JP2012042648A - 空間光変調器および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工数で製造可能で、しかもコンパクトな空間光変調器および該空間光変調器を装備した露光装置を提供する。
【解決手段】複数の第１電極３３３が配置された電極基板３３２の下方主面（他方主面）に対向して電気回路基板３３６が配置されるとともに、当該電気回路基板３３６に対し、複数の第１電極３３３の配線領域Ｒａ上の端部に一対一で対応して複数の配線３３７が形成されて誘導結合により複数の第１電極３３３とそれぞれ電気的に接続される。そして、変調部から各配線３３７を介して対応する第１電極３３３に付与する電圧が制御され、これによって複数の第１電極３３３と第２電極３３５との間で発生する電界がそれぞれ制御される。
【選択図】図５

Description

この発明は、電気光学結晶を用いた空間光変調器および該空間光変調器を用いた露光装置に関するものである。

従来より、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）等の電界により屈折率が変化する電気光学結晶を用いて光変調を行う手法が知られている。例えば、特許文献１では、電気光学結晶が薄板形状（スラブ形状）に仕上げられている。この電気光学結晶の一方主面（または両主面）には、複数の電極要素が一定ピッチで配列されて格子電極が形成されている。そして、これらの電極要素間に電位差を付与することで電気光学結晶中において生じる電界により電気光学結晶の内部で周期的な屈折率の変化が生じて回折格子が形成される。この電気光学結晶に対して格子電極の長さ方向とほぼ平行に光を入射させ、主にラマン・ナス回折を生じさせることにより光変調が行われている。

このように構成された光変調器においては、複数チャンネルで光変調を行うために、複数の電極が密集して設けられるとともに、それら複数の電極を変調信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御する必要がある。すなわち、空間光変調器では、チャンネル数に応じて電極に与える電位差をそれぞれ制御する必要があり、それらの電極に電圧を与える電位付与部（変調部）と各電極とを個別に電気的に接続する必要がある。そこで、空間光変調器を製造するにあたって例えば特許文献２に示すようにワイヤーボンディング接続が用いられていた。

特開２００９−３１７３２号公報（図７、図１０） 特開２０００−３１０７５７号公報（段落００２８、図１５）

ところで、このような空間光変調器はプリント基板用マスクを形成したり、半導体ウエハ上に塗布されたレジスト膜にパターンを描画する装置に用いられるための露光装置に適用されており、描画の高速化および高精細化のために、空間光変調器に要求されるチャンネル数は近年飛躍的に増大している。そこで、例えば電極を５〜２０μｍ間隔で配列し、１０００個以上の出力チャンネルで光を変調する空間光変調器が提供されつつある。このような空間光変調器においてワイヤーボンディング接続を適用すると、次のような問題が発生することがあった。すなわち、ワイヤーボンディング１本を接続するために要する時間が例えば０．１秒としても、１０００本で１００秒、１万本で１０００秒（約１７分）にもなってしまう。このように、空間光変調器の製造に要する工数が多チャンネル化にしたがって増大し、空間光変調器を製造するのに長時間を要してしまうという問題があった。

また、空間光変調器を通過する光の光路上にワイヤーボンディング接続を行うことは光の妨げとなるため、特許文献２中の図１５に示すように光路を外してワイヤーボンディング接続を行う必要がある。つまり、ワイヤーを光路とほぼ直交する方向に振り分けて配置せざるを得ず、光変調を行う領域（特許文献２の「変調器能動領域」）に比べてボンディングパッドやワイヤーを配置するために要する配線領域を広く設ける必要が生じる。特に、上記したように多チャンネル化に伴いワイヤー本数が飛躍的に増大し、それにしたがって配線領域が拡張せざるを得ず、このことが空間光変調器の大型化を招く主要因のひとつとなっている。また、このような空間光変調器の大型化はその空間光変調器を装備する露光装置の大型化の主要因のひとつともなっている。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、少ない工数で製造可能で、しかもコンパクトな空間光変調器および該空間光変調器を装備した露光装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる空間光変調器は、上記目的を達成するため、電気光学結晶基板と、一方主面に電気光学結晶基板が載置される載置領域と配線領域とを有する電極基板と、電極基板の配線領域から載置領域に延設されて載置領域上の端部が電気光学結晶基板の一方主面に対向する複数の第１電極と、電気光学結晶基板の一方主面または他方主面に対向して設けられる第２電極と、電極基板の他方主面に対向して配置される電気回路基板と、複数の第１電極の配線領域上の端部に一対一で対応するように電気回路基板に形成されて誘導結合により複数の第１電極とそれぞれ電気的に接続される複数の配線と、各配線を介して対応する第１電極に付与する電圧を制御することで複数の第１電極と第２電極との間で発生する電界をそれぞれ制御して電気光学結晶基板内での回折を制御して電気光学結晶基板を通過する光を変調させる変調部とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかる露光装置は、変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、上記目的を達成するため、光源部と、光源部からの光が入射される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空間光変調器と、空間光変調器と被露光面の間に配置されて電気光学結晶基板を通過してくる０次光および回折光のうちの一方を被露光面に導く光学系とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（空間光変調器および該空間光変調器を備えた露光装置）では、次のように構成された電極基板を用いて各第１電極への電圧付与が行われる。すなわち、この電極基板では、一方主面に電気光学結晶基板が載置される載置領域と配線領域とが設けられている。そして、この電極基板の配線領域から載置領域に複数の第１電極が配置され、各第１電極の載置領域上の端部が電気光学結晶基板の一方主面に対向している。また、電極基板の他方主面に対向して電気回路基板が配置されるとともに、当該電気回路基板に対し、複数の第１電極の配線領域上の端部に一対一で対応するように複数の配線が形成されて誘導結合により複数の第１電極とそれぞれ電気的に接続される。そして、変調部は、各配線を介して対応する第１電極に付与する電圧を制御し、これによって複数の第１電極と第２電極との間で発生する電界がそれぞれ制御される。その結果、第１電極ごとに電気光学結晶基板内での回折が制御されて電気光学結晶基板を通過する光が変調される。このように、本発明では、誘導結合により変調部と各第１配線とが電気的に接続されるため、両者をワイヤーボンディング接続により電気的に接続していた従来技術に比べ、配線領域を狭めることができ、空間光変調器のコンパクト化が可能となる。また、変調器と第１配線との電気的な接続が空間光変調器の光路と干渉しないことから、配線領域を任意の位置に設定することが可能であり、ワイヤーボンディング接続を採用していた従来技術に比べ、高い設計自由度が得られる。

また、本発明では第１電極ごとに電気光学結晶基板内での回折を制御して光変調しているため、第１電極の個数を増やすことで多チャンネル化が可能であるが、チャンネル数の増加に応じて電極基板に配置する第１電極の本数を増やすとともに電気回路基板に配置する配線の本数を増やす必要がある。しかしながら、第１電極や配線の形成は従来から周知の技術、例えば半導体製造技術を用いて一括して形成することができる。したがって、光変調のチャンネル数、つまり第１電極の個数が多くなったとしても、少ない工数で空間光変調器を製造することが可能である。

ところで、上記したように誘導結合によって複数の第１電極と複数の配線とを一対一で電気的に接続する場合、いわゆるクロストークが問題となるが、次のようにシールド部を配置することでクロストークを低減することができ、その結果、空間光変調器を正常に制御することができる。例えば、複数の第１電極が互いに離間して電極基板の一方主面に配置されている場合、電極基板の配線領域において、互いに隣接する第１電極の間に第１シールド部を配置してもよい。また、第１電極に対し電気回路基板と反対側より複数の第１電極を覆うように第２シールド部を配置してもよい。さらに、これらのシールド部の設置目的は電極基板側でのクロストーク対策であるが、電気回路基板側でも同様のクロストーク対策を講じてもよい。例えば、互いに隣接する配線の間に第３シールド部を配置したり、さらに複数の配線に対し第１電極と反対側より複数の配線を覆うように第４シールド部を配置してもよい。

この発明によれば、誘導結合によって複数の第１電極と複数の配線とを一対一で電気的に接続し、変調部から配線を介して各第１電極に電圧を付与するように構成しているので、コンパクトな空間光変調器が得られる。また、このような空間光変調器を用いることで露光装置のコンパクト化や低コスト化を図ることができる。

本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示すパターン描画装置の側面図である。 図１のパターン描画装置の電気的構成を示すブロック図である。 光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の一実施形態を示す図である。 図５の空間光変調器の部分構成を示す分解組立斜視図である。 図５の空間光変調器の部分構成を示す分解組立斜視図である。 図５の空間光変調器に設けられた変調部の構成を示すブロック図である。

図１は本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示すパターン描画装置の側面図であり、図３は図１のパターン描画装置の電気的構成を示すブロック図である。このパターン描画装置１００は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板Ｗの表面に光を照射してパターンを描画する装置である。

このパターン描画装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられて形成される本体内部に装置各部が配置されて本体部が構成されるとともに、本体部の外側（本実施形態では、図２に示すように本体部の右手側）に基板収納カセット１１０が配置されている。この基板収納カセット１１０には、露光処理を受けるべき未処理基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送ロボット１２０によって本体部にローディングされる。また、未処理基板Ｗに対して露光処理（パターン描画処理）が施された後、当該基板Ｗが搬送ロボット１２０によって本体部からアンローディングされて基板収納カセット１１０に戻される。

この本体部では、図１および図２に示すように、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に搬送ロボット１２０が配置されている。また、この搬送ロボット１２０の左手側には基台１３０が配置されている。この基台１３０の一方端側領域（図１および図２の右手側領域）が、搬送ロボット１２０との間で基板Ｗの受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域（図１および図２の左手側領域）が基板Ｗへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台１３０上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部１４０が設けられている。このヘッド支持部１４０では、基台１３０から上方に２本の脚部材１４１、１４２が立設されるとともに、それらの脚部材１４１、１４２の頂部を橋渡しするように梁部材１４３が横設されている。そして、図２に示すように、梁部材１４３のパターン描画領域側側面にカメラ（撮像部）１５０が固定されてステージ１６０に保持された基板Ｗの表面（被描画面、被露光面）を撮像可能となっている。

このステージ１６０は基台１３０上でステージ移動機構１６１によりＸ方向、Ｙ方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構１６１は基台１３０の上面にＹ軸駆動部１６１Ｙ（図３）、Ｘ軸駆動部１６１Ｘ（図３）およびθ軸駆動部１６１Ｔ（図３）をこの順序で積層配置したものであり、ステージ１６０を水平面内で２次元的に移動させて位置決めする。また、ステージ１６０をθ軸（鉛直軸）回りの回転させて後述する光学ヘッド３に対する相対角度を調整して位置決めする。なお、このようなステージ移動機構１６１としては、従来より多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。

また、このように構成されたヘッド支持部１４０のパターン描画領域側で光学ヘッド３がボックス１７２に対して固定的に取り付けられている。なお、光学ヘッド３は本発明にかかる空間光変調器を装備して基板Ｗに対して光を照射して露光するものであり、本発明の「露光装置」に相当している。その構成および動作については、後で詳述する。

また、基台１３０の反基板受渡側端部（図１および図２の左手側端部）においても、２本の脚部材１４４が立設されている。そして、この梁部材１４３と２本の脚部材１４４の頂部を橋渡しするように光学ヘッド３の照明光学系を収納したボックス１７２が設けられており、基台１３０のパターン描画領域を上方から覆っている。したがって、パターン描画装置１００が設置されるクリーンルーム内に供給されているダウンフローを本体内部に引き入れたとしても、パターン描画領域にダウンフローが供給されない空間ＳＰが形成される。

そこで、本実施形態にかかるパターン描画装置１００では、上記空間ＳＰの反搬送ロボット側にステージ１６０と光学ヘッド３のボックス１７２とに挟まれた空間ＳＰに向けて温調された気体を吹き出す気体吹出部１９０が配置されている。この実施形態では、本体部の左手側壁を構成するカバー１０２を貫通するように２つの気体吹出部１９０が上下に取り付けられている。これらの気体吹出部１９０は空調器１９１に接続されており、露光制御部１８１から指令に応じて作動して空調器１９１で温調された空気を空間ＳＰに向けて吹き出す。これによって、気体吹出部１９０から吹き出された温調気体が横向きに流れて空間ＳＰを通過する。これによって上記空間ＳＰの雰囲気が入替えられてパターン描画領域での温度変化が抑制される。また、このように上記空間ＳＰを通過した空気は搬送ロボット１２０に流れ込むが、この実施形態では、搬送ロボット１２０の下方部に排気口１９２が設けられるとともに、排気口１９２が配管１９３を介して空調器１９１に接続されている。したがって、排気口１９２を設けたことで搬送ロボット１２０を取り囲む雰囲気は排気されて同雰囲気内で下向きの気流、つまりダウンフローが形成される。したがって、搬送ロボット１２０でパーティクルが舞い上がり散乱するのが効果的に防止される。

次に光学ヘッド（露光装置）３の構成および動作について説明する。この実施形態では、光学ヘッド３はボックス１７２に対して固定的に取り付けられており、光学ヘッド３の直下位置で移動している基板Ｗに対して光を落射することでステージ１６０に保持された基板Ｗを露光してパターンを描画する。なお、本実施形態では、光学ヘッド３はＸ方向に複数チャンネルで光を同時に照射可能となっており、Ｘ方向が「副走査方向」に相当している。また、ステージ１６０をＹ方向に移動させることで基板Ｗに対してパターンを２次元的に描画することが可能となっており、Ｙ方向が「主走査方向」に相当している。

図４は光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図であり、同図（ａ）は光学ヘッド３の光軸ＯＡおよび副走査方向Ｘに沿って光学ヘッド３を上方（すなわち、図１中の（＋Ｙ）側）から見た場合の光学ヘッド３の内部構成を示し、同図（ｂ）は主走査方向Ｙに沿って図１の装置手前側（左下側）から光学ヘッド３側を見た場合（すなわち、光学ヘッド３の（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向を向いて見た場合）の光学ヘッド３の内部構成を示している。

図４に示す光学ヘッド３は、所定の波長（例えば、８３０、６３５、４０５、あるいは、３５５ナノメートル（ｎｍ））の光ビームを出射する半導体レーザなどにより構成された光源部３１を有している。なお、３５５ｎｍのレーザ光を用いる場合は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザの３倍高調波を用いる固体レーザ光源となる。この光源部３１はコリメータレンズ（図示省略）を有しており、半導体レーザから出射される光ビームはコリメータレンズを介して平行光とされて図示を省略するミラーを介して照明光学系３２に入射する。

この照明光学系３２は３枚のシリンドリカルレンズ３２１〜３２３により構成されており、光源部３１から出射してきた光ビームはシリンドリカルレンズ３２１〜３２３の順で通過して空間光変調器３３に入射する。これらのうちシリンドリカルレンズ３２１はＸ方向にのみ負のパワーを有しており、シリンドリカルレンズ３２１を通過した光は光軸ＯＡに垂直な光束断面が円形から次第にＸ方向に長い楕円形へと変化する。一方、光軸ＯＡおよびＸ方向に垂直なＹ方向に関して、シリンドリカルレンズ３２１を通過した光の光束断面の幅は（ほぼ）一定とされる。また、シリンドリカルレンズ３２２はＸ方向にのみ正のパワーを有しており、シリンドリカルレンズ３２１を通過した光ビームはシリンドリカルレンズ３２２によりビーム整形される。つまり、シリンドリカルレンズ３２２を通過した光は、光束断面がＸ方向に長い一定の大きさの楕円形とされてシリンドリカルレンズ３２３へと入射する。このシリンドリカルレンズ３２３は、Ｙ方向にのみ正のパワーを有し、Ｙ方向のみに着目した場合には、図４（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ３２３を通過した光ＬＩは集光しつつ電気光学結晶基板３３１の（−Ｚ）側の端面（以下、「入射面」という）３３１ａへと入射する。また、Ｘ方向に関しては、図４（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ３２３からの光ビームは平行光ビームとして空間光変調器３３に入射する。

図５は空間光変調器を示す図であり、同図（ａ）はＹＺ平面における空間光変調器３３の部分断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。また、図６および図７は図５の空間光変調器の部分構成を示す分解組立斜視図である。さらに、図８は図５の空間光変調器に設けられた変調部の構成を示すブロック図である。ただし、図５（ｂ）および図５（ｃ）では、電極基板側の構成と、電気回路基板側の構成とをそれぞれ明確にするため、両者を分離して図示しているが、実際の装置は図５（ａ）に示すように一体化されている。また、図６および図７においては、空間光変調器３３の構成理解のため、装置構成の一部（後で説明する第１電極、スルーホール、パッドなど）を拡大して図示しているため、これらを実際よりも少ない個数で図示している。

この空間光変調器３３は、本発明にかかる空間光変調器の第１実施形態に相当し、薄板状またはスラブ状の電気光学結晶基板３３１を有している。この実施形態では、電気光学結晶基板３３１はリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）（すなわち、ニオブ酸リチウムであり、ＬＮと略称される。）の単結晶にて形成されており、その厚み（方向Ｙにおける高さ）は例えば数十ミクロン、好ましくは３０ミクロン以下となっている。この電気光学結晶基板３３１では、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部が交互に配列されており、電気光学結晶基板３３１はいわゆる周期分極反転構造を有している。そして、後で説明するように第１電極３３３と第２電極３３５の間で電位差を発生させて電界を周期分極反転構造内で生じさせると、当該電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対となる。なお、ここで用いる電気光学結晶基板３３１はＬＮの他にリチウムタンタレート（ＬiＴaＯ_３：ＬＴ）などもあり、結晶軸は共に分極反転方向（電界を加える方位）がポッケルス定数（電気光学定数）の値の大きなｒ33のＺ軸方向となる。

また、空間光変調器３３はシリコンで構成された電極基板３３２を有している。この電極基板３３２の下方主面３３２ｂにはＳｉＯ_２などの絶縁材料で構成される保護膜ＰＴ０が形成される一方、上方主面３３２ａには配線領域Ｒａと、上記のように構成された電気光学結晶基板３３１を載置するための載置領域Ｒｂとが設けられている。そして、複数の第１電極３３３の各々が配線領域Ｒａから載置領域ＲｂまでＺ軸方向に延設されている。より詳しくは、各第１電極３３３の（−Ｚ側端部）は配線領域ＲａでＺ方向に延び、載置領域Ｒｂに達している。この載置領域Ｒｂでは各第１電極３３３の（＋Ｚ側端部）がＺ方向にほぼ平行に延設されている。なお、本実施形態では各第１電極３３３のうち配線領域Ｒａ上に位置する部位、つまり各第１電極３３３の（−Ｚ側端部）は後述する誘電結合の被誘導部であり、以下において「被誘導パターン部」と称する。また、載置領域Ｒｂ上に位置する部位、つまり各第１電極３３３の（＋Ｚ側端部）は電気光学結晶基板３３１に対向しており、周期分極反転構造を制御するための電極部として機能するため、以下において「電極部」と称する。

また、配線領域Ｒａでは、図６に示すように、第１電極３３３が配置されいない表面を覆うように櫛形状のシールドパターン層ＳＤ１が配置されている。このシールドパターン層ＳＤ１は金属材料などの導電性材料で構成されており、シールドパターン層ＳＤ１の端部ＳＤ１ａがアース接続パッドとして機能し、後述する他のシールドパターン層や第２電極とともに接地電位が与えられてアース回路が形成される。このようにシールドパターン層ＳＤ１の一部（Ｚ方向に延設された部分）は互いに隣接する２本の第１電極３３３の間に非接触状態で入り込み、Ｘ方向において両電極３３３を電磁的に遮断しており、本発明の「第１シールド部」として機能している。

これらの第１電極３３３およびシールドパターン層ＳＤ１を覆うようにＳｉＯ_２などの絶縁材料で構成される保護膜ＰＴ１が電極基板３３２の上方主面３３２ａ全体に形成されて第１電極３３３を保護するとともに、保護膜ＰＴ１の表面（上方主面）を平坦化している。なお、図６中の符号ＰＴ１ａはシールドパターン層ＳＤ１のアース接続パッドに対応する端部に設けられた切欠部であり、この切欠部ＰＴ１ａを設けたことでシールドパターン層ＳＤ１の端部ＳＤ１ａを露出させてアース接続パッドとして供している。

この保護膜ＰＴ１の上方主面のうち配線領域Ｒａを覆うように金属材料などの導電性材料で構成されたシールドパターン層ＳＤ２が配置されている。このようにシールドパターン層ＳＤ２は保護膜ＰＴ１を介して各第１電極３３３の被誘導パターン部は上方から電磁的に遮断しており、本発明の「第２シールド部」として機能している。なお、図６中の符号ＳＤ２ａはシールドパターン層ＳＤ１のアース接続パッドＳＤ１ａを露出させるために設けた切欠部であり、本実施形態では保護膜ＰＴ１の切欠部ＰＴ１ａとほぼ同一形状を有している。

また、シールドパターン層ＳＤ２の上面全体には、絶縁材料で構成される保護膜ＰＴ２が配置されている。なお、図６中の符号ＰＴ２ａはシールドパターン層ＳＤ２のアース接続パッドに対応する端部に設けられた切欠部であり、この切欠部ＰＴ２ａを設けたことでシールドパターン層ＳＤ２の端部ＳＤ２ａを露出させてシールドパターン層ＳＤ２用のアース接続パッドとして供している。

一方、載置領域Ｒｂでは図６に示すように、載置領域Ｒｂに相当する位置（図中の破線で示す位置）ＰＴ１ｂ上に電気光学結晶基板３３１が載置されている。こうして、図５（ａ）に示すように各第１電極３３３の電極部が保護膜ＰＴ１を介して電気光学結晶基板３３１の下方主面３３１ｂと対向して配置される。

電気光学結晶基板３３１の上方主面には、当該上方主面全体を覆うように第２電極３３５が形成されている。また、この第２電極３３５の上方主面全体には、絶縁材料で構成される保護膜ＰＴ３が配置されている。なお、この保護膜ＰＴ３の端部には切欠部ＰＴ３ａが設けられており、これによって第２電極３３５の端部３３５ａを露出させて第２電極３３５用のアース接続パッドとして供され、接地電位が与えられる。これに対し、上記した複数の第１電極３３３の各々に対しては、光変調に応じた電圧が電気回路基板３３６の上方主面に設けられた配線３３７を介して誘導結合によって変調部３３８から付与される。

この電気回路基板３３６は後述する下方スルーホール層３３６１、パターン層３３６２および上方スルーホール層３３６３を積層してなるセラミック多層基板である。そして、電気回路基板３３６の上方主面、つまり上方スルーホール層３３６３の上方主面上には、被誘導パターン部と同一形状を有する、導電材料で構成される配線３３７が被誘導パターン部（第１電極３３３のうち配線領域Ｒａ上に位置する部位）と一対一で対応して形成されている。このため、互いに一対一で対向する第１電極３３３と配線３３７とは誘導結合によって電気的に接続され、本実施形態では配線３３７が誘導パターン部として機能する。例えば、幅約０．２ｍｍ、厚さ１０〜３０μｍで構成した第１電極３３３および配線３３７が厚み１〜２μｍの絶縁層（保護膜ＰＴ０、ＰＴ４）を挟んで近接する場合、低インピーダンスの配線（誘導パターン部）３３７に対して変調部３３８から高周波の電圧（約０〜10V）が印加されると、高インピーダンスの第１電極（被誘導パターン部）３３３に誘導電圧が発生する。このように配線３３７と第１電極３３３とは誘導電圧による接続、つまりワイヤレス接続の一態様で配線３３７から第１電極３３３への信号の伝達が実行される。

また、電極基板３３２側と同様に電気回路基板３３６の上方主面では、図７に示すように、配線３３７が配置されいない表面を覆うように櫛形状のシールドパターン層ＳＤ３が配置されている。このシールドパターン層ＳＤ３は金属材料などの導電性材料で構成されており、シールドパターン層ＳＤ３の端部ＳＤ３ａがアース接続パッドとして機能し、上記シールドパターン層ＳＤ１、ＳＤ２および第２電極３３５とともに接地電位が与えられてアース回路が形成される。このようにシールドパターン層ＳＤ３の一部（Ｚ方向に延設された部分）は互いに隣接する配線３３７の間に非接触状態で入り込み、Ｘ方向において両配線３３７を電磁的に遮断しており、本発明の「第３シールド部」として機能している。

これらの配線３３７およびシールドパターン層ＳＤ３を覆うようにＳｉＯ_２などの絶縁材料で構成される保護膜ＰＴ４が電気回路基板３３６の上方主面全体に形成されて配線３３７を保護するとともに、保護膜ＰＴ４の表面を平坦化している。なお、図７中の符号ＰＴ４ａはシールドパターン層ＳＤ３のアース接続パッドに対応する端部に設けられた切欠部であり、この切欠部ＰＴ４ａを設けたことでシールドパターン層ＳＤ３の端部ＳＤ３ａを露出させてアース接続パッドとして供している。

また、本実施形態では、変調部３３８から配線３３７を介して第１電極３３３に電圧を印加するとともに配線３３７を下方から電磁的に遮断するために、電気回路基板３３６は次のように構成されている。この電気回路基板３３６は、各配線３３７に対応するアイランド状の導電パターン３３６２ａと、これらの導電パターン３３６２ａを除いて電気回路基板３３６全面に広がるアースパターン３３６２ｂとを有するパターン層３３６２を、下方スルーホール層３３６１および上方スルーホール層３３６３で挟み込んだ多層構造を有している。これらのスルーホール層３３６１、３３６３はセラミック材料で構成されている。そして、スルーホール層３３６１、３３６３では、導電パターン３３６２ａに対応する位置にスルーホール３３６１ａ、３３６３ａがそれぞれ設けられるとともに、その内部に導電材料（図示省略）が充填されている。また、シールドパターン層ＳＤ３に対応する位置にも、スルーホール３３６１ｂ、３３６３ｂがそれぞれ設けられるとともに、その内部に導電材料（図示省略）が充填されている。

また、電気回路基板３３６の下方主面、つまり下方スルーホール層３３６１の下方主面上には、次の５種類のパターンが形成されている。つまり、導電パターン３３６２ａに対応する接続パッド３３９ａと、スルーホール３３６１ｂを下方から覆う接続パッド３３９ｂと、変調部３３８に対応する複数の接続パッド３３９ｃと、接続パッド３３９ａ、３３９ｃ間を接続する接続ライン３３９ｄと、接続パッド３３９ｂ、３３９ｃ間を接続する接続ライン３３９ｅとが形成されている。このため、接続パッド３３９ｃの一部は接続ライン３３９ｄ、接続パッド３３９ａ、スルーホール３３６１ａ内の導電材料、導電パターン３３６２ａ、スルーホール３３６３ａ内の導電材料を介して配線３３７に電気的に接続される。

一方、別の接続パッド３３９ｃは接続ライン３３９ｅ、接続パッド３３９ｂ、スルーホール３３６１ｂ内の導電材料、アースパターン３３６２ｂ、スルーホール３３６３ｂ内の導電材料を介してシールドパターン層ＳＤ３に電気的に接続される。この実施形態では、この電気経路に沿って接地電位を印加してアース回路を形成しており、上記したようにシールドパターン層ＳＤ３によってＸ方向において両配線３３７を電磁的に遮断するとともに、アースパターン３３６２ｂによって下方から配線３３７を電磁的に遮断しており、アースパターン３３６２ｂがシールドパターン層ＳＤ４、つまり本発明の「第４シールド部」として機能している。

なお、図７中の符号ＰＴ５は、接続パッド３３９ｃを除く導電要素（３３９ａ、３３９ｂ、３３９ｄ、３３９ｅ）を電気回路基板３３６の下面とともに覆う保護膜ＰＴ５であり、他の保護膜ＰＴ１〜ＰＴ４と同様に、ＳｉＯ_２などの絶縁材料で構成されている。また、符号ＰＴ５ａは接続パッド３３９ｃを露出させるための開口部であり、当該開口部ＰＴ５ａを介して変調部３３８が接続パッド３３９ｃに対して機械的・電気的に接続されている。

この変調部３３８は複数の電子部品３３８１を有しており、それらの電子部品３３８１を接続パッド３３９ｃに予め接合されたバンプ３３９ｆを介して接続パッド３３９ｃと接続し、図８に示す電気構成を構成している。このため、変調部３３８は上記したように構成された電気回路基板３３６を介して第１電極３３３と電気的に接続され、次に説明するように露光制御部１８１からの各種信号およびデータに応じてそれぞれ独立して第１電極３３３に電圧を付与する。

変調部３３８には、図３および図８に示すように、露光制御部１８１から露光タイミング信号、露光位置信号および露光データが与えられる。この変調部３３８は、第１電極３３３毎、つまりチャンネル毎に、２つのラッチ回路３３８４、３３８５、ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）３３８６およびオペアンプ３３８７を直列接続したアナログ電圧駆動回路３３８８と、デコーダ３３８９とが設けられている。露光制御部１８１から与えられた露光データが各アナログ電圧駆動回路３３８８の第１ラッチ回路３３８４に与えられるとともに、露光位置信号がデコーダ３３８９を介して各アナログ電圧駆動回路３３８８の第１ラッチ回路３３８４に与えられ、チャンネル毎に光のＯＮ／ＯＦＦ制御が決定され、それを示す信号が第２ラッチ回路３３８５に与えられる。そして、全アナログ電圧駆動回路３３８８の第２ラッチ回路３３８５に露光制御部１８１から露光タイミング信号が与えられると、そのタイミングで各第２ラッチ回路３３８５からＤＡＣ３３８６を介してオペアンプ３３８７にアナログ信号が与えられ、オペアンプ３３８７からの出力電圧（Ｖ1または０Ｖ）が配線３３７を介して第１電極３３３に付与される。

空間光変調器３３では、第２電極３３５は接地されるのに対し、各チャンネルを構成する第１電極３３３は上記のように露光制御部１８１からの露光データなどに応じてそれぞれ独立して変調部３３８から電圧付与を受ける。このため、電気光学結晶基板３３１の周期分極反転構造内では、変調部３３８から所定電位Ｖ1（０Ｖ以外の電位）が付与された第１電極３３３に対応する領域でのみ第１電極３３３と第２電極（共通電極）３３５の間で生じる電界により分極方位に従った屈折率変化が発生して回折格子が形成される。その結果、当該チャンネルでは回折光ＤＬが発生する。一方、それ以外のチャンネルでは入射光がそのまま０次光Ｌ０として電気光学結晶基板３３１を通過する。

図４に戻って、光学ヘッド３の構成説明を続ける。上記のように構成された空間光変調器３３の出射側（図４の右手側）に、Ｙ方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ３４、レンズ３５１、アパーチャ３５２１を有するアパーチャ板３５２、レンズ３５３がこの順序で配置されている。シリンドリカルレンズ３４はＹ方向にのみ正のパワーを有しており、空間光変調器３３からの０次光Ｌ０または回折光ＤＬは、図４（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ３４にてＹ方向に関してほぼ平行な光とされ、正のパワーを有するレンズ３５１に入射する。

ここで、レンズ３５１の前側焦点は第１電極３３３の（＋Ｚ）側の端部近傍における電気光学結晶基板３３１内の位置とされ、レンズ３５１の後側焦点にアパーチャ３５２１が位置するようにアパーチャ板３５２が配置される。したがって、電気光学結晶基板３３１中で回折を受けず、レンズ３４を通過してＸ方向およびＹ方向の双方にほぼ平行とされる０次光Ｌ０は、図４（ｂ）中に細い実線にて示すように、レンズ３５１を介してアパーチャ３５２１に集光し、当該アパーチャ３５２１を通過してレンズ３５３に入射する。このレンズ３５３は、前側焦点がアパーチャ３５２１の近傍に位置し、後側焦点がステージ１６０に保持された基板Ｗの表面上となるように配置されており、０次光Ｌ０はレンズ３５３を介して基板Ｗの表面上に照射されて露光される。一方、回折光ＤＬは、図４（ｂ）中に破線にて示すように、光軸ＯＡに対して所定角度だけ傾いて電気光学結晶基板３３１から出射されるため、アパーチャ３５２１から離れた位置、つまりアパーチャ板３５２の表面で遮蔽される。

このように、本実施形態では、レンズ３５１、アパーチャ板３５２およびレンズ３５３により、いわゆるシュリーレン光学系３５が構成されている。このシュリーレン光学系３５は両側テレセントリック光学系と同等の配置であり、図４に示すように、複数のチャンネルを有する光学ヘッド３で基板Ｗに露光する場合にも、その露光面（基板Ｗの表面）に対して各チャンネルの０次光ＬＯの主光線（図４中の２点鎖線）は垂直であり、露光面のピント方向Ｚの変動に対して倍率の変化を受けない。その結果、高精度な露光が可能となる。このように第１実施形態では０次光を用いて基板Ｗへのパターン描画を行っている。また、上記のように配置されたレンズ３４およびシュリーレン光学系３５が本発明の「光学系」として機能しており、空間光変調器３３からの光を基板Ｗの表面（被露光面、被描画面）に案内している。

なお、上記のように構成されたパターン描画装置１００は装置全体を制御するためにコンピュータ２００を有している。このコンピュータ２００はＣＰＵやメモリ２０１等を有しており、露光制御部１８１とともに電装ラック（図示省略）内に配置されている。また、コンピュータ２００内のＣＰＵが所定のプログラムに従って演算処理することにより、ラスタライズ部２０２、伸縮率算出部２０３、データ修正部２０４およびデータ生成部２０５が実現される。例えば１つのＬＳＩに相当するパターンのデータは外部のＣＡＤ等により生成されたデータであり、予めＬＳＩデータ２１１としてメモリ２０１に準備されており、当該ＬＳＩデータ２１１に基づき次のようにしてＬＳＩのパターンが基板Ｗ上に描画される。

ラスタライズ部２０２は、ＬＳＩデータ２１１が示す単位領域を分割してラスタライズし、ラスタデータ２１２を生成してメモリ２０１に保存する。こうしてラスタデータ２１２の準備後、または、ラスタデータ２１２の準備と並行して、上記のようにしてカセット１１０に収納されている未処理の基板Ｗが搬送ロボット１２０により搬出され、搬送ロボット１２０によってステージ１６０に載置される。

その後、ステージ移動機構１６１によりステージ１６０がカメラ１５０の直下位置に移動して基板Ｗ上の各アライメントマーク（基準マーク）を順番にカメラ１５０の撮像可能位置に位置決めし、カメラ１５０によるマーク撮像が実行される。カメラ１５０から出力される画像信号は電装ラック内の画像処理回路（図３において図示省略）により処理され、アライメントマークのステージ１６０上の位置が正確に求められる。そして、これらの位置情報に基づきθ軸駆動部１６１Ｔが作動してステージ１６０を鉛直軸回りに微小回転させて基板Ｗへのパターン描画に適した向きにアライメント（位置合わせ）される。ここで、ステージ１６０を光学ヘッド３の直下位置に移動させた後で当該アライメントを行ってもよい。

図３に示す伸縮率算出部２０３は、画像処理回路にて求められた基板Ｗ上のアライメントマークの位置、および基板Ｗの向きの修正量を取得し、アライメント後のアライメントマークの位置、並びに、主走査方向Ｙおよび副走査方向Ｘに対する基板Ｗの伸縮率（すなわち、主面の伸縮率）を求める。

一方、データ修正部２０４はラスタデータ２１２を取得し、伸縮の検出結果である伸縮率に基づいてデータの修正を行う。なお、このデータ修正については、例えば特許第４０２０２４８号に記載の方法を採用することができ、１つの分割領域のデータ修正が終了すると、修正後のラスタデータ２１２がデータ生成部２０５へと送られる。データ生成部２０５では、変更後の分割領域に対応する描画データ、すなわち、１つのストライプに相当するデータが生成される。

こうして生成された描画データは、データ生成部２０５から露光制御部１８１へと送られ、露光制御部１８１が変調部３３８、ヘッド移動機構１７１およびステージ移動機構１６１の各部を制御することにより１ストライプ分の描画が行われる。なお、露光動作については上記したとおり変調部３３８による電界発生制御により行われる。そして、１つのストライプに対する露光記録が終了すると、次の分割領域に対して同様の処理が行われ、ストライプごとの描画が繰り返される。こうして、基板Ｗ上の全ストライプの描画が終了して基板Ｗの表面への所望パターンの描画が完了すると、ステージ１６０は描画済み基板Ｗを載置したまま基板受渡位置（図１および図２の右側領域）に移動した後、基板搬送ロボット１２０により基板Ｗがカセット１１０へと戻され、次の基板Ｗが取り出されて上記したと同様の一連の処理が繰り返される。さらに、カセット１１０に収納されている全ての基板Ｗに対するパターン描画が終了すると、カセット１１０がパターン描画装置１００から搬出される。

以上のように、上記実施形態によれば、複数の第１電極３３３が配置された電極基板３３２の下方主面（他方主面）に対向して電気回路基板３３６が配置されるとともに、当該電気回路基板３３６に対し、複数の第１電極３３３の配線領域Ｒａ上に位置する端部、つまり被誘導パターン部に一対一で対応するように複数の配線３３７が形成されて誘導結合により複数の第１電極３３３とそれぞれ電気的に接続される。そして、変調部３３８から各配線３３７を介して対応する第１電極３３３に付与する電圧が制御され、これによって複数の第１電極３３３と第２電極３３５との間で発生する電界がそれぞれ制御される。このように誘導結合を用いているため、例えば特許文献２に記載された発明、つまり両者をワイヤーボンディング接続により電気的に接続していた従来技術に比べ、ワイヤーボンディング接続の本数を大幅に削減することができる。例えば約４，０００チャンネルの場合について検討してみる。特許文献２に記載の発明では、４，０００本のワイヤーを光路とほぼ直交する方向に、２，０００本ずつ振り分けて配置する必要があり、ボンディングパッドも２，０００個ずつ振り分けて設ける必要があり、片側に１００μｍ角のボンディングパッドをパッド間隔２００μｍで配列すると、光路方向（上記実施形態におけるＺ方向）における配線領域の長さは
０．２ｍｍ×２０００＝４００ｍｍ
にもなってしまう。２，０００個のボンディングパッドを２列で千鳥状に配置したとしても、光路方向における配線領域の長さは２００ｍｍまでしか短縮されない。これに対し、上記実施形態でシールドパターン層ＳＤ１、ＳＤ２および第２電極３３５に接地電位を与えるために、アース接続パッドＳＤ１ａ、ＳＤ２ａ、ＳＤ３ａ、３３５ａに対するワイヤーボンディングが必要となるものの、その本数は数本程度である。このように本実施形態を採用することでワイヤーボンディング接続の本数を大幅に削減することができるとともに、ボンディングパッドの個数を激減させることができ、空間光変調器３３を小型化することができる。

また、配線３３７は空間光変調器３３の光路と干渉しないことから、配線領域Ｒａを任意の位置に設定することが可能であり、本実施形態では図４に示すように入射光の光路直下に配線領域Ｒａが設けられている。このような配置構造を採用することで特許文献２に記載の発明のように光路方向に対して直交する方向に空間光変調器を拡張する必要がなくなり、空間光変調器のさらなるコンパクト化を図ることができる。なお、配線領域Ｒａは入射側のみならず出射側に設けたり、振り分けて配置してもよく、ワイヤーボンディング接続を採用していた従来技術（例えば特許文献２に記載の技術）に比べて設計自由度を高めることができる。

また、第１電極３３３ごとに電気光学結晶基板３３１内での回折を制御して光変調しているため、第１電極３３３の個数を増やすとともに、それに応じて配線３３７を増やすとともに、接続ライン３３９ｄ、接続パッド３３９ａ、スルーホール３３６１ａ、導電パターン３３６２ａ、スルーホール３３６３ａを設ければよい。これらの構成要素３３９ｄ、３３９ａ、３３６１ａ、３３６２ａ、３３６３ａはいずれも従来より多用されている半導体製造技術をそのまま用いて製造することができる。したがって、チャンネル数に拘わらず、これらの構成要素３３９ｄなどのいずれについても、それぞれ一連工程で複数個を同時に一括して形成することができる。したがって、光変調のチャンネル数、つまり第１電極３３３の個数が多くなったとしても、少ない工数で空間光変調器を製造することが可能である。

また、上記実施形態では、電極基板３３２の上方主面３３２ａ全体に保護膜ＰＴ１を形成して第１電極３３３を保護するのみならず、保護膜ＰＴ１の上方平面を平坦化している。このため、載置領域Ｒｂにおいて電気光学結晶基板３３１を安定して載置することができる。

また、上記実施形態では、各第１電極３３３を取り囲むようにシールドパターン層ＳＤ１、ＳＤ２を設けるとともに、各配線３３７を取り囲むシールドパターン層ＳＤ３、ＳＤ４を設けているので、クロストークを効果的に低減させることができ、空間光変調器３３を正常に制御することができる。

上記のように本実施形態において、電気光学結晶基板３３１の下方主面および上方主面がそれぞれ本発明の「一方主面」および「他方主面」に相当している。また、電極基板３３２の上方主面３３２ａおよび下方主面３３２ｂがそれぞれ本発明の「一方主面」および「他方主面」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、配線（誘導パターン部）３３７と、第１電極３３３の配線領域Ｒａ上に位置する部位（被誘導パターン部）の形状を同一にしたペア構造を採用しているが、第１電極３３３３３３および配線３３７の形状や大きさを同一とすることは本発明の必須構成要件ではなく、誘導結合によって電気的に接続することが可能である限り、任意の形状、大きさおよび配置関係でペア構造をとるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、シールドパターン層ＳＤ１〜ＳＤ４および第２電極３３５に同一電位（接地電位）を与えているが、このように電位を統一することは本発明にとって必須事項ではない。

また、上記実施形態では、電気光学結晶基板３３１の上方主面に第２電極（共通電極）３３５を設けた空間光変調器３３に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこのタイプに限定されるものではなく、例えば特許文献１に記載されているように電気光学結晶基板の一方主面に第１電極と第２電極（共通電極）を並存させた空間光変調器に対しても本発明を適用することができる。すなわち、複数の第１電極の各々に付与する電圧を制御することで複数の第１電極と第２電極との間で発生する電界をそれぞれ制御して電気光学結晶基板内での回折を制御して電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器全般に対して本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、電極基板３３２がシリコン基板により構成されているが、これ以外の材料で構成してもよいが、シリコン基板や半導体基板により電極基板３３２を構成した場合、電極基板３３２の上方主面３３２ａのうち第１電極３３３を形成する表面部分に対して不純物を注入してｎ型領域やｐ型領域を形成し、これらを第１電極として機能させてもよい。また、シリコン基板や半導体基板により電極基板３３２を構成した場合、上記したように半導体製造技術を用いて空間光変調器３３の各部を形成することができ、製造工数の短縮や高い微細加工精度が得られるなどの有利な作用効果が得られる。

また、空間光変調器３３により変調された光を照射して露光する対象物は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよく、空間光変調器により変調された光を被露光面に照射して露光処理を行う露光装置全般に対して本発明を適用することができる。

３…光学ヘッド（露光装置）
３１…光源部
３２…照明光学系
３３…空間光変調器
３４…シリンドリカルレンズ
３５…シュリーレン光学系
１００…パターン描画装置
１８１…露光制御部
３３１…電気光学結晶基板
３３２…電極基板
３３２ａ…電極基板の上方主面（一方主面）
３３２ｂ…電極基板の上方主面（他方主面）
３３３…第１電極
３３５…第２電極
３３６…電気回路基板
３３７…配線
３３８…変調部
ＳＤ１…シールドパターン層（第１シールド部）
ＳＤ２…シールドパターン層（第２シールド部）
ＳＤ３…シールドパターン層（第３シールド部）
ＳＤ４…シールドパターン層（第４シールド部）

Claims (6)

1. 電気光学結晶基板と、
   一方主面に前記電気光学結晶基板が載置される載置領域と配線領域とを有する電極基板と、
   前記電極基板の前記配線領域から前記載置領域に延設されて前記載置領域上の端部が前記電気光学結晶基板の一方主面に対向する複数の第１電極と、
   前記電気光学結晶基板の前記一方主面または他方主面に対向して設けられる第２電極と、
   前記電極基板の他方主面に対向して配置される電気回路基板と、
   前記複数の第１電極の前記配線領域上の端部に一対一で対応するように前記電気回路基板に形成されて誘導結合により前記複数の第１電極とそれぞれ電気的に接続される複数の配線と、
   各配線を介して対応する前記第１電極に付与する電圧を制御することで前記複数の第１電極と前記第２電極との間で発生する電界をそれぞれ制御して前記電気光学結晶基板内での回折を制御して前記電気光学結晶基板を通過する光を変調させる変調部と
   を備えることを特徴とする空間光変調器。
2. 前記複数の第１電極は互いに離間して前記電極基板の前記一方主面に配置され、
   前記電極基板の前記配線領域では、互いに隣接する前記第１電極の間に第１シールド部が配置される請求項１に記載の空間光変調器。
3. 前記電極基板の前記配線領域では、前記第１電極に対し前記電気回路基板と反対側より前記複数の第１電極を覆うように第２シールド部が配置される請求項２に記載の空間光変調器。
4. 前記電気回路基板では、互いに隣接する前記配線の間に第３シールド部が配置される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空間光変調器。
5. 前記電気回路基板では、前記複数の配線に対し前記第１電極と反対側より前記複数の配線を覆うように前記第４シールド部が配置される請求項４に記載の空間光変調器。
6. 変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、
   光源部と、
   前記光源部からの光が入射される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空間光変調器と、
   前記空間光変調器と前記被露光面の間に配置されて前記電気光学結晶基板を通過してくる０次光および回折光のうちの一方を前記被露光面に導く光学系と
   を備えたことを特徴とする露光装置。

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