JP2012208190A - Optical modulator, control device of optical modulation device, control method of optical modulation device, and drawing device - Google Patents

Optical modulator, control device of optical modulation device, control method of optical modulation device, and drawing device Download PDF

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雅英 岡▲崎▼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress offset of a diffraction efficiency of a diffraction grating formed inside an electro-optic crystal by eliminating residue of charge to the electro-optic crystal and provide an appropriate optical modulation by the diffraction grating.SOLUTION: An amplitude modulation signal formed by modulating amplitude of a current signal by a data signal is applied to the electro-optic crystal. Thereby, the signal oscillating in both the positive and negative sides is applied to the electro-optic crystal so as to eliminate the residue of the charge to the electro-optic crystal. Consequently, this constitution can suppress the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal so as to provide the appropriate optical modulation by the diffraction grating.

Description

この発明は、電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、回折格子の回折効率をデータ信号に応じて変化させることで、回折格子によって光を変調する光変調技術に関するものである。   The present invention relates to an optical modulation technique for modulating light by a diffraction grating by forming a diffraction grating by a refractive index distribution generated inside an electro-optic crystal and changing the diffraction efficiency of the diffraction grating according to a data signal. It is.

従来、電気光学結晶であるリチウムナイオベート(LiNbO)やリチウムタンタレート(LiTaO)などの強誘電体結晶によって構成された光変調デバイスを用いて、光変調を行なう光変調器が提案されている。例えば、特許文献1の光変調器では、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶が設けられており、この強誘電体結晶に電気信号が印加されると、強誘電体結晶の内部に屈折率分布が発生する。そして、この屈折率分布は、電気信号に応じて回折効率が変化する回折格子として機能する。したがって、強誘電体結晶内部の回折格子の回折効率を電気信号により変化させることで、当該回折格子を通過する光を変調することが可能となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an optical modulator that performs optical modulation using an optical modulation device formed of a ferroelectric crystal such as lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ) that is an electro-optic crystal. Yes. For example, in the optical modulator of Patent Document 1, a ferroelectric crystal having a periodically poled structure is provided, and when an electric signal is applied to the ferroelectric crystal, a refractive index is formed inside the ferroelectric crystal. Distribution occurs. The refractive index distribution functions as a diffraction grating whose diffraction efficiency changes according to the electrical signal. Therefore, the light passing through the diffraction grating can be modulated by changing the diffraction efficiency of the diffraction grating inside the ferroelectric crystal by an electric signal.

特開2010−152214号公報JP 2010-152214 A

ところで、外部から印加される電気信号の平均値が正側あるいは負側に偏るといった影響等により、強誘電体電気光学結晶そのものに電荷が残留してしまう場合があった。このような場合、電気光学結晶に印加される電気信号の値がゼロであるにも拘わらず、残留電荷による電界が電気光学結晶内部に発生して、回折格子の回折効率がゼロにならずにオフセットを持ってしまう。その結果、回折効率がオフセットだけずれて、回折格子による光変調を適切に実行できないおそれがあった。   By the way, there are cases where electric charges remain in the ferroelectric electro-optic crystal itself due to the influence of the average value of the electric signal applied from the outside being biased to the positive side or the negative side. In such a case, although the value of the electric signal applied to the electro-optic crystal is zero, an electric field due to the residual charge is generated inside the electro-optic crystal, so that the diffraction efficiency of the diffraction grating does not become zero. I have an offset. As a result, there is a possibility that the diffraction efficiency is shifted by the offset and the light modulation by the diffraction grating cannot be executed properly.

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気光学結晶への電荷の残留を解消することで、電気光学結晶の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現を可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and by eliminating residual charge in the electro-optic crystal, the diffraction efficiency offset of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal is suppressed, and the diffraction grating It is an object of the present invention to provide a technique that makes it possible to realize appropriate light modulation.

本発明にかかる光変調器は、電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて回折格子の回折効率を変化させることで、回折格子によって光を変調する光変調器であって、上記目的を達成するために、データ信号よりも高周波の交流信号をデータ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、電気光学結晶に印加する制御部を備え、振幅変調信号を受けた電気光学結晶の内部では、振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、交流信号に応じて変化することを特徴としている。   An optical modulator according to the present invention forms a diffraction grating by a refractive index distribution generated inside an electro-optic crystal, and modulates light by the diffraction grating by changing the diffraction efficiency of the diffraction grating according to a data signal. In order to achieve the above object, the optical modulator includes a control unit that applies an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal to the electro-optic crystal, and the amplitude-modulated signal. In the electro-optic crystal, the refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal is changed according to the AC signal.

本発明にかかる光変調デバイスの制御装置は、光変調デバイスが有する電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて回折格子の回折効率を変化させることで、回折格子によって光を変調する光変調デバイスの制御装置であって、上記目的を達成するために、データ信号よりも高周波の交流信号をデータ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、電気光学結晶に印加する制御部を備え、振幅変調信号を受けた電気光学結晶の内部では、振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、交流信号に応じて変化することを特徴としている。   The control device of the light modulation device according to the present invention forms a diffraction grating by a refractive index distribution generated inside the electro-optic crystal of the light modulation device, and changes the diffraction efficiency of the diffraction grating according to the data signal. An optical modulation device controller for modulating light by a diffraction grating, in order to achieve the above object, an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal by the data signal, The refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal changes in accordance with the AC signal inside the electro-optic crystal that has received the amplitude modulation signal.

本発明にかかる光変調デバイスの制御方法は、光変調デバイスが有する電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて回折格子の回折効率を変化させることで、回折格子によって光を変調する光変調デバイスの制御方法であって、上記目的を達成するために、データ信号よりも高周波の交流信号をデータ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、電気光学結晶に印加する工程を備え、当該工程において振幅変調信号を受けた電気光学結晶の内部では、振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、交流信号に応じて変化することを特徴としている。   The method for controlling a light modulation device according to the present invention includes forming a diffraction grating by a refractive index distribution generated in an electro-optic crystal of the light modulation device, and changing a diffraction efficiency of the diffraction grating according to a data signal. A method of controlling an optical modulation device that modulates light with a diffraction grating, and in order to achieve the above object, an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal with the data signal The refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal changes in response to the AC signal inside the electro-optic crystal that has received the amplitude modulation signal in the step. Yes.

このように構成された発明(光変調器、光変調デバイスの制御装置、光変調デバイスの制御方法)は、データ信号に応じて、電気光学結晶内部に生じる回折格子の回折効率を変化させて光を変調する。ただし、電気光学結晶に印加される信号は、データ信号そのものではなくて、データ信号よりも高周波の交流信号をデータ信号によって振幅変調させた振幅変調信号である。このような振幅変調信号が印加された電気光学結晶の内部では、振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、交流信号に応じて変化する。このとき、変化前後の屈折率分布は、いずれも振幅変調信号の振幅に応じた分布を有して、略等しい回折効率の回折格子を形成する。つまり、回折格子の回折効率は、振幅変調信号の交流成分とは概ね無関係に、振幅変調信号の振幅によって決まることとなる。そして、振幅変調信号は交流信号をデータ信号で振幅変調したものであるため、振幅変調信号の振幅はデータ信号に依存して変化する。したがって、回折格子の回折効率をデータ信号によって適切に変化させて、当該回折格子により光を変調することができる。   The invention thus configured (light modulator, light modulation device control apparatus, light modulation device control method) changes the diffraction efficiency of the diffraction grating generated in the electro-optic crystal according to the data signal, Modulate. However, the signal applied to the electro-optic crystal is not the data signal itself but an amplitude modulation signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal by the data signal. In the electro-optic crystal to which such an amplitude modulation signal is applied, the refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal changes according to the AC signal. At this time, the refractive index distribution before and after the change has a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal, and forms a diffraction grating having substantially the same diffraction efficiency. That is, the diffraction efficiency of the diffraction grating is determined by the amplitude of the amplitude modulation signal almost independently of the AC component of the amplitude modulation signal. Since the amplitude modulation signal is an AC signal amplitude-modulated with a data signal, the amplitude of the amplitude modulation signal varies depending on the data signal. Therefore, the diffraction efficiency of the diffraction grating can be appropriately changed by the data signal, and light can be modulated by the diffraction grating.

しかも、本発明では、電気光学結晶に印加される振幅変調信号は、交流信号をデータ信号によって振幅変調させたものであるため、電気光学結晶には正側負側の両側に振動する信号が印加されることとなり、電気光学結晶への電荷の残留が解消することができる。その結果、電気光学結晶の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   In addition, in the present invention, since the amplitude modulation signal applied to the electro-optic crystal is an AC signal amplitude-modulated by a data signal, a signal that vibrates on both the positive and negative sides is applied to the electro-optic crystal. As a result, the residual charge on the electro-optic crystal can be eliminated. As a result, it is possible to realize appropriate light modulation by the diffraction grating while suppressing the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal.

このとき、交流信号は矩形波であっても良い。このように構成した場合、交流信号に応じた屈折率分布の変化が速やかに行なわれるため、屈折率分布によって形成される回折格子の回折効率を安定させて、光変調をより適切に実行することが可能となる。   At this time, the AC signal may be a rectangular wave. In such a configuration, since the refractive index distribution changes quickly according to the AC signal, the diffraction efficiency of the diffraction grating formed by the refractive index distribution is stabilized, and light modulation is performed more appropriately. Is possible.

なお、上述のとおり、交流信号をデータ信号によって振幅変調させた信号を電気光学結晶に印加することで、回折効率のオフセットを大幅に抑えることが可能となるものであるが、状況によっては若干のオフセットが残存する場合もある。そこで、制御部は、回折格子の回折効率のオフセットを調整するオフセット調整機構を有するように、光変調器を構成しても良い。これによって、回折効率のオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   As described above, it is possible to significantly suppress the offset of diffraction efficiency by applying a signal obtained by amplitude-modulating an AC signal to a data signal to an electro-optic crystal. An offset may remain. Therefore, the control unit may configure the optical modulator so as to have an offset adjustment mechanism that adjusts the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating. As a result, the offset of diffraction efficiency can be more reliably suppressed, and light modulation can be performed more appropriately.

この際、具体的には、オフセット調整機構は、振幅変調信号に直流信号を加算して電気光学結晶に印加することで、オフセットを調整することができる。あるいは、オフセット調整機構は、交流信号のデューティ比を変化させることで、オフセットを調整することもできる。   In this case, specifically, the offset adjustment mechanism can adjust the offset by adding a direct current signal to the amplitude modulation signal and applying it to the electro-optic crystal. Alternatively, the offset adjustment mechanism can adjust the offset by changing the duty ratio of the AC signal.

このとき、オフセット調整機構は、オフセットに関連する値を検出する第1ディテクタを有するとともに、第1ディテクタの検出値に基づいてオフセットを調整するフィードバック制御を行なうように、光変調器を構成しても良い。このような構成では、例えば、回折効率のオフセットが時間とともに変動するようなオフセットドリフトに対しても効果的に対応することができるため、回折効率のオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   At this time, the offset adjustment mechanism includes a first detector that detects a value related to the offset, and configures the optical modulator to perform feedback control that adjusts the offset based on the detection value of the first detector. Also good. In such a configuration, for example, since it is possible to effectively cope with offset drift in which the diffraction efficiency offset varies with time, it is possible to more reliably suppress the diffraction efficiency offset and perform optical modulation. It becomes possible to execute more appropriately.

なお、オフセットに関連する値としては、例えば光変調器を通過した光の直流成分を用いることができる。具体的には、第1ディテクタは、オフセットに関連する値として、光変調器を通過した光の直流成分を検出する第1センサを有しており、オフセット調整機構は、第1センサの検出値に基づいてオフセットを調整するように、光変調器を構成すれば良い。   As the value related to the offset, for example, a direct current component of light that has passed through the optical modulator can be used. Specifically, the first detector has a first sensor that detects a direct current component of the light that has passed through the optical modulator as a value related to the offset, and the offset adjustment mechanism has a detection value of the first sensor. The optical modulator may be configured to adjust the offset based on the above.

また、回折効率のオフセット以外に、回折効率そのものがずれてしまう場合も想定される。そこで、制御部は、回折格子の回折効率を調整する回折効率調整機構を有するように、光変調器を構成しても良い。このように構成することで、回折効率が所望の値よりもずれたとしても、回折効率を適正値に調整して、光変調を適切に実行することが可能となる。   Further, in addition to the diffraction efficiency offset, there may be a case where the diffraction efficiency itself is shifted. Therefore, the control unit may configure the optical modulator so as to have a diffraction efficiency adjustment mechanism for adjusting the diffraction efficiency of the diffraction grating. With this configuration, even when the diffraction efficiency is deviated from a desired value, it is possible to adjust the diffraction efficiency to an appropriate value and appropriately perform light modulation.

なお、回折効率調整機構は、振幅変調信号の振幅を変化させることで、回折効率を調整することができる。具体的には、回折効率調整機構は、データ信号を変化させることで、振幅変調信号の振幅を変化させることができる。あるいは、回折効率調整機構は、交流信号の振幅を変化させることで、振幅変調信号を変化させることもできる。   The diffraction efficiency adjusting mechanism can adjust the diffraction efficiency by changing the amplitude of the amplitude modulation signal. Specifically, the diffraction efficiency adjustment mechanism can change the amplitude of the amplitude modulation signal by changing the data signal. Alternatively, the diffraction efficiency adjustment mechanism can change the amplitude modulation signal by changing the amplitude of the AC signal.

このとき、回折効率調整機構は、回折効率に関連する値を検出する第2ディテクタを有するとともに、第2ディテクタの検出値に基づいて回折効率を調整するフィードバック制御を行なうように、光変調器を構成しても良い。このような構成では、例えば、回折効率が時間とともに変動するような場合に対しても効果的に対応することができるため、回折効率を適切なものとして、光変調をより適切に実行することが可能となる。   At this time, the diffraction efficiency adjustment mechanism includes a second detector that detects a value related to the diffraction efficiency, and also performs an feedback control that adjusts the diffraction efficiency based on the detection value of the second detector. It may be configured. In such a configuration, for example, since it is possible to effectively cope with a case where the diffraction efficiency fluctuates with time, it is possible to perform light modulation more appropriately with the diffraction efficiency appropriate. It becomes possible.

なお、回折格子の回折効率に関連する値としては、前記光変調器を通過した光の強度変化を用いることができる。具体的には、第2ディテクタは、回折格子の回折効率に関連する値として、光変調器を通過した光の強度変化を検出する第2センサを有しており、第2センサの検出値に基づいて回折効率を調整するように、光変調器を構成すれば良い。   As a value related to the diffraction efficiency of the diffraction grating, a change in the intensity of light that has passed through the optical modulator can be used. Specifically, the second detector has a second sensor that detects a change in the intensity of light that has passed through the optical modulator as a value related to the diffraction efficiency of the diffraction grating. The optical modulator may be configured so as to adjust the diffraction efficiency based on this.

ところで、電気光学結晶は、電気信号の印加履歴に依存して、内部に形成される回折格子の回折効率が変化する、いわゆるヒステリシスを有する。したがって、このヒステリシスに起因して、回折効率にオフセットが生じる場合があった。ただし、このヒステリシスは、印加される電気信号の周波数が低いほど顕著になるという特性を有している。これに対して上述してきた本発明では、電気光学結晶に印加される電気信号は、データ信号よりも高周波の交流信号をデータ信号によって振幅変調させた振幅変調信号である。つまり、比較的高周波の電気信号が電気光学結晶に印加される。したがって、電気光学結晶のヒステリシスに起因した回折効率のオフセットを抑制して、光変調を適切に実行することが可能となる。   By the way, the electro-optic crystal has a so-called hysteresis in which the diffraction efficiency of the diffraction grating formed therein varies depending on the application history of the electric signal. Therefore, an offset may occur in the diffraction efficiency due to this hysteresis. However, this hysteresis has a characteristic that it becomes more prominent as the frequency of the applied electrical signal is lower. On the other hand, in the present invention described above, the electric signal applied to the electro-optic crystal is an amplitude modulation signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal by the data signal. That is, a relatively high frequency electric signal is applied to the electro-optic crystal. Accordingly, it is possible to appropriately perform light modulation while suppressing the diffraction efficiency offset due to the hysteresis of the electro-optic crystal.

特に、ヒステリシス起因のオフセットは、電気信号の周波数が高いほど効果的に抑制できる。そこで、交流信号の周波数は、データ信号の周波数の2倍以上であるように構成しても良い。また、交流信号の周波数は、1[KHz]以上であるように構成しても良い。   In particular, the offset due to hysteresis can be effectively suppressed as the frequency of the electrical signal is higher. Therefore, the frequency of the AC signal may be configured to be twice or more the frequency of the data signal. Moreover, you may comprise so that the frequency of an alternating current signal may be 1 [KHz] or more.

また、電気的光学結晶の具体的構成としては種々のものを採用可能であり、この具体的構成にに応じて光変調器を次のように構成することができる。すなわち、電気光学結晶は、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶であり、制御部は、電気光学結晶を挟んで設けられた2つの電極間に振幅変調信号を印加するように、光変調器を構成しても良い。あるいは、電気光学結晶は、分極方向が一様な構造を有する強誘電体結晶であり、制御部は、電気光学結晶の同一面に設けられた2つの電極間に振幅変調信号を印加するように、光変調器を構成しても良い。   Various specific configurations of the electro-optic crystal can be employed, and the optical modulator can be configured as follows according to this specific configuration. That is, the electro-optic crystal is a ferroelectric crystal having a periodically poled structure, and the control unit applies an amplitude modulation signal between two electrodes provided across the electro-optic crystal. May be configured. Alternatively, the electro-optic crystal is a ferroelectric crystal having a structure with a uniform polarization direction, and the control unit applies an amplitude modulation signal between two electrodes provided on the same surface of the electro-optic crystal. An optical modulator may be configured.

ところで、これらの構成においては、電気光学結晶に設けられた電極には、結晶中を通過する光が電極(金属)へ漏れ出ないようにするために、絶縁層を介して振幅変調信号が印加されるように構成することができる。ただし、このような構成では、絶縁層に電荷が残留してしまい、このことが電気光学結晶内部に形成される回折格子の回折効率のオフセット要因となるおそれがあった。特に、絶縁層は、二酸化ケイ素である場合、この問題が顕著になる傾向にあった。これに対して、本発明では、電気光学結晶に印加される振幅変調信号は、交流信号をデータ信号によって振幅変調させたものであるため、電気光学結晶には正側負側の両側に振動する信号が印加されることとなり、電気光学結晶そのものやその周囲(絶縁層)での電荷の残留が解消されている。その結果、電気光学結晶の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   By the way, in these configurations, an amplitude modulation signal is applied to the electrode provided in the electro-optic crystal through an insulating layer so that light passing through the crystal does not leak to the electrode (metal). Can be configured. However, in such a configuration, charges remain in the insulating layer, which may cause an offset factor in the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal. In particular, when the insulating layer is silicon dioxide, this problem tends to become remarkable. On the other hand, in the present invention, the amplitude modulation signal applied to the electro-optic crystal is obtained by amplitude-modulating an AC signal using a data signal, and therefore the electro-optic crystal vibrates on both the positive and negative sides. A signal is applied, and residual electric charges in the electro-optic crystal itself and its surroundings (insulating layer) are eliminated. As a result, it is possible to realize appropriate light modulation by the diffraction grating while suppressing the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal.

また、本発明にかかる描画装置は、被描画面に光を照射して描画を行なう描画装置であって、上記目的を達成するために、上述の光変調器と、光変調器の電気光学結晶に光を入射させる光源部と、光変調器により変調されて電気光学結晶から射出した光を被描画面に導く光学系とを備えたことを特徴としている。したがって、電気光学結晶の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   A drawing apparatus according to the present invention is a drawing apparatus that performs drawing by irradiating light on a drawing surface. In order to achieve the above object, the above-described optical modulator and an electro-optic crystal of the optical modulator are provided. And a light source unit that causes light to enter the light source, and an optical system that guides light emitted from the electro-optic crystal after being modulated by the light modulator to the drawing surface. Therefore, it is possible to suppress the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal and realize appropriate light modulation by the diffraction grating.

以上のように、本発明によれば、電気光学結晶の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize appropriate light modulation by the diffraction grating while suppressing the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the electro-optic crystal.

本発明にかかる光変調器を装備したパターン描画装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the pattern drawing apparatus equipped with the optical modulator concerning this invention. 図1に示すパターン描画装置の側面図である。It is a side view of the pattern drawing apparatus shown in FIG. 図1に示す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。It is a block diagram which shows the electrical structure of the pattern drawing apparatus shown in FIG. 光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the internal structure of an optical head. 本発明にかかる光変調器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical modulator concerning this invention. チャンネルを構成する電極に印加される変調露光信号の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the modulation exposure signal applied to the electrode which comprises a channel. 強誘電体基板の内部での屈折率分布が反転する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the refractive index distribution inside a ferroelectric substrate is reversed. 強誘電体基板の内部に形成される回折格子の回折効率を示す図である。It is a figure which shows the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside a ferroelectric substrate. 強誘電体結晶内部に形成される回折格子の回折効率のヒステリシスを示す図である。It is a figure which shows the hysteresis of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed in a ferroelectric crystal. 変調部が実行する回折効率のオフセット調整動作を示す図である。It is a figure which shows the offset adjustment operation | movement of the diffraction efficiency which a modulation part performs. 光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the internal structure of an optical head. 本発明にかかる光変調器の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the optical modulator concerning this invention. 光変調器の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical modulator. 光変調器の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical modulator.

第1実施形態
図1は本発明にかかる光変調器を装備したパターン描画装置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に示す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。
1 is a perspective view showing a pattern drawing apparatus equipped with an optical modulator according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the pattern drawing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. It is a block diagram which shows the electric constitution of a pattern drawing apparatus. The pattern drawing apparatus 100 is an apparatus that draws a pattern by irradiating light onto the surface of a substrate W such as a semiconductor substrate or a glass substrate to which a photosensitive material is applied.

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。   In this pattern drawing apparatus 100, each part of the apparatus is arranged inside a main body formed by attaching a cover 102 to the main body frame 101 to constitute the main body, and the outside of the main body (in the present embodiment, FIG. As shown in FIG. 2, the substrate storage cassette 110 is disposed on the right hand side of the main body. The substrate storage cassette 110 stores an unprocessed substrate W to be subjected to exposure processing, and is loaded into the main body by a transfer robot 120 disposed inside the main body. Further, after the exposure process (pattern drawing process) is performed on the unprocessed substrate W, the substrate W is unloaded from the main body by the transfer robot 120 and returned to the substrate storage cassette 110.

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。   In this main body, as shown in FIGS. 1 and 2, the transfer robot 120 is arranged at the right hand end inside the main body surrounded by the cover 102. A base 130 is disposed on the left hand side of the transfer robot 120. One end side region (the right-hand side region in FIGS. 1 and 2) of the base 130 is a substrate delivery region for delivering the substrate W to and from the transfer robot 120, whereas the other end side region (Left-hand side region in FIGS. 1 and 2) is a pattern drawing region for pattern drawing on the substrate W. On the base 130, a head support 140 is provided at the boundary position between the substrate delivery area and the pattern drawing area. In the head support portion 140, two leg members 141 and 142 are erected upward from the base 130, and a beam member 143 is laterally provided so as to bridge the top portions of the leg members 141 and 142. Yes. Then, as shown in FIG. 2, the camera (imaging unit) 150 is fixed to the side of the pattern drawing region side of the beam member 143 and the surface of the substrate W (the drawing surface or the exposed surface) held on the stage 160 is imaged. It is possible.

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X軸駆動部161X(図3)、Y軸駆動部161Y(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)回りに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。   The stage 160 is moved on the base 130 by the stage moving mechanism 161 in the X direction, the Y direction, and the θ direction. That is, the stage moving mechanism 161 has an X-axis drive unit 161X (FIG. 3), a Y-axis drive unit 161Y (FIG. 3), and a θ-axis drive unit 161T (FIG. 3) stacked on the upper surface of the base 130 in this order. The stage 160 is moved and positioned two-dimensionally in a horizontal plane. Further, the stage 160 is rotated around the θ axis (vertical axis) to adjust the relative angle with respect to the optical head 3 described later for positioning. As such a stage moving mechanism 161, an XY-θ axis moving mechanism that has been widely used conventionally can be used.

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は本発明にかかる光変調器(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る。その構成および動作については、後で詳述する。   Further, the optical head 3 is fixedly attached to the box 172 on the pattern drawing region side of the head support portion 140 configured as described above. The optical head 3 is equipped with a light modulator (spatial light modulator) according to the present invention, and exposes the substrate W by irradiating light. The configuration and operation will be described in detail later.

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。   In addition, two leg members 144 are also erected at the opposite end of the base 130 on the side opposite to the board delivery side (the left-hand side end in FIGS. 1 and 2). A box 172 containing the illumination optical system of the optical head 3 is provided so as to bridge the beam members 143 and the tops of the two leg members 144, and covers the pattern drawing region of the base 130 from above. Yes. Therefore, even if the downflow supplied into the clean room in which the pattern drawing apparatus 100 is installed is drawn into the main body, a space SP in which the downflow is not supplied is formed in the pattern drawing area.

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の雰囲気が入れ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。   Therefore, in the pattern drawing apparatus 100 according to the present embodiment, the gas blowout that blows the temperature-controlled gas toward the space SP sandwiched between the stage 160 and the box 172 of the optical head 3 on the side opposite to the robot in the space SP. A part 190 is arranged. In this embodiment, the two gas blowing parts 190 are attached up and down so that the cover 102 which comprises the left-hand side wall of a main-body part may be penetrated. These gas blowing units 190 are connected to an air conditioner 191 and operate according to a command from the exposure control unit 181 to blow out the air temperature-controlled by the air conditioner 191 toward the space SP. Thereby, the temperature-controlled gas blown out from the gas blowing unit 190 flows sideways and passes through the space SP. As a result, the atmosphere of the space SP is changed, and the temperature change in the pattern drawing area is suppressed. In addition, the air that has passed through the space SP flows into the transfer robot 120 in this way, but in this embodiment, an exhaust port 192 is provided in the lower portion of the transfer robot 120 and the exhaust port 192 is air-conditioned via the pipe 193. Connected to the device 191. Therefore, by providing the exhaust port 192, the atmosphere surrounding the transfer robot 120 is exhausted, and a downward airflow, that is, a downflow is formed in the atmosphere. Accordingly, it is possible to effectively prevent the particles from rising and scattering by the transfer robot 120.

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Y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、Y方向が「副走査方向」に相当している。また、ステージ160をX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、X方向が「主走査方向」に相当している。   Next, the configuration and operation of the optical head (exposure apparatus) 3 will be described. In this embodiment, the optical head 3 is fixedly attached to the box 172, and is held on the stage 160 by reflecting light onto the substrate W moving at a position immediately below the optical head 3. The substrate W is exposed to draw a pattern. In the present embodiment, the optical head 3 can simultaneously irradiate light in a plurality of channels in the Y direction, and the Y direction corresponds to the “sub-scanning direction”. In addition, by moving the stage 160 in the X direction, a pattern can be drawn two-dimensionally on the substrate W, and the X direction corresponds to the “main scanning direction”.

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Yに沿って光学ヘッド3を上方(すなわち、図1中の(−X)側から(+X)側を向いて見た場合)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X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(+Y)側から見た場合)の光学ヘッド3の内部構成を示している。   FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the optical head in a simplified manner. FIG. 4A shows the optical head 3 above the optical head 3 along the optical axis OA and the sub-scanning direction Y (that is, in FIG. 1). 1 shows the internal configuration of the optical head 3 when viewed from the (−X) side to the (+ X) side), and FIG. 5B shows the front side of the apparatus in FIG. The internal structure of the optical head 3 when viewed from the optical head 3 side (lower left side) (that is, viewed from the (+ Y) side of the optical head 3) is shown.

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。   The optical head 3 shown in FIG. 4 includes a light source unit 31 configured by a semiconductor laser or the like that emits a light beam having a predetermined wavelength (for example, 830, 635, 405, or 355 nanometers (nm)). Yes. When a 355 nm laser beam is used, a solid-state laser light source using a third harmonic of a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser is used. The light source unit 31 has a collimator lens (not shown), and the light beam emitted from the semiconductor laser is converted into parallel light through the collimator lens and enters the illumination optical system 32 through a mirror (not shown). To do.

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Y方向にのみビーム拡大機能(負の集光機能)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Y方向に長い楕円形へと変化する。一方、光軸OAおよびY方向に垂直なX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Y方向にのみ正の集光機能を有しており、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Y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、X方向にのみ正の集光機能を有し、X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、空間光変調器33の入射面331aへと入射する。また、Y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。   The illumination optical system 32 includes three cylindrical lenses 321 to 323, and the light beam emitted from the light source unit 31 passes through the cylindrical lenses 321 to 323 in this order and enters the spatial light modulator 33. Among these, the cylindrical lens 321 has a beam expanding function (negative condensing function) only in the Y direction, and the light passing through the cylindrical lens 321 has a light beam cross section perpendicular to the optical axis OA from the circular shape to the Y direction gradually. It changes to a long oval. On the other hand, with respect to the X direction perpendicular to the optical axis OA and the Y direction, the width of the cross section of the light beam that has passed through the cylindrical lens 321 is (almost) constant. Further, the cylindrical lens 322 has a positive condensing function only in the Y direction, and the light beam that has passed through the cylindrical lens 321 is shaped by the cylindrical lens 322. That is, the light that has passed through the cylindrical lens 322 is made into an elliptical shape having a constant cross-section with a long cross section in the Y direction, and is incident on the cylindrical lens 323. The cylindrical lens 323 has a positive condensing function only in the X direction. When attention is paid only to the X direction, the light LI that has passed through the cylindrical lens 323 is condensed as shown in FIG. However, the light enters the incident surface 331a of the spatial light modulator 33. Regarding the Y direction, as shown in FIG. 4A, the light beam from the cylindrical lens 323 enters the spatial light modulator 33 as a parallel light beam.

空間光変調器33は、光変調素子331と、電極基板332と、電気回路基板336と、光変調素子331の強誘電体基板11内で電界を発生させて強誘電体基板11の強誘電体結晶を伝播する光を変調する変調部338(図3)とを有している。   The spatial light modulator 33 generates an electric field in the ferroelectric substrate 11 of the light modulation element 331, the electrode substrate 332, the electric circuit board 336, and the light modulation element 331, and the ferroelectric material of the ferroelectric substrate 11. And a modulator 338 (FIG. 3) for modulating light propagating through the crystal.

図5は空間光変調器33を示す図であり、同図(a)はZX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XY平面における空間光変調器33の部分断面図である。上述のとおり、空間光変調器33が備える光変調素子331は、周期分極反転構造を有する(Periodically Poled)強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11を有しており、SiOなどの絶縁層12および4層構造の接合部13を介して強誘電体基板11を支持基板14で支持している。この実施形態では、酸化マグネシウム(MgO)を添加したリチウムナイオベート(LiNbO3:Lithium Niobate)やストイキオメトリリチウムタンタレート(SLT:Stoichiometric Lithium Tantalate)の単結晶基板に対して処理を加えることで、周期分極反転構造を有する強誘電体基板11が薄膜状に形成されている。そして、この強誘電体基板11の下面に対して絶縁層12が全面均一に形成されている。さらに、絶縁層12にクロム(Cr)膜13aおよび金(Au)膜13bがこの順序で形成されており、これらクロム膜13aおよび金膜13bにより2層構造の金属層が形成されている。 FIG. 5 is a view showing the spatial light modulator 33, FIG. 5A is a partial sectional view of the spatial light modulator 33 in the ZX plane, and FIG. 5B is a view of the spatial light modulator 33 in the XY plane. It is a fragmentary sectional view. As described above, the light modulation element 331 included in the spatial light modulator 33 includes the ferroelectric substrate 11 made of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure (Periodically Poled), such as SiO 2 . A ferroelectric substrate 11 is supported by a support substrate 14 via an insulating layer 12 and a junction 13 having a four-layer structure. In this embodiment, by adding a treatment to a single crystal substrate of lithium niobate (LiNbO 3 : Lithium Niobate) or stoichiometric lithium tantalate (SLT) to which magnesium oxide (MgO) is added, A ferroelectric substrate 11 having a periodically poled structure is formed in a thin film. An insulating layer 12 is uniformly formed on the entire lower surface of the ferroelectric substrate 11. Further, a chromium (Cr) film 13a and a gold (Au) film 13b are formed in this order on the insulating layer 12, and a metal layer having a two-layer structure is formed by the chromium film 13a and the gold film 13b.

そして、空間光変調器33では、図4および図5に示すように、電極基板332の上方主面には配線領域Raと、光変調素子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、本実施形態では各電極333のうち配線領域Ra上に位置する部位、つまり各電極333の(−Z側端部)は後述する誘導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、つまり各電極333の(+Z側端部)は光変調素子331の強誘電体基板11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。   In the spatial light modulator 33, as shown in FIGS. 4 and 5, a wiring region Ra and a placement region Rb for placing the light modulation element 331 are provided on the upper main surface of the electrode substrate 332. It has been. Each of the plurality of electrodes 333 extends in the Z-axis direction from the wiring region Ra to the placement region Rb. More specifically, the (−Z side end) of each electrode 333 extends in the Z direction in the wiring region Ra and reaches the mounting region Rb. In this placement region Rb, the (+ Z side end portion) of each electrode 333 extends substantially parallel to the Z direction. In the present embodiment, a portion of each electrode 333 located on the wiring region Ra, that is, the (−Z side end portion) of each electrode 333 is an inductive coupling to be described later. Part ". Further, a portion located on the mounting region Rb, that is, (+ Z side end portion) of each electrode 333 is opposed to the ferroelectric substrate 11 of the light modulation element 331, and is an electrode for controlling the periodic polarization inversion structure. Since it functions as a part, it is referred to as an “electrode part” below.

これらの電極333を覆うようにSiOなどの絶縁材料で構成される保護膜334が電極基板332の上方主面全体に形成されて電極333を保護するとともに、保護膜334の表面(上方主面)を平坦化している。そして、載置領域Rbでは、載置領域Rbに相当する位置上に光変調素子331が載置されている。こうして、図5に示すように各電極333の電極部が保護膜334を介して強誘電体基板11の他方主面S2Aと対向して配置される。 A protective film 334 made of an insulating material such as SiO 2 is formed on the entire upper main surface of the electrode substrate 332 so as to cover these electrodes 333 to protect the electrode 333 and the surface of the protective film 334 (upper main surface). ) Is flattened. In the placement region Rb, the light modulation element 331 is placed on a position corresponding to the placement region Rb. In this way, as shown in FIG. 5, the electrode portion of each electrode 333 is arranged to face the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 with the protective film 334 interposed therebetween.

このように配置された光変調素子331では、強誘電体基板11の一方主面S1A全体を覆うように接合部13が絶縁層12を介して形成されている。そして、接合部13に対して接地電圧が与えられる。これに対し、上記した複数の電極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(図示省略)を介して誘導結合によって変調部338から付与される。   In the light modulation element 331 arranged in this way, the joint portion 13 is formed via the insulating layer 12 so as to cover the entire one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11. Then, a ground voltage is applied to the junction 13. On the other hand, for each of the plurality of electrodes 333 described above, a voltage corresponding to light modulation is modulated by inductive coupling via a wiring (not shown) provided on the upper main surface of the electric circuit board 336. It is given from.

この電気回路基板336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が被誘導パターン部(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電極間は誘導結合によって電気的に接続される。また、電気回路基板336の下方主面上には、変調部338を構成する複数の電子部品3381が搭載されており、電気回路基板336を介して電極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電極333に電圧を付与する。   On the upper main surface of the electric circuit board 336, a wiring made of a conductive material having the same shape as the induced pattern portion is a guided pattern portion (a portion of the electrode 333 located on the wiring region Ra). They are formed in a one-to-one correspondence. For this reason, the electrodes facing one another are electrically connected by inductive coupling. In addition, a plurality of electronic components 3381 constituting the modulation unit 338 are mounted on the lower main surface of the electric circuit board 336, and are electrically connected to the electrodes 333 via the electric circuit board 336. As described above, a voltage is applied to the electrode 333 independently according to various signals and data from the exposure control unit 181.

変調部338には、図3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、電極333毎、つまりチャンネル毎にアナログ回路(図示省略)を有しており、露光制御部181から与えられた露光データに基づく電圧を電極333に付与する。なお、露光制御部181は、周期分極反転構造の周期より長くなるように複数の電極333(例えば、隣接する2以上の電極333)を1チャンネルとして制御する。   As shown in FIG. 3, the exposure timing signal, the exposure position signal, and the exposure data are given to the modulation unit 338 from the exposure control unit 181. The modulation unit 338 has an analog circuit (not shown) for each electrode 333, that is, for each channel, and applies a voltage based on the exposure data supplied from the exposure control unit 181 to the electrode 333. The exposure control unit 181 controls a plurality of electrodes 333 (for example, two or more adjacent electrodes 333) as one channel so as to be longer than the period of the periodically poled structure.

空間光変調器33では、接合部13は接地されるのに対し、各チャンネルを構成する電極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から電圧信号の付与を受ける。このため、光変調素子331の周期分極反転構造内では、変調部338から有限の電圧V1(0[V]以外の電圧)が付与された電極333に対応する領域でのみ電極333と接合部13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。より詳しくは、電圧V1が印加されたチャンネルでは、電圧V1の大きさに応じた回折効率Iを有する回折格子が形成される。その結果、当該チャンネルでは、回折効率Iに応じた大きさの回折光DLが発生するとともに、残りの光が0次光L0として光変調素子331を通過する。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として光変調素子331を通過する。   In the spatial light modulator 33, the junction 13 is grounded, whereas the electrodes 333 constituting each channel are independently modulated according to the exposure data from the exposure controller 181 as described above. Receives voltage signal from. Therefore, in the periodic polarization reversal structure of the light modulation element 331, the electrode 333 and the junction 13 are only in a region corresponding to the electrode 333 to which the finite voltage V1 (voltage other than 0 [V]) is applied from the modulation unit 338. A refractive index change according to the polarization direction is generated by the electric field generated between the two, and a diffraction grating is formed. More specifically, in the channel to which the voltage V1 is applied, a diffraction grating having a diffraction efficiency I corresponding to the magnitude of the voltage V1 is formed. As a result, in the channel, diffracted light DL having a magnitude corresponding to the diffraction efficiency I is generated, and the remaining light passes through the light modulation element 331 as 0th-order light L0. On the other hand, in other channels, incident light passes through the light modulation element 331 as it is as 0th-order light L0.

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、X方向にのみ正の集光機能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X方向にのみ正の集光機能を有しており、空間光変調器33からの0次光L0は、図4(b)に示すように、
シリンドリカルレンズ34にてX方向に関してほぼ平行な光とされ、正の集光機能を有するレンズ351に入射する。
Returning to FIG. 4, the description of the configuration of the optical head 3 will be continued. An aperture plate 352 having a cylindrical lens 34 having a positive condensing function only in the X direction, a lens 351, and an aperture 3521 on the emission side (right hand side in FIG. 4) of the spatial light modulator 33 configured as described above. The lenses 353 are arranged in this order. The cylindrical lens 34 has a positive condensing function only in the X direction, and the zero-order light L0 from the spatial light modulator 33 is, as shown in FIG.
The cylindrical lens 34 makes the light substantially parallel to the X direction and enters the lens 351 having a positive light collecting function.

ここで、レンズ351の前側焦点は電極333の(+Z)側の端部近傍における光変調素子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、光変調素子331中で回折を受けず、レンズ34を通過してY方向およびX方向の双方にほぼ平行とされる0次光L0は、図4(a)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(a)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光変調素子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。   Here, the front focal point of the lens 351 is a position in the light modulation element 331 in the vicinity of the end of the electrode 333 on the (+ Z) side, and the aperture plate 352 is disposed so that the aperture 3521 is positioned at the rear focal point of the lens 351. Is done. Therefore, the zero-order light L0 that is not diffracted in the light modulation element 331, passes through the lens 34, and is substantially parallel to both the Y direction and the X direction is indicated by a thin solid line in FIG. As described above, the light is condensed on the aperture 3521 through the lens 351, passes through the aperture 3521, and enters the lens 353. The lens 353 is arranged so that the front focal point is located in the vicinity of the aperture 3521 and the rear focal point is on the surface of the substrate W held by the stage 160, and the 0th-order light L 0 passes through the lens 353. The surface of the substrate W is irradiated and exposed. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 4A, the diffracted light DL is emitted from the light modulation element 331 with a predetermined angle with respect to the optical axis OA. It is shielded by the surface of the aperture plate 352.

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L0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、この実施形態では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、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。   Thus, in the present embodiment, the so-called Schlieren optical system 35 is configured by the lens 351, the aperture plate 352, and the lens 353. The schlieren optical system 35 has the same arrangement as the double-sided telecentric optical system. As shown in FIG. 4, even when the substrate W is exposed with the optical head 3 having a plurality of channels, the exposure surface (surface of the substrate W). ) Of the 0th-order light L0 of each channel is vertical (two-dot chain line in FIG. 4), and is not affected by a change in magnification with respect to a change in the focus direction Z of the exposure surface. As a result, highly accurate exposure is possible. Thus, in this embodiment, pattern drawing on the substrate W is performed using zeroth-order light. Further, the lens 34 and the schlieren optical system 35 arranged as described above guide light from the spatial light modulator 33 to the surface (exposed surface, drawn surface) of the substrate W.

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や記憶部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として記憶部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。   The pattern drawing apparatus 100 configured as described above has a computer 200 for controlling the entire apparatus. The computer 200 includes a CPU, a storage unit 201, and the like, and is disposed in an electrical rack (not shown) together with the exposure control unit 181. In addition, the rasterization unit 202, the expansion / contraction rate calculation unit 203, the data correction unit 204, and the data generation unit 205 are realized by the CPU in the computer 200 performing arithmetic processing according to a predetermined program. For example, pattern data corresponding to one LSI is data generated by an external CAD or the like, and is prepared in advance in the storage unit 201 as LSI data 211. Based on the LSI data 211, the LSI data is as follows. A pattern is drawn on the substrate W.

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を生成して記憶部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。   The rasterizing unit 202 divides and rasterizes the unit area indicated by the LSI data 211, generates raster data 212, and stores it in the storage unit 201. Thus, after preparing the raster data 212 or in parallel with the preparation of the raster data 212, the unprocessed substrate W stored in the cassette 110 as described above is unloaded by the transfer robot 120, and the stage is set by the transfer robot 120. 160.

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。   Thereafter, the stage 160 is moved to a position immediately below the camera 150 by the stage moving mechanism 161, and the alignment marks (reference marks) on the substrate W are sequentially positioned at the imageable positions of the camera 150, and mark imaging by the camera 150 is executed. Is done. The image signal output from the camera 150 is processed by an image processing circuit (not shown in FIG. 3) in the electrical rack, and the position of the alignment mark on the stage 160 is accurately determined. Then, the θ-axis drive unit 161T operates based on these pieces of position information, and the stage 160 is slightly rotated about the vertical axis to be aligned (positioned) in a direction suitable for pattern drawing on the substrate W. Here, the alignment may be performed after the stage 160 is moved to a position directly below the optical head 3.

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Xおよび副走査方向Y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。   The stretch rate calculation unit 203 illustrated in FIG. 3 acquires the position of the alignment mark on the substrate W obtained by the image processing circuit and the correction amount of the orientation of the substrate W, the position of the alignment mark after alignment, and The expansion / contraction ratio of the substrate W with respect to the main scanning direction X and the sub-scanning direction Y (that is, the expansion ratio of the main surface) is obtained.

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。   On the other hand, the data correction unit 204 acquires the raster data 212 and corrects the data based on the expansion / contraction rate that is the detection result of expansion / contraction. For this data correction, for example, the method described in Japanese Patent No. 40020248 can be adopted. When the data correction of one divided area is completed, the corrected raster data 212 is sent to the data generation unit 205. . The data generation unit 205 generates drawing data corresponding to the changed divided area, that is, data corresponding to one stripe.

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。   The drawing data generated in this way is sent from the data generation unit 205 to the exposure control unit 181, and the exposure control unit 181 controls each unit of the modulation unit 338 and the stage moving mechanism 161 to perform drawing for one stripe. . Note that the exposure operation is performed by the electric field generation control by the modulation unit 338 as described above. When the exposure recording for one stripe is completed, the same processing is performed for the next divided region, and drawing for each stripe is repeated. Thus, when drawing of all the stripes on the substrate W is completed and drawing of a desired pattern on the surface of the substrate W is completed, the stage 160 keeps the drawn substrate W on the substrate delivery position (see FIGS. 1 and 2). After moving to the right region), the substrate transport robot 120 returns the substrate W to the cassette 110, the next substrate W is taken out, and the same series of processing as described above is repeated. Further, when the pattern drawing on all the substrates W stored in the cassette 110 is completed, the cassette 110 is unloaded from the pattern drawing apparatus 100.

以上が、空間光変調器33および当該空間光変調器33を装備したパターン描画装置100の構成および動作の概要である。上述のとおり、空間光変調器33において各チャンネルを構成する電極333には、変調部338から露光データに応じた電圧が印加される。ちなみに、この実施形態では、各電極333に印加される信号は、露光データそのものではなくて、交流信号(電圧信号)を露光データで振幅変調した変調露光信号(電圧信号)である(図6)。   The above is the outline of the configuration and operation of the spatial light modulator 33 and the pattern drawing apparatus 100 equipped with the spatial light modulator 33. As described above, a voltage corresponding to the exposure data is applied from the modulator 338 to the electrodes 333 constituting each channel in the spatial light modulator 33. Incidentally, in this embodiment, the signal applied to each electrode 333 is not the exposure data itself but a modulated exposure signal (voltage signal) obtained by amplitude-modulating an AC signal (voltage signal) with the exposure data (FIG. 6). .

図6は、チャンネルを構成する電極に印加される変調露光信号の構成を説明する図である。より詳しくは、図6における「露光データ」「交流信号」「変調露光信号」の欄には、電圧Vを縦軸とするとともに時間tを横軸とするグラフにそれぞれの対応する波形が示されている。図6の「露光データ」の欄に示すように、露光データは、正の電圧が比較的長周期で変化する信号である。図6の例では、電圧値Ea(0[V]<Ea)と電圧値Eb(0[V]<Eb<Ea)との間で変化する矩形波状の露光データが示されている。具体的には、半導体、FPD(フラットパネルディスプレイ)あるいはプリント基板などに精密パターンを描く場合には、露光データの周波数は1[MHz]となる。変調部338は、露光制御部181から受信したこの露光データに基づいて、交流信号を振幅変調する。この交流信号は、露光データよりも短い周期Tc、高い周波数fcで、0[V]を中心として振動する矩形波である。具体的には、交流信号の周波数は2[MHz]かそれ以上であることが好ましい。変調部338は、このような交流信号を露光データで振幅変調することで変調露光信号を生成する。ここで、交流信号は、変調部338の内部で生成されても良いし、露光制御部181で生成して変調部338に出力しても良い。   FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the modulated exposure signal applied to the electrodes constituting the channel. More specifically, in the columns of “exposure data”, “AC signal”, and “modulated exposure signal” in FIG. 6, respective waveforms are shown in a graph with the voltage V as the vertical axis and the time t as the horizontal axis. ing. As shown in the column “Exposure Data” in FIG. 6, the exposure data is a signal in which a positive voltage changes with a relatively long period. In the example of FIG. 6, exposure data having a rectangular waveform that changes between a voltage value Ea (0 [V] <Ea) and a voltage value Eb (0 [V] <Eb <Ea) is shown. Specifically, when a precise pattern is drawn on a semiconductor, FPD (flat panel display) or printed circuit board, the frequency of the exposure data is 1 [MHz]. The modulation unit 338 amplitude-modulates the AC signal based on the exposure data received from the exposure control unit 181. This AC signal is a rectangular wave that vibrates around 0 [V] with a cycle Tc shorter than the exposure data and a higher frequency fc. Specifically, the frequency of the AC signal is preferably 2 [MHz] or higher. The modulation unit 338 generates a modulated exposure signal by amplitude-modulating such an AC signal with exposure data. Here, the AC signal may be generated inside the modulation unit 338, or may be generated by the exposure control unit 181 and output to the modulation unit 338.

こうして生成された変調露光信号は、交流信号と同じ周期Tcで0[V]を中心に振動するとともに、露光データに応じてその振幅を変化させる。図6の例では、変調露光信号は、露光データの電圧値Eaに対応して(−Ma)[V]と(+Ma)[V]との間を変化する期間と、露光データの電圧値Ebに対応して(−Mb)[V]と(+Mb)[V]との間を変化する期間とを有する(0<Mb<Ma)。変調部338は、この変調露光信号を空間光変調器33のチャンネル毎に生成して、当該チャンネルの電極333に印加する。したがって、周期分極反転構造を有する強誘電体基板11の内部の各電極333に対応する領域では、光変調信号に応じて屈折率が変化して、その結果、強誘電体基板11の内部に屈折率の分布が形成される。特に、この実施形態では、各電極333に印加される変調露光信号は0[V]を中心として振動する信号であるため、屈折率分布は交流信号に応じて反転する(図7)。   The modulated exposure signal thus generated oscillates around 0 [V] at the same cycle Tc as the AC signal and changes its amplitude according to the exposure data. In the example of FIG. 6, the modulated exposure signal has a period in which it changes between (−Ma) [V] and (+ Ma) [V] corresponding to the voltage value Ea of the exposure data, and the voltage value Eb of the exposure data. Corresponding to (−Mb) [V] and (+ Mb) [V] (0 <Mb <Ma). The modulation unit 338 generates this modulated exposure signal for each channel of the spatial light modulator 33 and applies it to the electrode 333 of the channel. Accordingly, in the region corresponding to each electrode 333 in the ferroelectric substrate 11 having the periodic polarization reversal structure, the refractive index changes according to the light modulation signal, and as a result, the refractive index is refracted into the ferroelectric substrate 11. A rate distribution is formed. In particular, in this embodiment, since the modulated exposure signal applied to each electrode 333 is a signal that vibrates around 0 [V], the refractive index distribution is inverted according to the AC signal (FIG. 7).

図7は、強誘電体基板11の内部での屈折率分布が反転する様子を、横軸をY方向とするとともに縦軸を屈折率nとするグラフで示す模式図であり、同図の上下で反転の前後が示されている。また、同図では、屈折率分布の反転現象の理解を容易にするために、隣接する電極に対して変調画像信号を印加した場合に形成される屈折率分布が例示されている。このように変調画像信号が周期分極反転構造を有する強誘電体基板11に印加された場合、概略的には、屈折率n(+)を有する領域と屈折率n(−)を有する領域とがY方向に交互に並ぶこととなる(n(−)<n(+))。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the refractive index distribution inside the ferroelectric substrate 11 is reversed, as a graph in which the horizontal axis is the Y direction and the vertical axis is the refractive index n. Before and after inversion. Further, in the same figure, in order to facilitate understanding of the reversal phenomenon of the refractive index distribution, a refractive index distribution formed when a modulated image signal is applied to adjacent electrodes is illustrated. When the modulated image signal is applied to the ferroelectric substrate 11 having the periodically poled structure as described above, roughly, there are a region having a refractive index n (+) and a region having a refractive index n (−). They are arranged alternately in the Y direction (n (−) <n (+)).

そして、このような屈折率分布が、変調画像信号の半周期(=Tc/2)で屈折率n0を中心として反転して、同図上下の状態を交互に繰り返す。このように、屈折率分布は変調画像信号の交流信号に伴なって反転するが、屈折率分布が形成する回折格子の回折効率Iは反転前後で等しくなるという性質を有する。これについて、図8を用いて説明する。   Such a refractive index distribution is inverted about the refractive index n0 in the half cycle (= Tc / 2) of the modulated image signal, and the upper and lower states in the figure are alternately repeated. As described above, the refractive index distribution is inverted in accordance with the AC signal of the modulated image signal, but the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed by the refractive index distribution has the property that it is equal before and after the inversion. This will be described with reference to FIG.

図8は、強誘電体基板11の内部に形成される回折格子の回折効率を示す図である。同図では、横軸を電圧Vとして変調画像信号の時間変化(同図下側)と回折効率の変化(同図上側)とが併記されている。すなわち、同図下側では縦軸に時間tが取られており、変調画像信号の時間変化が示されている。一方、同図上側では縦軸に回折効率Iが取られており、電圧Vに対する回折効率Iの変化が示されている。なお、より詳細には、回折格子がブラッグ回折型である場合は、回折効率Iは(sin(αV))に比例し、回折格子がラマンナス型である場合は、回折効率Iは(Jq(βV))に比例する。ここで、関数Jqはq次のベッセル関数である。 FIG. 8 is a diagram showing the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11. In the figure, the horizontal axis represents the voltage V, and the time change of the modulated image signal (lower side in the figure) and the change in diffraction efficiency (upper side in the figure) are also shown. That is, on the lower side of the figure, time t is taken on the vertical axis, and the time change of the modulated image signal is shown. On the other hand, in the upper side of the figure, the vertical axis indicates the diffraction efficiency I, and the change of the diffraction efficiency I with respect to the voltage V is shown. More specifically, when the diffraction grating is a Bragg diffraction type, the diffraction efficiency I is proportional to (sin (αV)) 2 , and when the diffraction grating is a Ramanus type, the diffraction efficiency I is (Jq ( βV)) proportional to 2 . Here, the function Jq is a q-order Bessel function.

同図上側に示す回折効率Iの電圧特性から判るように、電圧が0[V]の付近においては、回折効率Iは電圧Vの絶対値の増加に応じて増加する特性を有しており、電圧が0[V]の点を通る縦軸を中心として略反転対称となっている。したがって、互いに絶対値の等しい(−Ma)[V]および(+Ma)[V]それぞれの電圧印加によって形成される回折格子はいずれも等しい回折効率Iaを有する。同様に、互いに絶対値の等しい(−Mb)[V]および(+Mb)[V]それぞれの電圧印加によって形成される回折格子はいずれも等しい回折効率Ib(<Ia)を有する。   As can be seen from the voltage characteristic of the diffraction efficiency I shown on the upper side of the figure, when the voltage is in the vicinity of 0 [V], the diffraction efficiency I has a characteristic that increases as the absolute value of the voltage V increases. It is substantially inversion symmetric about a vertical axis passing through a point where the voltage is 0 [V]. Accordingly, the diffraction gratings formed by applying the respective voltages (−Ma) [V] and (+ Ma) [V] having the same absolute value have the same diffraction efficiency Ia. Similarly, diffraction gratings formed by applying voltages of (−Mb) [V] and (+ Mb) [V] having the same absolute value have the same diffraction efficiency Ib (<Ia).

屈折率分布により形成される回折格子がこのような性質を有することから、変調露光信号として(−Ma)[V]と(+Ma)[V]との間を変化する信号が印加されている間は、回折効率Iaの回折格子が形成され、変調露光信号として(−Mb)[V]と(+Mb)[V]との間を変化する信号が印加されている間は、回折効率Ibの回折格子が形成される。つまり、回折格子の回折効率は、変調露光信号の交流成分とは概ね無関係に、変調露光信号の振幅によって決まることとなる。そして、変調露光信号は交流信号を露光データで振幅変調したものであるため、振幅変調信号の振幅は露光データに依存して変化する。そこで、この実施形態の変調部338は、屈折率分布により形成される回折格子の回折効率を露光データによって制御して、回折格子により光を変調している。   Since the diffraction grating formed by the refractive index distribution has such a property, a signal changing between (−Ma) [V] and (+ Ma) [V] is applied as a modulated exposure signal. The diffraction grating having the diffraction efficiency Ia is formed while the diffraction grating having the diffraction efficiency Ia is formed and a signal varying between (−Mb) [V] and (+ Mb) [V] is applied as the modulated exposure signal. A lattice is formed. In other words, the diffraction efficiency of the diffraction grating is determined by the amplitude of the modulated exposure signal almost independently of the AC component of the modulated exposure signal. Since the modulated exposure signal is an AC signal amplitude-modulated with exposure data, the amplitude of the amplitude-modulated signal varies depending on the exposure data. Therefore, the modulation unit 338 of this embodiment modulates light by the diffraction grating by controlling the diffraction efficiency of the diffraction grating formed by the refractive index distribution by the exposure data.

以上に説明したように、この実施形態では、露光データに応じて、強誘電体基板11内部に生じる回折格子の回折効率Iを変化させて光を変調する。ただし、強誘電体基板11に印加される信号は、露光データそのものではなくて、露光データよりも高周波の交流信号を露光データによって振幅変調させた変調露光信号である。このような変調露光信号が印加された強誘電体基板11の内部では、変調露光信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、交流信号に応じて反転する。このとき、反転前後の屈折率分布は、いずれも変調露光信号の振幅に応じた分布を有して互いに反転した関係にあるため、略等しい回折効率Iの回折格子を形成する。つまり、回折格子の回折効率Iは、変調露光信号の交流成分とは概ね無関係に、変調露光信号の振幅によって決まることとなる。そして、変調露光信号は交流信号を露光データで振幅変調したものであるため、変調露光信号の振幅は露光データに依存して変化する。したがって、回折格子の回折効率Iを露光データによって適切に変化させて、当該回折格子により光を変調することができる。   As described above, in this embodiment, light is modulated by changing the diffraction efficiency I of the diffraction grating generated in the ferroelectric substrate 11 in accordance with the exposure data. However, the signal applied to the ferroelectric substrate 11 is not the exposure data itself but a modulated exposure signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the exposure data with the exposure data. In the ferroelectric substrate 11 to which such a modulated exposure signal is applied, the refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the modulated exposure signal is inverted according to the AC signal. At this time, since the refractive index distribution before and after inversion has a distribution corresponding to the amplitude of the modulated exposure signal and is in an inverted relationship with each other, a diffraction grating having substantially the same diffraction efficiency I is formed. In other words, the diffraction efficiency I of the diffraction grating is determined by the amplitude of the modulated exposure signal almost independently of the AC component of the modulated exposure signal. Since the modulated exposure signal is obtained by amplitude-modulating an AC signal with exposure data, the amplitude of the modulated exposure signal changes depending on the exposure data. Accordingly, the diffraction efficiency I of the diffraction grating can be appropriately changed according to the exposure data, and the light can be modulated by the diffraction grating.

しかも、この実施形態では、強誘電体基板11に印加される変調露光信号は、交流信号を露光データによって振幅変調させたものであるため、強誘電体基板11には正側負側の両側に振動する信号が印加されることとなり、強誘電体基板11への電荷の残留が解消することができる。その結果、強誘電体基板11の内部に形成される回折格子の回折効率Iのオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   In addition, in this embodiment, the modulated exposure signal applied to the ferroelectric substrate 11 is obtained by amplitude-modulating an AC signal with exposure data, so that the ferroelectric substrate 11 has both positive and negative sides. An oscillating signal is applied, and the residual charge on the ferroelectric substrate 11 can be eliminated. As a result, the offset of the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11 can be suppressed, and appropriate light modulation by the diffraction grating can be realized.

このとき、この実施形態に示したように、交流信号は矩形波であっても良い。このように構成した場合、交流信号に応じた屈折率分布の反転が速やかに行なわれるため、屈折率分布によって形成される回折格子の回折効率Iを安定させて、光変調をより適切に実行することが可能となる。   At this time, as shown in this embodiment, the AC signal may be a rectangular wave. In such a configuration, since the reversal of the refractive index distribution according to the AC signal is performed quickly, the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed by the refractive index distribution is stabilized, and light modulation is executed more appropriately. It becomes possible.

ところで、強誘電体基板11は、電気信号の印加履歴に依存して、内部に形成される回折格子の回折効率Iが変化する、いわゆるヒステリシスを有する。したがって、このヒステリシスに起因して、回折効率Iにオフセットが生じる場合があった。   By the way, the ferroelectric substrate 11 has a so-called hysteresis in which the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed therein changes depending on the application history of the electric signal. Therefore, an offset may occur in the diffraction efficiency I due to this hysteresis.

ただし、このヒステリシスは、印加される電気信号の周波数が低いほど顕著になるという特性を有している(図9)。ここで、図9は、強誘電体結晶内部に形成される回折格子の回折効率のヒステリシスを示す図である。同図において、破線で示した曲線は、強誘電体基板11への印加電圧Vを低い周波数で振動させた際の回折効率Iの変化を示し、実線で示した曲線は、強誘電体基板11への印加電圧Vを高い周波数で振動させた際の回折効率Iの変化を示している。このように、印加電圧Vを速く変化させた場合には、回折効率Iにヒステリシスは見られないのに対して、印加電圧Vを遅く変化させた場合には、回折効率Iはヒステリシスループを形成する。   However, this hysteresis has a characteristic that it becomes more prominent as the frequency of the applied electrical signal is lower (FIG. 9). Here, FIG. 9 is a diagram showing the hysteresis of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the ferroelectric crystal. In the figure, a curve indicated by a broken line indicates a change in the diffraction efficiency I when the voltage V applied to the ferroelectric substrate 11 is vibrated at a low frequency, and a curve indicated by a solid line indicates the ferroelectric substrate 11. 6 shows a change in diffraction efficiency I when the applied voltage V is vibrated at a high frequency. Thus, when the applied voltage V is changed quickly, no hysteresis is observed in the diffraction efficiency I, whereas when the applied voltage V is changed slowly, the diffraction efficiency I forms a hysteresis loop. To do.

これに対して、この実施形態では、強誘電体基板11に印加される電気信号は、露光データよりも高周波の交流信号を露光データによって振幅変調させた変調露光信号である。つまり、比較的高周波の電気信号が強誘電体基板11に印加される。したがって、強誘電体基板11のヒステリシスに起因した回折効率Iのオフセットを抑制して、光変調を適切に実行することが可能となる。   On the other hand, in this embodiment, the electrical signal applied to the ferroelectric substrate 11 is a modulated exposure signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the exposure data with the exposure data. That is, a relatively high frequency electric signal is applied to the ferroelectric substrate 11. Therefore, it is possible to suppress the offset of the diffraction efficiency I caused by the hysteresis of the ferroelectric substrate 11 and appropriately execute light modulation.

特に、ヒステリシス起因のオフセットは、電気信号の周波数が高いほど効果的に抑制できる。そこで、上記実施形態において、露光データの周波数の2倍以上に交流信号の周波数を設定しても良い。また、交流信号の周波数を1[KHz]以上に設定しても良い。   In particular, the offset due to hysteresis can be effectively suppressed as the frequency of the electrical signal is higher. Therefore, in the above embodiment, the frequency of the AC signal may be set to be twice or more the frequency of the exposure data. Further, the frequency of the AC signal may be set to 1 [KHz] or higher.

ところで、この実施形態では、光変調素子331の強誘電体基板11に設けられた電極333には、結晶中を通過する光が電極333(金属)へ漏れ出ないようにするために、絶縁層12を介して変調露光信号が印加される。ただし、このような構成では、絶縁層12に電荷が残留してしまい、このことがの強誘電体基板11内部に形成される回折格子の回折効率Iのオフセット要因となるおそれがあった。特に、絶縁層12がSiO(二酸化ケイ素)である場合、この問題が顕著になる傾向にあった。これに対して、この実施形態では、強誘電体基板11に印加される変調露光信号は、交流信号を露光データによって振幅変調させたものであるため、強誘電体基板11には正側負側の両側に振動する信号が印加されることとなり、強誘電体基板11そのものやその周囲(絶縁層12)での電荷の残留が解消されている。その結果、強誘電体基板11の内部に形成される回折格子の回折効率Iのオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。 By the way, in this embodiment, an insulating layer is provided on the electrode 333 provided on the ferroelectric substrate 11 of the light modulation element 331 in order to prevent light passing through the crystal from leaking to the electrode 333 (metal). A modulated exposure signal is applied via 12. However, in such a configuration, charges remain in the insulating layer 12, which may cause an offset factor of the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11. In particular, when the insulating layer 12 is SiO 2 (silicon dioxide), this problem tends to become remarkable. On the other hand, in this embodiment, the modulated exposure signal applied to the ferroelectric substrate 11 is an AC signal whose amplitude is modulated by the exposure data. Thus, a signal that oscillates is applied to both sides of the semiconductor substrate, and the residual charge on the ferroelectric substrate 11 itself and its surroundings (insulating layer 12) is eliminated. As a result, the offset of the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11 can be suppressed, and appropriate light modulation by the diffraction grating can be realized.

また、この実施形態で説明したパターン描画装置100は、上述の空間光変調器33と用いて変調した光を、基板Wに光を照射して描画を行なう。したがって、強誘電体基板11の内部に形成される回折格子の回折効率のオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   In addition, the pattern drawing apparatus 100 described in this embodiment performs drawing by irradiating the substrate W with light modulated using the spatial light modulator 33 described above. Therefore, it is possible to suppress the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11 and realize appropriate light modulation by the diffraction grating.

第2実施形態
ところで、第1実施形態で述べたとおり、交流信号を露光データによって振幅変調させた信号を強誘電体基板11に印加することで、回折効率Iのオフセットを大幅に抑えることが可能となるものであるが、状況によっては若干のオフセットが残存する場合もある。あるいは、残留電荷以外の要因によって、回折効率Iにオフセットが発生する場合もある。そこで、第2実施形態の変調部338は、回折格子の回折効率のオフセットを調整するオフセット調整動作を実行する。なお、第1実施形態と第2実施形態の違いは主としてこのオフセット調整動作にあるので、以下ではこの差異点を中心に説明する一方、共通部分については相当符号を付して説明を省略する。ちなみに、第2実施形態においても第1実施形態と共通する構成を具備することで、同様の効果を奏することは言うまでも無い。
Second Embodiment By the way, as described in the first embodiment, the offset of the diffraction efficiency I can be significantly suppressed by applying to the ferroelectric substrate 11 a signal obtained by amplitude-modulating an AC signal with exposure data. However, some offset may remain depending on the situation. Alternatively, an offset may occur in the diffraction efficiency I due to factors other than the residual charge. Therefore, the modulation unit 338 of the second embodiment executes an offset adjustment operation for adjusting the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating. Since the difference between the first embodiment and the second embodiment is mainly in the offset adjustment operation, the difference will be mainly described below, while the common parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Incidentally, it goes without saying that the same effects can be obtained in the second embodiment by providing the same configuration as that of the first embodiment.

図10は、変調部が実行する回折効率Iのオフセット調整動作を示す図である。図10に示すグラフにおける座標の取り方は、図8のそれと同様である。同図上側において、破線で示す曲線はオフセットが無い回折効率Iの電圧特性を示しており、実線で示す曲線はオフセットを有する回折効率Iの電圧特性を示している。つまり、実線曲線で示す回折効率Iの電圧特性は、変調画像信号が無印加の状態で(言い換えれば印加電圧Vが0[V]の状態で)、有限の値Io(>0[V])を有している。そこで、変調部338はオフセット調整機構を内蔵しており、このオフセットが0[V]となるように、直流電圧Vdcを強誘電体基板11の各電極333に印加する。これによって、回折効率のオフセットが調整されて、変調画像信号が無印加の状態において回折効率Iのオフセットはゼロとなる。   FIG. 10 is a diagram illustrating an offset adjustment operation of the diffraction efficiency I performed by the modulation unit. The method of taking the coordinates in the graph shown in FIG. 10 is the same as that in FIG. On the upper side of the figure, the curve indicated by the broken line indicates the voltage characteristic of the diffraction efficiency I without offset, and the curve indicated by the solid line indicates the voltage characteristic of the diffraction efficiency I having offset. That is, the voltage characteristic of the diffraction efficiency I indicated by the solid line curve is a finite value Io (> 0 [V]) in a state where the modulation image signal is not applied (in other words, in a state where the applied voltage V is 0 [V]). have. Therefore, the modulation unit 338 has a built-in offset adjustment mechanism, and applies a DC voltage Vdc to each electrode 333 of the ferroelectric substrate 11 so that the offset becomes 0 [V]. As a result, the offset of the diffraction efficiency is adjusted, and the offset of the diffraction efficiency I becomes zero in a state where the modulated image signal is not applied.

そして、第2実施形態では、変調部338はこのオフセット調整を行なった後に、第1実施形態と同様の変調画像信号を強誘電体基板11の各電極333に印加する。これによって、電極333には、回折効率Iがゼロとなる直流電圧Vdcを中心として振動する変調画像信号が印加されることとなる。そのため、変調露光信号として(−Ma+Vdc)[V]と(Ma+Vdc)[V]との間を変化する信号が印加されている間は、回折効率Iaの回折格子が形成され、変調露光信号として(−Mb+Vdv)[V]と(+Mb+Vdv)[V]との間を変化する信号が印加されている間は、回折効率Ibの回折格子が形成される。つまり、第1実施形態と同様に、回折格子の回折効率Iは、変調露光信号の交流成分とは概ね無関係に、変調露光信号の振幅によって決まることとなる。そして、変調露光信号は交流信号を露光データで振幅変調したものであるため、振幅変調信号の振幅は露光データに依存して変化する。したがって、変調部338は、屈折率分布により形成される回折格子の回折効率を露光データによって制御することで、回折格子により光を変調することができる。   In the second embodiment, the modulation unit 338 applies the same modulated image signal as that in the first embodiment to each electrode 333 of the ferroelectric substrate 11 after performing the offset adjustment. As a result, a modulated image signal that vibrates around the DC voltage Vdc at which the diffraction efficiency I is zero is applied to the electrode 333. Therefore, while a signal that changes between (−Ma + Vdc) [V] and (Ma + Vdc) [V] is applied as a modulated exposure signal, a diffraction grating having a diffraction efficiency Ia is formed, and a modulated exposure signal ( While a signal changing between −Mb + Vdv) [V] and (+ Mb + Vdv) [V] is applied, a diffraction grating having a diffraction efficiency Ib is formed. That is, as in the first embodiment, the diffraction efficiency I of the diffraction grating is determined by the amplitude of the modulated exposure signal, regardless of the AC component of the modulated exposure signal. Since the modulated exposure signal is an AC signal amplitude-modulated with exposure data, the amplitude of the amplitude-modulated signal varies depending on the exposure data. Therefore, the modulation unit 338 can modulate the light by the diffraction grating by controlling the diffraction efficiency of the diffraction grating formed by the refractive index distribution by the exposure data.

以上のように、第2実施形態においても、強誘電体基板11に印加される変調露光信号は、交流信号を露光データによって振幅変調させたものであるため、強誘電体基板11には正側負側の両側に振動する信号が印加されることとなり、強誘電体基板11への電荷の残留が解消することができる。その結果、強誘電体基板11の内部に形成される回折格子の回折効率Iのオフセットを抑えて、回折格子による適切な光変調の実現が可能となっている。   As described above, also in the second embodiment, the modulated exposure signal applied to the ferroelectric substrate 11 is an AC signal whose amplitude is modulated by the exposure data. A signal that oscillates is applied to both sides of the negative side, and the residual charge on the ferroelectric substrate 11 can be eliminated. As a result, the offset of the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11 can be suppressed, and appropriate light modulation by the diffraction grating can be realized.

また、第2実施形態では、変調部338は、回折格子の回折効率のオフセットを調整するオフセット調整機構を内蔵している。これによって、回折効率Iのオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   In the second embodiment, the modulation unit 338 has a built-in offset adjustment mechanism that adjusts the offset of the diffraction efficiency of the diffraction grating. As a result, the offset of the diffraction efficiency I can be more reliably suppressed, and light modulation can be performed more appropriately.

第3実施形態
上記実施形態で示したとおり、変調部338は、強誘電体基板11の電極に電圧を印加することで、強誘電体基板11内部に形成される回折格子の回折効率Iを制御したり、あるいは回折効率Iのオフセットを調整したりするものである。そして、以下に説明するように第3実施形態では、このような変調部338の制御をフィードバック制御により行なう。なお、第3実施形態と上記実施形態の違いは主としてこのフィードバック制御にあるので、以下ではこの差異点を中心に説明する一方、共通部分については相当符号を付して説明を省略する。ちなみに、第3実施形態においても上記実施形態と共通する構成を具備することで、同様の効果を奏することは言うまでも無い。
Third Embodiment As shown in the above embodiment, the modulation unit 338 controls the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11 by applying a voltage to the electrode of the ferroelectric substrate 11. Or the offset of the diffraction efficiency I is adjusted. As will be described below, in the third embodiment, the modulation unit 338 is controlled by feedback control. Since the difference between the third embodiment and the above embodiment is mainly in this feedback control, the difference will be mainly described below, while the common parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Incidentally, it goes without saying that the third embodiment has the same effect as that of the above-described embodiment by providing the same configuration.

図11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Yに沿って光学ヘッド3を上方(すなわち、図1中の(−X)側から(+X)側を向いて見た場合)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X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(+Y)側から見た場合)の光学ヘッド3の内部構成を示している。   FIG. 11 is a diagram showing the internal configuration of the optical head in a simplified manner. FIG. 11A shows the optical head 3 upward (that is, in FIG. 1) along the optical axis OA and the sub-scanning direction Y of the optical head 3. 1 shows the internal configuration of the optical head 3 when viewed from the (−X) side to the (+ X) side), and FIG. 5B shows the front side of the apparatus in FIG. The internal structure of the optical head 3 when viewed from the optical head 3 side (lower left side) (that is, viewed from the (+ Y) side of the optical head 3) is shown.

図11に示すように、光学ヘッド3は、アパーチャ板352とレンズ353との間にビームスプリッタ36を有している。このビームスプリッタ36は、アパーチャ板352を通過した0次光L0の一部を、Z方向に進行してレンズ353に入射する光と、Y方向に進行する光に分割するものである。そして、ビームスプリッタ36によりY方向に向けて分割された光は、変調部338に入射する。   As shown in FIG. 11, the optical head 3 has a beam splitter 36 between the aperture plate 352 and the lens 353. The beam splitter 36 divides a part of the zero-order light L0 that has passed through the aperture plate 352 into light that travels in the Z direction and enters the lens 353 and light that travels in the Y direction. Then, the light split in the Y direction by the beam splitter 36 enters the modulation unit 338.

つまり、第3実施形態にかかる変調部338は、複数の電子部品3381で構成された制御回路338aの他に、Y方向から入射してきた光を分割するビームスプリッタ338b、高速応答センサ338cおよびパワーメータ338dを有している。ビームスプリッタ338bは、入射してきた光を高速応答センサ338cとパワーメータ338dのそれぞれに分割する。   That is, the modulation unit 338 according to the third embodiment includes a beam splitter 338b, a high-speed response sensor 338c, and a power meter that divides light incident from the Y direction, in addition to a control circuit 338a configured by a plurality of electronic components 3381. 338d. The beam splitter 338b divides incident light into a high-speed response sensor 338c and a power meter 338d.

高速応答センサ338cは、ビームスプリッタ338bにより分割された光を検出し、その結果を制御回路338aへ出力する。つまり、この高速応答センサ338cは、空間光変調器33を通過した0次光L0の強度変化を検出して制御回路338aに出力する。一方、制御回路338aは、高速応答センサ338cから受信した値に基づいて電極333に印加する変調露光信号の振幅を調整して、強誘電体基板11内部に形成される回折格子の回折効率Iを目標値に近づける。具体的には、露光データを変化させることで、変調露光信号の振幅を変化させることができる。あるいは、交流信号の振幅を変化させることで、変調露光信号の振幅を変化させることもできる。こうして、回折格子の回折効率Iがフィードバック制御される。   The high-speed response sensor 338c detects the light split by the beam splitter 338b and outputs the result to the control circuit 338a. That is, the high-speed response sensor 338c detects the intensity change of the 0th-order light L0 that has passed through the spatial light modulator 33 and outputs the detected change to the control circuit 338a. On the other hand, the control circuit 338a adjusts the amplitude of the modulated exposure signal applied to the electrode 333 based on the value received from the high-speed response sensor 338c, and sets the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11. Move closer to the target value. Specifically, the amplitude of the modulated exposure signal can be changed by changing the exposure data. Alternatively, the amplitude of the modulated exposure signal can be changed by changing the amplitude of the AC signal. Thus, the diffraction efficiency I of the diffraction grating is feedback controlled.

パワーメータ338dは、ビームスプリッタ338bにより分割された光を検出し、その結果を制御回路338aへ出力する。このパワーメータ338dは緩やかな光変化を捉えるものであり、実質的に入射光の直流成分を検出して制御回路338aに出力する。つまり、パワーメータ338dは、空間光変調器33を通過した0次光L0の直流成分を検出して制御回路338aに出力する。一方、制御回路338aは、パワーメータ338dから受信した値に基づいて電極333に印加する直流電圧Vdcを調整して、強誘電体基板11内部に形成される回折格子の回折効率Iのオフセットを減少させる。こうして、回折格子の回折効率Iのオフセットがフィードバック制御される。   The power meter 338d detects the light split by the beam splitter 338b and outputs the result to the control circuit 338a. The power meter 338d captures a gradual light change, and substantially detects a direct current component of incident light and outputs it to the control circuit 338a. That is, the power meter 338d detects the direct current component of the 0th-order light L0 that has passed through the spatial light modulator 33 and outputs the detected direct current component to the control circuit 338a. On the other hand, the control circuit 338a adjusts the DC voltage Vdc applied to the electrode 333 based on the value received from the power meter 338d to reduce the offset of the diffraction efficiency I of the diffraction grating formed inside the ferroelectric substrate 11. Let In this way, the offset of the diffraction efficiency I of the diffraction grating is feedback controlled.

以上のように第3実施形態では、回折効率Iのオフセットに関連する値として、0次光L0の直流成分をパワーメータ338dにより検出し、この検出値に基づいて回折効率Iのオフセットを調整するフィードバック制御が行なわれる。このような構成では、例えば、回折効率Iのオフセットが時間とともに変動するようなオフセットドリフトに対しても効果的に対応することができるため、回折効率Iのオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   As described above, in the third embodiment, the DC component of the zero-order light L0 is detected by the power meter 338d as a value related to the offset of the diffraction efficiency I, and the offset of the diffraction efficiency I is adjusted based on this detected value. Feedback control is performed. In such a configuration, for example, an offset drift in which the offset of the diffraction efficiency I fluctuates with time can be effectively dealt with. Modulation can be performed more appropriately.

また、回折効率Iのオフセット以外に、回折効率Iそのものがずれてしまう場合も想定される。これに対して、第3実施形態の変調部338は、回折格子の回折効率Iを調整する制御回路338aを有している。したがって、回折効率Iが所望の値よりもずれたとしても、回折効率Iを適正値に調整して、光変調を適切に実行することが可能となる。   In addition to the diffraction efficiency I offset, the diffraction efficiency I itself may be deviated. On the other hand, the modulation unit 338 of the third embodiment has a control circuit 338a that adjusts the diffraction efficiency I of the diffraction grating. Therefore, even if the diffraction efficiency I deviates from a desired value, it is possible to adjust the diffraction efficiency I to an appropriate value and appropriately perform light modulation.

特に、第3実施形態では、回折効率Iに関連する値として、空間光変調器33を通過した0次光L0の強度変化を高速応答センサ338cにより検出し、この検出値に基づいて回折効率Iを調整するフィードバック制御が行なわれる。このような構成では、例えば、回折効率Iが時間とともに変動するような場合に対しても効果的に対応することができるため、回折効率Iを適切なものとして、光変調をより適切に実行することが可能となる。   In particular, in the third embodiment, as a value related to the diffraction efficiency I, an intensity change of the 0th-order light L0 that has passed through the spatial light modulator 33 is detected by the high-speed response sensor 338c, and the diffraction efficiency I is based on the detected value. Feedback control is performed to adjust. In such a configuration, for example, since it is possible to effectively cope with a case where the diffraction efficiency I varies with time, the light modulation is performed more appropriately with the diffraction efficiency I being appropriate. It becomes possible.

その他
以上のように、上記実施形態では、パターン描画装置100が本発明の「描画装置」に相当し、空間光変調器33が本発明の「変調器」に相当し、光変調素子331が本発明の「光変調デバイス」に相当し、変調部338および露光制御部181が協働して本発明の「光変調デバイスの制御装置」として機能し、強誘電体基板11が本発明の「電気光学結晶」に相当し、露光制御部181と変調部338が協働して本発明の「制御部」として機能している。また、露光データ(図6)が本発明の「データ信号」に相当し、交流信号(図6)が本発明の「交流信号」に相当し、変調露光信号が本発明の「振幅変調信号」に相当している。また、変調部338が本発明の「オフセット調整機構」あるいは「回折効率調整機構」に相当している。また、パワーメータ338dが本発明の「第1ディテクタ」あるいは「第1センサ」に相当し高速応答センサ338cが本発明の「第2ディテクタ」あるいは「第2センサ」に相当している。
Others As described above, in the above embodiment, the pattern drawing device 100 corresponds to the “drawing device” of the present invention, the spatial light modulator 33 corresponds to the “modulator” of the present invention, and the light modulation element 331 is the main device. It corresponds to the “light modulation device” of the invention, and the modulation unit 338 and the exposure control unit 181 work together to function as the “light modulation device control device” of the present invention. The exposure control unit 181 and the modulation unit 338 cooperate to function as the “control unit” of the present invention. The exposure data (FIG. 6) corresponds to the “data signal” of the present invention, the AC signal (FIG. 6) corresponds to the “AC signal” of the present invention, and the modulated exposure signal corresponds to the “amplitude modulated signal” of the present invention. It corresponds to. The modulation unit 338 corresponds to the “offset adjustment mechanism” or the “diffraction efficiency adjustment mechanism” of the present invention. The power meter 338d corresponds to the “first detector” or “first sensor” of the present invention, and the high-speed response sensor 338c corresponds to the “second detector” or “second sensor” of the present invention.

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、上記第2、第3実施形態では、直流電圧Vdcを印加することで、回折効率Iのオフセットを調整していた。しかしながら、直流電圧Vcを印加する方法以外で、回折効率Iのオフセットを調整することもできる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the second and third embodiments, the offset of the diffraction efficiency I is adjusted by applying the DC voltage Vdc. However, the offset of the diffraction efficiency I can be adjusted by a method other than the method of applying the DC voltage Vc.

具体例を挙げれば、変調露光信号のデューティ比を変化させることによっても、回折効率Iのオフセットを調整することができる。この際、変調露光信号のデューティ比に対する回折効率Iのオフセットの変化を予め測定してテーブル形式等でメモリに記憶しておき、変調部338はこれを読み出した結果から変調露光信号のデューティ比を調整して、回折効率Iのオフセットを調整すれば良い。これによって、回折効率Iのオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   As a specific example, the offset of the diffraction efficiency I can also be adjusted by changing the duty ratio of the modulated exposure signal. At this time, a change in the offset of the diffraction efficiency I with respect to the duty ratio of the modulation exposure signal is measured in advance and stored in a memory in a table format or the like, and the modulation unit 338 calculates the duty ratio of the modulation exposure signal from the result of reading this. It is sufficient to adjust the offset of the diffraction efficiency I by adjusting. As a result, the offset of the diffraction efficiency I can be more reliably suppressed, and light modulation can be performed more appropriately.

また、第3実施形態に示したようにフィードバック制御を行なう場合には、パワーメータ338dの検出値に基づいて変調露光信号のデューティ比を変えて、回折効率Iのオフセットを調整すれば良い。このような構成では、例えば、回折効率Iのオフセットが時間とともに変動するようなオフセットドリフトに対しても効果的に対応することができるため、回折効率Iのオフセットをより確実に抑制して、光変調をより適切に実行することが可能となる。   When feedback control is performed as shown in the third embodiment, the offset of the diffraction efficiency I may be adjusted by changing the duty ratio of the modulated exposure signal based on the detection value of the power meter 338d. In such a configuration, for example, an offset drift in which the offset of the diffraction efficiency I fluctuates with time can be effectively dealt with. Modulation can be performed more appropriately.

あるいは、第3実施形態において、高速応答センサ338cの検出結果に基づいてオフセットを調整することもできる。つまり、この高速応答センサ338cは、空間光変調器33を通過した0次光L0の強度変化を検出するものであるため、この検出結果から0次光L0のデューティ比を求めることができる。したがって、この0次光L0のデューティ比に基づいて、変調露光信号のデューティ比を変えて、回折効率Iのオフセットを調整するように構成しても良い。   Alternatively, in the third embodiment, the offset can be adjusted based on the detection result of the high-speed response sensor 338c. That is, since the high-speed response sensor 338c detects a change in the intensity of the 0th-order light L0 that has passed through the spatial light modulator 33, the duty ratio of the 0th-order light L0 can be obtained from the detection result. Therefore, the offset of the diffraction efficiency I may be adjusted by changing the duty ratio of the modulated exposure signal based on the duty ratio of the 0th-order light L0.

なお、電気的光学結晶の具体的構成としては種々のものを採用可能であり、この具体的構成にに応じて光変調器の構成を変形することもできる。つまり、上記光学ヘッド3では、複数の電極333が形成された電極基板332に対し、強誘電体基板11を対向配置して光変調器33を構成していた。しかしながら、例えば図12に示すように強誘電体基板11の他方主面に複数の電極を配置し、変調部から各電極に駆動電圧を付与するように構成してもよい。   Various specific configurations of the electro-optic crystal can be adopted, and the configuration of the optical modulator can be modified according to the specific configuration. That is, in the optical head 3, the optical modulator 33 is configured by arranging the ferroelectric substrate 11 so as to face the electrode substrate 332 on which the plurality of electrodes 333 are formed. However, for example, as shown in FIG. 12, a plurality of electrodes may be arranged on the other main surface of the ferroelectric substrate 11, and a drive voltage may be applied to each electrode from the modulation section.

あるいは、例えば特開2009−020306号公報に記載されているような電気光学結晶を用いるように、光変調器を変形することもできる。図13および図14は光変調器の変形例を示す図であり、特に図13(a)はZX断面を示し、図13(b)はXY断面を示している。この光変調器が備える光変調素子331は、分極方向が一様な構造を有する強誘電体基板11の表面に、信号電極333aとグランド電極333bを交互に並べた構成を備えている。そして、変調部338が信号電極333aに有限の電圧V1を印加すると、信号電極333aグランド電極333bの間に図14の破線で示すような電界が発生じて、強誘電体基板11内部に周期的に屈折率分布が発生する。すなわち、屈折率n(+)を有する領域と屈折率n(−)を有する領域とが交互に並ぶ。   Alternatively, the optical modulator can be modified so as to use an electro-optic crystal as described in, for example, JP-A-2009-020306. FIGS. 13 and 14 are views showing modifications of the optical modulator, in particular, FIG. 13A shows a ZX section, and FIG. 13B shows an XY section. The light modulation element 331 provided in this light modulator has a configuration in which signal electrodes 333a and ground electrodes 333b are alternately arranged on the surface of the ferroelectric substrate 11 having a structure with a uniform polarization direction. When the modulation unit 338 applies a finite voltage V1 to the signal electrode 333a, an electric field as shown by a broken line in FIG. 14 is generated between the signal electrode 333a and the ground electrode 333b, and the ferroelectric substrate 11 is periodically formed. Refractive index distribution occurs in That is, regions having a refractive index n (+) and regions having a refractive index n (−) are alternately arranged.

したがって、上記実施形態で示したように、交流信号を露光データで振幅変調した変調露光信号を信号電極333aに印加することで、強誘電体基板11内部の屈折率分布は、反転を繰り返すことになる。そして、このような構成では、露光データに応じて変調露光信号の振幅を変化させることで、屈折率分布で構成される回折格子の回折効率Iを制御できるとともに、強誘電体基板11への電荷残留を解消させて回折効率Iのオフセットを抑え、適切な光変調が実現できる点は、上記実施形態と同様である。   Therefore, as shown in the above embodiment, the refractive index distribution inside the ferroelectric substrate 11 is repeatedly inverted by applying a modulation exposure signal obtained by amplitude-modulating an AC signal with exposure data to the signal electrode 333a. Become. In such a configuration, the diffraction efficiency I of the diffraction grating composed of the refractive index distribution can be controlled by changing the amplitude of the modulated exposure signal in accordance with the exposure data, and the charge to the ferroelectric substrate 11 can be controlled. Similar to the above-described embodiment, it is possible to eliminate the residual and suppress the offset of the diffraction efficiency I to realize appropriate light modulation.

また、上記実施形態では、絶縁層としてSiOを用いたが、酸化窒素膜(SiO)や酸化アルミニウム(Al)などの透明誘電体膜を用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the SiO 2 as the insulating layer may be a transparent dielectric film such as nitrogen oxide film (SiO x N y) or aluminum oxide (Al 2 O 3).

また、上記実施形態では、0次光L0を基板Wに照射してパターンを描画するパターン描画装置に本発明を適用した場合について説明した。しかしながら1次以上の回折光を基板Wに照射してパターンを描画するパターン描画装置に対しても本発明を適用可能である。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the pattern drawing apparatus that draws the pattern by irradiating the substrate W with the 0th-order light L0 has been described. However, the present invention is also applicable to a pattern drawing apparatus that draws a pattern by irradiating the substrate W with first-order or higher-order diffracted light.

また、上記実施形態では、矩形波を振幅変調して得られる矩形波状の変調露光信号を強誘電体基板11に印加していた。しかしながら、矩形波以外の例えば正弦波を振幅変調して得られる正弦波状の変調露光信号を強誘電体基板11に印加しても良い。   In the above embodiment, a rectangular wave-shaped modulated exposure signal obtained by amplitude-modulating a rectangular wave is applied to the ferroelectric substrate 11. However, for example, a sine wave-shaped modulated exposure signal obtained by amplitude-modulating a sine wave other than the rectangular wave may be applied to the ferroelectric substrate 11.

また、変調露光信号の周波数も上述のものに限られず、適宜変更が可能である。   Further, the frequency of the modulated exposure signal is not limited to that described above, and can be changed as appropriate.

また、図7では、屈折率分布の反転現象の理解を容易とするために、隣接するチャンネルに対して逆位相の変調画像信号を印加した制御を例示した。しかしながら、各チャンネルに印加する変調画像信号の関係がこれに限られず、描画すべき画像パターンに応じて適宜変形できることは言うまでも無い。   Further, in FIG. 7, in order to facilitate understanding of the reversal phenomenon of the refractive index distribution, the control in which the anti-phase modulated image signal is applied to the adjacent channel is illustrated. However, the relationship of the modulated image signal applied to each channel is not limited to this, and it is needless to say that it can be appropriately modified according to the image pattern to be drawn.

この発明は、電気光学結晶を用いた光変調器、当該光変調器を用いた描画装置、電気光学結晶で構成された光変調デバイスの制御装置あるいは電気光学結晶で構成された光変調デバイスの制御方法に適用することができる。   The present invention relates to a light modulator using an electro-optic crystal, a drawing apparatus using the light modulator, a control device for a light modulation device composed of an electro-optic crystal, or a control of a light modulation device composed of an electro-optic crystal. Can be applied to the method.

100…パターン描画装置
11…強誘電体基板
12…絶縁層
181…露光制御部
3…光学ヘッド
33…空間光変調器
331…光変調素子
333a…信号電極
333b…グランド電極
333…電極
338a…制御回路
338b…ビームスプリッタ
338c…高速応答センサ
338d…パワーメータ
338…変調部
36…ビームスプリッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Pattern drawing apparatus 11 ... Ferroelectric substrate 12 ... Insulating layer 181 ... Exposure control part 3 ... Optical head 33 ... Spatial light modulator 331 ... Light modulation element 333a ... Signal electrode 333b ... Ground electrode 333 ... Electrode 338a ... Control circuit 338b ... Beam splitter 338c ... High-speed response sensor 338d ... Power meter 338 ... Modulator 36 ... Beam splitter

Claims (22)

電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて前記回折格子の回折効率を変化させることで、前記回折格子によって光を変調する光変調器であって、
前記データ信号よりも高周波の交流信号を前記データ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、前記電気光学結晶に印加する制御部を備え、
前記振幅変調信号を受けた前記電気光学結晶の内部では、前記振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、前記交流信号に応じて変化することを特徴とする光変調器。
An optical modulator that modulates light by the diffraction grating by forming a diffraction grating by a refractive index distribution generated inside the electro-optic crystal and changing a diffraction efficiency of the diffraction grating according to a data signal,
A control unit that applies an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an alternating-current signal having a frequency higher than that of the data signal to the electro-optic crystal,
In the electro-optic crystal that has received the amplitude modulation signal, a refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal changes according to the AC signal.
前記交流信号は矩形波である請求項1に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the AC signal is a rectangular wave. 前記制御部は、前記回折格子の回折効率のオフセットを調整するオフセット調整機構を有する請求項1または2に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the control unit includes an offset adjustment mechanism that adjusts an offset of diffraction efficiency of the diffraction grating. 前記オフセット調整機構は、前記振幅変調信号に直流信号を加算して前記電気光学結晶に印加することで、前記オフセットを調整する請求項3に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 3, wherein the offset adjusting mechanism adjusts the offset by adding a direct current signal to the amplitude modulation signal and applying the DC signal to the electro-optic crystal. 前記オフセット調整機構は、前記交流信号のデューティ比を変化させることで、前記オフセットを調整する請求項3または4に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 3, wherein the offset adjustment mechanism adjusts the offset by changing a duty ratio of the AC signal. 前記オフセット調整機構は、前記オフセットに関連する値を検出する第1ディテクタを有するとともに、前記第1ディテクタの検出値に基づいて前記オフセットを調整するフィードバック制御を行なう請求項3ないし5のいずれか一項に記載の光変調器。   The offset adjustment mechanism includes a first detector that detects a value related to the offset, and performs feedback control that adjusts the offset based on a detection value of the first detector. The optical modulator according to item. 前記第1ディテクタは、前記オフセットに関連する値として、前記光変調器を通過した光の直流成分を検出する第1センサを有しており、
前記オフセット調整機構は、前記第1センサの検出値に基づいて前記オフセットを調整する請求項6に記載の光変調器。
The first detector has a first sensor that detects a direct current component of light that has passed through the optical modulator as a value related to the offset,
The optical modulator according to claim 6, wherein the offset adjustment mechanism adjusts the offset based on a detection value of the first sensor.
前記制御部は、前記回折格子の回折効率を調整する回折効率調整機構を有する請求項1ないし7のいずれか一項に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the control unit includes a diffraction efficiency adjustment mechanism that adjusts a diffraction efficiency of the diffraction grating. 前記回折効率調整機構は、前記振幅変調信号の振幅を変化させることで、前記回折効率を調整する請求項8に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 8, wherein the diffraction efficiency adjustment mechanism adjusts the diffraction efficiency by changing an amplitude of the amplitude modulation signal. 前記回折効率調整機構は、前記データ信号を変化させることで、前記振幅変調信号の振幅を変化させる請求項9に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 9, wherein the diffraction efficiency adjustment mechanism changes the amplitude of the amplitude modulation signal by changing the data signal. 前記回折効率調整機構は、前記交流信号の振幅を変化させることで、前記振幅変調信号を変化させる請求項9に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 9, wherein the diffraction efficiency adjusting mechanism changes the amplitude modulation signal by changing an amplitude of the AC signal. 前記回折効率調整機構は、前記回折効率に関連する値を検出する第2ディテクタを有するとともに、前記第2ディテクタの検出値に基づいて前記回折効率を調整するフィードバック制御を行なう請求項8ないし11のいずれか一項に記載の光変調器。   The diffraction efficiency adjusting mechanism includes a second detector for detecting a value related to the diffraction efficiency, and performs feedback control for adjusting the diffraction efficiency based on a detection value of the second detector. The optical modulator according to any one of the above. 前記第2ディテクタは、前記回折格子の回折効率に関連する値として、前記光変調器を通過した光の強度変化を検出する第2センサを有しており、前記第2センサの検出値に基づいて前記回折効率を調整する請求項12に記載の光変調器。   The second detector includes a second sensor that detects a change in the intensity of light that has passed through the optical modulator as a value related to the diffraction efficiency of the diffraction grating, and is based on a detection value of the second sensor. The optical modulator according to claim 12, wherein the diffraction efficiency is adjusted. 前記交流信号の周波数は、前記データ信号の周波数の2倍以上である請求項1ないし13のいずれか一項に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the frequency of the AC signal is twice or more the frequency of the data signal. 前記交流信号の周波数は、1[KHz]以上である請求項1ないし14のいずれか一項に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the frequency of the AC signal is 1 [KHz] or more. 前記電気光学結晶は、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶であり、
前記制御部は、前記電気光学結晶を挟んで設けられた2つの電極間に前記振幅変調信号を印加する請求項1ないし15のいずれか一項に記載の光変調器。
The electro-optic crystal is a ferroelectric crystal having a periodically poled structure,
The optical modulator according to claim 1, wherein the control unit applies the amplitude modulation signal between two electrodes provided with the electro-optic crystal interposed therebetween.
前記電気光学結晶は、分極方向が一様な構造を有する強誘電体結晶であり、
前記制御部は、前記電気光学結晶の同一面に設けられた2つの電極間に前記振幅変調信号を印加する請求項1ないし15のいずれか一項に記載の光変調器。
The electro-optic crystal is a ferroelectric crystal having a structure with a uniform polarization direction,
The optical modulator according to claim 1, wherein the control unit applies the amplitude modulation signal between two electrodes provided on the same surface of the electro-optic crystal.
前記電気光学結晶に設けられた前記電極には絶縁層を介して前記振幅変調信号が印加される請求項16または17に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 16 or 17, wherein the amplitude modulation signal is applied to the electrode provided in the electro-optic crystal via an insulating layer. 前記絶縁層は、二酸化ケイ素である請求項18に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 18, wherein the insulating layer is silicon dioxide. 被描画面に光を照射して描画を行なう描画装置であって、
請求項1ないし19のいずれか一項に記載の光変調器と、
前記光変調器の前記電気光学結晶に光を入射させる光源部と、
前記光変調器により変調されて前記電気光学結晶から射出した光を前記被描画面に導く光学系と
を備えたことを特徴とする描画装置。
A drawing apparatus that performs drawing by irradiating light on a drawing surface,
An optical modulator according to any one of claims 1 to 19,
A light source unit for making light incident on the electro-optic crystal of the light modulator;
A drawing apparatus comprising: an optical system that guides light emitted from the electro-optic crystal modulated by the light modulator to the drawing surface.
光変調デバイスが有する電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて前記回折格子の回折効率を変化させることで、前記回折格子によって光を変調する光変調デバイスの制御装置であって、
前記データ信号よりも高周波の交流信号を前記データ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、前記電気光学結晶に印加する制御部を備え、
前記振幅変調信号を受けた前記電気光学結晶の内部では、前記振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、前記交流信号に応じて変化することを特徴とする光変調デバイスの制御装置。
Light modulation that modulates light by the diffraction grating by forming the diffraction grating by the refractive index distribution generated inside the electro-optic crystal of the light modulation device and changing the diffraction efficiency of the diffraction grating according to the data signal A device controller,
A control unit that applies an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an alternating-current signal having a frequency higher than that of the data signal to the electro-optic crystal,
In the electro-optic crystal that has received the amplitude modulation signal, a refractive index distribution having a distribution according to the amplitude of the amplitude modulation signal changes according to the AC signal. apparatus.
光変調デバイスが有する電気光学結晶の内部に生じる屈折率分布によって回折格子を形成するとともに、データ信号に応じて前記回折格子の回折効率を変化させることで、前記回折格子によって光を変調する光変調デバイスの制御方法であって、
前記データ信号よりも高周波の交流信号を前記データ信号によって振幅変調させた振幅変調信号を、前記電気光学結晶に印加する工程を備え、
前記工程において前記振幅変調信号を受けた前記電気光学結晶の内部では、前記振幅変調信号の振幅に応じた分布を有する屈折率分布が、前記交流信号に応じて変化することを特徴とする光変調デバイスの制御方法。
Light modulation that modulates light by the diffraction grating by forming the diffraction grating by the refractive index distribution generated inside the electro-optic crystal of the light modulation device and changing the diffraction efficiency of the diffraction grating according to the data signal A device control method,
Applying an amplitude-modulated signal obtained by amplitude-modulating an AC signal having a frequency higher than that of the data signal to the electro-optic crystal,
In the electro-optic crystal that has received the amplitude modulation signal in the step, a refractive index distribution having a distribution corresponding to the amplitude of the amplitude modulation signal changes according to the AC signal. How to control the device.
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