ビームホモジェナイザ
【課題】ビームの不均一性を補正してビームの強度エネルギを最大限に活用して均一な光強度分布を実現する。
【解決手段】この光学システムは、入力ビーム１４を変換して得られた出力ビームを、一定の標的面積を有するマスクを介して、ウェーハ上に照射するホモジェナイザ１０を備え、ホモジェナイザは、複数のファセット領域からなるホログラムを有し、各ファセット領域１２は、不規則なパターン形状を有する複数の回折フリンジから構成され、各回折フリンジで形成されるファセット領域の全体的なパターン形状が各ファセット領域において互いに異なり、各ファセット領域のそれぞれの回折フリンジのパターン形状は、出力ビームがマスクの一定の標的面積上に連続的な強度分布で照射され、マスクにより遮られない出力ビームがウェーハに均一な強度分布で照射されるように構成されている。
【解決手段】この光学システムは、入力ビーム１４を変換して得られた出力ビームを、一定の標的面積を有するマスクを介して、ウェーハ上に照射するホモジェナイザ１０を備え、ホモジェナイザは、複数のファセット領域からなるホログラムを有し、各ファセット領域１２は、不規則なパターン形状を有する複数の回折フリンジから構成され、各回折フリンジで形成されるファセット領域の全体的なパターン形状が各ファセット領域において互いに異なり、各ファセット領域のそれぞれの回折フリンジのパターン形状は、出力ビームがマスクの一定の標的面積上に連続的な強度分布で照射され、マスクにより遮られない出力ビームがウェーハに均一な強度分布で照射されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学装置に関し、とりわけ、ファセット間における境界が明確な不連続部（特異的な不連続部：sharp breaks）に起因する出力平面における好ましくない強度変動を最小限に抑えつつ、予定されたパワー分布および／またはエネルギ分布（光強度分布：a preselected distribution of power and/or energy）を有する出力ビームを形成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号に示されているように、レーザ装置により、一般には、断面領域の比較的小さい波面を有する可干渉なビームが形成される。ビームは、小さい断面領域および可干渉性を有するものの、レーザの波面は通常、その強度が周縁部より中心部の方が強い、不均一なパワー分布（光強度分布：power distribution）を有する。その光強度は５〜１０％の間で変動することがある。さらにビームを利用するために、ビームの断面領域を大きくする必要がしばしばあり、このとき光強度の不均一性（変動）がより大きい波面において拡散することになる。
【０００３】
従来式のレンズを用いてビームを拡大すると、波面の不均一な光強度分布は、そのまま拡大されたビームに反映される。加えて、波面がより大きい断面領域に拡大されるので、ビームの不均一性はさらに顕著となる。ビームを利用したシステムが動作する場合、この不均一性は、しばしば有害となる。なぜなら、ある程度の平均レベルにあるビームの強度に見合うようにこのシステムを設計しなければならないからで、さもなければ別の手法として、おそらく窓を介して強度の弱い周縁部のビームを除去することになる。上記のいずれの場合であっても、ビームの強度エネルギを最大限に活用することはできず、しかも従来式のレンズシステムを用いて、しばしば好適とされるプラス・マイナス１％の変動範囲にある均一な光強度分布を実現することは困難である。
【０００４】
従来式のバルク光学部品として機能するように、ホログラム部品は開発されてきた。こうした場合、ホログラム部品は、その方向および空間的周期に関して、入力波面を所望する出力の位置パターン、形状または画像に回折する目的のためには当を得たものである。しかしながら、基本的なレンズとして機能するように設計された以上、これらのホログラム部品もまた、出力パターン、形状、または画像に不均一な光強度分布をもたらすことになり、光源のパワーを効率的に利用しているとはいえない。
【０００５】
不均一な光強度分布を有する波面をいかに補償するかの問題について、米国特許第４,５４７,０３７号が取り上げている。この特許では、入力ビームの光エネルギを２次平面上に再分配する多数のファセットを有するホログラム部品が開示されている。これは、各ファセットを独立したホログラムまたは回折格子として構成することにより実現している。実質的に同一強度のビームが各ファセットを通過すると仮定して、各ファセットは、各々に入射するビームの部分的な強度に反比例するような大きさを有している。各ファセットを通過する光は、回折されて、ホログラム部品における各々の位置に対応する別の２次平面上に到達する。サブホログラムまたは回折格子は、通過する入力ビームの各部分を拡大したり縮小したりして、均一に、しかし２次平面の異なる領域を照射して、２次平面において強度がほぼ一定の波面を有する出力ビームを形成することができる。
【０００６】
’０３７特許の技術を採用した装置が有する問題点は、ホログラム表面上に入射するビームの光強度分布が設計パラメータで変動する場合、２次平面における出力ビームも同様に影響を受け、もはや均一なものでなくなる。光学システムにおいて、入力ビームの光強度分布がこのように変動する原因は数多くある。例えば、部品の寿命または単に間違って光源を交換したことにより、光強度が変動する。さらに、衝撃や寿命により系の光軸ずれが生じた場合にも、不均一な光強度分布を有する出力波面が形成される。
【０００７】
空間による光強度分布（ビームの空間的位置に応じて変動する光強度分布：spatial energy distribution）が不均一な波面を有する光入力ビームを、空間による光強度分布が実質的に均一な出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間による光強度分布の変動にあまり影響されないものでなければならない。
【０００８】
さらに、空間による光強度分布が不均一な波面を有する光入力ビームを、予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、このときファセット間の一般の特異的な不連続部に起因する出力平面上の強度の変動を最小限に抑えるために、ファセット間に一般の特異的な不連続部のないホログラムを用いる。
さらに、任意の波面を有する入力光ビームを、予定された振幅、分散角度を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、このとき出力ビームはフォトリソグラフィ工程で有用となる。フォトリソグラフ露光システムは、ウェーハ上にレジストまたはフォトレジストを予定されたパターンで露光する目的で、マスクのパターン形成するために用いられる。後に続くウェーハ処理により、例えば集積回路のような所望されるデバイスを最終的に形成される。
【０００９】
このマスクが、例えば５対１または１０対１の縮小率を有するレーザステッパなどのような投射リソグラフィシステムで用いられる場合、マスクはしばしばレティクルと呼ばれる。レティクルまたはマスクは一般に、透明基板上のクロム領域により形成される。マスクのクロム領域は、入射光を遮るので、光の強度変化としてマスクパターンを焼き付ける。５対１のレーザステッパでは、レティクルのパターンは、ウェーハ上に画像形成する際、１／５の倍率で縮小される。通常、この応用例では、回折部から照射されるビームは、比較的に均一で、かなり狭小な分散円錐角度を有し、その空間による光強度分布および角度による光強度分布（ビームの角度により変動する光強度分布：angular energy distribution）が限定されたものとなる。
【００１０】
マスクおよびレティクルによりウェーハ上の光の強度を制御するとき、ウェーハ上の光の角度分布を制御する部品が必要である。ウェーハを照射する光の特定の角度分布を調節することにより、フォトリソグラフ露光システムの被写界深度および解像度を拡大することができる。この部品は理想的には、高価でなく、しかも入力ビームの位置の変動、および入力ビームの空間エネルギの変動に対してあまり影響を受けないものである。
【００１１】
さらに、空間による光強度分布（空間光強度分布）が非均一な波面を含む入力光ビームを、予定された空間光強度分布を有する出力ビーム、すなわち予定されたビーム形状を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間光強度分布の変動に対してあまり影響されないものでなければならない。加えて、非均一な空間光強度分布を有する波面を含む入力光ビームを、例えば、空間光強度分布、予定されたビーム形状、または予定された角度による光強度分布（角度光強度分布）などの予定された特徴を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間による光強度分布の変動にあまり影響されないものでなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号明細書
【特許文献２】米国特許第４,５４７,０３７号明細書
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、空間による光強度分布が均一でない入力ビームを、空間光強度分布が予定された出力ビームに変換するビームホモジェナイザである。入力ビームが、ファセットのアレイとして形成されるビームホモジェナイザに入射し、各ファセットは、各ファセットに入射する入力ビームのすべての部分をビームホモジェナイザから離れた出力平面に伝播させるように構成されており、その結果、各ファセットを介して伝播する光は重なり合って、空間による光強度分布が実質的に均一な出力ビームを形成する。
【００１４】
加えて本発明は、ファセット間の不連続部の境界が際立っていることに起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。不規則的にパターン形成された回折フリンジからなるホログラムの少なくとも一部に、入力ビームが照射される。その部分がビームの一部分を出力平面上に伝播させ、その結果、入力ビームのエネルギが出力平面において再分割されて、出力平面の照射された部分は予定された形状および予定された振幅を有するように、出力平面において予定された空間光強度分布を有するホモジェナイズされた出力ビームを形成する。
【００１５】
さらにこの発明は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを、出力平面において予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部が際立っていることに起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。ファセット領域は、不規則的にパターン形成された回折フリンジを有する。このファセット領域は、出力平面の標的において次のようなビームを伝播させる。照射されたファセット領域の各々を介して伝播する一部の入力ビームの大部分が、少なくとも他のもうひとつの照射されたファセット領域を介した入力ビームの部分と重なり合い、この結果、入力ビームのエネルギが、出力平面において空間的に再分布されて、出力平面において予定された空間光強度分布を有するホモジェナイズした出力ビームとなるようにする。ファセット領域のアレイがコンピュータで形成されたホログラムであって、このホログラムは、入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくいものである。このホモジェナイザは、照射された一部の入力ビームを予定された分散角度で伝播させ、出力平面において所望される予定された空間光強度分布に相当する標的領域を照射する。
【００１６】
さらに本発明は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを出力平面においては均一な空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。入力ビームは、コンピュータで形成されたサブホログラムのアレイの少なくともいくつかを照射し、そのサブホログラムの大きさは、サブホログラムに入射する一部の入力ビームの強度とは無関係に決定され、入射する入力ビームの位置の変動に関して影響を受けにくい。各サブホログラムが、各々に入射する一部の入力ビームの大部分を回折し、２次平面に配置される標的において、サブホログラムの各々で回折された一部の入力が、少なくとも他のもうひとつの照射されたコンピュータで形成されたサブホログラムによって回折された部分と重なり合って出力ビームを形成する。出力ビームの強度が、標的全体において実質的に均等となる。出力ビームが予定された分散角度、および出力平面において所望される予定された空間光強度分布に相当する標的を有する。
【００１７】
さらに本発明は、１次平面において任意の空間光強度分布を有する入力ビームを、２次平面において予定された空間光強度分布を有する出力ビームにホモジェナイズして、サブホログラム間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化する方法である。その方法とは、不規則にパターン形成された回折フリンジを有する、コピュータで形成されたサブホログラムのアレイからなるホログラム光学部品を提供するステップと、入力ビームが、サブホログラムの少なくともいくつかを照射するように、第１平面に部品を固定するステップと、この照射されたサブホログラムの各々が、各々に入射する一部の入力ビームを、２次平面における標的全体に亙って拡大的に回折し、照射されたサブホログラムのすべての回折部分を重ね合わせ、２次平面における出力ビームを形成するステップと、を備える。このとき、ホログラム光学部品を提供するステップが、入射する一部の入力ビームの位置、および入力ビーム内の空間光強度分布の変動に関して比較的影響を受けにくいサブホログラムのアレイを形成するステップを含んでいる。本発明では、照射されたサブホログラムの各々が、各々に入射する一部の入力ビームを予定された分散角度で拡大的に回折し、出力平面において所望される予定された空間光強度分布を形成する。
さらに本発明は、任意の空間光強度分布を有する入力ビームを、ホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する強度変動を最小化するビームホモジェナイザシステムである。サブホログラムのアレイは、各サブホログラムが不規則的に形成された回折フリンジを有し、いくつかのサブホログラムにより回折された入力ビームの部分が出力平面において重なり合うように、反復エンコード法を用いて設計される。この結果、出力ビームは、入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくい、予定された空間光強度分布を有する。各サブホログラムは、予定された分散角度を有するビームを伝播させる。出力ビームは、出力平面において予定された空間光強度分布を有する。
【００１８】
さらに本発明は、任意の空間光強度分布および特定の角度光強度分布を有する入力ビームを、予定された角度光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。このホモジェナイザはサブホログラムのアレイを有し、その各サブホログラムは、不規則的に形成された回折フリンジを有し、位相転位させる画素を含み、少なくとも２つのサブホログラムにより回折された光は、出力平面において重なり合って出力ビームを形成する。このとき、出力ビームは、ホモジェナイザに入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくい、予定された角度空間光強度分布を有する。出力ビームは、予定された空間光強度分布および／または角度光強度分布を有する。
【００１９】
さらに本発明は、非均一な空間分布を有する入力ビームをより均一な分布を有する出力ビームに変換するビームホモジェナイザである。本発明のコンピュータ形成されたホログラムは、位相伝播パターンを有する。この位相伝播パターンのフーリエ変換が、予定された角度領域に亙って均一となる。このパターンが１つ以上の２次元位相部品から構成される。
【００２０】
さらに本発明は、光の非可干渉、または一部可干渉ビームの分散角度を変更するための光学システムである。回折分散部品が、円錐角度内で伝播する入力ビームを予定された角度の範囲で回折する。この度は、入力ビームの円錐角度および分散部品のフーリエ変換により決定される。
【００２１】
さらに本発明は、フォトリソグラフ光学システムである。入力ビームは、回折分散部品を照射する。回折分散部品は、予定された角度分布を有する出力ビームの部品が伝播させることによりマスクを照射する。
【００２２】
本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを、出力平面においては均一な空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２３】
別の本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化することにある。
【００２４】
さらに別の本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２５】
本発明の特徴は、ファセットのアレイを有するホモジェナイザに入射する、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームの、各ファセットを介して伝播する一部の入射ビームが、出力平面において重なり合うようにして標的全体に画像形成することにより、入力光学ビームをホモジェナイズし、出力平面では実質的に均一な光強度分布を有する出力ビームを形成することにある。別の本発明の特徴は、このホモジェナイザがホログラムであって、各ファセットがサブホログラムであることである。さらに別の本発明の特徴は、出力平面におけるファセットを伝播する光の間で生じる干渉効果を最小化することにある。
【００２６】
本発明の特徴は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、不要な強度変動を最小化することにある。本発明の別の特徴は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された形状を有し、予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２７】
本発明の利点は、このホモジェナイザがコンピュータ形成技術により開発できること、比較的に安価に製造できることにある。本発明の別の利点は、このホモジェナイザが入射ビームの光強度密度の変動に対して相対的に影響されにくいことにある。さらに別の本発明の利点は、出力ビームの強度が、ホモジェナイザに入射する入力ビームの位置に影響を受けにくいことにある。
【００２８】
さらに本発明の利点は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、不要な強度変動を最小化できることにある。さらに本発明の別の利点は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては任意の予定された形状、および予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することができることにある。
【００２９】
さらに本発明の別の利点は、任意の空間光強度分布および特定の角度光強度分布を有する入力ビームを、ホモジェナイザから離れた出力平面においては任意の予定された角度光強度分布を有する出力ビームに変換することができることにある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、関連技術である仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号のホモジェナイザに入射するビームの空間光強度分布を示し、ホモジェナイザを介して伝播する一部分の入力ビームが、どのように出力平面において構成されて、実質的に均一な光強度分布を有する出力ビームを形成するかを示す。
【図２】図２は、ホモジェナイザに入射する一般的なエキシマレーザである入力ビームの空間光強度分布と、結果として生じる出力ビームを示す。
【図３】図３は、ホモジェナイザに入射する一般的なネオジウムＹＡＧレーザである入力ビームの空間光強度分布と、結果として生じる出力ビームを示す。
【図４】図４は、本発明のホモジェナイザに入射するビームの空間光強度分布を示し、ホモジェナイザのプラトー（plateau）およびバレイがどのように不規則にパターン形成されているか、およびホモジェナイザを介して伝播する入力ビームの一部分がどのように構成されて、出力平面において実質的に安定した光強度分布を有し、予定された円形の光強度分布形状を有する出力ビームが形成されるかを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、多数ファセットを有するホログラム、およびファセット間における特異的な不連続部を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａで示すホログラムの拡大図であって、例えば特異的な不連続部がかなり詳細に示されている。
【図６】図６は、ビームが予定された分散角度２０°でファセット領域から出力平面に伝播される様子を示す。
【図７】図７は、図４で示すホログラムの拡大図であって、不規則にパターン形成されたプラトーおよびバレイを示し、任意の大きさを有する４×４行列のファセット領域を示し、ファセットに形成されたパターンは反復的なものではなく、またファセット境界においては不連続的ではないことを示す。
【図８】図８は、円形の標的パターン、つまり空間光強度が出力平面において円内に分布し、円の周囲には相対的に分布が存在しないような予定された光強度分布パターンを示す。
【図９】図９は、ドーナッツ形状の標的パターン、つまり空間光強度が出力平面において、円形の相対的な非照射領域がリング状の照射領域の周囲にあり、続いて円形の相対的な非照射領域がこれに隣接するような予定された光強度分布パターンを示す。
【図１０】図１０は、フォトリソグラフシステムで利用される場合の本発明の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号の構成を図１で示す。光ビームが、ファセット１２のアレイ１１を有するホモジェナイザ１０に入射する。これらファセット１２の各々に入射する入力光ビーム１４のすべての部分が、出力平面１８における標的１６の全体に均一に照射するように、各ファセット１２は構成されている。各ファセット１２を介して伝播する入力ビームの一部分は（２０ａおよび２０ｂで図示する）、標的１６において重なり合うので、入力光ビームが混合し、その結果、各ファセット１２を通過した入力ビーム１４の一部の出力をホモジェナイズする（出力光ビームの強度を均一にする）。このホモジェナイゼーション（光強度の均一化）により、標的１６において入力ビーム１４を均一に混合することが担保され、出力ビーム２２が、出力平面１８において均一な光強度分布２４を有することになる。光強度の均一化処理により、非効率性による多少の損失が生じるが、入力ビーム１４の光強度が平均化される。
【００３２】
入力光ビーム１４は、レーザのような光源（図示せず）から出射されるが、好適にはコリメートされ、入力ビームの空間光強度分布は、図１ないし３で示すように、さまざまな形態を取り得る。入力光ビーム１４は、光源からホモジェナイザ１０に伝播し、レンズおよび鏡のような従来式のバルク光学部品、あるいは従来式の光学部品と同じ結果をもたらすホログラム部品を用いて、入力光ビーム１４はコリメートされる。入力ビーム１４は一般に、断面領域において強度が相当に変動し得る光強度分布２６を有している。いくつかの光源では、強度分布２６が５〜１０％の範囲で変動し得る。加えて、光源が古くなったり、光源を駆動する電源がふらつくと、やはり入力ビーム１４の光強度分布２６が変動する。ビームホモジェナイザ１０は、入力光ビーム１４を混合するように構成されているので、入力ビーム１４の光強度分布２６の変動に関係なく、しかも入力ビーム１４がアレイ１１の入射する部分の位置の多少の変動によらず、出力ビーム２２は、出力平面１８での標的１６において本質的に均一な光強度分布２４を有する。標的１６における光強度分布２４は、入射信号１４の光強度２６を平均化したものというより、各ファセット１２に対する光強度を平均的に分布させたものである。
【００３３】
この実施の形態におけるビームホモジェナイザ１０は、ホログラム部品であり、ファセット１２はサブホログラムであって、同じ大きさのサブホログラムからなるＭ×Ｎ直線行列として図示されている。サブホログラムが異なる大きさを有していてもよいことが予想される。これらサブホログラム１２は、各サブホログラムに入射する入力光ビーム１４の各部分を、出力平面１８における標的１６の全体の上に回折するように構成されている。これらサブホログラム１２の各々は、入力ビーム１４の一部分を標的１６全体の上に照射するための個別の回折格子である。フリンジまたは画素の数によるが、特に以下に説明する実施例は、サブホログラム１２のために１ｍｍあたり８０本近くのライン（８０行／ｍｍ）を有する。明確にするためにこのラインを図示することを割愛した。さらに、ホモジェナイザ１０は、４×４行列アレイ１１として図示されているが、現実には下記するように、ホモジェナイザを形成するために、より数多くのサブホログラム１２またはファセットを有していてもよい。
【００３４】
ホログラムを作製する１つの方法は、可干渉な光ビームの中で写真プレート上に干渉パターンを形成し、このプレートを現像する方法がある。ホログラムによる干渉は、干渉フリンジを構成する内的構造物を含むので、大量生産が困難となる。
【００３５】
ホログラムによる干渉に関連する生産上の問題を克服するために、コンピュータ形成ホログラム（以下ＣＧＨという）が開発されてきた。ＣＧＨを用いて、所望するホログラムパターンを計算し、所与の構成条件に基づいて、パターンまたは再構成された波面から逆に数学的に処理して、特定の所望するホログラムを得る。高機能コンピュータの利点を用いて、繰り返し反復してＣＧＨエンコードする方法が開発され、これにより他の数学的技法を用いて開発されたホログラムよりも相当に高機能なＣＧＨを開発することができる。
【００３６】
ＣＧＨは、本質的に表面凸版印刷であって、フォトリソグラフ工程、エッチング工程、電子線照射工程、またはその他の工程により形成される。電子線技術によれば、光フィルムに近い解像度が得られるが、振幅および位相の量子化レベルは相当に粗い。フォトリソグラフ処理すると、数多くのレベルにあるホログラムを提供することができる。しかし、層間のアライメント誤差は、層数に伴って増加する。
【００３７】
本発明と、米国特許第４,５４７,０３７号の発明とが大きく異なるところは、後者においては、各ファセットを照射する光が出力平面において異なる位置を照射する点である。一方、本発明においては、多くのファセットからの光が出力平面上で重なり合うのである。このような特徴の利点については先に述べたが、この特徴の問題点は、その問題点を特に回避するように設計しなければ、出力平面において、いくつかのファセットからの光が重なり合うところで、レーザ強度の形態において大きな変動の原因ともなり得る可干渉効果による干渉パターンが形成され得る点にある。例えば、サブホログラムが別々に設計され、各サブホログラムの大きさがレーザ光源の空間的可干渉幅よりも小さい場合、可干渉効果により、いくつかのファセットからの光が重なり合うところで、かなりの明暗パターンが生じる可能性がある。
【００３８】
反復個別軸上（ＩＤＯ）エンコード法といった反復的なエンコード方法を用いてサブホログラムを設計することにより、この問題を抑制することができる。この問題は、同一発明者であるフェルドマンらによる「スポットアレイを形成するための高効率ホログラムの反復エンコード法」(Optics Letters, Vol.14, pp. 479-81)と題した刊行物により詳細に説明されており、その開示内容は、一体のものとしてここに統合される。その開示内容を要約すると、ホログラムを長方形セルの２次元アレイに分割し、許容できる画像が得られるまで、各セルの透過係数を選択し最適化する。最適化過程において、異なるファセット間の干渉効果を含めて、画像をモニタする。各セルの透過係数は、各ファセットから照射される光を出力平面の大部分（あるいは全体部分）に照射するように分散するためだけでなく、ファセット中における干渉効果を最小化するように選択する。軸上エンコード法によれば、ホログラムが機能するのにキャリア波面を必要としないので、これらのホログラムは、キャリア波面を必要とする軸外方法よりもはるかに高い回折効果を有するＣＧＨを形成することができる。その理由は、利用可能なスペース・バンド幅・製品（ＳＢＰ）、またはＣＧＨに含まれる情報に対して実際上の上限を有するためで、これらは所望する画像をエンコードするのに利用できる。搬送波面のために情報が必要でない場合、所望する画像に関するより多くの情報が必要となるかもしれない。同様に、「半径方向に対称なホログラムおよびその製造方法」と題する米国特許第５,２０２,７７５号に開示されたエンコード方法を用いることが望ましく、この開示内容はここに一体のものとして統合される。ＩＤＯまたはＲＳＩＤＯといった反復エンコード法の通常の特徴は、「位相転位」することにある。位相転位は、同様に米国特許第５,２０２,７７５号で開示されているが、２つの隣接するＣＧＨ画素の位相が１位相より大きくＮ−１位相レベルよりも小さく異なる場合に、位相転位が生じる。米国特許第４,５４７,０３７号で開示されるように、２またはそれ以上の多数レベル格子が用いられる場合、位相転位は起こらないことを留意されたい。
【００３９】
各サブホログラム１２を設計するのにＩＤＯ法が用いられた場合、回折角度を小さくすることにより、入力光ビーム１４の短い波長に基づいて、物理的に確認できる程度の大きさを有する高効率ＣＧＨを形成することができる。この特別な例では、入力光ビーム１４は、２．５ｃｍ×１ｃｍ（センチメートル）の楕円形状で、３０８ｎｍ±１ｎｍ（ナノメートル）の波長を有するものとした。標的１６、または出力ビーム２２は、円形または正方形を含む数多くの形状とすることができ、とりわけこの開示例では、出力平面１８での直径を１．５ｃｍに選択することができる。これらの条件の下で、ホモジェナイザ１０と出力平面１８上の標的１６との間隔を２０ｃｍとすると、ビームホモジェナイザ１０の最大偏向角度は２．９°である。
【００４０】
最大ＣＧＨ偏向角度が２．９°である場合、１６０ｌｐ／ｍｍ（行−対／ミリメートル）の最大の空間的振動数を必要とする。この場合レーザである光源の光パワーを経済的に利用するためには、ホモジェナイザ１０を形成するＣＧＨは、高回折率を有する必要がある。ＣＧＨ空間的振動数が８００ｌｐ／ｍｍである場合、およそ８０％ないし９０％の回折率が得られるが、さもなければ４倍の最大空間的振動数が必要である。８００ｌｐ／ｍｍのＣＧＨ空間周期的構成は、０．６μm（マイクロメートル）のＣＧＨ最小形状サイズに対応する。
【００４１】
入力ビームのパワーを経済的に利用するために必要とされる高効率をＣＧＨにもたせるための更なる要件は、各サブホログラムのＳＢＰ（スペース・バンド幅・製品）が１２８×１２８以上でなければならないことである。それは自由度の尺度でもある。高効率を有する任意の光学的機能を実行するためには、一般に、大きい自由度が必要である。すると、７７μｍ×７７μｍの各サブホログラムの寸法においてより低い境界を与える。寸法が１００μｍ×１００μｍに設定された各サブホログラムを用いて、１００×１００ファセットアレイが、この例のビームとして用いるためには十分である。これら特定のパラメータにより、８０ないし９０％の回折率のために必要な１２８×１２８の目標最低ＳＢＰを十分超える１６７×１６７のＳＢＰが形成される。このデバイスのための計算された最終的な回折率は、８５ないし９５％の間になるよう意図される。
【００４２】
各サブホログラム１２の透過光２０ａおよび２０ｂは、出力平面１８において標的１６全体をカバーして、均一化された光強度を有する出力ビーム２２を形成する。出力ビーム２２の直径は、１．５ｃｍ×１．５ｃｍと予定される。この場合、出力ビーム２２は、入力ビーム１４よりも小さい直径を有する。同様に出力ビーム２２をホモジェナイザ１０により拡大することもでき、すると標的１６が入力ビーム１４または任意の所望する形状より広い断面領域を有することになる。
【００４３】
出力平面１８は、特定の部品というより空間内の領域を意味する。バルク光学部品、光ファイバ、別のホログラム、能動的デバイス、または、ブロックマスクや照射対象物のような出力ビームを利用するようなその他の装置を配置することができる。そのような一応用例では、レーザ切断機で出力ビームを用いることができるような光学部品を出力平面１８において採用する。ホモジェナイザ１０がない場合、レーザ切断機の応用例で用いられるビームは、入力ビーム２４の強度分布を有するか、あるいは入力ビームの相当量のパワーが、開口部を貫通して失われてしまう。図１で示すように、入力ビームの波面は中心領域において高いパワーまたは「ホットスポット」を有し、これが低いパワーを有する外端フリンジ領域よりも素早く材料を切断することになる。これにより、端部の形状が波面の入力ビームの光強度分布とは逆の形状を取るので、あまり精確でない切断点部を形成することになる。標的における出力波面の光強度分布が、均一化されたビームの照射強度と非照射強度との間では、そのパワーに明確な差をもって、照射される。光強度が均一化されたビームの光強度分布を用いると、出力ビーム全体に亙ってより均一に切断され、より精確な端部が形成される。
【００４４】
本発明の別の実施例が図４で示される。この実施例も、仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号の実施例と同様、出力平面における空間光強度分布をホモジェナイズする。しかし本発明によると、ファセット間における境界の形状が際立った端部または不連続部が形成されることなく、すなわち特異的な端部または不連続部に起因する出力ビームの出力平面における強度を一定にしようとするものである。ヨーロッパ特許公開７４４,６６４号によると、アレイ上の任意の方向に指向するセルが開示しているが、セル内のフリンジの構成またはセルをまたぐフリンジの連続性については開示していない。図４で示す実施例はまた、出力平面における予め定めた形状の標的領域を照射する。予定された形状の標的領域を説明または表現する別の言い方は、出力平面における予定された空間光強度分布である。さらに別の表現の方法として、出力平面における形成されたパターンビームである。仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号で用いられた設計、製造方法、および特徴すべてについて、図４で示す実施例４において等しく適用できる。
【００４５】
図１〜図３で示すように、ファセット１２間の境界が明確な（特異的な）端部または不連続部がホモジェナイザ上に形成されている。図５Ａはホログラム１６を示し、ファセット１２間の特異的な端部または不連続部４８がはっきりと見て取れる。図５Ｂは、図５Ａで示すホログラム１６のファセット１２間の特異的な端部または不連続部４８の拡大図である。好適な実施例においては、プラトー５０（白色領域で図示）およびバレイ５２（valley）（黒色領域で図示）で形成されたファセット端部の回折フリンジ間の交差部は、出力平面において不要な構造物を形成することに留意されたい。
【００４６】
ホモジェナイザ上のこのような構造物４８が、ホモジェナイザ上に入射する入力ビームの不要な回折の原因となる。規則的にパターン形成された、または規則的に反復されたそのような構造物が入力ビーム１４を回折する結果、空間光強度分布において不要な際立った反復する強度変動が、出力平面における出力ビームとして現れる。
【００４７】
図４で示す実施例においては、こうした特異的な端部または不連続部を排除した結果、こうした特異的な端部または不連続部に起因する出力ビームの強度変動が最小限に抑えられる。図４で示す実施例では、上述の実施例における規則的にパターン形成されたファセットアレイの代わりに、例えばホログラムのような不規則的にパターン形成された回折フリンジ７０または回折格子を有する光学装置５４が用いられる。好適な実施例による回折フリンジ７０は、プラトー５０（白色領域で図示）およびバレイ５２（黒色領域で図示）で形成され、この回折フリンジのことをここではプラトーおよびバレイという。このプラトーおよびバレイを有するホログラムの構成が、レンズと似通ったものであることを、当業者ならば理解するだろう。米国特許第４,８９５,７９０号は、プラトーおよびバレイを有する光学部品の構成について開示し、その開示内容は一体のものとしてここに統合される。同様に、米国特許第５,２０２,７７５号がホログラムの製造方法を開示しており、その開示内容も一体のものとしてここに統合される。
【００４８】
不規則にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２を有するホログラムからなるホモジェナイザは、もはや、定常的で特異的な端部または不連続部を有さず、出力平面上における出力ビームの不要で定常的かつ反復的な強度変動をもたらすことがない。図４はこの態様を示す。
【００４９】
図４で示す本発明に関するファセット領域とは、ホログラム５４上の任意に設計された大きさを有する領域を指す。それは、ホログラム上の不規則に形成された、またはパターンされた回折フリンジ（好適な実施例では不規則に形成された、またはパターンされたプラトーおよびバレイ）を指すときに便利に用いられる。ホログラムは少なくとも２つのファセット領域を有する。好適な実施例では、類似するプラトー５０およびバレイ５２を含むファセット領域５６は２つとしてない。ホログラム上に不規則に形成されたプラトーおよびバレイの領域を指す別の便利な方法として、ファセットとしての領域と呼ぶ。あるファセット内のパターンは、自らのパターンに対し名目上の関連性を有し、他のファセット内のパターンとは名目上の関連性を有さない。したがって、ホログラム内の各ファセットは、出力平面における標的領域全体に光を照射する。
【００５０】
図７は、図４で示すホログラムの拡大正面図である。図７のホログラム５４（および図４のホログラム５４）は、図７の破線で示すような４×４のファセット領域またはファセット５６のアレイを有するものとして任意に呼んできた。これらの破線はホログラム上の構造物ではないが、この実施例に関するファセット領域または１つのファセットを特定するのに用いられ、この実施例のホログラム５４に関する１つの領域を特定するのに便利である。各ファセット領域５６は、不規則的にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２を有する。ファセット領域５６間には特異的な端部または不連続部は一切ない。図４で示す１６個のファセット領域５６の１個だけについて説明するように、破線が図示されている。というのも、図４で、他の１５個のファセット領域についても破線で説明すると、見づらくなるし、混乱させる。
【００５１】
図４を参照すると、入力光ビーム、好適にはコリメートされたビームがホログラム５４のファセット領域またはファセット５６を照射するとき、不規則的にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２は、もはや、出力平面１８における規則的で不適当な強度変動（図示せず）を伝播させる不適当な構造物を与えるものではない。本実施例の更なる利点は、独立した各ファセット５６を設計してファセット領域またはホログラム全体を設計すると、より大きい設計自由度が得られる。そして設計者は、プラトー５０およびバレイ５２を調整することにより、出力平面における不要な強度変動を抑えるように設計することができる。一方、別々のファセットを用いた実施例における特異的な端部または不連続部によると、これらの特異的な端部または不連続部に関連して設計自由度ははるかに小さいものとなる。この実施例の別の利点は、独立した各ファセット５６を設計してファセット領域またはホログラム全体を設計すると、より大きい設計自由度が得られる。より大きい設計自由度とは、例えばリング状および十字型などの任意の形状を有する出力ビームを形成できることにある。
【００５２】
図４で示す実施例では、コリメートされた入力ビーム１４がファセット領域５６を照射し、ファセット領域５６が予定された分散角度３２で伝播ビーム２０ｃおよび２０ｄを伝播する。本発明の当業者は、分散角度についてよく知っている。分散角度または発散角度とは、有限の伝播距離に対するビームサイズの僅かな増加分のことであり、ラジアンまたは度数で表現される。所与のファセット領域５６において、プラトー５０およびバレイ５２は、入射ビーム１４の伝播部分２０ｃおよび２０ｄが予定された分散角度を有するように、入力ビーム１４を回折する。ファセット領域５６により与えられた分散角度は、所望する出力ビームが出力平面に伝播するように、ホログラム５４の設計者が選択するものである。好適に設計者は、プラス・マイナス・ゼロからプラス・マイナス・９０°の範囲の分散角度を事前に選択できる。図６では、入力ビーム１４の一部が照射するファセット領域５６（側面図で示す）を示し、ここでは出力平面１８に伝播するビーム２０ｅおよび２０ｆに対してプラス・マイナス２０°の分散角度を与えている。
【００５３】
ビームホモジェナイザ１０を利用する場合、そして所望する出力ビームの用途に応じて拡散角度が選択される。分散角度は、実際の応用例での必要に応じて設計者が選択することである。例えば、機械視野の照射システムでは、１０度×１５度の長方形領域に亙って均一な照射が必要とされることがある。設計者は、このように所望するように照射させるためにビームホモジェナイザの分散角度を選択することになる。
【００５４】
予定した分散角度を有するビームを伝播させるファセット領域５６に関して、設計者は、伝播光２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、および２０ｆの分散角度を制御する。ホログラム５４のファセット領域５６により、出力平面１８上に照射される標的領域１６が照射されたファセット領域５６よりも大きくなるような分散角度を与えるのが望ましい。
【００５５】
図４で示す実施例では、出力平面１８における予定された標的領域１６が照射されるように、ホログラムが設計される。図４で示す実施例により、予定された標的領域に亙って空間的光強度がホモジェナイズされる。つまりこの実施例によれば、ホログラム表面上の入力ビームの光強度分布が、設計パラメータから逸脱した場合であっても、出力平面において一定の予定された光強度分布が得られる。
【００５６】
設計者は、標的領域１６に関して任意の特定の形状を選択することができる。所望する形状を有する標的パターン１６をホログラム５４から出力平面１８上に投射できるように、設計者はプラトー５０およびバレイ５２を設計する。ホログラムを構成するこれらの空間的振動数構成物（spatial frequency content of the hologram：プラトー５０およびバレイ５２）は、所望するパターンを形成するように設計される。つまり、プラトー５０およびバレイ５２の大きさおよび配向は、所望するパターンを形成するように設計される。設計に際してはコンピュータを用いることが好適である。
【００５７】
この実施例において、ファセット領域５６は、予定の設計された分散角度で、入力ビーム１４の一部分２０ｃおよび２０ｄを伝播させる。さまざまな、予定された分散角度で光を伝播させることにより、ホログラム５４のファセット領域５６から出力平面１８上の標的パターン１６に予定された空間光強度で光照射される。標的パターンとは本質的に、出力平面１８における非照射領域３６に隣接する出力平面１８の照射領域３４から構成される。予定された空間光強度のビームが出力平面１８における標的領域３４に照射されるように、そして出力平面１８上の標的領域３４以外では相対的にほとんどゼロの空間光強度のビームが照射されるように、つまり出力平面１８上の標的領域３４を照射するように、ホログラム５４は設計される。図４で示す標的パターン３４は、円形パターンである。このパターンを図８の正面図で示す。円形標的パターン１６とは、つまり、予定された空間光強度分布パターンであって、このとき空間的な光強度は出力平面１８において円内に分布され、円の外では相対的に全く分布されていないことを図８で示す。つまり図８は、出力平面１８において照射円形領域３４が相対的非照射領域３６を取り囲むように、空間的光強度が出力平面１８上に分布されるようにした、予定された光強度分布パターンを示す。図８で示すパターンは、図７で示すホログラムによって形成されたものである。
【００５８】
例えば図９で示すようなその他のパターンを、投射するために、ホモジェナイザ１０の設計者は選択することができる。図９は、出力平面１８上のドーナッツ形状の標的パターン１６を示す。つまり、相対的非照射の円形領域３７がリング状の照射領域１６で取り囲まれ、この照射領域１６が次いで相対的非照射領域３６に隣接するような、予定された光強度分布パターンを示す。例えば花や矩形の形状を有する非円形パターンもまた選択することができる。
【００５９】
ホモジェナイザ１０は、出力平面１８の照射領域３４上に均一な空間光強度分布を有するパターンを投射する。図８および９で示すパターン１６は、照射領域３４において比較的に均一な空間光強度分布を有する。
【００６０】
図４で示す実施例は、フォトリソグラフィ工程で極めて有効なものである。フォトリソグラフィ工程は、本質的に光化学媒体中にあるパターンを露光する方法である。この方法は、集積回路を製造するために用いられる。これら洗練されたデバイスを形成するためのパターンは、フォトリソグラフ工程において全く忠実に最高の解像度をもって画像形成される必要がある。
【００６１】
フォトリソグラフによる露光システムは、予定されたパターンでウェーハ上のレジストを露光するために、ウェーハ上のマスクパターンを画像形成するのに用いられる。後続のウェーハ処理工程により、例えば集積回路のような所望するデバイスを最終的に形成する層を完成させる。
【００６２】
このマスクが、例えば５対１または１０対１の縮小率を有するレーザステッパなどのような、投射式リソグラフィシステムで用いられる場合、マスクはしばしばレティクルと呼ばれる。レティクルまたはマスクは一般に、透明基板上にクロム領域を設けて形成される。マスクのクロム領域は、入射光を遮るので、光の強度変動としてマスクパターンを焼き付ける。５対１のレーザステッパでは、レティクルのパターンは、ウェーハに画像形成する際、１／５の倍率で縮小される。通常、この応用例では、回折部から照射されるビームは、相対的に均一で、かなり狭小な分散円錐角度、つまり限定された空間光強度分布および角度光強度分布を有する。
【００６３】
本発明によれば、ウェーハ上の光の角度分布を制御することができる。ウェーハを照射する光の特定の角度分布を変更することにより、フォトリソグラフ露光システムの被写界深度および解像度を大きくすることができる。本発明は、入力ビームの位置の変動、および入力ビームの空間光強度分布の変動に比較的に影響を受けにくいので、フォトリソグラフィ工程において更なる利点を有する。
【００６４】
本発明によると、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光の強度、角度を有する周期的構成、および瞳孔パターン形状を制御することができる。このように制御することで、集積回路ウェーハ上のマスタパターンに関する画像の解像度を改善することができる。いくつかのマスタパターンに関しては、光がある角度で、または一定の角度範囲で照射する方がよいということが分かってきた。ホモジェナイザは、空間的エネルギをホモジェナイズする一方、その角度で光を与えるとともに、露光のその他の特性を制御する。このように制御することにより、半導体チップの製造過程において、あるいはフォトリソグラフィ工程を用いるその他の領域において、生産性が向上する。例えば図１０を参照すると、光源（図示せず）は、コリメートされた入力ビーム１４で、図４の実施例のホモジェナイザ１０（側面図で示す）を照射する。このホモジェナイザ１０は、入力光の大部分を所望する分散角度、予定された強度、および空間光強度分布で伝播させる。このとき予定された空間光強度分布は均一となる。この伝播された部分２０ｆおよび２０ｇは感光させる光として機能する。マスタまたはマスク６０は、ホモジェナイザ１０に接近して配置されるので、ホモジェナイザ１０とマスク６０との間で光強度分布に相当の差異が生じることはなく、つまりビームは、ホモジェナイザ１０およびマスク６０において同じである。マスク６０を出力平面１８（図示せず）には配置しないことが好ましい。マスタ６０は、所望する露光２０ｆおよび２０ｇにより照射される。マスタ６０に遮られない露光２０ｆおよび２０ｇの一部光２０ｈは、マスタ６０を通過してレンズ６２を照射する。この一部光２０ｈは、所望する予定された分散角度を有している。続いてレンズ６２は、入力光２０ｈを通過させ、例えばフォトレジスト（図示せず）を用いてマスタ６０の対象となるウェーハ６４の上に画像を焼き付ける。レンズ６２は、所望する縮小倍率を有する。この実施例によれば、所望する方法で、とりわけ所望する分散角度で対象となるウェーハ６４上に画像を焼き付ける。つまりウェーハは、所望する最適の特性を有する照射光で、予定された所望する方法で露光され、複製品が生産される。このようにして、所望され、必要とされる照射光を最適化することにより、例えば半導体チップ製造過程においてより高い生産性を得ることができる。このホモジェナイザは、例えば、分散角度０から２度までを遮蔽し、２から４度を通過させ、４度以上を遮蔽するように用いることができる。あるいは、例えば、プラス３度からマイナス３度に至る領域をホモジェナイザにより形成することができる。ホモジェナイザ１０のプラトー５０およびバレイ５２を、好適にはコンピュータを用いて設計することにより、伝播光の分散角度および周期的構成が制御できる。
【００６５】
好適には、ホログラム５４はコンピュータ形成されたホログラムである。さらに好適には、分散角度を含むコンピュータ形成されたホログラムの特性は、コンピュータを用いて設計され、選択される。所望の予定された照射標的領域、出力平面における所望の予定された空間光強度分布、およびその他の必要とされる特性が得られるように、その特性が選択される。
【００６６】
本発明を設計する際、設計者は所望の角度分布を決定する。設計者は、所望の角度範囲に相当するフーリエ平面における強度分布を用いて、フーリエ変換ホログラムを設計する。例えば、設計者は４度から７度の、つまり３度幅で通過させるリングを選択してもよい。するとこの標的は、出力平面１８上にリング状の回折ファー・フィールド・パターンを有するホログラムを形成することになる。択一的に、図１０で示すフォトリソグラフシステムで用いられる場合、平面６０でのホログラムの出力強度は均一であるが、その分布角度は４度から７度である。フーリエ変換ホログラムは、回折性のフリンジパターンまたは位相透過パターンを有するので、そのようなパターンのフーリエ変換は、所望する角度領域上に所望する伝播に対応する。フーリエ変換ホログラムをどのように設計するかについては、本発明の当業者には広く知られたところである。フーリエ変換は、コンピュータでなされることが望ましい。
【００６７】
一般に、ファースト・フーリエ変換を行うと、離散的なポイントでしかパターンが計算されない。一般に、フーリエ変換ホログラムは、斑点を排除または抑制するために反復される。斑点は極めて明るく、そして暗い光のスポットで、可干渉システムにおける干渉によって生じる。本発明のパターンは反復しない。本発明によるフーリエ変換ホログラムを設計するための好適な方法は、コンピュータによる反復的な最適化技術を用いることで、それは、例えば上述したような、そして同一発明者であるフェルドマンらによる「スポットアレイを形成するための高効率ホログラムの反復的エンコード方法」(Optics Letters, Vol.14, pp.479-81)に開示されたような（その開示内容は、一体のものとしてここに統合される）ＩＤＯ法である。出力はフーリエ変換平面で、入力はＣＧＨ平面でなされる。好適な実施例では、非可干渉な、または一部が非可干渉な光により、また加えて非常に数多くの画素を有するホログラムを設計することにより、斑点の発生が回避される。非常に数多くの画素を有するホログラムによると、出力平面においてほとんど連続的な画像を形成する。フーリエ変換ホログラムは、出力平面における各点がホログラムの各ファセット領域からの寄与を受けるような特性を有する。
【００６８】
上述したように、一旦設計され製造されると、このホログラムは照射システムの中に設置される。任意の強度分布を有するコリメートされたビームで照射される場合、この例のホログラムは、ＣＧＨから比較的に遠く離れた平面において所望する角度に相当するリングを伝播させる。ビームがコリメートされない場合、リングは比較的に幅広くなり、その幅は入力ビームの拡散する精確な円錐角度に依存する。ＣＧＨに極めて接近した平面においては、ＣＧＨを照射するビームと同じ強度を有するビームが確認されることとなるが、ビームは、入力ビームの拡散角度とＣＧＨの分散角度が組み合わされたものに相当する拡散角度を有することになる。
【００６９】
図４で示す実施例において、出力平面の指定された標的領域のみが照射されるようにホログラム５４は設計される。つまり、予定された空間光強度分布が出力平面に対して入射するように、ホログラムは設計される。
【００７０】
図４を参照すると、コリメートされた入力ビーム１４がホログラム５４を有するホモジェナイザ１０に入射し、そのホログラムは、破線で示す１６個のファセット領域５６からなるアレイ１１を有する（図４で、１６個のファセット領域またはファセットのうち１個だけについて破線で示し、図７で１６個すべてについて示す）。これらファセット領域５６の各々は、プラトー５０およびバレイ５２の不規則なパターンを有する。これらファセット領域５６のうち、２つとして類似するものはない。これらファセット領域５６は、入射するコリメートされた光ビーム１４のどの一部分も出力平面１８における標的１６に照射するように構成されている。コリメートされたビーム１４の一部分は、ファセット領域５６の各々を介して伝播する。この部分２０ｃおよび２０ｄは、ファセット領域５６により与えられる予定された角度分散を有する。上述の明細書で開示されたように、２０ｃおよび２０ｄで示されるこの部分が標的１６に重なり合う。こうして重ね合わせることにより、入力ビーム１４にはあった空間エネルギの変動が、出力平面１８においては存在しなくなる。つまり、出力平面１８においては照射部分全体１６および３４に亙って、均一な空間光強度分布が得られる。この分布またはパターンによりビーム２２が形成される。標的領域、または照射部分は予定された形状を有する。この平面の照射部分１６および３４が予定される。図４では予定されたのは円形である。この平面の照射部分１６および３４は、ファセット間の特異的な端部または不連続部に起因する好ましくない強度変動をもたない。なぜなら、不規則にパターン形成されたプラトーおよびバレイを有する、不規則にパターン形成されたファセットを用いることにより、上記の特異的な端部または不連続部を取り除いたからである。
【００７１】
本発明によれば設計者は出力平面の照射領域のため空間光強度について均一な振幅を選択することができる。同様に本発明によれば、設計者は出力平面の異なる照射領域において異なる振幅の空間光強度を選択することができる。例えば図８において設計者は、照射された円１６の上半分に対して振幅１（任意の単位）の空間光強度レベルを選択し、照射された円１６の下半分に対して振幅１．５（任意の単位）の空間光強度レベルを選択することができる。つまり空間光強度分布とは、出力平面における照射パターンの形状と、照射部分内での空間光強度分布との両方を含んでいる。しかし、選択された空間光強度分布はホモジェナイズされ、その結果、入力ビーム分布に変化があっても光強度分布は変化しない。設計者が選択する光強度分布は、当座の応用例に即して選択される。
【００７２】
位相伝播パターンとは回折フリンジパターンの数学的表現である。つまり物理的な回折フリンジパターンは、例えば図７で示すように、数学的に表現することができ、位相伝播パターンとして数学的に表現する。当業者ならば、位相伝播パターンおよび回折フリンジパターンとフリンジの数学的関係を理解するだろう。
【００７３】
本発明の当業者ならば、位相伝播パターンのフーリエ変換をどのように行うか知っているだろう。フーリエ変換ホログラムは、そのパターンが所望する角度領域に対する所望の伝播に相当するようにした、回折フリンジパターンまたは位相伝播パターンを有している。フーリエ変換はコンピュータを用いて計算されるのが望ましい。
【００７４】
二次元位相部品は、ホログラムのような光学部品の構成または製造に用いられる。本発明の当業者ならば２次元位相部品についてよく知っているだろう。米国特許第４,８９５,７９０号は、このような２次元位相部品の構成について開示しており、その開示内容はここに統合される。
【００７５】
当業者なら構成を変更するだろうし、本発明から逸脱することなく、さまざまな明らかな修正および実施例を実施することができる。上述の明細書または添付図面で述べた材料は例示的なものに過ぎない。また上述の明細書は限定的なものではなく、例示的なものであって、本発明はクレームの範囲によって限定される。
【符号の説明】
【００７６】
１０ ホモジェナイザ、１１ ファセット領域のアレイ、１２ ファセット領域、１４ 入力光ビーム、１６ 標的、１８ 出力平面、２４，２６ 光強度分布、４８ 不連続部、５０ プラトー、５２ バレイ、５４ 光学装置（ホログラム）、５６ ファセット領域、６０ マスク、６２ レンズ、６４ ウェーハ、７０ 回折フリンジ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学装置に関し、とりわけ、ファセット間における境界が明確な不連続部（特異的な不連続部：sharp breaks）に起因する出力平面における好ましくない強度変動を最小限に抑えつつ、予定されたパワー分布および／またはエネルギ分布（光強度分布：a preselected distribution of power and/or energy）を有する出力ビームを形成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号に示されているように、レーザ装置により、一般には、断面領域の比較的小さい波面を有する可干渉なビームが形成される。ビームは、小さい断面領域および可干渉性を有するものの、レーザの波面は通常、その強度が周縁部より中心部の方が強い、不均一なパワー分布（光強度分布：power distribution）を有する。その光強度は５〜１０％の間で変動することがある。さらにビームを利用するために、ビームの断面領域を大きくする必要がしばしばあり、このとき光強度の不均一性（変動）がより大きい波面において拡散することになる。
【０００３】
従来式のレンズを用いてビームを拡大すると、波面の不均一な光強度分布は、そのまま拡大されたビームに反映される。加えて、波面がより大きい断面領域に拡大されるので、ビームの不均一性はさらに顕著となる。ビームを利用したシステムが動作する場合、この不均一性は、しばしば有害となる。なぜなら、ある程度の平均レベルにあるビームの強度に見合うようにこのシステムを設計しなければならないからで、さもなければ別の手法として、おそらく窓を介して強度の弱い周縁部のビームを除去することになる。上記のいずれの場合であっても、ビームの強度エネルギを最大限に活用することはできず、しかも従来式のレンズシステムを用いて、しばしば好適とされるプラス・マイナス１％の変動範囲にある均一な光強度分布を実現することは困難である。
【０００４】
従来式のバルク光学部品として機能するように、ホログラム部品は開発されてきた。こうした場合、ホログラム部品は、その方向および空間的周期に関して、入力波面を所望する出力の位置パターン、形状または画像に回折する目的のためには当を得たものである。しかしながら、基本的なレンズとして機能するように設計された以上、これらのホログラム部品もまた、出力パターン、形状、または画像に不均一な光強度分布をもたらすことになり、光源のパワーを効率的に利用しているとはいえない。
【０００５】
不均一な光強度分布を有する波面をいかに補償するかの問題について、米国特許第４,５４７,０３７号が取り上げている。この特許では、入力ビームの光エネルギを２次平面上に再分配する多数のファセットを有するホログラム部品が開示されている。これは、各ファセットを独立したホログラムまたは回折格子として構成することにより実現している。実質的に同一強度のビームが各ファセットを通過すると仮定して、各ファセットは、各々に入射するビームの部分的な強度に反比例するような大きさを有している。各ファセットを通過する光は、回折されて、ホログラム部品における各々の位置に対応する別の２次平面上に到達する。サブホログラムまたは回折格子は、通過する入力ビームの各部分を拡大したり縮小したりして、均一に、しかし２次平面の異なる領域を照射して、２次平面において強度がほぼ一定の波面を有する出力ビームを形成することができる。
【０００６】
’０３７特許の技術を採用した装置が有する問題点は、ホログラム表面上に入射するビームの光強度分布が設計パラメータで変動する場合、２次平面における出力ビームも同様に影響を受け、もはや均一なものでなくなる。光学システムにおいて、入力ビームの光強度分布がこのように変動する原因は数多くある。例えば、部品の寿命または単に間違って光源を交換したことにより、光強度が変動する。さらに、衝撃や寿命により系の光軸ずれが生じた場合にも、不均一な光強度分布を有する出力波面が形成される。
【０００７】
空間による光強度分布（ビームの空間的位置に応じて変動する光強度分布：spatial energy distribution）が不均一な波面を有する光入力ビームを、空間による光強度分布が実質的に均一な出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間による光強度分布の変動にあまり影響されないものでなければならない。
【０００８】
さらに、空間による光強度分布が不均一な波面を有する光入力ビームを、予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、このときファセット間の一般の特異的な不連続部に起因する出力平面上の強度の変動を最小限に抑えるために、ファセット間に一般の特異的な不連続部のないホログラムを用いる。
さらに、任意の波面を有する入力光ビームを、予定された振幅、分散角度を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、このとき出力ビームはフォトリソグラフィ工程で有用となる。フォトリソグラフ露光システムは、ウェーハ上にレジストまたはフォトレジストを予定されたパターンで露光する目的で、マスクのパターン形成するために用いられる。後に続くウェーハ処理により、例えば集積回路のような所望されるデバイスを最終的に形成される。
【０００９】
このマスクが、例えば５対１または１０対１の縮小率を有するレーザステッパなどのような投射リソグラフィシステムで用いられる場合、マスクはしばしばレティクルと呼ばれる。レティクルまたはマスクは一般に、透明基板上のクロム領域により形成される。マスクのクロム領域は、入射光を遮るので、光の強度変化としてマスクパターンを焼き付ける。５対１のレーザステッパでは、レティクルのパターンは、ウェーハ上に画像形成する際、１／５の倍率で縮小される。通常、この応用例では、回折部から照射されるビームは、比較的に均一で、かなり狭小な分散円錐角度を有し、その空間による光強度分布および角度による光強度分布（ビームの角度により変動する光強度分布：angular energy distribution）が限定されたものとなる。
【００１０】
マスクおよびレティクルによりウェーハ上の光の強度を制御するとき、ウェーハ上の光の角度分布を制御する部品が必要である。ウェーハを照射する光の特定の角度分布を調節することにより、フォトリソグラフ露光システムの被写界深度および解像度を拡大することができる。この部品は理想的には、高価でなく、しかも入力ビームの位置の変動、および入力ビームの空間エネルギの変動に対してあまり影響を受けないものである。
【００１１】
さらに、空間による光強度分布（空間光強度分布）が非均一な波面を含む入力光ビームを、予定された空間光強度分布を有する出力ビーム、すなわち予定されたビーム形状を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間光強度分布の変動に対してあまり影響されないものでなければならない。加えて、非均一な空間光強度分布を有する波面を含む入力光ビームを、例えば、空間光強度分布、予定されたビーム形状、または予定された角度による光強度分布（角度光強度分布）などの予定された特徴を有する出力ビームに変換するための比較的安価な方法が必要とされ、しかも入力ビームの位置および入力ビーム内における空間による光強度分布の変動にあまり影響されないものでなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号明細書
【特許文献２】米国特許第４,５４７,０３７号明細書
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、空間による光強度分布が均一でない入力ビームを、空間光強度分布が予定された出力ビームに変換するビームホモジェナイザである。入力ビームが、ファセットのアレイとして形成されるビームホモジェナイザに入射し、各ファセットは、各ファセットに入射する入力ビームのすべての部分をビームホモジェナイザから離れた出力平面に伝播させるように構成されており、その結果、各ファセットを介して伝播する光は重なり合って、空間による光強度分布が実質的に均一な出力ビームを形成する。
【００１４】
加えて本発明は、ファセット間の不連続部の境界が際立っていることに起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。不規則的にパターン形成された回折フリンジからなるホログラムの少なくとも一部に、入力ビームが照射される。その部分がビームの一部分を出力平面上に伝播させ、その結果、入力ビームのエネルギが出力平面において再分割されて、出力平面の照射された部分は予定された形状および予定された振幅を有するように、出力平面において予定された空間光強度分布を有するホモジェナイズされた出力ビームを形成する。
【００１５】
さらにこの発明は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを、出力平面において予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部が際立っていることに起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。ファセット領域は、不規則的にパターン形成された回折フリンジを有する。このファセット領域は、出力平面の標的において次のようなビームを伝播させる。照射されたファセット領域の各々を介して伝播する一部の入力ビームの大部分が、少なくとも他のもうひとつの照射されたファセット領域を介した入力ビームの部分と重なり合い、この結果、入力ビームのエネルギが、出力平面において空間的に再分布されて、出力平面において予定された空間光強度分布を有するホモジェナイズした出力ビームとなるようにする。ファセット領域のアレイがコンピュータで形成されたホログラムであって、このホログラムは、入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくいものである。このホモジェナイザは、照射された一部の入力ビームを予定された分散角度で伝播させ、出力平面において所望される予定された空間光強度分布に相当する標的領域を照射する。
【００１６】
さらに本発明は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを出力平面においては均一な空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。入力ビームは、コンピュータで形成されたサブホログラムのアレイの少なくともいくつかを照射し、そのサブホログラムの大きさは、サブホログラムに入射する一部の入力ビームの強度とは無関係に決定され、入射する入力ビームの位置の変動に関して影響を受けにくい。各サブホログラムが、各々に入射する一部の入力ビームの大部分を回折し、２次平面に配置される標的において、サブホログラムの各々で回折された一部の入力が、少なくとも他のもうひとつの照射されたコンピュータで形成されたサブホログラムによって回折された部分と重なり合って出力ビームを形成する。出力ビームの強度が、標的全体において実質的に均等となる。出力ビームが予定された分散角度、および出力平面において所望される予定された空間光強度分布に相当する標的を有する。
【００１７】
さらに本発明は、１次平面において任意の空間光強度分布を有する入力ビームを、２次平面において予定された空間光強度分布を有する出力ビームにホモジェナイズして、サブホログラム間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化する方法である。その方法とは、不規則にパターン形成された回折フリンジを有する、コピュータで形成されたサブホログラムのアレイからなるホログラム光学部品を提供するステップと、入力ビームが、サブホログラムの少なくともいくつかを照射するように、第１平面に部品を固定するステップと、この照射されたサブホログラムの各々が、各々に入射する一部の入力ビームを、２次平面における標的全体に亙って拡大的に回折し、照射されたサブホログラムのすべての回折部分を重ね合わせ、２次平面における出力ビームを形成するステップと、を備える。このとき、ホログラム光学部品を提供するステップが、入射する一部の入力ビームの位置、および入力ビーム内の空間光強度分布の変動に関して比較的影響を受けにくいサブホログラムのアレイを形成するステップを含んでいる。本発明では、照射されたサブホログラムの各々が、各々に入射する一部の入力ビームを予定された分散角度で拡大的に回折し、出力平面において所望される予定された空間光強度分布を形成する。
さらに本発明は、任意の空間光強度分布を有する入力ビームを、ホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する強度変動を最小化するビームホモジェナイザシステムである。サブホログラムのアレイは、各サブホログラムが不規則的に形成された回折フリンジを有し、いくつかのサブホログラムにより回折された入力ビームの部分が出力平面において重なり合うように、反復エンコード法を用いて設計される。この結果、出力ビームは、入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくい、予定された空間光強度分布を有する。各サブホログラムは、予定された分散角度を有するビームを伝播させる。出力ビームは、出力平面において予定された空間光強度分布を有する。
【００１８】
さらに本発明は、任意の空間光強度分布および特定の角度光強度分布を有する入力ビームを、予定された角度光強度分布を有する出力ビームに変換し、サブホログラム間の不連続部に起因する強度変動を最小化するビームホモジェナイザである。このホモジェナイザはサブホログラムのアレイを有し、その各サブホログラムは、不規則的に形成された回折フリンジを有し、位相転位させる画素を含み、少なくとも２つのサブホログラムにより回折された光は、出力平面において重なり合って出力ビームを形成する。このとき、出力ビームは、ホモジェナイザに入射する入力ビームの位置の変動、および入力ビーム内の空間光強度分布に関して比較的に影響を受けにくい、予定された角度空間光強度分布を有する。出力ビームは、予定された空間光強度分布および／または角度光強度分布を有する。
【００１９】
さらに本発明は、非均一な空間分布を有する入力ビームをより均一な分布を有する出力ビームに変換するビームホモジェナイザである。本発明のコンピュータ形成されたホログラムは、位相伝播パターンを有する。この位相伝播パターンのフーリエ変換が、予定された角度領域に亙って均一となる。このパターンが１つ以上の２次元位相部品から構成される。
【００２０】
さらに本発明は、光の非可干渉、または一部可干渉ビームの分散角度を変更するための光学システムである。回折分散部品が、円錐角度内で伝播する入力ビームを予定された角度の範囲で回折する。この度は、入力ビームの円錐角度および分散部品のフーリエ変換により決定される。
【００２１】
さらに本発明は、フォトリソグラフ光学システムである。入力ビームは、回折分散部品を照射する。回折分散部品は、予定された角度分布を有する出力ビームの部品が伝播させることによりマスクを照射する。
【００２２】
本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームを、出力平面においては均一な空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２３】
別の本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、出力平面における不要な強度変動を最小化することにある。
【００２４】
さらに別の本発明の目的は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２５】
本発明の特徴は、ファセットのアレイを有するホモジェナイザに入射する、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームの、各ファセットを介して伝播する一部の入射ビームが、出力平面において重なり合うようにして標的全体に画像形成することにより、入力光学ビームをホモジェナイズし、出力平面では実質的に均一な光強度分布を有する出力ビームを形成することにある。別の本発明の特徴は、このホモジェナイザがホログラムであって、各ファセットがサブホログラムであることである。さらに別の本発明の特徴は、出力平面におけるファセットを伝播する光の間で生じる干渉効果を最小化することにある。
【００２６】
本発明の特徴は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、不要な強度変動を最小化することにある。本発明の別の特徴は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された形状を有し、予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することにある。
【００２７】
本発明の利点は、このホモジェナイザがコンピュータ形成技術により開発できること、比較的に安価に製造できることにある。本発明の別の利点は、このホモジェナイザが入射ビームの光強度密度の変動に対して相対的に影響されにくいことにある。さらに別の本発明の利点は、出力ビームの強度が、ホモジェナイザに入射する入力ビームの位置に影響を受けにくいことにある。
【００２８】
さらに本発明の利点は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換し、ファセット間の不連続部に起因する、不要な強度変動を最小化できることにある。さらに本発明の別の利点は、非均一な空間光強度分布を有する入力ビームをホモジェナイザから離れた出力平面においては任意の予定された形状、および予定された空間光強度分布を有する出力ビームに変換することができることにある。
【００２９】
さらに本発明の別の利点は、任意の空間光強度分布および特定の角度光強度分布を有する入力ビームを、ホモジェナイザから離れた出力平面においては任意の予定された角度光強度分布を有する出力ビームに変換することができることにある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、関連技術である仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号のホモジェナイザに入射するビームの空間光強度分布を示し、ホモジェナイザを介して伝播する一部分の入力ビームが、どのように出力平面において構成されて、実質的に均一な光強度分布を有する出力ビームを形成するかを示す。
【図２】図２は、ホモジェナイザに入射する一般的なエキシマレーザである入力ビームの空間光強度分布と、結果として生じる出力ビームを示す。
【図３】図３は、ホモジェナイザに入射する一般的なネオジウムＹＡＧレーザである入力ビームの空間光強度分布と、結果として生じる出力ビームを示す。
【図４】図４は、本発明のホモジェナイザに入射するビームの空間光強度分布を示し、ホモジェナイザのプラトー（plateau）およびバレイがどのように不規則にパターン形成されているか、およびホモジェナイザを介して伝播する入力ビームの一部分がどのように構成されて、出力平面において実質的に安定した光強度分布を有し、予定された円形の光強度分布形状を有する出力ビームが形成されるかを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、多数ファセットを有するホログラム、およびファセット間における特異的な不連続部を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａで示すホログラムの拡大図であって、例えば特異的な不連続部がかなり詳細に示されている。
【図６】図６は、ビームが予定された分散角度２０°でファセット領域から出力平面に伝播される様子を示す。
【図７】図７は、図４で示すホログラムの拡大図であって、不規則にパターン形成されたプラトーおよびバレイを示し、任意の大きさを有する４×４行列のファセット領域を示し、ファセットに形成されたパターンは反復的なものではなく、またファセット境界においては不連続的ではないことを示す。
【図８】図８は、円形の標的パターン、つまり空間光強度が出力平面において円内に分布し、円の周囲には相対的に分布が存在しないような予定された光強度分布パターンを示す。
【図９】図９は、ドーナッツ形状の標的パターン、つまり空間光強度が出力平面において、円形の相対的な非照射領域がリング状の照射領域の周囲にあり、続いて円形の相対的な非照射領域がこれに隣接するような予定された光強度分布パターンを示す。
【図１０】図１０は、フォトリソグラフシステムで利用される場合の本発明の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号の構成を図１で示す。光ビームが、ファセット１２のアレイ１１を有するホモジェナイザ１０に入射する。これらファセット１２の各々に入射する入力光ビーム１４のすべての部分が、出力平面１８における標的１６の全体に均一に照射するように、各ファセット１２は構成されている。各ファセット１２を介して伝播する入力ビームの一部分は（２０ａおよび２０ｂで図示する）、標的１６において重なり合うので、入力光ビームが混合し、その結果、各ファセット１２を通過した入力ビーム１４の一部の出力をホモジェナイズする（出力光ビームの強度を均一にする）。このホモジェナイゼーション（光強度の均一化）により、標的１６において入力ビーム１４を均一に混合することが担保され、出力ビーム２２が、出力平面１８において均一な光強度分布２４を有することになる。光強度の均一化処理により、非効率性による多少の損失が生じるが、入力ビーム１４の光強度が平均化される。
【００３２】
入力光ビーム１４は、レーザのような光源（図示せず）から出射されるが、好適にはコリメートされ、入力ビームの空間光強度分布は、図１ないし３で示すように、さまざまな形態を取り得る。入力光ビーム１４は、光源からホモジェナイザ１０に伝播し、レンズおよび鏡のような従来式のバルク光学部品、あるいは従来式の光学部品と同じ結果をもたらすホログラム部品を用いて、入力光ビーム１４はコリメートされる。入力ビーム１４は一般に、断面領域において強度が相当に変動し得る光強度分布２６を有している。いくつかの光源では、強度分布２６が５〜１０％の範囲で変動し得る。加えて、光源が古くなったり、光源を駆動する電源がふらつくと、やはり入力ビーム１４の光強度分布２６が変動する。ビームホモジェナイザ１０は、入力光ビーム１４を混合するように構成されているので、入力ビーム１４の光強度分布２６の変動に関係なく、しかも入力ビーム１４がアレイ１１の入射する部分の位置の多少の変動によらず、出力ビーム２２は、出力平面１８での標的１６において本質的に均一な光強度分布２４を有する。標的１６における光強度分布２４は、入射信号１４の光強度２６を平均化したものというより、各ファセット１２に対する光強度を平均的に分布させたものである。
【００３３】
この実施の形態におけるビームホモジェナイザ１０は、ホログラム部品であり、ファセット１２はサブホログラムであって、同じ大きさのサブホログラムからなるＭ×Ｎ直線行列として図示されている。サブホログラムが異なる大きさを有していてもよいことが予想される。これらサブホログラム１２は、各サブホログラムに入射する入力光ビーム１４の各部分を、出力平面１８における標的１６の全体の上に回折するように構成されている。これらサブホログラム１２の各々は、入力ビーム１４の一部分を標的１６全体の上に照射するための個別の回折格子である。フリンジまたは画素の数によるが、特に以下に説明する実施例は、サブホログラム１２のために１ｍｍあたり８０本近くのライン（８０行／ｍｍ）を有する。明確にするためにこのラインを図示することを割愛した。さらに、ホモジェナイザ１０は、４×４行列アレイ１１として図示されているが、現実には下記するように、ホモジェナイザを形成するために、より数多くのサブホログラム１２またはファセットを有していてもよい。
【００３４】
ホログラムを作製する１つの方法は、可干渉な光ビームの中で写真プレート上に干渉パターンを形成し、このプレートを現像する方法がある。ホログラムによる干渉は、干渉フリンジを構成する内的構造物を含むので、大量生産が困難となる。
【００３５】
ホログラムによる干渉に関連する生産上の問題を克服するために、コンピュータ形成ホログラム（以下ＣＧＨという）が開発されてきた。ＣＧＨを用いて、所望するホログラムパターンを計算し、所与の構成条件に基づいて、パターンまたは再構成された波面から逆に数学的に処理して、特定の所望するホログラムを得る。高機能コンピュータの利点を用いて、繰り返し反復してＣＧＨエンコードする方法が開発され、これにより他の数学的技法を用いて開発されたホログラムよりも相当に高機能なＣＧＨを開発することができる。
【００３６】
ＣＧＨは、本質的に表面凸版印刷であって、フォトリソグラフ工程、エッチング工程、電子線照射工程、またはその他の工程により形成される。電子線技術によれば、光フィルムに近い解像度が得られるが、振幅および位相の量子化レベルは相当に粗い。フォトリソグラフ処理すると、数多くのレベルにあるホログラムを提供することができる。しかし、層間のアライメント誤差は、層数に伴って増加する。
【００３７】
本発明と、米国特許第４,５４７,０３７号の発明とが大きく異なるところは、後者においては、各ファセットを照射する光が出力平面において異なる位置を照射する点である。一方、本発明においては、多くのファセットからの光が出力平面上で重なり合うのである。このような特徴の利点については先に述べたが、この特徴の問題点は、その問題点を特に回避するように設計しなければ、出力平面において、いくつかのファセットからの光が重なり合うところで、レーザ強度の形態において大きな変動の原因ともなり得る可干渉効果による干渉パターンが形成され得る点にある。例えば、サブホログラムが別々に設計され、各サブホログラムの大きさがレーザ光源の空間的可干渉幅よりも小さい場合、可干渉効果により、いくつかのファセットからの光が重なり合うところで、かなりの明暗パターンが生じる可能性がある。
【００３８】
反復個別軸上（ＩＤＯ）エンコード法といった反復的なエンコード方法を用いてサブホログラムを設計することにより、この問題を抑制することができる。この問題は、同一発明者であるフェルドマンらによる「スポットアレイを形成するための高効率ホログラムの反復エンコード法」(Optics Letters, Vol.14, pp. 479-81)と題した刊行物により詳細に説明されており、その開示内容は、一体のものとしてここに統合される。その開示内容を要約すると、ホログラムを長方形セルの２次元アレイに分割し、許容できる画像が得られるまで、各セルの透過係数を選択し最適化する。最適化過程において、異なるファセット間の干渉効果を含めて、画像をモニタする。各セルの透過係数は、各ファセットから照射される光を出力平面の大部分（あるいは全体部分）に照射するように分散するためだけでなく、ファセット中における干渉効果を最小化するように選択する。軸上エンコード法によれば、ホログラムが機能するのにキャリア波面を必要としないので、これらのホログラムは、キャリア波面を必要とする軸外方法よりもはるかに高い回折効果を有するＣＧＨを形成することができる。その理由は、利用可能なスペース・バンド幅・製品（ＳＢＰ）、またはＣＧＨに含まれる情報に対して実際上の上限を有するためで、これらは所望する画像をエンコードするのに利用できる。搬送波面のために情報が必要でない場合、所望する画像に関するより多くの情報が必要となるかもしれない。同様に、「半径方向に対称なホログラムおよびその製造方法」と題する米国特許第５,２０２,７７５号に開示されたエンコード方法を用いることが望ましく、この開示内容はここに一体のものとして統合される。ＩＤＯまたはＲＳＩＤＯといった反復エンコード法の通常の特徴は、「位相転位」することにある。位相転位は、同様に米国特許第５,２０２,７７５号で開示されているが、２つの隣接するＣＧＨ画素の位相が１位相より大きくＮ−１位相レベルよりも小さく異なる場合に、位相転位が生じる。米国特許第４,５４７,０３７号で開示されるように、２またはそれ以上の多数レベル格子が用いられる場合、位相転位は起こらないことを留意されたい。
【００３９】
各サブホログラム１２を設計するのにＩＤＯ法が用いられた場合、回折角度を小さくすることにより、入力光ビーム１４の短い波長に基づいて、物理的に確認できる程度の大きさを有する高効率ＣＧＨを形成することができる。この特別な例では、入力光ビーム１４は、２．５ｃｍ×１ｃｍ（センチメートル）の楕円形状で、３０８ｎｍ±１ｎｍ（ナノメートル）の波長を有するものとした。標的１６、または出力ビーム２２は、円形または正方形を含む数多くの形状とすることができ、とりわけこの開示例では、出力平面１８での直径を１．５ｃｍに選択することができる。これらの条件の下で、ホモジェナイザ１０と出力平面１８上の標的１６との間隔を２０ｃｍとすると、ビームホモジェナイザ１０の最大偏向角度は２．９°である。
【００４０】
最大ＣＧＨ偏向角度が２．９°である場合、１６０ｌｐ／ｍｍ（行−対／ミリメートル）の最大の空間的振動数を必要とする。この場合レーザである光源の光パワーを経済的に利用するためには、ホモジェナイザ１０を形成するＣＧＨは、高回折率を有する必要がある。ＣＧＨ空間的振動数が８００ｌｐ／ｍｍである場合、およそ８０％ないし９０％の回折率が得られるが、さもなければ４倍の最大空間的振動数が必要である。８００ｌｐ／ｍｍのＣＧＨ空間周期的構成は、０．６μm（マイクロメートル）のＣＧＨ最小形状サイズに対応する。
【００４１】
入力ビームのパワーを経済的に利用するために必要とされる高効率をＣＧＨにもたせるための更なる要件は、各サブホログラムのＳＢＰ（スペース・バンド幅・製品）が１２８×１２８以上でなければならないことである。それは自由度の尺度でもある。高効率を有する任意の光学的機能を実行するためには、一般に、大きい自由度が必要である。すると、７７μｍ×７７μｍの各サブホログラムの寸法においてより低い境界を与える。寸法が１００μｍ×１００μｍに設定された各サブホログラムを用いて、１００×１００ファセットアレイが、この例のビームとして用いるためには十分である。これら特定のパラメータにより、８０ないし９０％の回折率のために必要な１２８×１２８の目標最低ＳＢＰを十分超える１６７×１６７のＳＢＰが形成される。このデバイスのための計算された最終的な回折率は、８５ないし９５％の間になるよう意図される。
【００４２】
各サブホログラム１２の透過光２０ａおよび２０ｂは、出力平面１８において標的１６全体をカバーして、均一化された光強度を有する出力ビーム２２を形成する。出力ビーム２２の直径は、１．５ｃｍ×１．５ｃｍと予定される。この場合、出力ビーム２２は、入力ビーム１４よりも小さい直径を有する。同様に出力ビーム２２をホモジェナイザ１０により拡大することもでき、すると標的１６が入力ビーム１４または任意の所望する形状より広い断面領域を有することになる。
【００４３】
出力平面１８は、特定の部品というより空間内の領域を意味する。バルク光学部品、光ファイバ、別のホログラム、能動的デバイス、または、ブロックマスクや照射対象物のような出力ビームを利用するようなその他の装置を配置することができる。そのような一応用例では、レーザ切断機で出力ビームを用いることができるような光学部品を出力平面１８において採用する。ホモジェナイザ１０がない場合、レーザ切断機の応用例で用いられるビームは、入力ビーム２４の強度分布を有するか、あるいは入力ビームの相当量のパワーが、開口部を貫通して失われてしまう。図１で示すように、入力ビームの波面は中心領域において高いパワーまたは「ホットスポット」を有し、これが低いパワーを有する外端フリンジ領域よりも素早く材料を切断することになる。これにより、端部の形状が波面の入力ビームの光強度分布とは逆の形状を取るので、あまり精確でない切断点部を形成することになる。標的における出力波面の光強度分布が、均一化されたビームの照射強度と非照射強度との間では、そのパワーに明確な差をもって、照射される。光強度が均一化されたビームの光強度分布を用いると、出力ビーム全体に亙ってより均一に切断され、より精確な端部が形成される。
【００４４】
本発明の別の実施例が図４で示される。この実施例も、仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号の実施例と同様、出力平面における空間光強度分布をホモジェナイズする。しかし本発明によると、ファセット間における境界の形状が際立った端部または不連続部が形成されることなく、すなわち特異的な端部または不連続部に起因する出力ビームの出力平面における強度を一定にしようとするものである。ヨーロッパ特許公開７４４,６６４号によると、アレイ上の任意の方向に指向するセルが開示しているが、セル内のフリンジの構成またはセルをまたぐフリンジの連続性については開示していない。図４で示す実施例はまた、出力平面における予め定めた形状の標的領域を照射する。予定された形状の標的領域を説明または表現する別の言い方は、出力平面における予定された空間光強度分布である。さらに別の表現の方法として、出力平面における形成されたパターンビームである。仏国公開特許公報第２,７１６,７２６号で用いられた設計、製造方法、および特徴すべてについて、図４で示す実施例４において等しく適用できる。
【００４５】
図１〜図３で示すように、ファセット１２間の境界が明確な（特異的な）端部または不連続部がホモジェナイザ上に形成されている。図５Ａはホログラム１６を示し、ファセット１２間の特異的な端部または不連続部４８がはっきりと見て取れる。図５Ｂは、図５Ａで示すホログラム１６のファセット１２間の特異的な端部または不連続部４８の拡大図である。好適な実施例においては、プラトー５０（白色領域で図示）およびバレイ５２（valley）（黒色領域で図示）で形成されたファセット端部の回折フリンジ間の交差部は、出力平面において不要な構造物を形成することに留意されたい。
【００４６】
ホモジェナイザ上のこのような構造物４８が、ホモジェナイザ上に入射する入力ビームの不要な回折の原因となる。規則的にパターン形成された、または規則的に反復されたそのような構造物が入力ビーム１４を回折する結果、空間光強度分布において不要な際立った反復する強度変動が、出力平面における出力ビームとして現れる。
【００４７】
図４で示す実施例においては、こうした特異的な端部または不連続部を排除した結果、こうした特異的な端部または不連続部に起因する出力ビームの強度変動が最小限に抑えられる。図４で示す実施例では、上述の実施例における規則的にパターン形成されたファセットアレイの代わりに、例えばホログラムのような不規則的にパターン形成された回折フリンジ７０または回折格子を有する光学装置５４が用いられる。好適な実施例による回折フリンジ７０は、プラトー５０（白色領域で図示）およびバレイ５２（黒色領域で図示）で形成され、この回折フリンジのことをここではプラトーおよびバレイという。このプラトーおよびバレイを有するホログラムの構成が、レンズと似通ったものであることを、当業者ならば理解するだろう。米国特許第４,８９５,７９０号は、プラトーおよびバレイを有する光学部品の構成について開示し、その開示内容は一体のものとしてここに統合される。同様に、米国特許第５,２０２,７７５号がホログラムの製造方法を開示しており、その開示内容も一体のものとしてここに統合される。
【００４８】
不規則にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２を有するホログラムからなるホモジェナイザは、もはや、定常的で特異的な端部または不連続部を有さず、出力平面上における出力ビームの不要で定常的かつ反復的な強度変動をもたらすことがない。図４はこの態様を示す。
【００４９】
図４で示す本発明に関するファセット領域とは、ホログラム５４上の任意に設計された大きさを有する領域を指す。それは、ホログラム上の不規則に形成された、またはパターンされた回折フリンジ（好適な実施例では不規則に形成された、またはパターンされたプラトーおよびバレイ）を指すときに便利に用いられる。ホログラムは少なくとも２つのファセット領域を有する。好適な実施例では、類似するプラトー５０およびバレイ５２を含むファセット領域５６は２つとしてない。ホログラム上に不規則に形成されたプラトーおよびバレイの領域を指す別の便利な方法として、ファセットとしての領域と呼ぶ。あるファセット内のパターンは、自らのパターンに対し名目上の関連性を有し、他のファセット内のパターンとは名目上の関連性を有さない。したがって、ホログラム内の各ファセットは、出力平面における標的領域全体に光を照射する。
【００５０】
図７は、図４で示すホログラムの拡大正面図である。図７のホログラム５４（および図４のホログラム５４）は、図７の破線で示すような４×４のファセット領域またはファセット５６のアレイを有するものとして任意に呼んできた。これらの破線はホログラム上の構造物ではないが、この実施例に関するファセット領域または１つのファセットを特定するのに用いられ、この実施例のホログラム５４に関する１つの領域を特定するのに便利である。各ファセット領域５６は、不規則的にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２を有する。ファセット領域５６間には特異的な端部または不連続部は一切ない。図４で示す１６個のファセット領域５６の１個だけについて説明するように、破線が図示されている。というのも、図４で、他の１５個のファセット領域についても破線で説明すると、見づらくなるし、混乱させる。
【００５１】
図４を参照すると、入力光ビーム、好適にはコリメートされたビームがホログラム５４のファセット領域またはファセット５６を照射するとき、不規則的にパターン形成されたプラトー５０およびバレイ５２は、もはや、出力平面１８における規則的で不適当な強度変動（図示せず）を伝播させる不適当な構造物を与えるものではない。本実施例の更なる利点は、独立した各ファセット５６を設計してファセット領域またはホログラム全体を設計すると、より大きい設計自由度が得られる。そして設計者は、プラトー５０およびバレイ５２を調整することにより、出力平面における不要な強度変動を抑えるように設計することができる。一方、別々のファセットを用いた実施例における特異的な端部または不連続部によると、これらの特異的な端部または不連続部に関連して設計自由度ははるかに小さいものとなる。この実施例の別の利点は、独立した各ファセット５６を設計してファセット領域またはホログラム全体を設計すると、より大きい設計自由度が得られる。より大きい設計自由度とは、例えばリング状および十字型などの任意の形状を有する出力ビームを形成できることにある。
【００５２】
図４で示す実施例では、コリメートされた入力ビーム１４がファセット領域５６を照射し、ファセット領域５６が予定された分散角度３２で伝播ビーム２０ｃおよび２０ｄを伝播する。本発明の当業者は、分散角度についてよく知っている。分散角度または発散角度とは、有限の伝播距離に対するビームサイズの僅かな増加分のことであり、ラジアンまたは度数で表現される。所与のファセット領域５６において、プラトー５０およびバレイ５２は、入射ビーム１４の伝播部分２０ｃおよび２０ｄが予定された分散角度を有するように、入力ビーム１４を回折する。ファセット領域５６により与えられた分散角度は、所望する出力ビームが出力平面に伝播するように、ホログラム５４の設計者が選択するものである。好適に設計者は、プラス・マイナス・ゼロからプラス・マイナス・９０°の範囲の分散角度を事前に選択できる。図６では、入力ビーム１４の一部が照射するファセット領域５６（側面図で示す）を示し、ここでは出力平面１８に伝播するビーム２０ｅおよび２０ｆに対してプラス・マイナス２０°の分散角度を与えている。
【００５３】
ビームホモジェナイザ１０を利用する場合、そして所望する出力ビームの用途に応じて拡散角度が選択される。分散角度は、実際の応用例での必要に応じて設計者が選択することである。例えば、機械視野の照射システムでは、１０度×１５度の長方形領域に亙って均一な照射が必要とされることがある。設計者は、このように所望するように照射させるためにビームホモジェナイザの分散角度を選択することになる。
【００５４】
予定した分散角度を有するビームを伝播させるファセット領域５６に関して、設計者は、伝播光２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、および２０ｆの分散角度を制御する。ホログラム５４のファセット領域５６により、出力平面１８上に照射される標的領域１６が照射されたファセット領域５６よりも大きくなるような分散角度を与えるのが望ましい。
【００５５】
図４で示す実施例では、出力平面１８における予定された標的領域１６が照射されるように、ホログラムが設計される。図４で示す実施例により、予定された標的領域に亙って空間的光強度がホモジェナイズされる。つまりこの実施例によれば、ホログラム表面上の入力ビームの光強度分布が、設計パラメータから逸脱した場合であっても、出力平面において一定の予定された光強度分布が得られる。
【００５６】
設計者は、標的領域１６に関して任意の特定の形状を選択することができる。所望する形状を有する標的パターン１６をホログラム５４から出力平面１８上に投射できるように、設計者はプラトー５０およびバレイ５２を設計する。ホログラムを構成するこれらの空間的振動数構成物（spatial frequency content of the hologram：プラトー５０およびバレイ５２）は、所望するパターンを形成するように設計される。つまり、プラトー５０およびバレイ５２の大きさおよび配向は、所望するパターンを形成するように設計される。設計に際してはコンピュータを用いることが好適である。
【００５７】
この実施例において、ファセット領域５６は、予定の設計された分散角度で、入力ビーム１４の一部分２０ｃおよび２０ｄを伝播させる。さまざまな、予定された分散角度で光を伝播させることにより、ホログラム５４のファセット領域５６から出力平面１８上の標的パターン１６に予定された空間光強度で光照射される。標的パターンとは本質的に、出力平面１８における非照射領域３６に隣接する出力平面１８の照射領域３４から構成される。予定された空間光強度のビームが出力平面１８における標的領域３４に照射されるように、そして出力平面１８上の標的領域３４以外では相対的にほとんどゼロの空間光強度のビームが照射されるように、つまり出力平面１８上の標的領域３４を照射するように、ホログラム５４は設計される。図４で示す標的パターン３４は、円形パターンである。このパターンを図８の正面図で示す。円形標的パターン１６とは、つまり、予定された空間光強度分布パターンであって、このとき空間的な光強度は出力平面１８において円内に分布され、円の外では相対的に全く分布されていないことを図８で示す。つまり図８は、出力平面１８において照射円形領域３４が相対的非照射領域３６を取り囲むように、空間的光強度が出力平面１８上に分布されるようにした、予定された光強度分布パターンを示す。図８で示すパターンは、図７で示すホログラムによって形成されたものである。
【００５８】
例えば図９で示すようなその他のパターンを、投射するために、ホモジェナイザ１０の設計者は選択することができる。図９は、出力平面１８上のドーナッツ形状の標的パターン１６を示す。つまり、相対的非照射の円形領域３７がリング状の照射領域１６で取り囲まれ、この照射領域１６が次いで相対的非照射領域３６に隣接するような、予定された光強度分布パターンを示す。例えば花や矩形の形状を有する非円形パターンもまた選択することができる。
【００５９】
ホモジェナイザ１０は、出力平面１８の照射領域３４上に均一な空間光強度分布を有するパターンを投射する。図８および９で示すパターン１６は、照射領域３４において比較的に均一な空間光強度分布を有する。
【００６０】
図４で示す実施例は、フォトリソグラフィ工程で極めて有効なものである。フォトリソグラフィ工程は、本質的に光化学媒体中にあるパターンを露光する方法である。この方法は、集積回路を製造するために用いられる。これら洗練されたデバイスを形成するためのパターンは、フォトリソグラフ工程において全く忠実に最高の解像度をもって画像形成される必要がある。
【００６１】
フォトリソグラフによる露光システムは、予定されたパターンでウェーハ上のレジストを露光するために、ウェーハ上のマスクパターンを画像形成するのに用いられる。後続のウェーハ処理工程により、例えば集積回路のような所望するデバイスを最終的に形成する層を完成させる。
【００６２】
このマスクが、例えば５対１または１０対１の縮小率を有するレーザステッパなどのような、投射式リソグラフィシステムで用いられる場合、マスクはしばしばレティクルと呼ばれる。レティクルまたはマスクは一般に、透明基板上にクロム領域を設けて形成される。マスクのクロム領域は、入射光を遮るので、光の強度変動としてマスクパターンを焼き付ける。５対１のレーザステッパでは、レティクルのパターンは、ウェーハに画像形成する際、１／５の倍率で縮小される。通常、この応用例では、回折部から照射されるビームは、相対的に均一で、かなり狭小な分散円錐角度、つまり限定された空間光強度分布および角度光強度分布を有する。
【００６３】
本発明によれば、ウェーハ上の光の角度分布を制御することができる。ウェーハを照射する光の特定の角度分布を変更することにより、フォトリソグラフ露光システムの被写界深度および解像度を大きくすることができる。本発明は、入力ビームの位置の変動、および入力ビームの空間光強度分布の変動に比較的に影響を受けにくいので、フォトリソグラフィ工程において更なる利点を有する。
【００６４】
本発明によると、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光の強度、角度を有する周期的構成、および瞳孔パターン形状を制御することができる。このように制御することで、集積回路ウェーハ上のマスタパターンに関する画像の解像度を改善することができる。いくつかのマスタパターンに関しては、光がある角度で、または一定の角度範囲で照射する方がよいということが分かってきた。ホモジェナイザは、空間的エネルギをホモジェナイズする一方、その角度で光を与えるとともに、露光のその他の特性を制御する。このように制御することにより、半導体チップの製造過程において、あるいはフォトリソグラフィ工程を用いるその他の領域において、生産性が向上する。例えば図１０を参照すると、光源（図示せず）は、コリメートされた入力ビーム１４で、図４の実施例のホモジェナイザ１０（側面図で示す）を照射する。このホモジェナイザ１０は、入力光の大部分を所望する分散角度、予定された強度、および空間光強度分布で伝播させる。このとき予定された空間光強度分布は均一となる。この伝播された部分２０ｆおよび２０ｇは感光させる光として機能する。マスタまたはマスク６０は、ホモジェナイザ１０に接近して配置されるので、ホモジェナイザ１０とマスク６０との間で光強度分布に相当の差異が生じることはなく、つまりビームは、ホモジェナイザ１０およびマスク６０において同じである。マスク６０を出力平面１８（図示せず）には配置しないことが好ましい。マスタ６０は、所望する露光２０ｆおよび２０ｇにより照射される。マスタ６０に遮られない露光２０ｆおよび２０ｇの一部光２０ｈは、マスタ６０を通過してレンズ６２を照射する。この一部光２０ｈは、所望する予定された分散角度を有している。続いてレンズ６２は、入力光２０ｈを通過させ、例えばフォトレジスト（図示せず）を用いてマスタ６０の対象となるウェーハ６４の上に画像を焼き付ける。レンズ６２は、所望する縮小倍率を有する。この実施例によれば、所望する方法で、とりわけ所望する分散角度で対象となるウェーハ６４上に画像を焼き付ける。つまりウェーハは、所望する最適の特性を有する照射光で、予定された所望する方法で露光され、複製品が生産される。このようにして、所望され、必要とされる照射光を最適化することにより、例えば半導体チップ製造過程においてより高い生産性を得ることができる。このホモジェナイザは、例えば、分散角度０から２度までを遮蔽し、２から４度を通過させ、４度以上を遮蔽するように用いることができる。あるいは、例えば、プラス３度からマイナス３度に至る領域をホモジェナイザにより形成することができる。ホモジェナイザ１０のプラトー５０およびバレイ５２を、好適にはコンピュータを用いて設計することにより、伝播光の分散角度および周期的構成が制御できる。
【００６５】
好適には、ホログラム５４はコンピュータ形成されたホログラムである。さらに好適には、分散角度を含むコンピュータ形成されたホログラムの特性は、コンピュータを用いて設計され、選択される。所望の予定された照射標的領域、出力平面における所望の予定された空間光強度分布、およびその他の必要とされる特性が得られるように、その特性が選択される。
【００６６】
本発明を設計する際、設計者は所望の角度分布を決定する。設計者は、所望の角度範囲に相当するフーリエ平面における強度分布を用いて、フーリエ変換ホログラムを設計する。例えば、設計者は４度から７度の、つまり３度幅で通過させるリングを選択してもよい。するとこの標的は、出力平面１８上にリング状の回折ファー・フィールド・パターンを有するホログラムを形成することになる。択一的に、図１０で示すフォトリソグラフシステムで用いられる場合、平面６０でのホログラムの出力強度は均一であるが、その分布角度は４度から７度である。フーリエ変換ホログラムは、回折性のフリンジパターンまたは位相透過パターンを有するので、そのようなパターンのフーリエ変換は、所望する角度領域上に所望する伝播に対応する。フーリエ変換ホログラムをどのように設計するかについては、本発明の当業者には広く知られたところである。フーリエ変換は、コンピュータでなされることが望ましい。
【００６７】
一般に、ファースト・フーリエ変換を行うと、離散的なポイントでしかパターンが計算されない。一般に、フーリエ変換ホログラムは、斑点を排除または抑制するために反復される。斑点は極めて明るく、そして暗い光のスポットで、可干渉システムにおける干渉によって生じる。本発明のパターンは反復しない。本発明によるフーリエ変換ホログラムを設計するための好適な方法は、コンピュータによる反復的な最適化技術を用いることで、それは、例えば上述したような、そして同一発明者であるフェルドマンらによる「スポットアレイを形成するための高効率ホログラムの反復的エンコード方法」(Optics Letters, Vol.14, pp.479-81)に開示されたような（その開示内容は、一体のものとしてここに統合される）ＩＤＯ法である。出力はフーリエ変換平面で、入力はＣＧＨ平面でなされる。好適な実施例では、非可干渉な、または一部が非可干渉な光により、また加えて非常に数多くの画素を有するホログラムを設計することにより、斑点の発生が回避される。非常に数多くの画素を有するホログラムによると、出力平面においてほとんど連続的な画像を形成する。フーリエ変換ホログラムは、出力平面における各点がホログラムの各ファセット領域からの寄与を受けるような特性を有する。
【００６８】
上述したように、一旦設計され製造されると、このホログラムは照射システムの中に設置される。任意の強度分布を有するコリメートされたビームで照射される場合、この例のホログラムは、ＣＧＨから比較的に遠く離れた平面において所望する角度に相当するリングを伝播させる。ビームがコリメートされない場合、リングは比較的に幅広くなり、その幅は入力ビームの拡散する精確な円錐角度に依存する。ＣＧＨに極めて接近した平面においては、ＣＧＨを照射するビームと同じ強度を有するビームが確認されることとなるが、ビームは、入力ビームの拡散角度とＣＧＨの分散角度が組み合わされたものに相当する拡散角度を有することになる。
【００６９】
図４で示す実施例において、出力平面の指定された標的領域のみが照射されるようにホログラム５４は設計される。つまり、予定された空間光強度分布が出力平面に対して入射するように、ホログラムは設計される。
【００７０】
図４を参照すると、コリメートされた入力ビーム１４がホログラム５４を有するホモジェナイザ１０に入射し、そのホログラムは、破線で示す１６個のファセット領域５６からなるアレイ１１を有する（図４で、１６個のファセット領域またはファセットのうち１個だけについて破線で示し、図７で１６個すべてについて示す）。これらファセット領域５６の各々は、プラトー５０およびバレイ５２の不規則なパターンを有する。これらファセット領域５６のうち、２つとして類似するものはない。これらファセット領域５６は、入射するコリメートされた光ビーム１４のどの一部分も出力平面１８における標的１６に照射するように構成されている。コリメートされたビーム１４の一部分は、ファセット領域５６の各々を介して伝播する。この部分２０ｃおよび２０ｄは、ファセット領域５６により与えられる予定された角度分散を有する。上述の明細書で開示されたように、２０ｃおよび２０ｄで示されるこの部分が標的１６に重なり合う。こうして重ね合わせることにより、入力ビーム１４にはあった空間エネルギの変動が、出力平面１８においては存在しなくなる。つまり、出力平面１８においては照射部分全体１６および３４に亙って、均一な空間光強度分布が得られる。この分布またはパターンによりビーム２２が形成される。標的領域、または照射部分は予定された形状を有する。この平面の照射部分１６および３４が予定される。図４では予定されたのは円形である。この平面の照射部分１６および３４は、ファセット間の特異的な端部または不連続部に起因する好ましくない強度変動をもたない。なぜなら、不規則にパターン形成されたプラトーおよびバレイを有する、不規則にパターン形成されたファセットを用いることにより、上記の特異的な端部または不連続部を取り除いたからである。
【００７１】
本発明によれば設計者は出力平面の照射領域のため空間光強度について均一な振幅を選択することができる。同様に本発明によれば、設計者は出力平面の異なる照射領域において異なる振幅の空間光強度を選択することができる。例えば図８において設計者は、照射された円１６の上半分に対して振幅１（任意の単位）の空間光強度レベルを選択し、照射された円１６の下半分に対して振幅１．５（任意の単位）の空間光強度レベルを選択することができる。つまり空間光強度分布とは、出力平面における照射パターンの形状と、照射部分内での空間光強度分布との両方を含んでいる。しかし、選択された空間光強度分布はホモジェナイズされ、その結果、入力ビーム分布に変化があっても光強度分布は変化しない。設計者が選択する光強度分布は、当座の応用例に即して選択される。
【００７２】
位相伝播パターンとは回折フリンジパターンの数学的表現である。つまり物理的な回折フリンジパターンは、例えば図７で示すように、数学的に表現することができ、位相伝播パターンとして数学的に表現する。当業者ならば、位相伝播パターンおよび回折フリンジパターンとフリンジの数学的関係を理解するだろう。
【００７３】
本発明の当業者ならば、位相伝播パターンのフーリエ変換をどのように行うか知っているだろう。フーリエ変換ホログラムは、そのパターンが所望する角度領域に対する所望の伝播に相当するようにした、回折フリンジパターンまたは位相伝播パターンを有している。フーリエ変換はコンピュータを用いて計算されるのが望ましい。
【００７４】
二次元位相部品は、ホログラムのような光学部品の構成または製造に用いられる。本発明の当業者ならば２次元位相部品についてよく知っているだろう。米国特許第４,８９５,７９０号は、このような２次元位相部品の構成について開示しており、その開示内容はここに統合される。
【００７５】
当業者なら構成を変更するだろうし、本発明から逸脱することなく、さまざまな明らかな修正および実施例を実施することができる。上述の明細書または添付図面で述べた材料は例示的なものに過ぎない。また上述の明細書は限定的なものではなく、例示的なものであって、本発明はクレームの範囲によって限定される。
【符号の説明】
【００７６】
１０ ホモジェナイザ、１１ ファセット領域のアレイ、１２ ファセット領域、１４ 入力光ビーム、１６ 標的、１８ 出力平面、２４，２６ 光強度分布、４８ 不連続部、５０ プラトー、５２ バレイ、５４ 光学装置（ホログラム）、５６ ファセット領域、６０ マスク、６２ レンズ、６４ ウェーハ、７０ 回折フリンジ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィシステムで用いられる光学システムであって、
入力ビームを変換して得られた出力ビームを、一定の標的面積を有するマスク（６０）を介して、ウェーハ（６４）上に照射するホモジェナイザ（１０）を備え、
ホモジェナイザ（１０）は、複数のファセット領域（５６）からなるホログラム（５４）を有し、
各ファセット領域（５６）は、不規則なパターン形状を有する複数の回折フリンジ（７０）から構成され、各回折フリンジ（７０）で形成されるファセット領域（５６）の全体的なパターン形状が各ファセット領域（５６）において互いに異なり、
各ファセット領域（５６）のそれぞれの回折フリンジ（７０）のパターン形状は、出力ビームがマスク（６０）の一定の標的面積上に連続的な強度分布で照射され、マスク（６０）により遮られない出力ビームがウェーハ（６４）に均一な強度分布で照射されるように構成されていることを特徴とする光学システム。
【請求項１】
リソグラフィシステムで用いられる光学システムであって、
入力ビームを変換して得られた出力ビームを、一定の標的面積を有するマスク（６０）を介して、ウェーハ（６４）上に照射するホモジェナイザ（１０）を備え、
ホモジェナイザ（１０）は、複数のファセット領域（５６）からなるホログラム（５４）を有し、
各ファセット領域（５６）は、不規則なパターン形状を有する複数の回折フリンジ（７０）から構成され、各回折フリンジ（７０）で形成されるファセット領域（５６）の全体的なパターン形状が各ファセット領域（５６）において互いに異なり、
各ファセット領域（５６）のそれぞれの回折フリンジ（７０）のパターン形状は、出力ビームがマスク（６０）の一定の標的面積上に連続的な強度分布で照射され、マスク（６０）により遮られない出力ビームがウェーハ（６４）に均一な強度分布で照射されるように構成されていることを特徴とする光学システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５３８７１（Ｐ２０１０−１５３８７１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２９２９３６（Ｐ２００９−２９２９３６）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【分割の表示】特願平１０−５２９０３６の分割
【原出願日】平成９年１２月１９日（１９９７．１２．１９）
【出願人】（３９９０３６４７５）ディジタル・オプティックス・コーポレイション (10)
【氏名又は名称原語表記】ＤＩＧＩＴＡＬ ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２９３６（Ｐ２００９−２９２９３６）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【分割の表示】特願平１０−５２９０３６の分割
【原出願日】平成９年１２月１９日（１９９７．１２．１９）
【出願人】（３９９０３６４７５）ディジタル・オプティックス・コーポレイション (10)
【氏名又は名称原語表記】ＤＩＧＩＴＡＬ ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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