(57)【要約】【課題】  露光波長と動波長帯域のモニター光を用いた場合でも回折効率の低下しない回折格子が得られる構成を備えた干渉露光装置を提供する。【解決手段】  可干渉性を有する第１の光源１２１の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料１２６を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、露光時に記録材料１２６から発生する回折光のうちで０次光と＋１次光を除いたものの光強度を測定し、光強度が所定値を超えた際に制御部１２８からの信号により光を遮断することによりモニター感度を低下させない状態で露光を行うことを特徴とする。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性を有する第１の光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、
前記光源と同波長帯域の光を放出する第２の光源からの光を、第１の光源による露光量より低い露光量で前記記録材料に入射させ透過光または回折光をモニター光として用いることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項２】
請求項１記載の干渉露光装置において、
前記第２の光源からの放射光を光パルス状にして記録材料の照射することを特徴とする干渉露光装置。
【請求項３】
請求項１記載の干渉露光装置において、
前記第２の光源からの放射光を露光光束のパワー密度より低いパワー密度にして記録材料の照射することを特徴とする干渉露光装置。  
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちの一つに記載の干渉露光装置において、
前記第２の光源が半導体レーザまたは発光ダイオードであることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項５】
可干渉性を有する光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、
前記光源からの光量の一部を取りだし、モニター光路長と露光光学長の差を前記光源のコヒーレンス長以上の距離として、光パルス状もしくは低パワー密度で記録材料に照射し透過光または回折光をモニターすることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項６】
可干渉性を有する光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、
前記光源からの光量の一部を取り出し、干渉縞を発生させる光束の偏光面と直交する振動面に変換して、光パルス状もしくは低パワー密度で記録材料に照射し透過光または回折光をモニターすることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の干渉露光装置において、
前記光源が２枚以上のミラーで構成されるレーザ共振器を構成するレーザ光源であり、出力ミラー以外のミラーからの漏れ光をモニター光とすることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項８】
可干渉性を有する光源と、前記光源からの光を２つ以上の光束に分離する光路分離手段と、各光束を重ね合わすための少なくとも一枚以上のミラーとで構成される干渉露光装置において、
所定の光束を所定の時間遮蔽するための少なくとも１つ以上のシャッタと、前記所定の光束以外の光束の透過光または回折光をモニターするための受光素子とが配置された構成であることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項９】
可干渉性を有する光源と、前記光源からの光を２つ以上の光束に分離する光路分離手段と、各光束を重ね合わすための少なくとも一枚以上のミラーとで構成される干渉露光装置において、
前記光源から前記光路分離手段までの間に所定の時間光路を切り替えるための偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された光束を被露光材料に照射して透過光もしくは回折光をモニターする受光素子とが配置された構成を備えていることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１０】
可干渉性を有する光源からの光を少なくとも二つの光束に分波し、前記光束をおのおの所定の入射方位と所定の入射角度で合波して記録材料に露光することによって所定の干渉縞を発生させ、所望の回折格子を作製する干渉露光装置において、
露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１１】
可干渉性を有する光源からの光を二つの光束に分波し、前記光束をおのおの所定の入射方位と所定の入射角度で合波して記録材料に露光することによって所定の干渉縞を発生させ、所望の回折格子を作製する干渉露光装置において、
露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１２】
可干渉性を有する光源からの光を第一の回折格子に入射し、前記第一の回折格子からの透過回折１次光と０次光によって発生する干渉縞で記録材料を露光することによって所望の回折格子を作製する露光装置において、
露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のうちの一つに記載の干渉露光装置において、
前記モニタ制御部で前記光強度を測定するための受光部が光電子増倍管、または、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ  電荷結合素子）または、アバランシェフォトダイオード、またはＣＭＯＳイメージセンサーであることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のうちの一つに記載の干渉露光装置において、
露光時に前記記録材料から発生する透過回折１次光と０次光とを除く所定の複数の回折光の光強度を計測し、前記複数の回折光強度の総和が、または、前記複数の回折光の光強度をもとにして所定の演算値が、所定の値または所定の値を越えた時に前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴とする干渉露光装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちの一つに記載の干渉露光装置を用いることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉露光装置に関し、さらに詳しくは、光ディスク（レーザディスク、コンパクトディスク、デジタルバーサタイトディスク）、光磁気ディスク、分光器などの種々分野に用いられる回折格子の作製に用いられる二光束干渉露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、回折格子を作成する方法の一つに二光束干渉法がある。  
二光束干渉法は、同一光源（レーザ）からの光束を分離して２つの光束とし、これら２つの光束を干渉させて干渉縞を発生させ、感光材料に記録および現像することにより回折格子を得る方法である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
二光束干渉法を用いて回折格子を作製する場合に用いられる構成としては、図１２に示すようなモニター露光光学系を備えた構成がある（例えば、特許文献２）。  
図１７に示す構成においては、露光用レーザ光源１とスペイシャルフィルタ１２，１３と、コリメートレンズ１４と、ハーフミラー１５と、ミラー１６ａ，１６ｂと、露光記録材料１７と、モニター用光源２と、受光器１９とを備えている。  
スペイシャルフィルタは対物レンズ１２とアパーチャ１３で構成され、レーザ出射光のノイズ（高次の横モード）をカットするために用いられる。
【０００４】
前記構成においては、コリメートレンズ１４によって平行光束化され、ハーフミラーで二光束に分離される。この二光束をミラー１６ａ，１６ｂを用いて再び重ね合わせると、レーザ波長と二光束のなす角によって決まる干渉縞が発生する。この干渉縞に記録材料１７を配置させると、干渉縞の光強度の強弱によって記録材料に凹凸や位相差を記録することができる。  
記録材料はフォトレジストやフォトポリマーなどが用いられる。図１２に示した構成において記録（露光）波長は５１４．５ｎｍ、モニター光は６３２．８ｎｍが使用されている。
【０００５】
ところで、二光束干渉露光中にどの程度回折格子が作製されているかをモニターする要求もある。このとき、露光波長と同じ波長でモニターするとこのモニター光によって露光されてしまい、所望の回折格子を作製することができない。  
また、露光波長と異なっても記録材料の吸収を無視できない波長でモニターする場合でも、モニター光による露光のため効率の低い回折格子しか作製できないことがある。モニターしながら露光する方法としては再生波長と同じモニター光を用い、再生波長では記録しない（吸収しない）が露光波長で記録できる（吸収する）記録材料にする方法が考えられる。
【０００６】
例えば、図１７において、露光用レーザを青色レーザ（アルゴンレーザ）１とし、モニター用の光源は赤色のヘリウムネオンレーザ２とする。記録材料が青色の光で記録でき、青色より長波長の赤色で記録でいない材料を選ぶことによってモニター光によって回折格子作製に悪影響しないようにできる。
【０００７】
また、モニター光の影響を受けないようにする構成としては、図１８に示す構成がある（例えば、非特許文献１、非特許文献２）。
【０００８】
図１８に示す構成においては、干渉露光用（記録用）の光源はアルゴンレーザ（図中、Ａｒレーザと称呼）で、発振波長４８８ｎｍの青色光を用いている。再生用光源はヘリウムネオンレーザ（図中、ＨｅＮｅレーザと称呼）であり、その発振波長は６３３ｎｍが用いられ、露光時にヘリウムネオンレーザを照射しても記録材料で吸収が無ければ回折格子作製において悪影響がない構成である。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３９１２５号公報（段落「０００２」欄）
【特許文献２】特開２００２−６０４２９号公報（段落「００３６」欄）
【非特許文献１】J.American Chemical Society １９９４年、１１６号、７０５６頁中の図２
【非特許文献２】ＩＤＷ‘０２  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｐ．１６１のFig.1“Property of Polarization Dependent Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal Device and its Application for Information Display”, Ogiwara et al.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１７に示す構成において、二光束がそれぞれ平行光束である場合には、等ピッチの干渉縞が形成され、作製される回折格子も等ピッチの格子形状となる。  
また、ミラー１６ａ，１６ｂと記録材料１７との間の少なくとも一方にレンズを挿入すると不等ピッチの回折格子を作製することができる。
【００１１】
一方、回折格子の利用の仕方によっては所定の不等ピッチを作製する必要がある。例えば、発散光路中に回折格子を配置して所定の回折方位に回折光を発生させたい場合である。この時、露光の波長と再生波長とが異なると回折光の方位が異なり、さらには、最適な回折効率が得られなくなる虞がある。
【００１２】
また、再生波長と露光波長とを同波長帯域（両波長差が小さい）とした場合には、モニター光源を照射すると記録材料がモニター光でも露光され、作製された回折格子の特性が劣化する。これは露光ビームによる干渉縞のコントラスト（干渉縞の明部と暗部の比）が実質的に低下するためである。この影響で、特に、回折効率が不良になるという問題がある。
【００１３】
露光ビームを露光時にそのままモニター光として利用することができれば、上述した問題が解消されることになるが、しかし、露光ビームの透過光（または回折１次光）をモニター光に利用することは次の理由により不可能であった。
【００１４】
図１９は、上記理由を説明するための図である。同図において露光ビームＢ１，Ｂ２を記録材料に照射して回折格子を作製する露光計で、ビームＢ１が記録材料を透過する光にはＢ１の０次透過光Ｐ（Ｂ１，０ｔｈ）とビームＢ２の＋１次透過回折光Ｐ（Ｂ２，＋１ｓｔ）が含まれる。一方、ビームＢ１が記録材料を透過して進む光には、Ｂ２の０次透過光Ｐ（Ｂ２，０ｔｈ）以外にＢ１の＋１次透過回折光Ｐ（Ｂ１，＋１ｓｔ）が含まれる。
Ｐ１＝  Ｐ（Ｂ１，０ｔｈ）＋Ｐ（Ｂ２，＋１ｓｔ）・・・（式１）
Ｐ２＝  Ｐ（Ｂ２，０ｔｈ）＋Ｐ（Ｂ１，＋１ｓｔ）・・・（式２）
両ビームの記録材料面におけるパワー（またはパワー密度）が同じなら（式１）の第２項と（式２）の第２項は等しくなる。したがって、（式１）は、
Ｐ１＝  Ｐ（Ｂ１，０ｔｈ）＋Ｐ（Ｂ１，＋１ｓｔ）
と書き改めることができる。高回折効率の回折格子を作製する場合には０次と１次の効率の和がほぼ１００％となるため、露光開始からＰ１はほぼ一定となる。このため、Ｐ１をモニターしても回折格子がどの程度作製されたかを知ることができない。Ｐ２も同様にしてモニター用途には使えない。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来の干渉露光装置における問題に鑑み、露光波長と動波長帯域のモニター光を用いた場合でも回折効率の低下しない回折格子が得られる構成を備えた干渉露光装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、露光パワーを犠牲にすることなく、かつ、モニターのために露光が中断されるようなことがないようにして露光用光源によるモニターを可能にする構成を備えた干渉露光装置、さらに加えて、微弱な回折光強度においてもモニターの中断を招かないようにできる構成を備えた干渉露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の発明は、可干渉性を有する第１の光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、前記光源と同波長帯域の光を放出する第２の光源からの光を、第１の光源による露光量より低い露光量で前記記録材料に入射させ透過光または回折光をモニター光として用いることを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の干渉露光装置において、前記第２の光源からの放射光を光パルス状にして記録材料の照射することを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の干渉露光装置において、前記第２の光源からの放射光を露光光束のパワー密度より低いパワー密度にして記録材料の照射することを特徴としている。  
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちの一つに記載の干渉露光装置において、前記第２の光源が半導体レーザまたは発光ダイオードであることを特徴としている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、可干渉性を有する光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、前記光源からの光量の一部を取り出し、モニター光路長と露光光学長の差を前記光源のコヒーレンス長以上の距離として、光パルス状もしくは低パワー密度で記録材料に照射し透過光または回折光をモニターすることを特徴としている。
【００２１】
請求項６記載の発明は、可干渉性を有する光源の出射光を２つ以上の光束に分離して、各光束を重ね合わせて干渉縞を発生させ、前記干渉縞に記録材料を配置させて回折格子を作製する干渉露光装置において、前記光源からの光量の一部を取り出し、干渉縞を発生させる光束の偏光面と直交する振動面に変換して、光パルス状もしくは低パワー密度で記録材料に照射し透過光または回折光をモニターすることを特徴としている。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の干渉露光装置において、前記光源が２枚以上のミラーで構成されるレーザ共振器を構成するレーザ光源であり、出力ミラー以外のミラーからの漏れ光をモニター光とすることを特徴としている。
【００２３】
請求項８記載の発明は、可干渉性を有する光源と、前記光源からの光を２つ以上の光束に分離する光路分離手段と、各光束を重ね合わすための少なくとも一枚以上のミラーとで構成される干渉露光装置において、所定の光束を所定の時間遮蔽するための少なくとも１つ以上のシャッタと、前記所定の光束以外の光束の透過光または回折光をモニターするための受光素子とが配置された構成であることを特徴としている。
【００２４】
請求項９記載の発明は、可干渉性を有する光源と、前記光源からの光を２つ以上の光束に分離する光路分離手段と、各光束を重ね合わすための少なくとも一枚以上のミラーとで構成される干渉露光装置において、前記光源から前記光路分離手段までの間に所定の時間光路を切り替えるための偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された光束を被露光材料に照射して透過光もしくは回折光をモニターする受光素子とが配置された構成を備えていることを特徴としている。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、可干渉性を有する光源からの光を少なくとも二つの光束に分波し、前記光束をおのおの所定の入射方位と所定の入射角度で合波して記録材料に露光することによって所定の干渉縞を発生させ、所望の回折格子を作製する干渉露光装置において、露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴としている。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、可干渉性を有する光源からの光を二つの光束に分波し、前記光束をおのおの所定の入射方位と所定の入射角度で合波して記録材料に露光することによって所定の干渉縞を発生させ、所望の回折格子を作製する干渉露光装置において、露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴としている。
【００２７】
請求項１２記載の発明は、可干渉性を有する光源からの光を第一の回折格子に入射し、前記第一の回折格子からの透過回折１次光と０次光によって発生する干渉縞で記録材料を露光することによって所望の回折格子を作製する露光装置において、露光時に前記記録材料から発生する回折光のうち、０次光と＋１次光を除いた所定の回折光の光強度を計測し、前記光強度が所定の値、もしくは、所定の値を越えた時に、前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴としている。
【００２８】
請求項１３記載の発明は、請求項１０乃至１２のうちの一つに記載の干渉露光装置において、前記光モニター制御部で前記光強度を測定するための受光部が光電子増倍管、または、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ  電荷結合素子）または、アバランシェフォトダイオード、またはＣＭＯＳイメージセンサーであることを特徴としている。
【００２９】
請求項１４記載の発明は、請求項１０乃至１３のうちの一つに記載の干渉露光装置において、露光時に前記記録材料から発生する透過回折１次光と０次光とを除く所定の複数の回折光の光強度を計測し、前記複数の回折光強度の総和が、または、前記複数の回折光の光強度をもとにして所定の演算値が、所定の値または所定の値を越えた時に前記光源からの光を遮断させる光モニター制御部を備えたことを特徴としている。
【００３０】
請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４のうちの一つに記載の干渉露光装置を露光装置として用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１乃至３記載の発明によれば、モニター光源で露光量を小さくすることで、また、光パルス化して、さらには、低パワー密度化のいずれかによりモニターするため、露光用光源とモニター光源とが同波長帯域でも回折格子作製に悪影響を及ぼさないようにできるモニター光学系付きの干渉露光装置を得ることが可能となる。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、モニター光源として半導体レーザ、または、発光ダイオードを用いることにより、露光光源と同波長帯域のモニター光でも回折格子作製に悪影響せず、かつ、注入電流を制御することで光パルスにも低パワー密度にもできる小型のモニター光学系付き干渉露光装置を得ることが可能となる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、露光光の一部を取り出してモニター光学長と露光光学長との差を光源のコヒーレンス長以上に設定することにより、一台の光源で露光を中断することなく、かつ、不要な干渉縞を発生させずにモニターすることができる干渉露光装置を得ることが可能となる。
【００３４】
請求項６に記載の発明によれば、露光光の一部の光を取り出してこの偏光面を９０度回転させてモニター光とすることにより、モニタ用の光源を特別に用意する必要を無くし、露光を中断することなく、不要な干渉縞を発生させずにモニターすることができる小型の干渉露光装置を得ることが可能となる。
【００３５】
請求項７に記載の発明によれば、露光用レーザの共振ミラーからの漏れ光をモニター光として利用するために、露光強度を下げずに、露光を中断することなく、不要な干渉縞を発生させずにモニターすることができる干渉露光装置を得ることが可能となる。
【００３６】
請求項８記載の発明によれば、露光ビームをシャッタで一光束残してモニター光とするため、モニター用の光源を特別に用意する必要を無くし、かつ、モニター時に余計な干渉縞が発生しない干渉露光系を得ることが可能となる。
【００３７】
請求項９記載の発明によれば、偏向手段で露光光の光路を切り替えてモニター光とするために、モニター用の光源を特別に用意する必要を無くし、かつ、モニター時に余計な干渉縞が発生しないようにできる干渉露光系を得ることが可能となる。
【００３８】
請求項１０および１１記載の発明によれば、モニタ付き干渉露光装置で、露光ビームによる回折光のうち０次、＋１次以外の次数光をモニタするため、追加の光源が不要で、かつ、露光を中断することなく、所望のタイミングで露光を完了することが可能となる。
【００３９】
請求項１２記載の発明によれば、モニタ付き複製露光装置で、露光ビームによる回折光のうち０次、＋１次以外の次数光をモニタするため、追加の光源が不要で、かつ、露光を中断することなく、所望のタイミングで露光を完了することが可能となる。
【００４０】
請求項１３記載の発明によれば、モニタ付き複製露光装置で、露光ビームによる回折光のうち０次、＋１次以外の微弱な次数光でも高感度にモニタすることができ、追加の光源が不要であること、かつ、露光を中断することなく、所望のタイミングで露光を完了することが可能となる。
【００４１】
請求項１４記載の発明によれば、モニタ付き複製露光装置で、露光ビームによる回折光のうち０次、＋１次以外の次数で、複数の回折光をモニタするため、それぞれの回折光強度が微弱でもモニタすることができ、追加の光源が不要であること、かつ、露光を中断することなく、所望のタイミングで露光を完了することが可能となる。
【００４２】
請求項１５記載の発明によれば、露光ビームによる回折光のうちで０次、足す次光以外の微弱な次数光を用いることで微弱な回折光強度であっても露光に悪影響を及ぼすことなく、しかも露光を中断することなくモニタを行うことが可能な露光装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図に示す実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００４４】
（第１の実施例）
図１は第１の実施例を説明するための図であり、本実施例は、請求項１および２記載の発明の実施例に相当している。
【００４５】
本実施例による干渉露光装置は、露光用レーザ装置１１（可干渉性を有する第１の光源）と、ビームエキスパンダとして用いられるための対物レンズ１２とアパーチャ１３とからなるスペイシャルフィルタと、平行光束作成用のコリメートレンズ１４と、ハーフミラー１５と、ミラー１６ａ，１６ｂと、モニター用レーザ光源１８と、受光素子１９とを備えて構成されている。なお、符号１７は記録材料である。
【００４６】
露光用レーザ装置１１には、アルゴンレーザ（発振波長４８８ｎｍ）が利用されている。露光レーザ装置１１には単一縦モード発振するレーザを利用するとコヒーレンス長が長くなり、また、ノイズの少ない回折格子を作製できるという利点が得られる。
【００４７】
スペイシャルフィルタは必ずしも必要ではないが、ハーフミラー１５までの光学素子などでレーザビームにノイズがのることがあり、このビーム品質を良好にするためには有用である。ハーフミラー１５でレーザ光を二分してからミラー１６ａ，１６ｂで所定の角度でビームを重ね合わせ、記録材料１７上において干渉させることにより干渉縞を発生させる。  
記録材料（被露光サンプル）１７をこの干渉縞の発生した位置に配置すると、干渉縞ピッチに対応した回折格子を作製できる。
【００４８】
さらに、露光中に回折格子の作製状況をモニターするために、レーザ装置１１と同波長帯域の光を放射する第２の光源１８を用いる。  
第２の光源１８からの光を記録材料の裏側から入射させる。ここで同波長帯域とは、第１の光源と同じ波長であっても、数十ｎｍ異なる波長であっても良い。要は、露光波長が青色光でモニター光が緑色光といった波長差ではなく、同じもしくは同レベルの発振波長を有していることを意味する。本実施例ではモニター光源として発振波長４８８ｎｍを有するコヒーレント社製超小型ブルーレーザＳａｐｐｈｉｒｅ  ４８８−２０を用いた。
【００４９】
アルゴンレーザ１１とブルーレーザ１８は同じ発振波長であるが別のレーザであり、両者のレーザビームに干渉性は無い。ただし、モニター光によって、露光ビームによる干渉縞にＤＣ成分が重畳されることになり、このままでは、効率の高い回折格子が作製出来ない。このため、本実施例では、モニター用光を光パルス化して記録材料に照射する。
【００５０】
モニター光を光パルス化するために、本実施例では、光強度変調器２０を用いる。  
光強度変調器としては、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）に代表される電気光学結晶を用いて結晶への印加電圧パルスによって、光パルスを発生させることができる。光パルスのパルス幅（単位：秒）と光強度（単位：ｍＷ）は次のように設定する。露光の１光束の記録材料でのパワー密度をＡ１［ｍＷ／ｃｍ２］、露光時間をＴ１［秒］とし、モニター光のパワー密度をＡ２［ｍＷ／ｃｍ２］、光パルス幅（パルス時間）をＴ２［秒］とすると、少なくとも、
Ａ２×ｍ×Ｔ２≦０．１×Ａ１×Ｔ１・・・（式１）
の関係を満たすようにする。なお、式１において、符号ｍは光パルスの総数を表わす。さらに好ましくは、Ｔ２は短い時間ほど回折効率の高い回折格子を作製できるため、上記関係式よりもさらに短いＴ２を選ぶことが望ましい。
【００５１】
モニター光の進行方向は図１を示す紙面に投影した方位は、ミラー１６ａから来る露光光束と逆とする。ただし、紙面奥行き方向には角度を持たせ、モニター光の回折光を受光するための受光素子１９がミラー１６ｂからの光束をけらない（光束の一部を遮蔽しない）ようにする。
【００５２】
記録材料に回折格子が作られ始めると、モニター光の回折光強度が上昇し始める。所望の回折効率となるように回折光強度が得られると露光用の光を止める（図示しないがシャッタなどで遮蔽する）。
【００５３】
本実施例によれば、露光光源と同波長帯域のモニター光でも回折格子作製に悪影響しないモニター光学系付き干渉露光装置を構築できる。本実施例では、二光束干渉露光計を例としたが、２光束以上であれば光束数はいくつでも良く、本発明の効果に影響を与えない。また、モニター光源は露光レーザと同種のもの（アルゴンレーザ）を用いても、もちろん、良い。  
また、記録材料の吸収帯域と合ってさえすれば、発振波長４８８ｎｍ以外のレーザでも本発明は有効である。さらに、本実施例で光強度変調器として電気光学光変調器を例に挙げたが、音響光学素子なども利用できる。また、モニター光源の回折光をモニターしたが、透過光をモニターしても良い。透過光が減少し始めると回折格子が作製され始めたことを表わす。
（第２の実施例）
図２は第２の実施例を説明するための図である。  
第２の実施例は、第１の実施例とくらべてモニター光の伝搬方向と、受光素子１９の配置が異なる。すなわち、モニター光の伝搬方向は、ミラー１６ａからの露光ビームと全く逆の方向とする。したがって紙面に平行である。  
この配置で記録材料１７に回折格子が作製し始めると、モニター光は記録材料１７で回折され、ミラー１６ｂ、ハーフミラー１５へと進む。ハーフミラーで半分の光量は反射され、この反射光を受光素子１９で受光する。
【００５４】
本実施例では、モニター光の入射角（入射方位）を露光ビームの片側と完全に一致させることができる。このため、厳密なモニターが必要な場合に最適なモニター光学系である。
【００５５】
また、図示しないが、光強度変調器２０への印加電圧を単パルスではなく、繰り返しパルスや直流電圧で光強度を減衰させると、前記（式１）のＡ２を小さく制御することが可能になる。  
光強度変調器ではなく、減衰フィルターや、レンズ系でビーム径大きくしてパワー密度Ａ２を低下させても良い。この構成は請求項３記載の発明の実施例に相当する。
（第３の実施例）
図３は、請求項４記載の発明の実施例に相当する第３の実施例を説明するための図である。  
本実施例では、モニター用光源として半導体レーザ３１を用いる。  
露光用レーザとしてヘリウムカドミウムレーザ３３（発振波長６３３ｎｍ）とし、半導体レーザは発振波長６５０ｎｍ程度のものを用いる。
【００５６】
モニター光源を半導体レーザにすることによって、第１や第２の実施例でもちいた光強度変調器（または、減衰フィルタ、レンズ系）を用いなくでも、注入電流を制御することで光パルスを出射させたり、光強度を弱めて放射させることができる。このため、モニター光学系が簡素化され、小型になる。なお、モニター光源は発光ダイオードも利用することができる。
（第４の実施例）
図４は、請求項５記載の発明の実施例に相当する第４の実施例を説明するための図である。第１の実施例と同じ素子は同じ数字で図示している。光学素子４１は露光用光源１１の光量の一部を取り出すために用いる。例えば、ガラス基板を利用できる。ガラス基板の表面反射光をミラー４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂと反射させてから、記録材料に照射する。ミラーの枚数は特に何枚用いても良い。減衰フィルター４４はモニター光のパワー密度が大きいときに使用する。減衰フィルターではなく、ビームエキスパンダのような光学系を用いても良い。
【００５７】
コヒーレンス長とは光の位相が揃っている距離を表す。  
二光束干渉露光のようにレーザ光を二分して再び重ね合わせるまでの光路長はコヒーレンス長以内にすることで、干渉縞を発生することができる。縦単一モード発振のアルゴンレーザではコヒーレント長は数ｍ程度である。
【００５８】
露光光路長をレーザ装置１１（厳密にはガラス基板４１）からハーフミラー、ミラーをへて記録材料１７までの距離とし、また、モニター光路長をレーザ装置１１（厳密にはガラス基板４１）からミラー４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂを経て記録材料１７までの距離とする。
【００５９】
モニター光学長と露光光学長の差をコヒーレンス長以上の距離に設定する。記録材料中でモニター用ビームが露光用の二光束と重ね合わさっても、モニター光と露光光とは干渉性がなく、干渉縞が発生しない。従って、露光用の干渉縞のコントラストを低減させずに回折格子の作製状況をモニターすることができる。
【００６０】
本実施例によれば、ひとつの光源で露光用光源とモニター用光源とを兼ねることができ、モニター用の光源を特別に用意する必要が無い。また、干渉露光を中断すること無くモニターすることが可能になる。
【００６１】
（第５の実施例）
図５は請求項６記載の発明の実施例に相当する第５の実施例を説明するための図である。  
モニター用としてガラス基板４１の反射光を取り出し、λ／２板（半波長板）５１を用いて偏光面を９０度回転させる。レーザ光源１１から放射されるビームの偏光方向が図５の紙面に垂直方向とすると、λ／２板の進相軸（もしくは遅相軸）を４５度にすることによってλ／２板を通過した偏光面を紙面に平行にすることができる。偏光面が直交した光同士は可干渉性が低いため、記録材料１７で余計な干渉縞を発生させない。
【００６２】
本実施例によれば、ひとつの光源で露光用光源とモニター用光源とを兼ねることができ、モニター用の光源を特別に用意する必要が無く干渉露光系をコンパクトにできる。また、干渉露光を中断すること無くモニターすることが可能になる。
（第６の実施例）
図６は請求項７記載の発明の実施例に相当する第６の実施例を説明するための図である。  
レーザ光源６１はレーザ媒質６２がミラー６３ａ，６３ｂに挟まれたレーザ共振器で構成される。ミラー６３ｂはレーザ光を効率よく出力させる出力ミラーである。一方、ミラー６２ａは発振波長に対して高反射率としている。
【００６３】
しかし、光強度は小さいがミラー６３ａから外側に漏れる光が存在する。この光をミラー６４ａ，６４ｂ，６４ｃを用いて記録材料１７に照射する。この光路中にλ／２板５１を挿入する。λ／２板はモニター光のパワー密度が十分小さければ、必ずしも必要ではない。
【００６４】
本実施例によれば、一つの光源で露光用光源とモニター用光源とを兼ねることができ、モニター用の光源を特別に用意する必要が無く、また、干渉露光を中断すること無くモニターすることが可能になる。さらに、モニター光を取り出すためにガラス基板などを露光ビーム中に入れる必要が無くなり、露光ビームの品質を劣化させることが無くなる。
（第７の実施例）
図７および図８は請求項８記載の発明の実施例に相当する第７の実施例を説明するための図である。  
ハーフミラー１５よりも光源側に光強度変調器７２を、露光ビームの片側にシャッタ７１を配置する。光強度変調器は前述のように電気光学結晶を用いた素子で実現できる。シャッタ７１は、機械式シャッタでも、光強度変調器でも良い。  
機械式シャッタの場合には振動対策をしておく必要がある。受光素子１９は、露光ビームの一つの透過ビームを受光するように配置する。  
図７は露光時の場合を示している。  
光強度変調器７２は高透過にし、シャッタ７１は開いた状態である。二光束干渉によって記録材料１７に回折格子が作製される。次に、モニターする瞬間を図８で説明する。シャッタ７１が閉じて、一方の露光ビームを遮蔽する。これに同期して、光強度変調器を駆動して、光強度を低下させる。記録材料１７には低いパワー密度で１光束が照射され、この回折光（もしくは透過光）をモニターする。別のモニター方法として、光強度変調器はシャッタ７１が閉じている間に光パルスを記録材料１７に照射しても良い。低パワー密度モニター、光パルスによるモニター、いずれも前述の（式１）を満たすようにモニターする。
【００６５】
なお、図示しないが３光束以上の干渉露光の場合には、１光束のみを残して残りの光束は１つ以上のシャッタで遮蔽する。１光束でモニターすることによって、干渉縞を発生することなくモニターすることができる。
【００６６】
本実施例によれば、モニター用光源を用意しなくても露光用光源で兼用でき、かつ、露光ビームを１本だけ残して干渉縞を発生させずにモニターすることができる。
（第８の実施例）
図９と図１０は請求項９記載の発明の実施例に相当する第８の実施例を説明するための図である。  
レーザ光源１１とスペイシャルフィルタ１２，１３との間に偏向手段９１を配置する。この偏向手段は図１１を用いて後述するが、光の進行方向を切り替えることができる素子である。露光時は、図９のように、偏向手段からの光１１２ａがスペイシャルフィルタ、コリメートレンズ１４、ハーフミラー、ミラー１６ａ，１６ｂを経て記録材料１７の位置に干渉縞を発生させ、回折格子が作製される。一方、モニター時は、図１０に示すように、偏向手段９１でレーザ光の進行方向を切り替え（１１２ｂ）、ミラー９２ａ，９２ｂで記録材料１７の裏側から照射する。４４はモニター光のパワー密度を下げるための光強度変調器である。個の光強度変調器４４は必ずしも必要ではない。すなわち、偏光手段９１が式１を満たす光パルスを発生できるだけの速度で駆動することができれば光強度変調器４４は省略できる。
【００６７】
図１１は本実施例で用いる偏向手段９１について説明するための図である。光の光路を切り換えるために、例えば、音響光学素子や電気光学素子をもちいた光偏向器を利用することができる。ただし、偏向角が小さい場合には、図１１のように光偏向器の後に穴あきミラーを配置すれば、偏向角を実質大きくすることができる。
【００６８】
本実施例によれば、モニター用光源を用意しなくても露光用光源で兼用でき、かつ、モニター時に余計な干渉縞が発生することが無い。
（第９の実施例）
図１２は、請求項１１記載の発明の実施例に相当する第９の実施例を説明するための図である。  
図１２において、レーザ１２１からの出射光をスペイシャルフィルタでビームの横モードを０次とし、スペイシャルフィルタからの発散光をコリメートレンズで平行光束にする。この平行光をハーフミラー１２４で二分し各々のビームをミラー１２５を用いて所定の入射角で記録材料１２６に照射する。スペイシャルフィルタは対物レンズとピンホール（図示せず）で構成される。記録材料はフォトレジスト、フォトポリマなどが利用できる。
【００６９】
ミラー１２５ａで反射されたビームＢ１とミラー１２５ｂ反射光Ｂ２は両ビームが重ね合わさった領域（記録材料１２６）で干渉縞を形成する。この干渉縞の明部、暗部にしたがって記録材料内で屈折率が変調される。フォトレジストの場合には、干渉縞の露光の後に現像することによって干渉縞の明部、暗部にしたがうように表面に凹凸が記録される。
【００７０】
ここで、ビームＢ１の透過光方向にビームＢ３が、同様にビームＢ２の透過方向にＢ４が露光中に絶えず存在する。  
本実施例においては、図１９において説明したように、高回折効率の回折格子を作成する場合に０次と１次の効率の和がほぼ１００％となることが原因して一方の透過光をモニターしても回折格子がどの程度作成されたかを知ることができない点を考慮している。このため、本実施例においては、ビームＢ１の＋２次回折光とビーム２の−１次回折光Ｂ５は記録材料部１２６に回折格子が形成されなければ発生することがないことを利用する点に特徴がある。  
これらの回折光強度（加算値）を受光素子１２７（例えばフォトダイオード）でモニターして所定の光強度になった瞬間に制御回路１２８をへて電磁シャッタ１２９でレーザ光を遮断して露光を終了させる。
【００７１】
このような構成によれば、モニター光は露光ビームをそのまま利用するため、特別に用意する必要が無い。また、このモニター方法によって露光ビームの光利用効率が低下しない。特に、露光波長と再生波長が同じである場合、モニタリングする回折光と１次回折光のそれぞれの回折効率を事前に把握しておくだけで回折格子の実使用時の回折効率を露光中に知ることができる。
【００７２】
なお、本実施例ではコリメート光を露光ビームとしているが、必要に応じて、発散光または収斂光としても、所期の目的を達成すること十分に可能である。すなわち、モニター用の回折光が発散光となれば、受光素子１２７と記録材料１２６との間に適切な焦点距離（レンズパワー）のレンズ（図示されず）を配置すれば良い。
（実施例１０）
図１３は、請求項１０項および１３項記載の発明の実施例に相当する第１０の実施例を説明するための図である。
【００７３】
同図においては、レーザ光源１２１、電磁シャッタ２９、スペイシャルフィルタ１２２、コリメートレンズ１２３までは実施例９に示した構成と同じであるため、説明を省略する。
【００７４】
回折格子１３１はコリメート光を３つのビームに分岐するために用いる。回折格子１３１で発生するビームＡ，Ｂ，Ｃを各々所定の入射角、方位角で記録材料１３３に照射する。  
回折格子は表面に凹凸のある、いわゆる表面レリーフ型回折格子を用いることができる。
【００７５】
回折せずに透過するビームＢと、回折光Ａ，Ｃとはそれぞれの効率が３０％程度であることが望ましい。しかし、少なくともＡ，Ｂ，Ｃの光強度がほぼ１：１：１であれば各効率が３０％未満であっても使用上、特に大きな問題は無い。
【００７６】
本実施例ではミラー１３２ａ、１３２ｂを用いてビームＡ，Ｃの進行方向を変えている。記録材料１３３は例えばフォトレジストを利用することができる。
【００７７】
図１４は記録材料部を拡大した図である。  
同図において露光ビームＡ，Ｂ，Ｃが記録材料部１３３に入射する。  
露光開始直後の記録材料からの透過光は、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の３つのビームである。露光によって回折格子が３ビームに分光照射して複製を形成し始めると、これら３つの透過ビームは次のとおりの成分が含まれる。
（透過ビームＤ１）＝（ビームＡの透過光）
＋（ビームＡ，Ｂで形成される回折格子によるビームＢの＋１次回折光）
＋（ビームＡ，Ｃで形成される回折格子によるビームＣの＋１次回折光）
（透過ビームＤ２）＝（ビームＢの透過光）
＋（ビームＡ，Ｂで形成される回折格子によるビームＡの＋１次回折光）
＋（ビームＢ，Ｃで形成される回折格子によるビームＣの＋１次回折光）
（透過ビームＤ３）＝（ビームＣの透過光）
＋（ビームＡ，Ｃで形成される回折格子によるビームＡの＋１次回折光）
＋（ビームＢ，Ｃで形成される回折格子によるビームＢの＋１次回折光）
前述のように、回折効率の高い回折格子が形成されると、＋１次回折光の光強度が増加すると、その増加分だけ０次（透過）光の光強度が減少する。
【００７８】
３ビーム露光であっても透過光Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれも露光開始直後から回折格子が形成中、形成後まで各々の光強度の変化は小さい。  
このため、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をモニター光として利用できない。しかし、０次や＋１次以外の次数の回折光は３ビームでもモニター光として利用することができる。  
Ｄ４はビームＡ，Ｂで形成される回折格子によるビームＡの＋２次回折光である。これをモニター光として受光素子１３４で受光する。
【００７９】
制御部１３５はモニターされた光強度が所定の値になれば電磁シャッタ１２９を閉じる信号を発生する。本実施例では＋２次回折光をモニターしているが、−１次回折光やそれ以外の次数の回折光でも良い。また、モニターする回折光の光強度が極めて小さい場合には、受光素子３４は光電子増倍管を用いることが望ましい。もしくは、ＣＣＤあるいはアバランシェフォトダイオードやＣＭＯＳイメージセンサーなどの高感度な受光素子も利用することができる。
【００８０】
なお、回折格子１３１はハーフミラーを２枚用いた構成であっても良い。また、本実施例では２つのビームの伝搬方向がひとつの平面内に存在する配置であるが、一つの平面内に無くとも所期の目的を達成することができる。また、３つのビームによる露光は一例であって、４つ以上のビームでも本発明の効果を損なうことは無い。記録材料３３はフォトレジスト以外にフォトポリマ、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができる。
（実施例１１）
図１５は、請求項１２項記載の発明の実施例に相当する第１１の実施例を説明するための図である。
同図において原版回折格子１５１は記録材料部１５２の近傍に配置する。  
原版回折格子１５１に所定のビーム（図１５では平行光）１５３を入射させる。  
原版回折格子１５１は、強度比１：１程度となる０次光（透過光）と１次回折光とを発生させる。これらの２つのビームが記録材料部１５２で干渉縞を形成し、回折格子が複製される。この複製露光でも、記録材料１５２からのビーム１５４ａ，１５４ｂは前述のとおりモニター光としては利用できない。そこで、回折格子１５１が複製し始めてから発生する０次や１次回折光以外の次数の回折光をモニターすることが有効である。
【００８１】
本実施例では＋２次回折光１５４ｃをモニターする。なお、受光素子から電磁シャッタまでの構成と動作は、図１２および図１３に示した場合と同様であるため、説明を省略する。  
記録材料１５２はフォトレジスト、フォトポリマ、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができる。
【００８２】
本実施例では、原版回折格子１５１で＋２次回折光が存在するとモニタ用ビーム１５４ｃに足し合わされてしまう。この場合には、露光開始直後からモニター光強度の増加分が所定の値となった時点で電磁シャッタを閉じるように制御する。
（実施例１２）
図１６は、請求項１４項記載の発明の実施例に相当する第１２の実施例を説明するための図である。なお図１６においてこれまでに示した実施例に用いられる部材と同様な者は同符号により示してある。
【００８３】
同図においてレーザ光源１２１から記録材料１２６までの構成と動作は実施例１と同様であるため、説明を省略する。記録材料１２６から発生するビームでＤ１，Ｄ２は露光ビームＢ１，Ｂ２の０次光と＋１次光を各々含んでいるため、モニター光として利用できない。  
ビームＤ３、Ｄ４はそれぞれＢ２、Ｂ１の−１次回折光である。これらの２つのビームを受光素子１６１ａ，１６１ｂでそれぞれ受光する。ビームＤ３、Ｄ４の光強度をもとにして制御部１６２は所定の演算結果が所定値となった瞬間、または所定値を超えれば電磁シャッタ１２９を閉じるように制御信号を電磁シャッタ１２９に送る。所定の演算とは、例えば受光素子１６１ａ，１６１ｂの総和とすることができる。すなわち、ビームＤ３、Ｄ４の総和が所定値を超えると電磁シャッタを閉じる。これ以外にもビームＤ３、Ｄ４の受光信号にそれぞれ所定の重みをかけてから積算して、この積算値が所定値を超えると電磁シャッタを閉じるという制御方法でも良い。
【００８４】
本構成では受光素子を２つ用いたが、１つにすることも可能である。例えば、ビームＤ４をミラーなどを用いて受光素子１６１ａに導く。すると受光素子１つで所定の複数のモニター光の総和を受光することができる。この受光信号が所定の値を超えれば電磁シャッタを閉じる制御を行うようにする。
【００８５】
上記実施例においては、ひとつのモニター回折光では強度が小さく露光を中止するタイミングが判別しづらい場合に、特に、有効である。受光素子が光電子増倍管やＣＣＤあるいはアバランシェフォトダイオードやＣＭＯＳイメージセンサーとすることによって、光強度の小さい所定の複数の回折光をモニター光とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】請求項１，２記載の発明に係る第１の実施例を説明するための図である。
【図２】図１に示した第１の実施例の変形実施例および請求項３記載の発明に係る実施例である第２の実施例を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明に係る第３の実施例を説明するための図である。
【図４】請求項５記載の発明に係る第４の実施例を説明するための図である。
【図５】請求項６記載の発明に係る第５の実施例を説明するための図である。
【図６】請求項７記載の発明に係る第６の実施例を説明するための図である。
【図７】請求項８記載の発明に係る第７の実施例を説明するための図であって、露光時の状態を示す図である。
【図８】請求項８記載の発明に係る第７の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図９】請求項９記載の発明に係る第８の実施例を説明するための図であって、露光時の状態を示す図である。
【図１０】請求項９記載の発明に係る第８の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図１１】図１０に示した実施例に用いられる偏向手段の構成を示す図である。
【図１２】請求項１０および１３記載の発明に係る第９の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図１３】図１３は、請求項１０および１３記載の発明の実施例に相当する第１０の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図１４】図１３に示した実施例に用いられる記録材料部を拡大した図である。
【図１５】請求項１２項記載の発明の実施例に相当する第１１の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図１６】請求項１４項記載の発明の実施例に相当する第１２の実施例を説明するための図であって、モニター時の状態を示す図である。
【図１７】従来のモニター光学系付きの干渉露光装置の構成の一つを示す図である。
【図１８】従来のモニター光学系付きの干渉露光装置に関す留別の構成を示す図である。
【図１９】露光ビームの透過光（または回折１次光）をモニター光に利用することができない理由を説明するための回折光の透過状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８７】
１１，１２１    第１の光源
１２            対物レンズ
１３            アパーチャ
１４            コリメートレンズ
１５            ハーフミラー
１６ａ、１６ｂ  ミラー
１７，１２６，１３３  記録材料
１８  第２の光源
１９，１２７，１３４，１６１  受光素子
２０  第２光源からの放射光をパルス状に変調する光強度変調器
１２９  電磁シャッタ
１２８，１３５，１６２  制御部
【図１】
2006013449.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006013449.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006013449.tif 000017
【図１６】
2006013449.tif 000018
【図１７】
2006013449.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2006013449.tif 000021