JP2010056248A - 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

Abstract

【課題】照度ムラ及び光量損失を抑えて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。
【解決手段】第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる複数の異方性セルを有し、前記複数の異方性セルは、同じ材料で構成され、互いに異なる厚さを有する第１の異方性セル、第２の異方性セル、第３の異方性セル及び第４の異方性セルを含み、前記複数の異方性セルのそれぞれに入射する入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光及び前記第２の方向の直線偏光のそれぞれの位相を変化させることによって、前記入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光に含まれる前記第２の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラム。
【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ｋ_１を用いて、以下の数式１で与えられる。

Ｒ＝ｋ_１×λ／ＮＡ ・・・（数式１）
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ｋ_１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）。

一方、変形照明法及び偏光照明法を同時に実現するために、等方性媒質と異方性媒質の２種類の媒質を組み合わせてＣＧＨを構成することが考えられる。
但し、かかるＣＧＨは、１種類の媒質で構成される従来のＣＧＨ（偏光を制御しないＣＧＨ）よりも製造の難易度が上がってしまうため、製造面における負担が大きくなってしまう。換言すれば、ＣＧＨは、製造面を考慮する場合には、１種類の媒質で構成されることが好ましい。

そこで、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て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と共に、製造面において有利な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計算機ホログラムであって、第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる複数の異方性セルを有し、前記複数の異方性セルは、同じ材料で構成され、互いに異なる厚さを有する第１の異方性セル、第２の異方性セル、第３の異方性セル及び第４の異方性セルを含み、前記複数の異方性セルのそれぞれに入射する入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光及び前記第２の方向の直線偏光のそれぞれの位相を変化させることによって、前記入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光に含まれる前記第２の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせてい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て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と共に、製造面において有利な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、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、計算機ホログラム１００に入射する入射光に含まれる第１の方向の直線偏光としてのＸ偏光及び第２の方向の直線偏光としてのＹ偏光のそれぞれの位相を変化させる。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ＬＩ_１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ＬＩ_２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の方向の直線偏光としてのＸ偏光と第２の方向の直線偏光としてのＹ偏光とは、互いに直交する偏光である。

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。

計算機ホログラム１００は、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれを独立に制御して、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれの位相を変化させる必要がある。計算機ホログラム１００は、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複数の異方性セル１１０を有する。

計算機ホログラム１００として、位相のレベル数が２である位相分布（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。各レベルの位相として、０及びπを使用した場合、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に独立して位相を与えるためには、（０、０）、（π、π）、（π、０）、（０、π）の４種類の位相の組み合わせを形成する必要がある。このように、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面のそれぞれに与える位相分布が２つのレベル（例えば、０及びπ）で構成される場合を、位相分布のレベル数が２であると定義する。

計算機ホログラム１００は、４種類の位相の組み合わせを形成するために、複数の異方性セル１１０として、第１の異方性セル１１０ａ、第２の異方性セル１１０ｂ、第３の異方性セル１１０ｃ及び第４の異方性セル１１０ｄの４種類の異方性セルを含む。第１の異方性セル１１０ａ、第２の異方性セル１１０ｂ、第３の異方性セル１１０ｃ及び第４の異方性セル１１０ｄは、同じ材料で構成され、互いに異なる厚さを有する。計算機ホログラム１００は、複数の異方性セル１１０（第１の異方性セル１１０ａ、第２の異方性セル１１０ｂ、第３の異方性セル１１０ｃ及び第４の異方性セル１１０ｄ）を正方格子状に配列して構成されている。なお、位相のレベル数が２より多い位相分布を形成する計算機ホログラムでは、４種類の異方性セルに加えて、より多くの互いに異なる厚さを有する異方性セルが必要となる。

複数の異方性セル１１０は、入射光に含まれるＸ偏光及びＹ偏光のそれぞれの位相を変化させることを可能にする。従って、Ｘ偏光が所定面ＰＳに形成する第１の光強度分布ＬＩ_１とＹ偏光が所定面ＰＳに形成する第２の光強度分布ＬＩ_２とを異ならせることが可能となる。

ここで、第１の異方性セル１１０ａの厚さｈ_１、第２の異方性セル１１０ｂの厚さｈ_２、第３の異方性セル１１０ｃの厚さｈ_３及び第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_４について説明する。

第２の異方性セル１１０ｂは、第１の異方性セル１１０ａの厚さｈ_１よりもαだけ厚い厚さｈ_２を有する。第４の異方性セル１１０ｄは、第３の異方性セル１１０ｃの厚さｈ_３よりもαだけ厚い厚さｈ_４を有する。第３の異方性セル１１０ｃは、第１の異方性セル１１０ａの厚さｈ_１よりもβだけ厚い厚さｈ_３を有する。

入射光の波長をλ、複数の異方性セル１１０のＸ偏光に対する屈折率をｎ_１、複数の異方性セル１１０のＹ偏光に対する屈折率をｎ_２、雰囲気の屈折率をｎ_ａ、位相分布のレベル数をＮ、２以上の整数をｉとする。この場合、α及びβは、以下の数式２乃至数式４を満たす。なお、数式２乃至数式４は、位相のレベル数がＮの位相分布を形成する一般的な計算機ホログラムに対応している。

０．７５×（λ／Ｎ）／｛（ｎ_１＋ｎ_２）／２−ｎ_ａ｝＜α＜１．２５×（λ／Ｎ）／｛（ｎ_１＋ｎ_２）／２−ｎ_ａ｝ ・・・（数式２）
０．７５×（λ／Ｎ）／｜ｎ_１−ｎ_２｜＜β＜１．２５×（λ／Ｎ）／｜ｎ_１−ｎ_２｜ ・・・（数式３）
ｉ×Ｎ／２＋０．２５＜β／α＜ｉ×Ｎ／２＋０．７５ ・・・（数式４）
数式２乃至数式４に示すように、α、β及びβ／αは範囲を有している。屈折率ｎ_１及びｎ_２を任意に設定（選択）することが可能であれば、α、β及びβ／αは範囲を有することなく所望の値にすることが可能である。但し、複数の異方性セル１１０を複屈折材料で構成した場合には、屈折率ｎ_１及びｎ_２を任意に設定（選択）することができないことがあるため、α、β及びβ／αは範囲を有している。

α、β及びβ／αは、理想的には、以下の数式５乃至数式７を満たす。

α＝（λ／Ｎ）×１／｛（ｎ_１＋ｎ_２）／２−ｎ_ａ｝ ・・・（数式５）
β＝（λ／Ｎ）×１／（｜ｎ_１−ｎ_２｜） ・・・（数式６）
β／α＝ｉ×Ｎ／２＋１／２ ・・・（数式７）
α及びβの意味について説明する。

αは、屈折率ｎ_１及び屈折率ｎ_２の平均屈折率の媒質中を進む波面と、屈折率ｎ_ａの雰囲気中を進む波面との間に、位相差πが生じる厚さである。換言すれば、αは、屈折率ｎ_１及び屈折率ｎ_２の平均屈折率で構成された従来の計算機ホログラム（即ち、偏光を制御しない計算機ホログラム）が位相差πを形成する厚さである。

βは、屈折率ｎ_１の媒質中を進む波面と、屈折率ｎ_２の媒質中を進む波面との間に、位相差πが生じる厚さである。換言すれば、βは、屈折率ｎ_１と屈折率ｎ_２からなる異方性媒質によるλ／２波長板の厚さである。

α及びβの詳細（具体的には、α及びβがどのように決定されるか）について説明する。ここでは、位相のレベル数Ｎが２である位相分布を形成する計算機ホログラムが形成する位相の組み合わせとして、上述した（０、０）、（π、π）、（π、０）及び（０、π）の４種類を考える。

位相は２πの周期性を有するため、４種類の位相の組み合わせは、ｉを自然数として、（０、０）、（−π、−π）、（−（ｉ＋１）π、−ｉπ）、（−（ｉ＋２）π、−（ｉ＋１）π）と表現することが可能である。ｉが奇数の場合には、第３の位相及び第４の位相の組み合わせが逆となるが、これに伴って、第３の異方性セル及び第４の異方性セルも逆にすればよい。

αは、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれに約−πの位相を与える厚さである。βは、Ｘ偏光に約−（ｉ＋１）πの位相を与え、Ｙ偏光に約−ｉπの位相を与える厚さである。β／αが大きくなると、ｉも大きくなることが分かる。

また、αは、Ｘ偏光の屈折率ｎ_１及びＹ偏光の屈折率ｎ_２の平均屈折率から求まる厚さであって、上述したように、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれに約−πの位相を与える厚さである。同様に、Ｘ偏光の屈折率ｎ_１及びＹ偏光の屈折率ｎ_２の平均屈折率で考えると、βは、上述したように、Ｘ偏光に約−（ｉ＋１）πの位相を与え、Ｙ偏光に約−ｉπの位相を与える厚さである。従って、βは、平均で約−（ｉ＋１／２）πの位相を与える厚さであると考えられる。

与える位相と異方性セルの厚さとの間には比例関係があるため、β／αは｛−（ｉ＋１／２）π｝／｛−π｝＝ｉ＋１／２となり、数式７が得られる。なお、ここでは、位相のレベル数が２である位相分布を形成する計算機ホログラムを考えているため、Ｎ＝２である。

β／α＝ｉ＋１／２の関係式は、上述した４種類の位相の組み合わせに最も近い組み合わせを得るための条件となる。但し、かかる関係式は、一般的なＸ偏光に対する屈折率ｎ_１、或いは、Ｙ偏光に対する屈折率ｎ_２の組み合わせでは成り立たないため、ｉはβ／α−０．５０を四捨五入した値とすればよい。

Ｘ偏光に対する屈折率ｎ_１、或いは、Ｙ偏光に対する屈折率ｎ_２の組み合わせによっては、β／αが数式４を満たさない場合がある。従って、α及びβを実際に決定する際には、最小二乗法などを用いればよい。具体的には、α及びβから算出される第１の異方性セル乃至第４の異方性セルが形成する位相と、（０、０）、（−π、−π）、（−（ｉ＋１）π、−ｉπ）、（−（ｉ＋２）π、−（ｉ＋１）π）との差が最小となるように、最小二乗法を用いる。これにより、α及びβは、数式２乃至数式４を同時に満たすようになる。このようにして、α及びβが決定される。

また、ｉが１の場合には、第２の位相及び第３の位相の組み合わせは（−π、−π）、（−２π、−π）であり、Ｙ偏光の位相が同じであるにもかかわらず、Ｘ偏光の位相がπずれた状態となる。異方性セルの厚さの制御によって、Ｘ偏光の位相を固定しながらＹ偏光の位相を変化させることは困難であるため、ｉは２以上の整数となる。なお、ｉ＝１は、Ｘ偏光に対する屈折率ｎ_１とＹ偏光に対する屈折率ｎ_２との間に大きな差がある場合、具体的には、雰囲気の屈折率ｎ_ａとの間に、ｎ_１−ｎ_２＞ｎ_２−ｎ_ａ（但し、ｎ_１＞ｎ_２＞ｎ_ａ）の関係がある場合に生じる。

これまでは、Ｎ＝２の場合についての説明を行ったが、以下では、一般的な説明を行う。

αは、屈折率ｎ_１及び屈折率ｎ_２の平均屈折率の媒質中を進む波面と、屈折率ｎ_ａの雰囲気中を進む波面との間に、位相差２π／Ｎが生じる厚さである。βは、屈折率ｎ_１の媒質中を進む波面と、屈折率ｎ_２の媒質中を進む波面との間に、位相差２π／Ｎが生じる厚さである。

また、αは、偏光及びＹ偏光のそれぞれに約−２π／Ｎの位相を与える厚さである。βは、Ｘ偏光に約−（ｉ＋２／Ｎ）πの位相を与え、Ｙ偏光に約−ｉπの位相を与える厚さである。

また、αは、Ｘ偏光の屈折率ｎ_１及びＹ偏光の屈折率ｎ_２の平均屈折率から求まる厚さであって、上述したように、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれに約−２π／Ｎの位相を与える厚さである。同様に、Ｘ偏光の屈折率ｎ_１及びＹ偏光の屈折率ｎ_２の平均屈折率で考えると、βは、上述したように、Ｘ偏光に約−（ｉ＋２／Ｎ）πの位相を与え、Ｙ偏光に約−ｉπの位相を与える厚さである。従って、βは、平均で約−（ｉ＋１／Ｎ）πの位相を与える厚さであると考えられる。

与える位相と異方性セルの厚さとの間には比例関係があるため、β／αは｛−（ｉ＋１／Ｎ）π｝／｛−２π／Ｎ｝＝ｉ×Ｎ／２＋１／２となり、数式７が得られる。

このようにして設計された第１の異方性セル乃至第４の異方性セルのうち２つの異方性セル（本実施形態では、第３の異方性セル１１０ｃ及び第４の異方性セル１１０ｄに相当）は、入射光に含まれるＸ偏光とＹ偏光との間に、２π／Ｎの位相差を形成する。かかる２つの異方性セル（第３の異方性セル１１０ｃ及び第４の異方性セル１１０ｄ）の存在が、従来の計算機ホログラム（即ち、偏光を制御しない計算機ホログラム）との大きな違いである。

計算機ホログラム１００では、第１の異方性セル乃至第４の異方性セルにおける光学軸の方向を等しくすることができる。従って、図２に示すように、第１の異方性セル１１０ａの光学軸の方向ＯＡ_１、第２の異方性セル１１０ｂの光学軸の方向ＯＡ_２、第３の異方性セル１１０ｃの光学軸の方向ＯＡ_３及び第４の異方性セル１１０ｄの光学軸の方向ＯＡ_４は等しい。

このように、複数のセルが異方性媒質のみで構成され、且つ、複数のセルの全てにおいて光学軸の方向が等しい計算機ホログラムは、製造面において非常に有利となる。例えば、セルごとに光学軸の方向が異なる計算機ホログラムでは、異方性媒質の向きをセルごとに異ならせる必要がある。一方、全てのセルにおいて光学軸が等しい計算機ホログラムでは、異方性媒質をエッチングなどで加工するだけで、計算機ホログラムを容易に製造することができる。

複数の異方性セル１１０の材料は、例えば、方解石（ＣａＣＯ_３）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などの複屈折材料である。図２に示す計算機ホログラム１００は、複屈折材料で構成された複数の異方性セル１１０を有する。

また、複数の異方性セル１１０のそれぞれは、異方性媒質として、図３に示すように、構造複屈折を生じる周期構造（凹凸構造）を有してもよい。図３は、構造複屈折を生じる周期構造で構成された複数の異方性セル１１０（第１の異方性セル１１０ａ１、第２の異方性セル１１０ｂ１、第３の異方性セル１１０ｃ１及び第４の異方性セル１１０ｄ１）を有する計算機ホログラム１００を示す概略斜視図である。なお、図３に示す計算機ホログラム１００の複数の異方性セル１１０において、構造複屈折を生じる周期構造は、０次以外の回折光の発生を防止するたに、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。

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が記載されている。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ｎ_ＩＩは１．３１となる。

構造複屈折を生じる周期構造は、微視的には、２種類の媒質で構成されるが、巨視的には、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一様な異方性媒質とみなすことができる。本実施形態では、構造複屈折を生じる周期構造を巨視的に捉え、同じ材料で構成され、デューティ比が略一致する周期構造をそれぞれ有する第１の異方性セル１１０ａ１乃至第４の異方性セル１１０ｄ１は、材料が同じ異方性セルであるとする。

図３に示す計算機ホログラム１００でも、第１の異方性セル乃至第４の異方性セルにおける光学軸の方向を等しくすることができる。従って、図３に示すように、第１の異方性セル１１０ａ１の光学軸の方向ＯＡ_１’、第２の異方性セル１１０ｂの光学軸の方向ＯＡ_２’、第３の異方性セル１１０ｃの光学軸の方向ＯＡ_３’及び第４の異方性セル１１０ｄの光学軸の方向ＯＡ_４’は等しい。

このように、複数のセルが構造複屈折を生じる周期構造で構成される場合にも、複数のセルの全てにおいて光学軸の方向が等しければ、製造面において非常に有利となる。例えば、全てのセルにおいて光学軸の方向が等しければ、構造複屈折を生じる周期構造の周期方向も等しいため、同一方向の周期構造を形成するだけで、計算機ホログラムを容易に製造することができる。また、構造複屈折を生じる周期構造の周期方向が等しければ、周期構造を予め形成し、かかる周期構造を加工することで、計算機ホログラムを製造することも可能である。

本実施形態では、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれで形成する波面の位相分布のレベル数が２である計算機ホログラムを考えているため、計算機ホログラム１００は４種類の異方性セルで構成される。但し、Ｘ偏光及びＹ偏光のそれぞれで形成する波面の位相分布のレベル数が２より多い計算機ホログラムの場合には、上述したように、４種類の異方性セルに加えて、より多くの互いに異なる厚さを有する異方性セルで計算機ホログラムが構成される。

なお、本実施形態では、計算機ホログラム１００を構成する異方性セルのセル構造のみを説明したが、波長オーダーとなる厚さの素子を製造することは難しい。また、図３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、複数の異方性セル１１０（例えば、第１の異方性セル１１０ａ１、第２の異方性セル１１０ｂ１、第３の異方性セル１１０ｃ１及び第４の異方性セル１１０ｄ１）は、例えば、石英などの基板の上に配置される。また、基板の厚さを規定すれば、基板として、複屈折材料を使用することもできる。複屈折材料で構成された基板の厚さの規定に関しては、後述する第１の実施形態及び第２の実施形態で説明する。異方性セルを複屈折材料で構成した場合、同一の複屈折材料を基板に使用すれば、実質的に、１つの媒質で計算機ホログラムを製造することができる。

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４重極形状の光強度分布をターゲット像とする計算機ホログラムの設計例を説明する。具体的には、図４に示すような４重極形状の光強度分布（ターゲット像）ＬＩを形成する計算機ホログラム１００の設計例を説明する。図４は、計算機ホログラム１００が形成する四重極形状の光強度分布ＬＩの一例を示す図である。

図４に示す光強度分布ＬＩは、Ｘ偏光が形成する第１の光強度分布ＬＩ_１と、Ｙ偏光が形成する第２の光強度分布ＬＩ_２とで構成されている。また、第１の光強度分布ＬＩ_１及び第２の光強度分布ＬＩ_２における偏光方向ＰＤは、同心円方向に沿っている（即ち、Ｓ偏光になっている）。

第１の実施形態では、計算機ホログラム１００（複数の異方性セル１１０）に入射させる入射光の波長を２４８ｎｍとし、図５に示すように、Ｘ軸に対する偏光方向の角度（アジムス角）ＰＡが−４５度である直線偏光を入射させる。図５に示す直線偏光は、Ｘ偏光の位相がＹ偏光の位相よりもπ進んでいる偏光状態を有する光である。図５は、計算機ホログラム１００に入射させる入射光の一例を示す図である。

また、第１の実施形態では、複数の異方性セル１１０（第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄ）の材料として、方解石（ＣａＣＯ_３）を用いる。複数の異方性セル１１０のそれぞれにおいて、Ｘ偏光に対する屈折率ｎ_１は１．７７４であり、Ｙ偏光に対する屈折率ｎ_２は１．５３５である。

図６は、異方性セルの厚さに対する位相の変化と、上述した４種類の位相の組み合わせとを示すグラフである。図６では、縦軸に位相［ｒａｄ］を、横軸に異方性セルの厚さ［μｍ］を採用している。

図６を参照するに、異方性セルの厚さに対する位相の変化が右下がりになっているのは、異方性セル（計算機ホログラム）の厚さが厚くなるほど位相が遅れることに対応している。また、Ｘ偏光に対する屈折率ｎ_１はＹ偏光に対する屈折率ｎ_２よりも大きいため、Ｘ偏光の位相の変化の傾きがＹ偏光の位相の変化の傾きよりも大きい（傾いている）ことが分かる。具体的には、Ｘ偏光の位相の変化の傾きは−２π／｛λ／（ｎ_１−ｎ_ａ）｝であり、Ｙ偏光の位相の変化の傾きは−２π／｛λ／（ｎ_２−ｎ_ａ）｝である。なお、図６において、異方性セルの厚さが０である場合に、Ｘ偏光の位相が１πになっているのは、入射光に含まれるＸ偏光の位相がＹ偏光の位相よりもπ進んでいるからである。

α、β、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４について具体的に説明する。

雰囲気の屈折率ｎ_ａを１．０とした場合、α及びβの初期値は数式５及び数式６から算出され、α＝０．１８９、β＝０．５１９となる。数式４におけるｉは、β／α−０．５０＝２．２４を四捨五入した値であるため、ｉ＝２となる。第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄで形成する４種類の位相の組み合わせは（０、０）、（−π、−π）、（−（ｉ＋１）π、−ｉπ）、（−（ｉ＋２）π、−（ｉ＋１）π）である。従って、ｉ＝２の場合、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄで形成する４種類の位相の組み合わせは（０、０）、（−π、−π），（−３π、−２π）、（−４π、−３π）となる。

数式５及び数式６から算出されたα＝０．１８９、β＝０．５１９（α及びβの初期値）に基づいて、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４を求める。この場合、第１の異方性セル１１０ａの厚さｈ_１＝０．４２４、第２の異方性セル１１０ｂの厚さｈ_２＝０．６１３、第３の異方性セルの厚さｈ_３＝０．９４３、第４の異方性セルの厚さｈ_４＝１．１３２となる。

このような４種類の位相の組み合わせ及び第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４を、形成される位相として、図６に示している。

図７は、図６に示すグラフを最小二乗法でフィッティングしたグラフを示す図である。図７では、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４を、最小二乗法で求めなおしている。具体的には、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４と、４種類の位相の組み合わせ（０、０）、（−π、−π），（−３π、−２π）、（−４π、−３π）との差が小さくなるように、異方性セルの厚さを求めている。なお、図７では、図６と同様に、縦軸に位相［ｒａｄ］を、横軸に異方性セルの厚さ［μｍ］を採用している。

図７を参照するに、入射光の位相がシフトして、４種類の位相の組み合わせの位相及び異方性セルの厚さが若干シフトしていることが分かる。最小二乗法で求めなおした第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４は、ｈ_１＝０．４４９、ｈ_２＝０．６３２、ｈ_３＝０．９２４、ｈ_４＝１．１０７である。また、α及びβは、α＝０．１８３、β＝０．４７５である。図７に示す厚さｈ_１乃至ｈ_４は、図２に示す第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４に対応している。また、図７に示すα及びβは、数式２乃至数式４に対応している。

このようにして求めた厚さｈ_１乃至ｈ_４が第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４となる。また、第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄの厚さｈ_１乃至ｈ_４を求める（決定）する際に用いられたα及びβは、以下の数式８乃至数式１０に示すように、数式２乃至数式４を満たす。

０．１４２＜（α＝０．１８３）＜０．２３７ ・・・（数式８）
０．３８９＜（β＝０．４７５）＜０．６４９ ・・・（数式９）
２．２５＜（β／α＝２．５９）＜２．７５ ・・・（数式１０）
図８は、図４に示す光強度分布（ターゲット像）ＩＬを形成するために設計された計算機ホログラム１００を示す概略斜視図である。なお、図８では、第２の異方性セル１１０ｂが他の異方性セルの影に隠れてしまうため、異方性セルの一部が透明になるように図示している。

図８に示す計算機ホログラム１００において、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄは、図２に示す第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄと同じ構成を有する。換言すれば、図８に示す計算機ホログラム１００は、図２に示す計算機ホログラムを構成する第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄの配置を替えた構成を有する。図８に示す計算機ホログラム１００は、２×２の異方性セルで構成されている。なお、図８では、１周期の構成のみ図示しているが、通常、Ｘ方向及びＹ方向に、同じ構成が繰り返し配置して計算機ホログラムを構成する。

図９は、図８に示す計算機ホログラム１００（第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄ）の厚さを示す図である。白黒の濃淡が計算機ホログラム１００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９に示す数値は、計算機ホログラム１００の厚さを示しており、単位はμｍである。

図８及び図９に示す計算機ホログラム１００は、Ｘ偏光に対しては、位相シフト量の差がπとなる異方性セルがＹ方向に沿って（即ち、上下に）交互に配置された構成を有する。また、図８及び図９に示す計算機ホログラム１００は、Ｙ偏光に対しては、位相シフト量の差がπとなる異方性セルがＸ方向に沿って（即ち、左右に）交互に配置された構成を有する。従って、図８及び図９に示す計算機ホログラム１００に対して、Ｘ偏光が入射した場合にはＹ方向に沿った±１次に強い回折光が得られ、Ｙ偏光が入射した場合にはＸ方向に沿った±１次に強い回折光が得られる。

第１の実施形態では、アジムス角ＰＡが−４５度である（即ち、Ｘ偏光の強度とＹ偏光の強度とが等しい）直線偏光（図５参照）を入射光としている。但し、図４に示すようなＸ偏光とＹ偏光とが完全に分離している光強度分布（ターゲット像）を形成する場合には、他の偏光状態を有する光を入射光としてもよい。例えば、アジムス角が４５度となる直線偏光、Ｘ偏光の強度とＹ偏光の強度とが等しい円偏光、或いは、Ｘ偏光の強度とＹ偏光の強度とが等しい無偏光などを入射光としてもよい。

また、図４に示すようなＸ偏光とＹ偏光とが完全に分離している光強度分布（ターゲット像）を形成する場合には、計算機ホログラムの複数の異方性セルが配置される複屈折材料で構成された基板の厚さは、任意に選択することができる。

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て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と共に、製造面において有利な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する計算機ホログラムの設計例を説明する。具体的には、図１０に示すような輪帯形状の光強度分布（ターゲット像）ＬＩを形成する計算機ホログラム１００の設計例を説明する。図１０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ＬＩの一例を示す図である。

図１０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ＰＤ_１乃至ＰＤ_４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）。

第２の実施形態では、計算機ホログラム１００（複数の異方性セル１１０）に入射させる入射光の波長を２４８ｎｍとする。

また、第２の実施形態では、複数の異方性セル１１０（第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄ）の材料として、方解石（ＣａＣＯ_３）を用いる。複数の異方性セル１１０のそれぞれにおいて、Ｘ偏光に対する屈折率ｎ_１は１．７７４であり、Ｙ偏光に対する屈折率ｎ_２は１．５３５である。

図１１は、図１０に示す光強度分布（ターゲット像）ＩＬを形成するために設計された計算機ホログラム１００の厚さを示す図である。白黒の濃淡が計算機ホログラム１００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１１に示す数値は、計算機ホログラム１００の厚さを示しており、単位はμｍである。

図１１に示す計算機ホログラム１００において、第１の異方性セル１１０ａ乃至第４の異方性セル１１０ｄは、図２に示す第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄと同じ構成を有する。換言すれば、図１１に示す計算機ホログラム１００は、図２に示す計算機ホログラムを構成する第１の異方性セル１１０ａ乃至１１０ｄの配置を替えた構成を有する。図１１に示す計算機ホログラム１００は、１６×１６の異方性セルで構成されている。なお、図１１では、１周期の構成のみ図示しているが、通常、Ｘ方向及びＹ方向に、同じ構成が繰り返し配置して計算機ホログラムを構成する。

第２の実施形態では、図１０に示すように、Ｘ偏光とＹ偏光とが完全に分離しておらず、Ｘ偏光及びＹ偏光の両方で形成される斜めの直線偏光ＰＤ_３やＰＤ_４を含む光強度分布ＬＩをターゲット像としている。従って、入射光の偏光状態は限定され、図１１に示す計算機ホログラム１００は、アジムス角ＰＡが−４５度である直線偏光（図５参照）を入射光として、設計されている。

また、図１０に示すようなＸ偏光及びＹ偏光の両方で形成される斜めの直線偏光を含む光強度分布（ターゲット像）を形成する場合には、計算機ホログラムの複数の異方性セルが配置される複屈折材料で構成された基板の厚さは、任意に選択することができない。基板においてＸ偏光とＹ偏光との間に位相ずれを生じさせないためには、基板の厚さは、数式６に示すβを用いて、２βｉとする必要がある。なお、ｉは、１以上の整数である。

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て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と共に、製造面において有利な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の実施形態では、計算機ホログラムを構成する異方性セルの数が少ない場合を例に説明したが、計算機ホログラムを構成する異方性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異方性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、よ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３の実施形態＞
第３の実施形態では、図１２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１２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に転写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１２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Ｆ_２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って、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、偏光状態調整部１９４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にλ／４の位相差を与えて円偏光に変換する。

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、偏光状態調整部１９４及び計算機ホログラム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、円偏光として偏光状態調整部１９４に入射する。

偏光状態調整部１９４は、位相制御部１８４によって円偏光となった光にλ／４の位相差を与えて所望の偏光方向となる直線偏光に変換する。偏光状態調整部１９４から射出された光は、直線偏光として計算機ホログラム１００に入射する。偏光状態調整部１９４は、本実施形態では、計算機ホログラム１００の直前に配置されているが、位相制御部１８４と計算機ホログラム１００の間であればどこに配置してもよく、例えば、位相制御部１８４の直後に配置してもよい。

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、光強度分布（例えば、図４や図１０に示すような光強度分布ＬＩ）を形成する。計算機ホログラム１００は、上述したように、１つの偏光方向の波面だけではなく、全面にわたってＸ偏光及びＹ偏光のそれぞれの位相を変化させるため、光量損失を実質的に発生させることなく、所望の光強度分布を形成することができる。なお、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、レジスト（感光剤）が塗布されている。

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１を用いてレジストが塗布された基板（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。

ここで、計算機ホログラム１００が図４に示す光強度分布ＬＩを形成する場合における第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比について説明する。

第１の実施形態では、図４に示す光強度分布ＬＩにおいて、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比を所望の値にするために、アジムス角ＰＡが−４５度である直線偏光（図５参照）を入射光としていた。但し、複数の異方性セルにおいて、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とは異なるため、Ｘ偏光に対する透過率とＹ偏光に対する透過率とは若干異なる。また、４種類の位相の組み合わせを形成するように第１の異方性セル乃至第４の異方性セルの厚さを求めたが、図７に示すグラフから分かるように、第１の異方性セル乃至第４の異方性セルの厚さに対する位相はπの整数倍から若干ずれている。従って、アジムス角ＰＡが−４５度である直線偏光（図５参照）を入射光とした場合、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比が所望の値からずれてしまう。

図４に示す光強度分布ＬＩにおいて、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比が所望の値からずれることを具体的な数値を用いて説明する。

図４に示す光強度分布ＬＩでは、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比が１対１であることが好ましい。例えば、図８及び図９に示す計算機ホログラム１００が形成する位相分布を電磁場解析によって算出し、算出された位相分布の複素振幅をフーリエ変換して再生像を求める。この場合、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比は、１．０００対０．９４７となる。

第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比が所望の値からずれた場合には、アジムス角ＰＡを調整することで、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比を補正することができる。本実施形態では、光強度分布ＬＩ_１の光強度が第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度より大きいため、アジムス角度ＰＡをｔａｎ（ｓｑｒｔ（１．０００／０．９７４））＝４５．７８４度とすればよい。アジムス角度を４５．７８４度として、図８及び図９に示す計算機ホログラム１００が形成する位相分布を電磁場解析によって算出すると、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比は、１．０００対０．９９９９となる。なお、ここでは、アジムス角ＰＡを調整することで第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比を補正することが可能であることを説明することが目的であるため、電磁場解析に用いたパラメータの説明は省略する。

露光装置１においては、偏光状態調整部１９４で計算機ホログラム１００に入射する直線偏光のアジムス角ＰＡを調整することができる。従って、露光装置１は、偏光状態調整部１９４で計算機ホログラム１００に入射する直線偏光のアジムス角ＰＡを調整することで、第１の光強度分布ＬＩ_１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ_２の光強度との比を調整（補正）することが可能となる。

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。 構造複屈折を生じる周期構造で構成された複数の異方性セルを有する計算機ホログラムを示す概略斜視図である。 本発明の一側面としての計算機ホログラムが形成する四重極形状の光強度分布（ターゲット像）の一例を示す図である。 本発明の一側面としての計算機ホログラムに入射させる入射光の一例を示す図である。 異方性セルの厚さに対する位相の変化と、４種類の位相の組み合わせとを示すグラフである。 図６に示すグラフを最小二乗法でフィッティングしたグラフを示す図である。 図４に示す光強度分布（ターゲット像）を形成するために設計された計算機ホログラムを示す概略斜視図である。 図８に示す計算機ホログラムの厚さを示す図である。 本発明の一側面としての計算機ホログラムが形成する輪帯形状の光強度分布の一例を示す図である。 図１０に示す光強度分布（ターゲット像）を形成するために設計された計算機ホログラム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 偏光状態調整部
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 異方性セル
１１０ａ及び１１０ａ１ 第１の異方性セル
１１０ｂ及び１１０ｂ１ 第２の異方性セル
１１０ｃ及び１１０ｃ１ 第３の異方性セル
１１０ｄ及び１１０ｄ１ 第４の異方性セル

Claims (9)

1. 所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、
   第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる複数の異方性セルを有し、
   前記複数の異方性セルは、
   同じ材料で構成され、互いに異なる厚さを有する第１の異方性セル、第２の異方性セル、第３の異方性セル及び第４の異方性セルを含み、
   前記複数の異方性セルのそれぞれに入射する入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光及び前記第２の方向の直線偏光のそれぞれの位相を変化させることによって、前記入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光に含まれる前記第２の方向の直線偏光が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラム。
2. 前記第２の異方性セルは、前記第１の異方性セルの厚さよりもαだけ厚い厚さを有し、
   前記第４の異方性セルは、前記第３の異方性セルの厚さよりもαだけ厚い厚さを有し、
   前記第３の異方性セルは、前記第１の異方性セルの厚さよりもβだけ厚い厚さを有し、
   前記入射光の波長をλ、前記複数の異方性セルの前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率をｎ_１、前記複数の異方性セルの前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率をｎ_２、雰囲気の屈折率をｎ_ａ、前記入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光及び前記第２の方向の直線偏光のそれぞれの位相を変化させる位相分布のレベル数をＮ、２以上の整数をｉとすると、
   ０．７５×（λ／Ｎ）／｛（ｎ_１＋ｎ_２）／２−ｎ_ａ｝＜α＜１．２５×（λ／Ｎ）／｛（ｎ_１＋ｎ_２）／２−ｎ_ａ｝、
   ０．７５×（λ／Ｎ）／｜ｎ_１−ｎ_２｜＜β＜１．２５×（λ／Ｎ）／｜ｎ_１−ｎ_２｜、及び、
   ｉ×Ｎ／２＋０．２５＜β／α＜ｉ×Ｎ／２＋０．７５
   を満たす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. 前記第１の異方性セル、前記第２の異方性セル、前記第３の異方性セル及び前記第４の異方性セルのうち２つの異方性セルは、前記入射光に含まれる前記第１の方向の直線偏光と前記第２の方向の直線偏光との間に、２π／Ｎの位相差を形成することを特徴とする請求項２に記載の計算機ホログラム。
4. 前記第１の異方性セルの光学軸の方向、前記第２の異方性セルの光学軸の方向、前記第３の異方性セルの光学軸の方向及び前記第４の異方性セルの光学軸の方向は等しい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. 前記複数の異方性セルの材料は、複屈折材料であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
6. 前記複数の異方性セルのそれぞれは、構造複屈折を生じる周期構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
7. 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６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。
8. 前記照明光学系は、前記計算機ホログラムに入射する直線偏光のアジムス角を調整する調整部を含み、
   前記調整部によって前記計算機ホログラムに入射する直線偏光のアジムス角を調整することにより、前記第１の光強度分布の光強度と前記第２の光強度分布の光強度との比を調整することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 請求項７又は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。