(57)【要約】本発明は記憶媒体(4)にデジタルホログラムを生成するリソグラフ装置に関する。このリソグラフ装置は、所定のビーム幅を有する書き込みビーム(12)を生成する光源(6,10)と、レンズホルダ(16)内に配置され、書き込まれる記憶媒体(4)上に前記書き込みビーム(12)を集束する書き込みレンズ(14)と、記憶媒体に対する書き込みビーム(12)の２次元移動のための駆動手段とを備える。本発明の目的は、コンピュータ生成ホログラムを高速に且つ簡単に書き込む技術的な問題を解決することである。このため、レンズホルダ(16)を書き込みビーム(12)に対して実質的に垂直に変位する第１の駆動装置(18)を含み、書き込みレンズ(14)のアパーチャは、書き込みビーム(12)のビーム断面より小さい。本発明は、記憶媒体内にホログラムをリソグラフィで生成する方法にも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶媒体（４）にデジタルホログラムを生成するリソグラフであって、
所定のビーム断面を有する書き込みビーム（１２）を生成する光源（６，１０）と、
レンズホルダ（１６）内に配置され、書き込まれる前記記憶媒体（４）上に前記書き込みビーム（１２）を集束する書き込みレンズ（１４）と、
前記記憶媒体（４）に対する前記書き込みビーム（１２）の２次元移動のための駆動手段とを備えるリソグラフであって、
前記駆動手段は、前記レンズホルダ（１６）を前記書き込みビーム（１２）に対して実質的に垂直に移動する第１の駆動装置（１８）を含み、
前記書き込みレンズ（１４）のアパーチャは、前記書き込みビーム（１２）のビーム断面より小さいことを特徴とするリソグラフ。
【請求項２】
前記駆動手段は、リニアモータ又はボイスコイルモータとして形成されることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフ。
【請求項３】
前記レンズホルダ（１６）の取り付けは、固体軸受け、ボール軸受け、滑り軸受け、空気軸受け、又は磁気軸受けとして形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリソグラフ。
【請求項４】
前記レンズホルダ（１６）は、１方向にリニアに取り付けられ、共振的に振動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリソグラフ。
【請求項５】
前記レンズホルダ（１６’’）は、１回転方向に回転するように取り付けられ、共振的に振動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリソグラフ。
【請求項６】
前記レンズホルダ（１６，１６’’）は、１ｋＨｚより大きな周波数で振動することを特徴とする請求項４又は５に記載のリソグラフ。
【請求項７】
前記第１の駆動装置（１８）は、前記書き込みレンズ（１４）を第１の移動方向に移動し、
前記駆動手段は、前記第１の移動方向を横切る第２の移動方向に、前記書き込みビーム（１２）を前記記憶媒体（４）に対して移動する第２の駆動装置を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のリソグラフ。
【請求項８】
前記第２の駆動装置は、前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）を前記書き込みビーム（１２）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載のリソグラフ。
【請求項９】
前記第２の駆動装置は、前記光源（６，１０）及び前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）を前記記憶媒体（４）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載のリソグラフ。
【請求項１０】
前記第２の駆動装置は、前記記憶媒体（４）を、前記光源（６，１０）及び前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載のリソグラフ。
【請求項１１】
記憶媒体（４）にデジタルホログラムを生成するリソグラフであって、
所定のビーム断面を有する書き込みビーム（１２）を生成する光源（６，１０）と、
レンズホルダ（１６’）内に配置され、書き込まれる前記記憶媒体（４）上に前記書き込みビーム（１２）を集束する書き込みレンズ（１４’）と、
前記記憶媒体（４）に対する前記書き込みビーム（１２）の２次元移動のための駆動手段とを備えるリソグラフであって、
前記書き込みレンズ（１４’）は、マイクロレンズとして形成されることを特徴とするリソグラフ。
【請求項１２】
互いに近接して配置された少なくとも２個の書き込みレンズ（１４’）が設けられ、前記書き込みビーム（１２）は前記少なくとも２個の書き込みレンズ（１４’）を同時に照明することを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフ。
【請求項１３】
前記書き込みレンズ（１４’）はアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のリソグラフ。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか１項により特徴付けられる請求項１１から１３のいずれか１項に記載のリソグラフ。
【請求項１５】
前記記憶媒体（４）と前記書き込みレンズ（１４，１４’）の間の距離を調整する手段が設けられていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のリソグラフ。
【請求項１６】
記憶媒体にデジタルホログラムをリソグラフィ的に生成し、特に請求項１から１４のいずれか１項に記載されたリソグラフで生成する方法であって、
書き込みビームが、光源及び書き込みレンズにより前記記憶媒体上に集束され、駆動手段により前記記憶媒体に対して２次元で移動され、
前記書き込みレンズは、前記書き込みビームの伝達方向に対して実質的に垂直な第１の移動方向で、前記光学的記憶媒体に対して移動され、
前記書き込みレンズの移動範囲内で、前記書き込みレンズのアパーチャは前記書き込みビームにより実質的に完全に照明され、
前記ホログラムは点毎に放射エネルギを導入することにより書かれ、前記書き込みビームの強度は前記記憶媒体上の前記書き込みビームの位置の関数として制御される方法。
【請求項１７】
前記書き込みレンズは、前記記憶媒体に対して、前記第１の移動方向を横切る第２の移動方向に移動される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光源及び前記書き込みレンズは、前記記憶媒体に対して移動される請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記記憶媒体は、前記光源及び前記書き込みレンズに対して移動される請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記記憶媒体上の直角の点パターンは、前記書き込みビームにより走査される請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記書き込みビームと前記記憶媒体の間の前記第２の移動方向の前記相対的な移動は、前記第１の移動方向の前記書き込みレンズの移動の間不連続的に実行される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
書き込まれる前記記憶媒体の領域に沿った前記第１の移動方向の前記書き込みビームの移動の間、前記書き込みビーム前記第２の移動方向には移動せず、
書き込まれない前記記憶媒体の領域に沿った前記第１の移動方向の前記書き込みビームの移動の間、前記第１の移動方向を横切るように１ステップずつ移動される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記書き込みビームの前記第１の移動方向移動の間、前記書き込みビームは前記第２の移動方向に連続して移動される請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記互いに近接して配置され、特にマイクロレンズの形に設計された少なくとも２個の書き込みレンズにより、ホログラムが前記媒体に同時に書き込まれる請求項１６から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記書き込みレンズ又は書き込みマイクロレンズと前記記憶媒体との間の距離が、前記記憶媒体内の各種の深さに書き込むように設定される請求項１６から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
対象物（４）を走査する顕微鏡であって、
所定のビーム断面を有する書き込みビーム（１２）を生成する光源（６，１０）と、
レンズホルダ（１６）内に配置され、前記対象物（４）の表面上に前記観察ビーム（１２）を集束するレンズ（１４）と、
前記対象物（４）に対する前記観察ビーム（１２）の２次元移動のための駆動手段とを備える顕微鏡であって、
前記駆動手段は、前記レンズホルダ（１６）を前記観察ビーム（１２）に対して実質的に垂直に移動する第１の駆動装置（１８）を含み、
前記レンズ（１４）のアパーチャは、前記観察ビーム（１２）のビーム断面より小さい顕微鏡。
【請求項２７】
請求項２から１５のいずれか１項に記載の１つ以上の特徴を有する請求項２６に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記憶媒体にデジタルホログラムを生成するリソグラフに関する。特に、このリソグラフは、所定のビーム断面を有する書き込みビームを生成する光源と、書き込まれる記憶媒体上に書き込みビームを収束する書き込みレンズとを有し、この書き込みレンズはレンズホルダー内に配置され、記憶媒体に対する書き込みビームの２次元移動のための駆動手段を有する。更に、本発明は、記憶媒体にデジタルホログラムを生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルホログラムは異なる光特性を有する個別の点（ポイント）で構成される２次元ホログラムであり、コヒーレントな電磁波、特に光波で照明した時に、透過又は反射における回折によりそこから画像及び／又はデータが再生される。個別の点の異なる光特性は、例えば表面形状の結果として、記憶媒体の材料における光路長又は材料のカラー値が変化する反射特性である。
【０００３】
個別の点の光特性は、コンピュータにより演算され、それにはコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として知られていることも含まれる。ホログラムの書込み中には、集束された書込みビームを使用して、ホログラムの個別の点が材料に書き込まれ、焦点は記憶媒体の表面の領域又は材料内に位置する。焦点の領域において、焦点合わせは記憶媒体の材料上の作用範囲を小さくする効果を有し、小さな範囲にホログラムの多数の点を書くことができる。このようにしてそれぞれ書き込まれた点の光特性は、書込みビームの強度に依存している。このため、書込みビームは強度を変化させながら記憶媒体の表面上を２次元に走査される。書込みビームの強度の変調は、この場合、例えばレーザダイオードのような光源の内部変調、又は例えば光電要素を利用して光源の外での書込みビームの外部変調により実行される。更に、光源はパルス長が制御可能なパルスレーザで形成することができ、書込みビームの強度の制御はパルス長により実行される。
【０００４】
強度変調された書込みビームの走査の結果、不規則な点配置を有する領域がデジタルホログラムに生成される。これは、所望の目標を確認して区別するのに使用できる。
【０００５】
走査型リソグラフィシステムは本当に普及している。例えば、走査光システムは、従来のレーザプリンタに組み込まれている。しかし、これらのシステムは、ホログラムの製造には使用できない。それは、この目的の応用における要求は、レーザプリンタにおけるそれと非常に異なるからである。良好な印刷システムの場合には、解像度は約２５００ｄｐｉ程度であるが、ホログラムの製造においては、約２５０００ｄｐｉの解像度が要求される。更に、デジタルホログラフィでは、相対的に小さな領域だけに書き込まれる。他の大きさも可能であるが、例えば、それらは１から５mm2である。例えば１×１mm2の領域に１０００×１０００の点（ポイント）のデジタルホログラムの製造のためのリソグラフの場合の書込みパターンの精度は、直角な両方向において約±０．１μmでなければならない。更に、ホログラムを約１秒以内に書くには、書込み速度は約１Ｍ画素／秒（ｓ）でなければならない。上記の大きさは例であり、本発明のいかなる制限も構成するものではない。
【０００６】
デジタルホログラムは、入射ビームの角度が固定光学系により変化される従来の走査方法により製造できる。例えば、ガルバノミラー及びポリゴンミラーを有する走査ミラーリソグラフがこの原理で動作する。しかし、このタイプのスキャナは、この原理を実現するには、光学的及び機械的な非常な努力が必要であるという欠点を有する。この事実が光リソグラフの速度及び解像度の最大化に厳しい制限をもたらす。それは、このためには対物レンズは大きな視野角を可能にし、偏向角を対物レンズの焦点面におけるｘ偏向に、望ましくはリニアに変換することが必要である（Ｆθ対物レンズ）。更に、使用される対物レンズは画像湾曲について補正されなければならず（「平面視野」対物レンズ）、そのため複雑な多重部分光学系を使用しなければならず、それは小型の構成のリソグラフに対する障害である。更に、このタイプの複雑な光学系はリソグラフの機械系に大きな要求をもたらすが、それは機械系が相対的に大きな重量を移動させなければならないからである。これは、光学システムのアパーチャ（開口）は同様に常に解像力も決定するため、任意に小さい走査ミラーを選択することはできないという事実からの結果でもある。
【０００７】
しかし、走査運動が移動するビームを介して実現されるのではなく、移動する光学系を介して実現される走査光学システムも知られている。しかし、デジタルホログラムの所定の点パターンを可能にし、達成される書き込み速度の間維持されなければならない書き込みビームの走査速度と位置決め精度は、ここではいずれでも実現できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、光リソグラフィによる少しの変更でコンピュータ生成ホログラムをできるだけ高速に書く技術的な問題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、上記の技術的な問題は、請求項１の特徴を有するリソグラフにより解決され、レンズホルダを書き込みビームに対して実質的に垂直に移動するように設けられた第１の駆動装置、及び書き込みビームのビーム断面より小さい書き込みレンズのアパーチャにより解決される。
【００１０】
これにより、本発明のリソグラフを使用することにより、書き込みビームの第１の移動方向の振動する走査移動によりデジタルホログラムが生成され、走査移動は移動光学系により実現される。これは、ビーム、望ましくは良好にコリメートされたビームに対してレンズが垂直に移動する時、レンズの焦点はレンズに対して固定された関係で移動するという原理に基づいている。もし光が十分に平坦な波面を有し、その断面がレンズのアパーチャより大きければ、焦点の走査移動は、焦点でビーム強度の位置に依存する変動無しに、レンズを移動させるだけで達成されるという原理に基づいている。
【００１１】
この解法は、大きな質量を移動すること無しに高速で走査移動を可能にするという利点をもたらす。書き込みレンズだけが移動され、取り付け機構も含めて少なくとも１つの別のミラーは移動されないので、移動される質量は従来技術に比べて低減される。
【００１２】
これに関連して、高速の走査移動は１ｋＨｚの領域での振動レートを意味する。これは、例えば１０００×１０００の点を備えるホログラムを、それぞれが１０００点を有する第１の移動方向の１０００ラインを１秒間で書くためである。したがって、多数の方向変化が生じる。
【００１３】
デジタルホログラムを生成するために走査される領域は、典型的には大きさが１から５mm2で、典型的な対物レンズのアパーチャより非常に小さい。典型的な対物レンズは、この場合好ましくは０．４以上の開口数（ＮＡ）、４から６mmのアパーチャ及び１グラムより少ない重さを有するレンズを意味すると理解される。このタイプのレンズは、すでにＣＤ及びＤＶＤドライブに使用されており、非球面の単レンズとして高価にならずに製造できる。しかし、本発明で使用される書き込みレンズは、個別の意図する目的に適合されなければならないカバーガラスの厚さ補正の点で、これらのレンズとは違っている。
【００１４】
本発明は、好適な実施例を使用した以下により詳細に説明される。
【００１５】
駆動装置は、リニアモータ又はボイスコイルモータとして形成されることが望ましい。両方の装置は、レンズホルダの高い走査速度又は振動レートを発生するのに適している。
【００１６】
レンズホルダの取り付けは、固体状態結合で実行されるのが望ましい。レンズホルダ、したがって書き込みレンズは、第１の移動方向に共振して振動で、好ましくは１ｋＨｚ以上の周波数で共振できる。固体状態結合の替わりに、レンズの他の取り付けも可能であり、例えば、応力ボール軸受け、滑り軸受け、空気軸受け、又は磁気軸受けも可能である。しかし、固体状態結合で取り付けられるのに比べて、これらは摩耗し易いという欠点やより技術的な努力が必要であるという欠点を有している。取り付けを構成する上での重要な要因は、レンズが高精度で取り付けられるということである。この場合、移動方向に対する側方への経路変位は０．２mm未満で、ビーム方向には最大で０．５mmでなければならない。更に、レンズのチルトは非常に小さくなければならない。これは、そうでなければ焦点の品質が保証されないためである。
【００１７】
書き込みレンズの走査移動は、取り付けのタイプに応じて、リニア又は回転であるように設計できる。リニアな走査移動の場合には、リニア露光トラックが記憶媒体上に生成され、回転軸の回りの走査移動の場合には、いずれの場合も円弧が通過される。この場合、もし半径が走査移動の長さに比べて大きければ、良い近似で走査移動の直線進路と見なせる。いずれにしろ、走査移動の曲がった進路は、基準として使用される直交パターンから変位した点配置により、コンピュータ生成ホログラムを生成する時に演算により考慮することができる。
【００１８】
説明した方法による書き込みレンズの取り付けは、１方向のみにおけるレンズ移動を可能にする。しかし、２次元デジタルホログラムを生成するためにはアレイが露光されるので、駆動手段による第２の方向別の走査移動が必要である。この横切る方向の移動は、第１の移動方向に対して垂直な成分を有し、特にこれは第１の移動方向に対して実質的に垂直に走る。
【００１９】
書き込みレンズの振動による移動に対する横切る移動は、例えば、第１の移動方向に対して横切る第２の移動方向に書き込みビームを記憶媒体に対して移動するために設けられる第２の駆動装置により実行できる。この相対的な横切る移動を行うには各種の方法がある。
【００２０】
第１の好適な方法では、第２の駆動装置は、書き込みレンズのレンズホルダを書き込みビームに対して移動する。次に、第２の駆動装置は、光源、コリメーション光学系及び書き込みレンズのレンズホルダを記憶媒体に対して移動できる。第３に、第２の駆動装置は、記憶媒体自体を、光源、コリメーション光学系及び書き込みレンズに対して移動できる。上記の各場合において、書き込みビームと記憶媒体の間の相対移動は、書き込みレンズの第１の移動方向に対して横切るように、特に垂直に実行されるように行われる。第２の移動方向に沿ったこの移動は、同様に高精度で実行される。実際の応用に応じて、移動する質量を最小にする構成にすることが好ましい。
【００２１】
上記の技術的な問題は、本発明の別の構成により解決され、それは第１及び第２の駆動装置の構成には依存せず、一般に光源、コリメーション光学系、書き込みレンズ及び２次元駆動手段を有するリソグラフに基づいている。この解法は、書き込みレンズがマイクロレンズとして形成される構成内にある。マイクロレンズは、生成されるホログラムの大きさと同程度の物理的大きさ、特に同程度の直径を有する。
【００２２】
本発明では、デジタルホログラムの大きさは１から５mmの範囲にある。書き込みレンズが小さいサイズのため、移動されるリソグラフの重量は低減され、書き込みビームと記憶媒体の間の相対的な移動を生成するドライブを複雑でないようにするか、書き込み速度を高くするかのいずれかが達成できる。更に、マクロレンズの使用は、リソグラフと記憶媒体の間の距離を低減し、リソグラフと記憶媒体を備える全体構造の大きさを低減する。
【００２３】
更に好ましい方法では、少なくとも２個の書き込みレンズが互いに近接して配置され、書き込みビームは少なくとも２個の書き込みレンズを同時に照明する。もし２個より多い書き込みレンズが設けられているならば、これらはアレイの形で配置されているのが望ましい。もし書き込みビームが記憶媒体に対して移動されるならば、個別のマイクロレンズにより通過される集束する部分ビーム移動は互いに並列に実行される。これにより、複数の書き込みレンズに対応して、複数のホログラムをホログラムアレイ内に同時に書き込むことができる。
【００２４】
すべての部分ビームで同程度に作用するそれぞれの強度になるように、書き込みビームの強度のみが増加されなければならない。
【００２５】
ホログラムアレイの形での複数の同一のホログラムの並行した書き込みは、それに伴うホログラムの再構成のために必要な照明強度がより低くなるという利点を有する。これは、読み出しビームが複数の同一のホログラムを同時に照射するため、したがってしばしば同一のホログラムが生成されることを意味する。これらの個別のホログラムは、個別の強度に比べて増幅された強度を有する全体ホログラムを形成するように組み合わされる。
【００２６】
マイクロレンズ自体及びマイクロレンズの形の書き込みレンズのアレイは、移動書き込みレンズを有する上記のリソグラフで使用すると特に有効である。これは、個別の書き込みレンズの低重量が高速の走査移動を可能にするためである。書き込みレンズアレイの場合、これらはレンズホルダ内に一緒に配置され、それは第１の駆動装置により移動され、もし適当であれば第２の駆動装置で移動される。上記で更に説明された全ての利点のある構成は、マイクロレンズ又はマイクロレンズアレイとも組み合わせることが可能である。
【００２７】
本発明によれば、上記の技術的な問題は、記憶媒体にデジタルホログラムをリソグラフィ的に生成する方法によっても解決され、そこでは、書き込みビームが、光源及び書き込みレンズにより記憶媒体上に集束され、駆動手段により記憶媒体に対して２次元で移動され、書き込みレンズは、書き込みビームの伝達方向に対して実質的に垂直な第１の移動方向で光学的記憶媒体に対して移動され、書き込みレンズの移動範囲内で、書き込みレンズのアパーチャは書き込みビームにより実質的に完全に照明され、ホログラムは点毎に放射エネルギを導入することにより書かれ、書き込みビームの強度は記憶媒体上の書き込みビームの位置の関数として制御される。
【００２８】
好ましい方法では、書き込みビームは、記憶媒体に対して、第１の移動方向を横切る第２の移動方向にも移動される。このため、すでに上記で説明したリソグラフの構造を使用することが可能である。第１の実施例では、書き込みレンズは、記憶媒体に対して、第１の移動方向を横切る第２の移動方向にも移動される。第２には、光源及び書き込みレンズは、記憶媒体に対して一緒に移動できる。そして第３には、記憶媒体自体が、光源及び書き込みレンズに対して移動できる。２つの移動方向に沿った移動を重ね合わせることにより、記憶媒体の表面上の書き込みビームの２次元走査になり、それによりホログラムの書き込み動作が実行される。
【００２９】
本発明の別の実施例では、記憶媒体上の直交点パターンは、書き込みビームにより走査される。言い換えれば、書き込みレンズにより集束された書き込みビームが光学記憶媒体上の直交する点パターン上を移動するように、２つの走査移動が行われる。この場合、書き込まれるホログラムの品質は、できるだけ正確に走査される書き込みパターンに依存している。
【００３０】
これは、書き込みレンズの高速での第１移動方向の振動の間、すなわち高速軸として知られている軸に沿っての振動の間、光学的な記憶媒体が書き込まれている限り、この移動を横切る移動が起きないようにする。もし書き込みレンズが振動の戻りの時に記憶媒体に書き込むことが無ければ、書き込みレンズは、書き込まれる記憶媒体に対して、第２の移動方向、すなわち低速軸として知られている方向に沿った方向に１ステップだけ移動される。書き込みレンズは、高速軸上の書き込みレンズの書き込み移動の部分が再び実行されて書き込みレンズが再び戻るように振動するまで、第２の移動方向に関してこの位置に留まる。低速軸上の移動は、不連続的に実行され、２つの移動は互いに正確に組み合わされ且つ制御されなければならない。言い換えれば、記憶媒体上の書き込みは高速軸に沿った前進移動のみで起き、横切る方向の書き込みビームの変位は戻り移動で実行される。
【００３１】
同様に、前進移動及び戻り移動の両方の間に記憶媒体に書き込み、第１の移動方向の逆移動の間に横切る変位を行うことも可能である。
【００３２】
書き込まれるホログラムに関連したこのような要求を満足するために、書き込みレンズは約１ｋＨｚの周波数で高速軸の回りを振動すべきであり、低速軸での、すなわち振動移動に対する横切る方向の媒体に対する書き込みレンズの不連続な変位は、０．３から０．６ms内に実行されるべきである。書き込みビームの強度の変調の書き込みトリガは、この場合数メガヘルツの程度までにならなければならない。
【００３３】
これと別であれば、低速軸上の第２の移動方向の書き込みレンズの移動は、連続して実行できる。しかし、この結果、書き込み点はもはや直交パターン上にはない。しかし、これは制御システムの適切な構成により、例えば適切に作られたソフトウエアにより補正できる。
【００３４】
本発明の上記の機能及びその好適な構成は、走査型顕微鏡、特に走査型共焦点顕微鏡で使用すると利点がある。このタイプの顕微鏡では、表面は光ビームで走査されるか観察され、反射光強度が測定される。表面の走査中、画像が反射光の測定強度から組み立てられる。したがって、表面は前述のようにパターンで走査される。
【００３５】
この場合、このためにビームスプリッタが移動レンズの前又は好ましくは後の反射ビームのビーム経路中に配置され、光センサに反射された放射を導く。センサは反射強度を測定する。
【００３６】
このタイプの顕微鏡により、表面をできるだけ高速に少ない努力で走査するという問題は解決される。これは、前述のリソグラフが基づいた技術的な問題に一致している。リソグラフとして前に説明した利点は、このタイプの顕微鏡でも同様に達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明が図面を参照して例として説明される。
【００３８】
記憶媒体４内にデジタルホログラムを生成する本発明のリソグラフの第１の例示の実施例が、図１及び図２に示される。このリソグラフは、書き込みビーム８を生成するレーザ６を有し、書き込みビーム８はレーザビーム８を拡大してコリメートするためのコリメーション光学系１０により所定のビーム断面に広げられる。このため、コリメーション光学系１０は、小さな焦点距離の第１の収束レンズ１０ａと、アパーチャストップ１０ｂと、収束レンズ１０ｃとを備え、これらは拡大ビーム均質化のための３次元周波数フィルタとして配置される。レーザビーム８は、広げられた書き込みビームになってコリメーション光学系１０を出る。したがって、レーザ６とコリメーション光学系１０を備えるユニットは、書き込みビーム１２を生成する光源を構成する。
【００３９】
更に、リソグラフ２は、コリメートされた書き込みビーム１２を書き込まれる記憶媒体４上に収束するための書き込みレンズ１４を有する。書き込みレンズ１４は、特に図２に示すように、このためにレンズホルダ１６内に配置される。
【００４０】
書き込みレンズ１４により、書き込みビーム１２は記憶媒体４の表面上の焦点１７に収束される。その結果、書き込みビームと記憶媒体の材料の間で相互作用が起き、それは書き込みビームの強度が十分であれば焦点の領域において部分的に材料の光学特性が変化することを意味する。
【００４１】
本発明によれば、レンズホルダ１６をコリメートされた書き込みビーム１２に対して実質的に直角に移動させるために第１の駆動装置が設けられており、駆動装置はウェッブ１８の形で部分的にのみ示されている。ウェッブは２重矢印で示した振動動作を実行するリニアドライブに接続されている。レンズホルダ１６とそれによる書き込みレンズ１４の移動の結果、書き込みレンズの焦点１７は記憶媒体４の表面上を変位する。レンズホルダ１６の振れに応じて、記憶媒体４の表面の他の領域に達する。
【００４２】
図１に示すように、書き込みレンズ１４のアパーチャは、広げられてコリメートされた書き込みビーム１２のビーム断面よりも小さい。これにより、広げられた書き込みビーム１２の一部だけが書き込みレンズ１４により収束される。書き込みビーム１２のこの部分は、破線２０により示されている。もしレンズホルダ１６が駆動装置１８により変位されるならば、書き込みレンズ１４は広げられた書き込みビーム１２により照明される領域内に完全に位置する。これは書き込みビーム１２の一定割合が書き込みレンズ１４の移動の各点で収束されることを保証する。この結果は、焦点における一定のビーム強度をもたらす。
【００４３】
ウェッブ１８を移動するリニアドライブは、所望のように設計できる。磁気リニアモータ又はボイスコイルモータは駆動装置として適している。ここに示した例では、固体軸受け２４が、レンズホルダ１６をフレーム２２に対して取り付けるのに使用されている。同様に、応力ボール軸受け、滑り軸受け、空気軸受け、又は磁気軸受けが軸受けとして使用可能である。
【００４４】
図３は、レンズホルダ１６’’のための取り付け及びドライブの別の例を示す。回転軸受け２６が設けられ、その回転軸２８の回りを、アームとして形成されたレンズホルダ１６’’が１回転方向（矢印Ｂ）に共振して振動する。使用されるドライブは、円部分の一部をカバーする準線形ドライブ３０である。この線形ドライブは、コンピュータのハードディスクのための読み取りヘッドドライブの従来技術から知られている。いずれの場合も、レンズホルダ１６’’の５−１０ｋＨｚの範囲における振動移動は、低出力及び強力駆動のため、このようなリニアモータ４８により生成できる。
【００４５】
ここまでは、第１の移動方向における記憶媒体４に対する書き込みレンズ１４の移動だけを図１から図３を使用して示した。２次元デジタルホログラムを書くためには、第２の移動方向における別の移動が必要であり、それは第１の移動方向に直角な移動であることが望ましい。
【００４６】
図１及び図２において、第１の移動方向は矢印Ａで示すように水平方向に走る。一方、第２の移動方向は図１の図面平面に対して垂直、すなわち図２で縦方向に走る。上記で既に説明したように、書き込みビーム１２の移動を記憶媒体４に対して行わせるには各種の方法が可能である。このため、図では別に示していない第２の駆動装置が設けられる。この第２の駆動装置の構成は第１の駆動装置に類似させることが可能であるが、第２ドライブの速度はそれほど速い必要はない。第２駆動装置は一般にリニア又は準リニアドライブとして設計可能である。
【００４７】
第２の駆動装置を実現する第１の可能な方法は、書き込みレンズ１４のレンズホルダ１６を書き込みビーム１２に対して第２の移動方向に移動させることである。
【００４８】
第２の駆動装置を実現する第２の可能な方法は、レーザ６、コリメーション光学系１０及びフレーム２２を含む書き込みレンズ１４のレンズホルダ１６を、記憶媒体４に対して移動することである。このため、図１で破線３２で示したユニット全体が、図面の平面に垂直に移動される。
【００４９】
第２の駆動装置を実現する別の可能な方法は、記憶媒体自体を、レーザ６、コリメーション光学系１０及び書き込みレンズ１４に対して移動することである。
【００５０】
本発明のリソグラフ２’の別の真に独立した構成は、図４及び図５に示される。このリソグラフ２’は図１及び図２に示したリソグラフ２と同一の構成部分を複数有する。したがって、同一の要素は同一の参照符号で示される。
【００５１】
図１のレーザ６に対して、リソグラフ２’は、発散書き込みビーム８’を生成するレーザダイオード６’と、コリメートして所定のビーム断面を有する書き込みビーム１２にするコリメーションレンズ１０’と、コリメートされた書き込みビーム１２を書き込まれる記憶媒体４上に収束する少なくとも１つの書き込みレンズ１４’とを有する。この場合、書き込みレンズ１４’はレンズホルダ１６’内に配置される。
【００５２】
本発明によれば、書き込みレンズ１４’は、１ｍｍの領域、すなわち書き込まれるホログラムの大きさの領域内の大きさを有するマイクロレンズとして形成される。書き込みレンズ１４’と記憶媒体４の間の距離はこのようにして小さくされ、リソグラフの大きさを少なくとも部分的に小さくできる。更に、書き込みレンズ１４’は、図１及び図２のより大きなレンズ１４より重量が少なく、書き込みレンズ１４’の移動の駆動はこれに合わせることができる。
【００５３】
更に、図４及び図５は、互いに近接して配置された複数の書き込みレンズ１４’が設けられ、書き込みビーム１２が書き込みレンズ１４’を同時に照明することを示している。これにより、記憶媒体４の材料の光学特性を変化させるために、広げられた書き込みビーム１２の部分２０ａ’、２０ｂ’及び２０ｃ’は、複数の集束点１７ａ’、１７ｂ’及び１７ｃ’に同時に集束される。いずれの場合も、書き込みビーム１２は十分な強度を有する。
【００５４】
図５に示すように、書き込みレンズ１４’は３×３で配列される。もちろん、他の配列の大きさも可能であり、例えば、２×２又は４×４などであり、更に他の大きさでもよい。記憶媒体に対する書き込みビームの相対的な移動により、複数のデジタルホログラムを同時に書き込むことができる。
【００５５】
レンズホルダ１６のドライブについて図１及び図２を参照して既に説明した本発明の構成は、図４及び図５に示した実施例にも適用される。これは、第１の移動方向において記憶媒体上の書き込まれる領域に届くために、ホルダ１６’を有する書き込みマイクロレンズ１４’の配列は、書き込みビーム１２に対して実質的に直角に振動するように移動できることを意味する。同様に、各書き込みマイクロレンズ１４’が記憶媒体４の所定の２次元領域をカバーするために、第２の移動方向に沿った移動のための各種の駆動タイプを使用できる。
【００５６】
リソグラフの上記の構成の別の特徴は、記憶媒体４と図１における書き込みレンズ１４又は図４における書き込みマイクロレンズ１４’との間の距離が、それぞれ調整できることである。これは、「Ｚ」で示される２重矢印により示される。ｚ方向における距離の調整については、図に示していない手段が設けられている。これらは、モータ又は手動で駆動されるどのようなリニア調整手段でもよい。距離の調整により、記憶媒体４における集束位置は、各種の深さに配置でき、異なる厚さの記憶媒体４の場合においても、同様の集束の調整が可能である。
【００５７】
最後に、多層ホログラムとして知られているものを作るために、少なくとも２個のデジタルホログラムを記憶媒体４内の異なるレベルに書き込むことができる。
【００５８】
図６は、その構造において図１に示したリソグラフに対応する本発明の顕微鏡を示す。したがって、同一の参照符号は図１を参照して説明したのと同一の要素を示すが、詳細には書き込みと走査又は観察の間の違いを示すために他の参照符号が使用される。
【００５９】
図１に示した構造に加えて、表面から反射された光のビーム経路中の、レンズ１４の後、すなわち表面の上に、偏向面４０が配置されている。これは、半透明ミラー又はビームスプリッタにより実現でき、観察ビームにはまったく影響しないか又は少ししか影響しない。
【００６０】
偏向面４０は、反射ビームを側方に、図６における左側に偏向し、光は反射光の強度を測定する光センサ４２に入射する。
【００６１】
顕微鏡の下で観察される対象物４に対してレンズ１４の位置を変化させることにより、表面が走査すなわち観察され、反射が点毎に測定される。走査された表面の画像は組み立てることができる。
【００６２】
もし、顕微鏡の観察ビームとして示される光源６により放射された光ビームが実質的に同一の強度で生成されるならば、反射ビームの測定強度は走査表面の反射の測定である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明によるリソグラフの第１の例示の実施例の側面図を示す。
【図２】図２は、図１におけるII−IIのラインに沿った断面でリソグラフを示し、レンズホルダとリニア駆動を平面図で示す。
【図３】図３は、書き込みレンズを移動する駆動装置の第２の例示の実施例を示す。
【図４】図４は、複数の書き込みレンズの配置を有する本発明のリソグラフの第２の例示の実施例を示す。
【図５】図５は、図４におけるＶ−Ｖのラインに沿った断面でリソグラフを示し、レンズホルダとリニア駆動を平面図で示す。
【図６】図６は、図１に示したリソグラフの構造に実質的に対応する構造を有する本発明の顕微鏡を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月8日(2003.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶媒体（４）にデジタルホログラムを生成するリソグラフィ装置であって、
所定のビーム断面を有する書き込みビーム（１２）を生成する光源（６，１０）と、
レンズホルダ（１６）内に配置され、書き込まれる前記記憶媒体（４）上に前記書き込みビーム（１２）を集束する書き込みレンズ（１４）と、
前記記憶媒体（４）に対する前記書き込みビーム（１２）の２次元移動のための駆動手段とを備えるリソグラフィ装置であって、
前記駆動手段は、前記レンズホルダ（１６）を前記書き込みビーム（１２）に対して実質的に垂直に移動する第１の駆動装置（１８）を含み、
前記書き込みレンズ（１４）のアパーチャは、前記書き込みビーム（１２）のビーム断面より小さいことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、リニアモータ又はボイスコイルモータとして形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レンズホルダ（１６）の取り付けは、固体軸受け、ボール軸受け、滑り軸受け、空気軸受け、又は磁気軸受けとして形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記レンズホルダ（１６）は、１方向にリニアに取り付けられ、共振的に振動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記レンズホルダ（１６’’）は、１回転方向に回転するように取り付けられ、共振的に振動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記レンズホルダ（１６，１６’’）は、１ｋＨｚより大きな周波数で振動することを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の駆動装置（１８）は、前記書き込みレンズ（１４）を第１の移動方向に移動し、
前記駆動手段は、前記第１の移動方向を横切る第２の移動方向に、前記書き込みビーム（１２）を前記記憶媒体（４）に対して移動する第２の駆動装置を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の駆動装置は、前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）を前記書き込みビーム（１２）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２の駆動装置は、前記光源（６，１０）及び前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）を前記記憶媒体（４）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の駆動装置は、前記記憶媒体（４）を、前記光源（６，１０）及び前記書き込みレンズ（１４）の前記レンズホルダ（１６，１６’’）に対して移動することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記書き込みレンズ（１４’）は、マイクロレンズとして形成されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
互いに近接して配置された少なくとも２個の書き込みレンズ（１４’）が設けられ、前記書き込みビーム（１２）は前記少なくとも２個の書き込みレンズ（１４’）を同時に照明することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記書き込みレンズ（１４’）はアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記記憶媒体（４）と前記書き込みレンズ（１４，１４’）の間の距離を調整する手段が設けられていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
記憶媒体にデジタルホログラムをリソグラフィ的に生成し、特に請求項１から１４のいずれか１項に記載されたリソグラフで生成する方法であって、
書き込みビームが、光源及び書き込みレンズにより前記記憶媒体上に集束され、駆動手段により前記記憶媒体に対して２次元で移動され、
前記書き込みレンズは、前記書き込みビームの伝達方向に対して実質的に垂直な第１の移動方向で、前記光学的記憶媒体に対して移動され、
前記書き込みレンズの移動範囲内で、前記書き込みレンズのアパーチャは前記書き込みビームにより実質的に完全に照明され、
前記ホログラムは点毎に放射エネルギを導入することにより書かれ、前記書き込みビームの強度は前記記憶媒体上の前記書き込みビームの位置の関数として制御される方法。
【請求項１６】
前記書き込みレンズは、前記記憶媒体に対して、前記第１の移動方向を横切る第２の移動方向に移動される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光源及び前記書き込みレンズは、前記記憶媒体に対して移動される請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記記憶媒体は、前記光源及び前記書き込みレンズに対して移動される請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記記憶媒体上の直角の点パターンは、前記書き込みビームにより走査される請求項１５から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記書き込みビームと前記記憶媒体の間の前記第２の移動方向の前記相対的な移動は、前記第１の移動方向の前記書き込みレンズの移動の間不連続的に実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
書き込まれる前記記憶媒体の領域に沿った前記第１の移動方向の前記書き込みビームの移動の間、前記書き込みビーム前記第２の移動方向には移動せず、
書き込まれない前記記憶媒体の領域に沿った前記第１の移動方向の前記書き込みビームの移動の間、前記第１の移動方向を横切るように１ステップずつ移動される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記書き込みビームの前記第１の移動方向移動の間、前記書き込みビームは前記第２の移動方向に連続して移動される請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記互いに近接して配置され、特にマイクロレンズの形に設計された少なくとも２個の書き込みレンズにより、ホログラムが前記媒体に同時に書き込まれる請求項１５から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記書き込みレンズ又は書き込みマイクロレンズと前記記憶媒体との間の距離が、前記記憶媒体内の各種の深さに書き込むように設定される請求項１５から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
対象物（４）を走査する顕微鏡であって、
所定のビーム断面を有する書き込みビーム（１２）を生成する光源（６，１０）と、
レンズホルダ（１６）内に配置され、前記対象物（４）の表面上に前記観察ビーム（１２）を集束するレンズ（１４）と、
前記対象物（４）に対する前記観察ビーム（１２）の２次元移動のための駆動手段とを備える顕微鏡であって、
前記駆動手段は、前記レンズホルダ（１６）を前記観察ビーム（１２）に対して実質的に垂直に移動する第１の駆動装置（１８）を含み、
前記レンズ（１４）のアパーチャは、前記観察ビーム（１２）のビーム断面より小さい顕微鏡。
【請求項２６】
請求項２から１５のいずれか１項に記載の１つ以上の特徴を有する請求項２５に記載の顕微鏡。
【国際調査報告】
2004531844.tif 000041
2004531844.tif 000042
2004531844.tif 000043
2004531844.tif 000044
2004531844.tif 000045
2004531844.tif 000046