JP2000040660A - 光リソグラフィ装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
る光リソグラフィーシステムを提供する。 【解決手段】 直接書込システムが、コンピュータ制御
の空間光変調器を使用して、予め設定した光パターンを
基材(例えばウエハ)表面に供給する。画像パターンは
コンピュータに格納され、空間光変調器の画素の電子制
御を介して直接ウエハを照射し、ポリマーアレイの一部
を定める。例えば微小鏡アレイを空間光変調器として使
用した直接書き込みシステムでは、微小鏡アレイの各画
素の角度を適切な強度の光線を反射したり反射しないよ
うにするためにコンピュータ制御することによって、各
光リソグラフィーステップにおいて基材上の個々のフィ
ーチャーの結像(焼付)がフォトマスクを使用せずに行
われる。空間光変調器を含む直接書込システムは、ポリ
マーアレイ合成(例えばDNAアレイ合成)におけるフ
ィーチャー脱保護に特に有用である。
Description
に関し、さらに詳細には直接書き込み光リソグラフィー
に関する。
標))プローブアレイ(Affymetrix, Inc., Santa Clar
a, CA)などのポリマーアレイは、光誘導法を用いて合
成することができ、この方法は例えば、米国特許第5,
143,854号、第5,424,186号、第5,5
10,270号、第5,800,992号、第5,44
5,934号、第5,744,305号、第5,38
4,261号、および第5,677,195号、および
PCT特許出願WO95/11995号に記載されてお
り、これらの記載内容全体を本明細書に引用する。一例
を挙げると、オリゴヌクレオチドの光誘導合成には、
5’末端保護ヌクレオシドホスホロアミダイト「部分構
造」を使用する。5’末端の保護基は、感光性または酸
反応性のいずれでもよい。予め定めた領域の複数のポリ
マー配列を、保護基の除去(保護基の選択的除去)と連
結のサイクルを繰り返すことで合成する。連結(すなわ
ち、ヌクレオチドまたはモノマーの付加)は、保護基が
外された部位のみに起こる。光誘導合成には3つの方法
がある。感光性保護基と直接的光保護基除去(DPD)
の使用、酸反応性4,4’−ジメトキシトリチル(DM
T)保護基およびフォトレジストの使用、DMT保護基
と光酸発生物質(PAG)含有ポリマーフィルムの使
用、の3つである。
れるものと同様の数多くの製造ステップを有する。また
これらの方法は、予め規定したポリマーアレイ合成のた
めに使用する光が、基材のある領域に到達し他の領域に
は到達しないようにする画像パターンを有するフォトマ
スク(マスク)の使用も含む。基材は、非多孔性、硬
質、半硬質、等であってもよい。基材は、ウェル、溝、
平らな表面、等に成形することができる。基材には、シ
リコン、ガラス、石英ガラス、石英などのシリカ含有基
材、およびポリアクリルアミド、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、等のなどのプラスチックおよびポリマーな
ど、の固体を含むことができる。通常は、固体基材は、
ウエハと呼ばれ、これより個々のチップが作られる(前
述の本明細書に引用の米国特許を参照にされたい)。従
って、マスク上に形成されたパターンをウエハ上に投影
することで、ウエハのどの位置で保護基を除去してどの
位置で保護したままとするかを定める。例えば、米国特
許第5,593,839号および第5,571,639
号を参照にされたい。これらの記載内容全体を本明細書
に引用する。
的または光化学的段階は、フォトマスクを使用した密着
焼付法(contact printing)または近接焼付法(proximity
printing)により行うことができる。例えば、エマルジ
ョンまたはクロム処理ガラスマスクを、ウエハと接触さ
せて置くか、またはウエハと接触しそうな位置に置き、
次にウエハに適当な波長を有する光をマスクを通して照
射する。しかしながら、マスクの作製および使用は高価
となることがあり、破損したり紛失したりすることがあ
る。
ーンを有するいろいろなマスクがそれぞれ別々のフォト
マスク段階で使用され、多くのチップを含むウエハの合
成には、異なる画像パターンの複数のフォトマスク段階
が必要となる。例えば、20量体のアレイの合成には、
ほぼ70の光リソグラフィー段階と関連する特有のフォ
トマスクが必要である。
および方法の使用には、複数の異なる画像パターンマス
クを予め作製し、フォトマスク段階ごとに光リソグラフ
ィーシステム内で交換する必要がある。この複数の異な
るパターンマスクのため、準備時間が必要となり、また
光リソグラフィーシステムおよび方法が複雑かつ非効率
的となる。さらに、マスクを使用する密着焼付は、ウエ
ハ上に欠陥を引き起こすことがあり、これによって反応
部位の一部に欠陥が生じる。従って、このようなマスク
を必要とせずこれらの困難をなくすことのできる光リソ
グラフィーシステムおよび方法が概して有用であり、よ
り効率的で簡略化されたリソグラフィー処理を提供する
ことになる。
明の優位点の一つは、改良され簡略化された光リソグラ
フィシステムおよび方法を提供することである。
設定可能な光変調器を使用して画像を動的に作成する光
リソグラフィーシステムおよび方法を提供することであ
る。
クを使用しない光リソグラフィーシステムおよび方法を
提供することである。
レイの各領域の脱保護(ディプロテクト)のために、コ
ンピュータで生成した電子制御信号および空間光変調器
を使用して、フォトマスクを使用せずに、予め設定した
光パターンを基材表面に照射する光リソグラフィーシス
テムおよび方法を提供することである。
レイ合成は、フォトマスクを使用しないシステムを用い
て行われる。
レイ合成は、透過型空間光変調器を使用するがレンズお
よびフォトマスクは使用しないシステムを用いて行われ
る。
き込みシステム(Direct Write System) が、基材(例え
ばウエハ)表面に形成されるべき画像パターンを発す
る。この画像パターンはコンピュータに格納される。直
接書き込みシステムは、画像パターンから生成される光
パターンを、光誘導ポリマー合成(例えば、オリゴヌク
レオチド)のための基材表面に投影する。この光パター
ンは、フォトマスク上のパターンで定められるのではな
く、コンピュータによって制御された空間光変調器によ
って生成される。従って、直接書き込みシステムにおい
ては、各画素は適当な強度の光線によって照射され、基
材上への個々のフィーチャーの結像(焼付)は、コンピ
ュータ制御によって動的に決定される。
ーアレイ合成は、空間光変調器として知られる機器を使
用して、脱保護しようとするポリマーアレイの画像パタ
ーンを定めることによって行われる。
器を使用してポリマーアレイを合成する方法と、ここで
教示する方法を使用して合成したポリマーアレイが提供
される。
は、一般的には光リソグラフィーに関し、特に光リソグ
ラフィ・プロセスを使用したポリマーアレイ合成のため
の光学リソグラフィーに関する。しかしながら本発明
は、本来的に、光リソグラフィーにおいてフォトマスク
を不必要化するために一般に適用可能なものである。
含む物品および特許を参照している。これら参考資料の
記載内容全体を、本明細書に引用する。
ラフィーシステムが、光リソグラフィー工程中に予め設
定した画像パターンを動的に交換することができるマス
ク不要の光リソグラフィーシステムおよび方法を用いる
ことで、ポリマーアレイ合成の費用、品質、および効率
を顕著に改良できる、という原則に基づいている。よっ
て、本発明は、フォトマスクを使用せずに意図する画像
パターンを動的に交換する手段を含む光リソグラフィー
システムを提供する。このような手段の一つとして、コ
ンピュータにより電子制御され、ポリマーアレイ合成の
各光リソグラフィー段階において予め設定した固有の画
像パターンを作成する空間光変調器が含まれる。空間光
変調器は、例えば、微細機械加工による機械的変調器や
超小型電子素子(例えば、液晶ディスプレイ(LC
D))であってもよい。このような空間光変調器を使用
した本発明の直接書き込みシステムは、ポリペプチド、
炭水化物、および核酸のアレイなどのポリマーアレイの
合成において特に有用である。通常、核酸アレイには、
ガラスに付着させたポリヌクレオチドまたはオリゴヌク
レオチド、例えば、デオキシリボ核酸(DNA)アレ
イ、が含まれる。
小機械加工による機械的変調器を使用して、ポリマーが
合成される基材上の予め設定した領域(すなわち、フォ
トリソグラフィー工程前に予め定めた基材上の既知の領
域)に光を照射することを含む。基材の予め設定した領
域と、これと関連する、例えば、微小機械加工による機
械的変調器の一区分(すなわち、微小鏡アレイ)とを、
本明細書ではフィーチャー(feature)と呼ぶ。予め設
定した各領域、すなわちフィーチャーにおいて、例え
ば、特定のオリゴヌクレオチド配列が合成される。機械
的変調器は、種々のタイプのものが販売されているが、
そのうちの2種類について以下に少し詳細に述べる。
レイがあり、これは小さな金属製鏡を使用して光線を選
択的に特定の個々のフィーチャーに反射し、これによっ
て各フィーチャーが光源からの光を選択的に受ける(す
なわち、各フィーチャーがオンおよびオフの状態にな
る)。一例として、テキサス・インストルメンツ社(Te
xas Instruments, Inc., Dallas, Texas, USA)製のプ
ログラム可能な微小鏡アレイのデジタル・マイクロミラ
ー・デバイス(DMDTM)が挙げられる。テキサス・
インストルメンツ社は、主として投影式ディスプレイ
(例えば、大型スクリーンビデオ)アレイを販売してお
り、これはアレイの画像を非常に拡大して壁やスクリー
ンに投影するものである。しかしながら本発明は、適当
な光学系および適当な光源とともに、プログラム可能な
微小鏡アレイを、光リソグラフィー合成、特にポリマー
アレイ合成に使用することができる。
TMアレイは、640×480個の鏡(VGA型)また
は800×600個の鏡(スーパーVGA(SVGA)
型)で構成される。より多くの鏡を有する装置は開発中
である。各鏡は、16μm×16μmであり、鏡の間に
は1μmの間隙がある。このアレイは、軸から20度離
れた角度から照射されるように設計されている。各鏡
は、オン状態(一方向に10度傾く)またはオフ状態
(別の方向に10度傾く)となることができる。レンズ
(軸上)は、アレイを標的上に投影する。微小鏡がオン
状態になると、微小鏡によって反射した光はレンズを通
過して、微小鏡の像が明るく見える。微小鏡がオフ状態
になると、微小鏡によって反射した光はレンズから外れ
て、微小鏡の像は暗く見える。ソフトウェアによってア
レイを瞬間的に再編成することができる(すなわち、ア
レイ中の各微小鏡は、要望どおりにオン状態またはオフ
状態とすることができる)。
る空間光変調器を基礎とする光リソグラフィーシステム
を図1に示す。この実施例は、微小鏡アレイ1より作ら
れた空間光変調器、アーク燈3、予め設定した画像パタ
ーンをチップまたはウエハ(数多くのチップを含む)4
上に投影するためのレンズ2を含む。操作の際には、平
行にして、フィルターに通し、均質にしたランプ3から
の光5が、微小鏡アレイ1内の動的にオン状態となった
微小鏡によって光線6のように選択的に反射され、レン
ズ2を透過して、反射光線8となってチップまたはウエ
ハ4上に達する。オフ状態の微小鏡からの反射光7は、
レンズ2から離れた方向に反射され、このためこれらの
領域はレンズ2およびチップまたはウエハ4からは暗く
見える。したがって、空間光変調器である微小鏡アレイ
1は、反射光(6または7)の方向を変えることで、チ
ップまたはウエハ4上に投影される予め設定した光画像
8を定める。反射光の方向は、各画素から各フィーチャ
ーに伝達する光の強度によって変化する。基本的に、空
間光変調器は、方向および強度変調器として作動する。
ンストルメンツ(TI)社のDMD、特に、TI社製
「SVGA DLPTM」サブシステムにより提供する
ことができる。テキサス・インストルメンツ社の「SV
GA DLPTM」サブシステムに光学系を備え付けた
ものを、本発明における使用のために改良することがで
きる。テキサス・インストルメンツ社の「SVGA D
LPTM」サブシステムは、微小鏡アレイ(図1に示さ
れる微小鏡アレイ1)、光源、カラーフィルターホイー
ル、投影レンズ、アレイを駆動させコンピュータと接続
する電子機器を含む。カラーフィルターホイールは、例
えば、通過帯域が365〜410nmの帯域フィルター
で置きかえられる(波長は工程で使用するために選択し
た光化学物質に依存する)。さらに波長、例えば400
〜410nmで輝度を上げるために、光源をアーク燈3
と適当な均一化および平行化光学系に交換することがで
きる。装置に含まれるレンズは、非常に大きな共役比で
の使用を意図しており、望ましい拡大率でチップまたは
ウエハ4上に微小鏡アレイ1が投影されるために、適当
なレンズ2またはレンズの組と交換される。適当なレン
ズおよび帯域フィルタは、特に、システムおよび工程で
使用される、チップ上に形成されるために必要な画像サ
イズ、空間光変調器の種類、光源の種類、およびフォト
レジストおよび光化学物質の種類に依存する。
B−A型にレンズが配置)を1:1の拡大率(目的物サ
イズが画像サイズと同一)で使用することが望ましく、
その理由はある種の収差(歪み、横方向の色、コマ)が
対称性によって最小限に押さえることができるからであ
る。さらに対称レンズ系は、同数の表面を有する非対象
系の半分の数の変数しかないため、比較的簡単なレンズ
設計となる。しかしながら、1:1の拡大率では、可能
と思われる最大チップサイズが、VGA装置で10.8
8mm×8.16mm、またSVGA装置で10.2m
m×13.6mmである。例えば、標準的ジーンチップ
(登録商標)の12.8mm×12.8mmチップで
は、非対称光学系(例えば、SVGA装置を使用して拡
大率約1.25:1)、または鏡のサイズが一定の場合
でより大きな微小鏡アレイ(例えば、1028×768
個の鏡)が使用される。基本的に、レンズの拡大率は1
より大きくも小さくもすることができ、これはチップに
要求されるサイズに依存する。
レンズ系、例えば、色消しレンズまたはカメラレンズの
連続したもののようなものであれば十分である。本発明
のいくつかの用途に特に有用なレンズには、Rodenstock
(Rockford, IL)Apo-Rodagon Dがある。このレンズ
は、1:1の投影に最適化されており、約1.3:1ま
での拡大率で良好な性能を示す。同様のレンズが、他の
製造元より入手可能である。このようなレンズを使用す
る場合には、エアリーの円板の直径または錯乱円の直径
のいずれかがかなり大きくなる(おそらく10μm以
上)。Modern Optical Engineering, 2d Edition, Smit
h, W.J., ed., McGraw-Hill, Inc., New York(199
0)を参照にされたい。より高品質の合成のためには、
フィーチャーサイズは、エアリーの円板または錯乱円の
数倍大きくなる。従って、12.8mm×12.8mm
の視野を有し解像度約1〜2μmである注文製作のレン
ズが特に望ましい。
グラム可能な微小鏡アレイを用いたポリマーアレイ合成
の好ましい実施例について以下に説明する。まず、コン
ピュータファイルを作成し、特定の予め設定した画像パ
ターン作成のために、微小鏡アレイ1中のどの鏡がオン
状態になるべきでどれがオフ状態となるべきかを、各光
リソグラフィー段階について指定する。次に、4の作製
される各チップまたはウエハの合成を行う面上にフォト
レジストをコーティングして、光リソグラフィー装置上
のホルダーまたはフローセル(図には示していない)に
搭載し、合成を行う面が微小鏡アレイ1の画像が形成さ
れる面内に位置するようにする。フォトレジストは、ポ
ジティブ型またはネガティブ型のどちらでも良く、従っ
て、それぞれ、光にさらされる位置で保護基が除去され
るか、または光にさらされない位置で保護基が除去され
ることになる(フォトレジストの例には、ネガティブ色
調SU−8エポキシ樹脂(シェル・ケミカル(Shell Ch
emical))、および前述の特許および米国特許出願番号
第08/634,053号記載のものが挙げられる)。
チップまたはウエハの位置合わせおよび焦点合わせのた
めの機構として、x−y並進ステージなどが備えられて
いる。次に、微小鏡アレイ1を、要求する予め設定した
画像パターンによる適切な配置となるようにプログラム
して、アーク燈3のシャッターを開き、チップまたはウ
エハ4を要求される時間の間照射し、それからシャッタ
ーを閉じる。ウエハ(チップではなく)が合成される場
合は、ステッピングモーターで駆動する並進ステージに
よって、チップ間に要求される中心間距離に等しい距離
だけウエハを移動させ、アーク燈3のシャッターの開閉
を再び行い、これら二つの段階をウエハの各チップに光
が照射されるまで繰り返す。
グを行う。次に、ウエハ4を酸にさらし、フォトレジス
トが除去されたウエハ領域からDMT保護基を切断す
る。次いで、残りのフォトレジストを取り除く。次に、
要望する塩基(アデニン(A)、シトシン(C)、グア
ニン(G)、チミン(T))を含みDMTで保護したヌ
クレオチドを、保護基を除去したオリゴヌクレオチドと
結合させる。
フォトレジストをコーティングする。フォトレジストを
コーティングしたチップまたはウエハ4をホルダーに搭
載することから、再びチップまたはウエハ4にフォトレ
ジストをコーティングすることまでを、ポリマーアレイ
合成が終了するまで繰り返す。
ゾジオキソル−5−イル)エチルオキシカルボニル(M
eNPOC)の性質を利用したDPD法の場合、または
光酸発生物質を含むポリマーフィルムを使用したPAG
法をポリマーアレイ合成に使用した場合には無意味であ
って、フォトレジストは使用されず、工程が多少簡略化
される。しかしながら、空間光変調器を備えた直接書き
込み光リソグラフィーシステムを使用すれば、DPD法
およびPAG法を使用しフォトレジストは使用しない反
応部位の保護基除去工程の実施にも適用できる。
なように、フォトマスクは必要としない。このため、光
リソグラフィーシステムにおけるマスクの交換に伴う工
程時間の短縮、およびマスクの費用およびマスクの使用
に伴う工程の不良をなくすことによるポリマーアレイ合
成のための製造費用の削減によって工程が単純化され
る。さらに、リソグラフィーシステムプログラムを別の
ものに書き換えることによって新しいフォトマスクが作
成および点検できるため、この工程は改良された自由度
を有し、従って画像パターンコンピュータファイルをC
ADまたは同様のシステムから光リソグラフィーシステ
ムに転送することや、CADシステムから直接電子信号
を供給して動的に要求される光パターンを作成する光リ
ソグラフィーシステムの手段(例えば、空間光変調器)
を駆動させることができる。このように、光リソグラフ
ィーシステムは、従来のフォトマスクを主とした光リソ
グラフィーシステムよりも簡略化されより効率的であ
る。この光リソグラフィーシステムは、複雑な多段階光
リソグラフィー工程において特に有用であり、例えば7
0以上のサイクルを有するジーンチップ(登録商標)プ
ローブアレイのポリマーアレイ合成で、特に多種の生成
物が生成および修正される場合に有用である。
ングした基材を、本発明の好ましい実施例、例えばフォ
トレジストを伴うDMT法で使用する。ポリマーアレイ
製造のためのフォトレジストを使用する光リソグラフィ
ー法の使用については、McGall et al., Chemtech, pp.
22-32(Feb. 1997)、McGall et al., Proc, Natl.Aca
d. Sci., U.S.A., Vol. 93, pp. 13555-13560(Nov. 19
96)、および前述の種々の特許に記載されており、これ
らすべての記載内容全体を本明細書に引用する。別の方
法として、ポリマーアレイ製造工程は、例えばPAG法
の使用など通常のフォトレジストを用いずに光酸発生物
質を使用したり、または例えばDPD法の使用などあら
ゆるフォトレジストを使用しない直接保護基除去の使用
によって行うことができる。光酸発生物質の使用につい
ては、1997年11月13日出願の米国特許出願番号
第08/969,227号において教示している。しか
しながら、本発明は、ポリマーアレイ合成のためにDM
T法およびPAG法を使用した場合に特に有用となる。
造するために使用される光化学的工程は、好ましくは波
長が365nmを超える光を用いて活性化することで、
ポリマーアレイ生成に使用されるポリヌクレオチドの光
化学的分解を回避する。他のプローブの場合には他の波
長が望ましいこともある。o−ニトロベンジル化合物を
主とした多くの光酸発生物質(PAG)は365nmが
有用である。さらに、前述のテキサス・インストルメン
ツ社製鏡アレイを使用した場合は、鏡アレイの損傷を回
避するためにPAGの感受性が400nmを超えること
が好ましい。このためには、p−ニトロベンジルエステ
ルを光増感剤と併せて使用することができる。例えば、
p−ニトロベンジルトシレートと2−エチル−9,10
−ジメトキシアントラセンを、405nmで光化学的に
トルエンスルホン酸を生成するために使用することがで
きる。S.C. Busman and J.E. Trend, J. Imag. Techno
l.,1985, 11, 191; A. Nishida, T. Hamada, and O. Yo
memitsu, J. Org. Chem.,1988, 53, 3386、を参照にさ
れたい。このシステムでは、増感剤は光を吸収して、次
にこのエネルギーをp−ニトロベンジルトシレートに伝
達し、この結果解離が起こり、続いてトルエンスルホン
酸が放出される。ピレン、N,N−ジメチルナフチルア
ミン、ペリレン、フェノチアジン、カントン、チオカン
トン、アクトフェノン(actophenine)、ベンゾフェノ
ンなどの他の波長の光を吸収する別の増感剤も有用であ
る。
ストが、ポリマーアレイ合成への使用のため入手可能で
あり、ポリヌクレオチドの光化学的分解を回避すること
ができる。
変調器は、シリコン・ライトマシンズ社(Silicon Ligh
tmachines, Sunnyvale, CA, USA)より入手可能な、グ
レーティング・ライト・バルブ(Grating Light Valve
TM)(GLVTM)である。GLVTMは、反射また
は回折のいずれかが起こるようにプログラムすることが
できる微細機械加工された画素に基づくものである。本
明細書で検討した機械的変調器に関するある程度の情報
は、http://www.ti.com(テキサス・インストルメンツ
社)およびhttp://siliconlight.com(シリコン・ライ
トマシンズ社)より得られる。
ンストルメンツ社より入手できるDMDTM、およびシ
リコン・ライトマシンズ社より入手できるGLVTMの
機械的変調器が含まれるが、種々のタイプの空間光変調
器が存在し、これらを本発明の実施に使用することがで
きる。Electronic Engineers' Handbook, 3rd Ed., Fin
k, D.G. and Christiansen, D. Eds., Mcgraw Hill Boo
k Co., New York(1989)を参照にされたい。変形
可能膜鏡アレイは、オプトロン・システムズ社(Optron
Systems Inc.)(Bedford, MA)より入手可能である。
液晶空間光変調器は、ハママツ社(Bridgewater, N
J)、スペイシャライト社(Novato, CA)、その他より
入手可能である。しかしながら、当業者は、これらの装
置は種々の紫外(UV)光により損傷を受けやすいの
で、液晶空間光変調器が損傷を受けないように、適切な
光源、処理化学反応系の選択には注意しなければならな
い。液晶ディスプレイ(LCD;例えば、計算機および
ノートブックコンピュータに含まれる)も、特に大きな
フィーチャーの合成するための光リソグラフィーに有用
な空間光変調器となる。しかしながら、LCDを使用し
てより小さいフィーチャーを合成するためには、縮小光
学系が必要となる。
る場合には、テキサス・インストルメンツ社の装置より
も適しており、より広い範囲のフォトレジスト化学物質
とともに使用できる。当業者は、照射する波長と合成に
使用する化学物質と適合した空間変調器を選択できる。
例えば、テキサス・インストルメンツ社の装置DMD
TMは、微小鏡アレイがUV光により損傷を受ける可能
性があるので、UV照射する場合には使用すべきではな
い。しかしながら、微小鏡アレイの不活性層を改良した
り除去したりすれば、テキサス・インストルメンツ社の
DMDTMをUV光を用いた本発明に使用できる可能性
がある。
施例には、図2に示されるタイプのシステムを使用した
微小鏡アレイによる結像が含まれる。このシステムで
は、レンズ12は、微小鏡アレイ11(例えば、DMD
TMまたはGLVTM)の像を、微小レンズアレイ15
または非結像光集中器を有するアレイ10上に投影す
る。アレイ10の各素子は、チップまたはウエハ例えば
ジーンチップアレイ14上に光を集束させる。各微小レ
ンズ15は、微小鏡アレイ11の1画素の画像を発生す
る。成形レンズ17を含む光学系16は、光源13から
の光を微小鏡アレイ11上に移動させるために含むこと
ができる。
1の拡大率で微小レンズアレイ10上に投影する場合、
適当な微小レンズアレイ10は、800×600個のレ
ンズ(微小レンズ15)が17μmの中心間距離で構成
することができる。別の方法では、微小レンズアレイ
は、400×300個の直径17μmのレンズが中心間
距離34μmの間隔で配列し、微小レンズ15間には不
透明材料(例えば、クロム)で構成することもできる。
この別の方法の利点は、画素間のクロストークを減少さ
せることである。各微小レンズ15に入射する光は、ス
ポットサイズを1〜2μmに集束させることができる。
スポットサイズが微小レンズ間の間隔よりもずっと小さ
いため、チップまたはウエハ14を全体を有効範囲とし
たい場合は、2軸並進ステージ(これらの実施例では、
少なくとも移動範囲が17μm×17μmまたは34μ
m×34μmである)が必要である。
は混成(回折性で屈折性)であってもよい。屈折性微小
レンズは、従来型または屈折率分布型であってもよい。
回折性微小レンズアレイ10の一部を図3に示し、フレ
ネルゾーンプレート20として公知の円として形成され
た個々の微小レンズを有する。別の方法として、非結像
光集中器のアレイを使用することができる。この方法の
例として、小さな先端に先細りさせることができる光フ
ァイバーの短い断片が含まれる。
りも透過光を変調するように設計されている。透過型空
間光変調器の例は液晶ディスプレイ(LCD)であり、
別の実施例で図4に示している。この実施例は、光35
を供給する光源33、透過型空間光変調器31および、
電子制御信号をケーブル40を通して透過型空間光変調
器31に送りチップまたはウエハ34上の要求通りの光
画像38を伝達するコンピュータ39を備える。コンピ
ュータ39は、例えば、独自のプログラムが可能な制御
装置、パーソナルコンピュータ(PC)、または要求す
る画像パターンを設計するために使用するCADシステ
ムを使用することができる。
ソグラフィーシステムに対してさらなる利点を有する。
反射型空間光変調器は、レンズが入射光をさえぎらない
ようにするため、変調器とレンズの間に大きな作動距離
が必要である。大きな作動距離を有する高性能レンズの
設計は、作動距離の制限のない同性能のレンズの設計よ
りも困難となる。透過型空間光変調器を使用する場合
は、作動距離を長くする必要がないので、設計がより簡
単となる。実際に、図4に示されるように、ある種の透
過型空間光変調器31は、変調器をチップまたはウエハ
34の非常に近くに設置することで、全くレンズを使用
せずに行う近接または密着焼付に有用となりうる。
光変調器は、適当な波長の光を放出するLEDアレイま
たは半導体レーザーアレイに置きかえることが可能であ
り、どちらも動的に要求する画像を定めるために操作で
きるだけでなく、分離型光源として作用することができ
る。従って、変更を行えば、この実施例は、分離型光源
を必要としないために簡略化することができる。
成について検討したが、当業者であれば、本発明が、特
に微細加工およびカスタム半導体チップ製造を含む種々
の用途に有することが理解できることと思う。しかしな
がら、本発明におけるある種の空間光変調器の使用は、
シリコンの微細加工やカスタム半導体チップ製造用途に
有用な形状の種類を限定する結果となることもある。本
明細書における実例および実施例は、ただ説明を目的と
したものであって、これらを考慮に入れた種々の修正や
変更は当業者であれば提案されるものであり、これらも
本明細書および添付した請求の範囲の精神および範囲内
に含まれる。
および特許出願書類については、その記載内容全体を本
明細書に引用する。特許出願番号第08/426,20
2号(1995年4月21日出願)は本発明と関連して
おり、この記載内容全体を本明細書に引用する。
器、およびレンズを有する本発明の第1の実施例を示し
た図である。
の第2の実施例を示した線図である。
ンプレートの形態のマイクロレンズアレイを示した図で
ある。
施例を示した図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 保護された反応部位を有する基材を用意
するステップと、前記保護された反応部位のうち選択さ
れた部分を脱保護するよう使用する、予め設定された光
パターンを発生させるべく、空間光変調器を用いて光の
方向を変調するステップとから成る、基材上の反応部位
を脱保護する方法。 - 【請求項2】 光源からの光を前記空間光変調器に向け
るステップをさらに含む、請求項1の方法。 - 【請求項3】 保護された反応部位を有する基材を用意
するステップと、光源を用意するステップと、空間光変
調器を用意するステップと、前記光源が発光したとき前
記光源からの照明強度が前記空間光変調器によって変調
されて予め設定された光画像パターンを発生するよう
に、前記基材と前記光源と前記空間光変調器との方向を
合わせるステップと、前記保護された反応部位の少なく
とも1つが脱保護されるよう前記基材において前記予め
設定された光画像パターンを前記基材に照射するステッ
プとから成る、基材上の反応部位を脱保護する方法。 - 【請求項4】 前記予め設定された光パターンをレンズ
を用いて前記基材上に投影するステップをさらに含む、
請求項2又は3の方法。 - 【請求項5】 前記予め設定された光パターンを前記レ
ンズから微小レンズアレイを通して送るステップをさら
に含む、請求項4の方法。 - 【請求項6】 前記予め設定された光パターンを非結像
光コンセントレイターのアレイを通して伝達させるステ
ップをさらに含む、請求項4の方法。 - 【請求項7】 前記基材を並進ステージを用いて移動さ
せるステップをさらに含む、請求項5の方法。 - 【請求項8】 前記空間光変調器が微小鏡アレイであ
る、請求項2又は3の方法。 - 【請求項9】 前記空間光変調器がDMDTMである、
請求項8の方法。 - 【請求項10】 前記空間光変調器がGLVTMであ
る、請求項2または3の方法。 - 【請求項11】 前記空間光変調器がSVGA DLP
TMである、請求項5の方法。 - 【請求項12】 前記空間変調器のどの部分が前記保護
された反応部位のどの部分を有効に照射するかを各光リ
ソグラフィーステップ毎に規定したコンピュータファイ
ルを作成するステップをさらに含む、請求項1又は3の
方法。 - 【請求項13】 前記コンピュータファイルに含まれる
情報を用いて、前記空間光変調器を要求される配置にプ
ログラムするステップをさらに含む、請求項12の方
法。 - 【請求項14】 光源と、基材取り付け部と、フォトマ
スクを使用せずに前記光源からのパターン化されていな
い光を用いて動的に光パターンを定める手段とから本質
的に構成される光リソグラフィーシステム。 - 【請求項15】 前記動的に光パターンを定める手段
が、光の方向または光の強度を変調して予め設定した光
の像を発生する空間光変調器モジュールを含む、請求項
14に記載の光リソグラフィーシステム。 - 【請求項16】 フォトマスクやホログラフィー画像を
使用せずに予め設定した二次元光パターンを基材上に供
給する空間光変調器を含む光リソグラフィーシステム。 - 【請求項17】 前記予め設定した二次元光パターンを
ポリマーアレイの反応部位の保護を除去するために使用
する、請求項16に記載の光リソグラフィーシステム。 - 【請求項18】 光源をさらに含む、請求項17に記載
の光リソグラフィーシステム。 - 【請求項19】 前記空間光変調器が微小鏡アレイを含
み、前記微小鏡アレイ中の微小鏡の角位置を変化させる
ことで光を変調させる、請求項15または16に記載の
光リソグラフィーシステム。 - 【請求項20】 前記空間光変調器がDMDTMであ
る、請求項15または16に記載の光リソグラフィーシ
ステム。 - 【請求項21】 前記空間光変調器がGLVTMであ
る、請求項15または16に記載の光リソグラフィーシ
ステム。 - 【請求項22】 前記空間光変調器がSVGA DLP
TMである、請求項15または16に記載の光リソグラ
フィーシステム。 - 【請求項23】 前記光源がアーク燈を含む、請求項1
4または18に記載の光リソグラフィーシステム。 - 【請求項24】 前記微小鏡アレイが複数の微小鏡を含
み、前記基材に向けた光の鏡面反射(オン状態)を使用
して前記微小鏡のそれぞれが選択的に一つの基材上のフ
ィーチャーを照射し、前記基材から外れた方向への光の
鏡面反射(オフ状態)により前記一つのフィーチャーを
選択的に照射しない、請求項19に記載の光リソグラフ
ィーシステム。
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