(57)【要約】【課題】液晶式フォトマスク、それを用いたパターン露光方法、パターン露光装置及びＤＮＡチップの製造方法を提供する。【解決手段】照明光を照射する照明光学系２１と、照明光学系からの照明光の光路中に配置されたフォトマスク１０から成る露光制御系３０と、露光制御系のフォトマスクを通過した照明光が照射されるように、表面に感光体薄膜を塗布した基板４２を保持する露光光学系４０とを含むパターン露光装置２０において、フォトマスクが、マトリックス式液晶素子１１，種々のマスクパターンを電子式のパターンデータとして記憶する記憶部，記憶部から読み出したパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御する制御部から成る液晶式フォトマスク１０であるように、パターン露光装置２０を構成する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス式液晶素子と、種々のマスクパターンを電子式のパターンデータとして記憶する記憶部と、記憶部から読み出したパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御する制御部と、を含んでいることを特徴とする、液晶式フォトマスク。
【請求項２】
前記マトリックス式液晶素子が、その入射側にて、各画素にそれぞれ対応する微小レンズから成るマイクロレンズアレイを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶式フォトマスク。
【請求項３】
前記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を階調的に制御することを特徴とする、請求項１に記載の液晶式フォトマスク。
【請求項４】
前記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を電圧変更により階調的に制御することを特徴とする、請求項３に記載の液晶式フォトマスク。
【請求項５】
前記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を時間的に階調的に制御することを特徴とする、請求項３に記載の液晶式フォトマスク。
【請求項６】
照明光学系からの照明光を、フォトマスクを介して表面に感光体薄膜を塗布した基板に照射することにより、フォトマスクに備えられたパターンで露光を行なうパターン露光方法において、
上記フォトマスクとして、請求項１乃至５の何れかに記載の液晶式フォトマスクを使用することを特徴とする、パターン露光方法。
【請求項７】
照明光を照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光の光路中に配置されたフォトマスクから成る露光制御系と、露光制御系のフォトマスクを通過した照明光が照射されるように表面に感光体薄膜を塗布した基板を保持する露光光学系と、を含んでいるパターン露光装置において、
上記フォトマスクが、請求項１乃至５の何れかに記載の液晶式フォトマスクであることを特徴とする、パターン露光装置。
【請求項８】
前記基板を保持する露光光学系において、基板が液晶フォトマスクの画像データと同期して制御されるＸＹステージ及び焦点距離の調整を行うＺステージを備えていることを特徴とする、請求項７に記載のパターン露光装置。
【請求項９】
光化学的に除去可能な保護基で修飾したリンカーをアミノ基を介して基板表面に結合し、照明光学系からの照明光をフォトマスクを介して該基板に照射することにより、フォトマスクに備えられたパターンで選択的に露光を行なって各反応部位の保護基を選択的に除去して、基板の各反応部位にオリゴＤＮＡを直接合成するＤＮＡチップの製造方法において、
上記フォトマスクとして、請求項１乃至５の何れかに記載の液晶式フォトマスクを使用し、
上記制御部が、種々のオリゴＤＮＡに対応するパターンデータに基づいて、順次にマトリックス式液晶素子を駆動制御して、マトリックス式液晶素子によりＤＮＡチップを構成する一組のフォトマスクを順次に構成し、各フォトマスクを介して基板のパターン露光を行なうことにより選択的に各反応部位に光を照射し、上記保護基を除去することにより、当該ＤＮＡチップを製造することを特徴とする、ＤＮＡチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置やＤＮＡチップ等の製造の際に使用するフォトマスクに関し、特に多種類のフォトマスクを容易に実現し得るようにした液晶式フォトマスクと、それを用いたパターン露光方法、パターン露光装置及びＤＮＡチップの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フォトリソグラフィ技術においては、転写するパターンの原版として、所定のパターンを有する所謂フォトマスクが使用されている。
このようなフォトマスクは、通常、例えば、石英ガラス等から成る透明基板上に、遮光膜及びフォトレジスト膜が形成されており、フォトレジスト膜を上記所定のパターンに対応して選択的に露光させた後、フォトレジスト膜を現像し、露光部分または未露光部分を除去し、さらにフォトレジスト膜を介して遮光膜のエッチングを行なうことにより、構成されている。
【０００３】
従って、このようなフォトマスクを製造する際には、少なくともフォトレジスト膜の形成，パターン露光，現像，露光部分または未露光部分の除去，エッチングの工程が必要であると共に、パターン露光の際のパターンの作製が必要であることから、多大な時間がかかると共に、コストが高くなってしまう。
また、パターンの単純な変更の場合であっても、新たにフォトマスクを作製し直す必要があった。
【０００４】
他方、このようなフォトリソグラフィ技術を利用して、医療又は生体分野において、ＤＮＡチップや蛋白質チップの作製が行なわれるようになってきている。このようなＤＮＡチップ等の作製においては、ＤＮＡチップの種類が異なると、異なるパターンを有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＮＡチップの研究等においては、多種類のＤＮＡチップを作製する必要がある。例えば、ガラス基板上にオリゴＤＮＡを直接合成することにより構成されるＤＮＡチップにおいては、通常のフォトマスクを使用する場合、４×ｎ（ｎは、ＤＮＡの塩基長であり、一般にｎは１５乃至２０程度）枚のフォトマスクが必要になる。従って、ＤＮＡチップを作製するためのフォトマスクを作製しようとすると、膨大な時間がかかると共に、コストも著しく増大してしまうことになり、例えば５実験分で、フォトマスクに要する費用は、約３８０万円程度になってしまう。
【０００６】
本発明は、以上の点にかんがみて、多種類のパターンを備えたフォトマスクを容易に且つ短時間で構成し得るようにした、液晶式フォトマスク、それを用いたパターン露光方法、パターン露光装置及びＤＮＡチップの製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による液晶式フォトマスクは、マトリックス式液晶素子と、種々のマスクパターンを電子式のパターンデータとして記憶する記憶部と、記憶部から読み出したパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御する制御部と、を含んでいることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明による液晶式フォトマスクは、好ましくは、上記マトリックス式液晶素子が、その入射側にて、各画素にそれぞれ対応する微小レンズから成るマイクロレンズアレイを備えている。
【０００９】
本発明による液晶式フォトマスクは、好ましくは、上記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を階調的に制御する。
【００１０】
本発明による液晶式フォトマスクは、好ましくは、上記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を電圧変更により階調的に制御する。
【００１１】
本発明による液晶式フォトマスクは、好ましくは、上記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を時間的に階調的に制御する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第二の構成では、照明光学系からの照明光を、フォトマスクを介して表面に感光体薄膜を塗布した基板に照射することにより、フォトマスクに備えられたパターンで露光を行なうパターン露光方法において、上記フォトマスクとして、上述した何れかの液晶式フォトマスクを使用することを特徴とするものである。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第三の構成によれば、照明光を照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光の光路中に配置されたフォトマスクから成る露光制御系と、露光制御系のフォトマスクを通過した照明光が照射されるように、表面に感光体薄膜を塗布した基板を保持する露光光学系とを含んでいるパターン露光装置において、上記フォトマスクが、上述した何れかの液晶式フォトマスクであることを特徴としている。
【００１４】
本発明のパターン露光装置は、好ましくは、基板を保持する露光光学系において、基板が液晶フォトマスクの画像データと同期して制御されるＸＹステージ及び焦点距離の調整を行うＺステージを備えている。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第四の構成によれば、照明光学系からの照明光を、フォトマスクを介して表面に光照射により光化学的に除去可能な保護基で修飾したリンカーをアミノ基を介して結合した基板に照射することにより、フォトマスクに備えられたパターンで選択的に露光を行なって、各反応部位の保護基を選択的に除去して、基板の各反応部位にオリゴＤＮＡを直接合成するＤＮＡチップの製造方法において、上記フォトマスクとして、上述した何れかの液晶式フォトマスクを使用して、上記制御部が、種々のオリゴＤＮＡに対応するパターンデータに基づいて、順次にマトリックス式液晶素子を駆動制御して、マトリックス式液晶素子によりＤＮＡチップを構成する一組のフォトマスクを順次に構成して、各フォトマスクを介して基板のパターン露光を行なうことにより、選択的に各反応部位に光を照射して、上記保護基を除去することにより当該ＤＮＡチップを製造することを特徴としている。
【００１６】
上記第一の構成によれば、所謂フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクとして、制御部が、前もって記憶部に記憶された種々のマスクパターンに対応するパターンデータから所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御することにより、マトリックス式液晶素子の各画素がそれぞれ駆動制御されて、全体として所望のマスクパターンをマトリックス画像として形成することになる。従って、このような液晶式フォトマスクを使用して、従来のフォトマスクと同様に、例えばフォトリソグラフィ法によりパターン露光を行なうことができる。
【００１７】この場合、液晶式フォトマスクのマトリックス式液晶素子が形成するマスクパターンのマトリックス画像は、制御部が記憶部から読み出したパターンデータにより形成されるので、前もって必要なパターンデータを作成して記憶部に記憶させておくことにより、容易に且つ短時間で他の種類のマスクパターンのマトリックス画像を形成することができる。
また、制御部がパターン形成機能を備えている場合には、記憶部から読み出したパターンデータを適宜に修正したり、あるいは新規にパターンデータを作成することにより、容易にマスクパターンの作成や変更を行なうことができる。
【００１８】
これにより、例えばＤＮＡチップを基板上に直接に合成する場合等において、多数のフォトマスクが必要な場合であっても、また設計変更等によりマスクパターンの変更の必要が生じた場合であっても、一つの液晶式フォトマスクにより、多数のマスクパターンや他のマスクパターンを容易に実現することができる。
このようにして、本発明による液晶式フォトマスクによれば、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクが、短時間で容易に且つ低コストで構成される。
【００１９】
上記マトリックス式液晶素子が、その入射側にて、各画素にそれぞれ対応する微小レンズから成るマイクロレンズアレイを備えている場合には、マトリックス式液晶素子の各画素に入射する照明光が、その直前にてマイクロレンズアレイの対応する微小レンズにより集光されて当該画素に入射するので、照明光が確実に各画素に入射し、照明光の利用効率が向上すると共に、同じ光量を得るためには小出力の照明光学系を使用することができるようになる。
【００２０】
上記制御部が、マトリックス式液晶素子の各画素を透過する光強度を階調的に、例えば電圧変更によりあるいは時間的に階調的に制御する場合には、フォトマスクのパターンが、従来の光透過または光不透過即ち光透過率が１００％または０％の何れかであったのに対し、０乃至１００％の間の任意の光透過率に設定することができるので、より多彩な露光パターンを得ることが可能になる。
【００２１】
上記第二及び第三の構成によれば、所謂フォトリソグラフィ技術において、フォトマスクとして液晶式フォトマスクを使用することにより、その制御部が、前もって記憶部に記憶された種々のマスクパターンに対応するパターンデータから所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御することにより、マトリックス式液晶素子の各画素がそれぞれ駆動制御されて、全体として所望のマスクパターンをマトリックス画像として形成することになる。
従って、従来のフォトマスクと同様に、液晶式フォトマスクを使用することにより、フォトリソグラフィ法によるパターン露光を行なうことができる。
【００２２】
この場合、液晶式フォトマスクのマトリックス式液晶素子が形成するマスクパターンのマトリックス画像は、制御部が記憶部から読み出したパターンデータにより形成されるので、前もって必要なパターンデータを作成して記憶部に記憶させておくことで、容易に且つ短時間で他の種類のマスクパターンのマトリックス画像を形成することができる。
また、制御部がパターン形成機能を備えている場合には、記憶部から読み出したパターンデータを適宜に修正したり、あるいは新規にパターンデータを作成することにより、容易にマスクパターンの作成や変更を行なうことができる。
【００２３】
これにより、例えばＤＮＡチップを基板上に直接に合成する場合等において、多数のフォトマスクが必要な場合であっても、また設計変更等によりマスクパターンの変更の必要が生じた場合であっても、一つの液晶式フォトマスクにより、多数のマスクパターンや他のマスクパターンを容易に実現することができる。
このようにして、本発明によるパターン露光方法及びパターン露光装置によれば、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクが、短時間で容易に且つ低コストで構成され得ることになる。
【００２４】
上記パターン露光装置が、その基板を保持する露光光学系において、基板が液晶フォトマスクの画像データと同期して制御されるＸＹステージ及び焦点距離の調整を行うＺステージを備えている場合には、焦点を確実に合わせることができると共に、液晶フォトマスクの画素のピッチ分の走査をＸＹステージで行うことにより、直線や曲線等の任意のパターンを容易に露光させることができる。
【００２５】
上記第四の構成によれば、所謂フォトリソグラフィ技術を利用したＤＮＡチップの製造方法において、フォトマスクとして液晶式フォトマスクを使用することにより、その制御部が、前もって記憶部に記憶された種々のマスクパターンに対応するパターンデータから所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御することにより、マトリックス式液晶素子の各画素がそれぞれ駆動制御されて、全体として所望のマスクパターンをマトリックス画像として形成することになる。従って、従来のフォトマスクを使用した場合と同様にして、液晶式フォトマスクを使用することにより、フォトリソグラフィ法によるパターン露光を行なって、基板上の各反応部位を選択的に露光することにより、各反応部位に接合されたリンカーの保護基を光化学的に除去して、ＤＮＡチップを製造することができる。
【００２６】
この場合、液晶式フォトマスクのマトリックス式液晶素子が形成するマスクパターンのマトリックス画像は、制御部が記憶部から読み出したパターンデータにより形成されるので、前もって必要なパターンデータを作成して記憶部に記憶させておくことにより、容易に且つ短時間で他の種類のマスクパターンのマトリックス画像を形成することができる。
また、制御部がパターン形成機能を備えている場合には、記憶部から読み出したパターンデータを適宜に修正したり、あるいは新規にパターンデータを作成することにより、容易にマスクパターンの作成や変更を行なうことができる。
【００２７】
これにより、例えばＤＮＡチップを基板上に直接に合成する場合等において、多数のフォトマスクが必要な場合であっても、また設計変更等によりマスクパターンの変更の必要が生じた場合であっても、一つの液晶式フォトマスクにより、多数のマスクパターンや他のマスクパターンを容易に実現することができる。
このようにして、本発明によるＤＮＡチップの製造方法によれば、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクが、短時間で容易に且つ低コストで構成されることになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明による液晶式フォトマスクの一実施の形態を示している。図１において、液晶式フォトマスク１０は、マトリックス式液晶素子１１と、種々のマスクパターンを電子式のパターンデータとして記憶する記憶部１２と、記憶部から読み出したパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御する制御部１３と、を含んでいる。なお、１３Ａはキーボードまたはマウス等の操作部である。
【００２９】
上記マトリックス式液晶素子１１は公知の構成であって、縦横に所定のドット数の画素１１Ａが配列されたドットマトリックス式の液晶表示装置として構成されており、各画素１１Ａをそれぞれ適宜に駆動制御することにより、全体として所定のパターンの透過部分を構成し、透過光により画像を画成するようになっている。さらに、上記マトリックス式液晶素子１１は、図２に示すように、その入射側にて、マイクロレンズアレイ１１Ｂを備えている。
図３は、図２のマトリックス式液晶素子１１の画素部１１Ａの断面を示す拡大模式図である。このマイクロレンズアレイ１１Ｂは、マトリックス式液晶素子１１の各画素１１Ａに対応する微小レンズ１１Ｃから構成されており、対応する画素１１Ａの領域に入射する照明光を集束させて、当該画素１１Ａに確実に入射させるようになっている。なお、マイクロレンズアレイ１１Ｂを備えたマトリックス式液晶素子１１は、市販のものを使用してもよい。
【００３０】
上記記憶部１２は、前もって作成されたフォトマスクのための種々のマスクパターンを電子データ（パターンデータ）として記憶している。このパターンデータは、後述する制御部１３から記憶部１２に転送されることにより記憶され、必要に応じて制御部１３から読み出されるようになっている。
【００３１】
上記制御部１３は、例えばパーソナルコンピュータから構成されており、パーソナルコンピュータ上で動作するアプリケーションにより、以下の機能を備えるようになっている。即ち、制御部１３は、所望のマスクパターンに対応するパターンデータを記憶部１２から読み出して、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子１１を駆動制御し、マトリックス式液晶素子１１の各画素１１Ａをそれぞれ選択的に制御することにより、所望のマスクパターンを表わす画像を構成するようになっている。この場合、制御部１３は、各画素１１Ａに関して駆動電圧を調整し、あるいは駆動時間を調整することによって、当該画素１１Ａの光透過率を階調的に制御することができるようになっている。
さらに、制御部１３は、キーボードまたはマウス等の操作部１３Ａを使用することによって、ＣＡＤソフト等を利用して、新たなパターンデータを作成すると共に、そのパターンデータを記憶部１２に転送して記憶させる。
【００３２】
本発明による液晶式フォトマスク１０は以上のように構成されており、つぎのように動作する。即ち、所謂フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクとして、本液晶式フォトマスク１０を使用する場合、制御部１３は、先ず前もって記憶部１２に記憶された種々のマスクパターンに対応するパターンデータのうち、所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出す。そして、制御部１３は、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子１１を駆動制御して、マトリックス式液晶素子１１の各画素１１Ａをそれぞれ制御し、全体として所望のマスクパターンをマトリックス画像として形成する。
【００３３】
これにより、パターン露光の際には、入射側から照明光が入射したとき、各画素１１Ａに入射する照明光がマイクロレンズアレイ１１Ｂの対応する微小レンズ１１Ｃで集束されて当該画素１１Ａに入射することにより、従来のフォトマスクと同様にして、パターン露光を行なうことができる。その際、各画素１１Ａの周辺領域や境界領域に入射する照明光が、マイクロレンズアレイ１１Ｂの対応する微小レンズ１１Ｃで集束されることにより、確実に当該画素１１Ａに入射することになるので、照明光の利用効率が向上する。
【００３４】
また、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１が形成するマスクパターンのマトリックス画像は、前もって記憶部１２に記憶されたパターンデータに基づいて形成される。従って、必要なパターンデータを記憶部１２に記憶させておけば、いつでも記憶部１２からパターンデータを読み出すことにより、容易に且つ短時間で他の種類のマスクパターンのマトリックス画像を形成することができる。
さらに、制御部１３が操作部１３Ａによりパターン形成機能を備えていれば、記憶部１２から読み出したパターンデータを適宜に修正したり、あるいは新規にパターンデータを作成することにより、容易にマスクパターンの作成や変更を行なうことができる。
【００３５】
このようにして、例えばＤＮＡチップを基板上に直接に合成する場合等において、多数のフォトマスクが必要な場合であっても、また設計変更等によりマスクパターンの変更の必要が生じた場合であっても、一つの液晶式フォトマスク１０を使用することによって多数のマスクパターンや他のマスクパターンを容易に実現することができる。
【００３６】
図４は、本発明による液晶式フォトマスクを備えたパターン露光装置の具体的な第一の実施形態を示している。図４において、パターン露光装置２０は、例えば半導体製造工程等で使用されるパターン露光装置であって、照明光学系２１、上記液晶式フォトマスク１０を含む露光制御系３０、露光光学系４０及び照準光学系５０を含んでいる。
【００３７】
照明光学系２１は、光源２２と、波長カットフィルタ２３と、対物レンズ２４及びレンズ２５から構成されるコリメーター２６とからなっており、所望の波長の照明光を拡大し、かつ、平行光に変換して、露光制御系３０に出射するようになっている。
【００３８】
上記光源２２は、この場合エキシマレーザなどの紫外線レーザのようなビーム径の小さな光源が使用されている。上記波長カットフィルタ２３は、光源２２から発生する紫外線から所望の波長の紫外線を分離するために使用される。
【００３９】
次に、光源２２が、レーザのようにビーム径が小さい場合の照明光学系２１の動作について説明する。光源２２から出射されたレーザ光は、対物レンズ２４とレンズ２５によって構成されるコリメーター２６によって、ビーム径を拡大され、かつ、平行光になるようにされて液晶１１に入射する。
また、液晶１１の面内の光の強度分布が均一になるように、コリメーター２６の下部と、後述する露光制御系３０の第一の偏光子３１の間に、さらに、インテグレータとコンデンサレンズを設けてもよい。
【００４０】
上記露光制御系３０は、入射側から順に、第一の偏光子３１、液晶式フォトマスク１０および第二の偏光子３２から構成されている。上記第一の偏光子３１及び第二の偏光子３２は、それぞれ公知の構成であって、例えば二枚のガラス板の間に偏光膜を挟んで貼り合わせることにより構成されている。
図５は図４のパターン露光装置における露光制御系の二つの偏光子の関係を示す拡大斜視図である。図５（ａ）に示すように、ランダム偏光の光を左側より、第一の偏光子３１と、第二の偏光子３２に入射したときに、二つの偏光子の透過光軸が同じ向き、即ち同軸（０°）のときには、直線偏光状態の光が右方へ透過する。図５（ｂ）は、第二の偏光子３２の透過光軸を直交軸（９０°）に配置した場合であり、透過光が生じない。
【００４１】
本発明の第一の偏光子３１と第二の偏光子３２の透過光軸は９０°ずらして、図５（ｂ）に示すように配置している。これにより、例えば液晶式フォトマスク１０の各画素１１Ａが駆動電圧を印加されない状態では、第一の偏光子３１を透過した光が、各画素１１Ａを透過することでその偏向方向が９０°捩れるため、第一の偏光子３１と透過軸が９０°ずれている第二の偏光子３２を透過することができる。
一方、各画素１１Ａが駆動電圧を印加された状態では、電圧の大きさによって画素１１Ａ内の液晶分子の捩れの状態が変化するため、第一の偏光子３１を透過した直線偏光の光の偏向方向を当該画素１１Ａ内で０〜９０°の範囲で回転させることができる。
これにより、第二の偏光子３２を透過する光の強度を任意に制御することができるので、液晶式フォトマスク１０の各画素１１Ａの駆動電圧によって入射光を、透過、透過しない遮光、これらの中間状態（グレー）となるように制御することができる。
【００４２】
また、この場合、液晶式フォトマスク１０は、図４に示すように、記憶部１２及び制御部１３として、パーソナルコンピュータ３３と画像出力装置３４を備えている。上記パーソナルコンピュータ３３は、データなどを表示するディスプレー装置３３Ａを備えている。さらに、上記パーソナルコンピュータ３３は、記憶部１２としての補助記憶装置からパターンデータを読み出して、このパターンデータを画像信号として、画像出力装置３４に出力する。
上記画像出力装置３４は、画像信号を液晶素子駆動信号に変換する駆動回路であって、パーソナルコンピュータ３３からの画像信号を、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１に適した液晶素子駆動信号、即ち各画素１１Ａに関する電圧信号に変換する。
そして、制御部が、各画素１１Ａに印加する駆動電圧を適宜に調整し、または駆動時間を適宜に調整、即ち、駆動時間中に駆動電圧を変更することにより、各画素１１Ａを透過する光の強度を階調的に制御するようになっている。
【００４３】
上記露光光学系４０は、パターン露光レンズ４１と、パターン露光すべき基板４２が載置されるステージ４３と、から構成されている。上記パターン露光レンズ４１は凸レンズであって、前記液晶式フォトマスク１０のマスクパターンをステージ４３上に載置された基板４２の表面に結像させるようになっている。上記ステージ４３は、所謂ＸＹステージ４３ＡとＺステージ４３Ｂとから構成されており、ＸＹステージ４３Ａによりステージ４３が水平面内で移動調整されて、基板４２の位置調整が行なわれると共に、Ｚステージ４３Ｂによりステージ４３が垂直方向に移動調整されて、基板４２の焦点調整が行なわれる。
【００４４】
上記照準光学系５０は、ビームスプリッタ５１と、ビームスプリッタ５１による分岐光路中に順次に配置されたスクリーン５２，リレーレンズ５３Ａ及び５３Ｂ，結像レンズ５４，ＣＣＤカメラ５５から構成されている。上記ビームスプリッタ５１は、その半透過面５１Ａが上記露光光学系４０のパターン露光レンズ４１とステージ４３の間の光軸中に斜め４５度に配置されており、パターン露光レンズ３１からステージ４３上の基板４２表面に向かう光の一部を反射して分岐させるようになっている。上記スクリーン５２は、ビームスプリッタ５１の半透過面５１Ａに関して、ステージ４３上の基板４２表面と共役な位置に配置されており、基板４２の表面に結像するマスクパターンと同じ像が結像されるようになっている。上記リレーレンズ５３Ａ，５３Ｂは、共に凸レンズであって、スクリーン５２上の像を拡大して結像レンズ５４に導くようになっている。
【００４５】
上記結像レンズ５４は、色収差が補正可能なレンズであって、リレーレンズ５３Ａ，５３Ｂにより導かれたスクリーン５２上の像をＣＣＤカメラ５５の撮像面に結像させるようになっている。この結像レンズ５４としては、凹レンズと凸レンズを組み合わせたアクロマートレンズなどを用いることができる。上記ＣＣＤカメラ５５は、撮像面に結像されたマスクパターンの像を撮像することにより、図示しないモニタ画面上にこのマスクパターンの像を表示する。これにより、使用者は、このモニタ画面上のマスクパターンの像を観察しながら、Ｚステージ４３Ｂを光軸方向に移動調整して、基板４２上のマスクパターンの焦点合わせを行なう。
【００４６】
なお、この場合、スクリーン５２は、Ｚステージ４３Ｂの光軸方向の移動調整に合わせて、半透過面５１Ａから基板４２表面までの距離と半透過面５１Ａからスクリーン５２までの距離が等しくなるように、Ｚステージ４３Ｂと連動して光軸方向に移動されるようになっている。このようにして、ステージ４３上の基板４２の焦点合わせが行なわれる。
ここで、光源２２からの光は紫外線であって可視光線ではないが、ＣＣＤカメラ５５が紫外線領域に感光性を有するものを使用すれば、紫外線であっても、撮像したマスクパターンは可視であるので、焦点合わせが可能である。
【００４７】
次に、このような構成のパターン露光装置２０を使用して、フォトリソグラフィ法により基板表面にパターン露光を行なう場合について説明する。
先ず、焦点合わせ用の基板４２をステージ４３上に載置する。そして、パーソナルコンピュータ３３にて焦点合わせに適したマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、画像出力装置３４を介してマトリックス式液晶素子１１に出力する。これにより、マトリックス式液晶素子１１は、各画素１１Ａが適宜に駆動制御され、全体として所望のマスクパターンを画成することになる。
【００４８】
続いて、光源２２を動作させて、適宜の波長の紫外線の平行光を、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１に入射させ、マトリックス式液晶素子１１を透過することにより画成される光のマスクパターンを、パターン露光レンズ４１を介して、基板４２の表面及び照準光学系５０のスクリーン５２上に結像させ、ＣＣＤカメラ５５にて、スクリーン５２上に結像されたマスクパターンを撮像する。そして、ＣＣＤカメラ５５にて撮像されたマスクパターンの画像をモニタ画面で観察しながら、ステージ４３及びスクリーン５２を光軸に沿って移動調整させることにより、基板４２の焦点合わせを行なう。
【００４９】
次に、表面に感光体薄膜としてフォトレジスト（図示せず）を塗布した基板４２をステージ４３上に載置する。そして、パーソナルコンピュータ３３にて、所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、画像出力装置３４を介してマトリックス式液晶素子１１に出力する。これにより、マトリックス式液晶素子１１は、各画素１１Ａが適宜に駆動制御され、全体として所望のマスクパターンを画成することになる。
【００５０】
続いて、光源２２を動作させて、上記フォトレジストの感光のために最適な波長の紫外線の平行光を、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１に入射させ、マトリックス式液晶素子１１を透過することにより画成される光のマスクパターンを、パターン露光レンズ４１を介して基板４２の表面に結像させ、基板４２の表面に塗布されたフォトレジストをパターン露光させる。その際、ＸＹステージ４３Ａを適宜に駆動制御することにより、基板４２をＸＹ方向に位置調整すると、フォトレジストに対して直線，曲線等の任意の光パターンを容易に露光させることができる。このとき、ＸＹステージが、液晶フォトマスクの画像データと同期して制御されることが好ましい。画素と、画素間が同じ寸法である場合には、液晶フォトマスクの１画素（１ピッチ）分の走査を、ＸＹステージで行うことにより、直線のパターンを露光させることができる。
【００５１】
露光後、基板４２をステージ４３から取り外して、フォトレジストの現像を行ない、フォトレジストの露光部分または未露光部分を除去することにより、液晶式フォトマスク１０を使用して、基板４２上に所望のパターンのレジストマスクが完成する。
【００５２】
次に、本発明による液晶式フォトマスクを備えた第１の実施形態にかかるパターン露光装置の変形例を説明する。
図６は、本発明による液晶式フォトマスクを備えたパターン露光装置の第１の実施形態の変形例を示す図である。図６において、図４に示すパターン露光装置と異なるのは、照明光学系２１Ａである。他の上記液晶式フォトマスク１０を含む露光制御系３０，露光光学系４０及び照準光学系５０は、図４と同じ構成であるので、説明は省略する。
照明光学系２１Ａは、光源２２，波長カットフィルタ２３，インテグレータ２７，コンデンサレンズ２８とから構成されている。
ここで、光源２２は、超高圧水銀ランプ２２Ａのような紫外線ランプを使用している。超高圧水銀ランプ２２Ａのようなビーム径の大きな光源を使用する場合には、図４の照明光学系２１で、レーザビームを拡大するために使用していたコリメーター２６は、省略することができる。
超高圧水銀ランプ２２Ａから出射された光が、波長カットフィルタ２３により不要な波長の紫外線を分離し、所望の紫外線だけを透過させて、インテグレータ２７とコンデンサレンズ２８を介して液晶１１に照射される。ここで、インテグレータ２７が液晶１１を均一な照度で照明するために使用される。そして、コンデンサレンズ２８が、インテグレータ２７により均一な照度となった光を、液晶１１にほぼ平行入射させるために用いられている。
また、上記波長カットフィルタ２３は、光を照射する対象により、例えばフォトレジストの露光のためには、波長３６５ｎｍ（ｉ線），４０５ｎｍ（ｈ線），４３６ｎｍ（ｇ線）のうちの一波長または複数波長が分離され、またＤＮＡチップの合成のためには、主として波長３６５ｎｍ（ｉ線）が分離されるようになっている。
【００５３】
次に、このような構成のパターン露光装置２０を使用して、フォトリソグラフィ法によりオリゴＤＮＡを直接合成してＤＮＡチップを作製する場合について説明する。
先ず、焦点合わせ用の基板４２をステージ４３上に載置する。そして、パーソナルコンピュータ３３にて、焦点合わせに適したマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、画像出力装置３４を介してマトリックス式液晶素子１１に出力する。これにより、マトリックス式液晶素子１１は、各画素１１Ａが適宜に駆動制御され、全体として所望のマスクパターンを画成することになる。
【００５４】
続いて、光源２２を動作させて、適宜の波長の紫外線の平行光を、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１に入射させ、マトリックス式液晶素子１１を透過することにより画成される光のマスクパターンを、パターン露光レンズ４１を介して、基板４２の表面及び照準光学系５０のスクリーン５２上に結像させ、ＣＣＤカメラ５５にてスクリーン５２上に結像されたマスクパターンを撮像する。そして、ＣＣＤカメラ５５にて撮像されたマスクパターンの画像をモニタ画面で観察しながら、ステージ４３及びスクリーン５２を光軸に沿って移動調整させることにより、基板４２の焦点合わせを行なう。
【００５５】
次に、図７（ａ）に示すように、基板表面の各反応部位にて、紫外線照射により光化学的に除去可能な保護基Ｒで修飾したリンカーＯをアミノ基ＮＨを介して接合した基板４２をステージ４３上に載置する。
そして、パーソナルコンピュータ３３にて、当該ＤＮＡチップの作製に必要な４×ｎ（ｎは、ＤＮＡの塩基長であり、一般にｎは１５乃至２０程度）種のフォトマスクのうち、第一のフォトマスクのマスクパターン（図示の場合、最も左の反応部位に対して光を照射するようなマスクパターン）に対応するパターンデータを読み出して、画像出力装置３４を介してマトリックス式液晶素子１１に出力する。これにより、マトリックス式液晶素子１１は、各画素１１Ａが適宜に駆動制御され、全体として第一のフォトマスクのマスクパターンを画成することになる。
【００５６】
続いて、光源２２を動作させて、上記保護基Ｒの除去のために最適な波長の紫外線の平行光を、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１に入射させ、マトリックス式液晶素子１１を透過することにより画成される光のマスクパターンを、パターン露光レンズ４１を介して基板４２の表面に結像させ、保護基Ｒを除去すべき反応部位のみに選択的に紫外線を照射して、図７（ｂ）に示すように、保護基Ｒを除去する。その際、保護基Ｒが除去された部分は水素と反応する。
【００５７】
そして、同じ保護基Ｒを有する単量体、例えば、Ｒ−Ａ（Ａはアデニン）を導入して、図７（ｃ）に示すように、前述した保護基Ｒが除去された部分に、カップリング反応によりＲ−Ａをカップリングさせる。これにより、最も左の反応部位について、アデニンＡが合成されることになる。
【００５８】
その後、同様にして、次の反応部位に光を照射するためのマスクパターンに対応するパターンデータを読み出し、このパターンデータに基づいて液晶式フォトマスク１０が駆動制御されることにより、図７（ｄ）に示すように、左から二番目の反応部位のみに対して、選択的に紫外線を照射して保護基Ｒを除去する。そして、同じ保護基Ｒを有する単量体、例えば、Ｒ−Ｃ（Ｃはシトシン）を導入して、図７（ｅ）に示すように、前述した保護基Ｒが除去された部分に、カップリング反応によりＲ−Ｃをカップリングさせる。これにより、左から二番目の反応部位についてシトシンＣが合成されることになる。なお、チミンＴ及びグアニンＧの合成を行なう場合には、カップリングの際の単量体として、Ｒ−Ｔ（Ｔはチミン）やＲ−Ｇ（Ｇはグアニン）を使用すればよい。
【００５９】
このようにして、液晶式フォトマスク１０により順次に４×ｎ種のマスクパターンを画成して、上記の工程を繰返し行なうことにより、ＤＮＡを構成する４つの塩基であるアデニンＡ，シトシンＣ，チミンＴ及びグアニンＧを基板４２上の適宜の反応部位に合成すると、例えば、図７（ｆ）に示すように、既知の配列を有する一本鎖ＤＮＡを固定したＤＮＡチップを作製することができる。
【００６０】
なお、上述したパターン露光装置２０においては、基板４２としてガラス基板やシリコン基板を使用することができると共に、リンカーＯを基板４２上の反応部位に接合するための表面処理としてアミノ基を使用しているが、これに限らず、アルデヒド基，エポキシ基等を有する各種シランカップリング剤を使用することも可能である。
【００６１】
図８は、本発明による液晶式フォトマスクを備えたパターン露光装置の具体的な第二の実施形態を示している。
図８において、パターン露光装置６０は、例えば半導体製造工程等で使用されるパターン露光装置であって、基本的に図４に示したパターン露光装置２０と同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。パターン露光装置６０は、図４に示したパターン露光装置２０と比較して、さらに基板アライメント照明系６１及び基板観察光学系７０を備えている点で異なる構成になっている。
【００６２】
上記基板アライメント照明系６１は、レーザ光源６２と、コリメートレンズ６３と、ビームスプリッタ６４とから構成されており、可視レーザ光を露光制御系３０に出射するようになっている。上記レーザ光源６２は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源であって、赤色光（波長６３３ｎｍ）のレーザ光を出射するようになっている。上記コリメートレンズ６３は二枚の凸レンズから構成されており、レーザ光源６２からのレーザ光を平行光に変換する。上記ビームスプリッタ６４は、半透過面６４Ａが照明光学系２１の波長カットフィルタ２３と対物レンズ２４との間に斜め４５度に配置されており、光源２２からの紫外線を透過させると共に、レーザ光源６２からのレーザ光を反射させるようになっている。
【００６３】
上記基板観察光学系７０は、第一のビームスプリッタ７１，対物レンズ７２，二枚のリレーレンズ７３Ａ及び７３Ｂ，接眼レンズ７４，ＣＣＤカメラ７５と、リレーレンズ７３Ａ及び７３Ｂの間に配置された第二のビームスプリッタ７６，第二のビームスプリッタ７６による分岐光学系に順次に配置された波長カットフィルタ７７，コリメートレンズ７８及び基板観察光源７９から構成されている。
【００６４】
このような構成のパターン露光装置６０によれば、図４に示したパターン露光装置２０と同様に、基板４２上にフォトレジストによるパターンを形成し、あるいはオリゴＤＮＡを直接に合成することができる。
ここで、パターン露光装置６０においては、基板アライメント照明系６１及び基板観察光学系７０を備えているので、基板アライメント照明系６１により、液晶式フォトマスク１０のマトリックス式液晶素子１１で画成されるマスクパターンのうち、アライメントマークをレーザ光源６２からの赤色レーザ光により基板４２上へ投射すると共に、基板観察光学系７０により、基板観察光源７９から波長カットフィルタ７７を介して基板４２の表面を、例えば緑色光により照明することにより、基板４２上のマスクパターンの像が緑色となる。
これにより、緑色のマスクパターンを赤色のアライメントマークと容易に区別することができるので、基板アライメントを容易に行なうことができる。
【００６５】
上述した実施形態においては、パターン露光装置２０によりＤＮＡチップを合成する場合について説明したが、これに限らず、蛋白質チップを合成することも可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、所謂フォトリソグラフィ技術において、フォトマスクとして液晶式フォトマスクを使用することにより、その制御部が、前もって記憶部に記憶された種々のマスクパターンに対応するパターンデータから所望のマスクパターンに対応するパターンデータを読み出して、このパターンデータに基づいてマトリックス式液晶素子を駆動制御することにより、マトリックス式液晶素子の各画素がそれぞれ駆動制御されて、全体として所望のマスクパターンをマトリックス画像として形成することになる。
そして、液晶式フォトマスクのマトリックス式液晶素子が形成するマスクパターンのマトリックス画像は、制御部が記憶部から読み出したパターンデータにより形成されるので、前もって必要なパターンデータを作成して記憶部に記憶させておくことにより、容易に且つ短時間で他の種類のマスクパターンのマトリックス画像を形成することができる。
これにより、例えばＤＮＡチップを基板上に直接に合成する場合等において、多数のフォトマスクが必要な場合であっても、また設計変更等によりマスクパターンの変更の必要が生じた場合であっても、一つの液晶式フォトマスクにより、多数のマスクパターンや他のマスクパターンを容易に実現することができる。
このようにして、本発明によるパターン露光方法及びパターン露光装置によれば、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクが、短時間で容易に且つ低コストで構成されることができ、多種類のパターンを備えたフォトマスクを容易に且つ短時間で構成し得るようにした、極めて優れた液晶式フォトマスクと、それを用いたパターン露光方法、パターン露光装置及びＤＮＡチップの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶式フォトマスクの一実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】マトリックス式液晶素子とマイクロレンズアレイの関係を示す図である。
【図３】図２のマトリックス式液晶素子の画素部の断面を示す拡大模式図である。
【図４】本発明によるパターン露光装置の具体的な第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図５】図４のパターン露光装置における露光制御系の二つの偏光子の関係を示す拡大斜視図である。
【図６】本発明による第１の実施の形態の液晶式フォトマスクを備えたパターン露光装置の変形例を示す図である。
【図７】図４のパターン露光装置によりＤＮＡチップを作製する工程を順次に示す図である。
【図８】本発明によるパターン露光装置の具体的な第二の実施形態の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　　液晶式フォトマスク
１１　　マトリックス式液晶素子
１１　　画素
１１Ｂ　マイクロレンズアレイ
１１Ｃ　微小レンズ
１２　　記憶部
１３　　制御部
１３Ａ　操作部
２０，６０　　パターン露光装置
２１　　照明光学系
２２　　光源
２３　　波長カットフィルタ
２４　　対物レンズ
２５　　レンズ
２６　　コリメーター
３０　　露光制御系
３１　　第一の偏光子
３２　　第一の偏光子
３３　　パーソナルコンピュータ
３４　　画像出力装置
４０　　露光光学系
４１　　パターン露光レンズ
４２　　基板
４３　　ステージ
４３Ａ　ＸＹステージ
４３Ｂ　Ｚステージ
５０　　照準光学系
５１　　ビームスプリッタ
５２　　スクリーン
５３Ａ，５３Ｂ　　リレーレンズ
５４　　結像レンズ
５５　　ＣＣＤカメラ
６１　　基板アライメント照明系
６２　　レーザ光源
６３　　コリメートレンズ
６４　　ビームスプリッタ
７０　　基板観察光学系
７１　　第一のビームスプリッタ
７２　　対物レンズ
７３Ａ，７３Ｂ　　リレーレンズ
７４　　接眼レンズ
７５　　ＣＣＤカメラ
７６　　第二のビームスプリッタ
７７　　波長カットフィルタ
７８　　コリメートレンズ
７９　　基板観察光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004085955.tif 000009
【図８】
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