JP6767813B2 - 光変調素子、空間光変調器および露光装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気光学結晶基板を用いて光を変調する光変調素子、当該光変調素子を用いた空間光変調器ならび当該空間光変調器を用いて露光処理を行う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の屈折率は、外部から与えられた電界に応じて変化する。そこで、特許文献１では、電気光学結晶基板の一方主面に複数の第１電極（本発明の「格子電極」に相当）を一列に配列するとともに、電気光学結晶基板を挟んで全第１電極と対向する第２電極（本発明の「共通電極」に相当）を電気光学結晶基板の他方主面に配置した光変調素子が提案されている。そして、当該光変調素子を用いた空間光変調器では、第２電極に接地電位を与える一方、第１電極毎に印加する電位を制御することで第１電極の個数と同じ数のチャンネルで光変調している。

特開２０１１−３９４１５号公報

ところで、上記した複数の第１電極に対して所望の電位を与えるために配線パターンを設ける必要がある（図１の（ａ）欄参照）。複数の第１電極は一列に配列されており、配線パターンも互いに平行して設けられることが多い。しかも、マルチチャンネル化に対応するために、互いに隣り合う第１電極の間隔は狭くなる傾向にある。このような技術背景から隣り合う第１電極や配線パターンの間でクロストークが発生し易いという問題があった。もちろん、第１電極（格子電極）の間隔を広げることでクロストークを抑制することは可能であるが、それでは高度なマルチチャンネル化に対応することができず、低解像度となってしまう。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、格子電極の間隔を広げることなく、クロストークの発生を抑制することができる光変調技術を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、光変調素子であって、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分極部を交互に配列した周期分極反転構造を有し、所定方向から光が入射される電気光学結晶基板と、 電気光学結晶基板の一方主面上で、第１格子電極と第１共通電極とが交互に所定方向と直交する電極配列方向に配列された第１電極群と、電気光学結晶基板の他方主面上で、電気光学結晶基板を挟んで第１格子電極および第１共通電極に対して第２共通電極および第２格子電極がそれぞれ対向して電極配列方向に配列された第２電極群と、を備え、複数の第１共通電極に第１の電位が与えられた状態で第２格子電極毎に外部から与えられる電位を応じて第２格子電極と第１共通電極の間で電界を発生させるとともに、複数の第２共通電極に第２の電位が与えられた状態で第１格子電極毎に外部から与えられる電位を応じて第２格子電極と第１共通電極の間で電界を発生させることで、周期分極反転構造内での回折効率を変更させて電気光学結晶基板を通過する光を変調することを特徴としている。

また、この発明の第２の態様は、空間光変調器であって、上記光変調素子と、電気光学結晶基板の一方主面に対向する第１対向面に第１電極群が形成された第１電極基板と、電気光学結晶基板の他方主面に対向する第２対向面に第２電極群が形成された第２電極基板と、複数の第１共通電極に第１の電位を与えるとともに、複数の第２共通電極に第２の電位を与え、複数の第１格子電極および複数の第２格子電極にそれぞれ独立して駆動電位を与えて電気光学結晶基板に入射される光を変調する駆動部と、を備え、第１電極基板は、駆動部から与えられる第１の電位を複数の第１共通電極に給電する第１共通配線パターンと、第１格子電極毎に設けられて駆動部から与えられる駆動電位を第１格子電極に給電する複数の第１駆動配線パターンとを有し、第１電極群が電気光学結晶基板の一方主面に当接するように配置され、第２電極基板は、駆動部から与えられる第２の電位を複数の第２共通電極に給電する第２共通配線パターンと、第２格子電極毎に設けられて駆動部から与えられる駆動電位を第２格子電極に給電する複数の第２駆動配線パターンとを有し、第２電極群が電気光学結晶基板の他方主面に当接するように配置されることを特徴としている。

さらに、この発明の第３の態様は、露光装置であって、上記空間光変調器と、光を出射する光源と、光源から出射された光を所定方向から電気光学結晶基板に入射する照明光学系と、空間光変調器から出射する光を被露光面に照射する投影光学系と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、第１格子電極および第１共通電極に対し、電気光学結晶基板を挟んで第２共通電極および第２格子電極をそれぞれ対向して配列し、第１格子電極と第２共通電極との間を通過する光を変調し、第２格子電極と第１共通電極との間を通過する光を変調するように構成している。このため、電極配列方向における格子電極の間隔を広げることなく、格子電極の間でのクロストークの発生を抑制することができる。

本発明にかかる光変調素子の一実施形態を説明するための図である。 電気光学結晶基板の光変調出力特性の一例を示すグラフである。 正電位を格子電極に印加したときの電気光学結晶基板からの出力を模式的に示す図である。 負電位を格子電極に印加したときの電気光学結晶基板からの出力を模式的に示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の第１実施形態を示す斜視図である。 図３に示す空間光変調器の構成を示す図である。 図３に示す空間光変調器を側方から見た模式図である。 格子電極、共通電極、駆動配線パターンおよび共通配線パターンを担持した電極基板の構成を模式的に示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態を示す側面図である。 図７に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図である。 図７に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態を示す側面図である。 図９に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図である。 図９に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の第４実施形態を示す側面図である。 図１１に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図である。 図１１に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の一実施形態を装備する露光装置の一例を模式的に示す斜視図である。 電気光学結晶基板の光変調出力特性の他の例を示すグラフである。 本発明にかかる空間光変調器の第５実施形態を示す図である。 図１５に示す空間光変調器の格子電極、共通電極および配線パターンの接続関係、ならびに電気光学結晶基板に印加される電界を模式的に示す図である。 本発明にかかる空間光変調器の第５実施形態と第６実施形態の相違点を示す図である。

Ａ．光変調素子
図１は本発明にかかる光変調素子の一実施形態を説明するための図であり、本実施形態にかかる光変調素子の構成および動作上の特徴を説明するために特許文献１に記載の光変調素子を併記している。同図の上段図面は光変調素子の構成を示す斜視図である。同図の中段図面は光変調素子の構成部品を分解して図示した平面図であり、光変調素子を構成する格子電極および共通電極に外部から電位を与えるための配線パターンを追加して記載している。さらに、同図の下段図面は光変調素子の断面構造および電界の作用する方向を模式的に示す図である。なお、同図の中段図面および下段図面では、格子電極と共通電極とを視覚的に区別するために、共通電極のドットを付している。

従来の光変調素子１は、同図中の（ａ）欄に示すように、薄板状またはスラブ状の電気光学結晶基板３と、電気光学結晶基板３の上方主面３ａ上で電極配列方向Ｘに配列された複数の格子電極５と、電気光学結晶基板３を挟んで全格子電極５と対向するように電気光学結晶基板３の下方主面３ｂ上に配置された共通電極７とを備えている。電気光学結晶基板３では、電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第１分極部および第２分極部が交互に配列されており、電気光学結晶基板３は周期分極反転構造を有している。また、電気光学結晶基板３では、第１分極部および第２分極部の結晶軸は互いに反対の向きを有しており、格子電極５と共通電極７の間で電位差を発生させて電界Ｅを周期分極反転構造内で生じさせると、周期分極反転構造のうち電界Ｅが生じた光変調領域１１での回折効率が変更される。このため、例えば共通電極７を接地するとともに配線パターン９を通じて格子電極５に与える電位を変化させることで、当該格子電極５と共通電極７とで挟まれた光変調領域１１の間を通過する光を変調することが可能となっている。

しかしながら、既に説明したように、電気光学結晶基板３の上方主面３ａ上で複数の格子電極５が互いに隣接して配置されているため、格子電極５や配線パターン９の間でクロストークは発生し易いという問題を従来例は有している。そこで、本実施形態では、次の解析に基づいて格子電極と同数の共通電極を用意し、電気光学結晶基板の上方主面および下方主面で格子電極と共通電極を交互に配置して上記問題を解決している。以下、従来例に対する解析内容および本実施形態にかかる光変調素子の構成を順次図１および図２Ａ〜図２Ｃを参照しつつ説明する。

図２Ａは電気光学結晶基板の光変調出力特性の一例を示すグラフであり、図２Ｂは正電位を格子電極に印加したときの電気光学結晶基板からの出力を模式的に示す図であり、図２Ｃは負電位を格子電極に印加したときの電気光学結晶基板からの出力を模式的に示す図である。従来より光変調素子に用いられている電気光学結晶基板３の多くは、例えば図２Ａに示すように印加電圧に対して対称な光変調出力特性を持っている。ここでは、共通電極７に対して接地電位Ｖcomを与える一方、格子電極５に印加する電圧を変動させることで格子電極５と共通電極７とに挟まれた光変調領域１１を通過してくる０次光の強度が変化する。より具体的には、印加電圧がゼロ、つまり格子電極５の電位が共通電極７と同電位であるときには、光変調領域１１に入射した光はそのまま光変調領域１１から出射するため、光変調出力は最大となる。一方、印加電圧が電圧ＶａまたはＶｂの場合、光変調出力は最小となる。これらの印加電圧Ｖａ、Ｖｂは共通電極７の電位Ｖcomから見て、逆極性で同一の電圧値である。つまり、次の関係、
Ｖａ＝−Ｖｂ
｜Ｅａ｜＝｜Ｅｂ｜
Ｅａ＝Ｖａ-Ｖcom
Ｅｂ＝Ｖｂ-Ｖcom
が成立している。

ここで、配線パターン９を介して格子電極５に与える変調信号として、例えば図２Ｂの上段グラフに示すように矩形波の印加電圧を与えた場合、光変調出力がゼロと最大強度Ｃ１との間で時間的に変化する。つまり、格子電極５の電位がゼロである間、光変調領域１１から最大強度の０次光が出射してくる。逆に、格子電極５の電位がＶａであるときに、光変調領域１１内で電界Ｅａが発生し、光変調領域１１からは回折光（図示省略）が出射し、０次光の光強度はゼロとなる。一方、逆極性の矩形波電圧を格子電極５に印加すると、図２Ｂと図２Ｃとの対比から明らかなように、印加電圧波形は極性が異なっているが、得られる光変調出力は同じであり、光変調特性の対称性を示している。したがって、光変調領域１１毎に極性が交互に入れ替わったとしても、電気光学結晶基板３が対称な光変調出力特性を有する場合には、同じ光変調出力が得られる。

そこで、本願発明者は、図１中の（ｂ）欄に示すような構成を有する光変調素子２を創作した。この光変調素子２は、対称な光変調特性を有する電気光学結晶基板４を用いている点で従来例と共通するが、電気光学結晶基板４に対して電界を与えるための具体的な電極構造が大きく相違している。すなわち、本実施形態にかかる光変調素子２では、電気光学結晶基板４の上方主面４ａ上で格子電極６ａと共通電極８ａとが交互に電極配列方向Ｘに配列され、これらによって第１電極群１０ａが構成されている。また、電気光学結晶基板４の下方主面４ｂ上で格子電極６ｂと共通電極８ｂとが電気光学結晶基板４を挟んでそれぞれ格子電極６ａおよび共通電極８ａと対向するように配置され、これらによって第２電極群１０ｂが構成されている。このように、本実施形態では、電気光学結晶基板４の上方主面４ａ、格子電極６ａおよび共通電極８ａがそれぞれ本発明の「電気光学結晶基板の一方主面」、「第１格子電極」および「第１共通電極」の一例に相当している。また、電気光学結晶基板４の下方主面４ｂ、格子電極６ｂおよび共通電極８ｂがそれぞれ本発明の「電気光学結晶基板の他方主面」、「第２格子電極」および「第２共通電極」の一例に相当している。

また、本実施形態では、電気光学結晶基板４の上方主面４ａ上で複数の格子電極６ａが配置されているが、それらは１対１で対応するように駆動配線パターン１２ａと接続されており、外部（後で説明する空間光変調器の駆動部）から駆動配線パターン１２ａを介して格子電極６ａに駆動電位が給電される。このように、駆動配線パターン１２ａと格子電極６ａとで構成された導電部１４ａを介して上記駆動電位を反映した変調信号が印加されるように構成されている。この点については、電気光学結晶基板４の下方主面４ｂ側でも同様である。つまり、複数の格子電極６ｂは１対１で対応するように駆動配線パターン１２ｂと接続されており、駆動配線パターン１２ｂと格子電極６ｂとで構成された導電部１４ｂを介して外部から変調信号が印加されるように構成されている。一方、共通電極８（８ａ、８ｂ）は共通配線パターン１６によって相互に電気的に接続されるとともに接地され、接地電位Ｖcomが与えられている。このように、本実施形態では、駆動配線パターン１２ａおよび導電部１４ａがそれぞれ本発明の「第１駆動配線パターン」および「第１導電部」の一例に相当し、駆動配線パターン１２ｂおよび導電部１４ｂがそれぞれ本発明の「第２駆動配線パターン」および「第２導電部」の一例に相当している。また、共通電極８ａを上方電極基板２４で接続する共通配線パターン１６が本発明の「第１共通配線パターン」の一例に相当し、共通電極８ｂを下方電極基板２６で接続する共通配線パターン１６が本発明の「第２共通配線パターン」の一例に相当している。

このように構成された光変調素子２では、複数の格子電極が電気光学結晶基板４の上方主面４ａと下方主面４ｂとに交互に振り分けて配置されている点で従来例と相違するものの、電極配列方向（図１の中段図面における上下方向）における格子電極の数は従来例と同一となっている。そして、電気光学結晶基板４を挟んで格子電極６ａと共通電極８ｂとが互いに対向し、それらの電極６ａ、８ｂに挟まれた光変調領域１８ａの間を通過する光を格子電極６ａに印加する電圧に応じて変調することが可能となっている。また、電気光学結晶基板４を挟んで格子電極６ｂと共通電極８ａとが互いに対向し、それらの電極６ｂ、８ａに挟まれた光変調領域１８ｂの間を通過する光を格子電極６ｂに印加する電圧に応じて変調することが可能となっている。したがって、電気光学結晶基板４の上方主面４ａ側では、導電部１４ａ（＝格子電極６ａ＋駆動配線パターン１２ａ）が電極配列方向に複数本配列されているが、各導電部１４ａ（＝格子電極６ａ＋駆動配線パターン１２ａ）は共通電極８ａや共通配線パターン１６で挟まれるように配置されている。この点については、電気光学結晶基板４の下方主面４ｂ側でも同様である。つまり、各導電部１４ｂ（＝格子電極６ｂ＋駆動配線パターン１２ｂ）は共通電極８ｂや共通配線パターン１６で挟まれるように配置されている。その結果、電極配列方向Ｘにおける格子電極６ａ、６ｂの間隔を広げることなく、クロストークの発生を効果的に抑制することができる。

Ｂ．空間光変調器
次に、上記のように構成された光変調素子を用いた空間光変調器について説明する。図３は本発明にかかる空間光変調器の第１実施形態を示す斜視図である。また、図４は図３に示す空間光変調器の構成を示す図である。さらに、図５は図３に示す空間光変調器を側方から見た模式図である。この空間光変調器２０Ａは、光変調素子２２（図５）と、上方電極基板２４と、下方電極基板２６と、光変調素子２２の格子電極に変調信号を与えて光変調を行う駆動部２８とを備えている。この空間光変調器２０Ａは、図３および図５に示すように、Ｙ方向から入射される光ＬをＸ方向において空間的に８チャンネルに分けて光変調する装置であり、チャンネル数が多くなっている点を除き、図１中の（ｂ）欄に記載された光変調素子２と基本的に同一な構成を有する光変調素子２２を用いている。したがって、当該光変調素子２２を構成する各部については、先に説明した光変調素子２のそれらと同一の符号を付し、具体的な構成説明については省略する。この点については、後で説明する実施形態においても同様である。

光変調素子２２は８つの格子電極を有しており、それらを４つの格子電極６ａと４つの格子電極６ｂとに分け、それぞれを電気光学結晶基板４の上方主面４ａおよび下方主面４ｂに配置している。このような構成を達成するために、本実施形態では、２つの電極基板２４、２６が設けられている。すなわち、電気光学結晶基板４の上方主面４ａに対して格子電極６ａと共通電極８ａとを接続するために上方電極基板２４が設けられるとともに、下方主面４ｂに対して格子電極６ｂと共通電極８ｂとを接続するために下方電極基板２６が設けられている。

図６は、格子電極、共通電極、駆動配線パターンおよび共通配線パターンを担持した電極基板の構成を模式的に示す図である。同図の中段図面は上方電極基板２４および下方電極基板２６の断面図であり、同図面における符号３０ａ、３０ｂはそれぞれ上方電極基板２４および下方電極基板２６に取り付けられる雄コネクタを示している。また、上段図面は上方電極基板２４および下方電極基板２６の上面図を示し、同図面における符号３４は下方電極基板２６の上方主面２６ａに当接するスペーサを示している。さらに、下段図面は上方電極基板２４および下方電極基板２６の下面図を示し、同図面における符号３４は上方電極基板２４の下方主面２４ｂに当接するスペーサを示している。

上方電極基板２４は、図６の（ａ）欄に示すように、格子電極６ａと共通電極８ａとを交互にＸ方向に配列した状態で電極群１０ａ（＝電極６ａ、８ａ、６ａ、８ａ、６ａ、８ａ、６ａ、８ａ）を下方主面２４ｂに担持している。また、各格子電極６ａは駆動配線パターン１２ａによってコネクタ取付端子３２ａと電気的に接続されて導電部１４ａを構成している。本実施形態では、上方電極基板２４において４つの導電部１４ａが共通電極８ａの配置スペースを空けて互いに離間して形成されている。なお、この実施形態では、上方電極基板２４の上方主面２４ａに雄コネクタ３０ａを取り付けているため、駆動配線パターン１２ａは上方電極基板２４に設けられたスルーホールやビアなどを介して下方主面２４ｂから上方主面２４ａにかけて延設されている。

また、上方電極基板２４では、共通配線パターン１６が駆動配線パターン１２ａと同様にして設けられ、共通電極８ａを相互に電気的に接続している。しかも、図６の（ａ）欄の下段図面に示すように、共通電極８ａ、８ｂおよび共通配線パターン１６が各導電部１４ａ（＝格子電極６ａ＋駆動配線パターン１２ａ）の周囲を取り囲んでいる。

下方電極基板２６は、図６の（ｂ）欄に示すように、格子電極６ｂと共通電極８ｂとの配列順序が上方電極基板２４のそれに対してＸ方向に１つシフトしている点を除き、基本的に上方電極基板２４と同様の構成を有している。すなわち、下方電極基板２６は、格子電極６ｂと共通電極８ｂとを交互にＸ方向に配列した状態で電極群１０ｂ（＝電極８ｂ、６ｂ、８ｂ、６ｂ、８ｂ、６ｂ、８ｂ、６ｂ）を上方主面２６ａに担持している。このため、次に説明するように電気光学結晶基板４を上方電極基板２４の下方主面２４ｂと下方電極基板２６の上方主面２６ａとで挟み込むと、電気光学結晶基板４を挟んで格子電極６ａと共通電極８ｂとが対向するとともに格子電極６ｂと共通電極８ａとが対向する。

このように構成された上方電極基板２４および下方電極基板２６は、それぞれ電気光学結晶基板４の上方側および下方側に配置され、スペーサ３４を介して相互に一体化され、これによって電気光学結晶基板４の上方主面４ａおよび下方主面４ｂに電極群１０ａ、１０ｂがそれぞれ配置される。また、上方電極基板２４および下方電極基板２６にそれぞれ設けられたコネクタ取付端子３２ａ、３２ｂに雄コネクタ３０ａ、３０ｂが取り付けられ、さらに雄コネクタ３０ａ、３０ｂに雌コネクタ３６ａ、３６ｂを取り付けることで電極群１０ａ、１０ｂが駆動部２８と電気的に接続される。この駆動部２８は、共通電極８ａ、８ｂに接地電位Ｖcomを与え、各格子電極６ａ、６ｂに対して独立して変調信号を与えることで格子電極の電位を制御する。これによって、入射光Ｌを空間的に光変調することが可能となっている。このように、本実施形態では、上方電極基板２４の下方主面２４ｂおよび下方電極基板２６の上方主面２６ａがそれぞれ本発明の「第１対向面」および「第２向面」の一例に相当している。また、共通電極８ａに与えられる接地電位Ｖcomが本発明の「第１の電位」に相当し、共通電極８ｂに与えられる接地電位Ｖcomが本発明の「第２の電位」に相当しており、両者は同一の値となっている。

以上のように、空間光変調器２０Ａでは、図１の（ｂ）欄に記載された光変調素子２と同一な構成を有する光変調素子２２を用いているため、電極配列方向Ｘにおける格子電極６ａ、６ｂの間隔を広げることなく、つまり高い解像度を維持しながらクロストークの発生を抑制して安定した空間光変調を行うことができる。また、図６に示すように、共通電極８ａ、８ｂおよび共通配線パターン１６が導電部１４ａ（＝格子電極６ａ＋駆動配線パターン１２ａ）および導電部１４ｂ（＝格子電極６ｂ＋駆動配線パターン１２ｂ）の各々の周囲を取り囲んでいるため、クロストークをさらに良好に抑制することが可能となっている。

図７は本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態を示す側面図である。また、図８Ａは図７に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図であり、図８Ｂは図７に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。この空間光変調器２０Ｂが空間光変調器２０Ａと大きく相違する点は、チャンネル数が倍増している点と、光Ｌが上方から空間光変調器２０Ｂに入射される点とであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。

この空間光変調器２０Ｂでは、上方電極基板２４の中央部に貫通孔２４ｃが上下方向に設けられており、当該貫通孔２４ｃを介して光Ｌが空間光変調器２０Ｂに入射する。また、下方電極基板２６の上方主面２６ａのうち貫通孔２４ｃの鉛直直下領域に折り返しミラー３８が配置されており、貫通孔２４ｃを介して入射してきた光Ｌを電気光学結晶基板４に案内する。この第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。つまり、高い解像度を維持しながらクロストークの発生を抑制して安定した空間光変調を行うことができる。また、共通電極８ａ、８ｂおよび共通配線パターン１６による導電部１４ａ、１４ｂの囲い込みによってクロストークをさらに良好に抑制することが可能となっている。

また、第２実施形態では上方電極基板２４の貫通孔２４ｃを介して光Ｌを入射させているため、第１実施形態よりも有利な作用効果が得られる。すなわち、第１実施形態にかかる空間光変調器２０Ａでは、上方電極基板２４と下方電極基板２６との間に介挿されたスペーサ３４により規定される隙間を介して光Ｌを入射している。このため、光Ｌの入射経路が設定から少し外れただけで光Ｌが上方電極基板２４や下方電極基板２６に入射してしまい、いわゆるケラレが発生して良好な空間光変調を行うことが困難となることがある。また、入射経路の調整も容易ではない。これに対し、第２実施形態では、貫通孔２４ｃの位置、形状および大きさなどに特段の制約がなく、折り返しミラー３８の位置調整によって光Ｌの入射経路を比較的容易に調整することができる。したがって、第２実施形態にかかる空間光変調器２０Ｂは第１実施形態よりも組立性やメンテナンス性に優れているといえる。

図９は本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態を示す側面図である。また、図１０Ａは図９に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図であり、図１０Ｂは図９に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。この空間光変調器２０Ｃが空間光変調器２０Ａと大きく相違する点は、チャンネル数が倍増している点と、上方電極基板２４の入射側端部２４ｄが上方に跳ね上がるとともに下方電極基板２６の入射側端部２６ｄが下方に跳ね下がることで空間光変調器２０Ｃの入射側が大きく開口している点とであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。

この空間光変調器２０Ｃでは、入射側が大きく開口しているため、上方電極基板２４の入射側端部２４ｄや下方電極基板２６の入射側端部２６ｄでの入射光Ｌのケラレが発生するのを効果的に防止することができる。そのため、第２実施形態と同様に、第３実施形態にかかる空間光変調器２０Ｃは第１実施形態よりも組立性やメンテナンス性に優れているといえる。

図１１は本発明にかかる空間光変調器の第４実施形態を示す側面図である。また、図１２Ａは図１１に示す空間光変調器の上方電極基板の構成を示す図であり、図１２Ｂは図１１に示す空間光変調器の下方電極基板の構成を示す図である。この空間光変調器２０Ｄが空間光変調器２０Ａと大きく相違する点は、チャンネル数が倍増している点と、上方電極基板２４の（−Ｙ）方向端部と下方電極基板２６の（＋Ｙ）方向端部とで電気光学結晶基板４を挟み込んで保持している点と、光Ｌを上方から入射するとともに０次光を下方に取り出すように構成している点とである。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。

この空間光変調器２０Ｄでは、上方電極基板２４の下方主面２４ｂの（−Ｙ）方向端に電極群１０ａが設けられ、電気光学結晶基板４の上方主面４ａと電気的に接続されるとともに、下方電極基板２６の上方主面２６ａの（＋Ｙ）方向端に電極群１０ｂが設けられ、電気光学結晶基板４の下方主面４ｂと電気的に接続されている。また、上方電極基板２４の下方主面２４ｂの中央部に折り返しミラー４０が設けられ、上方から照射される光Ｌを電気光学結晶基板４に案内する。さらに、下方電極基板２６の下方主面２６ｂの中央部に折り返しミラー４２が設けられ、電気光学結晶基板４から出射してきた０次光を下方に案内して空間光変調器２０Ｄから取り出す。

このように構成された空間光変調器２０Ｄによれば、第１実施形態に比べてＹ方向におけるサイズは大きくなるものに、入射側および出射側がともに大きく開口しているため、入射光Ｌのケラレを確実に防止することができる。また、メンテナンスや組立性にも優れている。

Ｃ．露光装置
次に、上記のように構成された空間光変調器を用いて露光処理を行う露光装置の一実施形態について図１３を参照しつつ説明する。

図１３は、本発明にかかる空間光変調器の一実施形態を装備する露光装置の一例を模式的に示す斜視図である。同図では、露光装置１０２の光軸ＯＡが一点鎖線で示され、光の経路が破線で示され、光の断面が梨地で示されている。同図に示すように、露光装置１０２は、本発明にかかる空間光変調器の一実施形態である空間光変調器２０Ａにより変調した光を露光対象である基板Ｗに照射する。この露光装置１０２では、光源１０６からの光が照明光学系１０８を介して空間光変調器２０Ａに入射する。そして、空間光変調器２０Ａが光変調を行い、変調光を出射する。さらに、この変調光は投影光学系１１０を介して基板Ｗに照射される。

光源１０６は、所定の波長（例えば、８３０、６３５、４０５、あるいは、３５５ナノメートル（ｎｍ））のレーザ光を出射する半導体レーザなどにより構成されている。例えば、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を使用することができる。

照明光学系１０８は、光源１０６から出射された光を空間光変調器２０Ａの電気光学結晶基板４（図５参照）の形状に合わせてＸ方向に伸びる光Ｌを形成する。そして、この光Ｌが空間光変調器２０Ａの電気光学結晶基板４に入射する。一方、空間光変調器２０Ａの駆動部２８（図４や図５参照）は画像データなどに基づいて変調信号を作成し、空間光変調器２０Ａの格子電極６ａ、６ｂ（図６参照）に与える。このため、変調信号により光Ｌが変調され、変調光が空間光変調器２０Ａから出射される。

この空間光変調器２０Ａの出射側に設けられた投影光学系１１０では、レンズ１１２、アパーチャ１１４およびレンズ１１６がこの順番で配置されている。レンズ１１２の前側焦点は、空間光変調器２０Ａの出射面（電気光学結晶基板４の（＋Ｙ）方向側の端面）の位置に設定され、レンズ１１２の後側焦点にアパーチャ１１４が設けられており、空間光変調器２０Ａの出射面から光軸ＯＡ（光進行方向Ｙ）に平行に出射された変調光はアパーチャ１１４を通過してレンズ１１６に入射する。さらに、レンズ１１６の前側焦点はアパーチャ１１４の位置に設定され、レンズ１１６の後側焦点はステージ（図示省略）に保持された基板Ｗの表面上に設定されており、変調光はレンズ１１６を介して基板Ｗの表面上に照射される。これに対して、空間光変調器２０Ａから出射された回折光は、光軸ＯＡに対して傾いた状態で空間光変調器２０Ａから出射されるため、アパーチャ１１４を通過できずに遮蔽される。このため、上記画像データに対応した画像が本発明の「被露光面」の一例に相当する基板Ｗの表面に露光される。

このように図１３に示す露光装置１０２では、上記空間光変調器２０Ａを用いて露光処理を行うため、画像データに対応する変調信号が空間光変調器２０Ａの格子電極６ａ、６ｂに確実に与えられ、画像データを正確に反映した画像を基板Ｗの表面に良好に描画することが可能となっている。

Ｄ．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、例えば図２Ａに示すような対称な光変調特性を有する電気光学結晶基板４を用いて光変調素子２および空間光変調器２０Ａ〜２０Ｄを構成しているが、例えば図１４に示すように非対称な光変調特性を有する電気光学結晶基板を用いて光変調素子や空間光変調器を構成してもよい。以下、図１４ないし図１６を参照しつつ光変調素子の構成および動作について説明する。

図１４は電気光学結晶基板の光変調出力特性の他の例を示すグラフである。この電気光学結晶基板は同図に示すように非対称な光変調特性を有している。この場合、共通電極に与える電位を２種類に分けるとともに格子電極６ａ、６ｂに与える電位を後述するように制御することでクロストークを抑制しながら光変調を行うことができる。以下、図１４に示す光変調出力特性を有する電気光学結晶基板を用いた光変調素子、ならびに当該光変調素子によって１６チャンネルの光変調を行う空間光変調器を例示して説明する。

図１５は本発明にかかる空間光変調器の第５実施形態を示す図である。また、図１６は図１５に示す空間光変調器の格子電極、共通電極および配線パターンの接続関係、ならびに電気光学結晶基板に印加される電界を模式的に示す図である。この空間光変調器２０Ｅは、共通電極８ａ、８ｂに対して互いに異なる第１共通電位Ｖcom1（接地電位）、第２共通電位Ｖcom2（＞Ｖcom1）をそれぞれ与えるように構成している点と、駆動部２８が上方電極基板２４に設けられる格子電極６ａに与える信号を生成する第１駆動回路２８１と下方電極基板２６に設けられる格子電極６ｂに与える信号を生成する第２駆動回路２８２とを有している点とで第１実施形態にかかる空間光変調器２０Ａと相違している。ただし、その他の構成は空間光変調器２０Ａと基本的に同一である。

このように構成された空間光変調器２０Ｅでは、駆動部２８が、共通配線パターン１６ａを介して共通電極８ａに第１共通電位Ｖcom1を与えるとともに、共通配線パターン１６ｂを介して共通電極８ｂに第２共通電位Ｖcom2を与えている。また、第１駆動回路２８１が第１共通電位Ｖcom1以上かつ第２共通電位Ｖcom2以下の範囲内で各格子電極６ａに与える電位を決定し、その電位レベルの変調信号を生成する。第２駆動回路２８２が第１共通電位Ｖcom1以上かつ第２共通電位Ｖcom2以下の範囲内で各格子電極６ｂに与える電位を決定し、その電位レベルの変調信号を生成する。そして、第１駆動回路２８１および第２駆動回路２８２から変調信号が出力されて光変調が行われる。

例えば図１６の右欄の最上部に示すように、電位Ｖcom1が与えられている共通電極８ａに対向する格子電極６ｂに、第２駆動回路２８２から電位Ｖｂが与えられると、当該共通電極８ａと格子電極６ｂとで挟まれた光変調領域１８ｂに印加される電界Ｅ１は、
Ｅ１＝Ｖｂ−Ｖcom1
となる。また、同欄の最下部に示すように、電位Ｖcom2が与えられている共通電極８ｂに対向する格子電極６ａに、第１駆動回路２８１から電位Ｖａが与えられると、当該共通電極８ｂと格子電極６ａとで挟まれた光変調領域１８ａに印加される電界Ｅ２は、
Ｅ２＝Ｖcom2−Ｖａ
となる。これによって、例えば図１４に示すように電界Ｅ１、Ｅ２に応じた強度Ｐ１、Ｐ２を有する０次光がそれぞれ光変調領域１８ｂ、１８ａから出射される。

また、上記第５実施形態では、図１７の左欄に示すように、第１共通電位Ｖcom1と第２共通電位Ｖcom2とを相違させているが、第１共通電位Ｖcom1と第２共通電位Ｖcom2とを同一、例えば接地電位とし、第１駆動回路２８１および第２駆動回路２８２から与える変調信号を制御して光変調するように構成してもよい（第６実施形態）。例えば図１７の右欄に示すように、電位Ｖcom1が与えられている共通電極８ａに対向する格子電極６ｂに第２駆動回路２８２から電位Ｖｂ（例えば０Ｖ〜＋５０Ｖ）を与えるとともに、電位Ｖcom2が与えられている共通電極８ｂに対向する格子電極６ａに第１駆動回路２８１から電位Ｖｂと逆電位の電位Ｖａ（−５０Ｖ〜０Ｖ）を与えてもよい。特に、｜Ｖａ｜＝｜Ｖｂ｜に設定することで各光変調領域１８ｂ、１８ａから同じ変調出力が得られる。

ここでは、空間光変調器２０Ａの電気光学結晶基板４が非対称な光変調出力特性を有する場合を例示して説明したが、非対称な光変調出力特性を有する電気光学結晶基板４を用いて光変調を行う技術全般に対して本実施形態を適用することができる。

また、上記実施形態では、５チャンネル（図１）、８チャンネル（図６）、１６チャンネル（図８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１６）で光変調する光変調技術に本発明を適用しているが、チャンネル数はこれらに限定されるものではなく、マルチチャンネルの光変調技術全般に本発明を適用することができる。

また、本発明にかかる光変調素子や空間光変調器については種々の装置に適用可能であるが、上記したように光源から出射する光を変調して基板表面などの被露光部を照射する露光装置１０２に好適に適用可能となっている。さらに、当該露光装置１０２についても、種々の装置に適用することができる、例えば当該露光装置を描画装置（例えば特開２０１６−５１１０４号公報に記載の装置）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。

この発明は、電気光学結晶を用いて光を変調する光変調素子、当該光変調素子を用いた空間光変調器ならび当該空間光変調器を用いて露光処理を行う露光装置全般に好適に用いることができる。

２、２２…光変調素子
４…電気光学結晶基板
４ａ…（電気光学結晶基板の）上方主面
４ｂ…（電気光学結晶基板の）下方主面
６ａ…（第１）格子電極
８ａ…（第１）共通電極
８ｂ…（第２）共通電極
１０ａ…第１電極群
１０ｂ…第２電極群
１８ａ、１８ｂ…光変調領域
１２ａ…（第１）駆動配線パターン
１２ｂ…（第２）駆動配線パターン
１４ａ…（第１）導電部
１４ｂ…（第２）導電部
１６ａ…（第１）共通配線パターン
１６ｂ…（第２）共通配線パターン
２０Ａ〜２０Ｅ…空間光変調器
２４…上方電極基板（第１電極基板）
２４ｂ…（上方電極基板の）下方主面（第１対向面）
２６…下方電極基板（第２電極基板）
２６ａ…（下方電極基板の）上方主面（第２対向面）
２８…駆動部
１０２…露光装置
１０８…照明光学系
１１０…投影光学系
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２…電界
Ｌ…光
Ｗ…基板
Ｘ…電極配列方向

Claims (6)

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分極部を交互に配列した周期分極反転構造を有し、所定方向から光が入射される電気光学結晶基板と、
   前記電気光学結晶基板の一方主面上で、第１格子電極と第１共通電極とが交互に前記所定方向と直交する電極配列方向に配列された第１電極群と、
   前記電気光学結晶基板の他方主面上で、前記電気光学結晶基板を挟んで前記第１格子電極および前記第１共通電極に対して第２共通電極および第２格子電極がそれぞれ対向して前記電極配列方向に配列された第２電極群と、を備え、
   前記複数の第１共通電極に第１の電位が与えられた状態で前記第２格子電極毎に外部から与えられる電位を応じて前記第２格子電極と前記第１共通電極の間で電界を発生させるとともに、前記複数の第２共通電極に第２の電位が与えられた状態で前記第１格子電極毎に外部から与えられる電位を応じて前記第２格子電極と前記第１共通電極の間で電界を発生させることで、前記周期分極反転構造内での回折効率を変更させて前記電気光学結晶基板を通過する光を変調する
   ことを特徴とする光変調素子。
2. 請求項１に記載の光変調素子であって、
   前記電気光学結晶基板は、前記電界の大きさに対する前記周期分極反転構造から出射する０次光の光強度の変化を示す光変調出力特性が前記周期分極反転構造内での電界の向きを問わず同一であり、
   前記第１の電位および前記第２の電位が同一に設定される光変調素子。
3. 請求項１に記載の光変調素子であって、
   前記電気光学結晶基板は、前記電界の大きさに対する前記周期分極反転構造から出射する０次光の光強度の変化を示す光変調出力特性が前記周期分極反転構造内での電界の向きに応じて相違し、
   前記第２の電位は前記第１の電位よりも高く設定され、
   前記第１格子電極に与えられる電位は前記第２の電位以下に設定され、
   前記第２格子電極に与えられる電位は前記第１の電位以上に設定される光変調素子。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光変調素子と、
   前記電気光学結晶基板の一方主面に対向する第１対向面に前記第１電極群が形成された第１電極基板と、
   前記電気光学結晶基板の他方主面に対向する第２対向面に前記第２電極群が形成された第２電極基板と、
   前記複数の第１共通電極に前記第１の電位を与えるとともに、前記複数の第２共通電極に前記第２の電位を与え、前記複数の第１格子電極および前記複数の第２格子電極にそれぞれ独立して駆動電位を与えて前記電気光学結晶基板に入射される光を変調する駆動部と、を備え、
   前記第１電極基板は、前記駆動部から与えられる前記第１の電位を前記複数の第１共通電極に給電する第１共通配線パターンと、前記第１格子電極毎に設けられて前記駆動部から与えられる前記駆動電位を前記第１格子電極に給電する複数の第１駆動配線パターンとを有し、前記第１電極群が前記電気光学結晶基板の一方主面に当接するように配置され、
   前記第２電極基板は、前記駆動部から与えられる前記第２の電位を前記複数の第２共通電極に給電する第２共通配線パターンと、前記第２格子電極毎に設けられて前記駆動部から与えられる前記駆動電位を前記第２格子電極に給電する複数の第２駆動配線パターンとを有し、前記第２電極群が前記電気光学結晶基板の他方主面に当接するように配置される
   ことを特徴とする空間光変調器。
5. 請求項４に記載の空間光変調器であって、
   前記第１電極基板では、前記複数の第１格子電極と前記複数の第１駆動配線パターンとがそれぞれ１対１の関係で電気的に接続された、複数の第１導電部が互いに離間して形成されるとともに前記第１共通配線パターンが各第１導電部の周囲を取り囲むように形成され、
   前記第２電極基板では、前記複数の第２格子電極と前記複数の第２駆動配線パターンとがそれぞれ１対１の関係で電気的に接続された、複数の第２導電部が互いに離間して形成されるとともに前記第２共通配線パターンが各第２導電部の周囲を取り囲むように形成される空間光変調器。
6. 請求項４または５に記載の空間光変調器と、
   光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光を前記所定方向から前記電気光学結晶基板に入射する照明光学系と、
   前記空間光変調器から出射する光を被露光面に照射する投影光学系と、
   を備えることを特徴とする露光装置。

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