(57)【要約】【課題】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、回折格子による適切な光変調の実現する。【解決手段】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。これによって、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る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気光学結晶であるリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）やリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５２２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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。
【図２】図１に示すパターン描画装置の側面図である。
【図３】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。
【図４】光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。
【図５】本発明にかかる光変調器の一例を示す図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。
【図１２】本発明にかかる光変調器の他の例を示す図である。
【図１３】光変調器の変形例を示す図である。
【図１４】光変調器の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、ＳｉＯ２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。
【００４０】
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。
【００４１】
これらの電極３３３を覆うようにＳｉＯ２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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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）。
【００５６】
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。
【００５７】
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）。
【００５８】
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(＋)）。
【００５９】
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。
【００６０】
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)）２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））２に比例する。ここで、関数Ｊqはｑ次のベッセル関数である。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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ＳｉＯ２（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
また、上記実施形態では、絶縁層としてＳｉＯ２を用いたが、酸化窒素膜（ＳｉＯｘＮｙ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの透明誘電体膜を用いてもよい。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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