JP2009302155A - 計算機ホログラム、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

計算機ホログラム、露光装置及びデバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】照度ムラ及び光量損失を抑えると共に薄型化を実現し、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる計算機ホログラムを提供する。
【解決手段】所定面に光強度分布を形成する複数のセル１１０を備える計算機ホログラム１００であって、複数のセルは、等方性媒質１１２と異方性媒質１１４とからなる複数の第１のセル１１０ｂ〜１１０ｄと、異方性媒質１１４からなる複数の第２のセル１１０ａと、を含み、複数のセルのそれぞれに入射する入射光の位相を変化させて、第１の方向の直線偏光成分、及び第１の方向に直交する第２の方向の直線偏光成分の波面のそれぞれについてＮ（Ｎ≧２）種類の位相を含む位相分布を形成し、複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質は、第１の方向に光学軸を有する異方性媒質、又は、第２の方向に光学軸を有する異方性媒質で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、計算機ホログラム、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光の波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）及び現像プロセスなどによって定まるプロセス定数ｋ１を用いて、以下の数式１で与えられる。
従って、露光光の波長を短くすればするほど、或いは、投影光学系のＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。但し、露光光の波長が短くなると硝材の透過率が低下するため、現在の露光光を更に短波長化することは困難である。また、投影光学系のＮＡに反比例して焦点深度が小さくなること、及び、高ＮＡの投影光学系を構成するためのレンズの設計及び製造は困難であることから、投影光学系の高ＮＡ化を進めることも難しい。
そこで、プロセス定数ｋ１を小さくすることにより解像度の向上を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が提案されている。かかるＲＥＴの１つとして、変形照明法（又は斜入射照明法）と呼ばれるものがある。
変形照明法は、一般的に、光学系の光軸上に遮光板を有する開口絞りを、均一な面光源を形成するオプティカルインテグレータの射出面近傍に配置することによって、レチクルに対して露光光を斜めに入射させる。変形照明法は、開口絞りの形状（即ち、光強度分布の形状）に応じて、輪帯照明法や四重極照明法などを含む。また、変形照明法においては、露光光の利用効率（照明効率）を向上させるため、開口絞りの代わりに計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いた技術も提案されている。
一方、投影光学系の高ＮＡ化に伴って、露光光の偏光状態を制御した偏光照明法も、投影露光装置の高解像度化には必要な技術となってきている。偏光照明法とは、基本的に、Ｓ偏光とＰ偏光のうち、光軸に対して同心円方向成分を有するＳ偏光のみを用いてレチクルを照明する照明法である。
近年では、変形照明法（所望の形状（例えば、四重極形状）を有する光強度分布の形成）と偏光照明法（偏光状態の制御）とを同時に実現する技術が提案されている（特許文献１乃至３参照）。
例えば、特許文献１は、変形照明法及び偏光照明法を１つの素子で実現する技術を開示している。特許文献１では、光強度分布の形状（再生像）をＣＧＨで制御すると共に、構造複屈折を用いて偏光状態を制御している。具体的には、同一の偏光方向の光に対応した複数のＣＧＨ（以下、「サブＣＧＨ」と称する）を並列に配置して１つのＣＧＨを構成し、偏光方向に応じた構造複屈折をサブＣＧＨ毎に適用している。
特許文献２は、サブＣＧＨに適用する偏光を制御する手段として偏光制御器を用いることで、所望の偏光を選択的に使用している。
特許文献３は、変形照明法及び偏光照明法で代表的に形成される四重極形状の光強度分布において、４つの極のバランスを制御することが可能な技術を開示している。具体的には、特許文献３は、ＣＧＨを４分割してサブＣＧＨを構成し、入射光の強度分布を変化させることで、ＣＧＨによる再生像の極のバランスを変化させることを可能としている。
特開２００６−１９６７１５号公報 特開２００６−４９９０２号公報 特開２００６−５３１９号公報
しかしながら、従来技術では、１つのＣＧＨを複数に分割してサブＣＧＨを構成しているため、入射光の強度分布がオプティカルインテグレータで補正しきれていない場合（例えば、ＣＧＨの一部にしか光が入射しない場合）、再生像に照度ムラが生じてしまう。
また、複数のサブＣＧＨを組み合わせた場合、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性から不要な回折光が発生してしまうため、ＣＧＨによる再生像を劣化させてしまう。そこで、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性を設計で解消することも考えられるが、設計コストが非常に増大するという別の問題が生じてしまう。
また、偏光制御器で偏光を選択的に使用した場合、露光光源からの光（露光光）の利用効率（照明効率）が著しく低下してしまう（即ち、光量損失が大きくなってしまう）。
また、ＣＧＨは、一般的に、フーリエ変換を用いて無限に薄い素子として設計される。従って、ＣＧＨの設計や製造において、素子の薄型化は常に要求される課題である。更には、製造誤差を低減するために、少ない段数のＣＧＨで（即ち、薄型化を実現させながら）所望の位相分布を形成することが要求されている。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に薄型化を実現し、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計算機ホログラムは、所定面に光強度分布を形成する複数のセルを備える計算機ホログラムであって、前記複数のセルは、等方性媒質と異方性媒質とからなる複数の第１のセルと、異方性媒質からなる複数の第２のセルと、を含み、前記複数のセルのそれぞれに入射する入射光の位相を変化させて、前記第１の方向の直線偏光成分及び前記第２の方向の直線偏光成分の波面のそれぞれについてＮ（Ｎ≧２）種類の位相を含む位相分布を形成し、前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質は、前記第１の方向に光学軸を有する異方性媒質、又は、前記第２の方向に光学軸を有する異方性媒質で構成され、前記入射光の波長をλ、前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質の前記第１の方向の直線偏光成分に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光成分に対する屈折率との差をΔｎａとすると、λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎ以下の厚さを有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に薄型化を実現し、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成する計算機ホログラムを提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の一側面としての計算機ホログラム１００を説明するための図である。計算機ホログラム１００は、図１に示すように、入射光の波面を変化させて、所定面ＰＳ（例えば、アパーチャの位置）に光強度分布（再生像）ＬＩを形成する。また、計算機ホログラム１００は、第１の方向の直線偏光成分としてのＸ偏光の波面及び第２の方向の直線偏光成分としてのＹ偏光の波面のそれぞれについてＮ（Ｎ≧２）種類の位相を含む位相分布を形成する。これにより、Ｘ偏光（入射光のＸ軸方向の偏光成分）が形成する第１の光強度分布ＬＩ１とＹ偏光（入射光のＹ軸方向の偏光成分）が形成する第２の光強度分布ＬＩ２とを異ならせることができる。ここで、第１の方向の直線偏光成分としてのＸ偏光は、Ｘ軸方向を偏光方向とする直線偏光であり、第２の方向の直線偏光成分としてのＹ偏光は、Ｙ軸方向を偏光方向とする直線偏光である。なお、第１の方向の直線偏光成分としてのＸ偏光と第２の方向の直線偏光成分としてのＹ偏光とは、互いに直交する偏光である。
計算機ホログラム１００は、入射光がＸ偏光及びＹ偏光の成分を含む直線偏光である場合には、第１の光強度分布ＬＩ１及び第２の光強度分布ＬＩ２の重なり合う領域ＬＩＦに、Ｘ偏光及びＹ偏光の偏光方向とは異なる偏光方向の直線偏光で光強度分布を形成する。具体的には、計算機ホログラム１００は、本実施形態では、第３の光強度分布ＬＩ３や第４の光強度分布ＬＩ４を領域ＬＩＦに形成する。
以下、計算機ホログラム１００について具体的に説明する。図２は、計算機ホログラム１００を構成するセル構造を示す概略斜視図である。
入射光の波面を変化させて、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれについて互いに異なる位相分布（Ｎ種類の位相を含む位相分布）を形成するためには、計算機ホログラム１００は、各偏光方向に対して波面を独立に制御する必要がある。計算機ホログラム１００として、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれについて２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを考えると、２つの偏光方向のそれぞれに対して２値の位相を波面に与える必要がある。従って、計算機ホログラム１００のセル１１０においては、４種類のセル構造（即ち、複数のセル）が必要となる。図２に示す複数のセル１１０ａ乃至１１０ｄのそれぞれは、かかる４種類のセル構造うちの１種類のセル構造を有する。計算機ホログラム１００は、４種類のセル１１０を正方格子状に配列して構成されている。
複数のセル１１０は、図２に示すように、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが等しい等方性媒質１１２及びＸ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが異なる異方性媒質１１４で構成される。但し、等方性媒質１１２は、異方性媒質１１４と比較して、入射光の偏光状態を変化させなければよく、本実施形態では、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率との差が０以上０．００１以下であれば等方性媒質とみなす。
異方性媒質１１４は、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との間に位相差を形成する媒質であって、異方性材料や構造複屈折を生じる周期構造（凹凸形状）などで構成することが可能である。異方性媒質１１４は、本実施形態では、０次以外の回折光の発生を防止するために、入射光の波長よりも小さい周期（ピッチ）Ｐを有する１次元の周期構造で構成されている。
異方性媒質１１４は、図２に示すように、第１の方向ＯＡ１に周期方向を有する周期構造の異方性媒質１１４ａと、第１の方向ＯＡ１に直交する第２の方向ＯＡ２に周期方向を有する周期構造の異方性媒質１１４ｂとを含む。これにより、Ｘ偏光の波面をＹ偏光の波面よりも進ませるセルとＸ偏光の波面をＹ偏光の波面よりも遅らせるセルとを実現することができる。なお、異方性媒質１１４ａは第１の方向ＯＡ１に光学軸を有する異方性媒質、異方性媒質１１４ｂは第２の方向ＯＡ２に光学軸を有する異方性媒質とみなすこともできる。
構造複屈折を生じる周期構造は、例えば、石英を用いた回折格子として特許文献１に開示されている。特許文献１には、波長１９３ｎｍに対して１．５６の屈折率を有する石英で、構造複屈折領域のデューティ比（フィリングファクター）を１：１（＝０．５）とする周期構造を構成した例を記載している。かかる周期構造において、周期構造の周期方向の屈折率ｎ⊥は１．１９、周期構造の周期方向に直交する方向の屈折率ｎＩＩは１．３１となる。
複数のセル１１０ａ乃至１１０ｄは、上述したように、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれの波面に２種類の位相を独立して与えるために、図２に示すように、互いに異なる厚さを有する等方性媒質１１２及び互いに同じ厚さを有する異方性媒質１１４で構成される。詳細には、複数のセル１１０は、等方性媒質１１２と異方性媒質１１４とを含むセル１１０ｂ乃至１１０ｄ（第１のセル）と、異方性媒質１１４からなるセル１１０ａ（第２のセル）とを含む。
計算機ホログラム１００は、本実施形態では、２種類の位相を含む位相分布を形成するため、複数のセル１１０の種類は４種類であるが、Ｎ種類の位相を含む位相分布を形成する場合には、更に複数種類のセル（セル構造）が必要となる。但し、Ｎ種類の位相を含む位相分布を形成する場合でも、Ｎ種類のうちの２種類の位相をＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれに独立して与えるように、同じ厚さを有する異方性媒質１１４は少なくとも４種類のセルで用いられる。
ここで、同じ厚さを有する異方性媒質１１４が少なくとも４種類のセルで用いられる理由と共に、図２に示す計算機ホログラム１００のセル１１０（セル構造）について説明する。
図３は、Ｘ偏光とＹ偏光との位相の関係を示す概念図である。図３では、入射光が−Ｚ方向に進んでいるものとする。
図３（ａ）は、入射光に関する図であって、Ｘ０及びＹ０のそれぞれは、Ｘ偏光の位相及びＹ偏光の位相のそれぞれを定義（決定）するための電場ベクトルを示している。図３（ａ）を参照するに、Ｘ０は−Ｘ方向を向いているため、Ｘ偏光の偏光成分はＹ偏光の偏光成分より遅れていることを示している。Ｘ０及びＹ０のＺ座標は、Ｘ偏光の偏光成分の波面の位置及びＹ偏光の偏光成分の波面の位置を示していると考えることができる。
図３（ｂ）は、計算機ホログラム１００が形成する位相分布の位相を定義するための電場ベクトルを示している。図３（ｂ）において、Ｘ０’及びＹ０’のそれぞれは、Ｘ０及びＹ０に対応しており、Ｙ１は、計算機ホログラム１００によってシフトされた位相を定義するための電場ベクトルを示している。
図３（ｃ）は、計算機ホログラム１００が形成する位相分布の位相を定義するための電場ベクトルを示している。図３（ｃ）において、Ｘ０’’及びＹ０’’のそれぞれは、Ｘ０及びＹ０に対応しており、Ｘ１は、計算機ホログラム１００によってシフトされた位相を定義するための電場ベクトルを示している。
２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを考えると、Ｘ偏光とＹ偏光との位相差も２種類必要となる。図３（ｂ）及び（ｃ）は、２種類の位相差に対応した波面のずれを示しており、かかる波面のずれは０及び２Ｌである。２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムは、一般的には、０及びπ（λ／２）を使用するため、０及び２Ｌの波面のずれに対応した位相差を０及びπ（λ／２）とすると、Ｌは位相差π／２（λ）に対応した波面のずれとなる。従って、図３（ｂ）及び（ｃ）に示す位相の関係を得るためには、どちらの場合でも、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との間にπ／２（λ）の位相差を与える異方性媒質が必要となる。
図３（ｂ）に示す位相変換は、図２に示すセル１１０ａの機能を示しており、かかる位相変換を基準と考える。図３（ｂ）に示す位相変換は、入射光に対して相対的にＸ偏光の位相を変化させず、Ｙ偏光の位相をπ／２遅らせる作用があるが、この組み合わせが基準であるため、（０，０）の位相変換があったと考える。このように考えると、図３（ｃ）に示す位相変換は、図３（ｂ）に示す位相変換を基準として、（−π／２，π／２）となる。２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを考えると、位相変換で必要とされる位相は０及びπにする必要がある。そこで、Ｘ偏光及びＹ偏光の両方に対して位相をπ／２遅らせる等方性媒質を適用すると、図３（ｃ）に示す位相変換は（−π，０）となる。図３（ｃ）に示す位相変換は、図２に示すセル１１０ｃの機能を示している。
２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムには、（０，０）及び（−π，０）の位相変換以外に、（−π，−π）及び（０，−π）の位相変換が必要となる。Ｘ偏光及びＹ偏光の両方に対して位相をπ遅らせる等方性媒質を図２に示すセル１１０ａに付加すると、（−π，−π）の位相変換が得られ、かかる位相変換は図２に示すセル１１０ｂの機能を示している。また、Ｘ偏光及びＹ偏光の両方に対して位相をπ遅らせる等方性媒質を図２に示すセル１１０ｃに付加すると、（−２π，−π）の位相変換が得られ、かかる位相変換は図２に示すセル１１０ｄの機能を示している。位相は２πの周期関数であるため、（−２π，−π）の位相変換は（０，−π）の位相変換と同じ役割を果たす。
このように、図２に示すセル１１０ａは（０，０）の位相変換に対応し、セル１１０ｂは（−π，−π）の位相変換に対応し、セル１１０ｃは（−π，０）の位相変換に対応し、セル１１０ｄは（０，−π）の位相変換に対応している。また、セル１１０ａ乃至１１０ｄは、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との間にπ／２の位相差を与える異方性媒質が必要となる図３に示す機能を有しているため、同じ厚さを有する異方性媒質１１４が少なくとも４種類のセルで用いられることになる。
２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムだけを考えると、位相の進み及び遅れを示す位相の符号を任意に選択することができるため、符号について議論する必要はない。但し、２種類よりも多い位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを考えた場合には、位相の符号も必要となるため、ここでは、位相の符号を考慮して説明した。
次に、セル１１０ａ乃至１１０ｄを構成する異方性媒質１１４の厚さｈ０及び等方性媒質１１２の厚さｈ１乃至ｈ３について具体的に説明する。
異方性媒質１１４の厚さｈ０は、上述したように、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との間にπ／２（λ／４）の位相差を与える必要がある。これを実現するためには、異方性媒質１１４は、異方性媒質１１４の周期構造の周期方向の屈折率をｎ⊥、異方性媒質１１４の周期構造の周期方向に直交する方向の屈折率をｎＩＩとして、以下の数式２で示される厚さｈ０を有すればよい。
また、セル１１０ｃにおける等方性媒質１１２は、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面の両方に対して位相をπ／２（λ／４）遅らせる機能を実現するために、等方性媒質１１２の屈折率をｎとして、以下の数式３で示される厚さｈ１を有すればよい。
また、セル１１０ｂにおける等方性媒質１１２は、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面の両方に対して位相をπ（λ／２）遅らせる機能を実現するために、セル１１０ｃにおける等方性媒質１１２の厚さｈ１の２倍の厚さｈ２を有すればよい。
同様に、セル１１０ｄにおける等方性媒質１１２は、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面の両方に対して位相を３π／２（３λ／４）遅らせる機能を実現するために、セル１１０ｃにおける等方性媒質１１２の厚さｈ１の３倍の厚さｈ３を有すればよい。
図２に示す計算機ホログラム１００の厚さ（即ち、セル構造の全体の厚さ）について考える。計算機ホログラム１００において、セル１１０ｄは、最も厚い厚さを有し、その厚さは、ｈ０＋３ｈ１（ｈ０＋ｈ３）である。波長１９３ｎｍ及び屈折率１．５６を用いて具体的に計算すると、セル１１０ｄの厚さは、４０２＋３×８６＝６６０［ｎｍ］となる。一方、異方性媒質の周期構造だけでＸ偏光の波面とＹ偏光の波面との間にπの位相差を与えるためには、２ｈ０＝８０４［ｎｍ］の厚さが必要となる。従って、入射光のＸ偏光及びＹ偏光のそれぞれに適切な位相差を与えることで、λ／２位相板よりも薄い計算機ホログラムが得られることが分る。
これまで、２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムという表現を用いて説明してきたが、２種類の位相を含む位相分布とは、あくまで設計された計算機ホログラムが形成（生成）する位相分布である。従って、計算機ホログラムの製造誤差や異方性媒質の周期構造（凹凸形状）の周期（ピッチ）が荒いことに起因する位相のずれ、即ち、計算機ホログラムが形成する１段分の位相差未満のずれは、位相の種類に含める必要はない。換言すれば、計算機ホログラムが形成する位相分布に１段分未満の位相ずれが生じていても、同一の位相であるとみなす。
また、本実施形態では、計算機ホログラム１００のセル構造についてのみ説明したが、図２に示すように、構造複屈折を生じる周期構造が宙に浮いた状態となっており、この状態を保持することは難しい。そこで、実際には、セル１１０ａ乃至１１０ｄは、例えば、石英などの基板上に配置される。また、図２では、セル１１０ａ乃至１１０ｄの構成を分かり易くするために、異方性媒質（構造複屈折を生じる周期構造）を上方に、等方性媒質を下方に配置しているが、これらの配置は逆にしてもよく、製造方法に適した配置を選択することができる。
次に、計算機ホログラム１００の製造方法の一例について説明する。かかる製造方法は、セルごとに異なる厚さが設定された計算機ホログラム１００、即ち、構造複屈折を生じるように構成された周期構造（凹凸形状）の製造方法である。
まず、塗布装置を用いて、計算機ホログラム１００の基板に感光性樹脂（フォトレジスト）を均一に塗布する。
次いで、露光装置を用いて、所定の計算機ホログラムのパターンをフォトレジストに転写した後、現像装置を用いてフォトレジストを現像し、フォトレジストによる周期構造（凹凸形状のパターン）を形成する。
次に、反応性イオンエッチング装置を用いて、フォトレジストによる凹凸形状のパターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを施し、所定の深さの溝を形成する。そして、溶剤又はガスを用いたアッシングによって、フォトレジストを除去する。
このような工程を経ることで、上述した計算機ホログラム１００を製造することができる。なお、本実施形態で説明した計算機ホログラム１００の製造方法は一例であり、上述した計算機ホログラム１００（構造複屈折を生じる周期構造）を製造できるのであれば、ナノインプリントなどの他の微細加工技術を用いてもよい。
以下、計算機ホログラム１００の具体的な設計例や計算機ホログラム１００を適用した露光装置について説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態では、Ｓ偏光による輪帯形状の光強度分布をターゲット像とし、２種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムの設計例を説明する。具体的には、計算機ホログラム１００が、図４に示すような輪帯形状の光強度分布（ターゲット像）ＬＩを形成する場合を説明する。図４は、計算機ホログラム１００が形成する輪帯形状の光強度分布（ターゲット像）ＬＩの一例を示す図である。
図４に示す光強度分布ＬＩにおける偏光方向ＰＤは、複数の偏光方向ＰＤ１乃至ＰＤ４を含み、同心円方向に沿っている（即ち、Ｓ偏光になっている）。以下では、図２に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄを用いて、図４に示す光強度分布ＬＩを形成する計算機ホログラム１００をどのように設計するのかを説明する。
まず、図４に示す光強度分布ＬＩを、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、強度比に応じてＸ偏光成分とＹ偏光成分とに分割する。図５（ａ）及び（ｂ）は、図４に示す光強度分布ＬＩを強度比に応じて分割した場合のＸ偏光成分の強度及びＹ偏光成分の強度を示す図である。図４に示す光強度分布ＬＩのように、ターゲット像がＸ偏光又はＹ偏光以外の偏光方向を含む場合、例えば、偏光方向ＰＤ３やＰＤ４を含んでいる場合には、ターゲット像の強度（即ち、振幅）だけではなく、位相も考慮する必要がある。
次いで、分割されたＸ偏光成分及びＹ偏光成分のそれぞれの位相を偏光方向ＰＤに応じて決定する。第１の実施形態では、所定面ＰＳにおいてＸ偏光の位相とＹ偏光の位相とが揃っている場合を基準に考えるため、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向とを含む偏光方向（例えば、偏光方向ＰＤ４）では、Ｘ偏光とＹ偏光との位相を等しくする必要がある。また、＋Ｘ方向と−Ｙ方向とを含む偏光方向（例えば、偏光方向ＰＤ３）では、Ｘ偏光とＹ偏光との位相をπずらす必要がある。
図６（ａ）及び（ｂ）は、図４に示す光強度分布ＬＩを強度比に応じて分割した場合のＸ偏光成分（図５（ａ））の位相及びＹ偏光成分（図５（ｂ））の位相を示す図である。なお、図６（ａ）及び（ｂ）は、所定面ＰＳの各領域（ピクセル）における組み合わせの一例を示している。
次いで、Ｘ偏光成分及びＹ偏光成分の強度及び位相に対応した計算機ホログラムを設計する。図７（ａ）は、図５（ａ）及び図６（ａ）のそれぞれに示すＸ偏光成分の強度及び位相に対応するように、ダイレクト・バイナリー・サーチ（ＤＢＳ）で設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。また、図７（ｂ）は、図５（ｂ）及び図６（ｂ）のそれぞれに示すＹ偏光成分の強度及び位相に対応するように、ＤＢＳで設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
そして、Ｘ偏光成分及びＹ偏光成分のそれぞれに対応して設計された２つの計算機ホログラム（図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す計算機ホログラム）を統合する。
図８は、図２に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄを選択して、図７（ａ）に示す計算機ホログラムと図７（ｂ）に示す計算機ホログラムとを統合させた計算機ホログラム１００の各セルの厚さを示す図である。白黒の濃淡が各セルの厚さ（Ｚ方向）を表しており、色が白に近い方が厚く、黒に近い方が薄いことを示している。図８に示す数値は、計算機ホログラム１００における各セルの厚さを示しており、単位はμｍである。但し、図８に示す数値は、波長１９３ｎｍに対する屈折率が１．５６の石英で異方性媒質１１４（周期構造）を構成した場合の例である。
図８に示す計算機ホログラム１００は、Ｘ偏光がＹ偏光よりπ／２遅れている右回りの円偏光が入射された場合に、２種類の位相を含む位相分布を形成し、図４に示す光強度分布ＬＩ（Ｓ偏光による輪帯形状の光強度分布）を再生像として形成する。
従来技術では、ターゲット像の偏光方向の数だけサブＣＧＨの種類が必要であり、偏光方向を各ピクセルで連続的に変化させることは困難であった。これに対して、第１の実施形態では、上述したように、偏光方向を各ピクセルで連続的に変化させることが可能な計算機ホログラムを設定することができる。
また、第１の実施形態では、入射光のＸ偏光とＹ偏光に適切な位相差を与えることで、計算機ホログラムの厚さをλ／２位相板よりも薄く、具体的には、λ／２位相板に比べて６６０／８０４＝０．８２倍の厚さにすることができる。
このように、第１の実施形態によれば、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に薄型化を実現し、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成する計算機ホログラムを提供することができる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態では、Ｓ偏光による輪帯形状の光強度分布をターゲット像とし、４種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムの設計例を説明する。具体的には、第１の実施形態と同様に、計算機ホログラム１００が、図４に示すような輪帯形状の光強度分布（ターゲット像）ＬＩを形成する場合を説明する。
図９（ａ）は、図５（ａ）及び図６（ａ）のそれぞれに示すＸ偏光成分の強度及び位相に対応するように、ＤＢＳで設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。また、図９（ｂ）は、図５（ｂ）及び図６（ｂ）のそれぞれに示すＹ偏光成分の強度及び位相に対応するように、ＤＢＳで設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。位相分布に含まれる位相の種類が２種類から４種類に変わったことに対応して、図７では計算機ホログラムの位相分布が２色で示されていたが、図９では計算機ホログラムの位相分布が４色で示されている。
これまでは、Ｘ偏光とＹ偏光との位相差の制御は、異方性媒質１１４の厚さを変更することで行っていた。但し、Ｘ偏光とＹ偏光との位相差の制御は、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率を変更することで行うことも可能である。なお、屈折率の制御は、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクター（デューティ比）を変更することで行うことができる。
具体的には、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．５である場合、周期構造の周期方向の屈折率ｎ⊥ ０．５０が１．１９、周期構造の周期方向に直交する方向の屈折率ｎII ０．５０が１．３１となる。また、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．９３である場合、周期構造の周期方向の屈折率ｎ⊥ ０．９３は１．４９、周期構造の周期方向に直交する方向の屈折率ｎII ０．９３は１．５３となる。従って、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．５である場合には、周期構造の周期方向と周期方向に直交する方向との屈折率差が０．１２となる。また、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．９３である場合には、周期構造の周期方向と周期方向に直交する方向との屈折率差が０．０４となる。このように、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．５である場合と０．９３である場合とで、周期構造の周期方向と周期方向に直交する方向との屈折率差が３：１の関係になる。なお、異方性媒質１１４における周期構造は、波長１９３ｎｍに対して１．５６の屈折率を有する石英で構成されているものとする。
４種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムは、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれに対して４種類の位相を与える必要があるため、４×４＝１６種類のセル構造が必要となる。図１０を参照して、計算機ホログラム１００を構成する１６種類のセル構造について説明する。図１０は、計算機ホログラム１００を構成する１６種類のセル構造のうち４種類のセル構造を示す概略斜視図である。
図１０に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１は、４種類のセル構造を示している。セル１１０ａ１及び１１０ｃ１における異方性媒質１１４は、フィリングファクターが０．９３の周期構造（凹凸形状）で構成されている。また、セル１１０ｂ１及び１１０ｄ１における異方性媒質１１４は、フィリングファクターが０．５０の周期構造（凹凸形状）で構成されている。
セル１１０ａ１乃至１１０ｄ１における異方性媒質１１４の厚さｈ０’は、全て同じである。従って、セル１１０ｂ１及び１１０ｄ１が形成するＸ偏光とＹ偏光との位相差は、上述した３：１の関係から、セル１１０ａ１及び１１０ｃ１が形成するＸ偏光とＹ偏光との位相差の３倍となる。なお、セル１１０ａ１及び１１０ｂ１における異方性媒質１１４の周期構造の周期方向ＯＡ１’とセル１１０ｃ１及び１１０ｄ１における異方性媒質１１４の周期構造の周期方向ＯＡ２’とは、互いに直交する。
異方性媒質１１４の厚さｈ０’は、位相差３π／４（３λ／８）を形成する位相板の厚さであって、一般的には、位相差（Ｎ−１）π／Ｎ（（Ｎ−１）λ／２Ｎ）を形成する位相板の厚さとなる。異方性媒質１１４の厚さｈ０’は、数式２を一般化して、以下の数式４で表される。また、異方性媒質１１４の厚さｈ０’は、入射光の波長をλ、異方性媒質１１４のＸ偏光成分に対する屈折率とＹ偏光成分に対する屈折率との差をΔｎａとすると、λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎ以下であるとも言える。
波長１９３ｎｍ及び屈折率１．５６を用いて具体的に計算すると、異方性媒質１１４の厚さｈ０’は、６０３［ｎｍ］となる。これは、２以上の種類の位相を含む位相分布を形成する複数のセル１１０（計算機ホログラム１００）における異方性媒質１１４が、ｈ０’以下の厚さで構成されることを意味する。
なお、位相差のみを考慮して異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターを設定すると、例えば、セル１１０ａ１及び１１０ｂ１によって形成される位相は、Ｘ偏光でもＹ偏光でも揃っていない。従って、計算機ホログラム１００を構成するセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１において、Ｘ偏光又はＹ偏光について位相を揃える必要がある。ここでは、Ｘ偏光について位相を揃える場合について説明する。
Ｘ偏光について位相を揃えるためには、Ｘ偏光の方向、即ち、周期構造の周期方向の屈折率ｎ⊥ ０．５０と屈折率ｎ⊥ ０．９３との屈折率差に起因する波面のずれをキャンセルすればよい。従って、屈折率の低い、即ち、異方性媒質１１４における周期構造のフィリングファクターが０．５であるセル１１０ｂ１及び１１０ｄ１に等方性媒質１１２を付加すればよい。なお、セル１１０ｂ１及び１１０ｄ１における等方性媒質１１２は、以下の数式５で示す厚さｈ１’を有する。
波長１９３ｎｍ及び屈折率１．５６を用いて具体的に計算すると、等方性媒質１１２の厚さｈ１’は、４３［ｎｍ］となる。
図１１は、４種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを構成するための１６種類のセルの構成要素を示す図である。図１１を参照するに、各ボックスにおいて、１行目はＸ偏光及びＹ偏光の位相変換を示し、２行目は各セルにおける異方性媒質１１４のフィリングファクター（即ち、図１０に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１のうちどれを選択するか）を示している。縦０．９３、縦０．５０、横０．９３及び横０．５０のそれぞれは、セル１１０ａ１乃至１１０ｄ１に対応している。３行目は、等方性媒質１１２によって遅らせるＸ偏光及びＹ偏光の両方の位相の量を示している。ｉ＝０、１、２、・・・、２Ｎ−１とし、位相をｉπ／４（ｉλ／８）遅らせるために必要な等方性媒質１１２の厚さＨｉは、数式３を一般化して、以下の数式６で表される。また、等方性媒質１１２の厚さＨｉは、異方性媒質１１４の入射光に対する屈折率と雰囲気の屈折率との差をΔｎｂ、１以上２Ｎ−１以下の範囲における整数をｉとすると、λ／Δｎｂ×ｉ／２Ｎで表現することもできる。
波長１９３ｎｍ及び屈折率１．５６を用いて具体的に計算すると、等方性媒質１１２の厚さＨｉは、Ｈ０＝０［ｎｍ］、Ｈ１＝４３［ｎｍ］、Ｈ２＝８６［ｎｍ］、・・・となる。これは、等方性媒質１１２の厚さが２Ｎ−１種類であり、その厚さがＨｉ（ｉは１以上２Ｎ−１以下の範囲における整数）であることを意味する。
図１２は、図１１に示すセルの構成要素に従って、図９（ａ）に示す計算機ホログラムと図９（ｂ）に示す計算機ホログラムとを統合させた計算機ホログラム１００の各セルの厚さを示す図である。図１２に示す数値は、計算機ホログラム１００における各セルの厚さを示しており、単位はμｍである。但し、図８に示す数値は、波長１９３ｎｍに対する屈折率が１．５６の石英で異方性媒質１１４（周期構造）を構成した場合の例である。
図１２に示す計算機ホログラム１００は、Ｘ偏光がＹ偏光より位相にして２π×１／２Ｎ、即ち、π／４（λ／８）遅れている右回りの楕円偏光が入射された場合に、４種類の位相を含む位相分布を形成し、図４に示す光強度分布ＬＩを再生像として形成する。これは、入射光がＸ偏光成分とＹ偏光成分とを含み、Ｘ偏光成分とＹ偏光成分との位相差がπ／Ｎであることを意味する。
第２の実施形態では、セル１１０ａ１乃至１１０ｄ１において、異方性媒質１１４における周期構造を互いに異なるフィリングファクターにすることで、異方性媒質１１４の段数を１段にする（即ち、異方性媒質１１４の厚さを同じにする）ことができる。これにより、少ない段数の計算機ホログラムで設計された位相分布を形成することが可能となり、製造誤差を低減させることができる。
このように、第２の実施形態によれば、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に薄型化を実現し、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成する計算機ホログラムを提供することができる。
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、計算機ホログラム１００は、４種類以上の複数のセルで構成され、４種類のセルにおける異方性媒質は、数式４に示す厚さｈ０’を有することを説明した。また、４種類のセルのうち異方性媒質のみを含むセルは１つのセルだけであり、他の３つのセルに含まれる等方性媒質は、数式６に示す厚さＨｉ（ｉは１、２、３の整数）を有することを説明した。
また、第１の本実施形態及び第２の実施形態では、計算機ホログラムを構成するセルの数が少ない場合を例に説明したが、計算機ホログラムのセルの数を増加させても所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。計算機ホログラムを構成するセルの数を増加させることで、光強度分布（ターゲット像）を分割するピクセルサイズが小さくなり、なめらかな形状の光強度分布を形成することが可能となる。
第１の実施形態及び第２の実施形態では、ターゲット像がＸ偏光又はＹ偏光の偏光方向以外の偏光方向（例えば、偏光方向ＰＤ３や偏光方向ＰＤ４）を含んでいる。従って、Ｘ偏光及びＹ偏光の相対的な位置関係が重要となり、入射光のＸ偏光とＹ偏光との位相差に制限を加えている。但し、ターゲット像がＸ偏光及びＹ偏光のみの偏光方向（例えば、偏光方向ＰＤ１及びＰＤ２）を含む場合には、入射光のＸ偏光とＹ偏光とが同じ振幅であれば、Ｘ偏光とＹ偏光との位相差は任意に設定（選択）することが可能である。従って、入射光は、直線偏光であってもよいし、無偏光であってもよい。
また、第１の実施形態及び第２の実施形態では、２種類又は４種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムについて説明した。但し、２種類又は４種類以外（例えば、３種類、８種類又は１６種類など）の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムも同様にして構成することができることは言うまでもない。
また、第１の実施形態及び第２の実施形態では、異方性媒質として周期構造（凹凸形状）という表現を用いたが、これは媒質と空気とが入射光の波長以下の周期（ピッチ）で交互に並んでいる構造のことである。空気を他の媒質に置換し、互いに異なる２つの媒質を入射光の波長以下の周期で交互に並べた構造であっても、素子の厚さを変更することで上述した周期構造と同等の機能を得ることが可能となる。従って、異方性媒質における周期構造は、空気と媒質に限らず、互いに異なる２つの媒質で構成されていてもよい。
以上の説明から、計算機ホログラムを構成する複数のセルは、以下の（１）乃至（４）に示す４つのセルを含むことがわかる。
（１） λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質からなるセル
（２） λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×１／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセル
（３） λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×２／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセル
（４） λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×３／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセル
但し、上述したように、入射光の波長をλ、異方性媒質のＸ偏光成分に対する屈折率とＹ偏光成分に対する屈折率との差をΔｎａ、異方性媒質の入射光に対する屈折率と雰囲気の屈折率との差をΔｎｂ、１以上２Ｎ−１以下の範囲における整数をｉとする。
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、図１３を参照して、本発明に係る計算機ホログラム１００を適用した露光装置１について説明する。図１３は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す図である。
露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
露光装置１は、図１３に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を支持するレチクルステージ（不図示）と、投影光学系３０と、ウエハ４０を支持するウエハステージ（不図示）とを有する。
照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源１６と、照明光学系１８とを有する。
光源１６は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１６は、エキシマレーザーに限定されず、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや狭帯域化した水銀ランプなどを使用してもよい。
照明光学系１８は、光源１６からの光を用いてレチクル２０を照明する光学系であり、本実施形態では、所定の照度を確保しながら所定の偏光状態でレチクル２０を変形照明する。照明光学系１８は、引き回し光学系１８１と、ビーム整形光学系１８２と、偏光制御部１８３と、位相制御部１８４と、射出角度保存光学素子１８５と、リレー光学系１８６と、多光束発生部１８７と、計算機ホログラム１００とを含む。また、照明光学系１８は、リレー光学系１８８と、アパーチャ１８９と、ズーム光学系１９０と、多光束発生部１９１と、開口絞り１９２と、照射部１９３とを含む。
引き回し光学系１８１は、光源１６からの光を偏向してビーム整形光学系１８２に導光する。ビーム整形光学系１８２は、光源１６からの光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換して（例えば、断面形状を長方形から正方形にして）、光源１６からの光の断面形状を所望の形状に整形する。ビーム整形光学系１８２は、多光束発生部１８７を照明するために必要な大きさ及び発散角を有する光束を形成する。
偏光制御部１８３は、直線偏光子などで構成され、不要な偏光成分を除去する機能を有する。偏光制御部１８３で除去（遮光）される偏光成分を最小限にすることで、光源１６からの光を効率よく所望の直線偏光にすることができる。
位相制御部１８４は、偏光制御部１８３によって直線偏光となった光を、計算機ホログラム１００に適した光（入射光）に変換する。位相制御部１８４は、例えば、λ／４の位相差を与えて円偏光に変換したり、λ／４未満の位相差を与えて楕円偏光に変換したり、位相差を与えずに直線偏光を維持したりする。
射出角度保存光学素子１８５は、例えば、オプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成され、一定の発散角度で光を射出する。
リレー光学系１８６は、射出角度保存光学素子１８５から射出した光を多光束発生部１８７に集光する。射出角度保存光学素子１８５の射出面と多光束発生部１８７の入射面は、リレー光学系１８６によって、互いにフーリエ変換の関係（物体面と瞳面又は瞳面と像面の関係）になっている。
多光束発生部１８７は、計算機ホログラム１００を均一に照明するためのオプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成される。多光束発生部１８７の射出面は、複数の点光源からなる光源面を形成する。多光束発生部１８７から射出された光は、計算機ホログラム１００に入射する。
計算機ホログラム１００は、リレー光学系１８８を介して、アパーチャ１８９の位置に、所望の光強度分布（例えば、図４に示すような光強度分布ＩＬ）を形成する。計算機ホログラム１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
アパーチャ１８９は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布のみを通過させる機能を有する。計算機ホログラム１００とアパーチャ１８９とは、互いにフーリエ変換面の関係になるように配置されている。
ズーム光学系１９０は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布を所定の倍率で拡大して多光束発生部１９１に投影する。
多光束発生部１９１は、照明光学系１８の瞳面に配置され、アパーチャ１８９の位置に形成された光強度分布に対応した光源像（有効光源分布）を射出面に形成する。多光束発生部１９１は、本実施形態では、ハエの目レンズやシリンドリカルレンズアレイなどのオプティカルインテグレータで構成される。なお、多光束発生部１９１の射出面近傍には、開口絞り１９２が配置される。
照射部１９３は、コンデンサー光学系等を有し、多光束発生部１９１の射出面に形成される有効光源分布でレチクル２０を照明する。
レチクル２０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２０から発せされた回折光は、投影光学系３０を介して、ウエハ４０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２０とウエハ４０とを走査することによって、レチクル２０のパターンをウエハ４０に転写する。
投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０に投影する光学系である。投影光学系３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
ウエハ４０は、レチクル２０のパターンが投影（転写）される基板であり、図示しないウエハステージに支持及び駆動される。但し、ウエハ４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ４０には、フォトレジストが塗布されている。
計算機ホログラム１００は、１つの偏光方向の波面だけではなく、全面にわたってＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれについて互いに異なる位相分布を形成するため、光量損失を実質的に発生させることなく、光強度分布を形成することができる。
露光において、光源１６から発せられた光は、照明光学系１８によってレチクル２０を照明する。レチクル２０のパターンを反映する光は、投影光学系３０によってウエハ４０上に結像する。露光装置１が使用する照明光学系１８は、計算機ホログラム１００によって、照明ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本発明の一側面としての計算機ホログラムを説明するための図である。 図１に示す計算機ホログラムを構成するセル構造を示す概略斜視図である。 Ｘ偏光とＹ偏光との位相の関係を示す概念図である。 図１に示す計算機ホログラムが形成する輪帯形状の光強度分布（ターゲット像）の一例を示す図である。 図４に示す光強度分布を強度比に応じて分割した場合のＸ偏光成分の強度及びＹ偏光成分の強度を示す図である。 図４に示す光強度分布ＬＩを強度比に応じて分割した場合のＸ偏光成分の位相及びＹ偏光成分の位相を示す図である。 図５及び図６のそれぞれに示すＸ偏光成分及びＹ偏光成分の強度及び位相に対応して設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。 図７に示す２つの計算機ホログラムを統合させた計算機ホログラムの各セルの厚さを示す図である。 図５及び図６のそれぞれに示すＸ偏光成分及びＹ偏光成分の強度及び位相に対応して設計された計算機ホログラムの位相分布を示す図である。 図１に示す計算機ホログラムを構成する１６種類のセル構造のうち４種類のセル構造を示す概略斜視図である。 ４種類の位相を含む位相分布を形成する計算機ホログラムを構成するための１６種類のセルの構成要素を示す図である。 図１１に示すセルの構成要素に従って、図９に示す２つの計算機ホログラムを統合させた計算機ホログラムの各セルの厚さを示す図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
符号の説明
１ 露光装置
１０ 照明装置
１６ 光源
１８ 照明光学系
１８１ 引き回し光学系
１８２ ビーム整形光学系
１８３ 偏光制御部
１８４ 位相制御部
１８５ 射出角度保存光学素子
１８６ リレー光学系
１８７ 多光束発生部
１８８ リレー光学系
１８９ アパーチャ
１９０ ズーム光学系
１９１ 多光束発生部
１９２ 開口絞り
１９３ 照射部
１９４ λ／４位相板
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
１００ 計算機ホログラム
１１０、１１０ａ乃至１１０ｄ セル
１１２ 等方性媒質
１１４、１１４ａ、１１４ｂ 異方性媒質
ＰＳ 所定面
ＬＩ 光強度分布

Claims (9)

  1. 所定面に光強度分布を形成する複数のセルを備える計算機ホログラムであって、
    前記複数のセルは、
    等方性媒質と異方性媒質とからなる複数の第１のセルと、
    異方性媒質からなる複数の第２のセルと、
    を含み、
    前記複数のセルのそれぞれに入射する入射光の位相を変化させて、第１の方向の直線偏光成分及び前記第１の方向に直交する第２の方向の直線偏光成分の波面のそれぞれについてＮ（Ｎ≧２）種類の位相を含む位相分布を形成し、
    前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質は、
    前記第１の方向に光学軸を有する異方性媒質、又は、前記第２の方向に光学軸を有する異方性媒質で構成され、
    前記入射光の波長をλ、前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質の前記第１の方向の直線偏光成分に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光成分に対する屈折率との差をΔｎａとすると、λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎ以下の厚さを有することを特徴とする計算機ホログラム。
  2. 前記入射光は、前記第１の方向の直線偏光成分と、前記第２の方向の直線偏光成分と、を含み、
    前記第１の方向の直線偏光成分と前記第２の方向の直線偏光成分との位相差は、π／Ｎであることを特徴とする請求項１に記載の計算機ホログラム。
  3. 前記複数の第１のセルのそれぞれにおける等方性媒質は、前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質の前記入射光に対する屈折率と雰囲気の屈折率との差をΔｎｂ、１以上２Ｎ−１以下の範囲における整数をｉとすると、λ／Δｎｂ×ｉ／２Ｎで表現される２Ｎ−１種類の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の計算機ホログラム。
  4. 前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質は、
    前記入射光の波長よりも小さい周期を有して、構造複屈折を生じる１次元の周期構造で構成され、
    前記第１の方向に周期方向を有する周期構造の異方性媒質、又は、前記第２の方向に周期方向を有する周期構造の異方性媒質であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
  5. 前記複数の第１のセルのそれぞれにおける異方性媒質及び前記複数の第２のセルのそれぞれにおける異方性媒質は、互いに異なる複数種類のフィリングファクターから選択される１つのフィリングファクターを有する周期構造で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の計算機ホログラム。
  6. 前記複数のセルは、
    λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質からなるセルと、
    λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×１／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセルと、
    λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×２／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセルと、
    λ／Δｎａ×（Ｎ−１）／２Ｎの厚さを有する異方性媒質とλ／Δｎｂ×３／２Ｎの厚さを有する等方性媒質とからなるセルと、
    を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
  7. 前記入射光は、円偏光であり、
    前記複数のセルは、前記第１の方向の直線偏光成分及び前記第２の方向の直線偏光成分の波面のそれぞれについて２種類の位相を含む位相分布を形成することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
  8. 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
    前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
    を有し、
    前記照明光学系は、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラムを含むことを特徴とする露光装置。
  9. 請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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