JP2016051104A - 光機能デバイス、光変調器および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することができる光機能デバイス、当該光機能デバイスを用いた光変調器および露光装置を提供する。【解決手段】電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部を配列した第１分極反転領域を有する光機能デバイスであって、第１分極部の体積と第２分極部の体積とが略同一である。【選択図】図２

Description

この発明は、電界を受けることで分極の向きが互いに反対である分極対を発生させる光機能デバイス、当該光機能デバイスを用いた光変調器および露光装置に関するものである。

リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）やリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）等で構成された電気光学結晶基板に電界を与えると、電気光学効果が生じる。そこで、これを利用した光機能デバイスが従来より数多く提案されている。例えば、特許文献１では、分極反転構造を有する電気光学結晶基板に電界を与えることで基板内部に屈折率差を生じさせ、当該基板に入射された光との相互作用を発揮させる光機能デバイスが記載されている。より詳しくは、電気信号に応じて電気光学結晶基板に印加する電圧を制御することによって当該基板内部で発生する屈折率分布を回折格子として機能させて光を変調している。このように電気光学結晶基板を通過する光を電気信号に応じて形成される回折格子によって変調する発明が記載されている。

特開２０１２−２０８１９０号公報

ところで、上記光機能デバイスを光変調器として用いる場合、正電圧または負電圧を印加し続けることで一方向の電界が基板に与えられるが、これにより結晶内部に電荷が残留し、電荷の偏りが生じて回折効率の値が徐々に変化する現象、いわゆる「ＤＣドリフト現象」が発生することがあった。そこで、上記特許文献１では、正側および負側の両側に振動する電気信号を基板に印加する、つまりバイポーラ駆動方式を採用することで結晶内部への電荷の残留を解消している。

しかしながら、バイポーラ駆動方式では電気信号を光機能デバイスに与えて駆動するための駆動回路の大規模化を招いてしまう。また、電気信号を正側および負側の両側に振動させるために、電圧幅は広がり、変調速度を高めることが難しいという問題もあった。そこで、これらの問題を発生させることなく、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制する新たな技術が望まれている。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することができる光機能デバイス、当該光機能デバイスを用いた光変調器および露光装置を提供することを目的とする。

この発明の第１態様は、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部を配列した第１分極反転領域を有する光機能デバイスであって、第１分極部の体積と第２分極部の体積とが略同一であることを特徴としている。

また、この発明の第２態様は、光を変調する光変調器であって、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部を交互に第１周期で第１方向に配列される周期分極反転構造の第１分極反転領域を有する電気光学結晶基板と、第１分極反転領域の一方主面に設けられる第１電極と、第１分極反転領域を挟んで第１分極反転領域の一方主面と反対側の他方主面に設けられる第２電極と、第１電極と第２電極との間に電位差を与えて電界を第１分極反転領域に与えて回折格子を形成して光を変調する駆動部とを備え、第１分極部の体積と第２分極部の体積とが略同一であることを特徴としている。

さらに、この発明の第３態様は、露光装置であって、光源からの光を照射する照明光学系と、照明光学系から照射される光を変調する上記光変調器と、光変調器により変調された光を被露光部に投影する投影光学系とを備えることを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、光機能デバイスの第１分極反転領域では、第１分極部および第２分極部が配列されている。これらの分極部では、電界を受けている間にＤＣドリフトの原因となる電荷の偏りが生じるが、分極の向きが互いに反対であり、第１分極部および第２分極部での電荷の偏り方向（偏りの符号）も互いに反対となる。しかも、第１分極部３１１および第２分極部３１２の体積は略同一であるため、第１分極部および第２分極部での電荷の偏り量はほぼ等しくなる。そのため、第１分極部および第２分極部での電荷の偏りを互いに打ち消しあい、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することができる。

本発明にかかる光機能デバイスの第１実施形態を用いて形成される光変調器を装備する露光装置を示す図である。 本発明にかかる光機能デバイスの第１実施形態を用いて形成される光変調器を示す図である。 光変調器で用いられる電気光学結晶基板を模式的に示す斜視図である。 本発明にかかる光機能デバイスの第２実施形態を示す図である。 光機能デバイスにおける電気光学結晶基板、信号電極および配線の配置関係を模式的に示す図である。 本発明にかかる光機能デバイスの第３実施形態を示す図である。 本発明にかかる光機能デバイスの第４実施形態を示す図である。 本発明を適用可能な描画装置の一例を示す正面図である。 図８の描画装置の平面図である。 図８の描画装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１は本発明にかかる光機能デバイスの第１実施形態を用いて形成される光変調器を装備する露光装置を示す図である。また、図２は本発明にかかる光機能デバイスの第１実施形態を用いて形成される光変調器を示す図であり、同図（ａ）は光変調器の分解組立図であり、同図（ｂ）は光変調器の構成を示す図である。図３は光変調器で用いられる電気光学結晶基板を模式的に示す斜視図である。この露光装置１は、光機能デバイスを用いた光変調器を装備して基板Ｗなどの被露光部に対して光を照射して露光するものである。この露光装置１は、光源２１からの光を進行方向Ｚに照射する照明光学系２と、照明光学系２から照射される光を変調する光変調器３と、光変調器３により変調された光を基板Ｗ（被露光部）に投影する投影光学系４とを有している。

照明光学系２の光源２１としては、ガウス分布のビーム形状（ＴＥＭ_００基本横モード）を持つ通常のレーザ光源、面発光光源、点発光光源を複数配列した光源、あるいは半導体レーザを一次元に配列したレーザアレイ等を用いることができる。照明光学系２では、光源２１から射出された光が３枚のシリンドリカルレンズ２２〜２４を介して光変調器３に入射する。

これらのうちシリンドリカルレンズ２２はＸ方向にのみ負のパワーを有しており、シリンドリカルレンズ２２を通過した光は光軸ＯＡに垂直な光束断面が円形から次第にＸ方向に長い楕円形へと変化する。一方、光軸ＯＡおよびＸ方向に垂直なＹ方向に関して、シリンドリカルレンズ２２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２３はＸ方向にのみ正のパワーを有しており、シリンドリカルレンズ２２を通過した光はシリンドリカルレンズ２３によりビーム整形される。つまり、シリンドリカルレンズ２３を通過した光は、光束断面がＸ方向に長い一定の大きさの楕円形とされてシリンドリカルレンズ２４へと入射する。このシリンドリカルレンズ２４は、Ｙ方向にのみ正のパワーを有し、Ｙ方向のみに着目した場合には、図２（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ２４を通過した光ＬＩは集光しつつ光変調器３の電気光学結晶基板３１の（−Ｚ）側の端面（以下、「入射面」という）３１ａへと入射する。また、Ｘ方向に関しては、シリンドリカルレンズ２４から射出される光ＬＩは平行光として光変調器３の電気光学結晶基板３１に入射する。

光変調器３は、図２（ｂ）に示す駆動部３２から信号電極３３（図１、図２（ａ））に印加する電圧を調整することで電気光学結晶基板３１内に回折格子を形成し、光変調を行う。以下、図１、図２および図３を参照しつつ光変調器３の構成について説明する。

光変調器３では、５本の信号電極３３がベース部３４の上面に設けられている。これらの信号電極３３はいずれもＺ方向と平行な短冊形状を有しており、互いに所定間隔だけ離間しながらＸ方向に配列され、それぞれ独立して駆動部３２から配線３５を介して電圧印加を受ける。そして、これらの信号電極３３の上面に対して電気光学結晶基板３１の一方主面３１ｂが当接するように、電気光学結晶基板３１が配置される。

本実施形態では、電気光学結晶基板３１はスラブ形状のリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）（すなわち、ニオブ酸リチウムであり、ＬＮと略称される。）の単結晶にて形成されている。電気光学結晶基板３１では、図３に示すように、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部３１１および第２分極部３１２が交互に配列されており、電気光学結晶基板３１は分極反転構造を有している。この実施形態では、第１分極部３１１および第２分極部３１２はいずれも光Ｌの進行方向Ｚと平行に延びる帯状形状を有し、進行方向Ｚと直交する配列方向Ｘにおいて同一幅を有している。また、互いに隣接配列された第１分極部３１１および第２分極部３１２からなる分極対３１３が所定周期（周期Λ）で配列方向Ｘに配列されている。このように第１実施形態では、電気光学結晶基板３１の全体に分極対３１３が配列され、電気光学結晶基板３１全体が本発明の「第１分極反転領域」として機能する。

このように構成された電気光学結晶基板３１は、図２（ａ）中の右部分に示すように、その他方主面３１ｃが共通電極３６を介して支持プレート３７に支持されている。より詳しくは、支持プレート３７を上方（＋Ｙ方向側）より見ると、矩形形状を有しており、そのＺ方向幅は電気光学結晶基板３１と同一であるのに対してＸ方向長さは電気光学結晶基板３１よりも若干長くなっている。この支持プレート３７の下面全体には、共通電極３６が形成されている。そして、共通電極３６に電気光学結晶基板３１の他方主面３１ｃが取り付けられて中間構造体３８が作製された後で、当該中間構造体３８は、電気光学結晶基板３１の一方主面３１ｂが信号電極３３上に位置するように配置される。なお、本実施形態では、各信号電極３３および各分極対３１３はともにＺ方向と平行に延びた形状を有し、各信号電極３３上に分極対配列方向Ｘにて連続する３つの分極対３１３が位置するように配置される。信号電極３３および分極対３１３の位置関係がこれに限定されるものではなく、例えば各信号電極３３に２または４以上の分極対３１３が位置するように構成してもよい。

上記配置構成を採用した本実施形態では、電気光学結晶基板３１は５本の信号電極３３と共通電極３６とで挟まれている。これらの電極のうち共通電極３６は接地されている。このため、電気光学結晶基板３１内では、駆動部３２から所定電圧（０［Ｖ］以外の電圧）が印加されて電位差が発生すると、信号電極３３に対応する領域でのみ信号電極３３と共通電極３６の間で生じる電界により分極方位に従った屈折率変化が発生して回折格子が形成される。その結果、上記領域を進む光が電気光学結晶基板３１により回折され、回折光として電気光学結晶基板３１から射出される。一方、信号電極３３への電圧印加を行わない領域では電界は発生せず、当該領域を進む光はそのまま真っ直ぐに電気光学結晶基板３１内を直進して電気光学結晶基板３１から０次光（非回折光）として出射する。このように５本の信号電極３３に対する電圧印加をそれぞれ制御することで５チャンネル分の光変調を行うことが可能となっている。

図１に戻って露光装置１の構成説明を続ける。電気光学結晶基板３１の光の射出側（図１の右手側）に設けられた投影光学系４では、レンズ４１、アパーチャ板４２およびレンズ４３がこの順番で配置されている。レンズ４１の前側焦点は、電気光学結晶基板３１の射出端３１ｄの位置に設定され、レンズ４１の後側焦点にアパーチャ板４２が設けられており、電気光学結晶基板３１の射出端３１ｄから光軸ＯＡ（進行方向Ｚ）に平行に射出された０次光Ｌoはアパーチャ板４２のアパーチャ４２１を通過してレンズ４３に入射する。さらに、レンズ４３の前側焦点はアパーチャ板４２の位置に設定され、レンズ４３の後側焦点は基板Ｗの表面上に設定されており、０次光Ｌoはレンズ４３を介して基板Ｗの表面上に照射される。これに対して、電気光学結晶基板３１から射出された回折光は光軸ＯＡに対して傾いた状態で電気光学結晶基板３１から射出されるため、アパーチャ４２１を通過できずにアパーチャ板４２で遮蔽される。こうして、０次光Ｌoのみが基板Ｗの表面に照射され、基板Ｗに対する露光処理が実行される。

以上のように、第１実施形態では、図３に示すように、電気光学結晶基板３１は一定厚み（Ｙ方向高さ）を有する板形状に仕上げられ、当該電気光学結晶基板３１内に第１分極部３１１および第２分極部３１２はＸ方向に交互に配列されている。また、これら第１分極部３１１および第２分極部３１２は同一のＸ方向幅およびＺ方向長さを有している。したがって、第１分極部３１１および第２分極部３１２を上方側（＋Ｙ方向側）から見たときの面積は略同一であり、第１分極部３１１および第２分極部３１２の体積も略同一である。なお、「略同一」とは、電気光学結晶基板３１に分極部３１１、３１２を作り込む際にある程度のばらつきが生じることを考慮し、当該ばらつきが生じる不均一性の範囲内に含まれるという意味である。

このように構成された電気光学結晶基板３１を信号電極３３と共通電極３６とで挟み込み、駆動部３２により信号電極３３に所定電圧を印加すると、電気光学結晶基板３１の内部にＤＣドリフトの原因となる電荷の偏りが生じる。しかしながら、本実施形態では、電気光学結晶基板３１には、上記したように電圧を印加している領域の中に結晶軸の方位が反転する（周期）分極反転構造が設けられているため、結晶軸の向き（分極の方位）に応じて互いに反対符号の電荷の偏りが発生する。しかも、上記したように第１分極部３１１および第２分極部３１２の体積は略同一であり、電圧を印加したときの非分極反転領域と分極反転領域の体積は等しい。したがって、第１分極部３１１および第２分極部３１２のそれぞれで発生する電荷の偏りは、符号が反対で量が等しくなり、その結果、互いに打ち消しあい相殺される。よって、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することができる。

本実施形態では、電気光学結晶基板３１、信号電極３３および共通電極３６により本発明の「光機能デバイス」が構成され、当該光機能デバイスを駆動部３２と組み合わせることで光変調器３として機能させている。このため、光変調を適切に行うことができる。すなわち、ＤＣドリフト現象が生じると、信号電極３３に印加する電圧を０[Ｖ]に設定しているにもかかわらず、残留電荷による電界が電気光学結晶基板３１内に発生する。このため、回折格子の回折効率がゼロにならずオフセットを持ってしまうことがある。これに対し、第１実施形態にかかる光機能デバイス（＝電気光学結晶基板３１＋信号電極３３＋共通電極３６）を用いて光変調器３を構成すると、ＤＣドリフト現象を抑制することができ、回折格子の回折効率のオフセットを抑えることができ、良好な光変調が可能となる。

ところで、上記第１実施形態では、電気光学結晶基板３１全体に周期分極反転構造を形成し、本発明の「第１分極反転領域」として機能させているが、光機能デバイスとして機能する第１分極反転領域を電気光学結晶基板３１の一部にのみ形成してもよい。例えば信号電極３３に対応して第１分極反転領域を設けるとともに配線３５に対応して第１分極反転領域と異なる第２分極反転領域を設けてもよい。というのも、信号電極３３に電圧を印加するために配線３５と共通電極３６との間に発生する電界が第１分極反転領域に掛ると、信号電極３３と共通電極３６とで挟まれた結晶部分以外の結晶部分に回折格子が形成される可能性があるからである。そこで、次に説明するように、電気光学結晶基板３１に対し、第１分極反転領域と、第１分極反転領域と異なる第２分極反転領域とを設け、当該第２分極反転領域に配線３５が掛るように構成してもよい。以下、図４および図５を参照しつつ本発明の第２実施形態について説明する。

図４は本発明にかかる光機能デバイスの第２実施形態を示す図である。また、図５は図４の光機能デバイスにおける電気光学結晶基板、信号電極および配線の配置関係を模式的に示す図である。第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、電気光学結晶基板３１が第１分極反転領域３１ｅおよび第２分極反転領域３１ｆを含む点と、配線３５上に第２分極反転領域３１ｆに配置される点とである。なお、その他の構成および露光装置１への適用は基本的に第１実施形態と同様である。したがって、以下においては相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、図４に示すように、電気光学結晶基板３１の中央部分に第１分極反転領域３１ｅが形成されるとともに、第１分極反転領域３１ｅを取り囲むように額縁状の第２分極反転領域３１ｆが形成されている。第１分極反転領域３１ｅでは、第１実施形態と同様に、第１分極部３１１および第２分極部３１２からなる分極対３１３が配列方向Ｘに配列されて周期分極反転構造を形成している。一方、第２分極反転領域３１ｆでは、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第３分極部３１５および第４分極部３１５が交互に配列されており、互いに隣接配列された第３分極部３１４および第４分極部３１５からなる分極対３１６が分極対３１３の周期と異なる周期で、しかもＸ方向と直交するＹ方向に配列されている。

このように構成された電気光学結晶基板３１は、図４に示すように、その他方主面３１ｃが共通電極３６を介して支持プレート３７に支持されている。ここで、電気光学結晶基板３１、共通電極３６および支持プレート３７の形状、大きさおよび配置関係などは第１実施形態と同様であり、これらを一体化した中間構造体は次の配置関係で信号電極３３および配線３５上に配置される。すなわち、第１分極反転領域３１ｅ全体が信号電極３３上に位置するとともに第２分極反転領域３１ｆの一部が配線３５上に位置するように、電気光学結晶基板３１はベース部３４に対して配置される。なお、第２実施形態では、各信号電極３３は第１分極反転領域３１ｅの平面サイズに対応しサイズに仕上げられ、各信号電極３３および各分極対３１３はともにＺ方向と平行に延びた形状を有し、各信号電極３３上に分極対配列方向Ｘにて連続する３つの分極対３１３（図３参照）が位置するように配置される。

上記配置構成を採用した本実施形態では、電気光学結晶基板３１のうち第１分極反転領域３１ｅのみが５本の信号電極３３と共通電極３６とで挟まれている。そして、第１分極反転領域３１ｅ内では、駆動部３２から所定電圧（０［Ｖ］以外の電圧）が印加された信号電極３３に対応する領域でのみ信号電極３３と共通電極３６の間で生じる電界により分極方位に従った屈折率変化が発生して回折格子が形成される。その結果、入射光ＬＩのうち上記領域を進む光が電気光学結晶基板３１により回折され、回折光として電気光学結晶基板３１から射出される。このとき、第２分極反転領域３１ｆにおいて、上記信号電極３３を駆動部３２に電気的に接続するための配線３５と共通電極３６との間で電界が発生するが、上述のように第２分極反転領域３１ｆを構成する分極対３１６は、第１分極反転領域３１ｅ内の分極対３１３と異なる周期および配列方向を有しているため、上記電界により回折格子は形成されず、第２分極反転領域３１ｆを進む光はそのまま第１分極反転領域３１ｅに向かって直進する。つまり、配線３５と共通電極３６との間で発生する電界の影響を受けることなく、信号電極３３への電圧印加により光変調を良好に行うことができる。もちろん、信号電極３３への電圧印加を行わない場合には、信号電極３３と共通電極３６との間のみならず、配線３５と共通電極３６との間においても電界は発生せず、光はそのまま真っ直ぐに電気光学結晶基板３１内を直進して電気光学結晶基板３１から０次光（非回折光）として出射する。このように、配線３５と共通電極３６との間で発生する電界の影響を受けることなく、５本の信号電極３３に対する電圧印加をそれぞれ制御することで５チャンネル分の光変調を良好に行うことが可能となっている。

また、第２分極反転領域３１ｆにおいても、駆動部３２により配線３５を介して信号電極３３に所定電圧を印加すると、結晶内部にＤＣドリフトの原因となる電荷の偏りが生じるが、第１実施形態と同様の理由により、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することができる。つまり、第２分極反転領域３１ｆを構成する第３分極部３１４および第４分極部３１５の体積は略同一であり、電圧を印加したときの非分極反転領域と分極反転領域の体積は等しくなる。したがって、第３分極部３１４および第４分極部３１５のそれぞれで発生する電荷の偏りは、符号が反対で量が等しくなり、その結果、互いに打ち消しあい相殺される。

上記第２実施形態では、電気光学結晶基板３１の他方主面３１ｃの全体が共通電極３６を介して支持プレート３７に支持されるように構成されているが、図６に示す第３実施形態のように支持プレート３７の下面のうち第２分極反転領域３１ｆの（＋Ｚ）側端部および（−Ｚ）側端部と対向する部位への共通電極３６の形成を省略してもよい。このように構成した場合、配線３５と共通電極３６とが第２分極反転領域３１ｆの（−Ｚ）側端部を挟んで対向するのを回避することができ、配線３５と共通電極３６との間で発生する電界の影響をさらに抑えることができる。

上記したように、第１実施形態ないし第３実施形態では、第１分極部３１１および第２分極部３１２からなる分極対３１３の周期Λおよび配列方向Ｘがそれぞれ本発明の「第１周期」および「第１方向」の一例に相当している。また、第２実施形態および第３実施形態では、第３分極部３１４および第４分極部３１５からなる分極対３１６の周期および配列方向Ｙがそれぞれ本発明の「第２周期」および「第２方向」の一例に相当している。また、信号電極３３および共通電極３６がそれぞれ本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例に相当している。さらに、第２実施形態および第３実施形態では、電気光学結晶基板３１の一方主面３１ｂが本発明の「第１分極反転領域の一方主面」の一例に相当し、他方主面３１ｃが本発明の「第１分極反転領域の他方主面」の一例に相当している。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、第１分極反転領域の一方主面を信号電極３３上に直接配置することで信号電極３３を本発明の「第１電極」として機能させているが、第１分極反転領域の一方主面と第１電極とを直接接触させることは光機能を発揮させる上での必須構成事項ではなく、例えば絶縁層を介して第１電極上に第１分極反転領域を配置してもよい。この点に関しては、第１分極反転領域の他方主面と第２電極（共通電極３６）との配置関係についても同様である。

また、上記第２実施形態および第３実施形態では、配線３５と共通電極３６との間で発生する電界の影響を抑制して光を直進させるために、２つの条件を満足させている。つまり、第２分極反転領域３１ｆを構成する分極対３１６の周期（本発明の「第２周期」に相当）が第１分極反転領域３１ｅを構成する分極対３１３の周期（本発明の「第１周期」に相当）と異なるという第１条件と、分極対３１６の配列方向が分極対３１３の配列方向と異なるという第２条件とをともに満足させている。ただし、上記電界の影響を抑制するためには、いずれか一方のみを満足させてもよい。また、例えば図７に示すように分極対３１６を構成する第３分極部３１４および第４分極部３１５の比率が分極対３１３を構成する第１分極部３１１および第２分極部３１２の比率と異なるという第３条件を満足させてもよい。要は、上記第１条件ないし第３条件のうちの少なくとも一つを満足させればよい。

また、上記第２実施形態および第３実施形態では、第１分極反転領域３１ｅを取り囲むように第２分極反転領域３１ｆを形成しているが、第２分極反転領域３１ｆの構成はこれに限定されるものではない。すなわち、第１分極反転領域３１ｅに隣接して第２分極反転領域３１ｆを設け、第２分極反転領域３１ｆを配線３５上に配置するように構成することで第２実施形態および第３実施形態と同様の作用効果が得られる。ちなみに、このように配線３５と共通電極３６との間で発生する電界の影響を抑制するための構成については、分極対を構成する分極部が１：ｎ（ただし、ｎは１以外）の体積比で形成された光機能デバイスや光変調器などにも適用可能である。

また、上記実施形態では、光機能デバイス（＝電気光学結晶基板３１＋信号電極３３＋共通電極３６）を駆動部３２と組み合わせて光変調器３として機能させているが、当該光機能デバイスの適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば光偏向機能を発揮する光機能デバイスに対して適用してもよい。

また、上記実施形態では、上記光機能デバイスを用いた光変調器３を露光装置１に適用しているが、露光装置１については種々の装置に適用可能である。例えば、上記露光装置１をパターン描画装置に適用してもよく、この適用によって高精度なパターン描画が可能となる。以下、図８ないし図１０を参照しつつ本発明にかかる露光装置を用いたパターン描画の一例について説明する。

図８は本発明を適用可能な描画装置の一例を示す正面図である。図９は図８の描画装置の平面図である。図１０は図８の描画装置の電気的構成を示すブロック図である。描画装置は、プリアライメント処理された半導体ウエハなどの基板Ｗを処理ステージ１０１に搬送し、当該処理ステージ１０１で基板Ｗを保持したまま光を基板Ｗの表面に照射してパターンを描画する装置である。

描画装置は、露光ユニット１００、プリアライメントユニット２００、搬送ユニット３００およびデータ作成ユニット５００を有している。そして、これらのうち露光ユニット１００、プリアライメントユニット２００および搬送ユニット３００の主要構成要素が、本体フレーム６０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによって形成される本体内部に配置されている。

描画装置の本体内部は、処理領域６０２と受け渡し領域６０３とに区分されている。これらの領域のうち処理領域６０２には、主として、露光ユニット１００の主要構成である処理ステージ１０１、ステージ移動部１０２、ステージ位置計測部１０３、光学ユニット１０４、アライメント部１０５が配置されている。そして、露光ユニット１００の露光制御部１０６が露光ユニット１００の各部を制御することで光ビームを基板Ｗに露光してパターンを描画する。一方、受け渡し領域６０３には、図９に示すようにプリアライメントユニット２００および搬送ユニット３００が配置されている。プリアライメントユニット２００は、プリアライメント処理を行う。また、搬送ユニット３００は処理領域６０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボット３０１を有している。

また、描画装置の本体外部には、図８に示すようにアライメント部１０５に照明光を供給する照明部１０７が配置される。また、図８および図９への図示を省略しているが、同本体外部には上記露光制御部１０６およびデータ作成ユニット５００が配置されている。

さらに、描画装置の本体外部で、受け渡し領域６０３に隣接する位置には、キャリアＣを載置するためのキャリア載置部６０４が配置される。そして、搬送ロボット３０１がキャリアＣ、プリアライメントユニット２００および処理ステージ１０１にアクセスして基板Ｗを次のように搬送する。つまり、搬送ロボット３０１は、キャリア載置部６０４に載置されたキャリアＣに収容された未処理の基板Ｗを取り出し、プリアライメントユニット２００に搬入する。このプリアライメントユニット２００は、プリアライメント処理を行って基板Ｗの外周部に形成されるノッチＷａ（図９）が予め設定した基準方向に向くように基板Ｗを位置決めする。こうしてプリアライメント処理を受けた基板Ｗを当該プリアライメントユニット２００から処理ステージ１０１に搬送し、描画を行う。そして、描画終了後に描画処理済の基板Ｗを処理ステージ１０１からキャリアＣに搬出する。

処理ステージ１０１は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する保持部である。処理ステージ１０１の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を付与することによって、処理ステージ１０１上に載置された基板Ｗを処理ステージ１０１の上面に固定保持することができるようになっている。そして、処理ステージ１０１はステージ移動部１０２により移動させる。

ステージ移動部１０２は、処理ステージ１０１を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、及び回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に移動させる機構である。ステージ移動部１０２は、支持プレート１２２上で処理ステージ１０１を鉛直軸Ｚ回りに微小回転させる回転機構１２１と、支持プレート１２２を支持するベースプレート１２４と、支持プレート１２２を副走査方向Ｘに移動させる副走査機構１２３と、ベースプレート１２４を主走査方向Ｙに移動させる主走査機構１２５とを備える。副走査機構１２３および主走査機構１２５は露光制御部１０６からの指示に応じて処理ステージ１０１を移動させる。なお、このようなステージ移動部１０２としては、従来多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。

ステージ位置計測部１０３は、処理ステージ１０１の位置を計測する機構である。ステージ位置計測部１０３は、露光制御部１０６と電気的に接続されており、露光制御部１０６からの指示に応じて処理ステージ１０１の位置を計測する。ステージ位置計測部１０３は、例えば処理ステージ１０１に向けてレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉を利用して、処理ステージ１０１の位置を計測する機構により構成されているが、その構成動作はこれに限定されるものではない。

光学ユニット１０４は、２つの露光ヘッド１ａ、１ｂを有している。露光ヘッド１ａ、１ｂは図１に示す露光装置１と同一構成を有しており、光源２１から射出された光ビームをＣＡＤ（Computer
Aided Design）データで記述されたパターンに対応する描画データに基づき変調する。なお、ここでは、第１実施形態にかかる光機能デバイスを用いた露光装置を露光ヘッドとして用いているが、その他の実施形態にかかる光機能デバイスを用いた露光装置を用いてもよいことは言うまでもない。また、露光ヘッドの設置数はこれに限定されず任意である。

アライメント部１０５は基板Ｗの表面に形成されるアライメントマーク（図示省略）を撮像する。アライメント部１０５は、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサを有する撮像部１５１を備える。本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサとしてエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）を用いているが、これに限定されるものではない。また、アライメント部１０５は、図示しない昇降機構によって所定の範囲内で昇降可能に支持されている。

照明部１０７は鏡筒とファイバ７１を介して接続され、アライメント部１０５に対して照明用の光を供給する。照明部１０７から延びるファイバ１７１によって導かれる光は、撮像部１５１の鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれ、その反射光は、対物レンズを介してＣＣＤイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面が撮像されて撮像データが取得されることになる。撮像部１５１はマーク位置計測部１５２と電気的に接続されており、取得した撮像データをマーク位置計測部１５２に出力する。マーク位置計測部１５２は当該撮像データに基づいてアライメントマークの座標位置を求め、露光制御部１０６に出力する。

データ作成ユニット５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部５１０等を有するコンピュータで構成されており、露光制御部１０６とともに電装ラック内に配置されている。また、データ作成ユニット５００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、データ作成部５２０、アライメント座標導出部５３０およびラスタライズ部５４０が実現される。本実施形態では、基板Ｗの表面に重ね合わせて描画するパターンは外部のＣＡＤ等により生成されたベクトル形式の設計データで記述されており、その設計データがデータ作成ユニット５００に入力されると、記憶部５１０に書き込まれて保存される。そして、データ作成部５２０が設計データ５１１を補正して補正設計データを作成し、アライメント座標導出部５３０およびラスタライズ部５４０に送る。

アライメント座標導出部５３０は上記補正設計データに含まれるアライメントマークの座標を導出し、露光制御部１０６に送信する。これを受けて露光制御部１０６はアライメント部１０５によるアライメント処理を実行する。

ラスタライズ部５４０は、アライメント座標導出部５３０によるアライメントマークの座標導出処理および露光制御部１０６によるアライメント処理と並行して補正設計データをラスタライズしてランレングスデータ（描画データ）５１２を生成して記憶部５１０に保存する。そして、露光制御部１０６からのデータ要求に応じてランレングスデータ５１２が記憶部５１０から露光制御部１０６に出力され、当該ランレングスデータ５１２にしがたって基板Ｗの表面へのパターン描画が実行される。

上記のように構成された描画装置では、搬送ロボット３０１がキャリア載置部６０４に載置されたキャリアＣから基板Ｗを搬出し、プリアライメントユニット２００に搬送し、プリアライメント処理を行う。プリアライメント処理が完了すると、搬送ロボット３０１がプリアライメントユニット２００から処理ステージ１０１への基板Ｗの搬送を開始する。そして、基板搬送動作を行っている間に、データ作成ユニット５００がランレングスデータを作成する。

そして、搬送ロボット３０１により基板Ｗが処理ステージ１０１に載置されて基板Ｗのローディング動作が完了すると、露光制御部１０６はアライメント処理を行う。すなわち、ステージ移動部１０２により処理ステージ１０１が撮像部１５１の直下位置に移動して各アライメントマークを順番に撮像部１５１の撮像可能位置に位置決めし、撮像部１５１によるマーク撮像が実行される。この撮像部１５１から出力される画像信号はマーク位置計測部１５２により処理され、アライメントマークの処理ステージ１０１上の位置が正確に求められる。そして、これらの計測位置情報に基づき回転機構１２１が作動して処理ステージ１０１を基板Ｗの表面の面法線と平行な軸、つまり鉛直軸回りに微小回転させて基板Ｗの表面をパターン描画に適した向きにアライメント（位置合わせ）する。

アライメント処理が完了すると、露光制御部１０６はデータ作成ユニット５００に対してデータ要求を行い、記憶部５１０から読み出されるランレングスデータ５１２にしがたって基板Ｗの表面に対するパターン描画を行う。

以上のように、本発明にかかる光機能デバイスを装備する露光装置によって露光ヘッド１ａ、１ｂを構成しているため、ＤＣドリフト現象が抑制されて描画データに基づく光変調を良好に行うことができる。その結果、基板Ｗの表面にパターンを高精度に描画することができる。

この発明は、電界を受けることで分極の向きが互いに反対である分極対を発生させる光機能デバイス、当該光機能デバイスを用いた光変調器や露光装置全般に好適に用いることができる。

１…露光装置
１ａ、１ｂ…露光ヘッド（露光装置）
２…照明光学系
３…光変調器
４…投影光学系
３１ｅ…第１分極反転領域
３１ｆ…第２分極反転領域
３３…信号電極（第１電極）
３５…配線
３６…共通電極（第２電極）
３１１…第１分極部
３１２…第２分極部
３１３、３１６…分極対
３１４…第３分極部
３１５…第４分極部

Claims (11)

1. 電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部を配列した第１分極反転領域を有する光機能デバイスであって、
   前記第１分極部の体積と前記第２分極部の体積とが略同一であることを特徴とする光機能デバイス。
2. 請求項１に記載の光機能デバイスであって、
   前記第１分極反転領域は、前記第１分極部および前記第２分極部が交互に第１周期で第１方向に配列した周期分極反転構造を有する光機能デバイス。
3. 請求項２に記載の光機能デバイスであって、
   前記電界を受けて前記第１分極反転領域に回折格子が形成される光機能デバイス。
4. 請求項２または３に記載の光機能デバイスであって、
   前記第１分極反転領域に隣接して第２分極反転領域が形成され、
   前記第２分極反転領域は、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第３分極部および第４分極部を配列した、前記第１分極反転領域と異なる周期分極反転構造とを有し、
   前記第３分極部の体積と前記第４分極部の体積とが略同一である光機能デバイス。
5. 請求項４に記載の光機能デバイスであって、
   前記第２分極反転領域は、前記第３分極部および前記第４分極部を組み合わせた分極対を第２周期で第２方向に配列した分極反転構造を有し、
   前記第２周期が前記第１周期と異なるという第１条件と、前記第２方向が前記第１方向と異なるという第２条件と、前記分極対を構成する前記第３分極部および前記第４分極部の比率が前記第１分極部と前記第２分極部との比率と異なるという第３条件とのうち少なくとも一つを満足する光機能デバイス。
6. 光を変調する光変調器であって、
   電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部を交互に第１周期で第１方向に配列される周期分極反転構造の第１分極反転領域を有する電気光学結晶基板と、
   前記第１分極反転領域の一方主面に設けられる第１電極と、
   前記第１分極反転領域を挟んで前記第１分極反転領域の一方主面と反対側の他方主面に設けられる第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を与えて前記電界を前記第１分極反転領域に与えて回折格子を形成して前記光を変調する駆動部とを備え、
   前記第１分極部の体積と前記第２分極部の体積とが略同一であることを特徴とする光変調器。
7. 請求項６に記載の光変調器であって、
   前記第１分極反転領域に隣接して第２分極反転領域が形成され、
   前記第２分極反転領域は、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第３分極部および第４分極部を配列した、前記第１分極反転領域と異なる周期分極反転構造とを有し、
   前記第３分極部の体積と前記第４分極部の体積とが略同一である光変調器。
8. 請求項７に記載の光変調器であって、
   前記第１分極反転領域の一方主面側で、前記第１電極に電圧を印加するための配線が前記第２分極反転領域に設けられる光変調器。
9. 請求項８に記載の光変調器であって、
   前記第２電極は前記第１分極反転領域および前記第２分極反転領域を前記第１分極反転領域の他方主面側より覆うように設けられる光変調器。
10. 請求項８に記載の光変調器であって、
    前記第２電極は、前記第２分極反転領域を介して前記配線と対向するのを回避しながら少なくとも前記第１分極反転領域を前記第１分極反転領域の他方主面側より覆うように設けられる光変調器。
11. 光源からの光を照射する照明光学系と、
    前記照明光学系から照射される光を変調する請求項６ないし１０のいずれか一項に記載の光変調器と、
    前記光変調器により変調された光を被露光部に投影する投影光学系と
    を備えることを特徴とする露光装置。

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