、１００％未満であって開口率で最も高いドット形状の遮光膜パターン１４、図５（Ｃ）は、０％より高い中で開口率が最も低いドット形状の遮光膜パターン１４を示す図である。この図５（Ｂ）に示される遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂの幅Ｌ、図５（Ｃ）に示される遮光膜パターン１４の光透過部１４Ｔの幅（Ｐ−Ｌ）は、マスク製造に使用する描画装置等の製造限界寸法以上の寸法とする必要がある。この場合も、上述のライン／スペース形状の遮光膜パターン１４と同様に、単位領域３１_-Nの大きさを適宜設定することにより、ドット形状の遮光部１４Ｂの幅Ｌ、光透過部１４Ｔの幅（Ｐ−Ｌ）が、マスク製造に使用する描画装置等の製造限界寸法以上の寸法となるようにすることができる。

ここで、遮光膜パターン１４の遮光部１４Ｂがドット形状であって、上記の例のように、遮光膜パターン１４の最小寸法が４００ｎｍ〜２０００ｎｍの９種である場合において、遮光膜パターン１４の最小寸法が４００ｎｍであるパターン領域２２_-1について説明する。このパターン領域２２_-1の１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の開口率を、上記の例ように５％〜９５％の１６種とする場合、遮光部１４ＢのピッチＰ、遮光部１４Ｂの幅Ｌを、下記の表２に示すように設定することができる。この設定では、開口率が７５％である単位領域３１_-12における遮光部１４Ｂの幅Ｌ、光透過部１４Ｔの幅（Ｐ−Ｌ）を、パターン領域２２_-1における最小寸法４００ｎｍとしている。そして、開口率が更に大きい単位領域３１_-13〜３１_-16では、遮光部１４Ｂの幅Ｌを最小寸法の４００ｎｍに統一し、それぞれ所望の開口率８０％〜９５％となるように、遮光部１４ＢのピッチＰ、すなわち光透過部１４Ｔの幅（Ｐ−Ｌ）を設定している。また、開口率が５％〜７０％の単位領域３１_-1〜３１_-11では、それぞれ所望の開口率となるように、遮光部１４Ｂの幅Ｌ、遮光部１４ＢのピッチＰを設定している。

ドット形状である遮光膜パターン１４を有する他の８個のパターン領域２２_-2〜２２_-9においても、開口率が７５％である単位領域３１_-12における遮光部１４Ｂの幅Ｌ、光透過部１４Ｔの幅（Ｐ−Ｌ）を、当該パターン領域における最小寸法とする。そして、開口率が更に大きい単位領域３１_-13〜３１_-16では、遮光部１４Ｂの幅Ｌを当該最小寸法に統一し、それぞれ所望の開口率８０％〜９５％となるように、遮光部１４ＢのピッチＰを設定する。また、開口率が５％〜７０％の単位領域３１_-1〜３１_-11では、それぞれ所望の開口率となるように、遮光部１４Ｂの幅Ｌ、遮光部１４ＢのピッチＰを設定する。これにより、各パターン領域の１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の開口率を、上記のパターン領域２２_-1と同様に、５％〜９５％の１６種とすることができる。
尚、上述の例では、一のパターン領域を区分する単位領域を、単位領域３１_-1〜３１_-16の１６個としているが、一のパターン領域を区分する単位領域の数は、複数であればよく、特に制限はない。また、上述の例では、単位領域３１_-1から単位領域３１_-16に向けて、開口率を５％〜９５％の１６種としているが、この中に、開口率０％の単位領域（当該単位領域の全域に遮光膜１３が存在する）、開口率１００％の単位領域（当該単位領域に遮光膜１３が存在しない）の少なくとも一方を含むものであってもよい。また、単位領域の位置と開口率の大きさとの間には特に制限がなく、例えば、隣接する単位領域の開口率の差ができるだけ小さくなるように設定することができる。

図６および図７は、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16が有する遮光膜パターン１４がライン／スペース形状であるパターン領域２１_-Kを示す図であり、図６は、遮光膜パターン１４の最小寸法が小さいパターン領域２１_-Kの例、図７は、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きいパターン領域２１_-Kの例を示している。尚、図６および図７では、黒色部位が遮光部１４Ｂ、灰色部位が光透過部１４Ｔであり、また、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の境界を示すために、パターン領域２１_-Kの外側に鎖線を付して示している。上述のように、本発明の階調露光用テストマスク１１において、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9の遮光膜パターン１４の最小寸法は相互に異なるものである。そして、各パターン領域のそれぞれ画定されている１６個（Ｎ＝１６）の単位領域３１_-1〜３１_-16に位置する遮光膜パターン１４の開口率は、相互に異なるものである。図６、図７では、単位領域３１_-1〜３１_-16に位置する遮光膜パターン１４の開口率が相互に異なることが明確に示されている。

このような本発明の階調露光用テストマスクは、マスクの開口率の違いによるレジスト残膜量の測定を容易に行うことができる。また、パターン領域相互において遮光膜パターンの最小寸法が異なるので、階調露光に使用する露光装置の解像限界を把握して、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出することが可能である。
上述の実施形態は例示であり、本発明の階調露光用テストマスクは、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9は、それぞれ直線状に配列されているが、配列形状は、これに限定されるものではない。また、一のパターン領域群を構成するパターン領域の数は、９個に限定されるものではない。さらに、複数のパターン領域群により構成されるパターン領域集合体１５の数、配置も、上述の実施形態に限定されるものではない。

次に、本発明の階調露光用テストマスクの使用例を、上述の階調露光用テストマスク１１を例として説明する。
まず、感光材料であるレジストをウェーハ上に塗布して、レジスト膜を形成し、このレジスト膜を、階調露光用テストマスク１１を介して所定の条件で露光し、その後、現像する。
次に、現像後のレジスト残膜量を測定する。図１に示される階調露光用テストマスク１１の例では、５個のパターン領域集合体１５を備えているが、レジスト残膜量の測定は、所望の１個のパターン領域集合体１５にて行ってよく、また、２個以上のパターン領域集合体１５において行ってもよい。このレジスト残膜量の測定は、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9のそれぞれにおいて、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16毎に行い、また、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9のそれぞれにおいても、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16毎に行う。

このレジスト残膜量は、例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の探針をレジスト残膜上に走査させて測定することができる。このようなレジスト残膜量の測定を、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16毎に行うことをより容易とするために、所望のマークを設けてもよい。例えば、上述の図６および図７において、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の境界を示すためにパターン領域２１_-Kの外側に付した鎖線の位置に、所望のマークを設け、このマークを目印としてレジスト残膜量の測定部位を把握することができる。このようなマークは、例えば、階調露光用テストマスク１１に光透過部として設けておき、露光、現像後に、周囲に対して凹部形状のマークとして存在させることができる。
このようなレジスト残膜量の測定により、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9から、図８（Ａ）に示されるようなマスクの開口率とレジスト残膜量の関係が得られる。ライン／スペース形状の遮光パターン１４が位置する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9から得られるマスクの開口率とレジスト残膜量の関係からは、基本的には同じレジスト残膜量関数が得られる。

また、パターン領域群２１を構成する９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9の中で、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きいパターン領域では、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の中で遮光膜パターン寸法が大きい単位領域、すなわち、開口率が大きい単位領域、開口率が小さい単位領域において、露光時にパターンが解像されてしまい、階調露光がなされない場合が生じる。この場合、例えば、表１に示されるように遮光膜パターンの最小寸法が小さい開口率５０％を中心に、階調露光が可能な開口率の範囲のみにおいて、マスクの開口率とレジスト残膜量の関係が得られる。図８（Ｂ）は、遮光膜パターンの寸法が大きい単位領域において露光時に遮光膜パターンが解像されてしまい、階調露光がなされない場合に得られるマスクの開口率とレジスト残膜量の関係を実線で示している。したがって、階調露光用テストマスク１１を用いた階調露光により、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法も把握することができ、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出することができる。尚、図８（Ｂ）における実線の範囲は、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きいパターン領域ほど、狭くなる。

さらに、レジスト残膜量の測定により、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9からも、図８（Ａ）に示されるようなマスクの開口率とレジスト残膜量の関係が得られる。このドット形状の遮光パターン１４においても、９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9から得られるマスクの開口率とレジスト残膜量の関係からは、基本的には同じレジスト残膜量関数が得られる。

また、パターン領域群２２を構成する９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9の中で、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きいパターン領域では、１６個の単位領域３１_-1〜３１_-16の中で遮光膜パターン寸法が大きい単位領域、すなわち、開口率が大きい単位領域、開口率が小さい単位領域において、露光時にパターンが解像されてしまい、階調露光がなされない場合が生じる。この場合、例えば、表２に示されるように遮光膜パターンの最小寸法が小さい開口率７５％を中心に、階調露光がなされた開口率の範囲において、マスクの開口率とレジスト残膜量の関係が得られる。図８（Ｃ）は、遮光膜パターンの寸法が大きい単位領域において露光時に遮光膜パターンが解像されてしまい、階調露光がなされない場合に得られるマスクの開口率とレジスト残膜量の関係を実線で示している。したがって、階調露光用テストマスク１１を用いた階調露光により、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法も把握することができ、階調露光に適した寸法をもつ階調パターンを導出することができる。尚、図８（Ｃ）における実線の範囲は、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きいパターン領域ほど、狭くなる。

上記のように階調露光用テストマスク１１を用いた露光、現像、レジスト残膜量の測定から、マスクの開口率とレジスト残膜量の関係として、レジスト残膜量関数が得られるとともに、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法も把握することができる。
次に、上記のように露光、現像、レジスト残膜量の測定から得られたレジスト残膜量関数から、その逆関数となる開口率関数を図９に示すように求める。この開口率関数としては、９個のパターン領域２１_-1〜２１_-9から、階調露光の表現が異なる９種の開口率関数が得られ、９個のパターン領域２２_-1〜２２_-9から、階調露光の表現が異なる９種の開口率関数が得られる。

次いで、目的の三次元構造の厚みのプロファイル、ここでは図１０に示すようなマイクロレンズの厚みのプロファイルを得る。この三次元構造の厚みのプロファイルと、図９に示される開口率関数から、図１１に実線で示すような、マイクロレンズに必要な厚みを得るための開口率の分布を求める。次に、上記の１８種の開口率関数の中で、図１１に示される開口率の変化が表現可能な開口率関数を選択し決定する。そして、複数の開口率関数の選択が可能な場合、遮光膜パターン１４の最小寸法が最も大きいパターン領域から得られた開口率関数を選択することが好ましい。これは、遮光膜パターン１４の最小寸法が大きい程、マイクロレンズ製造用のマスク作製が容易となるからである。
上記のように採用する開口率関数が決定した後、図１１に示される開口率の変化を有するマイクロレンズ用の階調露光マスク設計を行う。そして、この階調露光マスク設計にしたがって、図１１に示される開口率変化を有する遮光部４２を備えた階調露光マスク４１を製造する（図１２（Ａ））。尚、図示の遮光部４２は、便宜的に記載している。

次に、上記のように製造した階調露光マスク４１を用いて、基材５１上に設けたレジスト層５２を階調露光する（図１２（Ａ））。この階調露光における露光条件は、上述の階調露光用テストマスク１１を用いた露光と同じ条件で行う。
次いで、現像してポストベークすることにより、マイクロレンズ５５を作製することができる（図１２（Ｂ））。

階調露光マスクを介した露光により所望の三次元構造体を形成する工程を有する種々の製造分野において有用である。

１１…階調露光用テストマスク
１２…透明基板
１３…遮光膜
１４…遮光膜パターン
１４Ｂ…遮光部
１４Ｔ…光透過部
１５…パターン領域集合体
２１_-K，２１_-1〜２１_-9…パターン領域
２２_-K，２２_-1〜２２_-9…パターン領域
３１_-1〜３１_-16…単位領域

Claims

透明基板と、該透明基板の一方の面に位置する遮光膜パターンとを備えた階調露光用テストマスクにおいて、
前記透明基板には、複数のパターン領域からなるパターン領域群が画定されており、各パターン領域には、遮光膜パターンが位置しており、
一の前記パターン領域群を構成する前記複数のパターン領域のそれぞれが具備する遮光膜パターンは、互いに異なる最小寸法を有し、
すべての前記最小寸法は、マスク製造に使用する描画装置の製造限界寸法以上の寸法であり、
前記複数のパターン領域のそれぞれが具備する前記遮光膜パターンのうち、最も小さい最小寸法は、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法よりも小さく、最も大きい最小寸法は、階調露光に使用する露光装置の解像限界寸法以上であり、
個々の前記パターン領域は、複数の単位領域に区分されており、一の前記パターン領域を構成する各単位領域に位置する前記遮光膜パターンの開口率が相互に異なることを特徴とする階調露光用テストマスク。
一の前記パターン領域群を構成する前記パターン領域は、同じパターン形状の遮光膜パターンを有していることを特徴とする請求項１に記載の階調露光用テストマスク。
複数の前記パターン領域群を備え、遮光膜パターンの形状は前記パターン領域群相互間で異なることを特徴とする請求項２に記載の階調露光用テストマスク。
一の前記パターン領域を構成する複数の前記単位領域には、全域に遮光膜が位置して開口率が０％である単位領域、および、遮光膜が存在せず開口率が１００％である単位領域の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の階調露光用テストマスク。
前記パターン領域は相互に離間しており、前記パターン領域間には遮光膜が存在していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の階調露光用テストマスク。
複数の前記パターン領域群によって一のパターン領域集合体が構成され、前記透明基板上には複数の前記パターン領域集合体が位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の階調露光用テストマスク。
前記遮光膜パターンは、ライン／スペース状、および、ドット形状の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の階調露光用テストマスク。
一の前記パターン領域における複数の前記単位領域の区分は格子形状であり、隣接する単位領域の開口率の差が小さくなるように各単位領域の開口率が設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の階調露光用テストマスク。