JP3402273B2 - 原子線ホログラフィ用のホログラム板およびそれを用いた原子線ホログラフィによるパターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子線ホログラフ
ィに用いるホログラム板の構造と、それを用いた原子線
ホログラフィによるパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホログラフィを利用して微細パターンの
再生像を例えば半導体基板上へ転写する技術が、注目を
浴びつつある。例えば超ＬＳＩ製造の分野では、ホログ
ラフィによるパターン転写技術は、超微細リソグラフィ
の一手法として位置づけられている。

【０００３】従来より超ＬＳＩ製造に使用されるリソグ
ラフィはステッパ・リソグラフィであり、レジストが塗
布された半導体基板に対して光露光を行なってフォト・
マスクのパターン転写を行なっている。このようなリソ
グラフィでは、その光学系に多くのレンズを用いること
から複雑な調整作業が必要であり、フォト・マスクに付
着した１つの「ゴミ」が転写パターンに「欠陥」を形成
してしまうという致命的な欠点がある。

【０００４】これに対してホログラフィによる再生像を
利用したパターン転写では、複雑なレンズ系を必要とせ
ずに実行することが可能である。また、ホログラフィで
は、ホログラム板に通過穴（ピクセル）として記録され
たパターン情報はホログラム板の全面に分散して設けら
れているため、ホログラム板に多少の物理的欠格が発生
しても、再生像に致命的な欠陥を生じることは極めて少
なくなる。すなわち、ホログラフィによるパターン転写
技術は、「欠陥」に強いという特徴を有している。

【０００５】さらに、ホログラフィによるパターン転写
技術では、記録した時と同じ光学系を用いて再生像を形
成する場合、収差が無くなる特徴がある。この場合、最
終的なパターンの分解能は波長により決定される。縮小
光学系を用いる現行のステッパ・リソグラフィではレン
ズ収差によりパターンの分解能が決定している。このよ
うなことから、ホログラフィを用いるならば、ステッパ
・リソグラフィに比べて、簡単な光学系を用いて理想的
には波長限界での高分解能のパターン形成が可能にな
る。

【０００６】しかしながら、「光」あるいは電子線によ
るホログラフィをリソグラフィに利用する場合、レジス
ト内での散乱等（による分解能の実質的な低下）を回避
することは不可能であり、レンズ収差による影響よりは
低いものの波長限界程度の高分解能は得られにくくな
る。この課題を解決するために、本発明者等は、ネイチ
ャー（Ｎａｔｕｒｅ），第３８０巻，６９１〜６９４頁
（１９９６年）、フィジカル・レビュー・レターズ（Ｐ
ｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．），第７７巻，第５号，８
０２〜８０５頁（１９９６年）、または、応用物理誌，
第６５巻，第９号，９１２〜９１８頁（１９９６年）に
おいて報告し、さらには、米国特許第５，８３８，４６
８号明細書（１９９８年，１１月，１７日）において、
以下の手法を開示した。ここでは、バイナリ・ホログラ
ムン板を用い，（原子のド・ブロイ波である）コヒーレ
ントな原子線を利用したインテンシティ・ホログラフィ
により、基板表面に「原子」を直接の堆積して再生像
（パターン）形成を行なっている（第１の従来技術）。
このような原子線ホログラフィによりパターン形成は、
レジスト・パターンの形成を介せずに行なうことからも
画期的なパターン形成方法であり、単に、半導体装置に
おけるリソグラフィとしてのみ機能するものではなく、
他の産業分野での微細パターンの形成あるいは微細加工
用のパターンの形成などに広く適用できる方法である。

【０００７】原子線ホログラフィの概略図である図１５
（ａ）と、Ｎｅ原子のエネルギー準位の変化の図である
図１５（ｂ）とを参照して、本発明者等による上記報告
類の概要を説明する。

【０００８】Ｎｅ原子は、放電部分４５１によるグロー
放電により最低励起状態（１ｓ₅ ）のＮｅ原子（Ｎｅ
^* ）として放出され、偏向器４５２によりイオン等が除
去される。これらのＮｅ原子は、ゼーマン減速器４５３
により第１段の冷却が行なわれる。続いて、１Ｓ₅ 状態
と２ｐ₉ 状態との間の遷移を利用して、冷却レーザ４５
５の照射によるフォトンとの衝突により、Ｎｅ^* は減速
して第２段の冷却が行なわれる。さらに、磁気光学トラ
ップ４５４による４重極磁場と上記冷却レーザ４５５を
含めたこれと同一波長の（４方向からの）トラップレー
ザ４５６とによりＮｅ^* はトランプされる。この状態で
トランスファレーザ４５７が照射されて、Ｎｅ^* はトラ
ップ状態から開放されて、重力場を自由落下するＮｅ原
子線になる。このトラップ状態からの開放により、Ｎｅ
^* は、１ｓ₅ 状態から２ｐ₅ 状態に遷移し，さらにフォ
トンの放出して、１ｓ₃ 状態になる。

【０００９】所要の通過穴（ピクセル）が形成されたホ
ログラム板４０２を通過した原子線Ｎｅ^* １ｓ₃ は、基
板４２１に（Ｎｅ原子が堆積してなる）再生像４２１の
パターンを形成する。同時に、（再生像の）虚像４２２
とホログラム板４０２の（支持枠に設けられた）窓の形
状に対応したホログラム・シャドー４２３とが形成され
る。この場合のホログラム・シャドー４２３は原子線の
非回折光からなり、特に「０次光」と称される。この０
次光であるホログラム・シャドー４２３は、光軸が基板
と交差する部分を含めてその近傍に形成される。

【００１０】ホログラム板４０２に設けられるピクセル
は、次のようにして設定される。まず、元絵をフーリェ
変換して複素透過関数ｇ（ｘ，ｙ）が得られる。このｇ
（ｘ，ｙ）の実数部が、ｇ（ｘ，ｙ）とこれの共役複素
透過関数ｇ^* （ｘ，ｙ）との和の１／２から得られる。
この実数部におけるしきい値（正数）以上の正値が（１
００％通過と０％通過とに）２値化されて、ホログラム
板４０２（の窓）に設けられたメンブレンにピクセルと
して設けられる。

【００１１】上記方法によるＮｅ原子線の発生時のドブ
ロイ波長は約７ｎｍとなり、基板到達時には加速されて
０．１ｎｍオーダの波長になる。このことから、上記ホ
ログラフィによるパターン形成では、０．１ｎｍ程度
（オングストローム・オーダ）の高分解能が得られる。
また、この原子線ホログラフィは、Ｎｅ原子線のみに適
用されるものではなく、上記ゼーマン減衰器と磁気光学
トラップとのそれぞれの磁気分布，上記冷却レーザ並び
にトラップ・レーザとトランスファレーザとのそれぞれ
の波数を適宜選択制定することにより、例えばＮａ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ａｇ等の金属原子、Ｃｌ，Ｆ等のハロ
ゲン原子、Ｂ，Ｐ，Ａｓ等の原子、その他の原子など、
Ｎｅ以外の原子の原子線を得ることが可能である。

【００１２】さらに本発明者等は、特許公報第２８３０
８４９号（１９９８年９月２５日）に上記方法とは相違
した（フェイズ・ホログラフィを利用した）原子線ホロ
グラフィの手法（第２の従来技術）を開示した。この原
子線ホログラフィでは、ホログラム板の表面に１次元も
しくは２次元に規則的にピクセルを配置し、一対の電極
もしくは１本の配線をそれぞれのピクセルに独立に設け
て、（透過関数による情報をピクセル位置に置き換える
のではなく）ホログラム板のそれぞれの電極もしくは配
線に接続さたＣＰＵを元絵にもとずいて駆動して、それ
ぞれのピクセルの位置に対応した電界もしくは磁界を加
えることにより、基板表面に原子線をフォーカスさせて
再生像を形成する。

【００１３】この方法は２次のシュタルク（Ｓｔａｒ
ｋ）効果による電界変調もしくは磁界変調を利用したも
のであり、原子線の位相が電界もしくは磁界の２乗で変
調されて再生像が形成される。この手法を用いるなら
ば、原理的には０次光の形成が回避される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】インテンシティ・ホロ
グラフィによる上記第１の従来技術は、ホログラム板の
構成自体は簡潔であるが、０次光の発生を回避すること
が不可能である。このため、基板表面における光軸に交
差する近辺への再生像を形成を回避しなければならな
い。しかしながら、通常、基板表面における光軸に交差
する近辺は、最も高精度，高密度のパターンを形成した
い場所である。

【００１５】一方、フェイズ・ホログラフィによる上記
第２の従来技術によれば、ＣＰＵを介してホログラム板
に伝達する電気情報をさらに加工することにより、０次
光を発生することなく再生像を得ることが原理的には可
能になる。ところが、これに用いるホログラム板では、
個々のスリット・アレイに属する電極対をそれぞれ独立
して設ける必要があることから、ホログラム板の電極の
形成が極めて複雑になる。

【００１６】したがって本発明の目的は、（バイナリ・
ホログラフィであり，インテンシティ・ホログラフィで
ある原子線ホログラフィに用いるホログラム板におい
て）０次光の消去が可能な手段を有したホログラム板を
提供し、そのホログラム板を用いた原子線ホログラフィ
によるパターン形成方法を提供することにある。さらに
本発明の目的は、フェイズ・ホログラフィに供するホロ
グラム板より簡単な構造の電極から構成された電界変調
手段を有するホログラム板を提供し、それを用いた原子
線ホログラフィによりパターン形成方法を提供すること
にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の原子線ホログラ
フィ用のホログラム板の特徴は、支持枠とメンブレンと
から構成されて，コヒーレントな原子線を用いて行なわ
れる原子線ホログラフィ用のホログラム板において、元
絵をフーリェ変換して得られる複素透過関数の実数部に
おける第１のしきい値以上の正値を符号化（エンコー
ド）してなる複数の第１のピクセルと、この実数部にお
ける第２のしきい値以下の負値をエンコードしてなる複
数の第２のピクセルとが、全てのこれらの第１のピクセ
ルを通過する原子線の線量と全てのこれらの第２のピク
セルを通過する原子線の線量とが概ね等しくなるよう
に、上記メンブレンに設けられ、上記メンブレンは上記
第１のピクセルを通過する原子線に対する上記第２のピ
クセルを通過する原子線の位相差がπとなる電界変調手
段を有することにある。

【００１８】好ましくは、上記メンブレンの表面が保護
膜により覆われている。あるいは、上記支持枠の底面を
加熱する手段を有している。

【００１９】本発明の原子線ホログラフィ用のホログラ
ム板の好ましい第１の態様は、上記電界変調手段が上記
メンブレンの表面および裏面のうちの一方にのみに設け
られており、この電界変調手段が第１の電圧に印加され
た第１の電極と第２の電圧に印加された第２の電極とか
らなり、複数の第１の分岐電極が上記第１の電極に接続
され、複数の第２の分岐電極が上記第２の電極に接続さ
れており、隣接した上記第１の分岐電極と上記第２の分
岐電極と間の間隔が所要の値に設定され、上記第１およ
び第２のピクセルのうちの一方のみが上記第１の分岐電
極と上記第２の分岐電極との間に設けられて、これらの
第１および第２のピクセルのうちの一方には上記第１の
電圧および上記第２の電圧と上記所要の値とで規定され
る電界が上記ホログラム板の表面に平行に加えられ、上
記第１および第２のピクセルのうちの他方には０の値の
電界が加えられている。

【００２０】本発明の原子線ホログラフィ用のホログラ
ム板の好ましい第２の態様は、上記メンブレンの膜厚が
所要膜厚からなり、上記電界変調手段が、上記メンブレ
ンの表面および裏面のうちの一方に設けられた第１およ
び第２の電極と、このメンブレンの表面および裏面のう
ちの他方に設けられた１つの第３の電極とからなり、上
記第１，第２および第３の電極はそれぞれ第１，第２お
よび第３の電圧に印加され、複数の第１の分岐電極がこ
の第１の電極に接続され、複数の第２の分岐電極がこの
第２の電極に接続されており、上記第１のピクセルは第
１の短辺および第１の長辺を有した第１の矩形からな
り，これらの第１のピクセルの周辺が上記第１の分岐電
極と上記第３の電極とに取り囲まれて設けられ、上記第
２のピクセルは第２の短辺第２の長辺を有した第２の矩
形からなり，これらの第２のピクセルの周辺が上記第２
の分岐電極とこの第３の電極とに取り囲まれて設けられ
ており、上記第１のピクセルには、上記第１の電圧と第
３の電圧との電位差，上記所要膜厚，上記第１の短辺の
長さおよび上記第１の長辺の長さにより規定される第１
の電界が上記メンブレンの表面に垂直に加えられ、上記
第２のピクセルには、上記第２の電圧と上記第３の電圧
との電位差，上記所要膜厚，上記第２ピクセルの短辺の
長さおよび上記第１の長辺の長さにより規定される第２
の電界が、上記メンブレンの表面に垂直に加えられてい
る。

【００２１】本発明の原子線ホログラフィ用のホログラ
ム板の好ましい第３の態様は、上記メンブレンの膜厚が
所要膜厚からなり、上記電界変調手段が、上記メンブレ
ンの表面に設けられた１つの第１の電極と、このメンブ
レンの裏面に設けられた１つの第２の電極とからなり、
上記第１および第２の電極はそれぞれ第１および第２の
電圧に印加されており、上記第１のピクセルは第１の短
辺を有した矩形からなり、上記第２のピクセルは第２の
短辺を有した矩形からなり、上記メンブレンの表面にお
いてこれらの第１および第２のピクセルの周辺は上記第
１の電極に取り囲まれ、このメンブレンの裏面において
これらの第１および第２のピクセルの周辺は上記第２の
電極に取り囲まれており、上記第１のピクセルには、上
記第１の電圧と上記第２の電圧との電位差，上記所要膜
厚，上記第１の短辺の長さおよび上記第１の長辺の長さ
により規定される第１の電界が、上記メンブレンの表面
に垂直に加えられ、上記第２のピクセルには、上記第１
の電圧と上記第２の電圧との電位差，上記所要膜厚，上
記第２の短辺の長さおよび上記第２の長辺の長さにより
規定される第２の電界が、上記メンブレンの表面に垂直
に加えられている。

【００２２】本発明の原子線ホログラフィによるパター
ン形成方法の特徴は、放電部分により原子を励起し、ゼ
ーマン減速器と冷却レーザと磁気光学トラップおよびト
ラップレーザとを用いてこの原子を冷却してトラップ
し、さらに、この原子にトランスファレーザを照射して
コヒーレントな原子線を発生し、支持枠およびメンブレ
ンから構成されたホログラム板を通過したこの原子線に
より基板に再生像を形成する原子線ホログラフィによる
パターン形成方法において、元絵をフーリェ変換して得
られる複素透過関数の実数部における第１のしきい値以
上の正値をエンコードしてなる複数の第１のピクセル
と、この実数部における第２のしきい値以下の負値をエ
ンコードしてなる複数の第２のピクセルとを、全てのこ
れらの第１のピクセルを通過する原子線の線量と全ての
これらの第２のピクセルを通過する原子線の線量とが概
ね等しくなるように、メンブレンに形成し、さらに、上
記第１のピクセルを通過する原子線と上記第２のピクセ
ルを通過する原子線との位相差がπとなる電界変調手段
を上記メンブレンに形成し、上記ホログラム板を用い
て、このホログラム板を通過する上記原子線の０次光を
消去する点にある。

【００２３】好ましくは、上記メンブレンの表面が保護
膜により覆われたホログラム板が用いられる。あるい
は、上記支持枠の底面を加熱する手段を有したホログラ
ム板が用いられる。

【００２４】さらに好ましくは、それぞれの原子の応じ
て、上記ゼーマン減速器と磁気光学トラップとの磁気分
布をそれぞれ設定し、上記冷却レーザ並びにトラップレ
ーザとトランスファレーザとの波長をそれぞれ設定し
て、それぞれの原子線を形成し、それぞれの原子線に応
じて、上記第１のピクセルおよび第２のピクセルに形成
される電界を設定し、同一のホログラム板を用いて、複
数の種類からなる原子線により再生像を形成する。

【００２５】本発明の原子線ホログラフィによるパター
ン形成方法の好ましい第１の態様は、上記電界変調手段
が上記メンブレンの表面および裏面のうちの一方にのみ
に形成され、上記電界変調手段により、上記１および第
２のピクセルのうちの一方には、上記メンブレンの面に
平行（横方向）に所定の電界が加えられて、これらの１
および第２のピクセルのうちの一方を通過する上記原子
線の位相がπだけ変調され、さらに、上記電界変調手段
により、上記第１および第２のピクセルのうちの他方に
は、上記メンブレンの面に平行に０の値の電界が加えら
れる。

【００２６】上記第１の態様において、好ましくは、上
記電界変調手段が第１および第２の電極から形成され、
この第１の電極には複数の第１の分岐電極が接続され，
第１の電圧に印加され、この第２の電極には複数の第２
の分岐電極が接続され，第２の電圧に印加され、さら
に、隣接したこの第１の分岐電極とこの第２の分岐電極
と間の間隔が所要の値に設定され、さらに、上記１およ
び第２のピクセルのうちの一方が、上記第１の分岐電極
と上記第２の分岐電極との間に形成されて、上記原子線
と上記所要の値とに応じて、上記第１の電圧と上記第２
の電圧との間の電位差が設定されて、上記所定の電界が
決定される。

【００２７】本発明の原子線ホログラフィによるパター
ン形成方法の好ましい第２の態様は、上記メンブレンの
膜厚が所要膜厚からなり、上記第１のピクセルが第１の
短辺と第２の長辺とを有した第１の矩形からなり、上記
第２のピクセルが第２の短辺と第２の長辺とを有した第
２の矩形からなり、上記電界変調手段の一部が上記メン
ブレンの表面に形成され、この電界変調手段の残部がこ
のメンブレンの裏面に形成され、上記電界変調手段によ
り、上記１のピクセルには上記メンブレンの表面に垂直
に第１の電界を加え，上記第２のピクセルにはこのメン
ブレンの表面に垂直に第２の電界を加えて、これらの第
１のピクセルと第２のピクセルとを通過するそれぞれの
上記原子線の位相差をπにする。

【００２８】上記第２の態様において、好ましくは、上
記電界変調手段が、上記メンブレンの表面および裏面の
うちの一方に設けられた第１および第２の電極とこのメ
ンブレンの表面および裏面のうちの他方に設けられた１
つの第３の電極とからなり、この第１，第２および第３
の電極はそれぞれ第１，第２および第３の電圧に印加さ
れ、複数の第１の分岐電極がこの第１の電極に接続さ
れ、複数の第２の分岐電極がこの第２の電極に接続され
ており、上記第１のピクセルの周辺が上記第１の分岐電
極と上記第３の電極とに取り囲まれ、上記第２のピクセ
ルの周辺が上記第２の分岐電極とこの第３の電極とに取
り囲まれており、上記第１および第２の分岐電極のうち
の一方に取り囲まれたピクセルには、上記第１の電圧と
上記第３の電圧との電位差，上記所要膜厚，上記第１の
短辺の長さおよび上記第１の長辺の長さにより規定され
た第１の電界が上記メンブレンの表面に垂直に加えら
れ、上記第２のピクセルには、上記第２の電圧と上記第
３の電圧との電位差，上記所要膜厚，上記第２の短辺の
長さおよび上記第２の長辺の長さにより規定される第２
の電界が、上記メンブレンの表面に垂直に加えられる。

【００２９】上記第２の態様において、さらに好ましく
は、上記電界変調手段が、上記メンブレンの表面に設け
られた１つの第１の電極とこのメンブレンの裏面に設け
られた１つの第２の電極とからなり、この第１および第
２の電極にはそれぞれ第１および第２の電圧に印加さ
れ、上記メンブレンの表面において上記第１および第２
のピクセルの周辺は上記第１の電極に取り囲まれ、この
メンブレンの裏面においてこれらの第１および第２のピ
クセルの周辺は上記第２の電極に取り囲まれており、上
記第１のピクセルには、上記第１の電圧と上記第２の電
圧との電位差，上記所要膜厚，上記第１の短辺の長さお
よび上記第１の長辺の長さにより規定される第１の電界
が、上記メンブレンの凹面に垂直に加えられ、上記第２
のピクセルには、上記第１の電圧と上記第２の電極との
電位差，上記所要膜厚，上記第２の短辺の長さおよび上
記第２の長辺の長さにより規定される第２の電界が、上
記メンブレンの表面に垂直に加えられる。

【００３０】

【発明の実施の形態】まず、具体的な本発明の実施の形
態の説明を行なうに先だって、本発明の作用原理を説明
する。

【００３１】バイナリ・ホログラム板を用いるインテン
ンシティ・ホログラフィでは、上述したように、複素透
過関数の実数部における（第１の）しきい値（正数）以
上の正値に対応して、ホログラム板の表面に（第１の）
ピクセルが設けられている。この場合、ホログラム板の
表面に位相情報が付加する手段を有しないことから、ホ
ログラム板表面の実平面上に複素透過関数の実数部の負
値に対応する（負の値の振幅を有した透過関数に対応す
る）ピクセルを物理的に表現することは不可能になる。

【００３２】上記第１の従来技術において、０次光が発
生する原因は、複素透過関数における上記負値を無視し
てホログラム板表面に（第１の）ピクセルのみを設けた
ためである。０次光は、（第１の）ピクセルを透過する
（正値に対応した）透過原子線の非回折光により形成さ
れる。一方、上記第２の従来技術では、上述した（ピク
セルに対応する）スリット・アレイに付随する電極対等
を利用して、それぞれのスリットを透過するコヒーレン
トな原子線をそれぞれ位相変調することから、本来負値
に対応した非実体的な原子線も位相がπだけ変調されて
実体化された第２の透過原子線に変換することが可能と
なる。結果としてこのような第２の透過原子線が形成さ
れる場合、（正値に対応した）第１の透過原子線の非干
渉光と（上記負値に対応した）第２の透過原子線の非干
渉光とが基板表面において干渉し、０次光が消去さるこ
とになる。

【００３３】本発明では、インテンシティ・ホログラフ
ィのホログラム板において、球面収差に対する補正を加
味した複素透過関数の実数部における正数からなるしき
い値（第１のしきい値）以上の正値に対応して、ホログ
ラム板の表面には第１のピクセルが設けられる。さら
に、この実数部における負数からなるしきい値（第２の
しきい値）以下の負値に対応して、ホログラム板の表面
に（２値化された）第２のピクセルが設けられる。この
とき、第１のピクセルの開口面積の和が概ね第２のピク
セルの開口面積の和に等しいように設定される。

【００３４】さらに、第１，第２のピクセルにはそれぞ
れ電界変調手段が設けられる。このとき、全ての第１の
ピクセルにおいて変調される位相の値が等しくなり，全
ての第２のピクセルにおいて変調される位相が等しくな
り、さらに、第１のピクセルと第２のピクセルとをそれ
ぞれ通過して変調された第１および第２の透過原子線の
位相差がπになるように、電界変調手段が設定される。

【００３５】その結果、第１のピクセルを通過した第１
の透過原子線の非回折光と、第２のピクセルを通過した
第２の透過原子線の非回折光との間の干渉により、透過
原子線の０次光としてのホログラム・シャドーの形成は
回避されることになる。

【００３６】次に、図面を参照して本発明を説明する。

【００３７】本発明の第１の実施の形態によるホログラ
ム板では、ホログラム板の表面および裏面のうちの一方
に設けられた電界変調手段により、第１のピクセルには
ホログラム板の表面（あるいは裏面）に平行な方向に０
の値の電界が加えられ、第２のピクセルにはホログラム
板の表面（あるいは裏面）に平行な方向に位相変調がπ
になる値の電界が加えられる。電界変調手段は一対の電
極（第１，第２の電極）から構成されており、第１，第
２の電極にはそれぞれ複数の第１，第２の分岐電極が接
続されている。

【００３８】まず、ホログラム板の主要部の平面模式図
である図１を参照して、本発明の本第１の実施の形態の
第１の実施例のホログラム板の構成の概要を説明する。
図１において、理解を容易にするために、第２のピクセ
ルには紙面に対して斜め左下りの対角線を記してある。

【００３９】本第１の実施例のホログラム板１０２ａ
は、シリコン単結晶板が加工されてなる支持枠と、支持
枠の表面に設けられたメンブレン１３１ａとからなる。
メンブレン１０２ａの膜厚は、例えば１００ｎｍである
（が、これに限定されるものではない）。このメンブレ
ン１０２ａは、例えば窒化シリコン膜のような絶縁膜、
あるいは例えば酸化シリコン膜／窒化シリコン膜／酸化
シリコン膜のような積層絶縁膜からなる。

【００４０】第１の電極１０３ａ，第２の電極１０４ａ
はそれぞれホログラム板１０２ａ（メンブレン１３１
ａ）の表面にそれぞれ隔てられてＸ方向に平行に設けら
れている。ホログラム板１０２ａ（メンブレン１３１
ａ）の表面にＹ方向に平行に設けられた例えば複数の第
１の分岐電極１０３ａａは電極１０３ａに櫛形に接続さ
れ、ホログラム板１０２ａ（メンブレン１３１ａ）の表
面にＹ方向に平行に設けられた例えば複数の第２の分岐
電極１０４ａａは電極１０４ａに櫛形に接続されてい
る。分岐電極１０３ａａの本数と分岐電極１０４ａａの
本数との差は±１本であり、Ｘ方向の端部の一方を除い
て２本の分岐電極１０３ａａと２本の分岐電極１０４ａ
ａとが交互に配置されている。

【００４１】電極１０３ａ，電極１０４ａ，分岐電極１
０３ａａおよび分岐電極１０４ａａは、ＥＢリソグラフ
ィを用いたリフトオフにより、例えばそれぞれ白金から
形成されている。なお、本第１の実施例では電極１０３
ａ，電極１０４ａ，分岐電極１０３ａａおよび分岐電極
１０４ａａをホログラム板１０２ａ（メンブレン１３１
ａ）の表面に設けたが、これに限定されるものではな
く、電極１０３ａ，電極１０４ａ，分岐電極１０３ａａ
および分岐電極１０４ａａをホログラム板１０２ａ（メ
ンブレン１３１ａ）の裏面に設けてもよい。

【００４２】ピクセル１０７ａは隣接した２本の分岐電
極１０３ａａに挟まれた第１の空隙部と隣接した２本の
分岐電極１０４ａａに挟まれた第２の空隙部とに設けら
れ、ピクセル１０８ａは隣接した分岐電極１０３ａａと
分岐電極１０４ａａとに挟まれた第３の空隙部に設けら
れている。第１の空隙部の個数と第２の空隙部の個数と
の和は、第３の空隙部の個数に等しくなっている。ピク
セル１０７ａ，１０８ａは、ＥＢリソグラフィを用いた
メンブレン１３１ａの異方性エッチングにより形成され
る。

【００４３】分岐電極１０３ａａ，１０４ａａの線幅は
例えば１．０μｍ程度であり、第１，第２および第３の
空隙部の幅はそれぞれ例えば１．０μｍ程度（＝所要の
値）である。電極１０３ａと電極１０４ａとの間の電位
差が所要の電位差になっている。ピクセル１０７ａに
は、ボログラム板１０２ａの表面に平行に０Ｖ／ｃｍの
電界が加えられている。ピクセル１０８ａには、ホログ
ラム板１０２ａの表面（のＸ方向）に平行に、分岐電極
１０３ａａと分岐電極１０４ａａとの間隔と所要の電位
差とにより決定される所要の値の電界が加えられる。所
要の値は原子線を構成する「原子」に依存し、ピクセル
１０７ａを透過する原子線の位相の電界変動は０であ
り，ピクセル１０８ａを透過する原子線の位相の電界変
動はπになっている。すなわち、本第１の実施例では、
Ｘ方向に０，π，０，……，πとなるように空隙部が設
定されている。

【００４４】ピクセル１０７ａは、上述した（球面収差
を加味した）複素透過関数の実数部における第１のしき
い値以上の正値に対応した位置と、上記分岐電極１０３
ａ，１０４ａにより規定された上記第１，第２の空隙部
による位置の制約との論理積から決定される。したがっ
て、本第１の実施例におけるピクセル１０７ａが設けら
れる個数（あるいはピクセル１０７ａの開口面積の和）
が上記第１の従来技術におけるピクセルの個数（あるい
は開口面積の和）の約１／４程度（の残存率）になる。
同様に、ピクセル１０８ａも、複素透過関数の実数部に
おける第２のしきい値以下の負値に対応した位置と、分
岐電極１０３ａ，１０４ａの存在による上記第３の空隙
部による位置の制約との論理積から決定されて、（最大
限の第２のピクセルの）約１／４程度が実体化して設け
られることになる。なお、図１において、ピクセル１０
７ａ，１０８ａを１μｍ□の正方形として示したが、ピ
クセル１０７ａ，１０８ａの形状はこれに限定されるも
のではなく、本第１の実施例では、Ｘ方向に短辺が設け
られ、これらの短辺が１μｍ以下の矩形であればよい。

【００４５】次に、元絵の概略図である図２（ａ）と、
第１，第２のピクセルの配置を示す部分拡大した平面模
式図である図２（ｂ）と、再生像の模式図である図３と
を参照して、本第１の実施例をＮｅ原子線に適用した場
合の適用例による原子線ホログラフィによるパターン形
成方法を説明する。なお、図２（ａ）において、第１の
電極１０３ａ，第２の電極１０４ａ，第１の分岐電極１
０３ａａおよび第２の分岐電極１０４ａａの図示は省略
してあるが、第１の分岐電極，第２の分岐電極の線幅は
１．０μｍ程度であり、第１の分岐電極同志の間隔，第
２の分岐電極同志の間隔および第１の分岐電極と第２の
分岐電極との間隔はそれぞれ１．０μｍ程度である。

【００４６】「Ｆ」と「Ｊ」とからなる元絵１０１ａを
含めて５１２×５１２に分割し，それに対応した複素透
過関数により形成される上記位置と上記論理積とによ
り、第１のピクセル１０７ａ，第２のピクセル１０８ａ
が配置される。元絵１０１ａにおける「Ｆ」と「Ｊ」と
の間の間隔は、１／２次ずれた再生像との間隔に対応し
て配置されている。第１，第２の分岐電極は、それぞれ
１２９本，１２８本ずつ設けられている。２本の第１の
分岐電極の間および２本の第２の分岐電極の間に設けら
れた第１のピクセル１０７ａは、一辺が１．０μｍの正
方形のものと、Ｘ方向に１．０μｍの短辺を有した矩形
とからなる。第１の分岐電極と第２の分岐電極との間に
設けられた第２のピクセル１０８ａも、一辺が１．０μ
ｍの正方形のものと、Ｘ方向に１．０μｍの短辺を有し
た矩形とからなる〔図２（ａ），（ｂ）〕。

【００４７】第１の分岐電極１０３ａａと第２の分岐電
極１０４ａａとの間の所定の電位差は１．０Ｖ程度であ
り、ピクセル１０８ａにはホログラム板１０２ａの表面
のＸ方向に平行に１０⁴ Ｖ／ｃｍ程度の電界が加えられ
る。その結果、Ｎｅ原子線の場合、複素透過関数の実数
部の負値に対応した原子線の位相は変調されずに、複素
透過関数の実数部の負値に対応した原子線の位相のみが
πだけ電界変調されることになる。ホログラム板１０２
ａのピクセル１０７ａ，１０８ａの配置に対応して、電
界変調されるＮｅ原子線の位相差は、例えば、（ホログ
ラム板１０２ａの表面のＸ方向に）……，０，π，０，
π，…，π，……となる〔図２（ｂ）〕。

【００４８】ホログラム板４０２の代りにホログラム板
１０２ａを用いて、上記第１の従来技術と同様の方法に
より、Ｎｅの原子線によるパターンが以下のとおりに形
成される。

【００４９】Ｎｅ原子は、放電部分によるグロー放電に
より最低励起状態（１ｓ₅ ）のＮｅ原子（Ｎｅ^* ）とし
て放出され、偏向器によりイオン等が除去される。これ
らのＮｅ原子は、ゼーマン減速器により第１段の冷却が
行なわれる。ゼーマン減速器の出口でのＮｅ原子の速度
は数十ｍ／ｓｅｃである。続いて、１Ｓ₅ 状態と２ｐ ₉
状態との間の遷移を利用して、冷却レーザの照射による
フォトンとの衝突により、Ｎｅ^* は減速して第２段の冷
却が行なわれる。さらに、磁気光学トラップによる４重
極磁場と上記冷却レーザを含めたこれと同一波長の（４
方向からの）トラップレーザとによりＮｅ^* はトランプ
されて直径５０μｍ以下の原子雲の状態になり、Ｎｅ原
子の温度は５０μＫ程度になる。この状態でトランスフ
ァレーザが照射されて、Ｎｅ^* はトラップ状態から開放
されて、重力場を自由落下するＮｅ原子線になる。上記
冷却レーザおよびトララップレーザは、例えばＨｅ−Ｎ
ｅレーザからなり、波長は６２０ｎｍである。トランス
ファレーザの波長は５９８ｎｍである。このトラップ状
態からの開放により、Ｎｅ^* は、１ｓ₅ 状態から２ｐ₅
状態に遷移し，さらにフォトンの放出して、１ｓ₃ 状態
になる。

【００５０】この状態で自由落下したＮｅ^* 原子線はホ
ログラム板１０２ａのピクセル１０７ａ，１０８ａを通
過して、基板１２０ａに到達する。これにより、 基板
１２０ａの表面に、Ｎｅ^* 原子線による１次の再生像１
２１ａと、±１／４次の再生像１２１ａａと、±１／２
次のホログラム・シャドー１２３ａとが得られる。本第
１の実施例の本適用例では、複素透過関数に球面収差補
正を取り込んでいることから、図示は省略するが、デフ
ォーカスされた虚像が（極めて薄く）形成される。

【００５１】この方法によるＮｅ原子線の発生時のドブ
ロイ波長は約７ｎｍとなり、基板１２０ａ到達時には加
速されて０．１ｎｍオーダの波長になる。このことか
ら、上記ホログラフィによるパターン形成では、０．１
ｎｍ程度（オングストローム・オーダ）の高分解能が得
られる。基板１２０ａには、荷電粒子検出機能が設けら
れている〔図３〕。

【００５２】本第１の実施例の適用例では、上記第１の
従来技術において発生した０次のホログラム・シャドー
（０次光）４２３の発生は回避される。その結果、本適
用例よれば、光軸が基板に直交する部分を含めてその近
傍に再生像を形成するように元絵を設定することが可能
になる。

【００５３】０次光の発生が回避されるのは、（複素透
過関数の実数部の負値に対応して横方向に１０⁴ Ｖ／ｃ
ｍの電界が加えられた第２のピクセル１０８ａを通過す
ることにより，πだけ位相が変調されて，実体化され
た）第２の透過原子線が存在するためである。この第２
の透過原子線と、位相変調を受けずに第１のピクセル１
０７ａを透過した第１の透過原子線との干渉により、０
次光が消滅する。明確な姿態を有して上記ホログラム・
シャドー１２３ａが形成されるのは、上記第１，第２，
第３の空隙部の配置が、規則的に行なわれているためで
ある。また、再生像１２１ａａが形成されるのも、第
１，第２，第３の空隙部がそれぞれＹ方向に平行に規則
的に設けられているためである。

【００５４】本第１の実施例の上記適用例は本第１の実
施例をＮｅの原子線に適用したものであるが、本第１の
実施例はこれに限定されるものではない。本第１の実施
例では、「原子」の種類に応じてゼーマン減速器と磁気
光学トラップとの磁気分布をそれぞれ設定し，冷却レー
ザ並びにトラップレーザとトランスファレーザとの波長
をそれぞれ設定し、さらに、所要の値の電界を設定する
このが容易である。例えば基板をシリコン基板として、
Ａｌによる原子線を採用するならば、オングストローム
・オーダーのギャップを有した極微細パターンからなる
１電子トランジスタ（ＳＥＴ；ｓｉｎｇｌｅ−ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の形成が容易にな
る。また、Ｆｅの原子線によるプラスチック・フィルム
からなる基板の表面へのパターン形成により、超高密度
の磁気記憶装置を形成することもできる。この他、（基
板を適宜選択して）他の金属原子，あるいは非金属原子
によるパターン形成も容易である。さらには、同じホロ
グラム板を採用して、複数種類の原子からなるパターン
形成も可能になる。

【００５５】本第１の実施例によるホログラム板１０２
ａを用い，長時間費やしてパターン形成を行なう場合、
「原子」がメンブレン１３１ａの表面に付着し、分岐電
極１０３ａａと分岐電極１０４ａａとの間の短絡，ホロ
グラム板１０２ａ表面のチャージ・アップ，分岐電極１
０３ａａ等の腐食などが発生することがある。ホログラ
ム板の断面模式図である図４（ａ），（ｂ）は、これら
を回避する手段を説明するための図である。

【００５６】ホログラム板１０２ａを構成するシリコン
単結晶板からなる支持枠１３２の底面を例えばヒータ１
３３等の加熱手段により加熱しておくならば、（分岐電
極１０３ａａ，１０４ａａの表面を含めて）メンブレン
１３１ａの表面に付着する「原子」は、メンブレン１３
１ａの表面において、（熱伝導による）熱エネルギーを
受けて運動エネルギーが増大され、メンブレン１３１ａ
表面からこれらの「原子」が解離されやすくなる〔図４
（ａ）〕。この加熱手段により、メンブレン１３１ａの
底面を直接に加熱することは、回避することが好まし
い。

【００５７】また、分岐電極１０３ａａ，１０４ａａの
表面を含めてメンブレン１３１ａの表面を保護膜１３４
で覆っておくならば、分岐電極１０３ａａ，１０４ａａ
の短絡等の回避が可能になる〔図４（ｂ）〕。さらに
は、上記加熱手段とこの保護膜１３４の設置とを併用し
てもよい。

【００５８】本第１の実施の形態は上記第１の実施例に
限定されるものではない。上記第１の実施例によるホロ
グラム板では、例えば、第１の空隙部，第３の空隙部，
第２の空隙部…の順に第１〜第３の空隙部が規則的に配
置されていた。本第１の実施の形態の第２の実施例によ
るホログラム板では、第１〜第３の空隙部の配置（第
１，第２の分岐電極の配置）がランダムになっている。

【００５９】まず、ホログラム板の主要部の平面模式図
である図５を参照して、本発明の本第１の実施の形態の
第２の実施例のホログラム板の構成の概要を説明する。
図５においても、理解を容易にするために、第２のピク
セルには紙面に対して斜め左下りの対角線を記してあ
る。

【００６０】本第２の実施例のホログラム板１０２ｂ
は、シリコン単結晶板が加工されてなる支持枠と、支持
枠の表面に設けられたメンブレン１３１ｂとからなる。
メンブレン１０２ｂの膜厚は、例えば１００ｎｍである
（が、これに限定されるものではない）。

【００６１】第１の電極１０３ｂ，第２の電極１０４ｂ
はそれぞれホログラム板１０２ｂ（メンブレン１３１
ｂ）の表面にそれぞれ隔てられてＸ方向に平行に設けら
れている。ホログラム板１０２ｂ（メンブレン１３１
ｂ）の表面にＹ方向に平行に設けられた例えば複数の第
１の分岐電極１０３ｂａは電極１０３ｂに櫛形に接続さ
れ、ホログラム板１０２ｂ（メンブレン１３１ｂ）の表
面にＹ方向に平行に設けられた例えば複数の第２の分岐
電極１０４ｂａは電極１０４ｂに櫛形に接続されてい
る。本第２の実施例では、上記第１の実施例と相違し
て、分岐電極１０３ｂａ，分岐電極１０４ｂａの配置が
ランダムである。しかしながら、２本の分岐電極１０３
ｂａに挟まれた第１の空隙部の個数と２本の分岐電極１
０４ｂａに挟まれた第２の空隙部の個数との和は、分岐
電極１０３ｂａおよび分岐電極１０４ｂａに挟まれた第
３の空隙部の個数に等しくなっている。ピクセル１０７
ｂは第１の空隙部と第２の空隙部とに設けられ、ピクセ
ル１０８ｂは第３の空隙部に設けられている。

【００６２】なお、本第２の実施例でも電極１０３ｂ，
電極１０４ｂ，分岐電極１０３ｂａおよび分岐電極１０
４ｂａをホログラム板１０２ｂ（メンブレン１３１ｂ）
の表面に設けたが、これに限定されるものではなく、電
極１０３ｂ，電極１０４ｂ，分岐電極１０３ｂａおよび
分岐電極１０４ｂａをホログラム板１０２ｂ（メンブレ
ン１３１ｂ）の裏面に設けてもよい。

【００６３】分岐電極１０３ｂａ，１０４ｂａの線幅は
例えば１．０μｍ程度であり、第１，第２および第３の
空隙部の幅はそれぞれ例えば１．０μｍ程度（＝所要の
値）である。電極１０３ｂと電極１０４ｂとの間の電位
差が所要の電位差になっている。ピクセル１０７ｂに
は、ボログラム板１０２ｂの表面に平行に０Ｖ／ｃｍの
電界が加えられている。ピクセル１０８ｂには、ホログ
ラム板１０２ｂの表面（のＸ方向）に平行に、分岐電極
１０３ｂａと分岐電極１０４ｂａとの間隔と所要の電位
差とにより決定される所要の値の電界が加えられる。所
要の値は原子線を構成する「原子」に依存し、ピクセル
１０７ｂを透過する原子線の位相の電界変動は０であ
り，ピクセル１０８ｂを透過する原子線の位相の電界変
動はπになっている。すなわち、本第２の実施例では、
例えば、Ｘ方向に……，π，π，０，π，π，π，π，
０，０，０，０，０，π，π，０，π，０，π，π，…
…となるように空隙部が設定されている。

【００６４】ピクセル１０７ｂは、上述した（球面収差
を加味した）複素透過関数の実数部における第１のしき
い値以上の正値に対応した位置と、上記分岐電極１０３
ｂ，１０４ｂにより規定された上記第１，第２の空隙部
による位置の制約との論理積から決定される。同様に、
ピクセル１０８ｂも、複素透過関数の実数部における第
２のしきい値以下の負値に対応した位置と、分岐電極１
０３ｂ，１０４ｂの存在による上記第３の空隙部による
位置の制約との論理積から決定される。なお、図５にお
いて、ピクセル１０７ｂ，１０８ｂを１μｍ□の正方形
として示したが、ピクセル１０７ｂ，１０８ｂの形状も
これに限定されるものではなく、本第２の実施例では、
Ｘ方向に短辺が設けられ、これらの短辺が１μｍ以下の
矩形であればよい。

【００６５】本第２の実施例によるホログラム板１０２
ｂも、ホログラム板１０２ｂを構成するシリコン単結晶
板からなる支持枠の底面に加熱手段を設けることが可能
であり、さらには、分岐電極１０３ｂａ，１０４ｂａの
表面を含めてメンブレン１３１ｂの表面に保護膜を設け
ておいてもよい。

【００６６】次に、元絵の概略図である図６（ａ）と、
第１，第２のピクセルの配置を示す部分拡大した平面模
式図である図６（ｂ）と、再生像の模式図である図７と
を参照して、本第２の実施例をＮｅ原子線に適用した場
合の適用例による原子線ホログラフィによるパターン形
成方法を説明する。なお、図６（ａ）において、第１の
電極１０３ｂ，第２の電極１０４ｂ，第１の分岐電極１
０３ｂａおよび第２の分岐電極１０４ｂａの図示は省略
してあるが、第１の分岐電極，第２の分岐電極の線幅は
１．０μｍ程度であり、第１，第２および第３の空隙部
の幅がそれぞれ１．０μｍ程度である。

【００６７】「Ｆ」と「Ｊ」とからなる元絵１０１ｂを
含めて５１２×５１２に分割し，それに対応した複素透
過関数により形成される上記位置と上記論理積とによ
り、第１のピクセル１０７ｂ，第２のピクセル１０８ｂ
が配置される。元絵１０１ｂにおける「Ｆ」と「Ｊ」と
の間の間隔も、１／２次ずれた再生像との間隔に対応し
て配置されている。第１，第２の空隙部に設けられた第
１のピクセル１０７ｂは、一辺が１．０μｍの正方形の
ものと、Ｘ方向に１．０μｍの短辺を有した矩形とから
なる。第３の空隙部に設けられた第２のピクセル１０８
ｂも、一辺が１．０μｍの正方形のものと、Ｘ方向に
１．０μｍの短辺を有した矩形とからなる〔図６
（ａ），（ｂ）〕。

【００６８】第１の分岐電極１０３ｂａと第２の分岐電
極１０４ｂａとの間の所定の電位差は１．０Ｖ程度であ
り、ピクセル１０８ｂにはホログラム板１０２ｂの表面
のＸ方向に平行に１０⁴ Ｖ／ｃｍ程度の電界が加えられ
る。その結果、Ｎｅ原子線の場合、複素透過関数の実数
部の負値に対応した原子線の位相は変調されずに、複素
透過関数の実数部の負値に対応した原子線の位相のみが
πだけ電界変調されることになる。ホログラム板１０２
ｂのピクセル１０７ｂ，１０８ｂの配置に対応して、電
界変調されるＮｅ原子線の位相差は、例えば、（ホログ
ラム板１０２ｂの表面のＸ方向に）π，π，０，π，
π，π，π，０，０，０，０，０，０，π，π，π，
０，π，π，０，π，π，０，０，…となる〔図６
（ｂ）〕。

【００６９】ホログラム板４０２の代りにホログラム板
１０２ｂを用いて、上記第１の実施例と同様のパターン
形成方法を用いるならば、基板１２０ｂの表面に、Ｎｅ
^* 原子線による１次の再生像１２１ｂと、±１／４次の
再生像１２１ｂａと、スリット状のホログラム・シャド
ー１２３ｂとが得られる。ホログラム・シャドー１２３
ｂは、上記第１の実施例における±１／２次のホログラ
ム・シャドー１２３ａが形成された場所に対応した位置
に形成される。ホログラム・シャドー１２３ｂの形状が
上記ホログラム・シャドー１２３ａの形状と相違するの
は、本第２の実施例の本適用例ではホログラム板１０２
ｂの表面におけるＸ方向での第１〜第３の空隙部の配置
がランダムになされているためである。再生像１２１ｂ
ａが形成されるのは、Ｙ方向では第１〜第３の空隙部の
配置の規則性が残存しているためである。基板１２０ｂ
には、荷電粒子検出機能が設けられている〔図７〕。

【００７０】本第２の実施例の適用例でも、上記第１の
従来技術において発生した０次のホログラム・シャドー
（０次光）４２３の発生は回避される。その結果上記第
１の実施例の適用例と同様に、本適用例よれば、光軸が
基板に直交する部分を含めてその近傍に再生像を形成す
るように元絵を設定することが可能になる。

【００７１】本第２の実施例の上記適用例は本第２の実
施例をＮｅの原子線に適用したものであるが、本第２の
実施例もこれに限定されるものではない。本第２の実施
例でも、「原子」の種類に応じてゼーマン減速器と磁気
光学トラップとの磁気分布をそれぞれ設定し，冷却レー
ザ並びにトラップレーザとトランスファレーザとの波長
をそれぞれ設定し、さらに、所要の値の電界を設定する
このが容易である。（基板を適宜選択して）他の金属原
子，あるいは非金属原子によるパターン形成も容易であ
る。さらには、同じホログラム板を採用して、複数種類
の原子からなるパターン形成も可能になる。

【００７２】本第１の実施の形態の上記第１，第２の実
施例では、第１および第２の空隙部に第１のピクセルが
設けられている。本第１の実施の形態において、第１の
ピクセルには０の値の電界が加えられることから、第１
のピクセルを第１あるいは第２の空隙部に設ける代り
に、第１のピクセルの周辺を第１あるいは第２の分岐電
極で取り囲んでおいてもよい。

【００７３】ホログラム板の平面模式図である図８を参
照すると、本第１の実施の形態における第３の実施例に
よるホログラム板は、上記第１の実施例に対応したもの
であり、以下のとおりになっている。

【００７４】本第３の実施例では、上記第１および第２
の空隙部は存在しない。ホログラム板１０２ｃの表面に
は第１の電極１０３ｃ，第２の電極１０４ｃが設けられ
ている。第１の電極１０３ｃには複数の第１の分岐電極
１０３ｃａが櫛形に接続され、第２の電極１０４ｃには
複数の第２の分岐電極１０４ｃａが櫛形に接続されてい
る。分岐電極１０３ｃａ，１０４ｃａは交互に配置さ
れ、（Ｘ方向の端部の一方に位置するものを除いて）分
岐電極１０３ｃａ，１０４ｃａの線幅は例えば３．０μ
ｍ程度であり、分岐電極１０３ｃａと分岐電極１０４ｃ
ａとに挟まれた第３の空隙部の幅は例えば１．０μｍで
ある。

【００７５】第１のピクセル１０７ｃａの周囲は、分岐
電極１０３ｃａもしくは分岐電極１０４ｃａに取り囲ま
れている。第２のピクセル１０８ｃａの配置，形状は上
記第１の実施例と同じである。ピクセル１０７ｃａの寸
法，形状は上記第１の実施例と同じでもよいが第１の実
施例より自由度がある。しかしながら、ピクセル１０７
ｃａの総面積が概ねピクセル１０８ｃａの総面積に等し
いという条件は上記第１の実施例と同様である。その他
は、上記第１に実施例と同様であり、本第３の実施例で
は上記第１の実施例の有した効果を有している。

【００７６】ホログラム板の平面模式図である図９を参
照すると、本第１の実施の形態における第４の実施例に
よるホログラム板は、上記第２の実施例に対応したもの
であり、以下のとおりになっている。

【００７７】本第４の実施例でも、上記第１および第２
の空隙部は存在しない。ホログラム板１０２ｄの表面に
は第１の電極１０３ｄ，第２の電極１０４ｄが設けられ
ている。第１の電極１０３ｄには複数の第１の分岐電極
１０３ｄａが櫛形に接続され、第２の電極１０４ｄには
複数の第２の分岐電極１０４ｄａが櫛形に接続されてい
る。分岐電極１０３ｄａ，１０４ｄａは交互に配置され
ている。分岐電極１０３ｄａ，１０４ｄａの線幅はそれ
ぞれ複数の種類からなり、それぞれ例えば１．０μｍの
奇数倍程度である。分岐電極１０３ｄａと分岐電極１０
４ｄａとに挟まれた第３の空隙部の幅は例えば１．０μ
ｍである。

【００７８】第１のピクセル１０７ｄａの周囲は、分岐
電極１０３ｄａもしくは分岐電極１０４ｄａに取り囲ま
れている。第２のピクセル１０８ｄａの配置，形状は上
記第２の実施例と同じである。ピクセル１０７ｄａの寸
法，形状は上記第２の実施例と同じでもよいが第２の実
施例より自由度がある。しかしながら、ピクセル１０７
ｄａの総面積が概ねピクセル１０８ｄａの総面積に等し
いという条件は上記第２の実施例と同様である。その他
は、上記第２に実施例と同様であり、本第４の実施例で
は上記第２の実施例の有した効果を有している。

【００７９】上記第２，第４の実施例を含めて、上記第
１〜第４の実施例では第１および第２の分岐電極が例え
ばＹ方向に平行に設けられている。しかしながら本第１
の実施の形態ではこれに限定されるものではない。

【００８０】ホログラム板の平面模式図である図１０を
参照すると、本第１の実施の形態における第５の実施例
によるホログラム板は、以下のとおりになっている。

【００８１】本第５の実施例でも、上記第１および第２
の空隙部は存在しない。ホログラム板１０２ｅの表面に
は第１の電極１０３ｅ，第２の電極１０４ｅが設けられ
ている。第１の電極１０３ｅには複数の第１の分岐電極
１０３ｅａが接続され、第２の電極１０４ｅには複数の
第２の分岐電極１０４ｅａが接続されている。分岐電極
１０３ｅａ，１０４ｅａは交互に配置されているが、分
岐電極１０３ｅａ，１０４ｅａの形状は（分岐電極１０
３ｄａ，１０４ｄａ等のように単純な矩形ではなく）複
雑な形状をとり，例えば多角形からなる。分岐電極１０
３ｅａと分岐電極１０４ｅａとに挟まれた第３の空隙部
の幅は例えば１．０μｍである。

【００８２】第１のピクセル１０７ｅａの周囲は、分岐
電極１０３ｅａもしくは分岐電極１０４ｅａに取り囲ま
れている。第２のピクセル１０８ｅａの寸法，形状は上
記第４の実施例と同じである。ピクセル１０７ｅａの寸
法，形状は上記第４の実施例と同じである。ピクセル１
０７ｅａの総面積が概ねピクセル１０８ｅａの総面積に
等しい。その他は、上記第４に実施例と同様であり、本
第４の実施例では上記第２の実施例の有した効果を有し
ている。さらに、本第５の実施例では、第３の空隙部の
配置に不規則性を持たせることが可能であるため、上記
第２，第４の実施例と相違して、±１／２次のホログラ
ム・シャドーに対応したホログラム・シャドーの発生も
極めて稀少になり、±１／４次の再生像も形成されなく
なる。

【００８３】なお、上記第１の実施の形態の各実施例の
説明において採用した構成材料，各種寸法は、上述のも
のに限定されるものではない。

【００８４】上記第１の実施の形態では、第１のピクセ
ルに加えられる電界は０の値からなり、第２のピクセル
にのみに０でない値の電界が加えらている。第２の実施
の形態の第２のピクセルは第１，第２の分岐電極に挟ま
れた第３の空隙部に設けられていることから、第２のピ
クセルに加えられる電界は３次元的な広がりを考慮せず
にほぼ平行な成分のみで近似することが可能である。こ
れらのことから、第１の実施の形態では、例えば第２の
ピクセルの長辺が第１，第２の分岐電極の長手方向に平
行であるならば、第２のピクセルに加えられる電界の値
は長辺の長さに依存しないことになる。

【００８５】本発明は上記第１の実施の形態に限定され
るものではない。上記第１の実施の形態とは相違した電
界変調手段を用いて、ホログラム板の表面に垂直な方向
に、第１，第２のピクセルにそれぞれ第１，第２の電界
を加えることにより、本発明の目的の達成が可能にな
る。

【００８６】ホログラム板の平面模式図である図１１
と、図１１のＡＡ線，ＢＢ線での断面模式図である図１
２とを参照すると、本発明の第２の実施の形態の一実施
例によるホログラム板の構成は以下のとおりになる。な
お図１１において、理解を容易にするために、第２のピ
クセルには紙面に対して斜め右下りの対角線を記してあ
る。

【００８７】ホログラム板２０２を構成するメンブレン
２３１の表面には、１つの第１の電極２０３，１つの第
２の電極２０４，複数の第１の分岐電極２０３ａ，複数
の第２の分岐電極２０４ａが設けられている。メンブレ
ン２３１の裏面には、第３の電極２０６が設けられてい
る。分岐電極２０３ａは電極２０３に接続され、分岐電
極２０４ａは電極２０４に接続されている。第１のピク
セル２０９は分岐電極２０３ａ，メンブレン２３１およ
び電極２０６を貫通した姿態を有して設けられており、
第２のピクセル２１０は分岐電極２０４ａ，メンブレン
２３１および電極２０６を貫通した姿態を有して設けら
れている。

【００８８】メンブレン２３１は所要膜厚（＝ｄ）を有
している。電極２０３，２０４，２０６，分岐電極２０
３ａ，２０４ａの構成材料は例えばＰｔである。電極２
０３，２０４，２０６にはそれぞれ第１の電圧（＝Ｖ
_A ），第２の電圧（＝Ｖ_B ），第３の電圧（Ｖ_C ）が印
加されている。ピクセル２０９，２１０は例えばそれぞ
れ一辺が４００ｎｍの正方形からなる。本一実施例で
は、複素透過関数の実数部の第１のしきい値以上の正値
（および第２のしきい値以上の負値）に対応してピクセ
ル２０９（およびピクセル２１０）をホログラム板２０
２の表面に設けるに際して、高密度に存在する部分での
ピクセル２０９（およびピクセル２１０）のみを残し，
低密度に存在する部分でのピクセルを消去してある。ピ
クセル２０９，２１０の存在に対応して、分岐電極２０
３ａ，２０４ａが設けられている〔図１１，図１２〕。

【００８９】ピクセル２０９に加えられる第１の電界
（＝Ｅ₁ ）は、Ｖ_A −Ｖ_C ，ｄ，４００ｎｍ，４００ｎ
ｍの値から決定される。ピクセル２０９を通過すること
により原子線が受ける位相差は、Ｅ₁ ² の（主として垂
直（Ｚ）方向の）積分値に比例する。同様に、ピクセル
２１０に加えられる第２の電界（＝Ｅ₂ ）は、Ｖ_B −Ｖ
_C ，ｄ，４００ｎｍ，４００ｎｍの値から決定される。
ピクセル２１０を通過することにより原子線が受ける位
相差は、Ｅ₂ ² の（主として垂直（Ｚ）方向の）積分値
に比例する。したがって、原子線を構成する「原子」に
応じて、Ｖ_A ，Ｖ _B ，Ｖ_C を適宜選択することにより、
ピクセル２０９を通過する原子線とピクセル２１０を通
過する原子線との位相差をπにすることが可能になる。

【００９０】このホログラム板２０２を用い，上記第１
の実施の形態の上記第１の実施例と同様の方法により、
Ｎｅ^* 原子線によるパターン形成を行なうならば、０次
光の発生を回避して再生像を得ることができる。さら
に、本一実施例では、ピクセル２０９，２１０が、上記
第１の実施の形態の上記第１〜第４の実施例と相違し，
上記第５の実施例と同様に、規則性を有さずに配置する
ことが可能なことから、±１／４次の再生像の発生と±
１／２次のホログラム・シャドーの発生とを抑制するこ
とが容易になる。また、上記第１のの実施の形態の上記
第５の実施例（第２のピクセルを第３の空隙部に配置）
に比べて、本一実施例の第１，第２の分岐電極の配置設
計の自由度は増大する。さらにまた、本一実施例ではピ
クセル２０９，２１０の残存率を１／４以上にすること
が可能なことから、上記第１の実施の形態より再生像の
強度が増すことになる。

【００９１】本第２の実施の形態は上記一実施例に限定
されるものではない。第１，第２の電極（および第１，
第２の分岐電極）をメンブレンの裏面に設け、第３の電
極をメンブレンの表面に設けてもよい。上記第１の実施
の形態と同様に、ホログラム板を構成する支持枠の底面
に加熱手段を設けることも可能であり、メンブレンの表
面を保護膜で覆うことも可能である。また、本第２の実
施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、
「原子」の種類に応じて、ゼーマン減速器，磁気光学ト
ランプの磁気分布、冷却レーザ，トラップレーザ，トラ
ンスファレーザの波長、第１の電圧と第３の電圧との電
位差、第２の電圧と第３の電圧との電位差等を適宜選択
することが可能なことから、多種の「原子」の原子線に
よるパターン形成が可能になり、さらに、複数種類の原
子線による同一パターンの形成も可能になる。

【００９２】また、本第２の実施の形態における第１，
第２のピクセルの形状は上記一実施例のピクセル２０
９，２１０の形状に限定されるものではない。第１の電
圧（Ｖ _A ）＝第３の電圧（Ｖ_C ）の場合を除いて、本第
２の実施の形態では、上記第１の実施の形態と相違し
て、全ての第１のピクセル，全ての第２のピクセルの形
状がそれぞれ同一であることが好ましく、第１のピクセ
ルは第１の短辺と第１の長辺とを有した第１の矩形から
なり、第２のピクセルは第２の短辺と第２の長辺とを有
した第２の矩形からなる。これは第１，第２の電界がホ
ログラム板の表面に垂直方向に加えられているためであ
り、各第１のピクセル，各第２のピクセルに加えられる
第１，第２の電界が同一であることが好ましいためであ
る。

【００９３】ただし、第１の電圧（Ｖ_A ）＝第３の電圧
（Ｖ_C ）の場合、本第２の実施の形態における第１のピ
クセルの形状に対する制約のみは緩やかになる。しかし
この場合においても、第１のピクセルの総面積が、概
ね、第２のピクセルの総面積に等しいことが好ましい。

【００９４】本発明の第３の実施の形態は、上記第２の
実施の形態の技術思想を発展させたものである。上記第
２の実施の形態では、例えば第１，第２の電極は（ホロ
グラム蟠を構成する）メンブレンの表面に設けられ、第
３の電極はメンブレンの裏面に設けられている。本第３
の実施の形態では、第１，第２の電極はメンブレンの表
面，裏面に（それぞれ概ね全面に）設けられているが、
第１，第２の分岐電極は設けられていない。

【００９５】元絵の概略図である図１３（ａ）と、部分
拡大したホログラム板の平面模式図である図１３（ｂ）
と、再生像の模式図である図１４とを参照すると、本第
３の実の形態の一実施例を適用した原子線ホログラフィ
によるパターン形成方法は、以下のとおりになってい
る。

【００９６】「Ｆ」からなる元絵３０１を含めた分割に
対応して、さらに、球面収差補正を施して、複素透過関
数が得られる。この複素透過関数の実数部の第１のしき
い値以上の正値と第２のしきい値以下の負値とに対応し
て、第１のピクセル３１１，第２のピクセル３１２が、
第１の電圧（＝Ｖ_A ）が印加されてメンブレン３３１の
表面に設けらた第１の電極３０５と，メンブレン３３１
と，第２の電圧（＝Ｖ _B ）が印加されてメンブレン３３
１の裏面に設けられた第２の電極３０６とを貫通して、
ホログラム板３０２に設けられる。メンブレン３３１は
５００ｎｍ程度の膜厚からなり、ピクセル３１１は一辺
が１６０ｎｍ程度の正方形からなり、ピクセル３１２は
８０ｎｍ×３２０ｎｍ程度の長方形からなる〔図１３
（ａ），（ｂ）〕。

【００９７】このホログラム板３０２を用いて、Ｖ_A −
Ｖ_B ＝１Ｖにして、上記第１の実施の形態の上記第１の
実施例と同様の方法によりＮｅ^* 原子線を発生させるな
らば、基板３２０には１次の再生像３２１が形成され
る。基板３２０には、荷電粒子検出機能が設けられてい
る。本一実施例では上記第１の実施の形態の上記第５の
実施例，上記第２の実施の形態の上記一実施例と同様
に、０次光，±１／２次のホログラム・シャドーおよび
±１／４次の再生像の発生は抑制される。本一実施例お
いてもデフォーカスされた虚像３２２も形成されるが、
（多少誇張した表示になってはいるものの）虚像３２２
の強度は再生像３２１の強度より極めて低いものである
〔図１４〕。

【００９８】本一実施例は、上記第２の実施の形態の上
記一実施例より、電極の形成が簡潔になる。また本一実
施例では第１，第２のピクセルがそれぞれ高密度に存在
する部分のみを選択的に残置させる必要がないことか
ら、上記第２の実施の形態の上記一実施例に比べて、第
１，第２のピクセルの残存率が高くなり、再生像の強度
が高くなり、電極形成とともにピクセルの形成も簡潔に
なる。

【００９９】本第３の実施の形態の上記一実施例では、
第１のピクセルの面積と第２のピクセルの面積とが等し
くなっていたが、本第３の実施の形態は第１，第２のピ
クセルの形状をも含めてこれに限定されるものではな
い。本第３の実施の形態における第１，第２のピクセル
は、上記第２の実施の形態における第１の電圧が第３の
電圧に等しくない場合と同じであり、全ての第１のピク
セル，全ての第２のピクセルの形状がそれぞれ同一であ
ることが好ましく、第１のピクセルは第１の短辺と第１
の長辺とを有した第１の矩形からなり、第２のピクセル
は第２の短辺と第２の長辺とを有した第２の矩形からな
り、第１のピクセルの総面積と第２のピクセルの総面積
とが概ね等しければよい。

【０１００】本第３の実施の形態では、上記第１，第２
の実施の形態と同様に、ホログラム板を構成する支持枠
の底面に加熱手段を設けることも可能であり、メンブレ
ンの表面を保護膜で覆うことも可能である。また、本第
３の実施の形態においても、上記第１，第２の実施の形
態と同様に、「原子」の種類に応じて、ゼーマン減速
器，磁気光学トランプの磁気分布、冷却レーザ，トラッ
プレーザ，トランスファレーザの波長、第１の電圧と第
３の電圧との電位差、第２の電圧と第３の電圧との電位
差等を適宜選択することが可能なことから、多種の「原
子」の原子線によるパターン形成が可能になり、さら
に、複数種類の原子線による同一パターンの形成も可能
になる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるホロ
グラム板には、元絵をフーリェ変換して得られる複素透
過関数の実数部における第１のしきい値以上の正値をエ
ンコードしてなる複数の第１のピクセルと、この実数部
における第２のしきい値以下の負値をエンコードしてな
る複数の第２のピクセルと、第１のピクセルを通過する
原子線に対する第２のピクセルを通過する原子線の位相
差がπとなる電界変調手段とが設けられている。このた
め、このホログラム板を用いた原子線ホログラフィによ
るパターン形成方法では、０次光の消去が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の第１の実施例のホ
ログラム板の平面模式図である。

【図２】上記第１の実施の形態の上記第１の実施例の適
用例を説明するための図であり、元絵の概略図と部分拡
大したホログラム板の概略平面模式図である。

【図３】上記第１の実施の形態の上記第１の実施例の上
記適用例を説明するための図であり、再生像の模式図で
ある。

【図４】上記第１の実施の形態の第１の実施例のホログ
ラム板の断面模式図である。

【図５】上記第１の実施の形態の第２の実施例のホログ
ラム板の平面模式図である。

【図６】上記第１の実施の形態の上記第２の実施例の適
用例を説明するための図であり、元絵の概略図と部分拡
大したホログラム板の概略平面模式図である。

【図７】上記第１の実施の形態の上記第２の実施例の上
記適用例を説明するための図であり、再生像の模式図で
ある。

【図８】上記第１の実施の形態の第３の実施例のホログ
ラム板の平面模式図である。

【図９】上記第１の実施の形態の第４の実施例のホログ
ラム板の平面模式図である。

【図１０】上記第１の実施の形態の第５の実施例のホロ
グラム板の平面模式図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態の一実施例のホロ
グラム板の平面模式図である。

【図１２】上記第２の実施の形態の上記一実施例のホロ
グラム板の断面模式図であり、図１１のＡＡ線，ＢＢ線
での断面模式図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態の一実施例を説明
するための図であり、元絵の概略図と部分拡大したホロ
グラム板の概略平面模式図である。

【図１４】上記第３の実施の形態の上記一実施例を説明
するための図であり、再生像の模式図である。

【図１５】従来の技術を説明するための図であり、従来
の原子線ホログラフィを説明するための概略図およびＮ
ｅ原子のエネルギー準位の変化を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０１ａ，１０１ｂ，３０１ 元絵 １０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅ，
２０２，３０２，４０２ ホログラム板 １０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ，
２０３，２０４，２０６，３０５，３０６電極 １０３ａａ，１０３ｂａ，１０３ｃａ，１０３ｄａ，１
０３ｅａ，１０４ａａ，１０４ｂａ，１０４ｃａ，１０
４ｄａ，１０４ｅａ，２０３ａ，２０４ａ分岐電極 １０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ，
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，
２０９，２１０，３１１，３１２ ピクセル１２０
ａ，１２０ｂ，３２０，４２０ 基板 １２１ａ，１２１ａａ，１２１ｂ，１２１ｂａ，３２
１，４２１ 再生像３２２，４２２ 虚像 １２３ａ，１２３ｂ，４２３ ホログラム・シャドー １３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ，
２３１，３３１ メンブレン １３２ 支持枠 １３３ ヒータ １３４ 保護膜 ４５１ 放電部分 ４５２ 偏向器 ４５３ ゼーマン減速器 ４５４ 磁気光学トラップ ４５５ 冷却レーザ ４５６ トラップレーザ ４５７ トランスファレーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−39726（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−188406（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−142806（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−286591（ＪＰ，Ａ) 米国特許5838468（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03H 5/00

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持枠とメンブレンとから構成されて，
   コヒーレントな原子線を用いて行なわれる原子線ホログ
   ラフィ用のホログラム板において、 元絵をフーリェ変換して得られる複素透過関数の実数部
   における第１のしきい値以上の正値を符号化（エンコー
   ド）してなる複数の第１の通過穴（ピクセル）と、該実
   数部における第２のしきい値以下の負値をエンコードし
   てなる複数の第２のピクセルとが、全ての該第１のピク
   セルを通過する原子線の線量と全ての該第２のピクセル
   を通過する原子線の線量とが概ね等しくなるように、前
   記メンブレンに設けられ、 前記メンブレンは前記第１のピクセルを通過する原子線
   に対する前記第２のピクセルを通過する原子線の位相差
   がπとなる電界変調手段を有することを特徴とする原子
   線ホログラフィ用のホログラム板。
2. 【請求項２】 前記メンブレンの表面が保護膜により覆
   われていることを特徴とする請求項１記載の原子線ホロ
   グラフィ用のホログラム板。
3. 【請求項３】 前記支持枠の底面を加熱する手段を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の原子線ホログラフィ
   用のホログラム板。
4. 【請求項４】 前記電界変調手段が前記メンブレンの表
   面および裏面のうちの一方にのみに設けられており、該
   電界変調手段が第１の電圧に印加された第１の電極と第
   ２の電圧に印加された第２の電極とからなり、 複数の第１の分岐電極が前記第１の電極に接続され、複
   数の第２の分岐電極が前記第２の電極に接続されてお
   り、 隣接した前記第１の分岐電極と前記第２の分岐電極と間
   の間隔が所要の値に設定され、 前記第１および第２のピクセルのうちの一方のみが前記
   第１の分岐電極と前記第２の分岐電極との間に設けられ
   て、該第１および第２のピクセルのうちの一方には前記
   第１の電圧および前記第２の電圧と前記所要の値とで規
   定される電界が前記ホログラム板の表面に平行に加えら
   れ、 前記第１および第２のピクセルのうちの他方には０の値
   の電界が加えられていることを特徴とする請求項１，請
   求項２もしくは請求項３記載の原子線ホログラフィ用の
   ホログラム板。
5. 【請求項５】 隣接した２つの前記第１の分岐電極の間
   と間隔と、隣接した２つの前記第２の電極の間の間隔と
   がそれぞれ前記所要の値であり、 前記第１の分岐電極の本数と前記第２の分岐電極の本数
   との差が、１もしくは−１であり、 前記第１および第２のピクセルのうちの他方が、隣接し
   た２つの前記第１の分岐電極の間（第１の空隙部）と、
   隣接した２つの前記第２の分岐電極の間（第２の空隙
   部）とに設けられていることを特徴とする請求項４記載
   の原子線ホログラフィ用のホログラム板。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の分岐電極がそれぞ
   れ一定方向（列方向）に平行に設けられていることを特
   徴とする請求項５記載の原子線ホログラフィ用のホログ
   ラム板。
7. 【請求項７】 前記第１の分岐電極は該第１の分岐電極
   あるいは前記第２の分岐電極に隣接し、該第２の分岐電
   極は該第１の分岐電極あるいは該第２の分岐電極に隣接
   して配置されていることを特徴とする請求項６記載の原
   子線ホログラフィ用のホログラム板。
8. 【請求項８】 隣接した一対の前記第１の分岐電極と、
   隣接した一対の前記第２の分岐電極とが交互に配置され
   ていることを特徴とする請求項７記載の原子線ホログラ
   フィ用のホログラム板。
9. 【請求項９】 前記第１および第２のピクセルのうちの
   他方の一部は周辺が前記第１の分岐電極に取り囲まれて
   設けられ、該第１および第２のピクセルのうちの他方の
   残部は周辺が前記第２の分岐電極に取り囲まれて設けら
   れていることを特徴とする請求項４記載の原子線ホログ
   ラフィ用のホログラム板。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２のピクセルは、一
    辺が前記所要の値からなる正方形を含んでなることを特
    徴とする請求項９記載の原子線ホログラフィ用のホログ
    ラム板。
11. 【請求項１１】 前記第１並びに第２のピクセルは、そ
    れぞれ前記正方形と、短辺が前記所要の値からなる長方
    形とからなることを特徴とする請求項１０記載の原子線
    ホログラフィ用のホログラム板。
12. 【請求項１２】 前記第１および第２の分岐電極が、そ
    れぞれ一定方向（列方向）に平行に設けられていること
    を特徴とする請求項９，請求項１０もしくは請求項１１
    記載の原子線ホログラフィ用のホログラム板。
13. 【請求項１３】 前記メンブレンの膜厚が、所要膜厚か
    らなり、 前記電界変調手段が、前記メンブレンの表面および裏面
    のうちの一方に設けられた第１および第２の電極と、該
    メンブレンの表面および裏面のうちの他方に設けられた
    １つの第３の電極とからなり、 前記第１第２および第３の電極はそれぞれ第１，第２お
    よび第３の電圧に印加され、複数の第１の分岐電極が該
    第１の電極に接続され、複数の第２の分岐電極が該第２
    の電極に接続されており、 前記第１のピクセルは第１の短辺および第１の長辺を有
    した第１の矩形からなり，該第１のピクセルの周辺が前
    記第１の分岐電極と前記第３の電極とに取り囲まれて設
    けられ、前記第２のピクセルは第２の短辺および第２の
    長辺を有した第２の矩形からなり，該第２のピクセルの
    周辺が前記第２の分岐電極と該第３の電極とに取り囲ま
    れて設けられており、 前記第１のピクセルには、前記第１の電圧と前記第３の
    電圧との電位差，前記所要膜厚，前記第１の短辺の長さ
    および前記第１の長辺の長さにより規定される第１の電
    界が、前記メンブレンの表面に垂直に加えられ、 前記第２のピクセルには、前記第２の電圧と前記第３の
    電圧との電位差，前記所要膜厚，前記第２の短辺の長さ
    および前記第２の長辺の長さにより規定される第２の電
    界が、前記メンブレンの表面に垂直に加えられることを
    特徴とする請求項１，請求項２もしくは請求項３記載の
    原子線ホログラフィ用のホログラム板。
14. 【請求項１４】 前記第１および第２の矩形の少なくと
    も一方が正方形であることを特徴とする請求項１３記載
    の原子線ホログラフィ用のホログラム板。
15. 【請求項１５】 前記メンブレンの膜厚が、所要膜厚か
    らなり、 前記電界変調手段が、前記メンブレンの表面に設けられ
    た１つの第１の電極と、該メンブレンの裏面に設けられ
    た１つの第２の電極とからなり、 前記第１および第２の電極はそれぞれ第１および第２の
    電圧に印加されており、 前記第１のピクセルは第１の短辺および第１の長辺を有
    した第１の矩形からなり、前記第２のピクセルは第２の
    短辺および第２の長辺を有した第２の矩形からなり、前
    記メンブレンの表面において該第１および第２のピクセ
    ルの周辺は前記第１の電極に取り囲まれ、該メンブレン
    の裏面において該第１および第２のピクセルの周辺は前
    記第２の電極に取り囲まれており、 前記第１のピクセルには、前記第１の電圧と前記第２の
    電圧との電位差，前記所要膜厚，前記第１の短辺の長さ
    および前記第１の長辺の長さにより規定される第１の電
    界が、前記メンブレンの表面に垂直に加えられ、 前記第２のピクセルには、前記第１の電圧と前記第２の
    電圧との電位差，前記所要膜厚，前記第２の短辺の長さ
    および前記第２の長辺の長さにより規定される第２の電
    界が、前記メンブレンの表面に垂直に加えられることを
    特徴とする請求項１，請求項２もしくは請求項３記載の
    原子線ホログラフィ用のホログラム板。
16. 【請求項１６】 前記第１および第２の矩形の少なくと
    も一方が正方形であることを特徴とする請求項１５記載
    の原子線ホログラフィ用のホログラム板。とする請求項
    １６記載の原子線ホログラフィ用のホログラム板。
17. 【請求項１７】 放電部分により原子を励起し、ゼーマ
    ン減速器と冷却レーザと磁気光学トラップおよびトラッ
    プレーザとを用いて該原子を冷却してトラップし、さら
    に、該原子にトランスファレーザを照射してコヒーレン
    トな原子線を発生し、支持枠およびメンブレンから構成
    されたホログラム板を通過した該原子線により基板に再
    生像を形成する原子線ホログラフィによるパターン形成
    方法において、 元絵をフーリェ変換して得られる複素透過関数の実数部
    における第１のしきい値以上の正値をエンコードしてな
    る複数の第１のピクセルと、該実数部における第２のし
    きい値以下の負値をエンコードしてなる複数の第２のピ
    クセルとを、全ての該第１のピクセルを通過する原子線
    の線量と全ての該第２のピクセルを通過する原子線の線
    量とが概ね等しくなるように、メンブレンに形成し、 さらに、前記第１のピクセルを通過する原子線と前記第
    ２のピクセルを通過する原子線との位相差がπとなる電
    界変調手段を前記メンブレンに形成し、 前記ホログラム板を用いて、該ホログラム板を通過する
    前記原子線の０次光を消去することを特徴とする原子線
    ホログラフィによるパターン形成方法。
18. 【請求項１８】 前記メンブレンの表面が保護膜により
    覆われたホログラム板を用いることを特徴とする請求項
    １７記載の原子線ホログラフィによるパターン形成方
    法。
19. 【請求項１９】 前記支持枠の底面を加熱する手段を有
    したホログラム板を用いることを特徴とする請求項１７
    記載の原子線ホログラフィによるパターン形成方法。
20. 【請求項２０】 それぞれの原子の応じて、前記ゼーマ
    ン減速器と磁気光学トラップとの磁気分布をそれぞれ設
    定し、前記冷却レーザ並びにトラップレーザとトランス
    ファレーザとの波長をそれぞれ設定して、それぞれの原
    子線を形成し、 それぞれの原子線に応じて、前記第１のピクセルおよび
    第２のピクセルに形成される電界を設定し、 同一のホログラム板を用いて、複数の種類からなる原子
    線により再生像を形成することを特徴とする請求項１
    ７，請求項１８もしくは請求項１９記載の原子線ホログ
    ラフィによるパターン形成方法。
21. 【請求項２１】 前記電界変調手段が前記メンブレンの
    表面および裏面のうちの一方にのみに形成され、 前記電界変調手段により、前記１および第２のピクセル
    のうちの一方には、前記メンブレンの面に平行（横方
    向）に所定の電界が加えられて、該１および第２のピク
    セルのうちの一方を通過する前記原子線の位相がπだけ
    変調され、 さらに、前記電界変調手段により、前記第１および第２
    のピクセルのうちの他方には、前記メンブレンの面に平
    行に０の値の電界が加えられることを特徴とする請求項
    １７，請求項１８，請求項１９もしくは請求項２０記載
    の原子線ホログラフィによるパターン形成方法。
22. 【請求項２２】 前記電界変調手段が第１および第２の
    電極から形成され、該第１の電極には複数の第１の分岐
    電極が接続され，第１の電圧に印加され、該第２の電極
    には複数の第２の分岐電極が接続され，第２の電圧に印
    加され、さらに、隣接した該第１の分岐電極と該第２の
    分岐電極と間の間隔が所要の値に設定され、 さらに、前記１および第２のピクセルのうちの一方が、
    前記第１の分岐電極と前記第２の分岐電極との間に形成
    されて、 前記原子線と前記所要の値とに応じて、前記第１の電圧
    と前記第２の電圧との間の電位差が設定されて、前記所
    定の電界が決定されることを特徴とする請求項２１記載
    の原子線ホログラフィによるパターン形成方法。
23. 【請求項２３】 前記第１の分岐電極の本数と前記第２
    の分岐電極の本数との差が、１もしくは−１であり、 前記第１および第２のピクセルのうちの他方の一部が、
    隣接した２つの前記第１の分岐電極の間（第１の空隙
    部）に形成され、 さらに、前記第１および第２のピクセルのうちの他方の
    残部が、隣接した２つの前記第２の分岐電極の間（第２
    の空隙）に形成されていることを特徴とする請求項２２
    記載の原子線ホログラフィによるパターン形成方法。
24. 【請求項２４】 前記第１および第２のピクセルのうち
    の他方の一部のピクセルの周辺が、前記第１の分岐電極
    に取り囲まれて形成され、 さらに、前記第１および第２のピクセルのうちの他方の
    残部のピクセルの周辺が、前記第２の分岐電極に取り囲
    まれて形成されていることを特徴とする請求項２２記載
    の原子線ホログラフィによるパターン形成方法。
25. 【請求項２５】 前記メンブレンの膜厚が所要膜厚から
    なり、前記第１のピクセルが第１の短辺および第１の長
    辺を有した第１の矩形からなり、前記第２のピクセルが
    第２の短辺および第２の長辺を有した第２の矩形からな
    り、 前記電界変調手段の一部が前記メンブレンの表面に形成
    され、該電界変調手段の残部が該メンブレンの裏面に形
    成され、 前記電界変調手段により、前記１のピクセルには前記メ
    ンブレンの表面に垂直に第１の電界を加え，前記第２の
    ピクセルには該メンブレンの表面に垂直に第２の電界を
    加えて、該第１のピクセルと第２のピクセルとを通過す
    るそれぞれの前記原子線の位相差をπにすることを特徴
    とする請求項１７，請求項１８，請求項１９もしくは請
    求項２０記載の原子線ホログラフィによるパターン形成
    方法。
26. 【請求項２６】 前記電界変調手段が、前記メンブレン
    の表面および裏面のうちの一方に設けられた第１および
    第２の電極と該メンブレンの表面および裏面のうちの他
    方に設けられた１つの第３の電極とからなり、該第１，
    第２および第３の電極はそれぞれ第１，第２および第３
    の電圧に印加され、複数の第１の分岐電極が該第１の電
    極に接続され、複数の第２の分岐電極が該第２の電極に
    接続されており、 前記第１のピクセルの周辺が前記第１の分岐電極と前記
    第３の電極とに取り囲まれ、前記第２のピクセルの周辺
    が前記第２の分岐電極と該第３の電極とに取り囲まれて
    おり、 前記第１の電界が、前記第１の電圧と前記第３の電圧と
    の電位差，前記所要膜厚，前記第１の短辺の長さおよび
    前記第１の長辺の長さにより規定され、、 前記第２の電界が、前記第２の電圧と前記第３の電圧と
    の電位差，前記所要膜厚，前記第２の短辺の長さおよび
    前記第２の長辺の長さにより規定されることを特徴とす
    る請求項２５記載の原子線ホログラフィによるパターン
    形成方法。
27. 【請求項２７】 前記電界変調手段が、前記メンブレン
    の表面に設けられた１つの第１の電極と該メンブレンの
    裏面に設けられた１つの第２の電極とからなり、該第１
    および第２の電極にはそれぞれ第１および第２の電圧に
    印加され、 前記メンブレンの表面において前記第１および第２のピ
    クセルの周辺は前記第１の電極に取り囲まれ、該メンブ
    レンの裏面において該第１および第２のピクセルの周辺
    は前記第２の電極に取り囲まれており、 第１の電界が、前記第１の電圧と前記第２の電圧との電
    位差，前記所要膜厚，前記第１の短辺の長さおよび前記
    第１の長辺の長さにより規定され、 第２の電界が、前記第１の電圧と前記第２の電圧との電
    位差，前記所要膜厚，前記第２の短辺の長さおよび前記
    第２の長辺の長さにより規定されることを特徴とする請
    求項２５記載の原子線ホログラフィによるパターン形成
    方法。