(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をビームスプリッタまたはプリズムにより２つの光束に分岐し、これら２つの光束を感光性材料内で干渉させることにより前記感光性材料に周期的な微細パターンを形成する製造装置であって、前記２つの光束のうち少なくとも一つの光束を前記感光性材料に照射する光路中に光束の光量調整手段を備え、
前記光量調整手段は、
前記２つの光束の単位面積当たりの光強度をそれぞれＩ１、Ｉ２、媒質表面での前記２つの光束に対する電界振幅透過係数をそれぞれｔ１、ｔ２とした場合の媒質内部での前記２つの光束の干渉縞のビジビリティの値Ｖ
【数１】
0004232253.tif 000002
が、Ｖ≧０．８となるように、前記感光性材料に対する前記光束の入射角に応じて動的に光量を可変することで、前記２つの光束の光量比を調整することを特徴とする微細パターンの製造装置。
【請求項２】
前記２つの光束の光は感光性材料の入射面に対しＳ偏光である請求項１記載の微細パターンの製造装置。
【請求項３】
前記光量調整手段は液晶を利用した光強度変調器である請求項１記載の微細パターンの製造装置。
【請求項４】
前記光量調整手段は音響光学変調器である請求項１記載の微細パターンの製造装置。
【請求項５】
前記光量調整手段は透過率または反射率が固定型または可変型のＮＤフィルタである請求項１記載の微細パターンの製造装置。
【請求項６】
分岐された前記２つの光束のうち、少なくとも一つの光束を前記基板上に照射する光路中に、少なくとも１つの凹レンズ、凸レンズまたはシリンドリカルレンズを有する請求項１記載の微細パターンの製造装置。
【請求項７】
光源からの光を２つの光束に分岐し、これら２つの光束の一方を変調して物体光とし、他方を参照光とし、前記物体光と前記参照光を感光性材料内に照射して干渉させることにより感光性記録材料に情報を記録するホログラムメモリ記録再生装置であって、前記２つの光束のうち少なくとも一つの光束を前記感光性記録材料に照射する光路中に、前記感光性材料への記録コントラスト向上のための光量調整手段を備え、
前記光量調整手段は、
前記２つの光束の単位面積当たりの光強度をそれぞれＩ１、Ｉ２、媒質表面での前記２つの光束に対する電界振幅透過係数をそれぞれｔ１、ｔ２とした場合の媒質内部での前記２つの光束の干渉縞のビジビリティの値Ｖ
【数２】
0004232253.tif 000003
が、Ｖ≧０．８となるように、前記感光性材料に対する前記光束の入射角に応じて動的に光量を可変することで、前記２つの光束の光量比を調整することを特徴とするホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項８】
前記光束の少なくとも一方の感光性材料に対する入射角が、情報を記録再生するアドレス信号に対応して電気的または機械的に変化する請求項７記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項９】
前記光量調整手段が音響光学変調器または液晶を用いた光強度変調器である請求項７記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項１０】
前記物体光は空間光変調器により変調された複数のデータを有する請求項７記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項１１】
前記複数のデータは２次元のディジタルデータである請求項１０記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項１２】
前記光量調整手段が記録再生時の前記アドレス信号に同期して透過率が変化する請求項８記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【請求項１３】
前記アドレス信号に対応して複数のデータを一度に書き込み、また、前記アドレス信号に対応して複数のデータを一度に読み出す請求項８記載のホログラフィックメモリ記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報処理に用いる微細構造を感光性材料中へ任意のピッチおよび傾きで形成する微細パターン製造装置、および、空間的情報を感光性材料中に記録するホログラムメモリ記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理や微細加工の分野において、周期的な微細構造を製造する手段として、コヒーレントな２つの光束を干渉させたときに生じる干渉縞を利用する二光束干渉露光法がよく用いられている。また、光情報処理の分野において、少なくとも一方に空間的な変調をかけたコヒーレントな２つの光束を感光性材料中で干渉させ空間的情報を記録するホログラムメモリ記録再生装置が開発されている。まず、二光束干渉露光装置の従来の構成を図６，図７にもとづいて説明する。
【０００３】
図６に従来の二光束干渉露光装置を示す。同図に示すように、この装置は、レーザー１、レーザー光２をＯＮ／ＯＦＦするシャッタ３、レーザー光２の光路を変換するための全反射ミラー４、レーザー光２のビームパワーを可変に減光する可変アッテネータ５、レーザー光２を二つの光束に分離するビームスプリッタ６、この二つの光束をそれぞれ反射する反射ミラー７、これらの反射光のノイズ除去をする空間フィルタ用のピンホール９およびビーム径の拡大のためのビームエキスパンダを構成する対物レンズ８およびコリメータレンズ１０を有し、拡大させたレーザー光束１１、１２を基板１４上に形成された感光性材料１３に照射し、干渉させることにより周期的な微細パターンの露光を行う。
【０００４】
また、図７は露光用プリズムを用いた従来の二光束干渉露光装置を示すものである。この装置は、レーザー１、レーザー光２をＯＮ／ＯＦＦするシャッタ３、レーザー光２の光路を変換するための全反射ミラー４、レーザー光２のビームパワーを可変に減光する可変アッテネータ５、レーザー光２の光ビーム径の拡大のためのビームエキスパンダを構成する対物レンズ８およびコリメータレンズ１０、ビームのノイズ除去をする空間フィルタ用のピンホール９を有し、拡大したレーザー光束を開口１７により二つのレーザー光束１１、１２に分離し、プリズム１８での屈折により偏向を行い二つの光束に角度を持たせ、基板１４上に形成された感光性材料１３に照射し、周期的な微細パターンの露光を行う。
【０００５】
図６，図７において、基板の傾き角度や基板への入射光の入射角を変え露光することにより、所望のピッチ及び傾きの周期的な微細パターンを製造することができる。
【０００６】
次に、ホログラムメモリ記録再生装置の従来の構成を図８にもとづいて説明する。
【０００７】
この装置は空間光変調器２２、フォトリフラクティブ材料２５、レンズ２３および２８、二次元受光器２９、回転ステージ２５から構成されており、レーザー光２１を空間光変調器２２により変調し、このレーザー光をレンズ２３で記録媒体であるフォトリフラクティブ材料２５に集光、照射し、同時にレーザー光２１に対してコヒーレントな参照光２６を照射することにより記録を行う。また、このフォトリフラクティブ材料２５に参照光２６を照射し、レンズ２８で二次元受光器２９に再生光２７を結像し、記録された空間情報を検出することができる。さらに、記録時に回転ステージ２４でフォトリフラクティブ材料２５の方向を変えれば、３次元的に光情報を多重記録することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
感光性媒質へ２つの光束を入射させ干渉させる場合、干渉縞の露光コントラストを示すビジビリティの値は、媒質内部での２つのレーザー光の強度が等しくなるとき最大となり、最もコントラストが良くなるが、感光性媒質へ入射するレーザー光の入射角が異なる場合、感光性媒質表面での電界振幅透過係数は入射角の関数となるので、感光性媒質内部での２つのレーザー光の干渉に寄与する光の強度が異なり、干渉縞のビジビリティが低下するという問題が生じる。これにより、二光束干渉露光の場合、コントラストの高い微細パターンを作製することができず、また、ホログラムメモリ記録再生装置の場合、記録媒体内での物体光と参照光との干渉縞のコントラストの低下により、良好な記録が困難となるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するもので、任意のピッチおよび傾きを持つ周期的な微細パターンを高いコントラストで製造することができる二光束干渉露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、空間的情報を高いコントラストで感光性材料中に記録するホログラムメモリ記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、感光性媒質へ入射した二つのレーザー光束の媒質内での光強度比を、ビジビリティＶの値がＶ≧０．８となるように光量調整手段を用いて光強度を調整する。これにより、干渉縞のビジビリティを増大させることができ、干渉光のコントラストを改善することができる。これにより、周期的な微細パターンを高いコントラストで製造することや、空間的情報を高いコントラストで感光性材料中に記録することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態を示す。図１は本発明における二光束干渉露光装置を示す。同図に示すように、この装置は、防震台１６上に構成されており、レーザー１、レーザー光２をＯＮ／ＯＦＦするシャッタ３、レーザー光２の光路を変換するための全反射ミラー４、レーザー光２のビームパワーを可変に減光する可変アッテネータ５、レーザー光２を２つの光束に分離するビームスプリッタ６、このビームスプリッタ６で分離された二つの光束をそれぞれ反射する反射ミラー７、これら反射ミラー７で反射された光ビームのノイズ除去をするための空間フィルタ用のピンホール９およびビーム径の拡大のためのビームエキスパンダを構成する対物レンズ８およびコリメータレンズ１０、光強度比調整用の可変アッテネータ３０を有し、拡大したレーザー光束１１、１２を基板１４上に形成された、たとえばフォトレジストやフォトポリマーといった感光性材料１３に照射、干渉させ露光を行い、グレーテイングやレリーフ型ホログラム、ボリュームホログラムなどの素子を作製する。この時、良好なコントラストを得るためレーザー光１は感光性媒質の入射面に対してＳ偏光になるように配置する。反射ミラー７の角度や、回転ステージ１５により基板１４の傾き角を変更すれば、所望のピッチ及び傾きの微細な周期パターンを製造することができる。この際、感光性媒質内において、前記周期パターンのコントラストを表すビジビリティＶの値が大きくなるように、レーザー光１１とレーザー光１２の干渉に寄与する光強度比を可変アッテネータ３０を用いて調整することにより露光コントラストを向上させることができる。上記（数１）において、ｔ1、ｔ2はそれぞれレーザー光１１、レーザー光１２における空気中と感光性材料中の電界振幅の大きさの比を表す電界振幅透過係数、Ｉ1、Ｉ2はそれぞれレーザー光１１、レーザー光１２の光強度を示し、ビジビリティＶは、干渉縞の光強度の最大値と最小値の和に対する干渉縞の光強度の最大値と最小値の差の割合で定義される。例えば感光性媒質としてフォトポリマーを用い、波長658nmの光において光の進行方向に対し４５度に光を回折する回折素子を作製した場合、感光性媒質内でのレーザー光１１、レーザー光１２による干渉縞のビジビリティが０．７より小さい時、最適な作製条件下でも回折効率が７０％以下しかとれなかったが、前記ビジビリティが０．８以上になるようにレーザー光１１とレーザー光１２の干渉に寄与する光強度比を可変アッテネータ３０を用いて調整すれば、９５％以上の高い回折効率を得ることができた。この場合、上記手段により感光性媒質内での２つのレーザー光による干渉縞のビジビリティが０．８以上となるような条件で露光を行えば高コントラストの２光束干渉露光を行うことができる。本実施の形態では、レーザー光束１１、１２の光強度比調整手段として可変アッテネータ３０を用いたが、アッテネータは固定型でも良く、また光アッテネータのかわりに検光子、液晶、音響光学変調器やＮＤフィルタを用いることもできる。さらに、前記回転ステージの回転角に応じて前記光強度比調整手段が動的に変化するように構成しても良い。また、本実施の形態では２つの光束による干渉縞を用いて露光を行っているが、３光束以上での干渉縞により露光を行う場合においても同様な方法を用いることにより露光コントラストの改善を得ることができる。また、少なくとも１つ以上の光束に凹レンズ、凸レンズまたはシリンドリカルレンズを挿入することによりチャープ微細パターンを製造することができるが、この場合においても同様の方法を用いることにより露光コントラストの改善を得ることができる。
【００１３】
図３は本発明の第２の実施の形態を示したもので、図３においてレーザー光１１およびレーザー光１２の光量比を調整する手段として、ビームスプリッタ６を用いた例である。何種類かの分岐比のビームスプリッタを用意し、感光性媒質内における上記数（１）でのビジビリティの値が１に近づくような適当なものと交換するようにしておけば、所望の作製条件下での露光コントラストを向上させることができる。本実施の形態ではレーザー光１１およびレーザー光１２の光量比を調整する手段として、ビームスプリッタ６を用いたが、反射型のＮＤフィルタを用いても良い。また、図１での反射ミラー７の少なくとも一方のかわりとして適当な反射率を持つ反射型のＮＤフィルタ２０（図２）を用いて光強度比を調整しても良い。その他については第１の実施の形態と同様である。
【００１４】
図４は本発明の第３の実施の形態を示したもので、本発明におけるプリズムを用いた二光束干渉露光装置を示す。同図に示すように、この装置はレーザー１、レーザー光２をＯＮ／ＯＦＦするシャッタ３、レーザー光２の光路を変換するための全反射ミラー４、レーザー光２のビームパワーを可変に減光する可変アッテネータ５、レーザー光２の光ビーム径の拡大のためのビームエキスパンダを構成する対物レンズ８およびコリメータレンズ１０、ビームのノイズ除去をするための空間フィルタ用のピンホール９を有し、拡大したレーザー光束を開口１７により二つのレーザー光束１１、１２に分離し、プリズム１８での屈折により偏向を行い二つの光束に角度を持たせ、基板１４上に形成された感光性材料１３に照射するようになっている。基板１４の傾き角を回転ステージ１５により変更したり、プリズム１８を適当な頂角のプリズムと交換することにより、所望のピッチ及び傾きの周期的な微細パターンを製造することができる。この場合も第一の実施の形態と同様に可変アッテネータ３０により、感光性媒質内において、上記数（１）におけるビジビリティＶの値がＶ≧０．８となるようにレーザー光１１とレーザー光１２の光強度比を調整すれば、露光コントラストを向上させることができる。
【００１５】
図４は本発明の第４の実施の形態を示したもので、本発明におけるホログラフィックメモリ記録再生装置を示す。同図に示すように、この装置では、レーザー光２１を空間光変調器２２により空間的に変調して信号光とし、この信号光をレンズ２３で記録媒体であるフォトリフラクティブ材料２５に集光、照射し、同時にレーザー光２１に対してコヒーレントな参照光２６を照射することによりこれらの２つの光を干渉させ記録を行う。フォトリフラクティブ材料２５としてはニオブ酸リチウム結晶やチタン酸バリウム結晶などを用いる。また、このフォトリフラクティブ材料２５に参照光２６を照射し、レンズ２８で二次元受光器２９に再生光２７を結像させることにより、記録された空間情報を再生することができる。この際、感光性媒質内において、上記数（１）におけるビジビリティＶの値がＶ≧０．８となるように、レーザー光１１とレーザー光１２の光強度比を可変アッテネータ３０を用いて調整し記録時の物体光と参照光による干渉縞のコントラストを向上させ記録を行う。また、このとき干渉縞の光強度を一定にするため、同時に光アッテネータ３１で全体の光量を調整する。本実施の形態では、レーザー光束１１、１２の光強度比を可変アッテネータ３０を用いて調整したが、アッテネータは固定型でも良く、また光アッテネータの代わりに液晶、検光子、音響光学変調器やＮＤフィルタを用いても良い。
【００１６】
次に、図５にホログラフィックメモリ記録再生装置を情報処理装置の記憶装置へ応用した例を示す。図５において、まず中央処理装置３３のデータバス３５からのディジタルデータに従い、空間光変調器２２およびその制御回路３２によりレーザー光２１を空間的に変調し物体光とする。次に、前記中央処理装置３３からのアドレス信号３４に応じて制御回路３２を用いて回転ステージ２４を回転させることによりフォトリフラクティブ材料２５の方向を変える。そして、前記物体光と参照光２６をフォトリフラクティブ材料２５内で干渉させることにより、３次元的に光情報を多重記録する。この際、前記アドレス信号３４に同期して可変アッテネータ３０の透過率を感光性媒質内における上記数（１）でのビジビリティＶの値がＶ≧０．８となるように、制御バス３６からの制御信号を制御回路３２に与えることにより電気的に調整すれば、記録時の物体光と参照光による干渉縞のコントラストを向上させ良好な記録を行うことができる。このとき干渉縞の光強度を一定にするため、同時に光アッテネータ３１で全体の光量を電気的に調整する。そして、このフォトリフラクティブ材料２５に参照光２６を照射し、レンズ２８で二次元受光器２９に再生光２７を結像させることにより記録された２次元のディジタル情報を再生し、電気信号に変換して制御回路３２を介して中央処理装置３３のデーターバス３５へデータを転送する。各アドレスに対するデータは、２次元配列であるため、一度に大量のデータを記録再生することができ、大容量の記憶装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二光束干渉露光において、光強度比調整用のアッテネータ等の調整をするだけで、任意のピッチ及び傾きを有する周期的な微細パターンを製造する際の露光コントラストを容易に向上させることができる。
【００１８】
また、感光性材料中に記録するホログラムメモリ記録再生装置において、参照光と物体光の光強度比を、光強度比調整用のアッテネータ等の調整をすることにより、空間的情報を高いコントラストで記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる微細パターン製造装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる微細パターン製造装置の構成を示す模式図
【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる微細パターン製造装置の構成を示す模式図
【図４】本発明の第４の実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置の情報処理装置への応用例を示す模式図
【図５】本発明の第４の実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置を用いた記憶装置の構成を示す模式図
【図６】従来技術にかかる反射ミラーを用いた二光束干渉露光装置の構成を示す模式図
【図７】従来技術にかかる干渉プリズムを用いた二光束干渉露光装置の構成を示す模式図
【図８】従来技術にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置の構成を示す模式図
【符号の説明】
１  レーザー
２  レーザー光
３  電磁シャッタ
４  全反射ミラー
５  可変アッテネータ
６  ビームスプリッタ
７  反射ミラー
８  対物レンズ
９  ピンホール
１０  コリメータレンズ
１１  レーザー光
１２  レーザー光
１３  感光性材料
１４  基板
１５  回転ステージ
１６  防震台
１７  開口
１８  プリズム
１９  マスク
２０  反射型ＮＤフィルタ
２１  レーザー光
２２  空間光変調器
２３  レンズ
２４  回転ステージ
２５  フォトリフラクティブ材料
２６  参照光
２７  再生光
２８  レンズ
２９  二次元受光器
３０  可変アッテネータ
３１  可変アッテネータ
３２  制御回路
３３  中央処理装置
３４  アドレスバス
３５  データーバス
３６  制御バス
【図１】
0004232253.tif 000004
【図２】
0004232253.tif 000005
【図３】
0004232253.tif 000006
【図４】
0004232253.tif 000007
【図５】
0004232253.tif 000008
【図６】
0004232253.tif 000009
【図７】
0004232253.tif 000010
【図８】
0004232253.tif 000011