KR101179939B1 - 계산기 홀로그램, 생성 방법 및 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 제공하고, 이 홀로그램은, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질을 각각 포함하는 복수의 이방성 셀과, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질을 각각 포함하는 복수의 등방성 셀을 구비하고, 상기 입사광의 제1의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 제1의 광강도분포를 형성하고, 상기 입사광의 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 상기 제1의 광강도분포와는 다른 제2의 광강도분포를 형성한다.

Description

계산기 홀로그램, 생성 방법 및 노광 장치{COMPUTER GENERATED HOLOGRAM, GENERATION METHOD, AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은, 계산기 홀로그램, 생성 방법 및 노광 장치에 관한 것이다.
포토리소그래피(프린팅)를 사용해서 반도체 메모리나 논리회로등의 미세패터닝된 반도체 디바이스를 제조하는데, 종래에는 투영 노광 장치가 사용되고 있다. 투영 노광 장치는, 레티클(마스크)에 형성된 회로 패턴을 투영 광학계에 의해 웨이퍼 등의 기판에 투영해서 전사한다.
투영 노광 장치의 해상도R은, 다음식으로 주어진다:
Figure 112010047227614-pct00001
여기서, λ는 노광 광의 파장, NA는 투영 광학계의 개구수 및 k1은 현상 프로세스등에 의해 결정된 프로세스 정수다.
노광 광의 파장을 짧게 하면 할수록, 또는, 투영 광학계의 NA를 상승시키면 상승시킬수록, 해상도는 좋아진다. 그렇지만, 노광 광의 파장이 짧아지면 일반적인 유리재의 투과율이 저하하기 때문에, 현재의 노광 광 파장을 더욱 짧게 하는 것은 곤란하다. 또한, 투영 광학계의 NA의 제2파워에 반비례해서 초점심도가 작아지고, 고NA의 투영 광학계를 구성하기 위한 렌즈를 설계 및 제조하기가 곤란하기 때문에, 현재 이용가능한 투영 광학계의 NA를 더욱 증가시키는 것도 어렵다.
이 상황하에, 프로세스 정수k1을 작게 함에 의해 해상도를 향상시키는 초해상기술(Resolution Enhanced Technology; RET)이 제안되어 있다. 이러한 RET 중 하나는, 변형 조명법(또는 사입사 조명법)이라고 불리는 것이 있다.
변형 조명법은, 일반적으로, 광학계의 광축 위에 차광판을 가지는 개구 조리개를, 균일한 면광원을 형성하는 옵티컬 인티그레이터(integrator)의 사출면 근방에 삽입함으로써, 레티클에 대하여 노광 광을 비스듬히 조사한다. 그 변형 조명법은, 개구 조리개의 개구 형상(즉, 광강도분포의 형상)에 따라, 윤대 조명법과 사중극 조명법등을 포함한다. 노광 광의 이용 효율(조명 효율)을 향상시키기 위해서, 개구 조리개 대신에 계산기 홀로그램(CGH)을 사용한 다른 변형 조명법도 제안되어 있다.
투영 광학계의 NA의 증가에 따라, 노광 광의 편광상태를 제어하는 편광조명법도, 투영 노광 장치의 고해상도화에는 필요한 기술이 되고 있다. 편광조명법은, 기본적으로, P편광이 아닌, 광축에 대하여 동심원의 원주방향 성분을 가지는 S편광만을 사용해서 레티클을 조명한다.
최근에는, 변형 조명법(원하는 형상(예를 들면, 사중극 형상)을 가지는 광강도분포의 형성)과 편광조명법(편광상태의 제어) 양쪽을 이용하는 기술이 제안되었다.
예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개2006-196715호는, 변형 조명법 및 편광조명법을 1개의 소자를 사용하여 실현하는 기술을 개시하고 있다. 일본국 공개특허공보 특개2006-196715호에서는, 광강도분포의 형상(재생 상(image))을 CGH를 사용하여 제어함과 아울러, 구조 복굴절을 사용해서 편광상태를 제어하고 있다. 보다 구체적으로는, 이러한 기술은, 동일한 편광방향의 광빔에 대응한 복수의 CGH(이하, "서브CGH"라고 칭한다)를 병렬로 배치해서 1개의 CGH를 구성하고, 그 편광방향에 대응한 구조 복굴절을 서브CGH마다 적용하고 있다.
일본국 공개특허공보 특개2006-49902호는, 서브CGH에 적용된 편광모드를 제어하는 유닛으로서 편광제어기를 사용함으로써 원하는 편광모드를 선택적으로 사용하고 있다.
일본국 공개특허공보 특개2006-5319호는, 변형 조명법 및 편광조명법으로 대표적으로 형성되는 사중극 형상의 광강도분포에 있어서, 4개의 극간에 밸런스를 제어하는 것이 가능한 기술을 개시하고 있다. 보다 구체적으로는, 일본국 공개특허공보 특개2006-5319호는, CGH를 4분할해서 서브CGH를 구성하고, 입사광의 강도분포를 변화시킴으로써, CGH에 의해 얻어진 재생 상의 극의 밸런스를 변화시키는 것을 가능하게 하고 있다.
또한 CGH의 설계에 관한 기술에 관해서도, "Synthesis of digital holograms by direct binary search", APPLIED OPTICS, Vol.26, No.14, July 1987, 2788-2798에 제안되어 있다.
그렇지만, 종래기술에서는, CGH에 의한 재생 상(타겟 상)의 편광방향의 수만큼 서브CGH의 종류가 필요하기 때문에, 편광방향이 연속적으로 변화되는 타겟 상을 형성하는 것은 대단히 곤란하다.
또한, 1개의 CGH를 복수의 CGH로 분할해서 서브CGH를 구성하면, 입사광의 강도분포를 옵티컬 인티그레이터가 충분히 보정할 수 없는 경우(예를 들면, 이들 CGH의 일부에만 광이 입사하지 않는 경우), 재생 상에 조도 얼룩이 생겨버린다.
복수의 서브CGH를 조합했을 경우, 서브CGH 사이의 경계에서 생기는 구조의 불연속성으로 인해 불필요한 회절광이 발생해버려서, CGH에 의한 재생 상을 열화시켜버린다. 서브CGH 사이의 경계에서 생기는 구조의 불연속성은, 계산기 홀로그램의 설계를 개선하여 해소할 수 있지만, 이는 설계 비용이 대단히 증대한다고 하는 또 다른 문제가 생겨버린다.
상기 편광제어기에서 편광모드를 선택적으로 사용했을 경우, 노광 광의 이용 효율(조명 효율)이 현저하게 저하해버린다(즉, 광량손실이 커져버린다).
본 발명은, 조도 얼룩 및 광량손실을 억제함과 동시에, 원하는 형상 및 편광상태의 광강도분포(예를 들면, 편광방향이 연속적으로 변화되는 재생 상)를 형성할 수 있는 계산기 홀로그램을 제공한다.
본 발명의 일측면에서는, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램으로서, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질을 각각 포함하는 복수의 이방성 셀과, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질을 각각 포함하는 복수의 등방성 셀을 구비하고, 상기 입사광의 제1의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 제1의 광강도분포를 형성하고, 상기 입사광의 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 상기 제1의 광강도분포와는 다른 제2의 광강도분포를 형성하고, 상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 영역에 있어서, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 같도록, 또는, π만큼 어긋나도록, 상기 복수의 이방성 셀 및 상기 복수의 등방성 셀의 치수 및 배열이 설정되는, 계산기 홀로그램을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에서는, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 생성 방법으로서, 상기 소정면에 형성해야 할 광강도분포를, 제1의 방향의 직선편광성분을 포함하는 제1의 광강도분포와 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분을 포함하는 제2의 광강도분포로 분할하여서, 상기 제1의 광강도분포의 형상 및 상기 제2의 광강도분포의 형상을 결정하는 제1의 결정 단계; 상기 입사광의 편광방향과 상기 소정면에 형성해야 할 광강도분포의 편광방향간의 관계에 따라, 상기 제1의 광강도분포의 위상 및 상기 제2의 광강도분포의 위상을 결정하는 제2의 결정 단계; 상기 제1의 결정 단계에서 결정한 형상 및 상기 제2의 결정 단계에서 결정된 위상을 갖는 상기 제1의 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제1의 데이터와, 상기 제1의 결정 단계에서 결정된 형상 및 상기 제2의 결정 단계에서 결정된 위상을 갖는 상기 제2의 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제2의 데이터를 생성하는 생성 단계; 및 상기 생성 단계에서 생성된 상기 제1의 데이터와 상기 제2의 데이터를 통합하는 통합 단계를 포함하는, 생성 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 광원으로부터의 광으로 레티클을 조명하는 조명 광학계와, 상기 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계는, 계산기 홀로그램을 포함하고, 상기 계산기 홀로그램은, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하고, 상기 계산기 홀로그램은, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질을 각각 포함하는 복수의 이방성 셀과, 상기 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질을 각각 포함하는 복수의 등방성 셀을 구비하고, 상기 입사광의 제1의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 제1의 광강도분포를 형성하고, 상기 입사광의 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 상기 제1의 광강도분포와는 다른 제2의 광강도분포를 형성하고, 상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 영역에 있어서, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 같도록, 또는, π만큼 어긋나도록, 상기 복수의 이방성 셀 및 상기 복수의 등방성 셀의 치수 및 배열이 설정되는, 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징들을 첨부된 도면들을 참조하여 아래의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 일측면에 따른 계산기 홀로그램을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 계산기 홀로그램을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다.
도 3은, Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도PA가 -45°인 직선편광을 도시한 도면이다.
도 4는, 등위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향과의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는, 반전위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향과의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은, 이방성 셀을 포함하는 계산기 홀로그램을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다.
도 7은, 구조 복굴절을 생성하는 3차원 구조의 이방성 셀을 포함하는 계산기 홀로그램을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다.
도 8은, 임의의 편광방향을 포함하는 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도다.
도 9는, 계산기 홀로그램이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는, 도 9에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Ⅹ편광의 강도 및 Y편광의 강도를 도시한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는, 도 10a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 10b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상과의 조합의 일례를 도시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포, 및 Y편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포를 도시한 도면이다.
도 13은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램과를 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다.
도 14는, 계산기 홀로그램이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b는, 도 14에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Ⅹ편광의 강도 및 Y편광의 강도를 도시한 도면이다.
도 16a 및 도 16b는, 도 15a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 15b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상의 조합의 일례를 도시한 도면이다.
도 17a 및 도 17b는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포, 및 Y편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포를 도시한 도면이다.
도 18은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램을 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다.
도 19는, 계산기 홀로그램이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
도 20a 및 도 20b는, 도 19에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Ⅹ편광의 강도 및 Y편광의 강도를 도시한 도면이다.
도 21a 및 도 21b는, 도 20a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 20b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상의 조합의 일례를 도시한 도면이다.
도 22a 및 도 22b는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포, 및 Y편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포를 도시한 도면이다.
도 23은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램을 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다.
도 24는, 본 발명의 일측면에 따른 노광 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시예에 관하여 설명한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 부착하고, 그의 반복 설명은 하지 않겠다.
도 1은, 본 발명의 일측면에 따른 계산기 홀로그램(100)을 설명하기 위한 도면이다. 계산기 홀로그램(100)은, 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면PS(예를 들면, 개구의 위치)에 광강도분포(재생 상)LI를 형성한다. 계산기 홀로그램(100)은, 제1의 방향의 직선편광(편광 방향이 X축방향인 직선편광)으로서의 Ⅹ편광의 파면, 및 제2의 방향의 직선편광(편광 방향이 Y축방향인 직선편광)으로서의 Y편광의 파면에 서로 다른 위상분포를 준다. 이러한 동작에 따라, Ⅹ편광(입사광의 제1의 방향의 직선편광성분)이 제1의 광강도분포LI1을 형성하고, Y편광(입사광의 제2의 방향의 직선편광성분)이 제1의 광강도분포LI1과는 다른 제2의 광강도분포LI2를 형성한다. 또한, Ⅹ편광과 Y편광의 편광방향은, 서로 직교한다. X편광의 파면 및 Y편광의 파면에 서로 다른 위상 분포를 주어 특정의 광강도분포를 형성하고 서로 다른 광강도분포가 중첩하도록 형성하는 것에 대해서는, 상기한 일본국 공개특허공보 제2006-196715호에 개시되어 있다.
계산기 홀로그램(100)은, 소정면PS상의 제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 중첩되는 영역MA에 있어서, Ⅹ편광의 편광성분의 위상과 Y편광의 편광성분의 위상을, 같도록 또는, π만큼 어긋나도록 설정되어 있다. 이러한 설정으로, 계산기 홀로그램(100)에의 입사광이 Ⅹ편광 및 Y편광을 포함하는 직선편광일 경우에는, 계산기 홀로그램(100)은, 소정면PS상의 영역MA에, Ⅹ편광 및 Y편광의 편광방향과는 다른 편광방향의 직선편광에 의한 광강도분포LI3 및 LI4를 형성할 수 있다. 상기 제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 서로 중첩되는 영역MA는, 계산기 홀로그램(100)의 설계 타겟으로서, Ⅹ편광 및 Y편광의 편광방향과 다른 편광방향으로 형성하는 광강도분포(재생 상)의 영역이다. 바꾸어 말하면, 제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 서로 중첩되는 영역MA는, 계산기 홀로그램(100)의 제조 오차나 설계시의 불충분한 보정으로 인해 발생된 미소한 광강도분포가 형성된 영역은 아니다.
이하, Ⅹ편광의 파면 및 Y편광의 파면에 서로 다른 위상분포를 주는 계산기 홀로그램(100)에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 2는, 계산기 홀로그램(100)을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다. 계산기 홀로그램(100)은, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 사각형의 복수의 셀(110)을 가진다. 또한, 복수의 셀(110)은, 후술하는 바와 같이, 제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 서로 중첩되는 각 영역MA에 있어서, Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 같도록, 또는, π만큼 어긋나도록, 치수 및 배열이 설정되어 있다.
Ⅹ편광의 파면 및 Y편광의 파면에 서로 다른 위상분포를 주기 위해서는, 계산기 홀로그램(100)은, 각 편광방향에 대하여 파면을 독립적으로 제어해야 한다. 예를 들면, 계산기 홀로그램(100)이 2단계를 갖는 경우, 2개의 편광방향의 파면에 대하여 2값의 위상을 줄 필요가 있다. 이를 위해, 계산기 홀로그램(100)의 셀(110)은, 4종류의 셀구조를 가져야 한다. 도 2에 나타낸 셀(110a 내지 110d) 각각은, 이러한 4종류의 셀구조 중 1종류의 셀구조를 가진다. 계산기 홀로그램(100)은, 4종류의 셀(110)을 정방격자 모양으로 배열해서 구성되어 있다.
상기 복수의 셀(110)은, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질(112)과, 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질(114)로 구성된다. 보다 구체적으로는, 셀110a는 이방성 매질(112)만으로 구성되고, 셀110b는 이방성 매질(112) 및 등방성 매질(114)로 구성되고, 셀110c 및 110d 각각은 등방성 매질(114)만으로 구성된다. 여기서 등방성 매질(114)이 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는다는 것은, 이방성 매질(112)과 비교하여 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는다고 하는 의미다. 이 때문에, 본 실시예에서는, Ⅹ편광에 대한 굴절율과 Y편광에 대한 굴절율간의 차이가 0이상 0.001이하이면, 등방성 매질이라고 가정한다.
셀110a 내지 110d의 Z방향의 단차는, 등방성 매질(114)의 굴절율 n, 이방성 매질(112)의 Ⅹ편광에 대한 굴절율 nx 및 이방성 매질(112)의 Y편광에 대한 굴절율 ny를 사용해서 나타낼 수 있다. 본 실시예에서는, n=nx>ny가 될 경우의 예를 나타낸다.
2단(two-step)의 계산기 홀로그램(100)을 구성할 경우, 위상을 π만큼 어긋나게 할 필요가 있다. 이 상태를 실현하기 위해서는, 셀110a에 있어서의 이방성 매질(112)의 두께, 및 셀110c에 있어서의 등방성 매질(114)의 두께H1은, 이하의 식을 만족하면 좋다:
Figure 112010047227614-pct00002
셀110b에 있어서의 등방성 매질(114)의 두께, 다시 말해, 셀110c의 두께와 셀110b 또는 110d의 두께간의 차이(셀110c에 있어서의 등방성 매질(114)의 두께와 셀110d에 있어서의 등방성 매질(114)의 두께의 차이)H2는, 이하의 식을 만족하면 좋다:
Figure 112010047227614-pct00003
상기 셀110c에 입사하는 X편광을 기준으로 하면, 셀110a에 입사한 Ⅹ편광의 위상은 그 기준과 같다. 또한, 셀110c에 입사하는 Y편광을 기준으로 하면, 셀110a에 입사한 Y편광의 위상은 상기 기준으로부터 π만큼 어긋난다.
셀110c에 입사하는 X편광을 기준으로 하면, 셀110b에 입사한 Ⅹ편광의 위상은 상기 기준으로부터 π만큼 어긋난다. 또한, 셀110c에 입사하는 Y편광을 기준으로 하면, 셀110b에 입사한 Y편광의 위상은 그 기준과 같다.
셀110c에 입사하는 X편광을 기준으로 하면, 셀110d에 입사한 Ⅹ편광의 위상은 π만큼 어긋난다. 또한, 셀110c에 입사하는 Y편광을 기준으로 하면, 셀110d에 입사한 Y편광의 위상은 π만큼 어긋난다.
이렇게, 계산기 홀로그램(100)은, 도 2에 나타낸 4종류의 셀구조(셀110a 내지 110d)에 의해, 2개의 편광방향의 파면들에 대하여 2값의 위상을 줄 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 2에 나타낸 4종류의 셀구조는, Ⅹ편광 및 Y편광의 파면에 주어지는 위상의 조합, 즉 (0, π), (π, 0), (0, 0) 및 (π, π)의 4개의 조합의 예를 들고 있다.
구체적인 수치 예로서, nx=n=1.6, ny=1.4일 경우의 예를 든다. 이 경우, 입사광의 파장을 λ로 하면, 두께H1 및 H2 각각은, 2.5λ, 0.833λ인, 파장λ의 수배의 두께의 범위내에 속한다. 이들의 값은, 계산기 홀로그램의 셀들의 두께로서 현실적이다.
도 3은, Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도PA가 -45°인 직선편광을 도시한 도면이다. 도 3에 나타낸 직선편광이 계산기 홀로그램(100)에 입사되었을 경우, 전술한 제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 서로 중첩되는 영역MA는, 2개의 위상영역을 포함한다. 이들 2개의 위상영역은, Ⅹ편광(입사광의 제1의 방향의 직선편광성분)의 위상과 Y편광(입사광의 제2의 방향의 직선편광성분)의 위상이 같은 등위상 영역MA1과, Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 π만큼 어긋나고 있는 반전위상 영역MA2이다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 등위상 영역MA1에 광강도분포LI3를 형성하는 직선편광의 편광방향과, 반전위상 영역MA2에 광강도분포LI4를 형성하는 직선편광의 편광방향과는 서로 다르다.
보다 구체적으로는, 등위상 영역MA1에 있어서의 Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 같도록 설정함으로써, 등위상 영역MA1에 광강도분포LI3을 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향을 같게 한다. 바꾸어 말하면, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 등위상 영역MA1에 광강도분포LI3을 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향이 이루는 각도(예각)AG1에 Ⅹ축(제1의 방향) 및 Y축(제2의 방향)이 포함되지 않도록 설정된다. 이 경우에, 예를 들면, Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 -45°인 직선편광(도 3 참조)을 입사광이라고 했을 경우, 등위상 영역MA1에 광강도분포LI3을 형성하는 직선편광의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도는, -90°보다 크고 0°보다 작다. 이때, 도 4는, 등위상 영역MA1에 광강도분포LI3을 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향간의 관계를 도시한 도면이다.
또한, 반전위상 영역MA2에 있어서의 Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 π만큼 어긋나도록 함으로써, 입사광의 편광방향이 반전위상 영역MA2에 광강도분포LI4를 형성하는 직선편광의 편광방향과 수직하게 된다. 바꾸어 말하면, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 반전위상 영역MA2에 광강도분포LI4을 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향이 형성하는 각도(예각)AG2에 Ⅹ축(제1의 방향) 및 Y축(제2의 방향)이 포함되도록 설정된다. 이 경우에, 예를 들면, 입사광이 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 -45°인 직선편광(도 3 참조)인 경우, 반전위상 영역MA2에 광강도분포LI4를 형성하는 직선편광의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도는, 0°보다 크고 90°보다 작다. 이때, 도 5는, 반전위상 영역MA2에 광강도분포LI4을 형성하는 직선편광의 편광방향과 입사광의 편광방향간의 관계를 도시한 도면이다.
제1의 광강도분포LI1과 제2의 광강도분포LI2가 서로 중첩되는 각 영역MA에 있어서의 직선편광의 편광방향의 각도는 Ⅹ편광의 진폭과 Y편광의 진폭간의 비율로 결정되기 때문에, Ⅹ편광의 진폭과 Y편광의 진폭이 같은 광을 계산기 홀로그램(100)에 입사하면 좋다. 보다 구체적으로는, 직선편광, 예를 들면, 도 3에 나타나 있는 바와 같은 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도PA가 -45°인 직선편광을 입사광으로 하면 좋다.
본 실시예에서는, 계산기 홀로그램(100)이, 윤대조명과 같이, Ⅹ편광과 Y편광의 비율이 동일한 광강도분포를 형성하는 경우를 가정하고, Ⅹ편광의 진폭과 Y편광의 진폭이 같은 직선편광을 입사광으로 한다. 그렇지만, Ⅹ편광과 Y편광의 비율이 다른 광강도분포를 형성할 경우에는, 높은 효율을 얻기 위해서, Ⅹ편광의 진폭과 Y편광의 진폭이 다른 편광을 입사광으로 해서 거기에 대응한 계산기 홀로그램을 설계하는 것도 가능하다. 또한, 원편광을 입사광으로 하는 것도 가능하지만, 이 경우에는, 계산기 홀로그램(100)의 각 셀의 두께를 변경할 필요가 있다.
일례에서는, 모든 셀의 이방성 매질(112)의 광학축의 방향을 동일하게 해도 좋다. 도 2에 나타낸 모든 셀의 이방성 매질(112)의 광학축이 같은 방향일 경우, 적어도 1개의 셀(본 실시예에서는, 셀110b)은, 이방성층으로 구성된 이방성 매질(112)과, 등방성층으로 구성된 등방성 매질(114)을 포함한다. 여기에서, 광학축이란, 이방성 매질(112)에 있어서 굴절율이 일정해져, 비편광 광을 이방성 셀에 입사하여도 복굴절을 발생하지 않아, 만약에 있다면 통상 광선과 이상광선이 서로 일치하거나, 또는, 편차가 최소가 되는 방향의 축을 의미한다.
다른 예에서는, 각각의 셀의 이방성 매질(112)의 광학축의 방향을 다르게 해도 좋다. 도 6은, 이방성 셀을 포함하는 계산기 홀로그램(100)을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다. 계산기 홀로그램(100)의 셀들이 광학축의 방향을 같지 않게 하는 경우, 다시 말해, 셀마다 광학축의 방향을 자유롭게 선택할 경우, 4종류의 셀의 각각을, 이방성 매질(112) 또는 등방성 매질(114)만으로 구성하는 것이 가능해진다. 이 경우, 계산기 홀로그램(100)은, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 제1의 이방성 셀110aO와, 제2의 이방성 셀110bO와, 제1의 등방성 셀110cO와, 제2의 등방성 셀110dO로 구성된다. 제1의 이방성 셀110aO 및 제2의 이방성 셀110bO는, 예를 들면, 복굴절 재료로 구성된다. 제1의 이방성 셀110aO의 광학축OA1의 방향과 제2의 이방성 셀110bO의 광학축OA2의 방향은 다르고, 예를 들면 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 그들은 서로 수직하게 교차한다.
또한, 도 6에 나타낸 계산기 홀로그램(100)의 4종류의 셀110aO 내지 110dO에 있어서, 입사광의 2개의 편광방향의 위상을 동일하게 하거나, 또는, π만큼 어긋나게 한 광성분 설정 기능은, 도 2에 나타낸 계산기 홀로그램(100)의 4종류의 셀110a 내지 110d와 같다.
제1의 이방성 셀110aO 및 제2의 이방성 셀110bO의 두께(Z방향의 두께)h1, 제1의 등방성 셀110cO의 두께h2, 제2의 등방성 셀110dO의 두께h3은, 이하의 3종류의 굴절율(제1의 굴절율 내지 제3의 굴절율)을 사용해서 나타낼 수 있다. 제1의 굴절율은, 제1의 이방성 셀110aO의 Ⅹ편광에 대한 굴절율nE 및 제2의 이방성 셀110bO의 Y편광에 대한 굴절율nE이다. 제2의 굴절율은, 제1의 이방성 셀110aO의 Y편광에 대한 굴절율nO 및 제2의 이방성 셀110bO의 Ⅹ편광에 대한 굴절율nO이다. 제3의 굴절율은, 제1의 등방성 셀110c 및 제2의 등방성 셀110d의 굴절율n이다. 본 실시예에서는 nO>nE이 될 경우의 예를 게시하고 있다.
2단의 계산기 홀로그램(100)을 구성할 경우, 위상을 π만큼 어긋나게 할 필요가 있다. 이 상태를 실현하기 위해서는, 제1의 이방성 셀110aO 및 제2의 이방성 셀110bO의 두께h1은, 이하의 식을 만족하면 좋다:
Figure 112010047227614-pct00004
제1의 등방성 셀110cO의 두께h2은, 제1의 이방성 셀110a0의 Y편광에 대한 굴절율nO 및 제2의 이방성 셀110b0의 Ⅹ편광에 대한 굴절율nO에 의한 파면과 일치하는 파면을 형성하기 위해서, 이하의 식을 만족하면 좋다:
Figure 112010047227614-pct00005
또한, 제2의 등방성 셀110dO의 두께h3은, 제1의 이방성 셀110aO의 Ⅹ편광에 대한 굴절율nE 및 제2의 이방성 셀110bO의 Y편광에 대한 굴절율nE에 의한 파면과 일치하는 파면을 형성하기 위해서, 이하의 식을 만족하면 좋다:
Figure 112010047227614-pct00006
구체적인 수치 예로서, nO=1.6, nE=1.4, n=1.5일 경우를 예로 든다. 이 경우, 두께h1, h2 및 h3의 각각은, 입사광의 파장을 λ로 하여, 2.5λ, 2λ 및 3λ인, 파장의 수배내에 속한다. 이들의 값들은, 계산기 홀로그램의 셀들의 두께로서 현실적이다.
제1의 이방성 셀110aO 및 제2의 이방성 셀110bO 각각은, 구조 복굴절을 발생하는 회절격자(3차원 구조)로 구성되어도 좋다. 도 7은, 구조 복굴절을 발생하는 회절격자로 구성된 이방성 셀을 포함하는 계산기 홀로그램(100)을 구성하는 셀구조를 나타내는 개략적인 사시도다. 도 7에 나타낸 계산기 홀로그램(100)은, 제1의 이방성 셀110al과, 제2의 이방성 셀110bl과, 제1의 등방성 셀110cl과, 제2의 등방성 셀110dl을 갖는다.
상기 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl 각각은, 상기한 바와 같이, 구조 복굴절을 발생하는 회절격자로 구성된다. 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl 각각은, 예를 들면, 0차이외의 회절광 성분의 발생을 방지하기 위해서, 입사광의 파장보다도 작은 피치P의 주기구조를 가지는 1차원 회절격자로 구성된다.
상기 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl은, 제1의 이방성 셀110al의 주기구조의 상기 피치의 방향과 제2의 이방성 셀110bl의 주기구조의 상기 피치의 방향이 서로 다르도록 구성되어 있다. 이에 따라, Ⅹ편광의 파면을 Y편광의 파면보다도 빨라지게 하는 셀과 Ⅹ편광의 파면을 Y편광의 파면보다도 늦추는 셀을 실현할 수 있다.
구조 복굴절을 발생하는 회절격자는, 예를 들면 석영으로 이루어진 회절격자로서 일본국 공개특허공보 특개2006-196715호에 개시되어 있다. 일본국 공개특허공보 특개2006-196715호에 의하면, 석영은 파장 193nm에서는 1.56의 굴절율을 갖고, 구조 복굴절 영역의 회절격자의 듀티비를 1:1(=0.5)로 하면, 회절격자의 피치 방향의 굴절율 n⊥은 1.19이고, 피치 직교 방향의 상기 회절격자의 굴절율nII은 1.31이다.
각 이방성 셀이 구조 복굴절을 발생하는 회절격자로 구성되어 있는 경우에도, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 두께h1'은, h1을 h1'로 바꿔 놓은 수식(4)을 만족하면 좋다. 마찬가지로, 제1의 등방성 셀110cl의 두께h2'는 h2을 h2'로 바꿔 놓은 수식(5)를 만족하면 좋고, 제2의 등방성 셀110dl의 두께h3'은 h3을 h3'으로 바꿔 놓은 수식(6)을 만족하면 좋다.
구체적인 수치 예로서, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl을 파장 λ=193nm에 대응한 석영으로 구성한 경우를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 석영의 굴절율을 1.56, 회절격자의 피치 방향의 굴절율n⊥을 1.19, 피치 직교 방향의 굴절율nII을 1.31로 한다. 수식(4) 내지 수식(6)을 사용하여, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 두께h1', 제1의 등방성 셀110cl의 두께h2' 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께h3'을 얻기 위해서는, nE을 n⊥로 바꿔 놓고, nO를 nII로 바꿔 놓으면 좋다. 이 경우, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 두께h1'은, 수식(4)로부터, 4.17λ다. 이러한 두께는, 파장판의 1종류인 λ/2판의 두께와 같다. 또한, 제1의 등방성 셀110cl의 두께h2' 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께h3'은, 수식(5) 및 (6)으로부터, 1.41λ 및 2.31λ이 되어, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 두께h1'보다도 작다. 이렇게, 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 두께h1', 제1의 등방성 셀110cl의 두께h2' 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께h3'은, λ/2판의 두께의 범위 내에 속한다. 4.17λ는, 계산기 홀로그램의 셀의 두께로서 현실적이다.
본 실시예에서는, 2단의 계산기 홀로그램일 경우를 예로 들어 설명했기 때문에, 계산기 홀로그램(100)은, 1종류의 두께의 이방성 셀과, 2종류의 두께의 등방성 셀로 구성되어 있다. 그렇지만, 본 발명은, 2단의 계산기 홀로그램에 특별히 한정되지 않고, 2단보다도 많은 다단의 계산기 홀로그램에 적용하고, 이는 1종류의 두께보다도 많은 이방성 셀과, 2종류의 두께보다도 많은 등방성 셀로 구성된다. 본 실시예에서는, 구조 복굴절을 발생하는 상기 회절격자로서 1차원 회절격자를 사용하고, 2차원 회절격자를 사용하여도 된다.
이때, 본 실시예는 계산기 홀로그램(100)의 셀구조에 대해서만 예를 들었지만, 도 2, 도 6 및 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 특성이 다른 재질을 결합시키는 것은 어렵다. 또한, 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 각 이방성 셀이 구조 복굴절을 발생하는 회절격자로 형성되는 경우, 그 회절격자가 공중에 뜬 상태로 되어 있어, 이 상태를 유지하는 것은 어렵다. 이러한 점에서, 실제로, 전술한 이방성 셀 및 등방성 셀은, 예를 들면 석영등의 기판으로 이루어진 기판 위에 형성되어 있다.
이하, 계산기 홀로그램(100)의 구체적인 설계 예에 관하여 설명한다. 도 8은, 임의의 편광방향을 포함하는 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램(100)을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도다.
도 9에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI5을 타겟 상(image)으로 하는 계산기 홀로그램(100)의 설계 예에 관하여 설명한다. 광강도분포LI5에 있어서의 편광방향PD는 복수의 편광방향을 포함하고, 각 픽셀에 있어서 동심원의 원주방향과 일치한다(즉, S편광에 해당함). 이때, 도 9는, 계산기 홀로그램(100)이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 단계SlOO2에 있어서, 계산기 홀로그램(100)에 입사되는 광(입사광)의 편광방향(편광상태)을 결정한다. 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 -45°인 직선편광(도 3 참조)을 입사광이라고 결정한다. 따라서, 도 9에 나타낸 타겟 상은, Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 같은 타겟 상이다.
다음에, 단계SlOO4에 있어서, 타겟 상을 Ⅹ편광(Ⅹ편광성분)과 Y편광(Y편광성분)으로 분할한다. 바꾸어 말하면, Ⅹ편광에 의한 타겟 상과 Y편광에 의한 타겟 상으로 그 타겟 상을 분할하고, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 형상을 결정한다(제1의 결정 단계). 예를 들면, Ⅹ편광과 Y편광의 강도비에 따라, 타겟 상을 분할한다. 본 실시예에서는, 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할하고 있지만, 타겟 상은, 편광방향이 직교하는 2개의 방향으로 분할하면 좋다. 또한, 편광방향이 직교하는 2개의 방향은, 그 분할된 입사광빔의 존스(Jones) 벡터의 내적이 0이라고 해석할 수도 있다.
도 10a는, 도 9에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우, Ⅹ편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다. 도 10b는, 도 9에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우, Y편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다. 타겟 상이 Ⅹ편광에 의한 광강도분포 및 Y편광에 의한 광강도분포만으로 구성되어 있는 것이라면, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 광강도분포에 대응한 계산기 홀로그램을 제조하기 위한 데이터를 생성하면 좋다. 이때, 도 9에 나타낸 타겟 상은, Ⅹ편광 및 Y편광의 양쪽을 포함하는 광강도분포LI5로 구성되어 있기 때문에, 타겟 상의 강도(진폭)뿐만아니라, 그 위상도 고려할 필요가 있다.
이어서, 단계SlOO6에 있어서, 입사광의 편광방향(도 3 참조)과 타겟 상의 편광방향(도 9 참조)의 관계에 따라, 단계SlOO4에서 분할한 2개의 타겟 상의 위상을 결정한다(제2의 결정 단계). 본 실시예에서는, 타겟 상의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도는, -90°보다 크고 0°보다 작다. 따라서, 도 9에 나타낸 타겟 상은, 타겟 상의 편광방향과 입사광의 편광방향이 같거나, 또는, 양쪽 편광방향이 형성하는 각도(예각)에 Ⅹ편광 및 Y편광의 편광방향이 포함되지 않는, 등위상 영역의 광강도분포LI5로 구성되어 있다. 이러한 구성을 달성하기 위해서, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 같게 설정하면 좋다.
도 11a 및 도 11b는, 도 10a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 10b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상의 조합의 일례를 도시한 도면이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 실시예에서는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 모두 0로 설정하고 있다. 이것은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 랜덤하게 결정할 수 있다는 의미가 아니고, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 0으로 설정하는 것을 의미한다. 또한, 도 11a 및 도 11b는, 위상의 조합의 일례를 보이고 있는 것뿐이며, 등위상 영역에 있어서 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상이 같으면, 위상의 조합은 임의로 선택할 수 있다.
다음에, 단계SlOO8에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제1의 데이터를 생성한다. 마찬가지로, 단계SlOlO에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Y편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Y편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제2의 데이터를 생성한다.
본 실시예와 같이, 타겟 상에 위상정보가 포함되는 경우에는, 계산기 홀로그램을 규정하기 위한 데이터의 생성(즉, 계산기 홀로그램의 설계)을, IFTA(반복 푸리에(Fourier) 변환 알고리즘)로 행하는 것은 곤란하다. 이것은, IFTA에서는, 타겟 상의 재현성을 높이는 수단으로서, 타겟 상의 위상을 사용하기 때문이다.
이러한 점에서, 본 실시예에서는, DBS(다이렉트 바이너리 서치)를 사용하여, Ⅹ편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하는 계산기 홀로그램의 설계, 및 Y편광에 의한 타겟 상 및 그 위상에 대응하는 계산기 홀로그램의 설계를 행했다. 그 DBS는, 계산기 홀로그램을 구성하는 1개의 셀의 위상을 변경하고, 타겟 상의 평가함수의 값이 개선되면 그 변경을 채용하고, 전보다 나빠지면 그 변경을 취소하는 처리를, 계산기 홀로그램을 구성하는 모든 셀에 대하여 반복하는 수법이다. 그 DBS는, "Synthesis of digital holograms by direct binary search", APPLIED OPTICS, Vol.26, No.14, 15 July 1987, 2788-2798에 개시되어 있고, 여기서 그 상세한 설명은 생략한다.
요즘은, DBS를 개량한 버전으로서 시뮤레이티드 어닐링등의 여러 가지 방법들이 제안되어 있다. 본 실시예에서는, 가장 단순한 방법, 즉 계산기 홀로그램(100)의 구체적인 설계 예의 설명의 편의를 위해 상기 DBS를 사용한다. 실제로, 위상을 포함하는 타겟 상에 대응한 계산기 홀로그램을 설계할 수 있는 것이라면, DBS뿐만 아니라에 모든 설계 방법을 사용하여도 된다.
도 12a는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상(도 10a) 및 그 위상(도 11a)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제1의 데이터)를 도시한 도면이다. 또한, 도 12b는, Y편광에 의한 타겟 상(도 10b) 및 그 위상(도 11b)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제2의 데이터)를 도시한 도면이다.
이어서, 단계SlO12에 있어서, 단계SlOO8에서 생성된 제1의 데이터(도 12a) 및 SlOlO에서 생성된 제2의 데이터(도 12b)를 통합한다.
계산기 홀로그램에 있어서의 Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상과의 조합은, (0, π), (π, 0), (0, 0) 및 (π, π)의 4종류가 존재한다. 이들 4종류의 위상의 조합에 대응한 계산기 홀로그램의 셀구조로서는, 도 2, 도 6 또는 도 7에 나타낸 셀구조를 사용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 9에 나타낸 타겟 상을 형성하는 계산기 홀로그램은, 도 2, 도 6 또는 도 7에 나타낸 셀구조를 갖는다.
4종류의 위상의 조합에 대응한 계산기 홀로그램의 셀구조를 구체적으로 나타낸다. 예를 들면, Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상과의 조합이 (0, π)인 경우에는, 도 2에 나타낸 셀110a, 도 6에 나타낸 셀110aO 또는 도 7에 나타낸 셀110al을 채용한다. Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상과의 조합이 (π, 0)인 경우에는, 도 2에 나타낸 셀110b, 도 6에 나타낸 셀110bO 또는 도 7에 나타낸 셀110bl을 채용한다. Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상과의 조합이 (0, 0)인 경우에는, 도 2에 나타낸 셀110c, 도 6에 나타낸 셀110c0 또는 도 7에 나타낸 셀110cl을 채용한다. Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상과의 조합이 (π, π)인 경우에는, 도 2에 나타낸 셀110d, 도 6에 나타낸 셀110dO 또는 도 7에 나타낸 셀110dl을 채용한다.
도 13은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 12a)과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 12B)을 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다. 도 13에 나타낸 계산기 홀로그램은, 도 7에 나타낸 셀구조를 갖지만, 도 2에 나타낸 셀구조 또는 도 6에 나타낸 셀구조를 가져도 된다.
도 13에 있어서, 농도(density)는 각 셀의 두께(Z방향)를 나타낸다. 색이 화이트에 가까울수록 보다 두꺼운 두께를 나타내고, 블랙에 가까울수록 보다 얇은 두께를 나타낸다. 도 13에 나타낸 수치는, 계산기 홀로그램에 있어서의 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 내부의 두께, 및 제1의 등방성 셀110cl 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께를 나타낸다(단위: ㎛). 이때, 도 13에 나타낸 수치는, 파장 193nm에 대한 굴절율이 1.56의 석영으로 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl을 구성했을 경우의 예를 든 것이다.
도 13에 나타낸 계산기 홀로그램에, 도 3에 나타나 있는 바와 같은 직선편광이 입사되는 경우에, 이 홀로그램은, 도 9에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI5(즉, S편광에 의한 다이폴(dipole) 조명)을 형성할 수 있다. 도 9에 나타낸 광강도분포LI5의 편광방향PD 모두가, 입사광의 편광방향과 같은 방향일 경우에는, 종래기술에 있어서 등방성 매질만으로 계산기 홀로그램을 구성하는 것이 가능하다. 그렇지만, 이러한 경우이여도, 본 실시예와 같이, 타겟 상을 2개의 직교하는 편광방향으로 분할하고, 각각의 편광방향에 대응하는 계산기 홀로그램을 통합시켜도 좋다. 이에 따라 계산기 홀로그램이 형성하는 광강도분포(재생 상)의 스페클(speckle)을 저감시킬 수 있다.
도 14에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI6을 타겟 상이라고 하는 계산기 홀로그램(100)의 설계 예에 관하여 설명한다. 광강도분포LI6에 있어서의 편광방향PD는, 복수의 편광방향을 포함하고, 각 픽셀에 있어서 동심원방향의 원주방향에 일치한다(즉, S편광에 해당한다). 또한, 도 14에 나타낸 광강도분포LI6을 타겟 상으로 하는 계산기 홀로그램(100)의 설계에 있어서도, 도 8에 나타낸 임의의 편광방향을 포함하는 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램(100)을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 방법을 적용할 수 있다. 이때, 도 14는, 계산기 홀로그램(100)이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
단계SlOO2에 있어서, 계산기 홀로그램(100)에 입사되는 광(입사광)의 편광방향(편광상태)을 결정한다. 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, Ⅹ 축에 대한 편광방향의 각도가 -45°인 직선편광(도 3 참조)을 입사광이라고 결정한다. 따라서, 도 14에 나타낸 타겟 상은, Ⅹ편광의 위상과 Y편광의 위상이 π만큼 어긋나 있는 타겟 상이다.
다음에, 단계SlOO4에 있어서, 타겟 상을 Ⅹ편광(Ⅹ편광성분)과 Y편광(Y편광성분)으로 분할한다. 바꾸어 말하면, 그 타겟 상을 Ⅹ편광에 의한 타겟 상과 Y편광에 의한 타겟 상으로 분할하고, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 형상을 결정한다(제1의 결정 단계).
도 15a는, 도 14에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Ⅹ편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다. 도 15b는, 도 14에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Y편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다.
이어서, 단계SlOO6에 있어서, 입사광의 편광방향(도 3 참조)과 타겟 상의 편광방향(도 14 참조)의 관계에 따라, 단계SlOO4에서 분할한 2개의 타겟 상의 위상을 결정한다(제2의 결정 단계). 본 실시예에서는, 타겟 상의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도는, 0°보다 크고 90°보다 작다. 따라서, 도 14에 나타낸 타겟 상은, 타겟 상의 편광방향과 입사광의 편광방향이 수직이거나, 또는, 양쪽 편광방향이 형성하는 각도(예각)내에 Ⅹ편광 및 Y편광의 편광방향이 포함되는, 반전위상 영역의 광강도분포LI6로 구성되어 있다. 이러한 구성을 실현하기 위해서, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 π만큼 어긋나도록 설정하면 좋다.
도 16a 및 도 16b는, 도 15a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 15b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상과의 조합의 일례를 도시한 도면이다. 도 16a 및 도 16b를 참조하면, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상은, 위상반전 영역에서 같은 셀의 위치에서 반전된다. 도 16a 및 도 16b는, 위상의 조합의 일례를 보이고 있는 것 뿐이며, 반전위상 영역에 있어서 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상이 π만큼 어긋나 있으면, 위상의 조합은 임의로 선택할 수 있다.
다음에, 단계SlOO8에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제1의 데이터를 생성한다. 마찬가지로, 단계SlOlO에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Y편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Y편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제2의 데이터를 생성한다.
도 17a는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상(도 15a) 및 그 위상(도 16a)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제1의 데이터)를 도시한 도면이다. 도 17b는, Y편광에 의한 타겟 상(도 15b) 및 위상(도 16b)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제2의 데이터)를 도시한 도면이다.
이어서, 단계SlO12에 있어서, 단계SlOO8에서 생성된 제1의 데이터(도 17a) 및 단계SlOlO에서 생성된 제2의 데이터(도 17b)를 통합한다.
도 18은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 17a)과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 17b)을 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다. 또한, 도 18에 나타낸 계산기 홀로그램은, 도 7에 나타낸 셀구조를 갖지만, 도 2에 나타낸 셀구조 또는 도 6에 나타낸 셀구조를 가져도 된다.
도 18에 있어서, 농도는, 각 셀의 두께(Z방향)를 나타낸다. 색이 화이트에 가까울수록 보다 두꺼운 두께를 나타내고, 블랙에 가까울수록 보다 얇은 두께를 나타낸다. 도 18에 나타낸 수치는, 계산기 홀로그램(100)에 있어서의 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 내부의 두께, 및 제1의 등방성 셀110cl 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께를 나타낸다(단위: ㎛). 이때, 도 18에 나타낸 수치는, 파장 193nm에 대한 굴절율이 1.56의 석영의 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl을 구성했을 경우의 예를 든 것이다.
도 18에 나타낸 계산기 홀로그램에 도 3에 나타나 있는 바와 같은 직선편광이 입사된 경우에, 이 홀로그램은, 도 14에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI6(즉, S편광에 의한 다이폴 조명)을 형성할 수 있다.
도 19에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI7을 타겟 상으로 하는 계산기 홀로그램(100)의 설계 예에 관하여 설명한다. 광강도분포LI7에 있어서의 편광방향PD는, 복수의 편광방향PDl 내지PD4를 포함하고, 각 픽셀에 있어서 동심원의 원주방향에 일치한다(즉, S편광에 해당한다). 이렇게, 광강도분포LI7은, 등위상 영역과 반전위상 영역을 포함한다. 또한, 도 19에 나타낸 광강도분포LI7을 타겟 상으로 하는 계산기 홀로그램(100)의 설계에도, 도 8에 나타낸 임의의 편광방향을 포함하는 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램(100)을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 방법을 적용할 수 있다. 이때, 도 19는, 계산기 홀로그램(100)이 형성하는 광강도분포(타겟 상)의 일례를 도시한 도면이다.
단계SlOO2에 있어서, 계산기 홀로그램(100)에 입사되는 광(입사광)의 편광방향(편광상태)을 결정한다. 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 -45°인 직선편광(도 3 참조)을 입사광이라고 결정한다.
다음에, 단계SlOO4에 있어서, 타겟 상을 Ⅹ편광(Ⅹ편광성분)과 Y편광(Y편광성분)으로 분할한다. 바꾸어 말하면, 타겟 상을 Ⅹ편광에 의한 타겟 상과 Y편광에 의한 타겟 상으로 분할하여, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 Y편광에 의한 타겟 상의 형상을 결정한다(제1의 결정 단계).
도 20a는, 도 19에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Ⅹ편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다. 도 20b는, 도 19에 나타낸 타겟 상을 Ⅹ편광과 Y편광으로 분할했을 경우의 Y편광의 강도(광강도분포)를 보이고 있다. 타겟 상이 편광방향PD3 및 PD4를 포함하지 않고 있으면, 도 20a 및 도 20b에 나타낸 광강도분포에 대응한 계산기 홀로그램을 제조하기 위한 데이터를 생성하면 좋다. 이 경우, 계산기 홀로그램의 설계에 널리 이용되고 있는 반복 푸리에 변환법등을 사용할 수 있다. 이때, 도 19에 나타낸 타겟 상은, 편광방향PD3 및 PD4를 포함하고 있기 때문에, 타겟 상의 강도(진폭)뿐만아니라, 위상도 고려할 필요가 있다.
이어서, 단계SlOO6에 있어서, 입사광의 편광방향(도 3 참조)과 타겟 상의 편광방향(도 19 참조)의 관계에 따라, 단계SlOO4에서 분할한 2개의 타겟 상의 위상을 결정한다(제2의 결정 단계). 타겟 상의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 -90°보다 크고 0°보다 작은 경우(예를 들면, 편광방향PD3), 즉, 이 편광방향이 등위상 영역일 경우, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 동일하게 설정한다. 타겟 상의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 0°보다 크고 90°보다 작은 경우(예를 들면, 편광방향PD4), 즉, 이 편광방향이 반전위상 영역일 경우, Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상을 π만큼 어긋나게 설정한다.
도 21a 및 도 21b는, 도 20a에 나타낸 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 도 20b에 나타낸 Y편광에 의한 타겟 상의 위상과의 조합의 일례를 도시한 도면이다. 또한, 도 21a 및 도 21b는, 위상의 조합의 일례를 보이고 있는 것 뿐이다. 등위상 영역에 있어서 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상이 같고, 반전위상 영역에 있어서 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상과 Y편광에 의한 타겟 상의 위상이 π만큼 어긋나 있으면, 위상의 조합은 임의로 선택할 수 있다.
타겟 상의 Ⅹ축에 대한 편광방향의 각도가 0°일 경우(예를 들면, 편광방향PD1) 또는 90(-90)°일 경우(예를 들면, 편광방향PD2), Ⅹ편광 또는 Y 편광만으로 타겟 상이 형성되어서, 위상을 임의로 선택할 수 있다. 또한 스페클의 발생을 방지하기 위해서, 인접한 영역과 위상을 서로 같게 하여도 된다.
다음에, 단계SlOO8에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Ⅹ편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제1의 데이터를 생성한다. 마찬가지로, 단계SlOlO에 있어서, 단계SlOO4에서 분할한 Y편광에 의한 타겟 상의 형상 및 단계SlOO6에서 결정한 Y편광에 의한 타겟 상의 위상에 대응하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제2의 데이터를 생성한다.
도 22a는, Ⅹ편광에 의한 타겟 상(도 20a) 및 그 위상(도 21a)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제1의 데이터)를 도시한 도면이다. 도 22b는, Y편광에 의한 타겟 상(도 20b) 및 그 위상(도 21b)에 대응하도록 설계된 계산기 홀로그램의 위상분포(제2의 데이터)를 도시한 도면이다.
이어서, 단계SlO12에 있어서, 단계SlOO8에서 생성된 제1의 데이터(도 22a) 및 단계SlOlO에서 생성된 제2의 데이터(도 22b)를 통합한다.
도 23은, Ⅹ편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 22a)과 Y편광에 의한 타겟 상에 대응하는 계산기 홀로그램(도 22b)을 통합한 계산기 홀로그램의 두께를 도시한 도면이다. 도 23에 나타낸 계산기 홀로그램은, 도 7에 나타낸 셀구조를 갖지만, 도 2에 나타낸 셀구조 또는 도 6에 나타낸 셀구조를 가져도 된다.
도 23에 있어서, 농도는 각 셀의 두께(Z방향)를 나타낸다. 색이 화이트에 가까울수록 보다 두꺼운 두께를 나타내고, 블랙에 가까울수록 보다 얇은 두께를 나타낸다. 도 23에 나타낸 수치는, 계산기 홀로그램(100)에 있어서의 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl의 내부의 두께, 및 제1의 등방성 셀110cl 및 제2의 등방성 셀110dl의 두께를 나타낸다(단위: ㎛). 이때, 도 23에 나타낸 수치는, 파장 193nm에 대한 굴절율이 1.56의 석영으로 제1의 이방성 셀110al 및 제2의 이방성 셀110bl을 구성했을 경우의 예를 든 것이다.
도 23에 나타낸 계산기 홀로그램에 도 3에 나타나 있는 바와 같은 직선편광이 입사된 경우에, 이 홀로그램은, 도 19에 나타나 있는 바와 같은 광강도분포LI7(즉, S편광에 의한 윤대 조명)을 형성할 수 있다.
또한, 도 23에 나타낸 계산기 홀로그램에 대하여 Ⅹ편광을 입사하면, 이 홀로그램은 도 20a에 나타낸 광강도분포(타겟 상)를 형성한다. 도 23에 나타낸 계산기 홀로그램에 대하여 Y편광을 입사하면, 이 홀로그램은 도 20b에 나타낸 광강도분포(타겟 상)를 형성한다. 따라서, 도 23에 나타낸 계산기 홀로그램의 설계 과정을 알지 못하는 경우에도, 이 홀로그램에 Ⅹ편광 또는 Y편광을 입사시킴으로써 각 편광방향에 대한 타겟 상을 특정할 수 있다. 추가로, 계산기 홀로그램이 Ⅹ편광 및 Y편광에 대응하게 설계되지 않은 경우에도, 직선편광의 편광방향을 연속적으로 변화시키면서 상기 홀로그램에 직선편광을 조사하여서 각 편광방향에 대한 타겟 상을 특정할 수 있다.
종래기술에서는, 타겟 상의 편광방향의 수만큼, 서브CGH의 종류가 필요하기 때문에, 편광방향을 각 픽셀에서 연속적으로 변화시키는 것이 곤란했다. 한편, 본 실시예는, 상기한 바와 같이, 각 픽셀에서의 편광방향을 연속적으로 변화시킬 수 있는 계산기 홀로그램을 제공할 수 있다.
본 실시예에서는 계산기 홀로그램을 구성하는 셀의 수가 적은 경우를 예로 들어 설명했지만, 계산기 홀로그램의 셀의 수를 증가시켜도 원하는 형상 및 편광상태의 광강도분포를 형성할 수 있다. 계산기 홀로그램을 구성하는 셀의 수를 증가시킴으로써, 광강도분포(타겟 상)를 분할하는 픽셀 사이즈가 작게 하고, 균일한 광강도분포를 형성하는 것이 가능해진다.
이하, 도 24를 참조하여, 본 발명에 따른 계산기 홀로그램(100)을 적용한 노광 장치(1)에 관하여 설명한다. 도 24는, 본 발명의 일측면에 따른 노광 장치(1)의 구성을 도시한 도면이다.
노광 장치(1)는, 본 실시예에서는 스텝 앤드 스캔 방식으로 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 전사하는 투영 노광 장치다. 그렇지만, 노광 장치(1)는, 스텝 앤드 리피트 방식이나 그 밖의 노광 방식도 채용할 수 있다.
노광 장치(1)는, 도 24에 나타나 있는 바와 같이, 조명 장치(10)와, 레티클(20)을 지지하는 레티클 스테이지(도면에 나타내지 않는다)와, 투영 광학계(30)와, 그 웨이퍼(40)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(도면에 나타내지 않는다)를 구비한다.
조명 장치(10)는, 전사용의 회로 패턴이 형성된 레티클(20)을 조명하고, 광원(16)과, 조명 광학계(18)를 가진다.
광원(16)은, 예를 들면, 파장 약 193nm의 ArF엑시머레이저, 파장 약 248nm의 KrF엑시머레이저 등의 엑시머레이저다. 그렇지만, 광원(16)은, 특별히 엑시머레이저에 한정되지 않고, 파장 약 157nm의 F2레이저나 파장 범위가 좁은 수은램프등이어도 좋다.
조명 광학계(18)는, 광원(16)으로부터의 광을 사용해서 상기 레티클(20)을 조명하고, 본 실시예에서는 소정의 조도를 확보하면서 소정의 편광상태에서 레티클(20)에 변형 조명을 행한다. 본 실시예에서, 조명 광학계(18)는, 광 확장 광학계(181)와, 빔 정형광학계(182)와, 편광제어부(183)와, 위상제어부(184)와, 사출 각도 보존 광학소자(185)와, 릴레이 광학계(186)와, 다광속(multibeam) 발생부(187)와, 편광상태 조정부(194)와, 계산기 홀로그램(100)을 포함한다. 또한, 조명 광학계(18)는, 릴레이 광학계(188)와, 애퍼추어(aperture)(189)와, 줌 광학계(190)와, 다광속 발생부(191)와, 개구 조리개(192)와, 조사부(193)를 포함한다.
광 확장 광학계(181)는, 광원(16)으로부터의 광을 편향해서 빔 정형광학계(182)에 도광한다. 빔 정형광학계(182)는, 광원(16)으로부터의 광의 단면의 종횡비율을 원하는 값으로 변환해서(예를 들면, 단면형상을 장방형으로부터 정방형으로 변경해서), 광원(16)으로부터의 광의 단면을 원하는 형상으로 정형한다. 빔 정형광학계(182)는, 다광속 발생부(187)를 조명하기 위해서 필요한 크기 및 발산각을 갖는 광속(light beam)을 형성한다.
편광제어부(183)는, 예를 들면 직선편광자로 구성되고, 불필요한 편광성분을 제거하는 기능을 가진다. 편광제어부(183)에서 제거(차광)되는 편광성분을 최소화함으로써 광원(16)으로부터의 광을 효율적으로 원하는 직선편광으로 변환하는 것이 가능하다.
위상제어부(184)는, 편광제어부(183)에 의해 얻어진 직선편광을 그것에 λ/4의 위상차를 주어서 원편광으로 변환한다.
사출 각도 보존 광학소자(185)는, 예를 들면, 옵티컬 인티그레이터(복수의 미소 렌즈로 구성되는 파리의 눈 렌즈나 파이버 다발 등)로 구성되고, 소정의 발산 각도로 광을 사출한다.
릴레이 광학계(186)는, 사출 각도 보존 광학소자(185)로부터 사출한 광을 다광속 발생부(187)에 집광한다. 사출 각도 보존 광학소자(185)의 사출면과 다광속 발생부(187)의 입사면은, 릴레이 광학계(186)에 의해, 서로 푸리에 변환의 관계(물체면과 눈동자면 또는 눈동자면과 상(image)면의 관계)로 조정된다.
다광속 발생부(187)는, 편광상태 조정부(194) 및 계산기 홀로그램(100)을 균일하게 조명하기 위한 옵티컬 인티그레이터(복수의 미소 렌즈로 구성되는 파리의 눈 렌즈나 파이버 다발 등)로 구성된다. 다광속 발생부(187)의 사출면은, 복수의 점광원으로 이루어진 광원면을 형성한다. 다광속 발생부(187)로부터 사출한 광은, 원편광으로서 편광상태 조정부(194)에 입사한다.
편광상태 조정부(194)는, 위상제어부(184)에 의해 원편광이 그 광에 λ/4의 위상차를 주어서 원하는 편광방향의 직선편광으로 변환한다. 편광상태조정부(194)로부터 사출한 광은, 직선편광으로서 계산기 홀로그램(100)에 입사한다.
계산기 홀로그램(100)은, 릴레이 광학계(188)를 거쳐서, 애퍼추어(189)의 위치에, 광강도분포(예를 들면, 도 1에 나타나 있는 바와 같은 복수의 편광방향을 포함하는 광강도분포LI)를 형성한다. 계산기 홀로그램(100)은, 전술한 어떠한 형태도 취할 수 있어, 여기에서는 그 상세한 설명을 하지 않겠다.
애퍼추어(189)는, 계산기 홀로그램(100)에 의해 형성되는 광강도분포만을 통과시키는 기능을 가진다. 계산기 홀로그램(100)과 애퍼추어(189)는, 푸리에 변환 관계가 되도록 배치되어 있다.
줌 광학계(190)는, 계산기 홀로그램(100)에 의해 형성되는 광강도분포를 소정의 배율로 확대해서 다광속 발생부(191)에 투영한다.
다광속 발생부(191)는, 조명 광학계(18)의 눈동자면에 삽입되고, 애퍼추어(189)의 위치에 형성된 광강도분포에 대응한 광원상(유효광원 분포)을 그 사출면에 형성한다. 다광속 발생부(191)는, 본 실시예에서는, 파리의 눈 렌즈나 실린드리칼 렌즈 어레이 등의 옵티컬 인티그레이터로 구성된다. 또한, 다광속 발생부(191)의 사출면 근방에는, 개구 조리개(192)가 삽입된다.
조사부(193)는, 예를 들면, 콘덴서 광학계를 구비하고, 다광속 발생부(191)의 사출면에 형성된 유효광원 분포로 레티클(20)을 조명한다.
레티클(20)은, 회로 패턴을 갖고, (도면에 나타나 있지 않은) 레티클 스테이지에 의해 지지 및 구동된다. 레티클(20)에서 발생된 회절광은, 투영 광학계(30)를 거쳐서, 웨이퍼(40)에 투영된다. 노광 장치(1)는, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광 장치이기 때문에, 레티클과 웨이퍼를 주사함으로써, 그 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 전사한다.
투영 광학계(30)는, 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 투영한다. 투영 광학계(30)는, 굴절계, 반사 굴절계 또는 반사계를 사용할 수 있다.
웨이퍼(40)는, 레티클(20)의 패턴이 투영(전사)되는 기판이며, (도면에 나타나 있지 않은) 웨이퍼 스테이지에 의해 지지 및 구동된다. 그렇지만, 웨이퍼(40) 대신에 유리 플레이트나 그 밖의 기판을 사용할 수도 있다. 웨이퍼(40)에는, 레지스트가 도포되어 있다.
계산기 홀로그램(100)은, 상기한 바와 같이, 1개의 방향으로 편광된 광의 파면에 위상분포를 주지 않고, X편광의 파면 및 Y편광의 파면 양쪽에 서로 다른 위상분포를 2차원적으로 준다. 이에 따라 어떠한 광량손실도 거의 발생시키지 않고, 광강도분포LI를 형성할 수 있다.
노광에 있어서, 광원(16)에서 발생한 광은, 조명 광학계(18)에 의해 레티클(20)을 조명한다. 레티클(20)의 패턴에 관한 정보를 갖는 광은, 투영 광학계(30)에 의해 웨이퍼(40) 위에 결상한다. 노광 장치(1)에 사용된 조명 광학계(18)는, 계산기 홀로그램(100)에 의해, 조명 얼룩 및 광량손실을 억제함과 아울러, 원하는 형상 및 편광상태의 광강도분포를 형성할 수 있다. 따라서, 노광 장치(1)는, 높은 스루풋과 좋은 경제 효율성을 갖는 고품위 디바이스(예를 들면, 반도체소자, LCD소자, 촬상소자(예를 들면, CCD), 및 박막자기헤드)를 제공할 수 있다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.
본 출원은, 여기서 전체적으로 참고로 포함된 2007년 12월 28일자로 출원된 일본특허출원번호 2007-341123의 이점을 청구한다.

Claims (10)

  1. 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램으로서,
    상기 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질을 각각 포함하는 복수의 이방성 셀과,
    상기 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질을 각각 포함하는 복수의 등방성 셀을 구비하고,
    상기 입사광의 제1의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 제1의 광강도분포를 형성하고,
    상기 입사광의 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 상기 제1의 광강도분포와는 다른 제2의 광강도분포를 형성하고,
    상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 영역에 있어서, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 같도록, 또는, π만큼 어긋나도록, 상기 복수의 이방성 셀 및 상기 복수의 등방성 셀의 치수 및 배열이 설정되는, 계산기 홀로그램.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 등방성 매질의 상기 제1의 방향의 직선편광성분에 대한 굴절율과 상기 등방성 매질의 상기 제2의 방향의 직선편광성분에 대한 굴절율간의 차이는, 상기 입사광의 파장에 대하여 0이상 0.001이하인, 계산기 홀로그램.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사광은, 상기 제1의 방향의 직선편광성분과, 상기 제2의 방향의 직선편광성분을 포함하는 직선편광이며,
    상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 영역에 광강도분포를 형성하는 광은, 상기 제1의 방향의 직선편광성분 및 상기 제2의 방향의 직선편광성분을 포함하는 편광인, 계산기 홀로그램.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 상기 영역은, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 같은 등위상 영역과, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 π만큼 어긋난 반전위상 영역을 포함하고,
    상기 등위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향이, 상기 반전위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 다른, 계산기 홀로그램.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 등위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 상기 입사광의 편광방향이 같거나, 또는, 상기 등위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 상기 입사광의 편광방향이 형성하는 예각에 상기 제1의 방향 및 상기 제2의 방향이 포함되지 않는, 계산기 홀로그램.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 입사광의 편광방향이 상기 반전위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향에 수직하거나, 또는, 상기 반전위상 영역에 광강도분포를 형성하는 직선편광의 편광방향과 상기 입사광의 편광방향이 형성하는 예각에 상기 제1의 방향 및 상기 제2의 방향이 포함되는, 계산기 홀로그램.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사광은, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 진폭과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 진폭이 같은 직선편광인, 계산기 홀로그램.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이방성 매질은, 복굴절재료와, 구조 복굴절을 발생하는 3차원 구조 중 하나를 포함하는, 계산기 홀로그램.
  9. 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 제조하기 위한 데이터를 생성하는 생성 방법으로서,
    상기 소정면에 형성해야 할 광강도분포를, 제1의 방향의 직선편광성분을 포함하는 제1의 광강도분포와 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분을 포함하는 제2의 광강도분포로 분할하여서, 상기 제1의 광강도분포의 형상 및 상기 제2의 광강도분포의 형상을 결정하는 제1의 결정 단계;
    상기 입사광의 편광방향과 상기 소정면에 형성해야 할 광강도분포의 편광방향간의 관계에 따라, 상기 제1의 광강도분포의 위상 및 상기 제2의 광강도분포의 위상을 결정하는 제2의 결정 단계;
    상기 제1의 결정 단계에서 결정한 형상 및 상기 제2의 결정 단계에서 결정된 위상을 갖는 상기 제1의 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제1의 데이터와, 상기 제1의 결정 단계에서 결정된 형상 및 상기 제2의 결정 단계에서 결정된 위상을 갖는 상기 제2의 광강도분포를 형성하는 계산기 홀로그램을 규정하는 제2의 데이터를 생성하는 생성 단계; 및
    상기 생성 단계에서 생성된 상기 제1의 데이터와 상기 제2의 데이터를 통합하는 통합 단계를 포함하는, 생성 방법.
  10. 광원으로부터의 광으로 레티클을 조명하는 조명 광학계와,
    상기 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고,
    상기 조명 광학계는, 계산기 홀로그램을 포함하고,
    상기 계산기 홀로그램은, 입사광의 파면에 위상분포를 주어서 소정면에 광강도분포를 형성하고,
    상기 계산기 홀로그램은,
    상기 입사광의 편광상태를 변화시키는 이방성 매질을 각각 포함하는 복수의 이방성 셀과,
    상기 입사광의 편광상태를 변화시키지 않는 등방성 매질을 각각 포함하는 복수의 등방성 셀을 구비하고,
    상기 입사광의 제1의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 제1의 광강도분포를 형성하고,
    상기 입사광의 상기 제1의 방향에 직교하는 제2의 방향의 직선편광성분이 상기 소정면에 상기 제1의 광강도분포와는 다른 제2의 광강도분포를 형성하고,
    상기 제1의 광강도분포와 상기 제2의 광강도분포가 서로 중첩되는 영역에 있어서, 상기 제1의 방향의 직선편광성분의 위상과 상기 제2의 방향의 직선편광성분의 위상이 같도록, 또는, π만큼 어긋나도록, 상기 복수의 이방성 셀 및 상기 복수의 등방성 셀의 치수 및 배열이 설정되는, 노광 장치.
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