計算機ホログラム、露光装置及びデバイス製造方法
【課題】照度ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供する。
【解決手段】入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラムを提供する。
【解決手段】入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラムを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光の波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）及び現像プロセスなどによって定まるプロセス定数ｋ１を用いて、以下の数式１で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
従って、露光光の波長を短くすればするほど、或いは、投影光学系のＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。但し、露光光の波長が短くなると硝材の透過率が低下するため、現在の露光光を更に短波長化することは困難である。また、投影光学系のＮＡに反比例して焦点深度が小さくなること、及び、高ＮＡの投影光学系を構成するためのレンズの設計及び製造は困難であることから、投影光学系の高ＮＡ化を進めることも難しい。
【０００６】
そこで、プロセス定数ｋ１を小さくすることにより解像度の向上を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が提案されている。かかるＲＥＴの１つとして、変形照明法（又は斜入射照明法）と呼ばれるものがある。
【０００７】
変形照明法は、一般的に、光学系の光軸上に遮光板を有する開口絞りを、均一な面光源を形成するオプティカルインテグレータの射出面近傍に配置することによって、レチクルに対して露光光を斜めに入射させる。変形照明法は、開口絞りの開口形状（即ち、光強度分布の形状）に応じて、輪帯照明法や四重極照明法などを含む。また、変形照明法においては、露光光の利用効率（照明効率）を向上させるため、開口絞りの代わりに計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いた技術も提案されている。
【０００８】
一方、投影光学系の高ＮＡ化に伴って、露光光の偏光状態の制御した偏光照明法も、投影露光装置の高解像度化には必要な技術となってきている。偏光照明法とは、基本的に、Ｓ偏光とＰ偏光のうち、光軸に対して同心円方向成分を有するＳ偏光のみを用いてレチクルを照明する照明法である。
【０００９】
そこで、近年では、変形照明法（所望の形状（例えば、四重極形状）を有する光強度分布の形成）と偏光照明法（偏光状態の制御）とを同時に実現する技術が提案されている（特許文献１乃至３参照）。
【００１０】
例えば、特許文献１は、変形照明法及び偏光照明法を１つの素子で実現する技術を開示している。特許文献１では、光強度分布の形状（再生像）をＣＧＨで制御すると共に、構造複屈折を用いて偏光状態を制御している。具体的には、同一の偏光方向の光に対応した複数のＣＧＨ（以下、「サブＣＧＨ」と称する）を並列に配置して１つのＣＧＨを構成し、偏光方向に応じた構造複屈折をサブＣＧＨ毎に適用している。
【００１１】
特許文献２は、サブＣＧＨに適用する偏光を制御する手段として偏光制御器を用いることで、所望の偏光を選択的に使用している。
【００１２】
また、特許文献３は、変形照明法及び偏光照明法で代表的に形成される四重極形状の光強度分布において、４つの極のバランスを制御することが可能な技術を開示している。具体的には、特許文献３は、ＣＧＨを４分割してサブＣＧＨを構成し、入射光の強度分布を変化させることで、ＣＧＨによる再生像の極のバランスを変化させることを可能としている。
【特許文献１】特開２００６−１９６７１５号公報
【特許文献２】特開２００６−４９９０２号公報
【特許文献３】特開２００６−５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来技術では、１つのＣＧＨを複数に分割してサブＣＧＨを構成しているため、入射光の強度分布がオプティカルインテグレータで補正しきれていない場合（例えば、ＣＧＨの一部にしか光が入射しない場合）、再生像に照度ムラが生じてしまう。
【００１４】
また、複数のサブＣＧＨを組み合わせた場合、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性から不要な回折光が発生してしまうため、ＣＧＨによる再生像を劣化させてしまう。そこで、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性を設計で解消することも考えられるが、設計コストが非常に増大するという別の問題が生じてしまう。
【００１５】
また、偏光制御器で偏光を選択的に使用した場合、露光光源からの光（露光光）の利用効率（照明効率）が著しく低下してしまう（即ち、光量損失が大きくなってしまう）。
【００１６】
そこで、本発明は、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計算機ホログラムは、入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、例えば、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一側面としての計算機ホログラム１００を説明するための図である。計算機ホログラム１００は、図１に示すように、入射光の波面に位相分布を与えて所定面ＰＳ（例えば、アパーチャの位置）に光強度分布（再生像）ＬＩを形成する。また、計算機ホログラム１００は、第１の方向の直線偏光（第１の方向を偏光方向とする直線偏光）としてのＸ偏光の波面及び第２の方向の直線偏光（第２の方向を偏光方向とする直線偏光）としてのＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える。これにより、Ｘ偏光（入射光の第１の方向の直線偏光成分）が形成する第１の光強度分布ＬＩ１とＹ偏光（入射光の第２の方向の直線偏光成分）が形成する第２の光強度分布ＬＩ２とを異ならせることができる。なお、第２の方向の直線偏光は第１の直線偏光に直交する偏光である。
【００２２】
以下、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える計算機ホログラム１００について具体的に説明する。図２（ａ）は、計算機ホログラム１００の構成を示す概略斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ乃至１１０ｄのＸＺ面における概略断面図である。計算機ホログラム１００は、図２（ａ）に示すように、矩形形状の複数のセル１１０を正方格子状に配列して構成されている。複数のセル１１０の各々は、図２（ｂ）に示すように、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが等しい等方性層（等方性媒質）１１２と、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが異なる異方性層（異方性層）１１４とを含む。換言すれば、複数のセル１１０の各々は、等方性層１１２と異方性層１１４とを積層して構成される。
【００２３】
Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるためには、計算機ホログラム１００は、各偏光方向に対して波面を独立に制御する必要がある。本実施形態では、計算機ホログラム１００として２段の計算機ホログラムを考えると、２つの偏光方向の各々に対して２値の位相を波面に与える必要がある。従って、計算機ホログラム１００のセル１１０においては、４種類のセル構造が必要となる。図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄの各々は、かかる４種類のセル構造のうちの１種類のセル構造を有する。ここで、セル構造とは、等方性層１１２及び異方性層１１４の配置（等方性層１１２及び異方性層１１４の各々の厚さ）を意味している。計算機ホログラム１００は、これらの４種類のセル構造を有するセル１１０を正方格子状に配置して構成されているため、等方性層１１２及び異方性層１１４は、多段で構成される。換言すれば、等方性層１１２及び異方性層１１４の各々は、厚さが異なる複数の部分領域で構成される。
【００２４】
セル１１０ａ乃至１１０ｄのＺ方向の段差は、等方性層１１２の屈折率ｎ、異方性層１１４のＸ偏光に対する屈折率ｎｘ及び異方性層１１４のＹ偏光に対する屈折率ｎｙを用いて表すことができる。本実施形態では、説明を簡単にするために、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙ＞０となる場合の例を示している。２段の計算機ホログラム１００を構成する場合、位相をπずらす必要があり、これを実現するためには、空気と等方性層１１２との境界の１段の段差ｈ１は、以下の数式２を満足すればよい。
【００２５】
【数２】
【００２６】
また、等方性層１１２と異方性層１１４との境界の１段の段差ｈ２は、以下の数式３を満足すればよい。
【００２７】
【数３】
【００２８】
このような段差ｈ１及びｈ２によって、等方性層１１２及び異方性層１１４は、図２（ｂ）に示すように、多段（厚さの異なる複数の部分領域）で構成されることになる。
【００２９】
セル１１０ａを基準とすると、セル１１０ｂに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４の段差でπ／２進むため、全体としてπ進む。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｂに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体として基準と変わらない。
【００３０】
セル１１０ａを基準として、セル１１０ｃに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体として基準と変わらない。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｃに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２進むため、全体としてπ進む。
【００３１】
セル１１０ａを基準として、セル１１０ｄに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差（２段分）でπ進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差では変わらないため、全体としてπ進む。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｄに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２の段差（２段分）でπ進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差では変わらないため、全体としてπ進む。
【００３２】
異方性層１１４の基板の厚さｈ３は、Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１とＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２が所定面ＰＳ（像面上）で干渉しない場合には、Ｘ偏光とＹ偏光との相対位相差を考慮する必要がなく、任意の厚さでよい。但し、光強度分布ＬＩ１と光強度分布ＬＩ２との干渉を考慮して、Ｘ偏光及びＹ偏光の基準の波面を一致させる必要がある場合には、異方性層１１４の厚さを、位相を２πずらす厚さ、即ち、４×ｈ２の整数倍にすればよい。これにより、Ｘ偏光及びＹ偏光の基準の波面を一致させることが可能となる。なお、整数倍の整数としてゼロを選択して、異方性層１１４の基板の厚さｈ３をゼロとしてもよい。
【００３３】
本実施形態では、Ｘ偏光とＹ偏光との間において、位相をπずらすセル構造を有するセル１１０ａ乃至１１０ｄを説明したが、セル１１０ａ乃至１１０ｄは、位相を（２ｎ＋１）π（即ち、３π、５π、・・・）ずらすセル構造を有してもよい。この場合、段差ｈ１及びｈ２も３倍、５倍、・・・とｎに応じて（２ｎ＋１）倍となる。
【００３４】
また、本実施形態では、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙとして説明したが、右辺と左辺の値が必ずしも同じである必要はなく、再生像に要求される偏光度及び光強度分布の精度に応じて、左辺と右辺の値をずらしてもよい。
【００３５】
Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１及びＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２に対する２段の計算機ホログラムを独立して設計し、かかる計算機ホログラムを重ね合わせて得られるセル構造（セル１１０ａ乃至１１０ｄ）を適切に選択する。これにより、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える計算機ホログラム１００を構成することができる。上述したように、セル１１０ａ乃至１１０ｄの各々が有する４つのセル構造とは、Ｘ偏光及びＹ偏光の波面の基準となる構造、Ｘ偏光の波面のみπ進ませる構造、Ｙ偏光の波面のみπ進ませる構造、Ｘ偏光及びＹ偏光の波面をπ進ませる構造である。
【００３６】
計算機ホログラム１００は、各偏光方向に対して、従来技術のように計算機ホログラムの全面を複数の領域（サブＣＧＨ）に分割することなく、計算機ホログラムの全面においてＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。従って、計算機ホログラム１００においては、入射光の光強度分布がオプティカルインテグレータで補正しきれていない場合であっても、光強度分布（再生像）に照度ムラが生じることはない。
【００３７】
また、計算機ホログラム１００は、セル１１０ａ乃至１１０ｄで構成されるパターンの繰り返し構造を有しており、複数の異なるサブＣＧＨを使用していない。従って、計算機ホログラム１００では、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性に起因する不要な回折光による光強度分布（再生像）の劣化は生じない。同様に、計算機ホログラム１００は、サブＣＧＨを使用していないため、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性を解消する設計も不要となり、設計コストを抑えることが可能となる。
【００３８】
更に、計算機ホログラム１００は、入射光の偏光方向を選択することなく、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。従って、計算機ホログラム１００は、光量損失を実質的に発生させることなく、光強度分布（再生像）を形成することができる。換言すれば、計算機ホログラム１００は、光量損失を良好に抑えながら、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００３９】
このように、計算機ホログラム１００は、異方性層１１４を多段で構成し、複数のセル毎に、異方性層１１４の厚さを設定することで、入射光の第１方向の偏光成分の波面及び入射光の第２の方向の偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。
【００４０】
また、計算機ホログラム１００においては、異方性層１１４を構成する多段の数が等方性層１１２を構成する多段の数よりも少なくてもよい。換言すれば、異方性層１１４の厚さの種類は、等方性層１１２の厚さの種類よりも少なくてもよい。この場合、計算機ホログラム１００は、図３に示すように、等方性層１１２と異方性層１１４とを含む複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成される。等方性層１１２の屈折率、異方性層１１４の屈折率及びＺ方向の１段の段差は、上述した通りである。ここで、図３は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１のＸＺ面における概略断面図である。
【００４１】
計算機ホログラム１００における位相の制御は、上述したように、基準と一致させる、或いは、πずらす、のどちらかである。これまでは、位相をπずらす方法として、位相をπ進める方法のみを選択していたが、位相をπ遅らせる方法を選択しても、同様な効果を得ることができる。図３に示すセル１１０ｂ１は、位相をπ遅らせる方法を選択した場合のセル構造を有する。
【００４２】
セル１１０ａ１を基準として、セル１１０ｂ１に入射するＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２遅れ、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体としてπ遅れる。また、セル１１０ａ１を基準として、セル１１０ｂ１に入射するＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２遅れ、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２進むため、全体として基準と変わらない。
【００４３】
上述したセル１１０ｂはＸ偏光の位相のみπ進ませる機能を有するのに対して、セル１１０ｂ１はＸ偏光の位相のみπ遅らせる機能を有する。従って、Ｘ偏光の位相のみを基準からπずらすという意味では、セル１１０ｂ及び１１０ｂ１は同等の機能を有する。セル１１０ａ１、１１０ｃ１及び１１０ｄ１のセル構造に関しては、セル１１０ａ、１１０ｃ及び１１０ｄのセル構造と同一にする。これにより、図３に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々が有する４つのセル構造は、図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄの各々が有する４つのセル構造と同等の機能を有する。
【００４４】
位相をπ遅らせるセル構造を有するセル１１０ｂ１を含む計算機ホログラム１００においては、図２（ｂ）に示した異方性層１１４の３段構造が、図３に示すように、２段構造となる。また、図２（ｂ）に示した空気と等方性層１１２との境界における３段構造が、図３に示すように、４段構造となる。このように、位相の制御において、位相を進ませる方法だけでなく、位相を遅らせる方法も選択することで、異方性層１１４を構成する多段の数が、等方性層１１２を構成する多段の数よりも少ない構成をとることが可能となる。
【００４５】
等方性層１１２と異方性層１１４との屈折率差は、空気と等方性層１１２との屈折率差と比較して、一般的に小さい。従って、等方性層１１２と異方性層１１４との境界における１段の高さは、空気と等方性層１１２との境界における１段の高さよりも大きくなる。そこで、空気と等方性層１１２との境界における段数よりも等方性層１１２と異方性層１１４との境界における段数を少なくすることによって、計算機ホログラム１００を製造する際の掘り込み量を少なくすることができる。これにより、計算機ホログラム１００を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
また、計算機ホログラムは、一般に、無限に薄い素子であると想定して設計されている。その結果、実際の計算機ホログラムは、掘り込み量の分だけ設計値から想定される機能と異なる機能を示す。図２（ｂ）及び図３から明らかなように、図３に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１を有する計算機ホログラム１００は、図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄを有する計算機ホログラム１００よりも薄く製造することができる。従って、掘り込み量を少なくすることにより、所望の光強度分布により近い強度分布を得ることができる。
【００４７】
また、例えば、露光装置を用いて２のｎ乗段構造を有する計算機ホログラムを製造する場合、掘り込み量を変化させて、ｎ回の露光を実施する必要がある。従って、計算機ホログラムの段数が２のｎ乗段である場合に、計算機ホログラムを最も効率的に製造することができる。
【００４８】
異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が３段、空気と等方性層１１２との境界における段数が３段である場合（図２（ｂ））、異方性層１１４と等方性層１１２との境界で２回の露光、空気と等方性層１１２との境界で２回の露光が必要となる。従って、このような計算機ホログラムの製造に要する露光回数は、合計で４回となる。
【００４９】
一方、異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が２段、空気と等方性層１１２との境界における段数が４段である場合（図３）、異方性層１１４と等方性層１１２との境界で１回の露光、空気と等方性層１１２との境界で２回の露光が必要となる。従って、このような計算機ホログラムの製造に要する露光回数は、合計で３回となる。このように、計算機ホログラムの製造に要する露光回数を減らすことで、アライメント誤差を低減させることができ、より設計値に近い計算機ホログラムを製造することが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、異方性層１１４を構成する多段の数が等方性層１１２を構成する多段の数よりも少ない場合について説明したが、同様に、等方性層１１２を構成する多段の数を異方性層１１４を構成する多段の数よりも少なくすることもできる。現在では、異方性層１１４の２つの偏光方向に対する屈折率差Δｎが空気と等方性層１１２との屈折率差よりも小さいが、屈折率差Δｎが非常に大きい異方性層１１４が開発又は発見された際に、これが有効となる。
【００５１】
また、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々においては、図４に示すように、等方性層１１２と異方性層１１４とが平面で接合されることが好ましい。図４を参照するに、等方性層１１２は、凹凸面１１２ａと、平面１１２ｂとを有し、同様に、異方性層１１４は、凹凸面１１４ａと、平面１１４ｂとを有する。図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４のＺ方向の配置位置は、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々のセル構造と相対的に異なる。但し、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さは、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さと同じである。従って、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２で構成される計算機ホログラム１００と図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成される計算機ホログラム１００は、計算機ホログラムとして同じ機能を有する。ここで、図４は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２のＸＺ面における概略断面図である。
【００５２】
一般的に、等方性層１１２の凹凸面と異方性層１１４の凹凸面とを接合させて、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成されるような計算機ホログラム１００を製造することは非常に困難である。また、掘り込みを施した基板の凹凸面に媒質（等方性媒質又は異方性媒質）を隙間無く埋め込むことも困難である。そこで、図４に示すように、等方性層１１２の平面１１２ｂと異方性層１１４の平面１１４ｂとが対向するように接合する。換言すれば、等方性層１１２と異方性層１１４とを平面で接合する。これにより、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２で構成されるような計算機ホログラム１００を容易に製造することが可能となる。なお、計算機ホログラム１００（複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２）の製造においては、掘り込みを施した等方性層１１２と掘り込みを施した異方性層１１４とを接合してもよいし、等方性層１１２と異方性層１１４とを接合した後で掘り込みを施してもよい。
【００５３】
ここで、異方性層１１４を構成する材料について説明する。異方性層１１４は、本実施形態では、結晶の性質上、偏光方向によって異なる屈折率を有する複屈折材料で構成される。異方性層１１４を構成する複屈折材料は、具体的には、水晶、フッ化マグネシウム、方解石などである。光の進む速度は媒質の屈折率に依存するため、異方性層１１４を複屈折材料で構成することによって、第１の方向を偏光方向とする直線偏光の波面と第２の方向を偏光方向とする直線偏光の波面とをずらすことが可能となる。
【００５４】
例えば、異方性層１１４を方解石で構成した場合について考える。方解石の組成は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）であり、屈折率は波長５８９ｎｍに対して１．６５８４及び１．４８６４である。従って、等方性層１１２を構成する材料としては、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙから、屈折率ｎ＝（ｎｘ−ｎｙ）／２＝（１．６５８４−１．４８６４）／２＝１．５７２４の材料を選択すればよい。このような材料は数多く存在しているが、例えば、株式会社オハラから提供されている１．５７２５の屈折を有するＳ−ＢＡＬ１１を、等方性層１１２を構成する材料として選択すればよい。なお、本実施形態では、等方性層１１２及び異方性層１１４の各々を構成する材料の一例を示しただけであり、屈折率が上述した条件を満たすのであれば、いかなる材料で等方性層１１２及び異方性層１１４を構成してもよい。
【００５５】
また、異方性層１１４を構成する複屈折材料は、真性複屈折を有する材料を含む。蛍石（フッ化カルシウム）は、本来、結晶構造からすると立方晶系であり、複屈折材料ではないが、結晶軸によって屈折率が僅かに異なる。具体的には、フッ化カルシウムは、波面に対して、３．４ｎｍ／ｃｍ程度の真性複屈折を有するため、かかる真性複屈折を積極的に利用することで、フッ化カルカルシウムを材料として異方性層１１４を構成することが可能となる。
【００５６】
また、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル１１０は、異方性層１１４として、構造複屈折を生じるように構成された凹凸構造を有してもよい。但し、かかる凹凸構造は、異方性層１１４を構成する多段構成とは異なり、各セル１つ１つの内部が凹凸構造で構成されていることを意味している。
【００５７】
例えば、石英を用いた構造複屈折を生じさせる凹凸構造は、特許文献１に開示されている。特許文献１は、石英は波長１９３ｎｍでは１．５６の屈折率を有し、構造性複屈折領域の回折格子のデューティ比を１：１（＝０．５）とすると、回折格子のピッチ方向の屈折率ｎ⊥は１．１９、ピッチ直交方向の屈折率ｎIIは１．３１となることを記載している。
【００５８】
特許文献１におけるピッチ方向の屈折率ｎ⊥及びピッチ直交方向の屈折率ｎIIをｎｙ及びｎｘ、波長を１９３ｎｍとして、数式３から段差ｈ２を求めると、約８０４ｎｍとなる。かかる値は、波長の約４倍であり、計算機ホログラムとしては現実的な厚さである。
【００５９】
なお、屈折率ｎII及び屈折率ｎ⊥は、フィリングファクターをａ／Ｐとして、以下の数式４を用いて算出することができる。
【００６０】
【数４】
【００６１】
数式４を参照するに、複数のフィリングファクターを用いることで、様々な屈折率差Δｎ＝ｎII−ｎ⊥を実現することができることが分かる。これまでは、異方性層１１４の厚さをセル毎に設定して、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差を制御していた。しかし、異方性層１１４の厚さが全てのセルで同じであってとしても、異方性層１１４のフィリングファクターをセル毎に設定することで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差を制御することが可能となる。なお、石英を用いた場合、屈折率差Δｎは、１９３ｎｍの波長では、Δｎ＝０〜０．１２２と広い範囲から選択することができる。
【００６２】
但し、屈折率差Δｎを制御すると、屈折率ｎII及び屈折率ｎ⊥の値が上下する。これは基準の波面がシフトすることを意味するが、かかるシフトは、等方性層１１２の厚さを制御することで、元の位置に戻すことが可能である。
【００６３】
このように、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル毎に、異方性層１１４の屈折率を設定することで、入射光の第１方向の偏光成分の波面及び入射光の第２の方向の偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。
【００６４】
また、異方性層１１４の厚さを複数のセル毎に設定する手法と異方性層１１４の屈折率（ファイリングファクター）を複数のセル毎に設定する方法の両方を用いて複数のセル１１０（計算機ホログラム１００）を構成することもできる。これにより、計算機ホログラム１００をより柔軟に設計することや計算機ホログラム１００をより容易に製造することが可能となる。
【００６５】
また、図５を参照して、異方性層１１４の第１の方向の直線偏光に対する屈折率又は第２の方向の直線偏光に対する屈折率と等方性層１１２の屈折率とは等しくてもよいことについて説明する。図５は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３のＸＺ面における概略断面図である。
【００６６】
図５に示す複数のセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３の各々のセル構造は、等方性層１１２の屈折率をｎ、異方性層１１４のＸ偏光に対する屈折率をｎｘ、異方性層１１４のＹ偏光に対する屈折率をｎｙとした時に、ｎ＝ｎｘ＞ｎｙとなる場合の例を示している。
の計算機ホログラム１００を構成する場合、位相をπずらす必要があり、これを実現するためには、空気と等方性層１１２との境界の段差ｈ１’は、以下の数式５を満足すればよい。
【００６７】
【数５】
【００６８】
また、等方性層１１２と異方性層１１４との境界の段差ｈ２’は、以下の数式６を満足すればよい。
【００６９】
【数６】
【００７０】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｂ３に入射するＸ偏光の位相は、基準と変わらない。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｂ３に入射するＹ偏光の位相は、π進む。
【００７１】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｃ３に入射するＸ偏光の位相は、π遅れる。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＹ偏光の位相は、π遅れる。
【００７２】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＸ偏光の位相は、等方性層１１２ではπ遅れ、異方性層１１４では基準と変わらないため、全体としてπ遅れる。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＹ偏光の位相は、等方性層１１２ではπ遅れ、異方性層１１４ではπ進むため、全体として基準と変わらない。
【００７３】
なお、本実施形態では、Ｘ偏光とＹ偏光との間において、位相をπずらすセル構造を有するセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を説明したが、セル１１０ａ３乃至１１０ｄ３は、位相を（２ｎ＋１）π（即ち、３π、５π、・・・）ずらすセル構造を有してもよい。この場合、段差ｈ１’及びｈ２’も３倍、５倍、・・・とｎに応じて（２ｎ＋１）倍となる。
【００７４】
このように、異方性層１１４の一方向の直線偏光に対する屈折率と等方性層１１２の屈折率とが等しい場合（ｎ＝ｎｘ＞ｎｙ）には、図２（ｂ）、図３及び図４に示したセル構造よりも多段の数が少ない簡易なセル構造でセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を構成できる。具体的には、Ｘ偏光とＹ偏光の波面に対して２段の計算機ホログラムを構成するにあたり、異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が２段、空気と等方性層１１２との境界における段数が２段で実現することが可能となる。本実施形態では、ｎ＝ｎｘ＞ｎｙとしたが、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎとしても同様なセル構造でセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を構成できることは言うまでもない。
【００７５】
ここで、図６を参照して、Ｘ偏光及びＹ偏光の各々で異なる光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２を形成する計算機ホログラム１００の簡単な設計例を説明する。図６は、Ｘ偏光及びＹ偏光の各々で異なる光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２を形成する計算機ホログラム１００の設計の一例を説明するための図である。
【００７６】
図６（ａ）は、例えば、Ｘ偏光が形成する光強度分布（ターゲット像）を示しており、矢印で偏光方向を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す光強度分布を形成するための計算機ホログラムの基本パターンを上下左右に２つ配置した計算機ホログラム１００を示している。計算機ホログラム１００は、実際には、周期構造を有するため、図６（ｂ）に示す計算機ホログラムの基本パターンが無数に上下左右に配列された構造となる。また、ＡＲ１及びＡＲ２は、計算機ホログラム１００を構成するセルの厚さを示しており、ＡＲ２は、ＡＲ１を基準として、位相をπずらす厚さであることを示している。図６（ｂ）に示す計算機ホログラム１００にＸ偏光を入射させることで、図６（ａ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７７】
図６（ｃ）は、例えば、Ｙ偏光が形成する光強度分布（ターゲット像）を示しており、矢印で偏光方向を示している。図６（ｄ）は、図６（ｂ）と同様に、図６（ｄ）に示す光強度分布を形成するための計算機ホログラムの基本パターンを上下に２つ配置した計算機ホログラム１００を示している。図６（ｄ）に示す計算機ホログラム１００にＹ偏光を入射させることで、図６（ｄ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７８】
図６（ｅ）は、図６（ａ）に示す光強度分布と図６（ｃ）に示す光強度分布とを重ね合わせた光強度分布を示す。図６（ｅ）に示す光強度分布を形成する計算機ホログラム１００は、図６（ｂ）に示す計算機ホログラムと図６（ｄ）に示す計算機ホログラムとを組み合わせて構成され、上述したように、４つのセル構造を有する複数のセルで構成される。図６（ｆ）に示すＡ乃至Ｄは４つのセル構造を示し、具体的には、図５に示したセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３のセル構造に対応している。図６（ｆ）に示す計算機ホログラム１００にＸ偏光及びＹ偏光を入射させることで、図６（ｅ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７９】
本実施形態では、非常に簡単な計算機ホログラム１００の設計例を説明したが、光強度分布が複雑になった場合でも、同様に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成する計算機ホログラム１００を設計することができる。具体的には、Ｘ偏光が形成する光強度分布に対応する計算機ホログラム及びＹ偏光が形成する光強度分布に対応する計算機ホログラムを独立して設計し、かかる２つの計算機ホログラムを重ね合わせて各セルに対応したセル構造を選択すればよい。
【００８０】
図７を参照して、２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラム１００について説明する。図７は、２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラム１００を説明するための図である。
【００８１】
Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるためには、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に位相差を任意に与えられること、位相差を与えたＸ偏光の波面とＹ偏光の波面、及び、基準の波面に位相差を任意に与えられることが必要となる。
【００８２】
図７を参照するに、異方性層１１４のＺ方向の厚さを変化させることで、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に位相差を任意に与えることができる。同様に、等方性層１１２のＺ方向の厚さを変化させることで、位相差を与えたＸ偏光とＹ偏光の波面、及び、基準の波面に位相差を任意に与えることができる。
【００８３】
従って、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面の位相差を多段に、位相差を与えたＸ偏光、位相差を与えたＹ偏光の波面と基準の波面との位相差を多段にすることで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面に２種類よりも多くの異なる位相分布を与えることが可能となる。このようにして、２段よりも多い段数で計算機ホログラム１００を構成することができる。なお、等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さを連続的に変化させることで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差、及び、位相差を与えたＸ偏光、位相差を与えたＹ偏光の波面と基準の波面との位相差を連続的に変化させることも可能となる。
【００８４】
本実施形態では、説明を簡単にするために、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙ＞０やｎ＝ｎｘ＞ｎｙという制約を用いた。但し、等方性層１１２及び異方性層１１４に段差をつけることによって同様の効果が得られる場合には、ｎｘ、ｎｙ及びｎを任意に選択することが可能である。
【００８５】
ここで、計算機ホログラム１００の製造方法の一例について説明する。かかる製造方法は、セル毎に等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さが設定された計算機ホログラム１００、及び、構造複屈折を生じるように構成された凹凸構造の製造方法である。
【００８６】
まず、塗布装置を用いて、計算機ホログラム１００を構成する等方性層１１２、或いは、異方性層１１４に感光性樹脂（フォトレジスト）を均一に塗布する。
【００８７】
次に、露光装置を用いて、所定の計算機ホログラムのパターンをフォトレジストに転写した後、現像装置を用いてフォトレジストを現像し、フォトレジストによる周期的凹凸格子パターンを形成する。
【００８８】
次に、反応性イオンエッチング装置を用いて、周期的凹凸格子パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを施し、所定の深さの溝を形成する。そして、溶剤又はガスによるアッシングで、フォトレジストを除去する。
【００８９】
このような工程を経ることで、上述した計算機ホログラム１００を製造することができる。なお、本実施形態で説明した計算機ホログラム１００の製造方法は一例であり、所望の計算機ホログラム１００を形成できるのであれば、ナノインプリントなどの他の微細加工技術を用いてもよい。
【００９０】
以下、図８を参照して、本発明に係る計算機ホログラム１００を適用した露光装置１について説明する。図８は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す図である。
【００９１】
露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
【００９２】
露光装置１は、図８に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を支持するレチクルステージ（不図示）と、投影光学系３０と、ウエハ４０を支持するウエハステージ（不図示）とを有する。
【００９３】
照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源１６と、照明光学系１８とを有する。
【００９４】
光源１６は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１６は、エキシマレーザーに限定されず、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用してもよい。
【００９５】
照明光学系１８は、光源１６からの光を用いてレチクル２０を照明する光学系であり、本実施形態では、所定の照度を確保しながら所定の偏光状態でレチクル２０を変形照明する。照明光学系１８は、本実施形態では、引き回し光学系１８１と、ビーム整形光学系１８２と、偏光制御部１８３と、位相制御部１８４と、射出角度保存光学素子１８５と、リレー光学系１８６と、多光束発生部１８７と、計算機ホログラム１００とを含む。また、照明光学系１８は、リレー光学系１８８と、アパーチャ１８９と、ズーム光学系１９０と、多光束発生部１９１と、開口絞り１９２と、照射部１９３とを含む。
【００９６】
引き回し光学系１８１は、光源１６からの光を偏向してビーム整形光学系１８２に導光する。ビーム整形光学系１８２は、光源１６からの光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換して（例えば、断面形状を長方形から正方形にして）、光源１６からの光の断面形状を所望の形状に整形する。ビーム整形光学系１８２は、多光束発生部１８７を照明するために必要な大きさ及び発散角を有する光束を形成する。
【００９７】
偏光制御部１８３は、直線偏光子などで構成され、不要な偏光成分を除去する機能を有する。偏光制御部１８３で除去（遮光）される偏光成分を最小限にすることで、光源１６からの光を効率よく所望の直線偏光にすることができる。
【００９８】
位相制御部１８４は、偏光制御部１８３によって直線偏光となった光にλ／４の位相差を与えて円偏光に変換する。
【００９９】
射出角度保存光学素子１８５は、例えば、オプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成され、一定の発散角度で光を射出する。
【０１００】
リレー光学系１８６は、射出角度保存光学素子１８５から射出した光を多光束発生部１８７に集光する。射出角度保存光学素子１８５の射出面と多光束発生部１８７の入射面は、リレー光学系１８６によって、互いにフーリエ変換の関係（物体面と瞳面又は瞳面と像面の関係）になっている。
【０１０１】
多光束発生部１８７は、計算機ホログラム１００を均一に照明するためのオプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成される。多光束発生部１８７の射出面は、複数の点光源からなる光源面を形成する。多光束発生部１８７から射出された光は、円偏光として計算機ホログラム１００に入射する。
【０１０２】
計算機ホログラム１００は、リレー光学系１８８を介して、アパーチャ１８９の位置に、光強度分布ＩＬ（Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１及びＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２）を形成する。計算機ホログラム１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１０３】
なお、従来の計算機ホログラム１１００を用いた露光装置１０００においては、図９に示すように、Ｘ偏光とＹ偏光を独立に制御することができなかったため、ズーム光学系１９０と多光束発生部１９１との間に、λ／４位相板１２００を配置する必要があった。なお、計算機ホログラム１１００によって形成される光強度分布が偏光方向毎に分離されている場合、λ／４位相板１２００は、計算機ホログラム１１００の直前又は直後に配置することも可能である。ここで、図９は、従来の露光装置１０００の構成を示す図である。
【０１０４】
しかしながら、本実施形態の露光装置１は、Ｘ偏光が形成する光強度分布とＹ偏光が形成する光強度分布を独立して制御することができる計算機ホログラム１００を用いているため、λ／４位相板１２００は不要となる。このように、計算機ホログラム１００を露光装置に適用することで、露光装置１及び照明光学系１８を従来よりも簡易に構成することが可能となる。
【０１０５】
アパーチャ１８９は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布のみを通過させる機能を有する。計算機ホログラム１００とアパーチャ１８９とは、互いにフーリエ変換面の関係になるように配置されている。
【０１０６】
ズーム光学系１９０は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布を所定の倍率で拡大して多光束発生部１９１に投影する。
【０１０７】
多光束発生部１９１は、照明光学系１８の瞳面に配置され、アパーチャ１８９の位置に形成された光強度分布に対応した光源像（有効光源分布）を射出面に形成する。多光束発生部１９１は、本実施形態では、ハエの目レンズやシリンドリカルレンズアレイなどのオプティカルインテグレータで構成される。なお、多光束発生部１９１の射出面近傍には、開口絞り１９２が配置される。
【０１０８】
照射部１９３は、コンデンサー光学系等を有し、多光束発生部１９１の射出面に形成される有効光源分布でレチクル２０を照明する。
【０１０９】
レチクル２０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２０から発せされた回折光は、投影光学系３０を介して、ウエハ４０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２０とウエハ４０とを走査することによって、レチクル２０のパターンをウエハ４０に転写する。
【０１１０】
投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０に投影する光学系である。投影光学系３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
【０１１１】
ウエハ４０は、レチクル２０のパターンが投影（転写）される基板であり、図示しないウエハステージに支持及び駆動される。但し、ウエハ４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ４０には、レジストが塗布されている。
【０１１２】
本実施形態の露光装置１では、計算機ホログラム１００に入射する光は円偏光であるが、計算機ホログラム１００に入射する光は無偏光であってもよい。具体的には、光源１６からの光を無偏光の光に変換する偏光解消素子を配置し、かかる偏光解消素子から射出される無偏光を計算機ホログラム１００に入射させる。偏光解消素子は、例えば、特開２００４−１９８３４８号公報に開示されており、かかる偏光解消素子を位相制御部１８４の代わりに用いることで、計算機ホログラム１００に無偏光を入射させることができる。
【０１１３】
なお、露光装置１は、図１０に示すように、計算機ホログラム１００に入射する光の偏光状態を調整する偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４を有していてもよい。ここで、図１０は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す図である。
【０１１４】
偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４は、計算機ホログラム１００に入射する光の第１の方向の直線偏光成分と第２の方向の直線偏光成分との強度比を調整する。これにより、計算機ホログラム１００によって形成される第１の光強度分布ＬＩ１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ２の光強度との比を調整することができる。これまでは、計算機ホログラム１００に円偏光又は無偏光を入射させる場合を説明してきたが、計算機ホログラム１００には直線偏光を入射させることも可能である。計算機ホログラム１００に入射する直線偏光の角度を調整することで、Ｘ偏光とＹ偏光の強度比を変更することができる。
【０１１５】
図１１に示すように、偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４は、計算機ホログラム１００の直前に配置する。λ／４位相板１９４を光軸（Ｚ軸）に沿って回転させることで、計算機ホログラム１００に対して、所望の直線偏光ＰＬの方向を得ることができる。また、直線偏光方向を角度ＰＡで表すこととする。ここで、図１１は、計算機ホログラム１００及びλ／４位相板１９４の近傍を示す概略斜視図である。
【０１１６】
角度ＰＡを変化させることで、Ｘ偏光とＹ偏光の強度比を変化させることができる。例えば、角度ＰＡが０度である場合には、計算機ホログラム１００に入射する光がＸ偏光のみとなるため、光強度分布ＬＩ１のみが形成される。角度ＰＡが９０度である場合には、計算機ホログラム１００に入射する光がＹ偏光のみとなるため、光強度分布ＬＩ２のみが形成される。また、角度ＰＡが４５度である場合には、円偏光又は無偏光と同じＸ偏光とＹ偏光の強度比、即ち、１：１の強度比の光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２が形成される。
【０１１７】
露光装置１では、ウエハ４０に転写する回路パターンに応じて、Ｘ偏光とＹ偏光のバランスを変化させる必要がある。従って、計算機ホログラム１００が図１に示すような四重極形状の光強度分布ＬＩを形成する場合には、λ／４位相板１９４を配置して、光強度分布ＬＩ１と光強度分布ＬＩ２とのバランス（ポールバランス）を変化させることができるようにすることが好ましい。
【０１１８】
計算機ホログラム１００は、上述したように、１つの偏光方向の波面だけではなく、全面にわたってＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるため、光量損失を実質的に発生させることなく、光強度分布ＬＩを形成することができる。従って、計算機ホログラム１００に入射する光の偏光方向を変化させても光強度分布ＬＩの全体のエネルギーは変わらない。その結果、光強度分布ＬＩ（再生像）の所望のエネルギーが明らかである場合には、角度ＡＰを考慮せずに入射光のエネルギーを確定することができる。
【０１１９】
露光において、光源１６から発せられた光は、照明光学系１８によってレチクル２０を照明する。レチクル２０のパターンを反映する光は、投影光学系３０によってウエハ４０上に結像する。露光装置１が使用する照明光学系１８は、計算機ホログラム１００によって、照明ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【０１２０】
次に、図１２及び図１３を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１２１】
図１３は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【０１２２】
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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一側面としての計算機ホログラムを説明するための図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す計算機ホログラムの構成を示す概略斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図３】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図４】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図５】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図６】本発明の一側面としての計算機ホログラムの設計の一例を説明するための図である。
【図７】２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラムを説明するための図である。
【図８】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
【図９】従来の露光装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す露光装置において、計算機ホログラム及びλ／４位相板の近傍を示す概略斜視図である。
【図１２】デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 露光装置
１０ 照明装置
１６ 光源
１８ 照明光学系
１８１ 引き回し光学系
１８２ ビーム整形光学系
１８３ 偏光制御部
１８４ 位相制御部
１８５ 射出角度保存光学素子
１８６ リレー光学系
１８７ 多光束発生部
１８８ リレー光学系
１８９ アパーチャ
１９０ ズーム光学系
１９１ 多光束発生部
１９２ 開口絞り
１９３ 照射部
１９４ λ／４位相板
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
１００ 計算機ホログラム
１１０ セル
１１２ 等方性層
１１２ａ 凹凸面
１１２ｂ 平面
１１４ 異方性層
１１４ａ 凹凸面
１１４ｂ 平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光の波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）及び現像プロセスなどによって定まるプロセス定数ｋ１を用いて、以下の数式１で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
従って、露光光の波長を短くすればするほど、或いは、投影光学系のＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。但し、露光光の波長が短くなると硝材の透過率が低下するため、現在の露光光を更に短波長化することは困難である。また、投影光学系のＮＡに反比例して焦点深度が小さくなること、及び、高ＮＡの投影光学系を構成するためのレンズの設計及び製造は困難であることから、投影光学系の高ＮＡ化を進めることも難しい。
【０００６】
そこで、プロセス定数ｋ１を小さくすることにより解像度の向上を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が提案されている。かかるＲＥＴの１つとして、変形照明法（又は斜入射照明法）と呼ばれるものがある。
【０００７】
変形照明法は、一般的に、光学系の光軸上に遮光板を有する開口絞りを、均一な面光源を形成するオプティカルインテグレータの射出面近傍に配置することによって、レチクルに対して露光光を斜めに入射させる。変形照明法は、開口絞りの開口形状（即ち、光強度分布の形状）に応じて、輪帯照明法や四重極照明法などを含む。また、変形照明法においては、露光光の利用効率（照明効率）を向上させるため、開口絞りの代わりに計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いた技術も提案されている。
【０００８】
一方、投影光学系の高ＮＡ化に伴って、露光光の偏光状態の制御した偏光照明法も、投影露光装置の高解像度化には必要な技術となってきている。偏光照明法とは、基本的に、Ｓ偏光とＰ偏光のうち、光軸に対して同心円方向成分を有するＳ偏光のみを用いてレチクルを照明する照明法である。
【０００９】
そこで、近年では、変形照明法（所望の形状（例えば、四重極形状）を有する光強度分布の形成）と偏光照明法（偏光状態の制御）とを同時に実現する技術が提案されている（特許文献１乃至３参照）。
【００１０】
例えば、特許文献１は、変形照明法及び偏光照明法を１つの素子で実現する技術を開示している。特許文献１では、光強度分布の形状（再生像）をＣＧＨで制御すると共に、構造複屈折を用いて偏光状態を制御している。具体的には、同一の偏光方向の光に対応した複数のＣＧＨ（以下、「サブＣＧＨ」と称する）を並列に配置して１つのＣＧＨを構成し、偏光方向に応じた構造複屈折をサブＣＧＨ毎に適用している。
【００１１】
特許文献２は、サブＣＧＨに適用する偏光を制御する手段として偏光制御器を用いることで、所望の偏光を選択的に使用している。
【００１２】
また、特許文献３は、変形照明法及び偏光照明法で代表的に形成される四重極形状の光強度分布において、４つの極のバランスを制御することが可能な技術を開示している。具体的には、特許文献３は、ＣＧＨを４分割してサブＣＧＨを構成し、入射光の強度分布を変化させることで、ＣＧＨによる再生像の極のバランスを変化させることを可能としている。
【特許文献１】特開２００６−１９６７１５号公報
【特許文献２】特開２００６−４９９０２号公報
【特許文献３】特開２００６−５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来技術では、１つのＣＧＨを複数に分割してサブＣＧＨを構成しているため、入射光の強度分布がオプティカルインテグレータで補正しきれていない場合（例えば、ＣＧＨの一部にしか光が入射しない場合）、再生像に照度ムラが生じてしまう。
【００１４】
また、複数のサブＣＧＨを組み合わせた場合、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性から不要な回折光が発生してしまうため、ＣＧＨによる再生像を劣化させてしまう。そこで、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性を設計で解消することも考えられるが、設計コストが非常に増大するという別の問題が生じてしまう。
【００１５】
また、偏光制御器で偏光を選択的に使用した場合、露光光源からの光（露光光）の利用効率（照明効率）が著しく低下してしまう（即ち、光量損失が大きくなってしまう）。
【００１６】
そこで、本発明は、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計算機ホログラムは、入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、例えば、照度ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布（再生像）を形成することができる計算機ホログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一側面としての計算機ホログラム１００を説明するための図である。計算機ホログラム１００は、図１に示すように、入射光の波面に位相分布を与えて所定面ＰＳ（例えば、アパーチャの位置）に光強度分布（再生像）ＬＩを形成する。また、計算機ホログラム１００は、第１の方向の直線偏光（第１の方向を偏光方向とする直線偏光）としてのＸ偏光の波面及び第２の方向の直線偏光（第２の方向を偏光方向とする直線偏光）としてのＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える。これにより、Ｘ偏光（入射光の第１の方向の直線偏光成分）が形成する第１の光強度分布ＬＩ１とＹ偏光（入射光の第２の方向の直線偏光成分）が形成する第２の光強度分布ＬＩ２とを異ならせることができる。なお、第２の方向の直線偏光は第１の直線偏光に直交する偏光である。
【００２２】
以下、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える計算機ホログラム１００について具体的に説明する。図２（ａ）は、計算機ホログラム１００の構成を示す概略斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ乃至１１０ｄのＸＺ面における概略断面図である。計算機ホログラム１００は、図２（ａ）に示すように、矩形形状の複数のセル１１０を正方格子状に配列して構成されている。複数のセル１１０の各々は、図２（ｂ）に示すように、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが等しい等方性層（等方性媒質）１１２と、Ｘ偏光に対する屈折率とＹ偏光に対する屈折率とが異なる異方性層（異方性層）１１４とを含む。換言すれば、複数のセル１１０の各々は、等方性層１１２と異方性層１１４とを積層して構成される。
【００２３】
Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるためには、計算機ホログラム１００は、各偏光方向に対して波面を独立に制御する必要がある。本実施形態では、計算機ホログラム１００として２段の計算機ホログラムを考えると、２つの偏光方向の各々に対して２値の位相を波面に与える必要がある。従って、計算機ホログラム１００のセル１１０においては、４種類のセル構造が必要となる。図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄの各々は、かかる４種類のセル構造のうちの１種類のセル構造を有する。ここで、セル構造とは、等方性層１１２及び異方性層１１４の配置（等方性層１１２及び異方性層１１４の各々の厚さ）を意味している。計算機ホログラム１００は、これらの４種類のセル構造を有するセル１１０を正方格子状に配置して構成されているため、等方性層１１２及び異方性層１１４は、多段で構成される。換言すれば、等方性層１１２及び異方性層１１４の各々は、厚さが異なる複数の部分領域で構成される。
【００２４】
セル１１０ａ乃至１１０ｄのＺ方向の段差は、等方性層１１２の屈折率ｎ、異方性層１１４のＸ偏光に対する屈折率ｎｘ及び異方性層１１４のＹ偏光に対する屈折率ｎｙを用いて表すことができる。本実施形態では、説明を簡単にするために、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙ＞０となる場合の例を示している。２段の計算機ホログラム１００を構成する場合、位相をπずらす必要があり、これを実現するためには、空気と等方性層１１２との境界の１段の段差ｈ１は、以下の数式２を満足すればよい。
【００２５】
【数２】
【００２６】
また、等方性層１１２と異方性層１１４との境界の１段の段差ｈ２は、以下の数式３を満足すればよい。
【００２７】
【数３】
【００２８】
このような段差ｈ１及びｈ２によって、等方性層１１２及び異方性層１１４は、図２（ｂ）に示すように、多段（厚さの異なる複数の部分領域）で構成されることになる。
【００２９】
セル１１０ａを基準とすると、セル１１０ｂに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４の段差でπ／２進むため、全体としてπ進む。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｂに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体として基準と変わらない。
【００３０】
セル１１０ａを基準として、セル１１０ｃに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体として基準と変わらない。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｃに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２進むため、全体としてπ進む。
【００３１】
セル１１０ａを基準として、セル１１０ｄに入射したＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差（２段分）でπ進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差では変わらないため、全体としてπ進む。また、セル１１０ａを基準として、セル１１０ｄに入射したＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２の段差（２段分）でπ進み、等方性層１１２と異方性層１１４との段差では変わらないため、全体としてπ進む。
【００３２】
異方性層１１４の基板の厚さｈ３は、Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１とＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２が所定面ＰＳ（像面上）で干渉しない場合には、Ｘ偏光とＹ偏光との相対位相差を考慮する必要がなく、任意の厚さでよい。但し、光強度分布ＬＩ１と光強度分布ＬＩ２との干渉を考慮して、Ｘ偏光及びＹ偏光の基準の波面を一致させる必要がある場合には、異方性層１１４の厚さを、位相を２πずらす厚さ、即ち、４×ｈ２の整数倍にすればよい。これにより、Ｘ偏光及びＹ偏光の基準の波面を一致させることが可能となる。なお、整数倍の整数としてゼロを選択して、異方性層１１４の基板の厚さｈ３をゼロとしてもよい。
【００３３】
本実施形態では、Ｘ偏光とＹ偏光との間において、位相をπずらすセル構造を有するセル１１０ａ乃至１１０ｄを説明したが、セル１１０ａ乃至１１０ｄは、位相を（２ｎ＋１）π（即ち、３π、５π、・・・）ずらすセル構造を有してもよい。この場合、段差ｈ１及びｈ２も３倍、５倍、・・・とｎに応じて（２ｎ＋１）倍となる。
【００３４】
また、本実施形態では、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙとして説明したが、右辺と左辺の値が必ずしも同じである必要はなく、再生像に要求される偏光度及び光強度分布の精度に応じて、左辺と右辺の値をずらしてもよい。
【００３５】
Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１及びＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２に対する２段の計算機ホログラムを独立して設計し、かかる計算機ホログラムを重ね合わせて得られるセル構造（セル１１０ａ乃至１１０ｄ）を適切に選択する。これにより、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与える計算機ホログラム１００を構成することができる。上述したように、セル１１０ａ乃至１１０ｄの各々が有する４つのセル構造とは、Ｘ偏光及びＹ偏光の波面の基準となる構造、Ｘ偏光の波面のみπ進ませる構造、Ｙ偏光の波面のみπ進ませる構造、Ｘ偏光及びＹ偏光の波面をπ進ませる構造である。
【００３６】
計算機ホログラム１００は、各偏光方向に対して、従来技術のように計算機ホログラムの全面を複数の領域（サブＣＧＨ）に分割することなく、計算機ホログラムの全面においてＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。従って、計算機ホログラム１００においては、入射光の光強度分布がオプティカルインテグレータで補正しきれていない場合であっても、光強度分布（再生像）に照度ムラが生じることはない。
【００３７】
また、計算機ホログラム１００は、セル１１０ａ乃至１１０ｄで構成されるパターンの繰り返し構造を有しており、複数の異なるサブＣＧＨを使用していない。従って、計算機ホログラム１００では、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性に起因する不要な回折光による光強度分布（再生像）の劣化は生じない。同様に、計算機ホログラム１００は、サブＣＧＨを使用していないため、サブＣＧＨの境界で生じる構造の不連続性を解消する設計も不要となり、設計コストを抑えることが可能となる。
【００３８】
更に、計算機ホログラム１００は、入射光の偏光方向を選択することなく、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。従って、計算機ホログラム１００は、光量損失を実質的に発生させることなく、光強度分布（再生像）を形成することができる。換言すれば、計算機ホログラム１００は、光量損失を良好に抑えながら、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００３９】
このように、計算機ホログラム１００は、異方性層１１４を多段で構成し、複数のセル毎に、異方性層１１４の厚さを設定することで、入射光の第１方向の偏光成分の波面及び入射光の第２の方向の偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。
【００４０】
また、計算機ホログラム１００においては、異方性層１１４を構成する多段の数が等方性層１１２を構成する多段の数よりも少なくてもよい。換言すれば、異方性層１１４の厚さの種類は、等方性層１１２の厚さの種類よりも少なくてもよい。この場合、計算機ホログラム１００は、図３に示すように、等方性層１１２と異方性層１１４とを含む複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成される。等方性層１１２の屈折率、異方性層１１４の屈折率及びＺ方向の１段の段差は、上述した通りである。ここで、図３は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１のＸＺ面における概略断面図である。
【００４１】
計算機ホログラム１００における位相の制御は、上述したように、基準と一致させる、或いは、πずらす、のどちらかである。これまでは、位相をπずらす方法として、位相をπ進める方法のみを選択していたが、位相をπ遅らせる方法を選択しても、同様な効果を得ることができる。図３に示すセル１１０ｂ１は、位相をπ遅らせる方法を選択した場合のセル構造を有する。
【００４２】
セル１１０ａ１を基準として、セル１１０ｂ１に入射するＸ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２遅れ、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２遅れるため、全体としてπ遅れる。また、セル１１０ａ１を基準として、セル１１０ｂ１に入射するＹ偏光の位相は、空気と等方性層１１２との段差でπ／２遅れ、等方性層１１２と異方性層１１４との段差でπ／２進むため、全体として基準と変わらない。
【００４３】
上述したセル１１０ｂはＸ偏光の位相のみπ進ませる機能を有するのに対して、セル１１０ｂ１はＸ偏光の位相のみπ遅らせる機能を有する。従って、Ｘ偏光の位相のみを基準からπずらすという意味では、セル１１０ｂ及び１１０ｂ１は同等の機能を有する。セル１１０ａ１、１１０ｃ１及び１１０ｄ１のセル構造に関しては、セル１１０ａ、１１０ｃ及び１１０ｄのセル構造と同一にする。これにより、図３に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々が有する４つのセル構造は、図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄの各々が有する４つのセル構造と同等の機能を有する。
【００４４】
位相をπ遅らせるセル構造を有するセル１１０ｂ１を含む計算機ホログラム１００においては、図２（ｂ）に示した異方性層１１４の３段構造が、図３に示すように、２段構造となる。また、図２（ｂ）に示した空気と等方性層１１２との境界における３段構造が、図３に示すように、４段構造となる。このように、位相の制御において、位相を進ませる方法だけでなく、位相を遅らせる方法も選択することで、異方性層１１４を構成する多段の数が、等方性層１１２を構成する多段の数よりも少ない構成をとることが可能となる。
【００４５】
等方性層１１２と異方性層１１４との屈折率差は、空気と等方性層１１２との屈折率差と比較して、一般的に小さい。従って、等方性層１１２と異方性層１１４との境界における１段の高さは、空気と等方性層１１２との境界における１段の高さよりも大きくなる。そこで、空気と等方性層１１２との境界における段数よりも等方性層１１２と異方性層１１４との境界における段数を少なくすることによって、計算機ホログラム１００を製造する際の掘り込み量を少なくすることができる。これにより、計算機ホログラム１００を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
また、計算機ホログラムは、一般に、無限に薄い素子であると想定して設計されている。その結果、実際の計算機ホログラムは、掘り込み量の分だけ設計値から想定される機能と異なる機能を示す。図２（ｂ）及び図３から明らかなように、図３に示すセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１を有する計算機ホログラム１００は、図２（ｂ）に示すセル１１０ａ乃至１１０ｄを有する計算機ホログラム１００よりも薄く製造することができる。従って、掘り込み量を少なくすることにより、所望の光強度分布により近い強度分布を得ることができる。
【００４７】
また、例えば、露光装置を用いて２のｎ乗段構造を有する計算機ホログラムを製造する場合、掘り込み量を変化させて、ｎ回の露光を実施する必要がある。従って、計算機ホログラムの段数が２のｎ乗段である場合に、計算機ホログラムを最も効率的に製造することができる。
【００４８】
異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が３段、空気と等方性層１１２との境界における段数が３段である場合（図２（ｂ））、異方性層１１４と等方性層１１２との境界で２回の露光、空気と等方性層１１２との境界で２回の露光が必要となる。従って、このような計算機ホログラムの製造に要する露光回数は、合計で４回となる。
【００４９】
一方、異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が２段、空気と等方性層１１２との境界における段数が４段である場合（図３）、異方性層１１４と等方性層１１２との境界で１回の露光、空気と等方性層１１２との境界で２回の露光が必要となる。従って、このような計算機ホログラムの製造に要する露光回数は、合計で３回となる。このように、計算機ホログラムの製造に要する露光回数を減らすことで、アライメント誤差を低減させることができ、より設計値に近い計算機ホログラムを製造することが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、異方性層１１４を構成する多段の数が等方性層１１２を構成する多段の数よりも少ない場合について説明したが、同様に、等方性層１１２を構成する多段の数を異方性層１１４を構成する多段の数よりも少なくすることもできる。現在では、異方性層１１４の２つの偏光方向に対する屈折率差Δｎが空気と等方性層１１２との屈折率差よりも小さいが、屈折率差Δｎが非常に大きい異方性層１１４が開発又は発見された際に、これが有効となる。
【００５１】
また、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々においては、図４に示すように、等方性層１１２と異方性層１１４とが平面で接合されることが好ましい。図４を参照するに、等方性層１１２は、凹凸面１１２ａと、平面１１２ｂとを有し、同様に、異方性層１１４は、凹凸面１１４ａと、平面１１４ｂとを有する。図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４のＺ方向の配置位置は、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々のセル構造と相対的に異なる。但し、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さは、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１の各々のセル構造における等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さと同じである。従って、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２で構成される計算機ホログラム１００と図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成される計算機ホログラム１００は、計算機ホログラムとして同じ機能を有する。ここで、図４は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２のＸＺ面における概略断面図である。
【００５２】
一般的に、等方性層１１２の凹凸面と異方性層１１４の凹凸面とを接合させて、図３に示す複数のセル１１０ａ１乃至１１０ｄ１で構成されるような計算機ホログラム１００を製造することは非常に困難である。また、掘り込みを施した基板の凹凸面に媒質（等方性媒質又は異方性媒質）を隙間無く埋め込むことも困難である。そこで、図４に示すように、等方性層１１２の平面１１２ｂと異方性層１１４の平面１１４ｂとが対向するように接合する。換言すれば、等方性層１１２と異方性層１１４とを平面で接合する。これにより、図４に示す複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２で構成されるような計算機ホログラム１００を容易に製造することが可能となる。なお、計算機ホログラム１００（複数のセル１１０ａ２乃至１１０ｄ２）の製造においては、掘り込みを施した等方性層１１２と掘り込みを施した異方性層１１４とを接合してもよいし、等方性層１１２と異方性層１１４とを接合した後で掘り込みを施してもよい。
【００５３】
ここで、異方性層１１４を構成する材料について説明する。異方性層１１４は、本実施形態では、結晶の性質上、偏光方向によって異なる屈折率を有する複屈折材料で構成される。異方性層１１４を構成する複屈折材料は、具体的には、水晶、フッ化マグネシウム、方解石などである。光の進む速度は媒質の屈折率に依存するため、異方性層１１４を複屈折材料で構成することによって、第１の方向を偏光方向とする直線偏光の波面と第２の方向を偏光方向とする直線偏光の波面とをずらすことが可能となる。
【００５４】
例えば、異方性層１１４を方解石で構成した場合について考える。方解石の組成は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）であり、屈折率は波長５８９ｎｍに対して１．６５８４及び１．４８６４である。従って、等方性層１１２を構成する材料としては、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙから、屈折率ｎ＝（ｎｘ−ｎｙ）／２＝（１．６５８４−１．４８６４）／２＝１．５７２４の材料を選択すればよい。このような材料は数多く存在しているが、例えば、株式会社オハラから提供されている１．５７２５の屈折を有するＳ−ＢＡＬ１１を、等方性層１１２を構成する材料として選択すればよい。なお、本実施形態では、等方性層１１２及び異方性層１１４の各々を構成する材料の一例を示しただけであり、屈折率が上述した条件を満たすのであれば、いかなる材料で等方性層１１２及び異方性層１１４を構成してもよい。
【００５５】
また、異方性層１１４を構成する複屈折材料は、真性複屈折を有する材料を含む。蛍石（フッ化カルシウム）は、本来、結晶構造からすると立方晶系であり、複屈折材料ではないが、結晶軸によって屈折率が僅かに異なる。具体的には、フッ化カルシウムは、波面に対して、３．４ｎｍ／ｃｍ程度の真性複屈折を有するため、かかる真性複屈折を積極的に利用することで、フッ化カルカルシウムを材料として異方性層１１４を構成することが可能となる。
【００５６】
また、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル１１０は、異方性層１１４として、構造複屈折を生じるように構成された凹凸構造を有してもよい。但し、かかる凹凸構造は、異方性層１１４を構成する多段構成とは異なり、各セル１つ１つの内部が凹凸構造で構成されていることを意味している。
【００５７】
例えば、石英を用いた構造複屈折を生じさせる凹凸構造は、特許文献１に開示されている。特許文献１は、石英は波長１９３ｎｍでは１．５６の屈折率を有し、構造性複屈折領域の回折格子のデューティ比を１：１（＝０．５）とすると、回折格子のピッチ方向の屈折率ｎ⊥は１．１９、ピッチ直交方向の屈折率ｎIIは１．３１となることを記載している。
【００５８】
特許文献１におけるピッチ方向の屈折率ｎ⊥及びピッチ直交方向の屈折率ｎIIをｎｙ及びｎｘ、波長を１９３ｎｍとして、数式３から段差ｈ２を求めると、約８０４ｎｍとなる。かかる値は、波長の約４倍であり、計算機ホログラムとしては現実的な厚さである。
【００５９】
なお、屈折率ｎII及び屈折率ｎ⊥は、フィリングファクターをａ／Ｐとして、以下の数式４を用いて算出することができる。
【００６０】
【数４】
【００６１】
数式４を参照するに、複数のフィリングファクターを用いることで、様々な屈折率差Δｎ＝ｎII−ｎ⊥を実現することができることが分かる。これまでは、異方性層１１４の厚さをセル毎に設定して、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差を制御していた。しかし、異方性層１１４の厚さが全てのセルで同じであってとしても、異方性層１１４のフィリングファクターをセル毎に設定することで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差を制御することが可能となる。なお、石英を用いた場合、屈折率差Δｎは、１９３ｎｍの波長では、Δｎ＝０〜０．１２２と広い範囲から選択することができる。
【００６２】
但し、屈折率差Δｎを制御すると、屈折率ｎII及び屈折率ｎ⊥の値が上下する。これは基準の波面がシフトすることを意味するが、かかるシフトは、等方性層１１２の厚さを制御することで、元の位置に戻すことが可能である。
【００６３】
このように、計算機ホログラム１００を構成する複数のセル毎に、異方性層１１４の屈折率を設定することで、入射光の第１方向の偏光成分の波面及び入射光の第２の方向の偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることができる。
【００６４】
また、異方性層１１４の厚さを複数のセル毎に設定する手法と異方性層１１４の屈折率（ファイリングファクター）を複数のセル毎に設定する方法の両方を用いて複数のセル１１０（計算機ホログラム１００）を構成することもできる。これにより、計算機ホログラム１００をより柔軟に設計することや計算機ホログラム１００をより容易に製造することが可能となる。
【００６５】
また、図５を参照して、異方性層１１４の第１の方向の直線偏光に対する屈折率又は第２の方向の直線偏光に対する屈折率と等方性層１１２の屈折率とは等しくてもよいことについて説明する。図５は、図２（ａ）に示す計算機ホログラム１００の４つのセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３のＸＺ面における概略断面図である。
【００６６】
図５に示す複数のセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３の各々のセル構造は、等方性層１１２の屈折率をｎ、異方性層１１４のＸ偏光に対する屈折率をｎｘ、異方性層１１４のＹ偏光に対する屈折率をｎｙとした時に、ｎ＝ｎｘ＞ｎｙとなる場合の例を示している。
の計算機ホログラム１００を構成する場合、位相をπずらす必要があり、これを実現するためには、空気と等方性層１１２との境界の段差ｈ１’は、以下の数式５を満足すればよい。
【００６７】
【数５】
【００６８】
また、等方性層１１２と異方性層１１４との境界の段差ｈ２’は、以下の数式６を満足すればよい。
【００６９】
【数６】
【００７０】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｂ３に入射するＸ偏光の位相は、基準と変わらない。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｂ３に入射するＹ偏光の位相は、π進む。
【００７１】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｃ３に入射するＸ偏光の位相は、π遅れる。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＹ偏光の位相は、π遅れる。
【００７２】
セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＸ偏光の位相は、等方性層１１２ではπ遅れ、異方性層１１４では基準と変わらないため、全体としてπ遅れる。また、セル１１０ａ３を基準として、セル１１０ｄ３に入射するＹ偏光の位相は、等方性層１１２ではπ遅れ、異方性層１１４ではπ進むため、全体として基準と変わらない。
【００７３】
なお、本実施形態では、Ｘ偏光とＹ偏光との間において、位相をπずらすセル構造を有するセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を説明したが、セル１１０ａ３乃至１１０ｄ３は、位相を（２ｎ＋１）π（即ち、３π、５π、・・・）ずらすセル構造を有してもよい。この場合、段差ｈ１’及びｈ２’も３倍、５倍、・・・とｎに応じて（２ｎ＋１）倍となる。
【００７４】
このように、異方性層１１４の一方向の直線偏光に対する屈折率と等方性層１１２の屈折率とが等しい場合（ｎ＝ｎｘ＞ｎｙ）には、図２（ｂ）、図３及び図４に示したセル構造よりも多段の数が少ない簡易なセル構造でセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を構成できる。具体的には、Ｘ偏光とＹ偏光の波面に対して２段の計算機ホログラムを構成するにあたり、異方性層１１４と等方性層１１２との境界における段数が２段、空気と等方性層１１２との境界における段数が２段で実現することが可能となる。本実施形態では、ｎ＝ｎｘ＞ｎｙとしたが、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎとしても同様なセル構造でセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３を構成できることは言うまでもない。
【００７５】
ここで、図６を参照して、Ｘ偏光及びＹ偏光の各々で異なる光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２を形成する計算機ホログラム１００の簡単な設計例を説明する。図６は、Ｘ偏光及びＹ偏光の各々で異なる光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２を形成する計算機ホログラム１００の設計の一例を説明するための図である。
【００７６】
図６（ａ）は、例えば、Ｘ偏光が形成する光強度分布（ターゲット像）を示しており、矢印で偏光方向を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す光強度分布を形成するための計算機ホログラムの基本パターンを上下左右に２つ配置した計算機ホログラム１００を示している。計算機ホログラム１００は、実際には、周期構造を有するため、図６（ｂ）に示す計算機ホログラムの基本パターンが無数に上下左右に配列された構造となる。また、ＡＲ１及びＡＲ２は、計算機ホログラム１００を構成するセルの厚さを示しており、ＡＲ２は、ＡＲ１を基準として、位相をπずらす厚さであることを示している。図６（ｂ）に示す計算機ホログラム１００にＸ偏光を入射させることで、図６（ａ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７７】
図６（ｃ）は、例えば、Ｙ偏光が形成する光強度分布（ターゲット像）を示しており、矢印で偏光方向を示している。図６（ｄ）は、図６（ｂ）と同様に、図６（ｄ）に示す光強度分布を形成するための計算機ホログラムの基本パターンを上下に２つ配置した計算機ホログラム１００を示している。図６（ｄ）に示す計算機ホログラム１００にＹ偏光を入射させることで、図６（ｄ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７８】
図６（ｅ）は、図６（ａ）に示す光強度分布と図６（ｃ）に示す光強度分布とを重ね合わせた光強度分布を示す。図６（ｅ）に示す光強度分布を形成する計算機ホログラム１００は、図６（ｂ）に示す計算機ホログラムと図６（ｄ）に示す計算機ホログラムとを組み合わせて構成され、上述したように、４つのセル構造を有する複数のセルで構成される。図６（ｆ）に示すＡ乃至Ｄは４つのセル構造を示し、具体的には、図５に示したセル１１０ａ３乃至１１０ｄ３のセル構造に対応している。図６（ｆ）に示す計算機ホログラム１００にＸ偏光及びＹ偏光を入射させることで、図６（ｅ）に示す偏光状態の光強度分布を形成することができる。
【００７９】
本実施形態では、非常に簡単な計算機ホログラム１００の設計例を説明したが、光強度分布が複雑になった場合でも、同様に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成する計算機ホログラム１００を設計することができる。具体的には、Ｘ偏光が形成する光強度分布に対応する計算機ホログラム及びＹ偏光が形成する光強度分布に対応する計算機ホログラムを独立して設計し、かかる２つの計算機ホログラムを重ね合わせて各セルに対応したセル構造を選択すればよい。
【００８０】
図７を参照して、２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラム１００について説明する。図７は、２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラム１００を説明するための図である。
【００８１】
Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるためには、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に位相差を任意に与えられること、位相差を与えたＸ偏光の波面とＹ偏光の波面、及び、基準の波面に位相差を任意に与えられることが必要となる。
【００８２】
図７を参照するに、異方性層１１４のＺ方向の厚さを変化させることで、Ｘ偏光の波面及びＹ偏光の波面に位相差を任意に与えることができる。同様に、等方性層１１２のＺ方向の厚さを変化させることで、位相差を与えたＸ偏光とＹ偏光の波面、及び、基準の波面に位相差を任意に与えることができる。
【００８３】
従って、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面の位相差を多段に、位相差を与えたＸ偏光、位相差を与えたＹ偏光の波面と基準の波面との位相差を多段にすることで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面に２種類よりも多くの異なる位相分布を与えることが可能となる。このようにして、２段よりも多い段数で計算機ホログラム１００を構成することができる。なお、等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さを連続的に変化させることで、Ｘ偏光の波面とＹ偏光の波面との位相差、及び、位相差を与えたＸ偏光、位相差を与えたＹ偏光の波面と基準の波面との位相差を連続的に変化させることも可能となる。
【００８４】
本実施形態では、説明を簡単にするために、ｎｘ−ｎ＝ｎ−ｎｙ＞０やｎ＝ｎｘ＞ｎｙという制約を用いた。但し、等方性層１１２及び異方性層１１４に段差をつけることによって同様の効果が得られる場合には、ｎｘ、ｎｙ及びｎを任意に選択することが可能である。
【００８５】
ここで、計算機ホログラム１００の製造方法の一例について説明する。かかる製造方法は、セル毎に等方性層１１２及び異方性層１１４の厚さが設定された計算機ホログラム１００、及び、構造複屈折を生じるように構成された凹凸構造の製造方法である。
【００８６】
まず、塗布装置を用いて、計算機ホログラム１００を構成する等方性層１１２、或いは、異方性層１１４に感光性樹脂（フォトレジスト）を均一に塗布する。
【００８７】
次に、露光装置を用いて、所定の計算機ホログラムのパターンをフォトレジストに転写した後、現像装置を用いてフォトレジストを現像し、フォトレジストによる周期的凹凸格子パターンを形成する。
【００８８】
次に、反応性イオンエッチング装置を用いて、周期的凹凸格子パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを施し、所定の深さの溝を形成する。そして、溶剤又はガスによるアッシングで、フォトレジストを除去する。
【００８９】
このような工程を経ることで、上述した計算機ホログラム１００を製造することができる。なお、本実施形態で説明した計算機ホログラム１００の製造方法は一例であり、所望の計算機ホログラム１００を形成できるのであれば、ナノインプリントなどの他の微細加工技術を用いてもよい。
【００９０】
以下、図８を参照して、本発明に係る計算機ホログラム１００を適用した露光装置１について説明する。図８は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す図である。
【００９１】
露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
【００９２】
露光装置１は、図８に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を支持するレチクルステージ（不図示）と、投影光学系３０と、ウエハ４０を支持するウエハステージ（不図示）とを有する。
【００９３】
照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源１６と、照明光学系１８とを有する。
【００９４】
光源１６は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１６は、エキシマレーザーに限定されず、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用してもよい。
【００９５】
照明光学系１８は、光源１６からの光を用いてレチクル２０を照明する光学系であり、本実施形態では、所定の照度を確保しながら所定の偏光状態でレチクル２０を変形照明する。照明光学系１８は、本実施形態では、引き回し光学系１８１と、ビーム整形光学系１８２と、偏光制御部１８３と、位相制御部１８４と、射出角度保存光学素子１８５と、リレー光学系１８６と、多光束発生部１８７と、計算機ホログラム１００とを含む。また、照明光学系１８は、リレー光学系１８８と、アパーチャ１８９と、ズーム光学系１９０と、多光束発生部１９１と、開口絞り１９２と、照射部１９３とを含む。
【００９６】
引き回し光学系１８１は、光源１６からの光を偏向してビーム整形光学系１８２に導光する。ビーム整形光学系１８２は、光源１６からの光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換して（例えば、断面形状を長方形から正方形にして）、光源１６からの光の断面形状を所望の形状に整形する。ビーム整形光学系１８２は、多光束発生部１８７を照明するために必要な大きさ及び発散角を有する光束を形成する。
【００９７】
偏光制御部１８３は、直線偏光子などで構成され、不要な偏光成分を除去する機能を有する。偏光制御部１８３で除去（遮光）される偏光成分を最小限にすることで、光源１６からの光を効率よく所望の直線偏光にすることができる。
【００９８】
位相制御部１８４は、偏光制御部１８３によって直線偏光となった光にλ／４の位相差を与えて円偏光に変換する。
【００９９】
射出角度保存光学素子１８５は、例えば、オプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成され、一定の発散角度で光を射出する。
【０１００】
リレー光学系１８６は、射出角度保存光学素子１８５から射出した光を多光束発生部１８７に集光する。射出角度保存光学素子１８５の射出面と多光束発生部１８７の入射面は、リレー光学系１８６によって、互いにフーリエ変換の関係（物体面と瞳面又は瞳面と像面の関係）になっている。
【０１０１】
多光束発生部１８７は、計算機ホログラム１００を均一に照明するためのオプティカルインテグレータ（複数の微小レンズより構成されるハエの目レンズやファイバー束等）で構成される。多光束発生部１８７の射出面は、複数の点光源からなる光源面を形成する。多光束発生部１８７から射出された光は、円偏光として計算機ホログラム１００に入射する。
【０１０２】
計算機ホログラム１００は、リレー光学系１８８を介して、アパーチャ１８９の位置に、光強度分布ＩＬ（Ｘ偏光が形成する光強度分布ＬＩ１及びＹ偏光が形成する光強度分布ＬＩ２）を形成する。計算機ホログラム１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１０３】
なお、従来の計算機ホログラム１１００を用いた露光装置１０００においては、図９に示すように、Ｘ偏光とＹ偏光を独立に制御することができなかったため、ズーム光学系１９０と多光束発生部１９１との間に、λ／４位相板１２００を配置する必要があった。なお、計算機ホログラム１１００によって形成される光強度分布が偏光方向毎に分離されている場合、λ／４位相板１２００は、計算機ホログラム１１００の直前又は直後に配置することも可能である。ここで、図９は、従来の露光装置１０００の構成を示す図である。
【０１０４】
しかしながら、本実施形態の露光装置１は、Ｘ偏光が形成する光強度分布とＹ偏光が形成する光強度分布を独立して制御することができる計算機ホログラム１００を用いているため、λ／４位相板１２００は不要となる。このように、計算機ホログラム１００を露光装置に適用することで、露光装置１及び照明光学系１８を従来よりも簡易に構成することが可能となる。
【０１０５】
アパーチャ１８９は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布のみを通過させる機能を有する。計算機ホログラム１００とアパーチャ１８９とは、互いにフーリエ変換面の関係になるように配置されている。
【０１０６】
ズーム光学系１９０は、計算機ホログラム１００によって形成される光強度分布を所定の倍率で拡大して多光束発生部１９１に投影する。
【０１０７】
多光束発生部１９１は、照明光学系１８の瞳面に配置され、アパーチャ１８９の位置に形成された光強度分布に対応した光源像（有効光源分布）を射出面に形成する。多光束発生部１９１は、本実施形態では、ハエの目レンズやシリンドリカルレンズアレイなどのオプティカルインテグレータで構成される。なお、多光束発生部１９１の射出面近傍には、開口絞り１９２が配置される。
【０１０８】
照射部１９３は、コンデンサー光学系等を有し、多光束発生部１９１の射出面に形成される有効光源分布でレチクル２０を照明する。
【０１０９】
レチクル２０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２０から発せされた回折光は、投影光学系３０を介して、ウエハ４０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２０とウエハ４０とを走査することによって、レチクル２０のパターンをウエハ４０に転写する。
【０１１０】
投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０に投影する光学系である。投影光学系３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
【０１１１】
ウエハ４０は、レチクル２０のパターンが投影（転写）される基板であり、図示しないウエハステージに支持及び駆動される。但し、ウエハ４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ４０には、レジストが塗布されている。
【０１１２】
本実施形態の露光装置１では、計算機ホログラム１００に入射する光は円偏光であるが、計算機ホログラム１００に入射する光は無偏光であってもよい。具体的には、光源１６からの光を無偏光の光に変換する偏光解消素子を配置し、かかる偏光解消素子から射出される無偏光を計算機ホログラム１００に入射させる。偏光解消素子は、例えば、特開２００４−１９８３４８号公報に開示されており、かかる偏光解消素子を位相制御部１８４の代わりに用いることで、計算機ホログラム１００に無偏光を入射させることができる。
【０１１３】
なお、露光装置１は、図１０に示すように、計算機ホログラム１００に入射する光の偏光状態を調整する偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４を有していてもよい。ここで、図１０は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す図である。
【０１１４】
偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４は、計算機ホログラム１００に入射する光の第１の方向の直線偏光成分と第２の方向の直線偏光成分との強度比を調整する。これにより、計算機ホログラム１００によって形成される第１の光強度分布ＬＩ１の光強度と第２の光強度分布ＬＩ２の光強度との比を調整することができる。これまでは、計算機ホログラム１００に円偏光又は無偏光を入射させる場合を説明してきたが、計算機ホログラム１００には直線偏光を入射させることも可能である。計算機ホログラム１００に入射する直線偏光の角度を調整することで、Ｘ偏光とＹ偏光の強度比を変更することができる。
【０１１５】
図１１に示すように、偏光状態調整部としてのλ／４位相板１９４は、計算機ホログラム１００の直前に配置する。λ／４位相板１９４を光軸（Ｚ軸）に沿って回転させることで、計算機ホログラム１００に対して、所望の直線偏光ＰＬの方向を得ることができる。また、直線偏光方向を角度ＰＡで表すこととする。ここで、図１１は、計算機ホログラム１００及びλ／４位相板１９４の近傍を示す概略斜視図である。
【０１１６】
角度ＰＡを変化させることで、Ｘ偏光とＹ偏光の強度比を変化させることができる。例えば、角度ＰＡが０度である場合には、計算機ホログラム１００に入射する光がＸ偏光のみとなるため、光強度分布ＬＩ１のみが形成される。角度ＰＡが９０度である場合には、計算機ホログラム１００に入射する光がＹ偏光のみとなるため、光強度分布ＬＩ２のみが形成される。また、角度ＰＡが４５度である場合には、円偏光又は無偏光と同じＸ偏光とＹ偏光の強度比、即ち、１：１の強度比の光強度分布ＬＩ１及びＬＩ２が形成される。
【０１１７】
露光装置１では、ウエハ４０に転写する回路パターンに応じて、Ｘ偏光とＹ偏光のバランスを変化させる必要がある。従って、計算機ホログラム１００が図１に示すような四重極形状の光強度分布ＬＩを形成する場合には、λ／４位相板１９４を配置して、光強度分布ＬＩ１と光強度分布ＬＩ２とのバランス（ポールバランス）を変化させることができるようにすることが好ましい。
【０１１８】
計算機ホログラム１００は、上述したように、１つの偏光方向の波面だけではなく、全面にわたってＸ偏光の波面及びＹ偏光の波面に互いに異なる位相分布を与えるため、光量損失を実質的に発生させることなく、光強度分布ＬＩを形成することができる。従って、計算機ホログラム１００に入射する光の偏光方向を変化させても光強度分布ＬＩの全体のエネルギーは変わらない。その結果、光強度分布ＬＩ（再生像）の所望のエネルギーが明らかである場合には、角度ＡＰを考慮せずに入射光のエネルギーを確定することができる。
【０１１９】
露光において、光源１６から発せられた光は、照明光学系１８によってレチクル２０を照明する。レチクル２０のパターンを反映する光は、投影光学系３０によってウエハ４０上に結像する。露光装置１が使用する照明光学系１８は、計算機ホログラム１００によって、照明ムラ及び光量損失を抑えると共に、所望の形状及び偏光状態の光強度分布を形成することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【０１２０】
次に、図１２及び図１３を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１２１】
図１３は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【０１２２】
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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一側面としての計算機ホログラムを説明するための図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す計算機ホログラムの構成を示す概略斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図３】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図４】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図５】図２（ａ）に示す計算機ホログラムの４つのセルのＸＺ面における概略断面図である。
【図６】本発明の一側面としての計算機ホログラムの設計の一例を説明するための図である。
【図７】２段よりも多い段数で構成される計算機ホログラムを説明するための図である。
【図８】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
【図９】従来の露光装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す露光装置において、計算機ホログラム及びλ／４位相板の近傍を示す概略斜視図である。
【図１２】デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 露光装置
１０ 照明装置
１６ 光源
１８ 照明光学系
１８１ 引き回し光学系
１８２ ビーム整形光学系
１８３ 偏光制御部
１８４ 位相制御部
１８５ 射出角度保存光学素子
１８６ リレー光学系
１８７ 多光束発生部
１８８ リレー光学系
１８９ アパーチャ
１９０ ズーム光学系
１９１ 多光束発生部
１９２ 開口絞り
１９３ 照射部
１９４ λ／４位相板
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
１００ 計算機ホログラム
１１０ セル
１１２ 等方性層
１１２ａ 凹凸面
１１２ｂ 平面
１１４ 異方性層
１１４ａ 凹凸面
１１４ｂ 平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、
第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、
前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラム。
【請求項２】
複数のセル毎に前記異方性層の厚さが設定されることで、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項３】
複数のセル毎に前記異方性層の屈折率が設定されることで、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項４】
前記複数のセル毎に前記異方性層及び前記等方性層の厚さが設定されることを特徴とする請求項２記載の計算機ホログラム。
【請求項５】
前記異方性層と前記等方性層とは、平面で接合されていることを特徴とする請求項４記載の計算機ホログラム。
【請求項６】
前記異方性層の厚さの種類は、前記等方性層の厚さの種類よりも少ないことを特徴とする請求項４又は５記載の計算機ホログラム。
【請求項７】
前記異方性層の前記第１の方向又は前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率と、前記等方性層の屈折率とは等しいことを特徴とする請求項４又は５記載の計算機ホログラム。
【請求項８】
前記異方性層は、複屈折材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
【請求項９】
前記複屈折材料は、真性複屈折を有することを特徴とする請求項８記載の計算機ホログラム。
【請求項１０】
前記異方性層は、構造複屈折を生じる凹凸構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
【請求項１１】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、
前記照明光学系は、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラムを含むことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記照明光学系は、前記計算機ホログラムに入射する光を無偏光の光に変換する光学素子を含むことを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、前記計算機ホログラムに入射する光の偏光状態を調整する偏光状態調整部を含み、
当該偏光状態調整部で前記計算機ホログラムに入射する光の前記第１の方向の直線偏光成分と前記第２の方向の直線偏光成分との強度比を調整することにより、前記第１の光強度分布の光強度と前記第２の光強度分布の光強度との比を調整することを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１】
入射光の波面に位相分布を与えて所定面に光強度分布を形成する計算機ホログラムであって、
第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第１の方向の直線偏光に直交する第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが異なる異方性層と、前記第１の方向の直線偏光に対する屈折率と前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率とが等しい等方性層とを有し、
前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることによって、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第１の光強度分布と前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分が前記所定面に形成する第２の光強度分布とを異ならせていることを特徴とする計算機ホログラム。
【請求項２】
複数のセル毎に前記異方性層の厚さが設定されることで、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項３】
複数のセル毎に前記異方性層の屈折率が設定されることで、前記入射光の前記第１の方向の直線偏光成分の波面及び前記入射光の前記第２の方向の直線偏光成分の波面に互いに異なる位相分布を与えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項４】
前記複数のセル毎に前記異方性層及び前記等方性層の厚さが設定されることを特徴とする請求項２記載の計算機ホログラム。
【請求項５】
前記異方性層と前記等方性層とは、平面で接合されていることを特徴とする請求項４記載の計算機ホログラム。
【請求項６】
前記異方性層の厚さの種類は、前記等方性層の厚さの種類よりも少ないことを特徴とする請求項４又は５記載の計算機ホログラム。
【請求項７】
前記異方性層の前記第１の方向又は前記第２の方向の直線偏光に対する屈折率と、前記等方性層の屈折率とは等しいことを特徴とする請求項４又は５記載の計算機ホログラム。
【請求項８】
前記異方性層は、複屈折材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
【請求項９】
前記複屈折材料は、真性複屈折を有することを特徴とする請求項８記載の計算機ホログラム。
【請求項１０】
前記異方性層は、構造複屈折を生じる凹凸構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラム。
【請求項１１】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、
前記照明光学系は、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計算機ホログラムを含むことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記照明光学系は、前記計算機ホログラムに入射する光を無偏光の光に変換する光学素子を含むことを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、前記計算機ホログラムに入射する光の偏光状態を調整する偏光状態調整部を含み、
当該偏光状態調整部で前記計算機ホログラムに入射する光の前記第１の方向の直線偏光成分と前記第２の方向の直線偏光成分との強度比を調整することにより、前記第１の光強度分布の光強度と前記第２の光強度分布の光強度との比を調整することを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【公開番号】特開２００９−３６９１６（Ｐ２００９−３６９１６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９９９０４（Ｐ２００７−１９９９０４）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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