(57)【要約】      （修正有）【課題】入射光を使用して所定面に光強度分布を形成するホログラムを提供する。【解決手段】ホログラム１１００は、入射光ＩＬの第１の偏光方向の第１の偏光成分ＩＬ１の位相、及び第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向の第２の偏光成分ＩＬ２の位相の双方を制御して、第１の偏光成分ＩＬ１の位相分布と第２の偏光成分ＩＬ２の位相分布との間の位相差分布を形成するように構成された複数のセルを含む。複数のセルは、位相差分布の位相差のレベル数が第１の偏光成分ＩＬ１の位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計されている。【選択図】図１Ａ
2011191757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を使用して所定面に光強度分布を形成するホログラムであって、
前記入射光の第１の偏光方向の第１の偏光成分の位相と前記第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向の第２の偏光成分の位相との双方を制御して、前記第１の偏光成分の位相分布と前記第２の偏光成分の位相分布との間の位相差分布を形成するように構成された複数のセルを備え、
前記複数のセルは、前記位相差分布の位相差のレベル数が前記第１の偏光成分の前記位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計されている、ことを特徴とするホログラム。
【請求項２】
前記複数のセルは、等方性媒質及び異方性媒質を含む、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項３】
前記異方性媒質は、前記入射光の波長よりも周期が細かい構造を含む、ことを特徴とする請求項２記載のホログラム。
【請求項４】
前記異方性媒質は、複屈折材料を含む、ことを特徴とする請求項２記載のホログラム。
【請求項５】
前記位相差分布は、０及びｐｉの位相差値を交互に含む、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項６】
前記位相差分布は、インターレース分布を含む、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項７】
前記位相差分布は、０及びｐｉの値が交互に配置されたインターレース分布を含む、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項８】
前記位相差分布は、市松模様分布を含む、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項９】
前記複数のセルは、第３の偏光成分の列と前記第３の偏光成分に対して垂直な第４の偏光成分の列とが交互に配置されて分割される、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項１０】
前記第３の偏光成分の偏光方向は、前記第１の偏光方向を４５°回転して得られる方向に対応し、前記第４の偏光成分の偏光方向は、前記第２の偏光方向を４５°回転して得られる方向に対応する、ことを特徴とする請求項９記載のホログラム。
【請求項１１】
前記位相差のレベル数は２である、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項１２】
前記位相のレベル数は２以上である、ことを特徴とする請求項１記載のホログラム。
【請求項１３】
光源と、入射光を使用して所定面に光強度分布を形成するホログラムを含む照明光学系とを備えた装置であって、
前記ホログラムは、前記入射光の第１の偏光方向の第１の偏光成分の位相と前記第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向の第２の偏光成分の位相との双方を制御して、前記第１の偏光成分の位相分布と前記第２の偏光成分の位相分布との間の位相差分布を形成するように構成された複数のセルを備え、
前記複数のセルは、前記位相差分布の位相差のレベル数が前記第１の偏光成分の前記位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計されている、ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
偏光ビームスプリッタ及び傾斜ミラーを含む入射光補償器を更に備える、ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
露光装置であって、
光源を用いてレチクルを照明するように構成され、入射光を使用して所定面に光強度分布を形成するホログラムを含む照明光学系と、
前記レチクルのパターンを基板上に投影するように構成された投影光学系と、を備え、
前記ホログラムは、前記入射光の第１の偏光方向の第１の偏光成分の位相と前記第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向の第２の偏光成分の位相との双方を制御して、前記第１の偏光成分の位相分布と前記第２の偏光成分の位相分布との間の位相差分布を形成するように構成された複数のセルを備え、
前記複数のセルは、前記位相差分布の位相差のレベル数が前記第１の偏光成分の前記位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計されている、ことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投影露光装置は、フォトリソグラフィ（焼き付け）を使用して半導体メモリ又は論理回路等の微細なパターン化された半導体素子を製造するために採用されている。投影露光装置は、投影光学系を介してレチクル（マスク）上に形成された回路パターンをウエハ等の基板上に投影して転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、次式により与えられる：
2011191757.tif 000003
式中、λは露光光の波長であり、ＮＡは投影光学系の開口数であり、ｋ１は例えば現像プロセスにより決定されるプロセス定数である。
【０００４】
露光光の波長を短くするか又は投影光学系のＮＡを上げるほど、解像度は高くなる。しかし、一般に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、現在の露光光の波長を更に短くすることは困難である。また、投影光学系のＮＡの二乗に反比例して焦点深度が減少すること、並びに高ＮＡの投影光学系を形成するためのレンズの設計及び製造が困難であることから、現在利用可能な投影光学系のＮＡを増大することも困難である。
【０００５】
プロセス定数ｋ１を小さくすることにより解像度を向上するために、解像度向上技術（Resolution Enhanced Technology:ＲＥＴ）の適用が提案されている。そのようなＲＥＴの１つは、いわゆる変形照明法（斜入射照明法又は軸外照明法）である。
【０００６】
一般に、変形照明法は、均一な面照明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光学系の光軸上に遮光板を有する開口絞りを挿入することにより、レチクルに対して露光光を斜めに入射させる。
【０００７】
変形照明法は、例えば輪帯照明法及び四重極照明法を含む。これらは開口絞りの開口の形状（すなわち、光強度分布の形状）が異なる。また、露光光の利用効率（照明効率）を向上するために、開口絞りの代わりに計算機ホログラム（Computer Generated Hologram:ＣＧＨ）を使用する別の変形照明法も提案されている。
【０００８】
投影光学系の高ＮＡ化に伴い、投影露光装置を高解像度化するために露光光の偏光状態を制御する偏光照明法が更に必要とされる。偏光照明法は、例えば、光軸を中心とする周方向に電界成分を有するＳ偏光のみを用いてレチクルを照明する。形成される像のコントラストは、Ｓ偏光のみを使用することにより向上される。
【０００９】
近年、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）及び偏光照明法（すなわち、偏光状態の制御）の双方を利用する技術が提案されている。
【００１０】
例えば特許文献１（特開２００６−１９６７１５号公報）は、構造複屈折領域及び回折領域の種々の組み合わせにより構成される光束変換素子を使用して変形照明法及び偏光照明法の双方を実現する技術を開示する。特許文献１（特開２００６−１９６７１５号公報）には、構造複屈折領域を使用して偏光状態を制御し回折領域を使用して所定面における光強度分布の形状（すなわち、再構成画像）を制御することが記載されている。組み合わせの数は、所定面上に形成される偏光状態の種類に依存する。
【００１１】
特許文献２（米国特許第７，２６５，８１６号公報）又は特許文献３（特開２００６−５３１９号公報）は、一般に変形照明法及び偏光照明法により形成される四重極光強度分布の４つの極の間のバランスを制御できる技術を開示する。特許文献２（米国特許第７，２６５，８１６号公報）において、１／４波長板（ＱＷＰ）を用いて４つの円偏光を互いに異なる４つの直線偏光に変換した後に、各直線偏光に対応する回折光学素子として機能する４つの別個のＣＧＨを使用してバランスを制御することにより所定面における光強度分布を変化させることが述べられている。
【００１２】
ＣＧＨ設計技術は、非特許文献１（「Iterative method applied to image reconstruction and to computer-generated holograms」、OPTICAL ENGINEERING、第１９巻、第３号、１９８０年５月／６月、２９７〜３０５頁）に開示されている。従来技術は、複数の偏光状態から構成される再構成画像を形成するために複数の別個のＣＧＨを使用し、別個のＣＧＨの数は種々の偏光状態の数に依存する。
【００１３】
互いに組み合わされた複数の別個のＣＧＨが使用される場合、再構成画像に照度ムラが生じる場合がある。オプティカルインテグレータが入射光の強度分布を充分に補正できない場合、光は複数のＣＧＨの一部にしか入射しない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１９６７１５号公報
【特許文献２】米国特許第７，２６５，８１６号公報
【特許文献３】特開２００６−５３１９号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「Iterative method applied to image reconstruction and to computer-generated holograms」、OPTICAL ENGINEERING、第１９巻、第３号、１９８０年５月／６月、２９７〜３０５頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様によると、入射光を使用して所定面に光強度分布を形成するホログラムが提供される。ホログラムは、入射光の第１の偏光方向の第１の偏光成分の位相と第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向の第２の偏光成分の位相との双方を制御して、第１の偏光成分の位相分布と第２の偏光成分の位相分布との間の位相差分布を形成するように構成された複数のセルを含む。複数のセルは、位相差分布の位相差のレベル数が第１の偏光成分の位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計されている。
【００１７】
本発明の別の態様によると、光源と上述のようなホログラムを含む照明光学系とを含む装置が提供される。
【００１８】
本発明の別の態様によると、照明光学系と投影光学系とを含む露光装置が提供される。照明光学系は、光源を用いてレチクルを照明するように構成される。照明光学系は、上述のようなホログラムを含む。投影光学系は、レチクルのパターンを基板上に投影するように構成される。
【００１９】
本発明の更なる特徴は、添付の図面を参照して好適な実施形態の以下の説明を読むことにより明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、ホログラム及び所定面上の光強度分布を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ホログラムの複数のセルを示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、構造複屈折を発生させる３次元構造を有するセル構造を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、位相のレベル数が２であるセル構造を示す斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、３次元構造を有するセル構造を示す別の斜視図である。
【図３】図３は、位相のレベル数が４であるセル構造を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、目標画像の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、Ｘ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、Ｙ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｂ及び図４Ｃに対応する計算機ホログラムの位相差分布を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図２Ａに基づく異方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、図２Ａの異方性媒質により生じる位相シフトを補償する位相分布を示す図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、異方性媒質間の相対位相シフトを考慮して図２Ａに基づく等方性媒質に対する位相分布を示す図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、図２Ａに基づく等方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一態様に係る露光装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、複屈折材料を有するセル構造を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６に基づく異方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６に基づく等方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図８】図８は、補償器を含む装置を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、Ｘ軸に対して０°の方向の検光子を使用して再構成画像を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、Ｘ軸に対して４５°の方向の検光子を使用して再構成画像を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、Ｘ軸に対して９０°の方向の検光子を使用して再構成画像を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、Ｘ軸に対して１３５°の方向の検光子を使用して再構成画像を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、位相差の状態を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、目標画像の一例を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、Ｘ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、Ｙ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、図１０Ｃ及び図１０Ｄに対応する計算機ホログラムの位相差分布を示す図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、異方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図１０Ｇ】図１０Ｇは、等方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図１０Ｈ】図１０Ｈは、Ｘ偏光及びＹ偏光に対する計算機ホログラムの位相差分布の別の例を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ホログラム平面におけるＸ偏光及びＹ偏光に対して分離された領域を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、Ｘ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、Ｙ偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ｂ及び図１１Ｃに基づいて組み合わされた位相分布を示す図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、Ｘ’偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、Ｙ’偏光に対する計算機ホログラムの位相分布を示す図である。
【図１１Ｇ】図１１Ｇは、異方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図１１Ｈ】図１１Ｈは、等方性媒質の厚さ分布を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、入射光の偏光方向を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、入射光の偏光方向を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、光学軸の方向を示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、光学軸の方向を示す図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、ホログラムから射出した光の偏光方向を示す図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、ホログラムから射出した光の偏光方向を示す図である。
【図１３】図１３は、設計方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を以下に説明する。図中、同一の図中符号は同一部材を示し、重複する説明を省略する。
【００２２】
図１Ａは、複数の別個のＣＧＨの代わりに本発明に係る実施形態に使用されるホログラム１１００を示す。再構成画像は、ホログラム１１００により生成される。ホログラム１１００は、例えば計算機ホログラムであってもよい。
【００２３】
図１Ａに示すように、ホログラム１１００は、入射光ＩＬの波面の位相分布を変調することにより所定面ＰＳ上に光強度分布（すなわち、再構成画像）ＬＩを形成する。ホログラムは、リソグラフィ装置の照明系のアパーチャの位置に配置可能である。光強度分布ＬＩの形状は図１Ａに示す形状に限定されない。ホログラム１１００への入射光ＩＬの入射方向を図中符号５００で示す。
【００２４】
ホログラム１１００は、入射光ＩＬの第１の偏光方向（例えば、Ｘ偏光）の第１の偏光成分（例えば、第１の直線偏光成分ＩＬ１）の位相を制御するように設計可能である。第１の直線偏光成分ＩＬ１は、所定面ＰＳ上に第１の光強度分布ＬＩ１を形成できる。
【００２５】
ホログラム１１００は、第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向（例えば、Ｙ偏光）の第２の偏光成分（例えば、第２の直線偏光成分ＩＬ２）の位相を制御するように更に設計可能である。第２の直線偏光成分ＩＬ２は、所定面ＰＳ上に第２の光強度分布ＬＩ２を形成できる。
【００２６】
再構成画像ＬＩは、ＩＬ１及びＩＬ２に加え、必要に応じて偏光及びＹ偏光から構成される光強度分布ＬＩ３を含むことができる。ホログラム１１００は、ＩＬ１及びＩＬ２がＸ偏光及びＹ偏光の合成により形成される光強度分布ＬＩ３を形成するようにＸ偏光及びＹ偏光の双方の位相を制御できる。光強度分布ＬＩ３において所定の偏光状態を得るため、所定面ＰＳにおける光の振幅及び／又は位相が制御されてもよい。
【００２７】
例えば、入射光ＩＬがＸ軸に対して＋４５°の偏光方向の直線偏光である場合、所定面ＰＳにおけるＸ偏光とＹ偏光との振幅比（強度比）を制御することにより、直線偏光の偏光方向は、Ｘ軸に対して０°〜＋９０°（０°及び＋９０°を含まない）の範囲で変更される。また、直線偏光の偏光方向がこの範囲で変更される場合、振幅比の制御に加えてＸ偏光とＹ偏光との間の位相差（例えば、π）が制御されてもよい。
【００２８】
ホログラム１１００は、第１の直線偏光成分及び第２の直線偏光成分の位相を制御するために、図１Ｂに示すような複数のセル１１１０（例えば、セル１１１０の集合）を含む。複数のセルは、再構成画像が目標画像に対応するように設計される。互いに異なる位相分布を得るために、Ｘ偏光及びＹ偏光の波面は、ホログラム１１００により別々に制御されてもよい。
【００２９】
セル１１１０は、異方性媒質及び等方性媒質を含むことができる。異方性媒質はＸ偏光とＹ偏光との間の位相差を制御でき、等方性媒質はＸ偏光及びＹ偏光の位相を均等に制御できる。セル内の等方性媒質の一部のＺ方向の厚さは０であってもよい。異方性媒質の構造を形成するプロセスは、等方性媒質の構造を形成するプロセスより困難である。従って、製造上の観点から、本明細書中の説明は、異方性媒質の厚さのレベル数が等方性媒質の厚さのレベル数より少ないという条件を使用する。この条件を実現するために、Ｘ偏光とＹ偏光との間の位相差のレベル数は、Ｘ偏光及びＹ偏光の位相のレベル数より少なくなるように設計可能である。換言すると、複数のセル１１１０は、位相差分布の位相差のレベル数がＸ偏光又はＹ偏光の位相分布の位相のレベル数より少なくなるように設計可能である。
【００３０】
ＣＧＨを用いてより高い回折効率（ＤＥ）を得るために、位相のレベル数を増やしてもよい。従来、ＣＧＨは位相のレベル数と同様の位相差のレベル数を有するように設計されるが、位相差のレベル数は位相のレベル数と等しくなくてもよい。
【００３１】
図２Ａは、構造複屈折を発生させる回折格子から形成された異方性媒質１１２を有するセル構造１００を示す斜視図である。０次以外の回折光成分の発生を防止するため、格子のピッチＰは入射光の波長より小さい。各セル１１０ａ〜１１０ｈ（まとめて１１０と称する）の例を図２Ａに示す。異方性媒質の光学軸（ＯＡ）は、複屈折が発生ない方向を示す。入射光が光学軸の方向に伝搬する場合、その方向と垂直な全ての偏光成分に対する屈折率は一定である。換言すると、常光線及び異常光線は、互いに一致するか又は偏差が最小限である。
【００３２】
図２Ａは、異方性媒質１１２の厚さのレベル数が１であり且つ等方性媒質１１４の厚さのレベル数がゼロの厚さを含めて４である例を示す。π／２の位相差を形成するため、異方性媒質の厚さはｈ１１２’である。等方性媒質の厚さｈ１１４（ｈ１１４ｆ、ｈ１１４ｇ、ｈ１１４ｈ）については詳細に後述する。セル１１０ｈ（１１０ｄ）における等方性媒質の厚さｈ１１４ｈは、セル１１０ｆ（１１０ｂ）における厚さの３倍である。セル１１０ｇ（１１０ｃ）における等方性媒質の厚さｈ１１４ｇは、セル１１０ｆ（１１０ｂ）における等方性媒質の厚さの２倍である。例えばｈ１１４ｆ、ｈ１１４ｇ及びｈ１１４ｈの厚さは、３π／２、π及びπ／２の位相遅延をそれぞれ与えるように設計可能である。異方性媒質１１２の厚さのレベル数が１である場合、Ｘ軸に沿う溝を有するＳＷＳ（Sub-Wavelength Structure:入射光の波長以下の微細な周期を持つ構造）がＸ偏光の位相を遅延させ且つＹ軸に沿う溝を有するＳＷＳがＹ偏光の位相を遅延させるため、位相差のレベル数は２である。等方性媒質１１４の厚さのレベル数が４である場合、位相の数は４である。異方性媒質として複屈折材料を使用できる。
【００３３】
Ｘ偏光及びＹ偏光に対する位相分布が位相差に関する条件を用いずに等しく量子化された既定のレベルを使用して設計される場合、位相差のレベル数は位相のレベル数と同一であってもよい。位相の値に関してπは−πと同等であると考えられ、位相差の値に関してもπは−πと同等であると考えられる。
【００３４】
図２Ｂは、位相差のレベル数及び位相のレベル数がそれぞれ２であるセル構造１０１を示す斜視図である。セル構造１０１は、セル１１１ａ、セル１１１ｂ、セル１１１ｃ及びセル１１１ｄを含むセル１１１を含む。位相差のレベル数が２であるため、異方性媒質１１２の溝の方向が異なる２種類のセルが存在する。位相のレベル数が２であるため、等方性媒質１１４のセルの厚さは２種類存在する。円偏光が入射光として使用される場合、入射光の位相差を相殺するために、π／２の位相シフトが使用される。この目的（すなわち、位相シフト）のため、第１の等方性媒質１１４ａに別の第２の等方性媒質１１４ｂを追加できる。その場合、実際は等方性媒質１１４のセルの厚さは４種類存在する。
【００３５】
図２Ｃは、セル構造１０２の別の例を示す。第１の等方性媒質１１４ａは、Ｘ偏光及びＹ偏光の位相を均等に制御できる。第２の等方性媒質１１４ｂは、π／２の位相差を有する入射光の位相差を相殺できる。第１の等方性媒質（１１４ａ）及び第２の等方性媒質（１１４ｂ）は分離しているものとして示されるが、それらは互いに組み合わされてもよい。入射光が第１の直線偏光成分（ＩＬ１）と第２の直線偏光成分（ＩＬ２）との間に位相差を有さない場合、あるいは入射光の双方の位相を等しくする必要がない場合、第２の等方性媒質１１４ｂは省略されてもよい。
【００３６】
図２Ｃのセル１１０ａの第１の等方性媒質（１１４ａ）及び第２の等方性媒質（１１４ｂ）の厚さは、２πの位相シフトに対応するため、図２Ａに示すように取り除くことができる。図２Ａ及び図２Ｃのホログラムのセル構造が４つの位相レベルを有し且つセル１１０ｆの等方性媒質１１４ａの最小ステップがπ／２に対応する場合、図２Ｃに示すように等方性媒質１１４ｂを追加しても等方性媒質の厚さの数は変更されない。換言すると、図２Ａ及び図２Ｃの等方性媒質の厚さの数は同一である。従って、図２Ｂの異方性媒質及び等方性媒質の厚さの数は図２Ａと同一である。製造工程が更に困難になることを防止する一方、本発明を使用することにより回折効率が低下する場合がある。特に、目標画像が非対称である場合、図２Ｂの等方性媒質１１４ａから構成される２つの位相レベルにより得られる回折効率は５０％未満であるが、図２Ａに示すような２つの位相差レベル及び４つの位相レベルにより得られる回折効率は５０％を上回る。
【００３７】
図３は、位相差のレベル数及び位相のレベル数の双方が４であるセル構造を示す斜視図である。異方性媒質の数は２であり、これは図２Ａより多い。セル３１０ａ〜３１０ｐを含むセル構造１０３内の異方性媒質１１２は、２種類の厚さ１１２ａ及び１１２ｂを有する。位相のレベル数を４とすることにより、位相レベル数が２のものよりも高い回折効率を得ることができる。
【００３８】
位相差のレベル数が位相のレベル数より少ないという条件で位相分布が生成される場合、ホログラム設計の自由度を向上できる。位相差分布は、０及びＰｉの位相差値を交互に含むことができる。また、位相差分布は、インターレース分布又は市松模様の分布を有することができる。複数のセルは、交互に配置される第１の偏光成分（Ｘ偏光）の列及び第２の偏光成分（Ｙ偏光）の列に分割できる。
【００３９】
（例１：ＳＷＳを用いる位相差のランダム分布）
図１Ａのホログラム１１００としての計算機ホログラムの詳細な例を以下に説明する。
【００４０】
光強度分布（目標画像）の設計の一例を図４Ａに示す。この目標画像はＳ偏光から構成される。Ｓ偏光は、所定面ＰＳ上の各画素が直線偏光により形成され且つ各画素に対する偏光の方向が同心円の周方向に沿うことを意味する。所定面ＰＳ上での各偏光状態を図４Ａの矢印で示す。
【００４１】
図４Ｂはホログラムデータとして設計されたＸ偏光の位相分布を示し、図４Ｃはホログラムデータとして設計されたＹ偏光の位相分布を示す。セル数は１６×１６である。これらの位相分布は、Ｘ偏光とＹ偏光との間の位相差のレベル数がＸ偏光及びＹ偏光の位相のレベル数より少ないという条件で設計される。本例において、位相差のレベル数は図４Ｄに示すように２であり、位相のレベル数は実質的に無限大である。ホログラムデータは、ホログラム１１００を通過する光が図４Ｂに示すようなＸ偏光の位相分布及び図４Ｃに示すようなＹ偏光の位相分布を有するように設計される。位相差のレベル数は３以上に設計可能であり、位相のレベル数は位相差の数が位相の数より少ないという条件で３以上無限大未満（例えば、４、８又は１６）に設計可能である。
【００４２】
上述のように、図４Ｄは、図４Ｃのセルに対応する位相の値から図４Ｂの各セルの位相の値を減算することにより得られるＸ偏光とＹ偏光との間の位相差分布を示す。図４Ｄにおける値は０又はπであり、これは位相差のレベル数が２に設計されることを意味する。
【００４３】
図４Ｅは、図２Ａに示すセル構造に基づいて生成された異方性媒質のＺ方向の厚さ（単位：μｍ）の例を示し、図４Ｈは、同様に生成された等方性媒質のＺ方向の厚さの例を示す。色の濃度は各セルの厚さを表す。色が白色に近いほど厚さが厚く、黒色に近いほど厚さが薄いことを示す。本明細書において、異方性媒質１１２は構造複屈折を発生させる回折格子から形成される。
【００４４】
位相差φｄを形成するため、異方性媒質１１２のｚ方向の厚さｈ１１２は次式を満たす必要がある：
2011191757.tif 000004
式中、λは波長であり、ｎＯ及びｎＥは異方性媒質の屈折率である。本例において、λ = 193nm、ｎＯ = 1.31及びｎＥ = 1.19である。ｎＯは、ＳＷＳの溝の方向に沿う屈折率である。ｎＥは、溝の方向に対して垂直な屈折率である。
【００４５】
円偏光が入射光として使用される場合、厚さｈ１１２は次式で示すように半分にすることができる：
2011191757.tif 000005
【００４６】
この厚さはＱＷＰの機能の実行に対応する。このｈ１１２’は位相差の数が２である場合に使用可能である。
【００４７】
特許文献１（特開２００６−１９６７１５号公報）は、構造複屈折を発生させる回折格子の一例として石英ガラスから作成された回折格子を開示している。特許文献１（特開２００６−１９６７１５号公報）によると、石英ガラスが１９３ｎｍの波長に対して１．５６の屈折率を有し且つ構造複屈折領域における回折格子のデューティ比が１：１（＝０．５）である場合、ピッチ方向における回折格子の屈折率ｎＥは１．１９であり、ピッチに対して垂直な方向における回折格子の屈折率ｎＯは１．３１である。
【００４８】
本例において、図４Ｅの垂直溝領域と水平溝領域との間にはπ／２の相対位相シフトが存在する。この相対位相シフトは、等方性媒質１１４により補償可能である。Ｘ偏光に関して、高屈折率の媒質における波面は低屈折率の媒質における波面より進行速度が遅いため、水平溝領域の波面は、垂直溝領域の波面と比較してπ／２遅延する。図４Ｆは、この位相シフトを補償する位相分布を示す。各セルに対して、図４Ｂの値と図４Ｆの値との和は、位相シフトを考慮して図２Ａに基づく等方性媒質によりＸ偏光を制御する位相分布を形成できる。図４Ｇは、等方性媒質により得られた位相分布φを示す。
【００４９】
位相分布φを形成するため、等方性媒質の厚さｈ１１４は次式を満たす必要がある：
2011191757.tif 000006
【００５０】
式中、ｎは等方性媒質の屈折率である。本例において、ｎ = 1.56である。図４Ｈは、この補償を含む等方性媒質の厚さの例を示す。
【００５１】
ＳＷＳにより生成された位相分布は、各セルの内側に位相分布を有する場合がある。この現象はＤＥを低下させる場合がある。より小さいピッチＰを使用することにより、各セルの内側の位相分布を減少できる。更に、各セルの内側の位相分布を考慮してホログラムの位相分布を設計することにより、各セルの内側の位相分布を減少できる。
【００５２】
例１では、セル構造１００のセル構造のみを説明し、回折格子は宙に浮いているものとして図示したが、異方性セル及び等方性セルは、石英ガラス等の基板上に形成可能である。
【００５３】
例１では、計算機ホログラムが複数のセルを含む例を説明したが、光強度分布（目標画像）を分割する画素のサイズを小さくすることにより、計算機ホログラムのセル数を増加できる。画素が小さいほど、光強度分布は均一になる。
【００５４】
関連技術の説明において別個のＣＧＨとして説明した複数のＣＧＨを組み合わせることによりホログラムが形成される場合、オプティカルインテグレータが入射光の強度分布を充分に補正できない場合（例えば、光がそれらＣＧＨの一部にしか入射しない場合）に再構成画像に照射ムラが生じることがある。例１によると、照明ムラを減少できる。
【００５５】
複数の別個のＣＧＨが組み合わされる場合、別個のＣＧＨ間の境界における構造が不連続であることにより、不要な回折光が発生する場合がある。例１によると、不要な回折光により生じる再構成画像の劣化を減少できる。
【００５６】
異方性媒質のレベルが多いほど、異方性媒質の構造を形成するプロセスは困難となる。例１によると、異方性媒質のレベル数は１であり、等方性媒質のレベル数は実質的に無限大である。従って、高いＤＥを実現しつつ、異方性媒質の処理の面で製造をより容易にできる。
【００５７】
図５を参照して、ホログラム１１００が適用される露光装置１を以下に説明する。図５は、露光装置１の構成の一例を示す。
【００５８】
露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハ４０上にレチクル２０のパターンを転写する投影露光装置である。しかし、露光装置１はステップ・アンド・リピート方式又は別の露光方式を採用してもよい。
【００５９】
図５に示すように、露光装置１は照明装置１０、レチクル２０を支持するレチクルステージ（不図示）、投影光学系３０及びウエハ４０を支持するウエハステージ（不図示）を含む。
【００６０】
照明装置１０は、転写用回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源１６及び照明光学系１８を含む。
【００６１】
光源１６は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ又は波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザである。しかし、光源１６は、エキシマレーザに特に限定されず、例えば波長約１５７ｎｍのＦ２レーザ又は波長範囲の狭い水銀ランプであってもよい。
【００６２】
照明光学系１８は、光源１６からの光を用いてレチクル２０を照明し、所定の照度を確保しつつ所定の偏光状態でレチクル２０を変形照明する。本例において、照明光学系１８は、引き回し光学系１８１、ビーム整形光学系１８２、偏光制御部１８３、位相制御部１８４、射出角度保存光学素子１８５、リレー光学系１８６、多光束発生部１８７、偏光状態調整部１９４及びホログラム１１００を含む。照明光学系１８は、リレー光学系１８８、開口１８９、ズーム光学系１９０、多光束発生部１９１、開口絞り１９２及び照射部１９３を更に含む。
【００６３】
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からの光の断面の縦横比率を所望の値に変換することにより（例えば、断面形状を長方形から正方形に変化させることにより）光源１６からの光の断面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を照明するのに必要な大きさ及び発散角度を有する光束を形成する。
【００６４】
偏光制御部１８３は、例えば直線偏光子を含み、不要な偏光成分を除去する機能を有する。偏光制御部１８３により除去（遮光）された偏光成分を最小限にすることにより、光源１６からの光を所望の直線偏光に効率よく変換できる。
【００６５】
位相制御部１８４は、偏光制御部１８３により得られた直線偏光にλ／４の位相差を与えて、この直線偏光を円偏光に変換する。
【００６６】
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（例えば、複数の微小レンズを含むフライアイレンズ又はファイバ束）を含み、所定の発散角度で光を射出する。
【００６７】
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上に集光する。リレー光学系１８６は、フーリエ変換の関係（物体面と瞳面との間の関係又は瞳面と像面との間の関係）を保持するために射出角度保存光学素子１８５の射出面及び多光束発生部１８７の入射面を調整する。
【００６８】
多光束発生部１８７は、偏光状態調整部１９４及び計算機ホログラム１１００を均一に照明するためのオプティカルインテグレータ（例えば、複数の微小レンズを含むフライアイレンズ又はファイバ束）を含む。多光束発生部１８７の射出面は、複数の点光源を含む光源面を形成する。多光束発生部１８７から射出した光は、円偏光として偏光状態調整部１９４に入射する。
【００６９】
偏光状態調整部１９４は、位相制御部１８４により得られた円偏光にλ／４の位相差を与えることにより、その円偏光を所望の偏光方向を有する直線偏光に変換する。偏光状態調整部１９４から射出した光は、直線偏光として計算機ホログラム１１００に入射する。
【００７０】
更に詳細には、１つの例において、光源１６から生成された入射光はＸ偏光及びＹ偏光を含んでもよく、Ｘ偏光の振幅はＹ偏光の振幅と等しくてもよい。
【００７１】
ホログラム１１００は、リレー光学系１８８を介して開口１８９の位置に光強度分布（例えば、図１Ａに示すような光強度分布ＬＩ）を形成する。ホログラム１１００は上述の形態のうちのいずれであってもよく、本明細書中での詳細な説明を省略する。
【００７２】
開口１８９は、ホログラム１１００により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１１００及び開口１８９は、フーリエ変換の関係を保持するように設定される。
【００７３】
ズーム光学系１９０は、ホログラム１１００により形成された光強度分布を所定の倍率で拡大して多光束発生部１９１上に投影する。
【００７４】
多光束発生部１９１は照明光学系１８の瞳面上に挿入され、その射出面上に開口１８９の位置に形成された光強度分布に対応する光源像（有効光源分布）を形成する。本例において、多光束発生部１９１は、フライアイレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ等のオプティカルインテグレータを含む。開口絞り１９２は、多光束発生部１９１の射出面近傍に挿入される。
【００７５】
照射部１９３は、例えば集光光学系を含み、多光束発生部１９１の射出面上に形成された有効光源分布を用いてレチクル２０を照明する。
【００７６】
レチクル２０は、回路パターンを有し、レチクルステージ（不図示）により支持及び駆動される。レチクル２０により生成された回折光は、投影光学系３０を介してウエハ４０上に投影される。露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式であるため、レチクル２０のパターンを走査することによりパターンをウエハ４０上に転写する。
【００７７】
投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０上に投影する。投影光学系３０は屈折光学系であってもよく、反射屈折光学系であってもよく、あるいは反射光学系であってもよい。
【００７８】
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、ウエハステージ（不図示）により支持及び駆動される。しかし、ウエハ４０の代わりにガラスプレート又は別の基板を使用することもできる。ウエハ４０にはレジストが塗布される。
【００７９】
上述のように、計算機ホログラム１１００は、単一方向に偏光された光の波面には位相分布を与えず、Ｘ偏光及びＹ偏光の双方の波面に異なる位相分布を２次元で与える。これにより、光量損失を殆ど発生させずに光強度分布ＬＩを形成できる。
【００８０】
露光において、光源１６により放射された光は、照明光学系１８によりレチクル２０を照明する。レチクル２０のパターンの情報を搬送する光は、投影光学系３０によりウエハ４０上に像を形成する。露光装置１に使用される照明光学系１８は、照明ムラ及び光量損失を抑制でき、ホログラム１１００により所望の形状及び偏光状態を有する光強度分布を形成できる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済的に効率よく高品質のデバイス（例えば、半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）及び薄膜磁気ヘッド）を提供できる。
【００８１】
（例２：複屈折材料を用いる位相差のランダム分布）
図６は、異方性媒質が複屈折材料であるセル構造１０４を示す斜視図である。６１０ａ〜６１０ｈは各セルの例を示す。異方性媒質又は等方性媒質の一部の厚さはゼロである。図６は、位相差の数が２である例を示す。図６の構造は、入射光としての直線偏光に対して設計される。本例において、Ｘ軸に対する入射光の偏光方向は、図１２Ａに示すように＋４５°である。図６の空間１１３には、屈折率整合媒質を使用してもよい。空間１１３が異方性媒質の屈折率の一方と同一の屈折率を有する屈折率整合媒質で満たされる場合、異方性媒質及び屈折率整合媒質の組み合わせは、一方の偏光に対しては平面ガラスのように見え、他方の偏光に対しては半波長板（ＨＷＰ）の格子のように見える。
【００８２】
図４Ａの目標画像を本例においても使用する。図７Ａは図６に基づく異方性媒質の厚さの例を示し、図７Ｂは図６に基づく等方性媒質の厚さの例を示す。Ｘ偏光に対するホログラムデータを図４Ｂに示し、Ｙ偏光に対するホログラムデータを図４Ｃに示す。
【００８３】
図７Ａは、λ = 193nm、ｎＯ = 1.31及びｎＥ = 1.19であるパラメータを使用して計算された異方性媒質の厚さを示す。この厚さは、ＨＷＰの機能の実行に対応する。
【００８４】
図６の空間１１３が異方性媒質の屈折率の一方と同一の屈折率を有する屈折率整合媒質で満たされる場合、図４Ｂ及び図４Ｃに示す位相分布の一方は、等方性媒質に対するホログラムデータとして使用可能である。本例において、ｎＥが屈折率整合媒質の屈折率に使用される。その場合、異方性媒質及び屈折率整合媒質の組み合わせは、Ｘ偏光に対しては平面ガラスのように見え、Ｙ偏光に対してはＨＷＰの格子のように見える。従って、本例における等方性媒質に対する位相分布は、図４Ｂに示す位相分布である。屈折率整合媒質が使用される場合、厚みの誤差により生じる感度を１／ｎＥに減少できる。図７Ｂは、屈折率ｎ＝１．５６である等方性媒質の厚さを示す。
【００８５】
本実施形態ではホログラム１１００のセル構造のみを説明したが、上述の異方性セル及び等方性セルは基板上に形成されてもよい。
【００８６】
図６において、各セルの異方性媒質の光学軸ＯＡの方向は一致している。従って、ホログラム１１００における全ての異方性媒質は、同一の異方性媒質の基板上に形成されてもよく、全ての等方性媒質は同一の等方性媒質の基板上に形成されてもよい。更に詳細には、異方性媒質から作成された基板は、複数のセル１１１０の上側に配置され、等方性媒質から作成された基板は複数のセル１１１０の下側に配置される。図６において、異方性媒質及び等方性媒質は互いに接するが、これらはＺ方向に沿って互いに分離していてもよい。更に、４ｆ系が異方性媒質と等方性媒質との間に存在してもよく、異方性媒質及び等方性媒質は４ｆ系の共役面に配置されてもよい。
【００８７】
４ｆ系は結像系の１つを意味する。結像系において使用されるフーリエ変換（ＦＴ）レンズの焦点距離がｆであるため、結像系の長さは４ｆである。物体面、ＦＴレンズ、ＦＴ面、ＦＴレンズ及び像面は結像系の端部から規則的な間隔で配置される。本例において、異方性媒質は物体面に、等方性媒質は像面に存在しているとしてよい。
【００８８】
入射光の伝播方向に対して垂直な全ての偏光方向に対する屈折率が一定となるため、異方性媒質の光学軸は複屈折が発生しない方向を意味する。換言すると、常光線及び異常光線は互いに一致するか又は偏差が最小限である。
【００８９】
異方性基板により不測の位相差を発生させないため、異方性基板は、平坦であり且つＨＷＰの機能の実行に対応する厚さと２ｎ（ｎは整数を表す）とを乗算して得られる厚さを有するのが理想的である。しかし、基板の両面が平坦であるが平行ではないというウェッジ誤差が存在する場合がある。また、厚さが理想値とは異なるという厚さ誤差が存在する場合もある。これらの誤差は、入射光を調整することにより補償してもよい。
【００９０】
クイックルックテスト装置（ＱＬＴＳ）は、光源とホログラムを含む照明光学系とを含む装置である。
【００９１】
図８を参照して、異方性媒質１１２及び等方性媒質１１４を含むホログラム１１００が適用されるＱＬＴＳ１１５を以下に説明する。ＱＬＴＳは、ホログラムが所定面ＰＳに再構成画像を形成できるかを確認するために使用される。
【００９２】
光源１１６は、波長約６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザである。光のＸ偏光及びＹ偏光の強度比は偏光子１１７で制御される。本例において、補償器１２０がＸ偏光及びＹ偏光の強度比を変化させない場合、Ｘ軸に対する偏光方向は＋４５°である。
【００９３】
補償器１２０は、ホログラム１１００に対する入射光を調整する。補償器１２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２２ａ及び１２２ｂ、第１の傾斜ミラー１２４、並びに圧電材料１２６を用いる第２の傾斜ミラーを含む。補償器１２０は、異方性基板のウェッジ誤差及び厚さ誤差又は結像系の他の偏光特有の収差が相殺されるようにホログラム１１００に対する入射光を調整する。等方性基板８１２及び異方性基板８１４は別個に説明される。図８の図中符号１３０は４ｆ系のレンズを示す。
【００９４】
ここで、例えば直線偏光の作成方法及びＸ軸に対する偏光方向が入射光として図１２Ａに＋４５°で示される方法を説明する。第１のＰＢＳ１２２ａは、光源から射出した光をホログラムに対するＸ偏光（磁気的横波：ＴＭ波）及びＹ偏光（電気的横波：ＴＥ波）に分割する。Ｘ偏光はＰＢＳにより反射され、Ｙ偏光はＰＢＳを通過する。第２のＰＢＳ１２２ｂは、双方の偏光を合体してホログラムに対する入射光を作成する。Ｘ偏光及びＹ偏光に対する光路が、双方の光路の長さが互いに同一であることを含めて対称である場合、並びに補償器１２０がＸ偏光及びＹ偏光の強度比を変化させない場合、偏光子１１７を通過後と同一の偏光状態がホログラムに対する入射光として形成される。一般に、偏光子１１７を通過後の偏光状態は、ホログラムに対する期待された入射光と同一であってもよい。第１の傾斜ミラー１２４及び圧電材料を用いる第２の傾斜ミラー１２６を調整することにより、偏光状態は偏光子１１７を通過後の偏光状態から変化され、それにより、入射光は、異方性基板８１４又は偏光収差を発生させる偏光子１１７と等方性基板８１２との間の他の光学素子（図８には不図示）により生じるウェッジ誤差及び厚さ誤差を相殺するように較正される。偏光補償器の他の形態は、例えば機械アドレス型異方性材料及び／又は電気アドレス型異方性材料を含むことができる。
【００９５】
補償された入射光は、ホログラム８００を照明する。ホログラム８００により回折された光は、フーリエ変換レンズ１３２を通過し、所定面ＰＳに再構成画像を形成する。再構成画像の偏光方向を解析するため、検光子１３４がホログラム８００と所定面との間に配置される。
【００９６】
図９Ａ〜図９Ｄは、実験においてＸ軸に対して０°、４５°、９０°及び１３５°の方向の検光子を使用して再構成画像を示す。実験において、λ = 633nm、ｎＯ = 1.656、ｎＥ = 1.485及びｎ = 1.598を使用した。複屈折材料の材料は、方解石（ＣａＣＯ３）であり、厚さは１．８５（μｍ）である。これは、式２（上記）により計算可能である。マッチングオイルはｎＥに等しい。セル数は５１２×５１２である。位相差のレベル数は２であり、位相のレベル数は１２８である。図９Ａ〜図９Ｄの各々において、光軸を中心とする同心円の周方向の成分が観察される。従って、再構成画像は主にＳ偏光により形成される。
【００９７】
（例３：位相差のインターレース分布Ｉ）
ホログラム１１００としての計算機ホログラムの別の詳細な例を以下に説明する。
【００９８】
製造の観点から、位相差のアレイ分布はランダム分布（例えば、図４Ｄ）より好ましい。本例において、図１０Ａの位相差のインターレース分布がアレイ分布として使用される。複数のセルを含むホログラムの位相差は０及びπを交互に含む。
【００９９】
本例において使用される目標画像を図１０Ｂに示す。この目標画像はＳ偏光から構成される。
【０１００】
図１０Ｃは、ホログラムデータとして設計されたＸ偏光の位相分布を示し、図１０Ｄは同様に設計されたＹ偏光の位相分布を示す。これらの位相分布は、図１０Ａの位相差分布が維持された状態で設計される。
【０１０１】
図１０Ｅは、図１０Ｄのセルに対応する位相の値から図１０Ｃの各セルの位相の値を減算することにより得られる、Ｘ偏光とＹ偏光との間の位相差を示す。この分布は図１０Ａの状態と同一であり、これは設計の反復ループにおいて状態が正確に維持されたことを意味する。
【０１０２】
図１０Ｆは、図６に基づく異方性媒質の厚さの例を示し、図１０Ｇは、図６に基づく等方性媒質の厚さの例を示す。本例において、λ = 193nm、ｎＯ = 1.31、ｎＥ = 1.19及びｎ = 1.56である。異方性媒質における光学軸はＸ軸に沿い、マッチングオイルの屈折率はｎＥに等しい。図１０Ｇの厚さ分布は図１０Ｃの位相分布に対応する。
【０１０３】
図１０Ｆは、複数のセルを含むホログラムの位相差が交互に０及びπであることを示す。
【０１０４】
位相差のアレイ分布は、図１０Ａに示すインターレース分布に限定されない。図１０Ｈはアレイ分布の別の例を示す。図１０Ｈは、位相差分布が市松模様のパターンであることを示す。
【０１０５】
（例４：位相差のインターレース分布ＩＩ）
ホログラム１１００としての計算機ホログラムの他の詳細な例を以下に説明する。この例は、例３の別の設計方法であると考えられる。
【０１０６】
本例において、ホログラム平面におけるＸ偏光及びＹ偏光に対する領域は、図１１Ａに示すように分離される。例えば、１列目及び２列目はＸ偏光１１０ｘに対するセルであり、３列目及び４列目はＹ偏光１１０ｙに対するセルであるというように続く。
【０１０７】
本例において、図１０Ａのインターレース分布をアレイ分布として更に使用する。図１０Ｂの目標画像を更に使用する。
【０１０８】
図１１Ｂは、ホログラム設計のための反復におけるＸ偏光の位相分布の一例を示し、図１１Ｃは同様のＹ偏光の位相分布の一例を示す。それらは各反復ループにおいて図１１Ｄに示すように組み合わされる。図１１Ｅは、設計されたホログラムの一例を示す。
【０１０９】
設計方法のフローチャートを図１３に示す。これはGerchberg-Saxton法を修正したものである。Ｓ１００において、初期共通ディフューザが[−π，π]にわたる均一なランダム位相のアレイ（配列）として定義される。ディフューザは、所定面上の位相分布がランダム位相から構成されることを意味する。換言すると、ディフューザは位相分布が多数の空間周波数を有することを意味する。計算ループの第１のステップＳ１０２において、計算に使用するため、式５及び式６（上記）により定義される理想の像にディフューザを乗算して、ディフューザを乗算した２つの目標画像（ｘ及びｙ）を作成する。第２のステップＳ１０４において、フーリエ変換を各像に適用し、これにより計算はホログラム平面に変換される。第３のステップＳ１０６において、各変換の絶対値は１に設定される。換言すると、変換された各複素振幅は１に設定される。第４のステップＳ１０８において、逆フーリエ変換が第３のステップＳ１０６の結果の位相分布に適用され、これにより計算が所定面に戻される。次に第５のステップＳ１１０において、理想の物体の位相
2011191757.tif 000007
及び
2011191757.tif 000008
が像の推定値
2011191757.tif 000009
及び
2011191757.tif 000010
から除去される。第６のステップＳ１１２において、結果として得られた複素振幅を平均して
2011191757.tif 000011
を生成する。第７のステップＳ１１４において、共通ディフューザの位相
2011191757.tif 000012
が抽出される。共通ディフューザの位相
2011191757.tif 000013
は、単に
2011191757.tif 000014
の偏角である。次のループ（ｊ＝２）において、
2011191757.tif 000015
が第１のステップＳ１０２のディフューザの始点として使用される。図１３に示す処理は、ループを複数回、通常は５０回実行した後、ディフューザが像の推定値
2011191757.tif 000016
及び
2011191757.tif 000017
の許容可能な特性を生成するように収束し、第３のステップＳ１０６で計算された位相がＰＣＧＨ（Polarization computer generated hologram: 偏光ＣＧＨ）の個々の成分として使用される時点で終了する。計算中の第３のステップＳ１０６において、例えば、ＤＯＥ（Diffractive optical element: 回折光学素子）に対する開口関数の適用又は位相量子化の導入等のオプションの動作が実行されてもよい。
【０１１０】
2011191757.tif 000018
2011191757.tif 000019
【０１１１】
図１１Ａのような状態のホログラムを照明するため、図１１Ｇに示す異方性媒質が使用可能である。光学軸は、図１２Ｄに示すようにＸ軸に対して＋４５°の方向に沿う。
【０１１２】
入射光は直線偏光であり、偏光方向は図１２Ｂに示すようにＸ軸に沿う。
【０１１３】
図１１Ｇは、図６に基づく異方性媒質の厚さの例を示し、図１１Ｈは、図６に基づく等方性媒質の厚さの例を示す。本例において、λ = 193nm、ｎＯ = 1.31、ｎＥ = 1.19及びｎ = 1.56である。異方性媒質における光学軸はＸ軸に沿い、マッチングオイルの屈折率はｎＥと等しい。
【０１１４】
図１２Ａは例３における入射光の偏光方向を示し、図１２Ｂは例４における入射光の偏光方向を示す。図１２Ｃは例３における光学軸の方向を示し、図１２Ｄは図４における光学軸の方向を示す。図１２Ｅは例３におけるホログラムから射出した光の偏光方向を示し、図１２Ｆは例４におけるホログラムから射出した光の偏光方向を示す。
【０１１５】
本例における全ての角度は例３における角度から４５°回転される。ここで、Ｘ’は図１１Ｅに示すようにＸ軸に対して＋４５°の方向を有すると定義する。Ｙ’は図１１Ｅに示すようにＹ軸に対して＋４５°の方向を有すると定義する。Ｘ軸に沿う直線偏光であるＸ’偏光は第３の偏光成分であると考えられ、Ｙ軸に沿う直線偏光であるＹ’偏光は第４の偏光成分であると考えられる。この回転により、図１１Ｆに示す位相分布が図１０Ａに示す位相分布及び図１１Ｅに示す位相分布を加算することにより得られる。図１１Ｅ及び図１１Ｆは、Ｘ’偏光及びＹ’偏光の位相分布であると考えられる。図１０Ａは、Ｘ’偏光とＹ’偏光との間の位相差分布であると考えられる。
【０１１６】
ＱＬＴＳを用いて図１１Ｇ及び図１１Ｈのホログラムをテストする場合、ホログラムは図１１Ｅ及び図１１ＦのＸ’軸及びＹ’軸が図８のＸ軸及びＹ軸に重なるように回転される。
【０１１７】
本例におけるＸ’及びＹ’は例３におけるＸ及びＹであると考えられる。従って、本例は別の設計方法であると考えられる。また、例３はＸ’偏光及びＹ’偏光に対して生成されたＣＧＨが組み合わされたものであると見なされる。
【０１１８】
本例において、ホログラム平面におけるＸ偏光及びＹ偏光に対する領域は、図１１Ｇに示す異方性媒質を使用して分離される。異方性媒質を使用する代わりに、２つのロンキー格子を使用できる。ロンキー格子は、透過率が１である領域及び透過率が０である領域が交互に配列されたものである。一方のロンキー格子は、図８の補償器の一方の光路（例えば、ＴＭ波に対する光路）に配置されてもよい。他方のロンキー格子は、図８の補償器の他方の光路（例えば、ＴＥ波に対する光路）に配置されてもよい。
【０１１９】
好適な実施形態を参照して本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲の範囲は、そのような変更、並びに等価の構造及び機能の全てを含むように広範に解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2011191757.tif 000021
【図５】
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【図８】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2011191757.tif 000025
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2011191757.tif 000027
【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図２Ａ】
2011191757.tif 000030
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2011191757.tif 000034
【図４Ｂ】
2011191757.tif 000035
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
2011191757.tif 000040
【図４Ｈ】
2011191757.tif 000041
【図６】
2011191757.tif 000042
【図７Ａ】
2011191757.tif 000043
【図７Ｂ】
2011191757.tif 000044
【図９Ａ】
2011191757.tif 000045
【図９Ｂ】
2011191757.tif 000046
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
2011191757.tif 000048
【図１０Ａ】
2011191757.tif 000049
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
2011191757.tif 000052
【図１０Ｅ】
2011191757.tif 000053
【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
2011191757.tif 000056
【図１１Ａ】
2011191757.tif 000057
【図１１Ｂ】
2011191757.tif 000058
【図１１Ｃ】
2011191757.tif 000059
【図１１Ｄ】
2011191757.tif 000060
【図１１Ｅ】
2011191757.tif 000061
【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１３】
2011191757.tif 000065
【外国語明細書】
2011191757000001.pdf