JP2013186350A - 回折光学素子の構造データの算出方法、プログラムおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反復フーリエ変換法で光軸に点対称な光強度分布を効率的かつノイズを低減した状態で再生することが可能な回折光学素子の構造データの算出方法、プログラムおよび製造方法を提供すること。
【解決手段】像面において光軸に関して点対称な一組の光強度分布を形成する２段の回折光学素子１０の構造のデータを算出する算出方法は、コンピュータを使用した反復フーリエ変換法によって、前記一組の光強度分布のうちの一方を除去した光強度分布に対して逆フーリエ変換を施すことによって前記像面とフーリエ変換の関係にある前記２段の回折光学素子の面における光強度分布と位相分布を算出するステップＳ１２０と、該算出された前記光強度分布および前記位相分布を形成する前記回折光学素子の構造のデータを算出するステップと、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回折光学素子（ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）の製造方法に関する。本発明のＤＯＥは、半導体露光装置、レーザー加工装置等に好適である。

従来から、半導体露光装置において、解像度を向上させる変形照明を行う照明光学系にＤＯＥが用いられている（特許文献１）。また、レーザー加工装置において、加工精度やスループットを向上させるためのビーム整形素子やビーム分岐素子としてＤＯＥが用いられている（特許文献２）。ＤＯＥは、透明基板上に微細な凹凸形状を形成した光学素子で、ＤＯＥを透過する光は基板材質の屈折率と空気の屈折率との差によって生じた位相分布で位相変調され、所定の強度分布に変換される。

ＤＯＥの凹凸形状は、一般的にリソグラフィとエッチングを繰り返すことによって形成される。ｎ回のリソグラフィとエッチングによって２^ｎ段数の構造を製作する。１回目のリソグラフィとエッチングでは２段構造になり、２回目のリソグラフィとエッチングでは４段構造となる。段数を増やすことによって、より性能の高い光学機能が得られる。しかしながら、段数を増やすと製造コストが増大するなどの問題がある。製造コストを抑えるために２段のＤＯＥで目的の光学機能を得られることが望ましい。

また、従来、ＤＯＥの設計方法の一つである反復フーリエ変換法（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ＩＦＴＡ）は、収束速度が高速であることが知られている（非特許文献１）。

特開平７−２０１６９７号公報 特開２００２−２２１６１４号公報

Ｆｒａｎｋ Ｗｙｒｏｗｓｋｉ，"Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ：ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｚｅｄ，ｂｌａｚｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ"，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，７，ｐ．９６１−９６９（１９９０）

しかしながら、ＤＯＥを半導体露光装置やレーザー加工装置で用いる場合、ＤＯＥは再生像を軸上に結像する光学系に適用される場合が多い。この場合、再生像は光軸に対して点対称な強度分布であることが多く、ＩＦＴＡで２段のＤＯＥを設計すると回折効率が十分に高められず、ノイズも十分に低減できないという問題があった。

本発明は、反復フーリエ変換法で光軸に点対称な光強度分布を高い回折効率とノイズを低減した状態で再生することが可能な回折光学素子の構造データの算出方法、プログラムおよび製造方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の回折光学素子の構造データの算出方法は、像面において光軸に関して点対称な一組の光強度分布を形成する２段の回折光学素子の構造のデータを算出する算出方法であって、コンピュータを使用した反復フーリエ変換法によって、前記一組の光強度分布のうちの一方を除去した光強度分布に対して逆フーリエ変換を施すことによって前記像面とフーリエ変換の関係にある前記２段の回折光学素子の面における光強度分布と位相分布を算出するステップと、該算出された前記光強度分布および前記位相分布を形成する前記回折光学素子の構造のデータを算出するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、反復フーリエ変換法で光軸に点対称な光強度分布を高い回折効率とノイズを低減した状態で再生することが可能な回折光学素子の構造データの算出方法、プログラムおよび製造方法を提供することができる。

本実施形態の回折光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 目標とする像面における光強度分布と逆フーリエ変換の対象となる光強度分布との関係を示す図である。（実施例１） 本発明の製造方法と従来の製造方法を比較した結果である。（実施例１） 本実施形態の回折光学素子の断面図である。 目標とする像面における光強度分布と逆フーリエ変換の対象となる光強度分布との関係を示す図である。（実施例２） 本発明の製造方法と従来の製造方法を比較した結果である。（実施例２） 目標とする像面における光強度分布と逆フーリエ変換の対象となる光強度分布との関係を示す図である。（実施例３） 本発明の製造方法と従来の製造方法を比較した結果である。（実施例３） 目標とする像面における光強度分布と逆フーリエ変換の対象となる光強度分布との関係を示す図である。（実施例４） 本発明の製造方法と従来の製造方法を比較した結果である。（実施例４） 目標とする像面における光強度分布と逆フーリエ変換の対象となる光強度分布との関係を示す図である。（実施例５） 本発明の製造方法と従来の製造方法を比較した結果である。（実施例５）

本実施形態の回折光学素子（ＤＯＥ）１０は２段であり、図４（ａ）に示すように、矩形の凹凸が周期的に配列された断面形状を有する。図４（ａ）に示すＤＯＥは、図４（ｂ）に点線で示す鋸歯形状（三角形形状）の断面形状を有する格子パターンを近似したものと考えることができる。このため、図４（ｃ）に示すように、段数を増やすことによって鋸歯形状に近づいてより性能の高い光学機能が得ることができる。

しかしながら、段数を増やすと製造コストが増大するので、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、２段のＤＯＥを使用し、ＤＯＥの形状を短時間で設計するために反復フーリエ変換法（ＩＦＴＡ）を使用する。なお、本実施形態のＤＯＥは計算機ホログラム（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ：ＣＧＨ）として構成されているが、ＣＧＨに限定されない。

ところが、２段のＤＯＥを使用すると特に再生像が軸上に結像する光学系に適用された場合に回折効率を十分に高められないという問題がある。以下、その問題を解決し、２段のＤＯＥの形状をＩＦＴＡを利用して短時間で設計するＤＯＥの構造データの算出方法およびプログラムについて説明する。

まず、平行光がＤＯＥに入射した場合の像面における回折光を考える。回折光学素子面（ＤＯＥ面）の光の分布をｕ_ＤＯＥ（ξ，η）、像面での光の分布をｕ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）すると、それぞれ次式で与えられる。

ｕ_ＤＯＥ（ξ，η）＝Ａ_ＤＯＥ（ξ，η）ｅｘｐ［ｉφ_ＤＯＥ（ξ，η）］
ｕ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）＝Ａ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）ｅｘｐ［ｉφ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）］
Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）＝｜Ａ_ＤＯＥ（ξ，η）｜^２
Ｉ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）＝｜Ａ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）｜^２
ここで、Ａ_ＤＯＥ（ξ，η）、φ_ＤＯＥ（ξ，η）、Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）はそれぞれＤＯＥ面での振幅分布、位相分布、強度分布である。Ａ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）、φ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）、Ｉ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）はそれぞれ像面での振幅分布、位相分布、光強度分布である。ＤＯＥ面と像面はフーリエ変換の関係であるから、次式が成立する。

以下、図１のフローチャートを参照して、ＤＯＥの製造方法について説明する。図１において「Ｓ」はステップの略である。図１（ｂ）は本実施形態のＤＯＥの製造方法を説明するためのフローチャートである。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＤＯＥの製造方法は、設計ステップＳ１００と、リソグラフィＳ２００と、エッチングステップＳ３００と、を有する。設計ステップＳ１００では、コンピュータとＩＦＴＡを用いて２段のＤＯＥを設計するステップであり、図１（ａ）にその詳細が示されている。また、本実施形態では２段であるから、リソグラフィＳ２００とエッチングステップＳ３００はそれぞれ１回ずつ行われる。

図１（ａ）に示すフローチャートは、コンピュータ（プロセッサ）に各ステップの機能を実現させるためのプログラム（設計ツール等のソフトウェア）として具現化可能である。以下、図１（ａ）に従って本実施形態のＤＯＥの製造方法およびそれをコンピュータに実行させるためのプログラムについて説明する。

Ｓ１１０において、コンピュータは、像面において目標となる強度分布Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}’（ｘ，ｙ）を光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）として取得（入力）する。また、ランダムな位相分布φ_ｉｎ（ｘ，ｙ）を初期入力として取得（入力）する。

従来は、結像光学系の像面で点対称な光強度分布が必要な場合に数式１に基づいてＤＯＥ面の光の分布をｕ_ＤＯＥ（ξ，η）として求めていた。即ち、従来の入力ステップではＩ_ｉｎ（ｘ，ｙ）＝Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）であった。φ_ｉｎ（ｘ，ｙ）は、本実施例と同様に、ランダムな位相分布である。

しかしながら、２段のＤＯＥが光軸上に再生像を結像する光学系に適用されると、±１次回折光が発生する。そして、ＤＯＥ面に点対称な強度分布を設定すると本来＋１次回折光で像を形成すべきところが、−１次回折光もこれに重なって干渉する結果、回折効率が低下したり、ノイズが発生したりするなどの問題が発生する。

即ち、像面で点対称な光強度分布Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）は、Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（−ｘ，−ｙ）＝Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）の性質があり、本実施形態では、光軸に対して点対称な強度分布Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）が設計対象である。本実施形態は、光学系の像面に点対称な一組の光強度分布がある場合に、一組の光強度分布の一方を除去した光強度分布を逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を決定している。

本実施形態では、Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）＝Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ} ^’（ｘ，ｙ）は、Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}’（−ｘ，−ｙ）＝Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）の時は０であり、かつ、Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ}’（−ｘ，−ｙ）＝０の時はＩ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｘ，ｙ）である。

結像光学系の像面で点対称な一組の光強度分布がコンピュータに入力されると、一組の光強度分布の一方を除去する処理を自動的に行ってもよい。

次に、Ｓ１２０において、コンピュータは、一組の光強度分布のうちの一方を除去した光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）に対して逆フーリエ変換を施す。そして、像面とフーリエ変換の関係にあるＤＯＥ面における光強度分布Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）と位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）を算出する。

次に、Ｓ１３０において、コンピュータは、ＤＯＥ面での光強度分布Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）を１にし，位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）を２値化する拘束条件を与える。

次に、Ｓ１４０において、コンピュータは、光強度分布Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）と位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）をフーリエ変換して、像面の光強度分布Ｉ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）および位相分布φ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）を算出する。

次に、Ｓ１５０において、光強度分布Ｉ_{ｉｍａｇｅ}（ｘ，ｙ）を目標の強度分布Ｉ_{ｔａｒｇｅｔ} ^’（ｘ，ｙ）にする拘束条件を与える。

次に、Ｓ１６０において、コンピュータは、逆フーリエ変換により，ＤＯＥ面での強度分布Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）および位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）を算出する。

その後、コンピュータはＳ１３０〜Ｓ１６０を規定回数反復させる。

次に、コンピュータは、Ｓ１７０において、ＤＯＥ面での強度分布Ｉ_ＤＯＥ（ξ，η）を１にし、位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）を２値化する拘束条件を与え、Ｓ１８０において、ＤＯＥの位相分布φ_ＤＯＥ（ξ，η）を出力する。

そして、ＤＯＥ面での強度分布および位相分布を実現する回折光学素子の凹凸の構造のデータを算出する。算出には周知の方法が適用できる。そして、加工機にそのデータが入力され、そのデータの構造となるように加工機を用いて回折光学素子を製造する。製造方法としては、リソグラフィとエッチングを繰り返す方法など周知の方法を用いることができる。

目標とする光強度分布が、図２（ａ）に示すように、光学系の像面において光学系の光軸に対して点対称な一組の光強度分布である場合を考える。黒い部分は光透過部で、白い部分は遮光部である。なお、開口角４５度、内径２７ｍｍ、外径３４ｍｍは単なる一例である。

なお、点対称な一組の光強度分布の形状は、図２（ａ）では二重極となっているが、これに限定されず、四重極など偶数の組である場合や輪帯、十字形状など連続していても２つに（例えば、図２（ｂ）に示すように上下に）分けることができるものであれば足りる。

従来の設計ステップは、コンピュータが図２（ａ）に示す一組の光強度分布の両方を含む光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。これに対して、本実施例の設計ステップＳ１００は、図２（ｂ）に示すように、一組の光強度分布の一方のみを含む光強度分布をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。

ＤＯＥ面と像面が２ｆ系となるようなＤＯＥ（ＣＧＨ）をＩＦＴＡで設計する。使用される光源の波長は１９３ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離は２３７．７ｎｍ、ＤＯＥの画素数は１０２４画素×１０２４画素、ＤＯＥの単位画素の大きさは１５０ｎｍである。

図３（ａ）は本実施形態の設計ステップＳ１００で作成された結果であり、図３（ｂ）は従来の設計方法で作成された結果を示している。図３（ａ）と図３（ｂ）において、上側の図は像面における光強度分布を示しており、黒い部分は遮光部、白い部分が光透過部（照明部）である。従って、図３（ａ）と（ｂ）では、共に像面において光軸に点対称な一組の光強度分布を再生し、二重極の変形照明が得られている。しかしながら、図３（ａ）と図３（ｂ）の下側の図に示すように、両者の光強度分布は異なっている。図３（ａ）と図３（ｂ）の下側の図（グラフ）において、横軸は、図３の上側の図の中心を原点にとって縦方向の断面位置を示しており、単位はｍｍである。縦軸は光強度分布が１に規格化されており、無単位である。二重極に対応する二箇所にピークがあることが分かる。

図３（ｂ）の下のグラフではノイズが多く発生し、光強度分布のピークの立ち上がりまたは立ち下がりの形状も崩れていることが分かる。また、回折効率は、従来の設計方法では５５％、本実施例の設計方法では７５％であり、本実施例の回折効率の方が優れていることが分かる。

以上の結果から明らかなように、本実施形態は、像面において光軸に対して点対称な光強度分布を効率良く、かつ、少ないノイズで再生することのできる２段のＤＯＥを提供することができる。

目標とする光強度分布が、図５（ａ）に示すように、光学系の像面において光学系の光軸に対して点対称な一組の（例えば上下の半円からなる）光強度分布（円形）である場合を考える。黒い部分は光透過部で、白い部分は遮光部である。なお、外径３０ｍｍは単なる一例である。

従来の設計ステップは、コンピュータが図５（ａ）に示す一組の光強度分布の両方を含む光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。これに対して、本実施例の設計ステップＳ１００は、図５（ｂ）に示すように、一組の光強度分布の一方のみを含む光強度分布をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。

ＤＯＥ面と像面が２ｆ系となるようなＤＯＥ（ＣＧＨ）をＩＦＴＡで設計する。使用される光源の波長は３５０ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離は１００ｍｍ、ＤＯＥの画素数は５１２画素×５１２画素、ＤＯＥの単位画素の大きさは２５０ｎｍである。

図６（ａ）は本実施形態の設計ステップＳ１００で作成された結果であり、図６（ｂ）は従来の設計方法で作成された結果を示している。図６（ａ）と図６（ｂ）において、上側の図はＤＯＥで形成される位相分布を示しており、本実施形態の設計方法で作成された結果と従来の設計方法で作成された結果を比べると異なっていることが見て分かる。また、図６（ａ）と図６（ｂ）において、真ん中の図は像面（照明系の瞳面）における光強度分布を示しており、黒い部分は遮光部、白い部分が光透過部（照明部）である。従って、図６（ａ）と（ｂ）では、共に像面において光軸に点対称な一組の光強度分布を再生し、円形状の変形照明が得られている。しかしながら、図６（ａ）と図６（ｂ）の下側の図に示すように、両者の光強度分布は異なっている。図６（ａ）と図６（ｂ）の下側の図（グラフ）において、横軸は、図６の真ん中の図の中心を原点にとって縦方向の断面位置を示しており、単位はｍｍである。縦軸は光強度分布が１に規格化されており、無単位である。円形状に対応する中央部にピークがあることが分かる。

図６（ｂ）の下のグラフではノイズが多く発生し、光強度分布のピークの立ち上がりまたは立ち下がりの形状も崩れていることが分かる。また、回折効率は、従来の設計方法では５２％、本実施例の設計方法では７４％であり、本実施例の回折効率の方が優れていることが分かる。

以上の結果から明らかなように、本実施形態は、像面において光軸に対して点対称な光強度分布を効率良く、かつ、少ないノイズで再生することのできる２段のＤＯＥを提供することができる。

目標とする光強度分布が、図７（ａ）に示すように、光学系の像面において光学系の光軸に対して点対称な一組（例えば上下の矩形からなる）の光強度分布（例えば正方形）である場合を考える。黒い部分は光透過部で、白い部分は遮光部である。なお、一辺の長さ３０ｍｍは単なる一例である。

従来の設計ステップは、コンピュータが図７（ａ）に示す一組の光強度分布の両方を含む光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。これに対して、本実施例の設計ステップＳ１００は、図７（ｂ）に示すように、一組の光強度分布の一方のみを含む光強度分布をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。

ＤＯＥ面と像面が２ｆ系となるようなＤＯＥ（ＣＧＨ）をＩＦＴＡで設計する。使用される光源の波長は３５０ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離は１００ｍｍ、ＤＯＥの画素数は５１２画素×５１２画素、ＤＯＥの単位画素の大きさは２５０ｎｍである。

図８（ａ）は本実施形態の設計ステップＳ１００で作成された結果であり、図８（ｂ）は従来の設計方法で作成された結果を示している。図８（ａ）と図８（ｂ）において、上側の図はＤＯＥで形成される位相分布を示しており、本実施形態の設計方法で作成された結果と従来の設計方法で作成された結果を比べると異なっていることが見て分かる。また、図８（ａ）と図８（ｂ）において、真ん中の図は像面における光強度分布を示しており、黒い部分は遮光部、白い部分が光透過部（照明部）である。従って、図８（ａ）と（ｂ）では、共に像面において光軸に点対称な一組の光強度分布を再生し、矩形状（例えば正方形状）の変形照明が得られている。しかしながら、図８（ａ）と図８（ｂ）の下側の図に示すように、両者の光強度分布は異なっている。図８（ａ）と図８（ｂ）の下側の図（グラフ）において、横軸は、図８の真ん中の図の中心を原点にとって縦方向の断面位置を示しており、単位はｍｍである。縦軸は光強度分布が１に規格化されており、無単位である。矩形状に対応する中央部にピークがあることが分かる。

図８（ｂ）の下のグラフではノイズが多く発生し、光強度分布のピークの立ち上がりまたは立ち下がりの形状も崩れていることが分かる。また、回折効率は、従来の設計方法では５１％、本実施例の設計方法では７３％であり、本実施例の回折効率の方が優れていることが分かる。

以上の結果から明らかなように、本実施形態は、像面において光軸に対して点対称な光強度分布を効率良く、かつ、少ないノイズで再生することのできる２段のＤＯＥを提供することができる。

目標とする光強度分布が、図９（ａ）に示すように、光学系の像面において光学系の光軸に対して点対称な一組（例えば輪帯形状を半分に分けた一対）の光強度分布である場合を考える。黒い部分は光透過部で、白い部分は遮光部である。なお、内径２４ｍｍ、外径３０ｍｍは単なる一例である。

従来の設計ステップは、コンピュータが図９（ａ）に示す一組の光強度分布の両方を含む光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。これに対して、本実施例の設計ステップＳ１００は、図９（ｂ）に示すように、一組の光強度分布の一方のみを含む光強度分布をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。

ＤＯＥ面と像面が２ｆ系となるようなＤＯＥ（ＣＧＨ）をＩＦＴＡで設計する。使用される光源の波長は３５０ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離は１００ｍｍ、ＤＯＥの画素数は５１２画素×５１２画素、ＤＯＥの単位画素の大きさは２５０ｎｍである。

図１０（ａ）は本実施形態の設計ステップＳ１００で作成された結果であり、図１０（ｂ）は従来の設計方法で作成された結果を示している。図１０（ａ）と図１０（ｂ）において、上側の図はＤＯＥで形成される位相分布を示しており、本実施形態の設計方法で作成された結果と従来の設計方法で作成された結果を比べると異なっていることが見て分かる。また、図１０（ａ）と図１０（ｂ）において、真ん中の図は像面における光強度分布を示しており、黒い部分は遮光部、白い部分が光透過部（照明部）である。従って、図１０（ａ）と（ｂ）では、共に像面において光軸に点対称な一組の光強度分布を再生し、輪帯形状の変形照明が得られている。しかしながら、図１０（ａ）と図１０（ｂ）の下側の図に示すように、両者の光強度分布は異なっている。図１０（ａ）と図１０（ｂ）の下側の図（グラフ）において、横軸は、図１０の真ん中の図の中心を原点にとって縦方向の断面位置を示しており、単位はｍｍである。縦軸は光強度分布が１に規格化されており、無単位である。輪帯形状に対応する二箇所にピークがあることが分かる。

図１０（ｂ）の下のグラフではノイズが多く発生し、光強度分布のピークの立ち上がりまたは立ち下がりの形状も崩れていることが分かる。また、回折効率は、従来の設計方法では５５％、本実施例の設計方法では７２％であり、本実施例の回折効率の方が優れていることが分かる。

以上の結果から明らかなように、本実施形態は、像面において光軸に対して点対称な光強度分布を効率良く、かつ、少ないノイズで再生することのできる２段のＤＯＥを提供することができる。

目標とする光強度分布が、図１１（ａ）に示すように、光学系の像面において光学系の光軸に対して点対称な一組（例えば六重極を上下に分けた一対）の光強度分布である場合を考える。黒い部分は光透過部で、白い部分は遮光部である。なお、開口角４５度、内径２４ｍｍ、外径３０ｍｍは単なる一例である。

従来の設計ステップは、コンピュータが図１１（ａ）に示す一組の光強度分布の両方を含む光強度分布Ｉ_ｉｎ（ｘ，ｙ）をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。これに対して、本実施例の設計ステップＳ１００は、図１１（ｂ）に示すように、一組の光強度分布の一方のみを含む光強度分布をＳ１２０で逆フーリエ変換することによってＤＯＥ面の光強度分布と位相分布を取得している。

ＤＯＥ面と像面が２ｆ系となるようなＤＯＥ（ＣＧＨ）をＩＦＴＡで設計する。使用される光源の波長は３５０ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離は１００ｍｍ、ＤＯＥの画素数は５１２画素×５１２画素、ＤＯＥの単位画素の大きさは２５０ｎｍである。

図１２（ａ）は本実施形態の設計ステップＳ１００で作成された結果であり、図１２（ｂ）は従来の設計方法で作成された結果を示している。図１２（ａ）と図１２（ｂ）において、上側の図はＤＯＥで形成される位相分布を示しており、本実施形態の設計方法で作成された結果と従来の設計方法で作成された結果を比べると異なっていることが見て分かる。また、図１２（ａ）と図１２（ｂ）において、真ん中の図は像面における光強度分布を示しており、黒い部分は遮光部、白い部分が光透過部（照明部）である。従って、図１２（ａ）と（ｂ）では、共に像面において光軸に点対称な一組の光強度分布を再生し、六重極の変形照明が得られている。しかしながら、図１２（ａ）と図１２（ｂ）の下側の図に示すように、両者の光強度分布は異なっている。図１２（ａ）と図１２（ｂ）の下側の図（グラフ）において、横軸は、図１２の真ん中の図の中心を原点にとって縦方向の断面位置を示しており、単位はｍｍである。縦軸は光強度分布が１に規格化されており、無単位である。六重極に対応する二箇所にピークがあることが分かる。

図１２（ｂ）の下のグラフではノイズが多く発生し、光強度分布のピークの立ち上がりまたは立ち下がりの形状も崩れていることが分かる。また、回折効率は、従来の設計方法では５１％、本実施例の設計方法では７２％であり、本実施例の回折効率の方が優れていることが分かる。

以上の結果から明らかなように、本実施形態は、像面において光軸に対して点対称な光強度分布を効率良く、かつ、少ないノイズで再生することのできる２段のＤＯＥを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

回折光学素子の製造方法は回折光学素子を製造する用途に適用することができ、回折格子は像を光軸上に形成する結像光学系に適用することができる。

１０…回折光学素子、Ｓ１００…設計ステップ、Ｓ１２０…逆フーリエ変換ステップ

Claims (4)

1. 像面において光軸に関して点対称な一組の光強度分布を形成する２段の回折光学素子の構造のデータを算出する算出方法であって、
   コンピュータを使用した反復フーリエ変換法によって、前記一組の光強度分布のうちの一方を除去した光強度分布に対して逆フーリエ変換を施すことによって前記像面とフーリエ変換の関係にある前記２段の回折光学素子の面における光強度分布と位相分布を算出するステップと、
   該算出された前記光強度分布および前記位相分布を形成する前記回折光学素子の構造のデータを算出するステップと、
   を有することを特徴とする算出方法。
2. 前記コンピュータを使用して、入力された前記一組の光強度分布から前記一組の光強度分布の一方を除去した光強度分布を算出するステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の算出方法。
3. 請求項１に記載の算出方法をコンピュータによって実行させるためのプログラム。
4. 請求項１に記載の算出方法を用いて前記回折光学素子の構造のデータを算出するステップと、
   該算出されたデータを用いて前記回折光学素子を製造するステップと、
   を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。