(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光の２光束干渉により干渉縞を感光材料に記録して、回折格子を形成する方法において、
コヒーレント光の代わりに、ビジビリティの周期が、数ｍｍ程度の光路差による影響を受ける程度の準コヒーレント光を用い、
感光材料に入射する２光束の光路差を変えることにより、
２光束の光路差に依存する干渉縞のビジビリティの変化に基づき、
感光材料に形成される回折格子の特性を変化させることを特徴とする回折格子の形成方法。
【請求項２】
回折格子の特性として、回折効率，回折光の偏光特性，照明光の入射角依存特性の少なくとも何れかを変化させることを特徴とする請求項１記載の回折格子の形成方法。
【請求項３】
準コヒーレント光として、波長の異なる２つの単色光を重ねて使用することを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子の形成方法。
【請求項４】
２光束の光路差を変える手段として、空間的な距離を変えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回折格子の形成方法。
【請求項５】
２光束の光路差を変える手段として、屈折率変調素子を用いることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回折格子の形成方法。
【請求項６】
ビジビリティの周期が、数ｍｍ程度の光路差による影響を受ける程度の準コヒーレントなビームを出射する光源と、
前記ビームの通過／遮断を選択することにより、露光時間を制御することが可能なシャッターと、
前記シャッターからのビームを２本に分岐するビームスプリッターと、
分岐された一方のビームの光路長を一定範囲内で可変できる光路長制御手段、
とを有し、
前記光路長制御手段を経由するビームともう一方のビームとを感光材料上で交わらせ、前記感光材料に２本のビームによる干渉縞を記録することにより、ドット状の回折格子を形成する回折格子形成装置。
【請求項７】
感光材料を載置したテーブルと、
テーブルの移動に伴う２本のビームの入射位置，前記光路長制御手段の制御に伴う２本のビームの光路長差，前記シャッターの開閉，を制御するコントローラー、
とを有し、
前記コントローラーの制御により、ドット毎に回折格子の特性を適宜に変化させることを特徴とする請求項６記載の回折格子形成装置。
【請求項８】
準コヒーレントなビームを出射する光源として、レーザー光源を用いることを特徴とする請求項６または７に記載の回折格子の形成装置。
【請求項９】
光路長制御手段として、屈折率変調素子を用いることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の回折格子の形成装置。
【請求項１０】
光路長制御手段として、一方のビームの反射光路を変化させるミラーの搭載された移動ステージを用いることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の回折格子の形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜５の何れかに記載の回折格子の形成方法および請求項６〜１０の何れかに記載の回折格子の形成装置を利用して作製される回折格子パターンであって、
回折格子の濃度および／または回折効率が、ドット内では均一であり、ドット単位で任意に変化した複数のドットから構成される回折格子パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子からなるドットを形成する方法・装置の改良に関し、さらには、前記ドットを基板上に所望に配置してなるパターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光などの２本のコヒーレント光を感光材料上で干渉させ、回折格子を形成する方法（２光束干渉）が周知であり、微小なドット状の回折格子を基板上に所望に配置してパターンを構成する方法が、本出願人による特開昭59−166913号公報，特開昭60−156004号公報，特開平２− 72319号公報などにより公知である。
【０００３】
回折格子（格子縞）のパラメータには、
▲１▼回折格子の方向
▲２▼回折格子のピッチ
▲３▼回折効率
などがあり、▲１▼によって回折光が観察される方向が、▲２▼によって周波数（定点で見える色）が、▲３▼によって回折光の明るさがそれぞれ決定される。
【０００４】
公知の従来技術による２光束干渉においては、▲３▼回折格子の明るさを変化させたい場合、入射光の強度あるいは露光時間の増減を調整することによって、露光量（強度×時間）を変えている。
【０００５】
上記方法では、微妙な露光量の制御が難しく、正確に回折格子の明るさを制御することが困難である。特に、短い露光時間で回折効率の低いドットを形成する場合、所望とする回折効率を精密に調整することは極めて難しい。
【０００６】
また、レーザー光を用いた２光束干渉では、レーザー光の強度分布（ガウシアン分布）に依存して、ドット内での空間的な露光量分布も変わってしまい、均一な回折格子を形成することが必然的に困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回折効率の微妙な制御が可能であると共に、ドット内での回折効率の分布を均一にすることが可能な回折格子の形成方法・装置を提供し、回折格子からなる前記ドットの集まりから構成される回折格子パターンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、準コヒーレント光を利用した２光束干渉によって回折格子を形成する。
請求項１の発明は、
コヒーレント光の代わりに、ビジビリティの周期が、数ｍｍ程度の光路差による影響を受ける程度の準コヒーレント光を用い、
感光材料に入射する２光束の光路差を変えることにより、
２光束の光路差に依存する干渉縞のビジビリティ（可視度，鮮明度）の変化に基づき、
感光材料に形成される回折格子の特性を変化させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、
変化させる回折格子の特性として、回折格子（干渉縞）の濃度を変えることにより、回折効率（回折光の明るさ），回折光の偏光特性，照明光の入射角依存特性の少なくとも何れかを変化させる。
【００１０】
請求項３の発明は、
準コヒーレント光として、波長の異なる２つの単色光を重ねて使用することを特徴とする回折格子の形成方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、
２光束の光路差を変える手段として、空間的な距離を変えることを特徴とする回折格子の形成方法である。
【００１２】
請求項５の発明は、
２光束の光路差を変える手段として、屈折率変調素子を用いることを特徴とする回折格子の形成方法である。
【００１３】
回折格子の形成装置に係る請求項６の発明は、
ビジビリティの周期が、数ｍｍ程度の光路差による影響を受ける程度の準コヒーレントなビームを出射する光源と、
前記ビームの通過／遮断を選択することにより、露光時間を制御することが可能なシャッターと、
前記シャッターからのビームを２本に分岐するビームスプリッターと、
分岐された一方のビームの光路長を一定範囲内で可変できる光路長制御手段、
とを有し、
前記光路長制御手段を経由するビームともう一方のビームとを感光材料上で交わらせ、前記感光材料に２本のビームによる干渉縞を記録することにより、ドット状の回折格子を形成する。
【００１４】
請求項７の発明は、
感光材料を載置したテーブルと、
テーブルの移動に伴う２本のビームの入射位置，前記光路長制御手段の制御に伴う２本のビームの光路長差，前記シャッターの開閉，を制御するコントローラー、
とを有し、
前記コントローラーの制御により、ドット毎に回折格子の特性を適宜に変化させることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、
準コヒーレントなビームを出射する光源として、レーザー光源を用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、
光路長制御手段として、屈折率変調素子を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、
光路長制御手段として、一方のビームの反射光路を変化させるミラーの搭載された移動ステージを用いることを特徴とする。
【００１８】
上記の形成方法／形成装置を利用して作製される回折格子パターンに係る請求項１１の発明は、
回折格子の濃度および／または回折効率が、ドット内では均一であり、ドット単位で任意に変化した複数のドットから構成される回折格子パターンである。
【００１９】
請求項２では、回折格子の特性として「回折効率」を変化させるが、その他の特性としては、回折格子の深さを制御させることより、回折光の偏光特性や照明光の入射角依存特性などを変化させることも考えられる。
【００２０】
２光束の光路差を変える手段として、
▲１▼機械的（空間的に距離を変える）
▲２▼電気的（屈折率変調素子を制御して光学的距離を変える）
があり、精密かつ正確な特性の制御が可能である。特に、電気的に制御する場合、機械的な動作は必要なく、高速な光路差の変更が可能である。
【００２１】
なお、光路差とは光学的な距離の差であり、真空中で光が伝播する距離に相当する距離の差を示す。
【００２２】
＜作用＞
露光時間が極めて短い場合でも、露光時間の増減などの必要なく、回折格子の特性の制御が可能である。
【００２３】
２光束干渉による干渉縞の濃度は、光のビジビリティと２光束の光路差に依存する。すなわち、２光束の光路差によってそれぞれの光束が感光材料に到達する時間的なずれが生じ、これにより干渉縞のビジビリティが変化する。
【００２４】
ビジビリティは干渉縞の濃度に相当するので、感光材料に記録される回折格子の濃度となる。本発明では、光が入射している感光材料上の領域内では干渉縞の濃度は均一に変化するので、均一な回折格子が記録される。
【００２５】
回折格子の濃度は、感光材料（回折格子の種類）に応じて、文字通りの回折格子の記録濃度（振幅型回折格子）である場合と、回折格子の深さ（表面レリーフ型回折格子）、あるいは屈折率変調度（位相型回折格子）として記録される場合などがある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
干渉縞のビジビリティの例を、図１〜図４に示す。
横軸が二光束の時間的なずれτ（光路差に比例）であり、縦軸がビジビリティである。
【００２７】
完全なコヒーレント光のビジビリティ特性を、図１に示す。
完全なコヒーレント光同士（同一光源から発したものでなくても）は、時間的なずれτ（２光束の光路差）に依存せず、ビジビリティは常に１（＝１００％）であるため、干渉によって高いコントラストの格子縞が記録される。
【００２８】
一般に干渉光とされるレーザー光であっても、実際には完全なコヒーレント光ではなく、ビジビリティは、光路差に依存して１から０の間で変化する。
【００２９】
レーザー光のビジビリティの周期は、数ｍｍ程度の光路差を問題にしない程度に長いため、同一光源から発したレーザー光による２光束干渉では、感光材料で干渉縞は安定して記録される。
【００３０】
本発明では、ビジビリティの周期が、数ｍｍ程度の光路差による影響を受ける程度の準コヒーレント光を用いた二光束干渉を採用する。
波長の異なる２つの単色光（レーザー光）を重ねて使用することによって、上記の準コヒーレント光による２光束干渉とすることができる。
【００３１】
準コヒーレント光として波長の異なる２つの単色光を用いると、周期的なビジビリティを持つため、周期的な光路差の取り扱いが可能になり、光学系の自由度が増し、実現が容易になる。
【００３２】
本発明での準コヒーレントのビジビリティ特性を、図２，図３に示す。
図４は、水銀灯のビジビリティ特性を示す説明図である。
【００３３】
図２〜図４では、光路差に応じて、ビジビリティが１から０の間で変化する。
従って、光路差を適切に設定することにより、その光による干渉縞のビジビリティを任意に制御できる。
【００３４】
２光束干渉による干渉縞のビジビリティは、２光束が交わっている領域内での干渉縞の濃度を表す。本発明では、２光束が交わる位置で感光材料に干渉縞を記録するので、任意の濃度の干渉縞が記録できる。
【００３５】
記録された干渉縞の濃度は、即ち回折格子の濃度であるので、一般的に、回折格子の回折効率とは比例関係にある。以上から、光路差の制御により、形成される回折格子の特性を変化できることは明らかである。
【００３６】
例えば、光路差がなくなるようにして２本のビームを干渉させると（図５(a) 参照）、ビジビリティ＝１であり、最も高いコントラストで干渉縞が記録され、回折格子の回折効率は高くなる。
一方、ビジビリティ＝０．５になるように光路差を変えて干渉縞を記録すると（図５(b) 参照）、半分のコントラストの干渉縞が記録され、回折効率は低くなる。
【００３７】
実際には、表面レリーフ型あるいは位相型の回折格子などの場合には、干渉縞の濃淡がどれくらいの深さあるいは位相変調度に相当するかにより、回折効率が決定するので、ビジビリティ＝１が最大回折効率とは限らない。
すなわち、回折効率とビジビリティとは、回折格子の深さに応じて０〜100 ％の間で同様に変動するものではないためである。
図５(a) (b) での説明は、ビジビリティ＝１の時に最大回折効率になるように露光量を設定した例ということになる。
【００３８】
図６は、回折格子形成装置の１実施形態を示す説明図である。
上記装置は、
準コヒーレントなビームを発するレーザー光源と、
前記光源からのレーザービームの透過／遮光を選択するシャッターと、
シャッターを透過したレーザービームを２本に分けるビームスプリッターとして機能するハーフミラーと、
ハーフミラーを経由した一方のレーザービームの光路差を変化する屈折率変調素子と、
屈折率変調素子を経由するレーザービームと他方のレーザービームとを干渉させて、回折格子（干渉縞）により構成されるドットを記録する感光材料と、
感光材料を２次元に移動させて、任意の位置に回折格子を形成するためのＸＺステージと、
複数の回折格子（ドット）を形成するために、ステージ，屈折率変調素子，シャッターを制御するコントローラー、
とから成る。
【００３９】
コントローラーは、形成する回折格子の感光材料上の座標と特性（明るさ）などの（予め準備した）データに従い、各要素（ステージ，屈折率変調素子，シャッター）を制御する。
【００４０】
屈折率変調素子は、レーザービームの通過する光学的距離を変調できるため、他方のレーザービームとの光路差を制御できる。
屈折率の変調によって、レーザービームが屈折率変調素子中を通過する際の光学的距離Ｌopt は以下のように変化する。
Ｌopt ＝Ｌreal  ×  ｎ
Ｌrealは、レーザービームが屈折率変調素子に、直進して入射〜出射する距離（屈折率変調素子の厚み）であり、ｎは屈折率である。
【００４１】
従って、屈折率変調素子による屈折率の変化が光路差の変化になり、ビジビリティに基づいて記録される干渉縞濃度の変化に相当する。
【００４２】
屈折率変調素子には、音響光学変調素子（ＡＯＭ）や液晶素子などがあり、特に後者ではホモジニアス配向のものが好適である。
それらは、電気的に制御可能であるため、高速な屈折率変化の制御が可能であり、回折格子の作製時間の短縮の上で有効である。
また、光学系における可動部分を減らせるため、振動などの発生がなく、安定した回折格子の形成が実現できる。
【００４３】
図７は、回折格子形成装置の他の実施形態を示す説明図である。
上記装置は、図６の装置における屈折率変調素子の代わりに、機械的に２光束の空間的距離を変える手段を採用している。すなわち、移動ステージ上にミラーを載置して（同図では、両者を合わせて移動ミラーと称している）、移動ミラーの位置を上下に変化させることによって、光路差を任意に制御できるようにしている。
【００４４】
図７の場合には、光路差＝０の条件は実現できない（移動ミラーの位置に関わらず、２光束の光路長は必然的に異なるため）が、ビジビリティの周期性を利用すれば、回折格子の特性を変化させることは可能である。
また、図７の装置に若干の変更を加えることで、０を含む光路差を実現するような光学系とすることも可能である。
【００４５】
光学的な距離を変える手段として、空間的に距離を変えることは非常に容易であり、また距離の可変範囲を自由に設定でき、準コヒーレント光の特性に合わせた光学系の設計が可能であるばかりでなく、必要に応じた精度の制御が容易である。
【００４６】
以上の２つの実施形態に係る回折格子形成装置において、２光束の干渉によるビジビリティは光路差によって容易に正確に制御できるので、任意に明るさなどの特性を設定した回折格子を高精度に作製できる。
【００４７】
また、光路差に依存するビジビリティは、干渉縞内では一様に変化するので、干渉縞のビジビリティも一様であり、ドット内での回折効率が均一な回折格子の作製が可能である。
【００４８】
さらに、露光時間が極めて短い場合でも、シャッターの開閉時間を厳密に制御する必要はなく、２光束の光路差の制御のみで、高精度な制御が可能である。
【００４９】
【発明の効果】
回折効率の微妙な制御が可能であると共に、ドットを構成単位とする場合、ドット内での回折効率の分布を均一にすることが可能な回折格子の形成方法・装置が提供され、回折格子からなる前記ドットの集まりから構成される回折格子パターンが提供される。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】完全なコヒーレント光のビジビリティ特性を示す説明図。
【図２】準コヒーレントのビジビリティ特性を示す説明図。
【図３】準コヒーレントのビジビリティ特性を示す説明図。
【図４】水銀灯のビジビリティ特性を示す説明図。
【図５】ビジビリティを変えて干渉縞を記録する状態を、(a) はビジビリティ＝１，(b) はビジビリティ＝０．５について示す説明図。
【図６】回折格子形成装置の１実施形態を示す説明図。
【図７】回折格子形成装置の他の実施形態を示す説明図。
【図１】
0003834906.tif 000002
【図２】
0003834906.tif 000003
【図３】
0003834906.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003834906.tif 000008