(57)【要約】物体を照明する多重ソースアレイは、真空において波長λを有する電磁放射線源と、電磁放射線を受けるように配置された反射性マスクとを含む。反射性マスクは、空間的に分離されたアパーチャの配列を備え、各アパーチャが、マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードに対応するのに十分な横断方向寸法を有する導波路を画定する誘電体材料を備え、各アパーチャが電磁放射線の一部を物体に放射するように構成されている。
2004505257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を照明する多重ソースアレイであって、
真空において波長λを有する電磁放射線の供給源と、
前記電磁放射線を受けるように配置された反射性マスクとを備え、該反射性マスクが空間的に分離されたアパーチャの配列を備え、各アパーチャが、前記マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードに対応するのに十分な横断方向寸法を有する導波路を画定する誘電体材料を備え、各アパーチャが前記電磁放射線の一部を前記物体に放射するように構成されている、多重ソースアレイ。
【請求項２】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性マスクが、前記アパーチャの配列を包囲する反射性誘電体スタックを更に備えている、多重ソースアレイ。
【請求項３】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記マスクが、前記物体に隣接して配置されたエンドマスク部を更に備え、各アパーチャが、前記エンドマスク部に形成され、対応する導波路と整合された副アパーチャを更に備え、各副アパーチャの横断方向寸法が、対応する導波路の横断方向寸法よりも小さい、多重ソースアレイ。
【請求項４】
請求項３記載の多重ソースアレイにおいて、各副アパーチャの前記横断方向寸法が、前記供給源によって供給される電磁放射線の真空波長よりも短い、多重ソースアレイ。
【請求項５】
請求項３記載の多重ソースアレイにおいて、前記マスクが、前記導波路の各々を包囲する反射性誘電体スタックを更に備えている、多重ソースアレイ。
【請求項６】
請求項５記載の多重ソースアレイにおいて、前記エンドマスク部が金属層から成る、多重ソースアレイ。
【請求項７】
請求項３記載の多重ソースアレイにおいて、各導波路が、前記マスクの対向する側面間に光学的空洞を画定し、前記光学的空洞が前記電磁放射線と共振するように各導波路の長さが選択されている、多重ソースアレイ。
【請求項８】
請求項２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性マスクが、前記物体に隣接して配置された反射防止コーティングを更に備えている、多重ソースアレイ。
【請求項９】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記アパーチャの内の少なくとも一部が、ほぼ円筒形であり、該円筒状アパーチャが約λ／２ｎ３の直径を有し、ｎ３が対応する各アパーチャにおける誘電体材料の屈折率である、多重ソースアレイ。
【請求項１０】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、各アパーチャの前記横断方向寸法の内少なくとも１つが、約λ／２ｎ３であり、ｎ３が対応する各アパーチャにおける誘電体材料の屈折率である、多重ソースアレイ。
【請求項１１】
請求項１０記載の多重ソースアレイにおいて、前記アパーチャのうちの少なくとも１つの別の横断方向寸法が、λ／２ｎ３よりも小さい、多重ソースアレイ。
【請求項１２】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性マスクにおける前記アパーチャの内少なくとも一部が周期的な配列を画定する、多重ソースアレイ。
【請求項１３】
請求項１２記載の多重ソースアレイにおいて、前記周期的な配列が、多重アパーチャ基礎単位からなる、多重ソースアレイ。
【請求項１４】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記アパーチャが、前記マスクを貫通する前記電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードの第１のセットに対応するのに十分な特性を有する第１アパーチャセットと、前記マスクを貫通する前記電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードの第２のセットに対応するのに十分な特性を有する第２アパーチャセットとを備え、前記１つ以上の誘導伝搬モードの第１のセットが、前記１つ以上の誘導導波路モードの第２のセットとは異なる、多重ソースアレイ。
【請求項１５】
請求項１４記載の多重ソースアレイにおいて、前記第１アパーチャセットが第１のアパーチャの周期的配列を画定し、前記第２アパーチャセットが第２のアパーチャの周期的配列を画定する、多重ソースアレイ。
【請求項１６】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記アパーチャの少なくとも１つにおける前記誘電体材料がシリコンである、多重ソースアレイ。
【請求項１７】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記波長λが光学波長である、多重ソースアレイ。
【請求項１８】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記供給源が、前記電磁放射線を前記マスクの法線軸に関してある角度で前記反射性マスクに接するように指向させる、多重ソースアレイ。
【請求項１９】
請求項１記載の多重ソースアレイにおいて、前記供給源が、前記電磁放射線を前記反射性マスクに定在波パターンとして接触するように指向させる、多重ソースアレイ。
【請求項２０】
請求項２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性誘電体スタックが、交互に配された異なる誘電体材料の層から成る、多重ソースアレイ。
【請求項２１】
請求項２０記載の多重ソースアレイにおいて、前記交互に配された層における各誘電体材料の屈折率が、各アパーチャにおける誘電体材料の屈折率よりも小さい、多重ソースアレイ。
【請求項２２】
請求項２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性マスクが、前記アパーチャから延出する前記誘導伝搬モードのエバネッセント成分を減衰するように配置された反射／吸収層を更に備えている、多重ソースアレイ。
【請求項２３】
請求項２２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射／吸収層が金属層である、多重ソースアレイ。
【請求項２４】
請求項２２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射／吸収層の厚さが、当該反射／吸収層の材料に対する前記電磁放射の表皮深度よりも大きい、多重ソースアレイ。
【請求項２５】
請求項２２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射／吸収層を前記誘電体スタックの一方の側面に配置した、多重ソースアレイ。
【請求項２６】
請求項２２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射性マスクが、誘電体選別層を更に備えており、前記反射／吸収層は前記誘電体選別層と前記誘電体スタックとの間に配置されている、多重ソースアレイ。
【請求項２７】
請求項２２記載の多重ソースアレイにおいて、前記反射／吸収層は、共通面内にある一連のパッドで形成され、隣接するパッドが、前記反射／吸収層におけるプラズモン発振を抑制するのに十分な量だけ互いに離間されている、多重ソースアレイ。
【請求項２８】
請求項１記載の多重ソースアレイであって、前記反射性マスクに付着された光学基板を更に備えており、該光学基板は前記電磁放射線に対して実質的に透過性である、多重ソースアレイ。
【請求項２９】
請求項２８記載の多重ソースアレイにおいて、前記光学基板が前記反射性マスクに機械的安定性を与える、多重ソースアレイ。
【請求項３０】
請求項２８記載の多重ソースアレイにおいて、前記光学基板が、集光または合焦を行う曲面を備える、多重ソースアレイ。
【請求項３１】
請求項１記載の多重ソースアレイであって、前記反射性マスク上に形成された均一の誘電体層を更に備えており、前記アパーチャ内における誘電体材料と前記マスク上に形成された誘電体材料とが共通の誘電体材料から成る、多重ソースアレイ。
【請求項３２】
請求項３１記載の多重ソースアレイであって、前記均一誘電体層上に形成された反射防止コーティングを更に備えている、多重ソースアレイ。
【請求項３３】
真空において波長λを有する電磁放射線を物体に照明する多重ソースアレイであって、
空間的に分離されたアパーチャの配列を備えている反射性マスクを備えており、各アパーチャが、前記マスクを貫通する前記電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードに対応するのに十分な横断方向寸法を有する導波路を画定する誘電体材料を備えており、各アパーチャが、前記電磁放射線の一部を前記物体に放射するように構成されている、多重ソースアレイ。
【請求項３４】
真空において波長λを有する電磁放射線を物体に照明する方法であって、
導波路の配列を備えたマスクを用意するステップと、
各導波路を介して、前記電磁放射線の一部を結合し、前記物体の異なる空間領域を照明するステップとから成る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願に対する相互引用）
本願は、ヘンリー　エイ．ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）による「共焦点および近接場顕微鏡技術用多重ソースアレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　ａｎｄ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題され、２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，０１９号の優先権を主張する。その内容は、この言及により本願に援用されることとする。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、走査顕微鏡技術の速度、信号対ノイズ比および測定帯域幅に対して実利的な改良が可能な新規なマスク構造の一種に関する。
近接場および共焦点走査顕微鏡技術を含む走査顕微鏡法は、従来より単一の空間的に局所化された検出素子または励起素子を採用している。これを走査プローブと呼ぶこともある。近接場走査プローブは、通常、サンプルに接近して配置された波長以下のアパーチャ（ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）であり、このようにして、物体面（ｏｂｊｅｃｔ−ｐｌａｎｅ）において波長以下の空間解像度が得られる。共焦点走査プローブは、回折制限光学部品を採用し、光波長レベルの解像度を達成している。走査プローブをラスタパターンで駆動することによって空間的に広がる画像が捕捉される。近接場顕微鏡技術では、従来よりこのようにして二次元画像を生成している。共焦点顕微鏡技術は、ラスタ走査を第３の次元、即ち、深さ方向に拡張することによって、立体を撮像するという付加的な機能を有する。近接場および共焦点走査顕微鏡装置は、通常、物体面即ち物体の小面積または立体を選択する単一の有効アパーチャを用いることによって高い空間解像度を得る。残念なことに、アパーチャを介した透過は通常小さいため、光学検出ハードウエアの負担が大きくなり、長い測定統合時間を要することが多い。
【０００３】
（発明の概要）
本発明は、走査顕微鏡技術として広く知られている技法に適用可能な新規なマスク構造の一種を特徴とする。例えば、実施形態では、複数のアパーチャの複数の構成に対して、高い光学的スループット、速度、信号対ノイズ比および測定帯域幅の実利的な改善を行うことができる。かかる実施形態は、サンプルのプロファイル検査、サンプルからの光学的日付（ｏｐｔｉｃａｌ　ｄａｔｅ）の読み取り、および／またはサンプルへの光学的日付の書き込みを行うように設計された顕微鏡システムに組み込むことができる。
【０００４】
概して言えば、一態様において、本発明は、物体を照明する多重ソースアレイを特徴とする。多重ソースアレイは、真空において波長λを有する電磁放射線源と、電磁放射線を受けるように配置された反射性マスクとを含む。反射性マスクは、空間的に分離されたアパーチャの配列（アレイ）を備える。各アパーチャは、マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードに対応するのに十分な横断方向（長手方向に対して直交する方向）の寸法を有する導波路を画定する誘電体材料を備える。更に、各アパーチャは、電磁放射線の一部を物体に放射するように構成されている。
【０００５】
多重ソースアレイの実施形態は、以下の特徴のいずれかを有し得る。
反射性マスクは、アパーチャの配列を包囲する反射性誘電体スタックを備える。例えば、反射性誘電体スタックは、交互に配された異なる誘電体材料の層を備えることができる。交互層における誘電体材料の屈折率は、各アパーチャ内の誘電体材料の屈折率よりも小さくされ得る。更に、反射性マスクは、アパーチャから延出する誘導伝搬モードのエバネッセント成分を減衰するように配置した反射／吸収層（例えば、金属層）を備えることもできる。通常、反射／吸収層の厚さは、当該反射／吸収層の材料に対する電磁放射線の表皮深度よりも大きい。反射／吸収層は、誘電体スタックの一方の側に配置することができる。あるいは、反射性マスクは、更に、誘電体選別層を含むことができ、誘電体選別層と誘電体スタックとの間に反射／吸収層が配置される。更に、反射／吸収層は、共通平面に位置する一連のパッドで形成することもでき、この場合、隣接するパッドは、反射／吸収層内におけるプラズモン発振を抑制するのに十分な量だけ互いから離間している。
【０００６】
更に、マスクは、物体に隣接して配置されるエンドマスク部を有し得る。各アパーチャは、エンドマスク部内に形成され、対応する導波路と整合する副アパーチャを更に備える。各副アパーチャの横断方向寸法は、対応する導波路の横断方向寸法よりも小さい。更に、各副アパーチャの横断方向寸法は、ソースによって供給される電磁放射線の真空波長よりも短い。加えて、マスクは、導波路の各々を包囲する反射性誘電体スタックを更に備えることもできる。エンドマスク部は、金属層を有することができる。また、各導波路は、マスクの対向側間に光学的空洞を画定し得、この場合、光学的空洞が電磁放射線と共振するように各導波路の長さを選択する。
【０００７】
反射性マスクは、更に、物体に隣接して配置された反射防止コーティングを有してもよい。
アパーチャの内の少なくとも一部は、ほぼ円筒形である。その円筒状アパーチャは約λ／２ｎ３の直径を有し得る。ここで、ｎ３は対応する各アパーチャにおける誘電体材料の屈折率である。
【０００８】
各アパーチャの横断方向寸法の内少なくとも１つは、約λ／２ｎ３のオーダーであり得、ここで、ｎ３は対応する各アパーチャにおける誘電体材料の屈折率である。更に、少なくとも１つのアパーチャの別の横断方向寸法は、λ／２ｎ３よりも小さい。
【０００９】
反射性マスクにおけるアパーチャの内の少なくとも一部が、周期的な配列を画定し得る。例えば、周期的な配列は、多重アパーチャ基礎単位（ｂａｓｉｓ）
アパーチャは、マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードの第１のセットに対応するのに十分な特性を有する第１アパーチャセットと、マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードの第２のセットに対応するのに十分な特性を有する第２アパーチャセットとを有し得る。前記１つ以上の誘導伝搬モードの第１のセットは、１つ以上の誘導導波路モードの第２のセットとは異なる。例えば、第１アパーチャセットは第１のアパーチャの周期的配列を画定し、第２アパーチャセットは第２のアパーチャの周期的配列を画定する。
【００１０】
アパーチャの少なくとも１つにおける誘電体材料は、シリコンであり得る。
ソースによって供給される波長λは光学波長であり得る。
ソースは、マスクの法線軸に関してある角度で反射性マスクに接するように、電磁放射線を指向させ得る。
ソースは、反射性マスクに定在波パターンとして接触するように、電磁放射線を指向させてもよい。
【００１１】
多重ソースアレイは、更に、反射性マスクに取り付けられた光学基板（ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を備えることができ、その光学基板は電磁放射線に対して実質的に透過性である。例えば、光学基板は、反射性マスクに機械的安定性を付与し得る。更に、光学基板は曲面を備え、集光または合焦を行ってもよい。
【００１２】
多重ソースアレイは、反射性マスク上に形成された均一誘電体層を更に有し得、アパーチャ内における誘電体材料とマスク上に形成された誘電体材料とは共通の誘電体材料から成る。更に、均一誘電体層上に形成された反射防止コーティングがあってもよい。
【００１３】
概して言えば、別の態様において、本発明は、真空において波長λを有する電磁放射線を物体に照明する多重ソースアレイを特徴とする。多重ソースアレイは、空間的に分離されたアパーチャの配列を備える反射性マスクを有する。各アパーチャは、マスクを貫通する電磁放射線の１つ以上の誘導伝搬モードに対応するのに十分な横断方向寸法を有する導波路を画定する誘電体材料を備える。更に、各アパーチャは、電磁放射線の一部を物体に放射するように構成されている。多重ソースアレイの特徴は、前述の特徴のいずれでも備え得る。
【００１４】
概して言えば、別の態様において、本発明は、真空において波長λを有する電磁放射線を物体に照明する方法を特徴とする。この方法は、導波路の配列を備えたマスクを用意するステップと、各導波路を介して、電磁放射線の一部を結合し、物体の異なる空間領域を照明するステップとを含む。この方法は、更に、多重ソースアレイに関して先に述べた特徴のいずれに対応する特徴でも備え得る。
【００１５】
前述の実施形態のいずれでも、以下の本願と所有者を同じくする仮出願に記載されている共焦点および近接場共焦点顕微鏡システムに組み込むことができる：２０００年８月２日に出願され、Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（走査干渉近接場共焦点顕微鏡）と題されたＨｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ（ヘンリー　エイ．ヒル）による第０９／６３１，２３０号および２００１年２月８日に公開された対応するＰＣＴ公開公報第ＷＯ０１／０９６６２　Ａ２号、２０００年７月２７日に出願され、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　ｗｉｔｈ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｂｙ　Ｒｅｓｏｎａｎｔ　Ｃａｖｉｔｉｅｓ（共振空洞によって光透過を強化した多重ソースアレイ）と題されたＨｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ（ヘンリー　エイ．ヒル）による仮出願第第６０／２２１，０９１号および２００１年７月２７に出願され同じ名称を有して対応する実用出願第０９／９１７，４００号、２０００年７月２７日に出願され、Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｗｉｔｈ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（背景振幅低減および補償を備えた走査干渉近接場共焦点顕微鏡）と題されたＨｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ（ヘンリー　エイ．ヒル）による仮出願第第６０／２２１，０８６号および２００１年７月２７に出願され同じ名称を有して対応する実用出願第０９／９１７，３９９号、２０００年７月２７日に出願され、Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ａｒｒａｙ　ｉｎ　Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（近接場走査顕微鏡技術における波長以下のアパーチャアレイの位置および方位制御）と題されたＨｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ（ヘンリー　エイ．ヒル）による仮出願第第６０／２２１，２８７号および２００１年７月２７に出願され同じ名称を有して対応する実用出願第０９／９１７，４０１号、並びに２０００年７月２７日に出願され、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（差動干渉共焦点近接場顕微鏡）と題されたＨｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ（ヘンリー　エイ．ヒル）による仮出願第第６０／２２１，２９５号および２００１年７月２７に出願され同じ名称を有して対応する実用出願第０９／９１７，２７６号。前述の出願の各々の内容は、この言及により、本願に援用されることとする。前述の仮出願に開示されている態様および特徴は、本願に記載される実施形態に組み込むこともできる。
【００１６】
本発明の実施形態は、以下の利点のいずれでも備え得る。
１つの利点は、作動光源の真空波長に関して測定される、物体面における波長以下の空間解像度である。
別の利点は、誘電体スタックを用いて、アパーチャ周囲に高反射性のマスクを設けることにある。その結果、反射性マスクは、マスクの一方側において放射エネルギを強化するために用いる光学的空洞を形成する多数の光学素子の１つとして用いられ得る。一方、アパーチャ導波路は、光学的空洞からの放射線を、誘電体スタックの反対側に結合する。
【００１７】
別の利点は、従来の近接場顕微鏡技術の解像度に比肩し得る高い光学的スループットを物体面解像度に対して達成できることである。
別の利点は、多くの画像点を同時に取得し高いデータレートでの最終使用を可能にするアパーチャアレイである。
【００１８】
別の利点は、多くの表面上同一の走査プローブを均一に制御して物体面に近接可能であることである。
別の利点は、外部の機械的外乱に対して高い耐性を有することである。
別の利点は、従来の近接場顕微鏡には直接用いられない多数の近接場モード構造を使用することである。
【００１９】
別の利点は、平面形状の単一プラットフォーム上において、各々、個々の最終使用のために特別に設けた特性を処理する、多種類の走査プローブを組み合わせることが可能であることである。
【００２０】
別の利点は、アパーチャアレイを支持光学基板と一体化し、更に光学的合焦即ち集光機能を提供するように構成可能なことである。
別の利点は、１つ以上の吸収または反射層間マスクの使用によって、空間解像度を更に高める方法にある。
【００２１】
別の利点は、アパーチャアレイと物体面内または物体面の近くにある物質との間における疑似相互作用または望ましくない相互作用を抑制する方法にある。
別の利点は、あるアパーチャアレイに影響を及ぼすプラズモン効果を抑制する方法にある。
【００２２】
別の利点は、アパーチャアレイを通過する同時光透過に対する進行波励起様式（ｍｏｄａｌｉｔｙ）における作用である。
別の利点は、フェーズドアレイ様式における作用である。
別の利点は、同時に励起したアパーチャアレイによって光学的スループットを高めるためのモード一致定在波励起様式における作用である。
【００２３】
別の利点は、定在波パターンの周期性を調整することによる、定在波励起様式におけるアパーチャの周期的部分集合の可変で選択的な励起である。
別の利点は、定在波パターンの空間的回転による、定在波励起様式におけるアパーチャの周期的部分集合の可変で選択的な励起である。
【００２４】
別の利点は、１５番目または１６番目の利点のいずれかを組み込んだ、進行波または定在波様式において可変で選択的に励起可能な２つ以上のアパーチャアレイの組み合わせである。
【００２５】
別の利点は、反射防止およびモード一致構造を、直接アパーチャアレイに一体化し、アパーチャアレイの光透過効率の向上を可能とすることである。
便宜上、以下に続く実施形態は、光学波長における電磁放射線を参照しながら説明する。別の波長における別の実施形態も、本発明の範囲に該当する。
【００２６】
その他の特徴、態様、および利点を以下に述べる。
図面においては、同様の参照記号は種々の図を通じて同様の要素を示すこととする。
（発明の詳細な説明）
図面を詳細に参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の現時点における好適な第１実施形態の概略図である。全体を符号１００で示されるアパーチャアレイマスクは、図１Ａに示す任意の断面を有する柱状誘電体１１１が埋設された、厚さｄの高反射性平面誘電体多層スタック１０１を備える。埋設された柱状誘電体１１１の本質的な特徴は、埋設された柱状誘電体１１１の各々が、スタック１０１の表面に対して垂直な方向に伝搬する少なくとも１つの誘導光学モード（ｇｕｉｄｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅ）に対応する（をサポートする）ことにある。図１Ｂにおいて、二次元アレイに配列された直径Ｄの円形柱状誘電体１０２は非限定的な一例を示す。
【００２７】
アレイは、図１Ｂでは単純な有限の方形格子として表されているが、アレイは一次元または二次元の任意の周期的構造を有し得ることが理解されよう。一次元アレイの非限定的な一例を図１Ｃに示す。ここでは、格子ベクトル
【００２８】
【数１】
2004505257.tif 000003
の単純な格子の有限な繰り返しによって与えられる相対的位置において、多層スタック１０１内に柱状誘電体１０２が埋設されている。一次元アレイの別の非限定的な一例を図１Ｄに示す。３つの誘電柱体１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃから成る基礎単位が、格子ベクトル
【数２】
2004505257.tif 000004
の有限の繰り返しによって与えられる位置で繰り返されている。
一次元アレイの汎化によって二次元アレイが形成される。二次元アレイは、周知の結晶格子の原理の類推によって記述される。したがって、全体的に符号１００で示されるマスクの面における二次元格子は、任意の組の非共線ベクトル
【数３】
2004505257.tif 000005
によって画定される。各ベクトルの長さはゼロでなく、全体を符号１００で示されるマスクの表面に対して平行である。格子は、図１Ｂに示すような単純な一要素基礎単位、または１０２の形式の多数の誘電柱体から成る基礎単位のいずれを有しても、本発明の主旨から逸脱することにはならない。アレイの横方向範囲は、図１Ｂの５×５アレイよりも大きくても、小さくてもよく、本発明の主旨から逸脱することにはならない。即ち、次元｛Ｍ×Ｎ｝の有限格子を形成するには、１つ以上の誘電柱体１０２から成る基礎単位を、全ての位置
【数４】
2004505257.tif 000006
において、Ｍ個の第１自然数｛１、２、．．．、Ｍ｝の集合から選択したｍ回、およびＮ個の第１自然数｛１、２、．．．、Ｎ｝から選択したｎ回繰り返す。したがって、全ての一次元アレイは、二次元アレイ｛１×Ｎ｝または｛Ｍ×１｝の特殊な場合であることがわかる。前記ＮまたはＭはそれぞれゼロでない。
任意の断面および屈折率の誘電柱体の任意配列の特殊な場合は、前述の基礎単位を用いた格子の一般的な定義に含まれることは明確に理解されよう。その非限定的な一例を図１Ｅに示す。即ち、次元｛１×１｝のアレイの特殊な場合は、単一の格子点から成る。格子点に、任意の数の任意の断面および任意の屈折率の誘電柱体を付与すると、実利的な構造が得られる。誘電柱体１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄおよび１０３Ｅと共に、かかる構成を図１Ｅに示す。
【００２９】
図面を詳細に参照すると、図２は、現時点における好適な第１実施形態の全体を符号１００で示されるマスクの全体を符号２００で示される小区分の概略図を示す。誘電体多層スタック２０１は、画定された光周波数の「停止帯域」において、所望のスペクトル反射特性、通常は高い反射率を生成するように選択した、２つ以上の誘電体材料が周期的に配された層から成る。
【００３０】
それぞれ屈折率ｎ１および屈折率ｎ２を有する交互の層２０３および層２０４の単純なスタックを図２に示し、高反射性誘電体スタックの非限定的な一例とする。尚、本発明の主旨から逸脱することなく、他の誘電体スタックも可能であり、本発明の範囲はあらゆる多層誘電体構造を含むことは、当業者には理解されよう。全体を符号２００で示されるマスクの厚さｄは、個々の最終使用に望まれる反射率を達成するために必要な数および形式の層によって決定され、光学的用途ではマイクロメータのオーダーになり得る。
【００３１】
誘電円柱体の屈折率ｎ３が＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝である場合、得られる構造は、誘電円柱体２０２の軸線に沿って伝搬する１つ以上の誘導電磁モードに対応する。誘電円柱体２０２の直径Ｄは、したがって、真空で測定した動作波長λに対して約λ／（２ｎ３）となる。
【００３２】
ここで、数値例を出して、本発明が高い空間解像度をもたらす態様を例示する。動作波長が、例えば、６３３ｎｍで、ｎ３がシリコンとして３．８８である場合、最低位モードの空間範囲は約８２ｎｍである。このモードに対応するには、誘電円柱体２０２の直径Ｄは、少なくとも８２ｎｍにされ得る。その結果、このモードを近接場における物体面に結合することによって得られる空間解像度は、空中において約λ／２〜３１６ｎｍに回折を制限した場合に得られるものよりも遥かに高くなる。
【００３３】
更に、屈折率ｎ３のアパーチャおよび約λ／（２ｎ３）の直径は少なくとも１つの誘導（即ち、伝搬）モードに対応する。しかしながら、屈折率ｎ（ｎはｎ３未満）および直径λ／（２ｎ３）のアパーチャは誘導モードに対応せず、かかるアパーチャの光透過性は乏しく、「遮断（ｃｕｔ−ｏｆｆ）」と言われる。したがって、直径がλ／（２ｎ３）で、屈折率ｎ３の誘電体を充填したアパーチャの光学的スループットは、直径がλ／（２ｎ３）で、空気またはガラスのような屈折率がｎ３未満の誘電体を充填したアパーチャによって実現される光学的スループットよりも高い。このように、全体を符号２００で示されるマスクの光学的スループットは、高屈折率の誘電柱体２０２を用いることによって高められる。
【００３４】
更に、図２の導波構造は、図１Ｂにおいて全体を符号１００で示されるマスクのそれらのように、良好に画定された配列に容易に複製される。図１Ｂにおいて全体を符号１００で示されるマスクの平面構造により、図１Ｂにおいて全体を符号１００で示されるマスクを物体面に任意に接近させることが可能となる。
【００３５】
更に、図１Ｂの誘電円柱体１０２間では空間関係が固定されているので、図１Ｂにおいて全体を符号１００で示されるマスクが不完全に製作された場合でも、外部の機械的外乱に対して高い耐性が得られる。
【００３６】
現時点における好適な第１実施形態の説明に潜在的に含まれる、更に別の改良は、図２の誘電円柱体２０２の直径Ｄが十分に大きく、所望の動作波長において効率的な透過が得られる場合に、異なる横断モードが物体面内の構造と測定可能に異なる様に相互作用する範囲および程度において、図２の導波構造の１つ以上のより高次の横断モードを採用可能とすることである。
【００３７】
図面を詳細に参照すると、図３Ａおよび図３Ｂは、現時点において好適な第１実施形態の全体を符号１００で示されるアパーチャアレイマスクを製作することができる、４つの非排他的、非限定的なナノ加工方法の概略図を示す。図３Ａおよび図３Ｂの方法は、各々、例えば、シリコン基板に、アスペクト比が高い基台をエッチングすることを含む。ナノ機械加工を行うには、米国特許第５，１９８，３９０号およびその中で引用されている文書に開示されているような、世に認められている種々のプロセスのいずれでもよい。得られた基台は、現時点において好適な第１実施形態の誘電柱体１０２を形成する。次に、現時点における好適な第１実施形態の誘電体多層スタック１０１を基台上に、図３Ａにおけるように直接蒸着するか、または図３Ｂにおけるように選択的に露光されたフォトレジストの層の後に蒸着する。
【００３８】
図３Ａの直接蒸着方法では、最終構造を生成するためには化学機械研磨のような平坦化作業が必要となる。
図３Ｂのリフトオフ方法は、ナノ加工工程と同じマスクを用いて、レジスト層を露光する。未露光のレジストを洗い落としてから、現時点における好適な第１実施形態の誘電体多層スタック１０１を蒸着する。最後に、露光したレジストを剥離し、最終構造を形成する。
【００３９】
図３Ｃの方法では、図３Ａおよび図３Ｂで用いたのと同じかまたは同様のナノ加工方法によって、現時点における好適な第１実施形態の誘電体多層スタック１０１に開口を穿設する。次に、得られたボイドを、例えば、米国特許第６，０３０，８８１号およびその中で引用されている文書に開示されているようなプロセスによって、シリコンまたは窒化シリコンのような誘電率が高い材料で再充填する（ｂａｃｋｆｉｌｌ）。最後に、化学機械式研磨のような平坦化作業によって、過剰な再充填材料を除去し、最終構造を生成する。
【００４０】
図面を詳細に参照すると、図４は、本発明の現時点における好適な第２実施形態の概略図を示す。全体を符号４００で示されるマスクは、現時点における好適な第１実施形態の多層スタック１０１と実質的に同様の、高反射性平面誘電体多層スタック４０１を備える。前記スタック４０１は、それぞれ、直径ＤＡおよび直径ＤＢ、並びに屈折率ｎ３Ａおよびｎ３Ｂ（＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝）の柱誘電体４０２Ａおよび円柱誘電体４０２Ｂが、基礎単位によって方形格子として配列された状態で埋設されている。図４における基礎単位は、各１本の符号４０２Ａのタイプの誘電円柱体と符号４０２Ｂのタイプの誘電円柱体とから成る。誘電円柱体４０２Ａおよび４０２Ｂの一般的な特性は、現時点における好適な第１実施形態の誘電円柱体１０２と同様であり、現時点における好適な第１実施形態の誘電円柱体に関する説明は、誘電円柱体４０２Ａおよび４０２Ｂの各々にも適用される。
【００４１】
したがって、誘電円柱体４０２Ａおよび４０２Ｂの誘導モードを製作して、認識できる空間解像度を得ることができる。
アレイの横方向の範囲は、図４の５×５アレイよりも大きくてもまたは小さくてもよく、本発明の主旨を逸脱することにはならない。基礎単位は、図４の２つの成分の基礎単位よりも複雑にしても単純にしてもよく、本発明の主旨を逸脱することにはならない。更に、基礎単位は、例えば、７番目の利点を裏付けする例として、本発明の主旨を逸脱することなく、２種類よりも多い誘電円柱体で構成してもよい。
【００４２】
前述の解説から、現時点における好適な第４実施形態は、第１乃至第６の利点の裏付けにもなることは明白である。
図面を詳細に参照すると、図５は、本発明の現時点における好適な第３実施形態の概略図を示す。全体を符号５００で示されるマスクは、現時点における好適な第１実施形態の多層マスク１０１と実質的に同様な、高反射性平面誘電体多層マスク５０１から成る。前記マスク５０１は、縁の寸法がａおよびｂであり、屈折率がｎ３＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝である誘電体の矩形柱５０２が埋設されている。
【００４３】
得られた矩形導波構造は、１つの大きな例外を除いて、現時点における好適な第１実施形態の誘電円柱体１０２と実質的に同様な目的を果たす。現時点における好適な第１実施形態の誘電円柱体１０２は、所与の屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３に対して、臨界「遮断」直径よりも大きい直径に対してのみ、所望の動作光周波数によって特徴付けられる誘導伝搬モードに対応するが、これとは異なり、矩形柱導波路５０２は、寸法ａまたは寸法ｂの双方ではなくいずれか一方が任意に小さく形成されているので、少なくとも１つの誘導伝搬モードに対応する。これらの条件の下で、直径ａまたは直径ｂのうちのより小さい直径が、走査プローブの一次元空間解像度を画定する。従って、寸法ａまたは寸法ｂのうちのより大きい寸法をλ／（２ｎ３）と同様またはそれよりも大きく維持することによって、高い光学的スループットを達成することができる。
【００４４】
現時点における好適な第３実施形態の説明において暗に示された、更に別の改良は、異なる横断モードが物体面内の構造と測定可能に異なる様に相互作用する範囲および程度において、６番目の利点を支持する図５の導波構造の１つ以上の高次横断モードを励起可能とすることである。これは、寸法ａまたは寸法ｂの少なくとも一方を十分に大きくして、所望の動作波長において効率的な透過が得られるようにすることによって達成することができる。
【００４５】
アレイの横方向範囲は、本発明の主旨を逸脱することなく、図５の２×２アレイよりも大きくされても、または小さくされてもよい。
基礎単位は、本発明の主旨を逸脱することなく、図５の一要素基礎単位よりも複雑にも単純にもされ得る。
【００４６】
現時点における好適な第３実施形態は、現時点における好適な第１実施形態の態様で、第３乃至第５の利点の裏付けにもなることは明らかである。
図面を詳細に参照すると、図６は、本発明の現時点における好適な第４実施形態の概略図を示す。マスク６００は、現時点における好適な第１実施形態の多層スタック１０１と実質的に同様の高反射性平面誘電体多層スタック６０１から成り、縁寸法ａＡ×ｂＡ，ａＢ×ｂＢおよび屈折率ｎ３Ａ，ｎ３Ｂ（＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝）をそれぞれ有する誘電矩形柱体６０２Ａ，６０２Ｂが埋設されている。誘電矩形柱体６０２Ａ，６０２Ｂの全体的な特性は、現時点における好適な第３実施形態の誘電矩形柱体５０２と同様であり、現時点における好適な第３実施形態の誘電矩形柱体６０２に関する説明は、誘電矩形柱体６０２Ａ、６０２Ｂにも適用される。
【００４７】
したがって、誘電矩形柱体６０２Ａ，６０２Ｂの誘導モードを製作し、認識できる空間解像度を得ることができる。例えば、誘電柱体６０２Ａ，６０２Ｂは、異なるサイズおよび／または方位で製作すれば、単一のアパーチャアレイにおいて異なる空間解像度に対する感度を得ることができる。
【００４８】
アレイの横方向範囲は、本発明の主旨を逸脱することなく、図６の２×２アレイよりも大きくも、小さくもされ得る。
基礎単位は、本発明の主旨を逸脱することなく、図６の二要素基礎単位よりも複雑にも単純にもされ得る。更に、基礎単位は、例えば、７番目の利点の裏付ける例に関して、２種類よりも多い誘電矩形柱体を備えてもよいことは理解されよう。
【００４９】
現時点における好適な第４実施形態は、１番目乃至６番目の利点の裏付けにもなることは、以上の説明から自明である。
図面を詳細に参照すると、図７は、本発明の現時点における好適な第５実施形態の概略図を示す。全体を符号７００で示されるマスクは、現時点における好適な第１実施形態の多層スタック１０１と実質的に同様の高反射性平面誘電体多層スタック７０１を備える。スタック７０１には、２×２方形格子に配列されている三要素基礎単位を形成する誘電柱体７０２Ａ、７０２Ｂおよび７０２Ｃが埋設されている。矩形誘電柱体７０２Ａ，７０２Ｂの寸法は、それぞれ、ａＡ×ｂＡおよびａＢ×ｂＢであり、屈折率はｎ３Ａおよびｎ３Ｂ（＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝）である。誘電円柱体７０２Ｃの寸法はＤＣであり、屈折率はｎ３Ｃ＞ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝である。
【００５０】
このように、誘電柱体７０２Ａ，７０２Ｂ，７０２Ｃの誘導モードを製作して、認識できる空間解像度を得ることができる。
誘電柱体７０２Ａ，７０２Ｂの相対的な配向は、非限定的な一例を示し、完全な二次元回転対称を有さない誘電柱体の説明は、前記誘電柱体の配向の指定を含む。
【００５１】
アレイの横方向範囲は、本発明の主旨を逸脱することなく、図７の２×２アレイよりも大きくも、小さくもされ得る。
基礎単位は、、本発明の主旨を逸脱することなく、図７の三要素基礎単位よりも複雑にも単純にもされ得る。
【００５２】
更に、基礎単位は、例えば、７番目の利点の裏付けになるために、３種類よりも多い誘電矩形柱体を備えてもよいことが理解されよう。
現時点における好適な第４実施形態が６番目乃至６番目の利点の裏付けにもなることは、以上の説明から自明である。
【００５３】
図面を詳細に参照すると、図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の現時点における好適な第６実施形態の概略図を示す。全体を符号８００で示されるマスクは、吸収または反射中間層８０５の追加を除いて、現時点における好適な第１実施形態の多層スタック１０１と実質的に同様の高反射性平面誘電体多層スタック８０１から成り、該スタック８０１には誘電柱体８０２が埋設されている。
【００５４】
尚、誘電柱体８０２の形式および構成は、図８Ａの幾何学的形状に限定される訳ではなく、ここに記載した種々の好適な実施形態のいずれによって説明されるいずれの実体でもよいことは理解されよう。
【００５５】
吸収または反射中間層８０５は、誘電体層８０３または誘電体層８０４のいずれの上または下に載置され得、図８Ａに示すように、物体面に最も近く位置するマスク表面上に有利に配置され得る。物体面に最も近く位置するマスク表面上では、吸収または反射中間層８０５は、誘電柱体８０２の誘導モードのエバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。即ち、エバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャの近接場における有効空間解像度は主に、エバネッセント成分の空間的広がりではなく、アパーチャの幾何学的形状によって画定される。したがって、吸収または反射中間層８０５の厚さは、吸収または反射中間層における動作波長の光の表皮深度（透過する深さ、ｓｋｉｎ−ｄｅｐｔｈ）の１倍以上のオーダーとなる。吸収または反射層の非限定的な一例は金属である。
【００５６】
また、吸収または反射中間層８０５は、図８Ｂに示すように、物体面に最も近く配置されたマスク表面に近い誘電体層間に有利に配置され得る。この場合、吸収または反射中間層８０５は、誘電柱体８０２の誘導モードのエバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。即ち、エバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャの近接場における有効空間解像度は、エバネッセント成分の空間的広がりではなく、アパーチャの幾何学的形状によって主に画定される。したがって、図８Ｂの実施形態は、吸収または反射中間層と物体面内または物体面の近くにある物質との間の相互作用の潜在的な可能性が低減され、１０番目の利点を直接支持するので、図８Ａの実施形態よりも有利である。これを達成するには、吸収または反射中間層８０５を選別誘電体（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）８０６の後ろに「埋め込む」。選別誘電体８０６は、誘電体層８０３または誘電体層８０４のいずれかと同一であってもよいし同一でなくてもよい。吸収または反射中間層８０５の寸法選択の判断基準は、図８Ｂの実施形態および図８Ａの実施形態のいずれに対しても同一である。
【００５７】
図面を詳細に参照すると、図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の現時点における好適な第７実施形態の概略図を示す。全体を符号９００で示されるマスクは、吸収または反射層間パッド９０５の追加を除いて、現時点における好適な第１実施形態の多層スタック１０１と実質的に同一の高反射性平面誘電体多層スタック９０１から成り、該スタック９０１には誘電柱体９０２が埋設されている。尚、誘電柱体９０２の形式および構成は、図９Ａの幾何学的形状に限定される訳ではなく、ここに記載した種々の好適な実施形態のいずれかによって説明されるいずれの実体でもよいことは理解されよう。
【００５８】
吸収または反射層間パッド９０５は、いずれの誘電体層９０３または誘電体層９０４の上または下に位置してもよく、図９Ａに示すように、物体面に最も近く位置するマスク表面上に有利に配置され得る。この場合、吸収または反射層間パッド９０５は、誘電柱体９０２の誘導モードのエバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。即ち、エバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャの近接場における有効空間解像度は、エバネッセント成分の空間的広がりではなく、アパーチャの幾何学的形状によって主に画定される。吸収または反射層間パッド９０５の厚さは、したがって、吸収または反射中間層における動作波長の光の表皮深度の１倍以上となる。吸収または反射層間パッドの非限定的な一例は金属である。吸収または反射層間パッド９０５の横方向（側方）範囲ｓは、誘導モードのエバネッセント成分の特徴的横方向（側方）範囲と同等である。いずれか２つの吸収または反射層間パッド９０５の外辺間の最少離間距離ｇは、全ての吸収または反射層間パッド９０５を電子的に分断するのに十分なように選択する。即ち、離間距離ｇは、いずれか２つ以上の吸収または反射層間パッド９０５に関連するプラズモン発振（ｐｌａｓｍｏｎ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を抑制するのに十分となるように選択する。
【００５９】
また、吸収または反射層間パッド９０５は、図９Ｂに示すように、物体面に最も近く配置されるマスク表面に近い誘電体層９０３と誘電体層９０４との間に有利に配置され得る。この場合、直前の段落および図９Ａにおいて説明したように、吸収または反射層間パッド９０５は、誘電柱体９０２の誘導モードのエバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。図９Ｂの実施形態は、吸収または反射中間層と物体面内または物体面の近くにある物質との間の相互作用の潜在的な可能性が低減され、１０番目の利点を支持するので、図９Ａの実施形態よりも有利である。これを達成するには、吸収または反射中間層９０５を選別誘電体９０６の後ろに「埋め込む」。選別誘電体９０６は、誘電体層９０３または誘電体層９０４のいずれかと同一であっても、同一でなくてもよい。吸収または反射層間パッド９０５の寸法選択の判断基準は、図９Ｂの実施形態および図９Ａの実施形態のいずれに対しても同一である。
【００６０】
図面を詳細に参照すると、図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の現時点における好適な第８実施形態の概略図を示す。アパーチャアレイ１００１は、ここで１番目乃至７番目に記載した好適な実施形態で説明した形式のいずれかであり、図１０Ａでは、平面光学基板１００２上に直接形成される。アパーチャアレイ１００１は、図１０Ａにおける光学基板１００２に直接形成される。図１０Ｂの光学基板１００３は、個々の最終使用の要求に応じて集光即ち合焦を実施するように示されており、８番目の利点を支持する。光学基板１００２および１００３双方は、アパーチャアレイ１００１の製作および実装のための機械的に安定したプラットフォームとなる。
【００６１】
図面を詳細に参照すると、図１１は、本発明の現時点における好適な第９実施形態の概略図を示す。アパーチャアレイマスク１１０１は、現時点における好適な第８実施形態に記載した光学基板１１０３上に形成されるか、またはその他の方法で付着される。アパーチャアレイ１１０１は、光学基板１１０３を介して、進行波１１０４によって照明される。進行波１１０４は、主波動ベクトル
【数５】
2004505257.tif 000007
によって記述され、該主波動ベクトルは、
【数６】
2004505257.tif 000008
と表面法線
【数７】
2004505257.tif 000009
との間に入射角θをなし、表面法線
【数８】
2004505257.tif 000010
に直交する固定であるが任意のベクトル
【数９】
2004505257.tif 000011
と、
【数１０】
2004505257.tif 000012
に平行な面上における
【数１１】
2004505257.tif 000013
の投影
【数１２】
2004505257.tif 000014
との間の角度φをなす。このように照明されるアパーチャアレイマスク１１０１のアパーチャ１１０２は、進行波モードプロフィルが個々のアパーチャ１１０２によって誘導されるモードと一致する程度に、同時に励起される。これによって、ゼロに等しくないいずれかの角度θに対して系統的に変化する位相で、アパーチャ１１０２は照明される。その結果得られるアパーチャ１１０２からの光の透過の性質は、当業者には「フェーズドアレイ」として周知であり、その有用性も当業者には周知である。更に、このフェーズドアレイの向きは、マスク１１０１および基板１１０２を共に回転させることによって、または、
【数１３】
2004505257.tif 000015
を
【数１４】
2004505257.tif 000016
を中心として回転させて角度φを変化させることによって、一平面内で回転され得る。
【００６２】
図面を詳細に参照すると、図１２は、本発明の現時点における好適な第１０実施形態の概略図を示す。現時点における好適な第８実施形態で説明したように、光学基板１２０３上にアパーチャアレイマスク１２０１を形成またはその他の方法で付着させする。
【００６３】
アパーチャアレイ１２０１は、光学基板１２０３を介して、表面法線
【数１５】
2004505257.tif 000017
に直交する、固定であるが任意のベクトルＸ間に角度π／２−φをなす、等しい振幅の周期および輪郭で記述される進行波強度パターン１２０４によって照明される。進行波強度パターン１２０４は、当業者には周知の干渉またはホログラフ法のいずれかによって生成することができる。このように照明を受けたアパーチャアレイマスク１２０１のアパーチャ１２０２は、進行波のモードプロフィルが個々のアパーチャ１２０２によって誘導されるモードと一致する程度に、同時に励起される。これによって、アパーチャ１２０２は、進行波パターンのアンチノード（ａｎｔｉｎｏｄｅ）がアパーチャ１２０２と重なり合う程度に励起される。
したがって、（ｉ）マスク１２０１および基板１２０２を共に回転させることによって、１６番目の利点を支持して、または（ｉｉ）進行波パターン１２０４を
【数１６】
2004505257.tif 000018
を中心として回転させて角度φを変化させることによって、１６番目の利点を支持して、または（ｉｉｉ）進行波パターンの周期を変化させることによって、励起されるアパーチャの数および間隔を適宜制御することができる。
図面を詳細に参照すると、図１３は、本発明の現時点における好適な第１１実施形態の概略図を示す。現時点における好適な第８実施形態で説明した光学基板１３０３上に、複合アパーチャアレイマスク１３０１を形成またはその他の方法で付着させる。複合アパーチャアレイ１３０１は、現時点における好適な第１乃至第７実施形態において説明した形式のアパーチャアレイを２種類以上備えており、各々、独立した格子および基礎単位の仕様を有し、単一のアパーチャアレイに組み合わせられている。
【００６４】
アパーチャアレイ１３０１は、光学基板１２０３を介して、表面法線
【数１７】
2004505257.tif 000019
に直交し、固定であるが任意のベクトル
【数１８】
2004505257.tif 000020
間に角度π／２− φをなす、等しい振幅の周期ｐおよび輪郭で記述される進行波強度パターン１３０４によって照明される。進行波強度パターン１３０４は、当業者には周知の干渉またはホログラフ法にいずれかによって生成することができる。このように照明されたアパーチャアレイマスク１３０１のアパーチャ１３０２は、進行波のモードプロフィルが個々のアパーチャ１３０２によって誘導されるモードと一致する程度に、同時に励起される。これによって、アパーチャ１３０２は、進行波パターンのアンチノードがアパーチャ１３０２と重なり合う程度に励起される。
したがって、（ｉ）マスク１３０１および基板１３０２を共に回転させることによって角度φを変化させることによって、１６番目の利点を支持し、または（ｉｉ）進行波パターン１３０４を
【数１９】
2004505257.tif 000021
を中心として回転させることによって角度φを変化させることによって、１６番目の利点を支持し、または（ｉｉｉ）進行波パターンの周期を変化させることによって、励起するアパーチャの数および間隔を適宜制御することができる。
図面を詳細に参照すると、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の現時点における好適な第１２実施形態の概略図を示す。現時点における好適な第１２実施形態は、現時点における好適な第６実施形態の簡略化としたものとして理解することができる。マスク１４００は、誘電体プレート１４０１、埋設された誘電柱体１４０２、および反射層１４０５を備えている。尚、誘電柱体１４０２の形式および構成は、図１４Ａに示す幾何学的形状に限定される訳でなく、ここで記載した種々の好適な実施形態のいずれかによって記載されたいずれの例でもよいことは理解されよう。反射層１４０５は、図１４Ａに示すように、物体面に最も近く配置されたマスク表面上に配置すると有利である。この場合、反射層１４０５は、誘電柱体１４０２の誘導モードのエバネッセント成分を反射することによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。したがって、反射層１４０５の厚さは、反射中間層における動作波長の光の表皮深度の１倍以上程度となる。反射中間層の非限定的な例は金属である。
【００６５】
また、反射層１４０５は、図１４Ｂに示すように、物体面に最も近く配置されるマスク表面に近い誘電体層間に配置すると有利である。この場合、反射層１４０５は、誘電柱体１４０２の誘導モードのエバネッセント成分を減衰させることによって、アパーチャアレイの有効解像度を高めるように作用する。図１４Ｂの実施形態は、吸収または反射中間層と物体面内または物体面の近くにある物質との間の相互作用の潜在的な可能性が低減され、１０番目の利点の裏付けとなるので、図１４Ａの実施形態よりも有利である。これを達成するには、反射層１４０５を選別誘電体１４０６の後ろに「埋め込む」。選別誘電体１４０６は、誘電体プレート１４０１と組成が同一であってもよいし同一でなくてもよい。反射層１４９０５の寸法選択の判断基準は、図１４Ｂの実施形態および図１４Ａの実施形態のいずれに対しても同一である。
【００６６】
図面を詳細に参照すると、図１５は、本発明の現時点における好適な第１２実施形態の概略図を示す。マスク構造１５００は、本明細書で説明した種々の現時点における好適な実施形態のいずれでもよい。現時点における好適な第１３実施形態の説明では、マスク１５００の本質的な特徴は、屈折率ｎ３を有する誘電柱体１５０２が存在することである。
【００６７】
誘電体層１５９０の屈折率ｎ３は、誘電柱体１５０２と同じである。したがって、誘電体層１５９０によって、照明源の横断モードプロフィルを誘電柱体１５０２内に集中される誘導モードに対して一致させることが容易となる。
【００６８】
反射防止構造１５９１は、当該反射防止構造１５９１を介してマスク上に入射する光の反射損失を極力抑制するかまたは無くすように設計されている。マクスウェルの方程式の特殊対称性では、同一構造は、マスク１５００において発生し反射防止構造１５９１を介して伝わる光に対する反射損失を極力抑制するかまたは排除することを規定している。反射防止構造１５９１は、マスク１５００からおよびマスク１５００への光学的パワーの伝導を最大限に高めることを確実にする光学「インピーダンス整合」デバイスとして解釈することができる。かかる反射防止構造１５９１を製造する手段は、当業者には周知である。
【００６９】
前述のマスクの実施形態では、そのいずれもが、各導波路の端部に１つ以上の波長以下の副アパーチャを備えたエンドマスク部を更に含み、ソースアレイの空間解像度を更に高めることができる。かかる一実施形態のアパーチャ素子を図１６Ａに示す。
【００７０】
ソースアレイマスク１６１０は、反射性誘電体スタック１６２０と、副アパーチャ１６３２のアレイを有するエンドマスク部１６３０とを備えるむ。各マスクアパーチャ１６００は、誘電体材料１６２４によって形成され、誘電体スタック１６２０および副アパーチャ１６３２を貫通する導波路１６２２を有する。更に、実施形態によっては、エンドマスク部は、導波路毎に、１つよりも多い副アパーチャを設けることもできる。前述のように、誘電体スタック１６２０は、屈折率ｎ１および屈折率ｎ２を有する誘電体材料の層（図示せず）を交互に配することによって形成され得る。更に、導波路１６２２を形成する誘電体材料１６２４は、屈折率ｎ３を有し、ｎ３＞ｎ１およびｎ３＞ｎ２となるようにしてもよい。エンドマスク部１６３０は、金属層で形成してもよく、副アパーチャ１６３２は、波長以下のアパーチャとなるように選択してもよい。言い換えると、副アパーチャの横断方向寸法は、誘電体材料１６２４において伝搬モードに対応するために必要なそれよりも小さくてもよい。
【００７１】
図１６Ａに示す実施形態では、エンドマスク部１６３０は、誘電体スタック１６２０および導波路１６２２の双方との界面を形成する。別の実施形態では、エンドマスク部は、主に導波路１６２２との界面を形成し、反射性誘電体スタック１６２０に沿った横方向範囲を制限することもできる。ソースアレイマスク１６６０のかかる一実施形態を図１６Ｂに示す。マスク１６１０と同様、マスク１６６０は、アパーチャ１６５０のアレイを包囲する反射性誘電体スタック１６７０を備える。マスク１６１０は、更に、副アパーチャ１６８２のアレイを有するエンドマスク部１６８０を備える。各マスクアパーチャ１６５０は、誘電体材料１６７４で形成され、誘電体スタック１６７０および副アパーチャ１６８２を貫通する導波路１６７２を有する。エンドマスク部１６８０は、各誘電体材料１６２４の幅に沿って延びている。
【００７２】
更に、物体と当該物体に最も近いマスク１６６０の表面との間の多数の反射を抑制するために、マスク１６６０は、更に、物体に最も近いマスク１６６０の表面上に形成された反射防止層１６９０を備えてもよい。例えば、反射防止層１６９０は、図１６Ｂに示すように、エンドマスク部１６８０および導波路１６８２を包囲し得る。反射防止層１６９０は、誘電体および／または金属層の何らかの組み合わせで形成することができる。更に、マスク１６６０は、誘電体スタック１６７０と反射防止層１６９０との間に挟持された金属層１６６５を備えて、それらの間の相互作用を極力抑制するようにしてもよい。
【００７３】
反射防止コーティングに適した一連の層の一例は以下の通りである。すなわち、第１層は５１ｎｍの二酸化シリコンであり、第２層は６ｎｍのベリリウムであり、第３層は５１ｎｍの二酸化シリコンであり、第４層は二酸化シリコン基板上の５０ｎｍのアルミニウムである。該コーティングは、第１層と空気との間の界面からの反射を防止するように設計されている。
【００７４】
また、それぞれのマスクにおいて、導波路１６２２および導波路１６７２のいずれかが、マスクの対向する側面間に空洞を形成するように形成されてもよい。かかる場合、導波路の長さは、放射線の波長において空洞が共振するように、または少なくとも実質的に共振するように選択される。
【００７５】
前述の実施形態は、そのいずれもが、放射線を提供する供給源を更に備えてもよく、この場合、マスクアパーチャの配列は、放射線を受けて、各アパーチャを介して放射線の一部を物体に対して放射するように配置される。
その他の態様、利点、および変更は、特許請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】元来は反射率が高い平面マスクに組み込まれる、二次元格子上に配された誘電体アパーチャの全体的概念を含む、本発明の現時点における好適な第１実施形態を示す概略図。
【図１Ｂ】元来は反射率が高い平面マスクに組み込まれる、二次元格子上に配された円形誘電体アパーチャの非限定的な一例（図１Ｂ）を含む、本発明の現時点における好適な第１実施形態を示す概略図。
【図１Ｃ】本発明の現時点における好適な第１実施形態における二次元アレイの特殊な場合である一次元アレイを示す概略図。
【図１Ｄ】本発明の現時点における好適な第１実施形態における二次元アレイの特殊な場合である一次元アレイを示す概略図。
【図１Ｅ】本発明の現時点における好適な第１実施形態における一次元アレイまたは二次元アレイの特殊な場合である誘電体アパーチャの任意配列を示す概略図。
【図２】元来は反射率が高い平面マスクにおける典型的な誘電体アパーチャの構造を示し、したがって、現時点における好適な第１実施形態の種々の態様を示す概略図。
【図３Ａ】部分的に本発明を実施するために用いることができる製造方法を示す概略図。
【図３Ｂ】部分的に本発明を実施するために用いることができる製造方法を示す概略図。
【図３Ｃ】部分的に本発明を実施するために用いることができる製造方法を示す概略図。
【図４】格子上で反復される基礎単位を形成する多数の種類の円形誘電体アパーチャを含む、現時点における好適な第１実施形態の概括から成る、本発明の現時点における好適な第２実施形態を示す概略図。
【図５】格子上に配された矩形誘電体アパーチャを含む、本発明の現時点における好適な第３実施形態を示す概略図。
【図６】格子上で反復される基礎単位を形成する多数の種類の円形誘電体アパーチャを含む、現時点における好適な第３実施形態の概括から成る、本発明の現時点における好適な第４実施形態を示す概略図。
【図７】格子上で反復される基礎単位を形成する円形誘電体アパーチャおよび矩形誘電体アパーチャを含む多数の種類の誘電体アパーチャを含む、現時点における好適な第２および第４実施形態の概括から成る、本発明の現時点における好適な第５実施形態を示す概略図。
【図８Ａ】現時点における第１乃至第５実施形態と吸収または反射中間層とを組み込み、アパーチャアレイと物体面内または物体面の近くにある物質との間の相互作用を最少に抑えて、空間解像度を高めた、本発明の現時点における好適な第６実施形態を示す概略図。
【図８Ｂ】現時点における第１乃至第５実施形態と吸収または反射中間層とを組み込み、アパーチャアレイと物体面内または物体面の近くにある物質との間の相互作用を最少に抑えて、空間解像度を高めた、本発明の現時点における好適な第６実施形態を示す概略図。
【図９Ａ】現時点における第６実施形態の変更であり、アパーチャアレイの部材間の結合を低減した、本発明の現時点における好適な第７実施形態を示す概略図。
【図９Ｂ】現時点における第６実施形態の変更であり、アパーチャアレイの部材間の結合を低減した、本発明の現時点における好適な第７実施形態を示す概略図。
【図１０Ａ】現時点における好適な第１乃至第７実施形態のいずれかと光学基板との組み合わせを説明する本発明の現時点における好適な第８実施形態を支援す概略図。
【図１０Ｂ】現時点における好適な第１乃至第７実施形態のいずれかと光学基板との組み合わせを説明する本発明の現時点における好適な第８実施形態を支援す概略図。
【図１１】進行波を用いてアパーチャアレイの出力側に光場を生成し、フェーズドアレイ出力を生成する選択肢を含む、現時点における好適な第８実施形態の動作を説明する、本発明の現時点における好適な第９実施形態｛ＫＢＦ｝を示す概略図。
【図１２】進行波を用いてアパーチャアレイの出力側に強化光場を生成し、選択的にアパーチャアレイの部分集合を励起する選択肢を含む、現時点における好適な第８実施形態の動作を説明する、本発明の現時点における好適な第１０実施形態を示す概略図。
【図１３】現時点における第１０実施形態を変更し、単一の元来は反射率が高いマスク上に多数のアパーチャアレイを含ませた、本発明の現時点における好適な第１１実施形態を示す概略図。
【図１４Ａ】現時点における第６実施懈怠を改造し設計および構造を簡略化した、本発明の現時点における好適な第１２実施形態を示す概略図。
【図１４Ｂ】現時点における第６実施懈怠を改造し設計および構造を簡略化した、本発明の現時点における好適な第１２実施形態を示す概略図。
【図１５】一体化反射防止構造および一体化モード一致構造を含む、現時点における第１乃至第１４実施形態の改造である、本発明の現時点における好適な第１３実施形態を示す概略図。
【図１６Ａ】マスク端部に少なくとも１つの副アパーチャを設けソースアレイの空間解像度を更に高めた、本発明の更に別の実施形態を示す概略図。
【図１６Ｂ】マスク端部に少なくとも１つの副アパーチャを設けソースアレイの空間解像度を更に高めた、本発明の更に別の実施形態を示す概略図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【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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【国際調査報告】
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2004505257.tif 000082
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