JP2830849B2 - 原子線ホログラフィを用いる原子線パターン形成方法 - Google Patents
原子線ホログラフィを用いる原子線パターン形成方法Info
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- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure
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- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超ＬＳＩ製造におけ
る超微細パターン転写技術に関し、特にホログラムを利
用した原子線によるパターン形成方法に関する。
る超微細パターン転写技術に関し、特にホログラムを利
用した原子線によるパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のパターン形成方法として
は、レジストが塗布された基板にマスクを接触させて光
学露光によりパターン転写を行うステッパ技術によるも
のがある。ステッパによる超微細パターン転写技術（以
下、リソグラフィと称する）では、その光学系に多くの
レンズを用いるために複雑な調整作業が必要であった。
また、マスクに付着した一つの“ごみ”が致命的な転写
パターンの欠陥を形成してしまうなどの不具合があり、
さらに、パターン分解能がレンズ系の収差で決定される
ので、超微細パターンの形成に限界が生じるという欠点
がある。
は、レジストが塗布された基板にマスクを接触させて光
学露光によりパターン転写を行うステッパ技術によるも
のがある。ステッパによる超微細パターン転写技術（以
下、リソグラフィと称する）では、その光学系に多くの
レンズを用いるために複雑な調整作業が必要であった。
また、マスクに付着した一つの“ごみ”が致命的な転写
パターンの欠陥を形成してしまうなどの不具合があり、
さらに、パターン分解能がレンズ系の収差で決定される
ので、超微細パターンの形成に限界が生じるという欠点
がある。
【０００３】上述したステッパによる方法に対して、ホ
ログラムによるパターン転写技術も超微細リソグラフィ
の一手法として位置づけられるが、このホログラフィッ
クな手法によるパターン転写では、ホログラムの再生に
は複雑なレンズ系を必要としない。また、マスクを用い
ないでパターン転写ができる。このために、ステッパの
工程で問題となるごみの影響を受けづらい。同様に、ホ
ログラムに記録されたパターン情報はホログラム面の全
体に分散して記録されているために、ホログラムの一部
分に多少の物理的欠陥が発生しても、再生像には致命的
な欠陥を生じることは少なく、欠陥に強い事が特徴であ
る。また、ホログラム再生では、記録した時と同じ光学
系で再生する場合には、収差がなくなる特徴があり、最
終的なパターンの分解能は波長で決定される。この収差
の問題では、現在の縮小光学系を用いるステッパではパ
ターン分解能がこのレンズ収差で決定されるのに対し
て、ホログラムによるリソグラフィでは簡単な光学系で
波長限界での高分解能パターン形成ができる特徴を持
つ。このようなホログラフィを用いた光学リソグラフィ
装置はすでに市販され、実用レベルで製造プロセスのな
かで稼動している。
ログラムによるパターン転写技術も超微細リソグラフィ
の一手法として位置づけられるが、このホログラフィッ
クな手法によるパターン転写では、ホログラムの再生に
は複雑なレンズ系を必要としない。また、マスクを用い
ないでパターン転写ができる。このために、ステッパの
工程で問題となるごみの影響を受けづらい。同様に、ホ
ログラムに記録されたパターン情報はホログラム面の全
体に分散して記録されているために、ホログラムの一部
分に多少の物理的欠陥が発生しても、再生像には致命的
な欠陥を生じることは少なく、欠陥に強い事が特徴であ
る。また、ホログラム再生では、記録した時と同じ光学
系で再生する場合には、収差がなくなる特徴があり、最
終的なパターンの分解能は波長で決定される。この収差
の問題では、現在の縮小光学系を用いるステッパではパ
ターン分解能がこのレンズ収差で決定されるのに対し
て、ホログラムによるリソグラフィでは簡単な光学系で
波長限界での高分解能パターン形成ができる特徴を持
つ。このようなホログラフィを用いた光学リソグラフィ
装置はすでに市販され、実用レベルで製造プロセスのな
かで稼動している。
【０００４】現在の超ＬＳＩ製造ではサブミクロンメー
トル程度のパターン形成が必要で、そこで用いられる光
源としては、Ｇ線、Ｉ線と徐々に短波長化がすすんでい
る。最近では、さらに短波長のＫｒＦやＡｒＦを用いた
紫外線レーザでパターンを形成が議論されている。
トル程度のパターン形成が必要で、そこで用いられる光
源としては、Ｇ線、Ｉ線と徐々に短波長化がすすんでい
る。最近では、さらに短波長のＫｒＦやＡｒＦを用いた
紫外線レーザでパターンを形成が議論されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな優れた特徴を持つホログラフィ応用のリソグラフィ
手法においても次に述べるような問題があり、若干の例
について説明する。 （１）従来の光によるホログラフィを用いる露光技術で
もパターン形成では一度レジストにパターンを形成し、
その後、リフトオフもしくは、エッチングによって所望
のパターンを形成する技術であった。すなわち、例え
ば、ドーパントを局所的にドープしようとした場合、一
度基板にレジストパターンを形成し、レジストパターン
形成後にドーパントをイオン注入するか、蒸着等の手法
で塗布し、次にレジストを剥離するような工程が必要
で、多くの手間と費用とを要する。 （２）ホログラフィによるパターン形成では、その最小
分解能はホログラム乾板の大きさと用いる光源の波長に
依存する。この場合、分解能δＸはレンズ光学系の公式
δＸ＝λＬ／Ｄ（δＸは分解能、λは波長、Ｌはホログ
ラムとレンズの距離、Ｄはホログラムの直径）で与えら
れる。利用しうるホログラムの大きさには限界があるか
ら、最終的にパターン分解能は、波長に依存する事にな
る。そこで、原子波の波長は数ｎｍ程度であるから、原
理的には原子波によるホログラフィで超微細なパターン
をマスクレスで直描できる可能性がある。
うな優れた特徴を持つホログラフィ応用のリソグラフィ
手法においても次に述べるような問題があり、若干の例
について説明する。 （１）従来の光によるホログラフィを用いる露光技術で
もパターン形成では一度レジストにパターンを形成し、
その後、リフトオフもしくは、エッチングによって所望
のパターンを形成する技術であった。すなわち、例え
ば、ドーパントを局所的にドープしようとした場合、一
度基板にレジストパターンを形成し、レジストパターン
形成後にドーパントをイオン注入するか、蒸着等の手法
で塗布し、次にレジストを剥離するような工程が必要
で、多くの手間と費用とを要する。 （２）ホログラフィによるパターン形成では、その最小
分解能はホログラム乾板の大きさと用いる光源の波長に
依存する。この場合、分解能δＸはレンズ光学系の公式
δＸ＝λＬ／Ｄ（δＸは分解能、λは波長、Ｌはホログ
ラムとレンズの距離、Ｄはホログラムの直径）で与えら
れる。利用しうるホログラムの大きさには限界があるか
ら、最終的にパターン分解能は、波長に依存する事にな
る。そこで、原子波の波長は数ｎｍ程度であるから、原
理的には原子波によるホログラフィで超微細なパターン
をマスクレスで直描できる可能性がある。
【０００６】ここで利用するホログラム乾板上の情報は
物体から出てきた波（物体波）の位相・強度情報であ
り、物体形状（パターン）の情報からフーリエ変換を用
いて得られるものである。このことから、ホログラム
は、人工的に計算で作り出す事が可能であり、１９６７
年にコンピューターによる２値の計算機ホログラムが示
された。以来、デジタル・ファースト・フーリエ・トラ
ンスファ（ＤＦＦＴ）の方法が改良され、良質の再生像
が形成されるようになり、３次元パターンの形成もコン
ピュータ合成ホログラムの手法を用いてできるようにな
っている。このようなコンピュータ合成ホログラムは仮
想物体からの光学情報、特に位相情報を０から１の情報
としてホログラム上に記録するものである。ホログラム
の情報記録面を有限数のセルに分割し、例えば、１を光
１００％透過の穴（セル）に、０を１００％不透過に対
応させるもので、ホログラムにはこれらの穴が仮想物体
からの位相・強度情報にしたがって形成されている。
物体から出てきた波（物体波）の位相・強度情報であ
り、物体形状（パターン）の情報からフーリエ変換を用
いて得られるものである。このことから、ホログラム
は、人工的に計算で作り出す事が可能であり、１９６７
年にコンピューターによる２値の計算機ホログラムが示
された。以来、デジタル・ファースト・フーリエ・トラ
ンスファ（ＤＦＦＴ）の方法が改良され、良質の再生像
が形成されるようになり、３次元パターンの形成もコン
ピュータ合成ホログラムの手法を用いてできるようにな
っている。このようなコンピュータ合成ホログラムは仮
想物体からの光学情報、特に位相情報を０から１の情報
としてホログラム上に記録するものである。ホログラム
の情報記録面を有限数のセルに分割し、例えば、１を光
１００％透過の穴（セル）に、０を１００％不透過に対
応させるもので、ホログラムにはこれらの穴が仮想物体
からの位相・強度情報にしたがって形成されている。
【０００７】ここで、まず、パターンの分解能を上げよ
うとした場合、波長を短くしていけば良い事になる。す
なわち、現在用いられている、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキ
シマレーザーの波長を超える微細加工では、さらに波長
の短いＸ線、もしくは、電子線・原子線をリソグラフィ
用光源として用いる事が有効である。高分解能のホログ
ラフィックパターンの形成では、その光源としては、干
渉性の良好な波動性のものであればよい。例えば、フィ
ールドエミッションで放出される電子線の物質波（ド・
ブロイ波）を用いる事が可能である。例えばアプライド
・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ）１９９５年、６６巻、１５６０頁には、１００ｋｅ
Ｖの電子線の波長は０．０３オングストロームであり、
この電子線を用いてバイプリズム（ホログラムの一種）
でグレーティングを形成した例が示されている。また、
原子波による干渉実験も行われており、例えばサイエン
ス１９９３年，２６２巻，８７７頁には、レーザー冷却
によるＣｒ原子を、レーザー光線の定在波を回折格子と
した、ミクロンオーダーの微細解説パターンの形成例が
報告されている。
うとした場合、波長を短くしていけば良い事になる。す
なわち、現在用いられている、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキ
シマレーザーの波長を超える微細加工では、さらに波長
の短いＸ線、もしくは、電子線・原子線をリソグラフィ
用光源として用いる事が有効である。高分解能のホログ
ラフィックパターンの形成では、その光源としては、干
渉性の良好な波動性のものであればよい。例えば、フィ
ールドエミッションで放出される電子線の物質波（ド・
ブロイ波）を用いる事が可能である。例えばアプライド
・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ）１９９５年、６６巻、１５６０頁には、１００ｋｅ
Ｖの電子線の波長は０．０３オングストロームであり、
この電子線を用いてバイプリズム（ホログラムの一種）
でグレーティングを形成した例が示されている。また、
原子波による干渉実験も行われており、例えばサイエン
ス１９９３年，２６２巻，８７７頁には、レーザー冷却
によるＣｒ原子を、レーザー光線の定在波を回折格子と
した、ミクロンオーダーの微細解説パターンの形成例が
報告されている。
【０００８】しかしながら上述したような穴を用いて固
定的に形成されたホログラムや、レーザ光線の定在波を
用いた回折では任意のパターンに対応してパターン像を
形成することはむずかしい。 （３）これに対して、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）１９
９６年４月２５日号６９１頁から６９４頁には、計算機
によるバイナリーホログラムを用いてＮｅ原子線を操作
する方法が述べられている。計算機ホログラムを用いる
利点は、簡便に任意のパターンの２値ホログラムが得ら
れる事である。すなわち、任意のパターンを計算機に入
力し、その２次元フーリエ変換によって位相情報を得
る。この位相情報をもとに、穴の開口位置で位相を表現
しホログラムを加工できる。このような方法で得られた
ホログラムに波長７ｎｍの原子線を照射し、原子線によ
る明瞭な２次元のホログラム再生像“Ｆ”パターンが得
られている。しかしながら、この方法では、１種類の再
生像に対して１つのホログラムを用意する必要がある。
定的に形成されたホログラムや、レーザ光線の定在波を
用いた回折では任意のパターンに対応してパターン像を
形成することはむずかしい。 （３）これに対して、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）１９
９６年４月２５日号６９１頁から６９４頁には、計算機
によるバイナリーホログラムを用いてＮｅ原子線を操作
する方法が述べられている。計算機ホログラムを用いる
利点は、簡便に任意のパターンの２値ホログラムが得ら
れる事である。すなわち、任意のパターンを計算機に入
力し、その２次元フーリエ変換によって位相情報を得
る。この位相情報をもとに、穴の開口位置で位相を表現
しホログラムを加工できる。このような方法で得られた
ホログラムに波長７ｎｍの原子線を照射し、原子線によ
る明瞭な２次元のホログラム再生像“Ｆ”パターンが得
られている。しかしながら、この方法では、１種類の再
生像に対して１つのホログラムを用意する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】例えばジャパン・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジクス １９９２年３１
巻の４３６頁から４３８頁にはダブルスリットを通過す
ることによって形成される原子線の干渉縞が電場変調を
受ける事が述べられている。これは、シュタルク効果に
よって原子の位相が変化する事を示している。すなわ
ち、電場で原子波の位相を制御できることを示してい
る。
ナル・オブ・アプライド・フィジクス １９９２年３１
巻の４３６頁から４３８頁にはダブルスリットを通過す
ることによって形成される原子線の干渉縞が電場変調を
受ける事が述べられている。これは、シュタルク効果に
よって原子の位相が変化する事を示している。すなわ
ち、電場で原子波の位相を制御できることを示してい
る。
【００１０】本発明では、このような原子線の性質を用
いて、ホログラフィの技術と組み合わせる事で、任意の
パターンを電極対付きスリットアレイの各電極対電位を
制御するだけで原子の任意パターンを得、極微細リソグ
ラフィ技術への応用方法を示している。
いて、ホログラフィの技術と組み合わせる事で、任意の
パターンを電極対付きスリットアレイの各電極対電位を
制御するだけで原子の任意パターンを得、極微細リソグ
ラフィ技術への応用方法を示している。
【００１１】本発明はさらに、上述した電極対付きスリ
ットアレイの代りに電線付きスリットアレイを用いて、
各電線を通じる電流による磁場を制御することにより同
様に原子の任意のパターンを得る方法を開示している。
ットアレイの代りに電線付きスリットアレイを用いて、
各電線を通じる電流による磁場を制御することにより同
様に原子の任意のパターンを得る方法を開示している。
【００１２】すなわち、本願は、基板面に間隔を置いて
複数のスリットが１列に配置された１次元スリットアレ
イより構成され、前記各スリットは当該スリット内で１
次元スリットアレイの方向と直角かつ基板面に平行な方
向に電場を生成するための電極対を備えている原子線ホ
ログラムを用いて、各スリットの電極対に、当該スリッ
トを通過する原子線に任意のホログラム再合成パターン
に対応する位相シフトを与える電場を生成するための電
位をそれぞれ印加し、原子線ホログラム面に垂直に原子
線を入射させ、１次元スリットアレイを通過する原子線
により任意の１次元ホログラム再合成パターンを得、ま
たは、上述した電極対の代りに各スリットは、当該スリ
ット内で基板面と垂直方向に磁場を生成するための電線
を備えている原子線ホログラムを用いて、各スリットの
電線に、当該スリットを通過する原子線に任意のホログ
ラム再合成パターンに対応する位相シフトを与える磁場
を生成するための電流をそれぞれ通じ、原子線ホログラ
ム面に垂直に原子線を入射させ、１次元スリットアレイ
を通過する原子線により任意の１次元ホログラム再合成
パターンを得ることとしている。
複数のスリットが１列に配置された１次元スリットアレ
イより構成され、前記各スリットは当該スリット内で１
次元スリットアレイの方向と直角かつ基板面に平行な方
向に電場を生成するための電極対を備えている原子線ホ
ログラムを用いて、各スリットの電極対に、当該スリッ
トを通過する原子線に任意のホログラム再合成パターン
に対応する位相シフトを与える電場を生成するための電
位をそれぞれ印加し、原子線ホログラム面に垂直に原子
線を入射させ、１次元スリットアレイを通過する原子線
により任意の１次元ホログラム再合成パターンを得、ま
たは、上述した電極対の代りに各スリットは、当該スリ
ット内で基板面と垂直方向に磁場を生成するための電線
を備えている原子線ホログラムを用いて、各スリットの
電線に、当該スリットを通過する原子線に任意のホログ
ラム再合成パターンに対応する位相シフトを与える磁場
を生成するための電流をそれぞれ通じ、原子線ホログラ
ム面に垂直に原子線を入射させ、１次元スリットアレイ
を通過する原子線により任意の１次元ホログラム再合成
パターンを得ることとしている。
【００１３】また本願の他の方法によれば、上述した１
次元パターンの形成方法を用いて、まず、任意の２次元
パターンを複数列の１次元パターンに分割し、順に１列
ずつ、１次元ホログラム再合成パターンを再生基板上に
再成し、１列分の再成が終るごとに分割の１ピッチ分だ
け、再生基板を１次元スリットアレイと直角方向に移動
させ、分割したすべての１次元パターンについて１次元
ホログラム再合成パターンを再成することにより、２次
元ホログラム再合成パターンを得ることとしている。
次元パターンの形成方法を用いて、まず、任意の２次元
パターンを複数列の１次元パターンに分割し、順に１列
ずつ、１次元ホログラム再合成パターンを再生基板上に
再成し、１列分の再成が終るごとに分割の１ピッチ分だ
け、再生基板を１次元スリットアレイと直角方向に移動
させ、分割したすべての１次元パターンについて１次元
ホログラム再合成パターンを再成することにより、２次
元ホログラム再合成パターンを得ることとしている。
【００１４】さらに本願は他の方法として、基板面に間
隔を置いて複数のスリットが１列に配置された１次元ス
リットアレイの複数列よりなる２次元スリットアレイを
備え、各スリットは当該スリット内で１次元スリットア
レイの方向と直角かつ基板面に平行な方向に電場を生成
するための電極対を備えている２次元の原子線ホログラ
ムを用いて、各スリットの電極対に、当該スリットを通
過する原子線に任意のホログラム再合成パターンに対応
する位相シフトを与える電場を生成するための電位をそ
れぞれ印加し、原子線ホログラム面に垂直に原子線を入
射させ、２次元スリットアレイを通過する原子線により
任意の２次元ホログラム再合成パターンを得、または、
上述した電極対の代りに各スリットは、当該スリット内
で基板面と垂直方向に磁場を生成するための電線を備え
ている２次元の原子線ホログラムを用いて、各スリット
の電線に、当該スリットを通過する原子線に任意のホロ
グラム再合成パターンに対応する位相シフトを与える磁
場を生成するための電流をそれぞれ通じ、原子線ホログ
ラム面に垂直に原子線を入射させ、２次元スリットアレ
イを通過する原子線により任意の２次元ホログラム再合
成パターンを得るものである。
隔を置いて複数のスリットが１列に配置された１次元ス
リットアレイの複数列よりなる２次元スリットアレイを
備え、各スリットは当該スリット内で１次元スリットア
レイの方向と直角かつ基板面に平行な方向に電場を生成
するための電極対を備えている２次元の原子線ホログラ
ムを用いて、各スリットの電極対に、当該スリットを通
過する原子線に任意のホログラム再合成パターンに対応
する位相シフトを与える電場を生成するための電位をそ
れぞれ印加し、原子線ホログラム面に垂直に原子線を入
射させ、２次元スリットアレイを通過する原子線により
任意の２次元ホログラム再合成パターンを得、または、
上述した電極対の代りに各スリットは、当該スリット内
で基板面と垂直方向に磁場を生成するための電線を備え
ている２次元の原子線ホログラムを用いて、各スリット
の電線に、当該スリットを通過する原子線に任意のホロ
グラム再合成パターンに対応する位相シフトを与える磁
場を生成するための電流をそれぞれ通じ、原子線ホログ
ラム面に垂直に原子線を入射させ、２次元スリットアレ
イを通過する原子線により任意の２次元ホログラム再合
成パターンを得るものである。
【００１５】本願はさらに、上述した２次元パターン形
成方法を用いて大形の任意の２次元ホログラム再合成パ
ターンを得る原子線パターン形成方法として、任意の大
形の２次元パターンを複数の並行する小区域に分割し、
１区域の２次元ホログラム再合成パターンの再生が終る
ごとに１区域分だけ再生基板を並行方向と直角に面方向
に移動させ、所要回数のパターン再生をくり返すことに
より、大形の任意の２次元ホログラム再合成パターンを
得ることとしている。
成方法を用いて大形の任意の２次元ホログラム再合成パ
ターンを得る原子線パターン形成方法として、任意の大
形の２次元パターンを複数の並行する小区域に分割し、
１区域の２次元ホログラム再合成パターンの再生が終る
ごとに１区域分だけ再生基板を並行方向と直角に面方向
に移動させ、所要回数のパターン再生をくり返すことに
より、大形の任意の２次元ホログラム再合成パターンを
得ることとしている。
【００１６】本発明のさらに他の方法は、上述した２次
元のパターン形成方法を用いて、任意の３次元パターン
を互いに平行な平面で切断して焦点距離の異なる複数の
２次元パターンに分解し、まず、底面の２次元ホログラ
ム再合成パターンを再成基板上に再成し、次に、再成さ
れた底面の再合成パターンの上に、その上面を焦点面と
して次順の面の２次元ホログラム再合成パターンを再生
し堆積させ、以下、同様にして順にすべての２次元パタ
ーンについてそれらの２次元ホログラム再合成パターン
を再成・堆積させることにより、任意の３次元ホログラ
ム再合成パターンを得るものである。
元のパターン形成方法を用いて、任意の３次元パターン
を互いに平行な平面で切断して焦点距離の異なる複数の
２次元パターンに分解し、まず、底面の２次元ホログラ
ム再合成パターンを再成基板上に再成し、次に、再成さ
れた底面の再合成パターンの上に、その上面を焦点面と
して次順の面の２次元ホログラム再合成パターンを再生
し堆積させ、以下、同様にして順にすべての２次元パタ
ーンについてそれらの２次元ホログラム再合成パターン
を再成・堆積させることにより、任意の３次元ホログラ
ム再合成パターンを得るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態例を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１８】まず、原子線ホログラフィ技術応用の基本
となる原子線の発生技術と基本的なホログラフィ技術に
ついて説明する。図１（ａ）は本発明の原子線ホログラ
フィを用いるパターン形成方法を適用したホログラフィ
装置の基本的構成を示す説明図、図１（ｂ）は本装置の
原子線として用いられるＮｅ原子のエネルギ準位の変化
を示す図である。
となる原子線の発生技術と基本的なホログラフィ技術に
ついて説明する。図１（ａ）は本発明の原子線ホログラ
フィを用いるパターン形成方法を適用したホログラフィ
装置の基本的構成を示す説明図、図１（ｂ）は本装置の
原子線として用いられるＮｅ原子のエネルギ準位の変化
を示す図である。
【００１９】原子線をホログラムの再生に用いるために
は、波長の揃った原子波を得る必要がある。原子線源
は、レーザートラップ法により極低温のＮｅ原子を生成
するものである。以下にこの装置の概要を述べたあと、
原子線ホログラフィによるパターンの再生を詳述する。
装置は大別してグロー放電により励起態状態のＮｅ原子
を生成する放電部分１０１と、原子ソースからイオン等
を除去するための偏向器１０２と、第一段の冷却領域を
形成するゼーマン減速器（Ｚｅｅｍａｎ Ｓｌｏｗｅ
ｒ）１０３と、第二段の冷却領域を形成する磁気光学ト
ラップ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ Ｔｒａｐ）１０
４とより構成されている。
は、波長の揃った原子波を得る必要がある。原子線源
は、レーザートラップ法により極低温のＮｅ原子を生成
するものである。以下にこの装置の概要を述べたあと、
原子線ホログラフィによるパターンの再生を詳述する。
装置は大別してグロー放電により励起態状態のＮｅ原子
を生成する放電部分１０１と、原子ソースからイオン等
を除去するための偏向器１０２と、第一段の冷却領域を
形成するゼーマン減速器（Ｚｅｅｍａｎ Ｓｌｏｗｅ
ｒ）１０３と、第二段の冷却領域を形成する磁気光学ト
ラップ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ Ｔｒａｐ）１０
４とより構成されている。
【００２０】まず、Ｎｅガスの最低励起状態１ｓ5 は１
６ｅＶあり、基底状態からの遷移を冷却に用いるのは不
可能である。そこでＮｅ原子のレーザトラップでは、図
１（ｂ）に示すように１ｓ5 と２ｐ9との間の遷移を利
用する。この最低励起状態は寿命が長い準安定状態であ
る。この準安定励起状態のＮｅを生成する部分が放電部
分１０１である。励起状態のＮｅ原子は偏向器１０２を
通過することで余分なイオン・電子等がのぞかれ、ゼー
マン減速器１０３に導かれる。３００°Ｋ程度のＮｅ原
子は運動速度として約６６０ｍ／ｓｅｃの速度を持って
いる。ここでは原子線に対向して冷却レーザ光１０５を
照射して原子線を減速させる。Ｎｅ原子はその飛行方向
と対向するフォトンと衝突する事で運動が減速される。
このときＮｅ原子から自然放出されるフォトンの放出方
向はランダムであるから、多数回のフォトンの吸収・放
出を繰り返す過程でのフォトン放出に伴う運動量の変化
は相殺されてゼロである。例えばＮｅの場合停止するま
でに２００００回以上の吸収放出を繰り返して７００μ
ｓｅｃの時間を要し、この間に２３ｃｍ飛行する。とこ
ろが、６６０ｍ／ｓｅｃから停止するまでの間にはＮｅ
原子はドップラー効果の影響を受ける。このドップラー
効果による共鳴周波数のずれは、冷却に用いる遷移のス
ペクトルの幅γよりもずっと大きく、レーザ周波数を固
定したままではすぐに共鳴からずれてしまう。この共鳴
周波数のずれ（ドップラーシフト）をゼーマン効果で補
正して共鳴周波数を一定に保ち、レーザ周波数を変化さ
せることなく原子線減速を行うようにしたものがゼーマ
ン減速器１０３である。ゼーマン減速器１０３入り口で
のドップラーシフトは大きく、減速するに従いドップラ
ーシフトの量は減っていくので、これを補正するソレノ
イド（ドップラー同調ソレノイド）の磁場強度に勾配が
つけてあって、距離の平行根に比例する磁場分布がとら
れる。
６ｅＶあり、基底状態からの遷移を冷却に用いるのは不
可能である。そこでＮｅ原子のレーザトラップでは、図
１（ｂ）に示すように１ｓ5 と２ｐ9との間の遷移を利
用する。この最低励起状態は寿命が長い準安定状態であ
る。この準安定励起状態のＮｅを生成する部分が放電部
分１０１である。励起状態のＮｅ原子は偏向器１０２を
通過することで余分なイオン・電子等がのぞかれ、ゼー
マン減速器１０３に導かれる。３００°Ｋ程度のＮｅ原
子は運動速度として約６６０ｍ／ｓｅｃの速度を持って
いる。ここでは原子線に対向して冷却レーザ光１０５を
照射して原子線を減速させる。Ｎｅ原子はその飛行方向
と対向するフォトンと衝突する事で運動が減速される。
このときＮｅ原子から自然放出されるフォトンの放出方
向はランダムであるから、多数回のフォトンの吸収・放
出を繰り返す過程でのフォトン放出に伴う運動量の変化
は相殺されてゼロである。例えばＮｅの場合停止するま
でに２００００回以上の吸収放出を繰り返して７００μ
ｓｅｃの時間を要し、この間に２３ｃｍ飛行する。とこ
ろが、６６０ｍ／ｓｅｃから停止するまでの間にはＮｅ
原子はドップラー効果の影響を受ける。このドップラー
効果による共鳴周波数のずれは、冷却に用いる遷移のス
ペクトルの幅γよりもずっと大きく、レーザ周波数を固
定したままではすぐに共鳴からずれてしまう。この共鳴
周波数のずれ（ドップラーシフト）をゼーマン効果で補
正して共鳴周波数を一定に保ち、レーザ周波数を変化さ
せることなく原子線減速を行うようにしたものがゼーマ
ン減速器１０３である。ゼーマン減速器１０３入り口で
のドップラーシフトは大きく、減速するに従いドップラ
ーシフトの量は減っていくので、これを補正するソレノ
イド（ドップラー同調ソレノイド）の磁場強度に勾配が
つけてあって、距離の平行根に比例する磁場分布がとら
れる。
【００２１】ゼーマン減速器１０３の出口でＮｅ原子の
速度は数十ｍ／ｓｅｃとなっている。ゼーマン減速器１
０３の出口は、Ｎｅ原子を最終的にトラップするための
磁気光学トラップ１０４に接続されている。磁気光学ト
ラップ１０４では、４重極磁場と４方向からのレーザに
よる磁気光学トラップ作用が行われる。ドップラー同調
ソレノイドの中心軸上に反転ソレノイドが置かれて、こ
の両者の空間に四重極磁場が形成される。四重極磁場の
中では、原子がどの方向にずれても、磁場によるゼーマ
ン効果をうけて遷移の共鳴周波数が低下する。このため
常に中心方向に向かうレーザ光がより共鳴に近く、常に
Ｎｅ原子に対して中心方向に力が働く。またドップラー
冷却作用も同時に働く。
速度は数十ｍ／ｓｅｃとなっている。ゼーマン減速器１
０３の出口は、Ｎｅ原子を最終的にトラップするための
磁気光学トラップ１０４に接続されている。磁気光学ト
ラップ１０４では、４重極磁場と４方向からのレーザに
よる磁気光学トラップ作用が行われる。ドップラー同調
ソレノイドの中心軸上に反転ソレノイドが置かれて、こ
の両者の空間に四重極磁場が形成される。四重極磁場の
中では、原子がどの方向にずれても、磁場によるゼーマ
ン効果をうけて遷移の共鳴周波数が低下する。このため
常に中心方向に向かうレーザ光がより共鳴に近く、常に
Ｎｅ原子に対して中心方向に力が働く。またドップラー
冷却作用も同時に働く。
【００２２】このようにして、Ｎｅ原子は四重極磁場の
中心にトラップされ、トラップされている領域は原子雲
を形成し、その直径は５０μｍ以下で、点光源に近い。
このトラップされたＮｅ原子の温度は絶対温度で５０ｍ
°Ｋ程度である。次に、このトラップされた原子（雲）
に、トラップから開放されるように波長５９８ｎｍのト
ランスファーレーザ１０６を図１（ａ）に示すように上
方から照射する。このレーザ１０６により、トラップさ
れたＮｅ原子は１ｓ5 から２ｐ5 に遷移し、ＵＶＵフォ
トンを放出して１ｓ3 の状態に移り、トラップから開放
される。開放されたＮｅ原子は、重力場を自由落下す
る。自由落下を始めたＮｅ原子は重力加速を受ける。こ
の装置の場合、約４０ｃｍ落下してホログラム１０７の
面に到達する。ここでＮｅ原子の速度は２８０ｃｍ／ｓ
ｅｃでこの時のドブロイ波長（λ＝ｈ／ｍｖ）は約７ｎ
ｍである。
中心にトラップされ、トラップされている領域は原子雲
を形成し、その直径は５０μｍ以下で、点光源に近い。
このトラップされたＮｅ原子の温度は絶対温度で５０ｍ
°Ｋ程度である。次に、このトラップされた原子（雲）
に、トラップから開放されるように波長５９８ｎｍのト
ランスファーレーザ１０６を図１（ａ）に示すように上
方から照射する。このレーザ１０６により、トラップさ
れたＮｅ原子は１ｓ5 から２ｐ5 に遷移し、ＵＶＵフォ
トンを放出して１ｓ3 の状態に移り、トラップから開放
される。開放されたＮｅ原子は、重力場を自由落下す
る。自由落下を始めたＮｅ原子は重力加速を受ける。こ
の装置の場合、約４０ｃｍ落下してホログラム１０７の
面に到達する。ここでＮｅ原子の速度は２８０ｃｍ／ｓ
ｅｃでこの時のドブロイ波長（λ＝ｈ／ｍｖ）は約７ｎ
ｍである。
【００２３】なお、以上の説明ではＮｅ原子線を用いる
場合について説明したが、その他、例えばＮａ、Ａｌ、
Ｓｉ、Ｃａ、Ｎｉ、Ａｇなどの各原子やその他の原子の
原子線を用いることもできる。
場合について説明したが、その他、例えばＮａ、Ａｌ、
Ｓｉ、Ｃａ、Ｎｉ、Ａｇなどの各原子やその他の原子の
原子線を用いることもできる。
【００２４】以上のような原理にもとずく極低温原子線
源を用いて、本発明の方法により電場変調型ホログラム
または磁場変調型ホログラムを用いる原子線ホログラフ
ィにより、各種のパターン像を再生することができる。
源を用いて、本発明の方法により電場変調型ホログラム
または磁場変調型ホログラムを用いる原子線ホログラフ
ィにより、各種のパターン像を再生することができる。
【００２５】まず、図２に電極対付きの１次元スリット
アレイを用いたホログラムを示す。このスリットアレイ
は、厚さが５００ｎｍのＳｉＮホログラム基板３上に多
数のスリット１が１列に並んで形成されたもので、スリ
ット１の幅が１ミクロンで長さが５ミクロンである。本
実施形態例では２５６個のスリット１よりなるスリット
アレイを用い、各スリット１には、電極対２が、スリッ
トアレイの配列方向と直角かつホログラム基板面と平行
方向に電場を生成するようにそれぞれ配置されている。
また、各スリットごとに独立して電極対に電位を印加し
て電場を生成させるようになっている。
アレイを用いたホログラムを示す。このスリットアレイ
は、厚さが５００ｎｍのＳｉＮホログラム基板３上に多
数のスリット１が１列に並んで形成されたもので、スリ
ット１の幅が１ミクロンで長さが５ミクロンである。本
実施形態例では２５６個のスリット１よりなるスリット
アレイを用い、各スリット１には、電極対２が、スリッ
トアレイの配列方向と直角かつホログラム基板面と平行
方向に電場を生成するようにそれぞれ配置されている。
また、各スリットごとに独立して電極対に電位を印加し
て電場を生成させるようになっている。
【００２６】次に、この電極対付きスリットアレイの動
作原理を図３に示す。図３（ａ）において、横軸には１
次元スリットアレイの配列方向の位置座標Ｘをとる。図
３（ａ）の縦軸は、Ｘ軸に対応して各位置におけるスリ
ット１を通過する入射原子線に与えるべき位相シフトの
量φ（Ｅ）を示している。入射原子線の位相シフト量φ
（Ｅ）は電場の２乗に比例し、図３（ａ）に例示するよ
うな形の位相シフト量φ（Ｅ）を発生させるように、対
応する各位置のスリット電極対２にそれぞれの電位を印
加することにより、この電極対付き１次元スリットアレ
イよりなるホログラムへの入射原子線は、図３（ｂ）の
様にＡ，Ｂの２点にフォーカスするように調整できる。
作原理を図３に示す。図３（ａ）において、横軸には１
次元スリットアレイの配列方向の位置座標Ｘをとる。図
３（ａ）の縦軸は、Ｘ軸に対応して各位置におけるスリ
ット１を通過する入射原子線に与えるべき位相シフトの
量φ（Ｅ）を示している。入射原子線の位相シフト量φ
（Ｅ）は電場の２乗に比例し、図３（ａ）に例示するよ
うな形の位相シフト量φ（Ｅ）を発生させるように、対
応する各位置のスリット電極対２にそれぞれの電位を印
加することにより、この電極対付き１次元スリットアレ
イよりなるホログラムへの入射原子線は、図３（ｂ）の
様にＡ，Ｂの２点にフォーカスするように調整できる。
【００２７】このような原理にもとづいて、１次元スリ
ットアレイを用いた２次元パターン形成方法のブロック
ダイアグラムを図４に示す。再生する任意の２次元パタ
ーン６に対応するパターン情報はＣＰＵ７により平行す
る多数の１次元パターン情報に分割される。いまの場
合、２５６行に分割している（ステップＳ１）。この１
本の１次元情報に対してスリットアレイのスリット数に
対応したフーリエ変換処理が行なわれ（ステップＳ
２）、各スリット位置での位相情報φ（Ｅ）が計算で得
られる（ステップＳ３）。この位相情報φ（Ｅ）に基づ
いた各スリット位置での印加電圧が計算され、デジタル
・アナログ・コンバータ８を介して、各電極対２に電位
が印加される。この１次元スリットアレイに原子線５が
照射されると、回折を起こして、１次元のパターンが再
生される。再生系には原子線５の高次再生像を除去する
ために、ホログラム面と基板面との間にアパーチャー４
が設置されている。このようにして、１スリットアレイ
の原子線照射により１本の１次元のパターン再生が完了
すると、基板ステージコントローラ９により基板ステー
ジを１スリットアレイ分だけスリットアレイの方向と直
角方向に移動させて、次順のスリットアレイの位相情報
に対して同様のステップを繰返し、原子線５を照射して
２本目の再生パターンを得る。以下、基板ステージの移
動と、分割された１次元パターン情報の再生とを同期さ
せて同様の動作を繰り返せば、もとの任意の２次元パタ
ーンが原子線パターンとして再生される。
ットアレイを用いた２次元パターン形成方法のブロック
ダイアグラムを図４に示す。再生する任意の２次元パタ
ーン６に対応するパターン情報はＣＰＵ７により平行す
る多数の１次元パターン情報に分割される。いまの場
合、２５６行に分割している（ステップＳ１）。この１
本の１次元情報に対してスリットアレイのスリット数に
対応したフーリエ変換処理が行なわれ（ステップＳ
２）、各スリット位置での位相情報φ（Ｅ）が計算で得
られる（ステップＳ３）。この位相情報φ（Ｅ）に基づ
いた各スリット位置での印加電圧が計算され、デジタル
・アナログ・コンバータ８を介して、各電極対２に電位
が印加される。この１次元スリットアレイに原子線５が
照射されると、回折を起こして、１次元のパターンが再
生される。再生系には原子線５の高次再生像を除去する
ために、ホログラム面と基板面との間にアパーチャー４
が設置されている。このようにして、１スリットアレイ
の原子線照射により１本の１次元のパターン再生が完了
すると、基板ステージコントローラ９により基板ステー
ジを１スリットアレイ分だけスリットアレイの方向と直
角方向に移動させて、次順のスリットアレイの位相情報
に対して同様のステップを繰返し、原子線５を照射して
２本目の再生パターンを得る。以下、基板ステージの移
動と、分割された１次元パターン情報の再生とを同期さ
せて同様の動作を繰り返せば、もとの任意の２次元パタ
ーンが原子線パターンとして再生される。
【００２８】次に、２次元の電極対付きアレイによるホ
ログラムを用いた原子線ホログラフィ再生について説明
する。図５には図２と同様にＳｉＮホログラム基板３上
に形成した２次元電極対付きスリットアレイを示す。こ
の２次元電極対付きホログラムは、４ミクロンピッチで
１ミクロン角のスリット（穴）２１が形成され、それら
の両端には電極対が形成されている。従来のバイナリー
ホログラムと根本的に異なるのは、従来の計算機による
バイナリーホログラムでは穴の位置で位相を、また単位
面積の穴の数で振幅を表すのに対して、電極対付きホロ
グラムでは穴の位置が規則的に固定されている事であ
る。これは、前述のように、印加電位によって穴を通る
原子波の位相を制御できることに起因している。図６に
はこの電極対付きホログラムを用いた原子線ホログラフ
ィ再生装置の構成概略図を示す。まず、画生目的の任意
の２次元パターン１３はＣＰＵ７により読みこまれ（ス
テップＳ１１）、２次元フーリエ変換によって、電極対
付きホログラムの各穴に対して設定すべき位相情報に変
換される（ステップＳ１２）。この位相情報は各電極対
に印加すべき電位情報φ（Ｅ）に変換され（ステップＳ
１３）、フレームメモリ１０に記憶される。この印加電
圧情報は、デジタル・アナログ・コンバータ８を介して
各穴の電極対に印加される。このシステムの場合も、基
板ステージ移動が計算機で制御され、１回の２次パター
ンのホログラム再生が完了するごとに、所定距離だけ移
動される。このような基板ステージの移動との組み合わ
せは原子線パターン形成で大きなメリットをもつ。例え
ば、１枚のホログラムでは入りきれないような大きなパ
ターンでも、これを分割して、ステージの移動と組み合
わせることで広範囲のパターン形成が可能となってい
る。
ログラムを用いた原子線ホログラフィ再生について説明
する。図５には図２と同様にＳｉＮホログラム基板３上
に形成した２次元電極対付きスリットアレイを示す。こ
の２次元電極対付きホログラムは、４ミクロンピッチで
１ミクロン角のスリット（穴）２１が形成され、それら
の両端には電極対が形成されている。従来のバイナリー
ホログラムと根本的に異なるのは、従来の計算機による
バイナリーホログラムでは穴の位置で位相を、また単位
面積の穴の数で振幅を表すのに対して、電極対付きホロ
グラムでは穴の位置が規則的に固定されている事であ
る。これは、前述のように、印加電位によって穴を通る
原子波の位相を制御できることに起因している。図６に
はこの電極対付きホログラムを用いた原子線ホログラフ
ィ再生装置の構成概略図を示す。まず、画生目的の任意
の２次元パターン１３はＣＰＵ７により読みこまれ（ス
テップＳ１１）、２次元フーリエ変換によって、電極対
付きホログラムの各穴に対して設定すべき位相情報に変
換される（ステップＳ１２）。この位相情報は各電極対
に印加すべき電位情報φ（Ｅ）に変換され（ステップＳ
１３）、フレームメモリ１０に記憶される。この印加電
圧情報は、デジタル・アナログ・コンバータ８を介して
各穴の電極対に印加される。このシステムの場合も、基
板ステージ移動が計算機で制御され、１回の２次パター
ンのホログラム再生が完了するごとに、所定距離だけ移
動される。このような基板ステージの移動との組み合わ
せは原子線パターン形成で大きなメリットをもつ。例え
ば、１枚のホログラムでは入りきれないような大きなパ
ターンでも、これを分割して、ステージの移動と組み合
わせることで広範囲のパターン形成が可能となってい
る。
【００２９】以上説明した各例においては、すべて電極
対付きの１次元または２次元スリットアレイを用いて各
スリット内に、スリットを通過する原子線に対して所要
の位相シフトを与える電場を生成する場合を示している
が、電場の代りに各スリット内に磁場を生成することに
より、全て同様の効果を得ることができる。
対付きの１次元または２次元スリットアレイを用いて各
スリット内に、スリットを通過する原子線に対して所要
の位相シフトを与える電場を生成する場合を示している
が、電場の代りに各スリット内に磁場を生成することに
より、全て同様の効果を得ることができる。
【００３０】すなわち、図７および図８にそれぞれ１次
元および２次元のスリットアレイを備えたホログラムを
示す。各スリット２１にはそのすぐ横に、１次元スリッ
トアレイの方向と直角かつホログラム面方向に電線２２
が添えられており、この電線２２に電流を通じることに
より当該スリット内に磁場を生成することができる。そ
こで、各電線２２に通じる電流を、図９に示すように位
置Ｘのスリット２１に対して当該スリットを通過する原
子線に目的とする任意のホログラム再合成パターンに対
応する位相シフトφ（Ｉ）を与える磁場を生成するよう
に、それぞれ、設定することにより、所要のホログラム
再合成パターンを得ることができる。図９のφ（Ｉ）曲
線は図３（ａ）に示したφ（Ｅ）曲線と同一で、したが
って、前述した電場による場合と全く同一の作用効果を
得ることができることは、当業者により容易に理解でき
る。
元および２次元のスリットアレイを備えたホログラムを
示す。各スリット２１にはそのすぐ横に、１次元スリッ
トアレイの方向と直角かつホログラム面方向に電線２２
が添えられており、この電線２２に電流を通じることに
より当該スリット内に磁場を生成することができる。そ
こで、各電線２２に通じる電流を、図９に示すように位
置Ｘのスリット２１に対して当該スリットを通過する原
子線に目的とする任意のホログラム再合成パターンに対
応する位相シフトφ（Ｉ）を与える磁場を生成するよう
に、それぞれ、設定することにより、所要のホログラム
再合成パターンを得ることができる。図９のφ（Ｉ）曲
線は図３（ａ）に示したφ（Ｅ）曲線と同一で、したが
って、前述した電場による場合と全く同一の作用効果を
得ることができることは、当業者により容易に理解でき
る。
【００３１】さらに本発明の他の実施形態例によれば、
上述した電極対付きまたは電線付きの２次元原子線ホロ
グラムを用いて任意の３次元パターン形成が可能であ
る。すなわち、通常のフーリエ変換では、物体からホロ
グラム面までの距離と再生像までの距離を固定して計算
する。もちろん、ホログラムが十分に大容量であれば３
次元物体の情報をすべて記録することも可能である。し
かし、現実に形成可能なホログラムでは、有限の情報量
のなかで十分なコントラストを有する３次元像を再生す
ることは困難である。ところが、本実施形態例の場合
は、図１０（ａ）に示すような立体パターンを原子線ホ
ログラフィで再生・堆積させることができる。
上述した電極対付きまたは電線付きの２次元原子線ホロ
グラムを用いて任意の３次元パターン形成が可能であ
る。すなわち、通常のフーリエ変換では、物体からホロ
グラム面までの距離と再生像までの距離を固定して計算
する。もちろん、ホログラムが十分に大容量であれば３
次元物体の情報をすべて記録することも可能である。し
かし、現実に形成可能なホログラムでは、有限の情報量
のなかで十分なコントラストを有する３次元像を再生す
ることは困難である。ところが、本実施形態例の場合
は、図１０（ａ）に示すような立体パターンを原子線ホ
ログラフィで再生・堆積させることができる。
【００３２】まず、この立体パターンをいくつかの２次
元パターンに分解し、底辺から順次ａ面、ｂ面、ｃ面、
・・とする（図１０（ａ））。ａ、ｂ、ｃ各面はそれぞ
れ焦点距離とパターン形状の異なる２次元ホログラムと
して再生できる。ａ、ｂ、ｃ、各面のホログラム情報を
計算し、順次ａ面から原子線で再生していくと、ａ面の
再生で原子線による堆積により高さが増加し（図１０
（ｂ））、その上面が次のｂ面再生の時の焦点面とな
る。ここで、ｂ面を再生（堆積）し（図１０（ｃ））、
順次ｃ面（図１０（ｄ））・・と堆積させることで、立
体構造の再生が可能である。これは例えば、フレネルゾ
ーンプレートのようなものの形成には有効である。原子
線の堆積は、原子のエネルギーが小さく、基板へのダメ
ージが少ない事とマイグレーションが少ないことが特徴
である。これは、同様に原子を操作するイオン注入法が
数十ｋｅＶの大きなエネルギーイオンを用いる点と大き
く異なる。波動性を利用した原子線ホログラムによるパ
ターン形成では、原子は基板上へ軟着陸する。これが３
次元パターン形成ができる要因である。
元パターンに分解し、底辺から順次ａ面、ｂ面、ｃ面、
・・とする（図１０（ａ））。ａ、ｂ、ｃ各面はそれぞ
れ焦点距離とパターン形状の異なる２次元ホログラムと
して再生できる。ａ、ｂ、ｃ、各面のホログラム情報を
計算し、順次ａ面から原子線で再生していくと、ａ面の
再生で原子線による堆積により高さが増加し（図１０
（ｂ））、その上面が次のｂ面再生の時の焦点面とな
る。ここで、ｂ面を再生（堆積）し（図１０（ｃ））、
順次ｃ面（図１０（ｄ））・・と堆積させることで、立
体構造の再生が可能である。これは例えば、フレネルゾ
ーンプレートのようなものの形成には有効である。原子
線の堆積は、原子のエネルギーが小さく、基板へのダメ
ージが少ない事とマイグレーションが少ないことが特徴
である。これは、同様に原子を操作するイオン注入法が
数十ｋｅＶの大きなエネルギーイオンを用いる点と大き
く異なる。波動性を利用した原子線ホログラムによるパ
ターン形成では、原子は基板上へ軟着陸する。これが３
次元パターン形成ができる要因である。
【００３３】以上述べた原子線ホログラフィによるパタ
ーン形成においては、その再生パターンのサイズは自由
に可変できる事が大きな特徴である。ホログラム自体が
原子線の波動の回折をおこすものであり、この中にレン
ズの回折成分を重畳して導入する事でホログラム再生像
を拡大・縮小することが可能である。あるいは、元のパ
ターンに対して、故意に補正を加える事も可能である。
この機能は特に、ホログラム再生において再生パターン
の大きさを自由に、かつ、リアルタイムに制御する事が
可能となり、本方法が微細パターン形成において非常に
有効な点となる。すなわち、目的とするパターンに対し
て、実際のパターンを見ながら意図的に歪みを補正した
り、形状補正したりすることが可能となる。
ーン形成においては、その再生パターンのサイズは自由
に可変できる事が大きな特徴である。ホログラム自体が
原子線の波動の回折をおこすものであり、この中にレン
ズの回折成分を重畳して導入する事でホログラム再生像
を拡大・縮小することが可能である。あるいは、元のパ
ターンに対して、故意に補正を加える事も可能である。
この機能は特に、ホログラム再生において再生パターン
の大きさを自由に、かつ、リアルタイムに制御する事が
可能となり、本方法が微細パターン形成において非常に
有効な点となる。すなわち、目的とするパターンに対し
て、実際のパターンを見ながら意図的に歪みを補正した
り、形状補正したりすることが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、１次元ま
たは２次元のスリットアレイを備えた原子線ホログラム
を用いて、各スリットに設けられた電極対または電線に
それぞれ、電位を与えまたは電流を通じて、通過する原
子線に所要の位相シフトを与える電場または磁場を形成
することにより、任意のパターンのホログラム再生像を
得る事が可能となり、特に原子線の波長が短いことから
１次元や２次元の超微細パターンの形成が可能になると
共に、連続パターンや３次元パターン、さらには時間の
経過に伴ってパターンを変化させるなどの原子線パター
ンの再生が可能となり、すなわち、表面レリーフ型の３
次元パターンの形成も可能となる。この事から、原子線
の干渉計はもとより、超微細加工が要求されている大規
模集積回路への応用や、表面レリーフ型フレネルゾーン
プレート等の３次元パターンの形成が容易に可能とな
り、工業生産的優位性が得られるという効果がある。
たは２次元のスリットアレイを備えた原子線ホログラム
を用いて、各スリットに設けられた電極対または電線に
それぞれ、電位を与えまたは電流を通じて、通過する原
子線に所要の位相シフトを与える電場または磁場を形成
することにより、任意のパターンのホログラム再生像を
得る事が可能となり、特に原子線の波長が短いことから
１次元や２次元の超微細パターンの形成が可能になると
共に、連続パターンや３次元パターン、さらには時間の
経過に伴ってパターンを変化させるなどの原子線パター
ンの再生が可能となり、すなわち、表面レリーフ型の３
次元パターンの形成も可能となる。この事から、原子線
の干渉計はもとより、超微細加工が要求されている大規
模集積回路への応用や、表面レリーフ型フレネルゾーン
プレート等の３次元パターンの形成が容易に可能とな
り、工業生産的優位性が得られるという効果がある。
【図１】図１（ａ）は原子線発生装置と本発明の一実施
形態例によるホログラフィ装置の配置を示す概略図、図
１（ｂ）はＮｅ原子のエネルギー準位の変化を示す説明
図である。
形態例によるホログラフィ装置の配置を示す概略図、図
１（ｂ）はＮｅ原子のエネルギー準位の変化を示す説明
図である。
【図２】電極対付きの１次元ホログラムの構成図であ
る。
る。
【図３】図３（ａ）は電極対付き１次元ホログラムの各
スリットに与えられる位相シフト量を示す曲線図、図３
（ｂ）は入射原子線によるパターン像再生の原理の説明
図である。
スリットに与えられる位相シフト量を示す曲線図、図３
（ｂ）は入射原子線によるパターン像再生の原理の説明
図である。
【図４】電極対付き１次元ホログラムによる２次元パタ
ーンの再生方法の説明図である。
ーンの再生方法の説明図である。
【図５】電極対付き２次元ホログラムの構成図である。
【図６】電極対付き２次元ホログラムによる２次元パタ
ーンの再生方法の説明図である。
ーンの再生方法の説明図である。
【図７】電線付き１次元ホログラムの構成図である。
【図８】電線付き２次元ホログラムの構成図である。
【図９】電線付き１次元ホログラムの各スリットに与え
られる位相シフト量を示す曲線図である。
られる位相シフト量を示す曲線図である。
【図１０】３次元構造のパターンの作成手順を示す説明
図である。
図である。
１，２１ スリット ２ 電極対 ３ ＳｉＮホログラム基板 ４ アパーチャー ５ 原子線 ６ 再生像 ７ ＣＰＵ ８ ディジタル・アナログ・コンバータ ９ ステージコントローラ １０ フレームメモリ ２２ 電線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03H 5/00 G03H 1/08 G03F 7/20
Claims (7)
- 【請求項１】 基板面に間隔を置いて複数のスリットが
１列に配置された１次元スリットアレイより構成され、
前記各スリットは当該スリット内で１次元スリットアレ
イの方向と直角かつ基板面に平行な方向に電場を生成す
るための電極対を備えている原子線ホログラムを用い
て、 前記各スリットの電極対に、当該スリットを通過する原
子線に任意のホログラム再合成パターンに対応する位相
シフトを与える電場を生成するための電位をそれぞれ印
加し、 前記原子線ホログラム面に垂直に原子線を入射させ、 前記１次元スリットアレイを通過する原子線により任意
の１次元ホログラム再合成パターンを得る原子線パター
ン形成方法。 - 【請求項２】 基板面に間隔を置いて複数のスリットが
１列に配置された１次元スリットアレイより構成され、
前記各スリットは当該スリット内で基板面と垂直方向に
磁場を生成するための電線を備えている原子線ホログラ
ムを用いて、 前記各スリットの電線に、当該スリットを通過する原子
線に任意のホログラム再合成パターンに対応する位相シ
フトを与える磁場を生成するための電流をそれぞれ通
じ、 前記原子線ホログラム面に垂直に原子線を入射させ、 前記１次元スリットアレイを通過する原子線により任意
の１次元ホログラム再合成パターンを得る原子線パター
ン形成方法。 - 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２記載の原子線
パターン形成方法を用いて２次元ホログラム再合成パタ
ーンを得る原子線パターン形成方法であって、 任意の２次元パターンを複数列の１次元パターンに分割
し、 順に１列ずつ、１次元ホログラム再合成パターンを再生
基板上に再成し、１列分の再成が終るごとに分割の１ピ
ッチ分だけ、再生基板を１次元スリットアレイと直角方
向に移動させ、 分割したすべての１次元パターンについて１次元ホログ
ラム再合成パターンを再成することにより、２次元ホロ
グラム再合成パターンを得る原子線パターン形成方法。 - 【請求項４】 基板面に間隔を置いて複数のスリットが
１列に配置された１次元スリットアレイの複数列よりな
る２次元スリットアレイを備え、前記各スリットは当該
スリット内で１次元スリットアレイの方向と直角かつ基
板面に平行な方向に電場を生成するための電極対を備え
ている２次元の原子線ホログラムを用いて、 前記各スリットの電極対に、当該スリットを通過する原
子線に任意のホログラム再合成パターンに対応する位相
シフトを与える電場を生成するための電位をそれぞれ印
加し、 前記原子線ホログラム面に垂直に原子線を入射させ、 前記２次元スリットアレイを通過する原子線により任意
の２次元ホログラム再合成パターンを得る原子線パター
ン形成方法。 - 【請求項５】 基板面に間隔を置いて複数のスリットが
１列に配置された１次元スリットアレイの複数列よりな
る２次元スリットアレイを備え、前記各スリットは当該
スリット内で基板面と垂直方向に磁場を生成するための
電線を備えている２次元の原子線ホログラムを用いて、 前記各スリットの電線に、当該スリットを通過する原子
線に任意のホログラム再合成パターンに対応する位相シ
フトを与える磁場を生成するための電流をそれぞれ通
じ、 前記原子線ホログラム面に垂直に原子線を入射させ、 前記２次元スリットアレイを通過する原子線により任意
の２次元ホログラム再合成パターンを得る原子線パター
ン形成方法。 - 【請求項６】 請求項４もしくは請求項５記載の原子線
パターン形成方法を用いて大形の任意の２次元ホログラ
ム再合成パターンを得る原子線パターン形成方法であっ
て、 まず、任意の大形の２次元パターンを複数の並行する小
区域に分割し、 １区域の２次元ホログラム再合成パターンの再生が終る
ごとに１区域分だけ再生基板を並行方向と直角に面方向
に移動させ、所要回数のパターン再生をくり返すことに
より、大形の任意の２次元ホログラム再合成パターンを
得る原子線パターン形成方法。 - 【請求項７】 請求項４もしくは請求項５記載の原子線
パターン形成方法を用いての任意の３次元ホログラム再
合成パターンを得る原子線パターン形成方法であって、 任意の３次元パターンを互いに平行な平面で切断して焦
点距離の異なる複数の２次元パターンに分解し、 まず、底面の２次元ホログラム再合成パターンを再成基
板上に再成し、 次に、再成された底面の再合成パターンの上に、その上
面を焦点面として次順の面の２次元ホログラム再合成パ
ターンを再生し堆積させ、 以下、同様にして順にすべての２次元パターンについて
それらの２次元ホログラム再合成パターンを再成・堆積
させることにより、任意の３次元ホログラム再合成パタ
ーンを得る原子線パターン形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8190739A JP2830849B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 原子線ホログラフィを用いる原子線パターン形成方法 |
| US08/895,273 US5834769A (en) | 1996-07-19 | 1997-07-16 | Atomic beam pattern forming method using atomic beam holography |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8190739A JP2830849B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 原子線ホログラフィを用いる原子線パターン形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1039726A JPH1039726A (ja) | 1998-02-13 |
| JP2830849B2 true JP2830849B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=16262968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8190739A Expired - Fee Related JP2830849B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 原子線ホログラフィを用いる原子線パターン形成方法 |
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-
1997
- 1997-07-16 US US08/895,273 patent/US5834769A/en not_active Expired - Fee Related
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