空間光変調器、空間光変調器の駆動方法および露光装置
【課題】共通電極と複数の個別電極との間に双極性電圧パルスを印加して光を変調させる空間光変調器で消費される電力を低減させる。
【解決手段】クロック信号の１／２周期で共通駆動信号の電位が０［Ｖ］と正極側のＶ+「Ｖ］とに交互に切り替えられ、当該共通駆動信号が共通電極３３５に与えられる。また、それに応じて各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電位が振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化されて各個別電極３３３に与えられる。こうして、共通電極３３５と各個別電極３３３との間に双極性電圧パルスが印加されて光変調素子で光変調が実行される。したがって、個別駆動信号を生成するアナログ電圧駆動回路では、オペアンプを単電源で駆動することができ、オペアンプの消費電力を抑制することができる。
【解決手段】クロック信号の１／２周期で共通駆動信号の電位が０［Ｖ］と正極側のＶ+「Ｖ］とに交互に切り替えられ、当該共通駆動信号が共通電極３３５に与えられる。また、それに応じて各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電位が振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化されて各個別電極３３３に与えられる。こうして、共通電極３３５と各個別電極３３３との間に双極性電圧パルスが印加されて光変調素子で光変調が実行される。したがって、個別駆動信号を生成するアナログ電圧駆動回路では、オペアンプを単電源で駆動することができ、オペアンプの消費電力を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気光学結晶を用いた空間光変調器、該空間光変調器の駆動方法、および該空間光変調器を用いた露光装置に関するものである。
【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）などの電気光学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電気光学結晶で構成される薄板状またはスラブ状の電気光学結晶基板の一方主面に複数の個別電極が設けられる一方、他方主面の全面に共通電極が設けられている。そして、共通電極に対して接地電位を与えながら各個別電極に駆動信号を与えることで共通電極と各個別電極との間で電位差を発生させて電気光学結晶の内部に屈折率分布を発生させる。この屈折率分布は、駆動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。このため、電気光学結晶内部の回折格子の回折効率を駆動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２０１１−６９９４６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、駆動信号として単極性信号を用いると、電気光学結晶そのものに電荷が残留することで結晶特性が変動してしまい、その結果、所望の光変調を行うことが困難となる場合があった。そこで、駆動信号として双極性信号を用いる、バイポーラ型駆動を採用することが考えられるが、この場合、共通電極に与えられている電位（上記従来装置では、接地電位）に対し、各個別電極に与える駆動信号の電位を正極側および負極側に所定振幅だけ振る必要がある。このため、各個別電極に駆動信号を与えるために、個別電極に対して一対一の関係で設けられる駆動信号生成部で消費される電力が大きなってしまう。特に、空間光変調器では、チャンネル数と同数の駆動信号生成部を設ける必要があり、近年のチャンネル数の増大に伴って駆動信号生成部の設置個数も増大し、空間光変調器全体で消費される電力量が大幅に増大している。
【０００５】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共通電極と複数の個別電極との間に双極性電圧パルスを印加して光を変調させる空間光変調器で消費される電力を低減させるための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】
本発明にかかる空間光変調器は、データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、電気光学結晶基板の一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器であって、上記目的を達成するため、各個別電極に対応して設けられ、各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成する、複数の個別駆動信号生成部と、共通電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成する共通駆動信号生成部とを備え、各個別駆動信号生成部が個別駆動信号を各個別駆動信号生成部と対応する個別電極に与えるとともに共通駆動信号生成部が共通駆動信号を共通電極に与えて双極性電圧パルスを印加することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明にかかる空間光変調器の駆動方法は、データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、電気光学結晶基板の一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器の駆動方法であって、上記目的を達成するため、各個別電極に対し、各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を与えるとともに、共通電極に対し、共通電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を与えることで、双極性電圧パルスを印加することを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明にかかる露光装置は、変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、上記目的を達成するため、光源部と、上記した空間光変調器と同一構成を有して光源部からの光が入射される空間光変調器と、空間光変調器と被露光面の間に配置されて電気光学結晶基板からの変調光を被露光面に導く光学系とを備えることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、共通駆動信号生成部が周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成し、共通電極に与える。また、各個別電極に対応して個別駆動信号生成部が設けられ、各個別駆動信号生成部は各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成し、各個別電極に与える。このように、空間光変調器は、いわゆるバイポーラ型駆動によって光変調を行っているので、電気光学結晶に電荷が残留して結晶特性が変動するのを防止することができ、光変調を安定して行うことができる。しかも、共通駆動信号の電位を双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させているため、バイポーラ型駆動でありながらも、各個別駆動信号の電位振幅が抑制され、空間光変調器での電力消費量が低減する。
【００１０】
ここで、共通駆動信号を、周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第１電位に交互に切り替わる信号とし、各個別駆動信号を、周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第２電位との間で電位が変化する信号としてもよい。このように接地電位（０［Ｖ］）を基準に共通駆動信号および個別駆動信号の電位振幅を決定してもよく、さらに第１電位および第２電位が接地電位に対して同一の極性でかつ同一電位となるように構成してもよい。これにより、より少ない消費電力で、光変調を安定して行うことができる。
【００１１】
また、光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしていることがあるが、この場合、共通駆動信号をオフセット電圧だけ第１極性と反対の第２極性側にシフトし、または各個別駆動信号をオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしてもよく、これらによってオフセットの影響を抑制し、所望の光変調を安定して行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、空間光変調を行うために共通電極と複数の個別電極との間に双極性電圧パルスを印加するにあたって、共通駆動信号の電位を双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させているので、各個別駆動信号の電位についても双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させることができる。その結果、空間光変調器で消費される電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置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】光変調素子および変調部の構成を示す図である。
【図６】アナログ電圧駆動回路の構成を示す図である。
【図７】アナログ電圧駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】ユニポーラ型駆動およびバイポーラ型駆動の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態における空間光変調器の駆動を示す図である。
【図１０】各電極に与える電位の具体例を示す図である。
【図１１】図８（ｂ）に示す比較例と、図９に示す本発明の第１実施形態とを対比した図である。
【図１２】オフセットによる回折光の光量変動を示す図である。
【図１３】本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態における動作を示す図である。
【図１４】第２実施形態における電位関係を模式的に示す図である。
【図１５】第２実施形態で各電極に与える電位の具体例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態における動作を示す図である。
【図１７】本発明にかかる空間光変調器の第４実施形態における動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、Ｘ軸駆動部１６１Ｘ、Ｙ軸駆動部１６１Ｙおよびθ軸駆動部１６１Ｔの駆動源たるモータ（図示省略）には、モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダＥＣＸ、ＥＣＹ、ＥＣＴがそれぞれ付設されている。各エンコーダＥＣＸ、ＥＣＹ、ＥＣＴから出力されるパルス信号は装置全体を制御する制御ユニット２００（図３）に設けられる信号発生部２０６（図３）に取り込まれる構成となっており、当該信号発生部２０６を介してエンコーダ信号を受けたＣＰＵ２０１が各軸モータの回転量に関する情報を取得し、モータ制御部２０７と共に各軸モータを制御する。
【００１９】
また、このように構成されたヘッド支持部１４０のパターン描画領域側で光学ヘッド３がボックス１７２に対して固定的に取り付けられている。なお、光学ヘッド３は本発明にかかる空間光変調器を装備して基板Ｗに対して光を照射して露光するものであり、本発明の「露光装置」に相当する。その構成および動作については、後で詳述する。
【００２０】
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。
【００２１】
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、制御ユニット２００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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（電気光学結晶基板）内で電界を発生させて強誘電体基板の電気光学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。
【００２７】
図５は光変調素子および変調部の構成を示す図である。上述のとおり、空間光変調器３３の光変調素子３３１は、周期分極反転構造を有する（Periodically Poled）電気光学結晶により構成された強誘電体基板を有しており、ＳｉＯ２などの絶縁層および接合部を介して強誘電体基板を電極基板３３２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が薄膜状に形成されている。そして、この強誘電体基板の下面に対して絶縁層が全面均一に形成され、さらに絶縁層に接合部が形成されている。
【００２８】
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、複数の個別電極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、各個別電極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では各個別電極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、本実施形態では各個別電極３３３のうち配線領域Ｒａ上に位置する部位、つまり各個別電極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、つまり各個別電極３３３の（＋Ｚ側端部）は光変調素子３３１の強誘電体基板に対向しており、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「個別電極部」と称する。
【００２９】
これらの個別電極３３３を覆うようにＳｉＯ２などの絶縁材料で構成される保護膜（図示省略）が電極基板３３２の上方主面全体に形成されて個別電極３３３を保護するとともに、保護膜の表面（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に示すように各個別電極３３３の個別電極部が保護膜を介して強誘電体基板の下方主面と対向して配置される。
【００３０】
このように配置された光変調素子３３１では、強誘電体基板の上方主面全体を覆うように共通電極３３５が絶縁層（図示省略）を介して形成されている。そして、共通電極３３５に対して共通駆動信号が与えられる。これに対し、上記した複数の個別電極３３３の各々に対しては、個別駆動信号が電気回路基板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。なお、共通駆動信号および個別駆動信号、ならびに駆動信号に基づく光変調動作については、後で詳述する。
【００３１】
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（個別電極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を介して個別電極３３３と電気的に接続され、次に説明するように制御ユニット２００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個別電極３３３に電圧を付与する。
【００３２】
変調部３３８には、図３に示すように、制御ユニット２００から露光タイミング信号ＳＧ１、露光位置信号ＳＧ２および露光データＳＧ３が与えられる。ここで、個別電極３３３の個数、つまりチャンネル数が少ない場合には、特許文献１に記載の装置と同様に、チャンネル毎に設けられるアナログ電圧駆動回路を一対一で制御ユニット２００のバッファ２０５と電気的に接続し、バッファ２０５から与えられる露光データＳＧ３に対応する個別駆動信号を電極に付与するように構成してもよい。しかしながら、チャンネル数の増大にしたがってノイズやクロストークなどの影響によって駆動信号の品質が悪くなるとともに、物理的には配線の束が太くなるために配線経路の確保も困難となる。例えば配線が数千本程度以上の場合には、上記問題を避けるために、次に説明するようにシリアライズ部およびデシリアライズ部を組み合わせた方式を１段または複数段設けるのが望ましい。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように、変調部３３８では、複数のチャンネルをまとめて高速のシリアル信号に変換するシリアライズ部３３８２が複数個設けられるとともに、各シリアライズ部３３８２に対応してデシリアライズ部３３８３が設けられている。このようなシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３には、例えば高速のトランシーバを含むＴＬＫ１５０１（テキサス・インスツルメンツ社製 Ｍａｘ１．５Ｇｂ／ｓ
）を使用することができる。
【００３４】
ここで、具体例を例示してシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３を設けることの優位性について説明する。露光タイミング信号が１［Ｍｂｐｓ］の場合、出力１チャンネル当たり１［Ｍｂｐｓ］、８ビットとすると、８［Ｍｂｐｓ／ＣＨ］となる。そして、チャンネル数が５０００とすると、露光タイミング信号毎に４０［Ｇｂｐｓ］（＝８［Ｍｂｐｓ／ＣＨ］×５０００［ＣＨ］）の露光データを転送する必要がある。そこで、上記したデバイス（ＴＬＫ１５０１）を使用してシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３を構成する場合には、露光データ以外のオーバーヘッドの信号を無視して計算すると、１８７ＣＨ毎に約１．５［Ｇｂｐｓ］の速度になるので、５０００ＣＨでは２７本の高速の信号線を用いればよい。このように信号線の本数を大幅に削減することができる。なお、距離が長くなる場合には、光通信用のデバイスを使用してもよい。
【００３５】
図５に戻って説明を続ける。各シリアライズ部３３８２では、露光タイミング信号ＳＧ１に基づいて所定のタイミング信号がタイミング発生部３３８４から出力されてシリアライザ３３８５でのシリアル化処理が実行され、これにより生成される高速シリアル信号がアンプにより増幅され、各シリアライズ部３３８２に対応するデシリアライズ部３３８３にシリアル伝送される。
【００３６】
また、各デシリアライズ部３３８３においても、露光タイミング信号ＳＧ１に基づいて所定のタイミング信号を発生させるタイミング発生部３３８６が設けられるとともに、高速シリアル信号をチャンネル毎にデシリアライズするデシリアライザ３３８７が設けられている。さらに、各デシリアライズ部３３８３に対応してデシリアライズされた露光データに対応する電圧を有する駆動信号を作成するアナログ電圧駆動回路３３８８、３３８９が設けられている。なお、本実施形態では、特許文献１と同様に個別電極３３３に与える個別駆動信号を生成するためにチャンネル数と同数の個別電極用のアナログ電圧駆動回路３３８８が設けられるのみならず、共通電極３３５に与える共通駆動信号を生成するための単一の共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９も設けられている。このように共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を追加的に設けた理由については、後で詳述する。
【００３７】
これら個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８および共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９は図６に示すように同一構成を有している。すなわち、アナログ電圧駆動回路３３８８，３３８９のいずれも、２つのラッチ回路３３８ａ、３３８ｂ、ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）３３８ｃおよびオペアンプ３３８ｄが直列接続されている。そして、例えば個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８および共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９に接続されるデシリアライザ３３８７（図５中の符号３３８７Ａ）からデシリアライズされた露光データＳＧ３が各アナログ電圧駆動回路３３８８、３８８９の第１ラッチ回路３３８ａに与えられるとともに、露光位置信号ＳＧ２がデコーダ３３８ｅを介して第１ラッチ回路３３８ａに与えられ、チャンネル毎に光のＯＮ／ＯＦＦおよび階調制御が決定され、それを示す信号が第２ラッチ回路３３８ｂに与えられる。
【００３８】
そして、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８において、第２ラッチ回路３３８ｂにタイミング発生部３３８６から出力されるタイミング信号、つまり出力トリガ信号が与えられると、そのタイミングで各第２ラッチ回路３３８ｂからＤＡＣ３３８ｃを介してオペアンプ３３８ｄにアナログ信号が与えられ、オペアンプ３３８ｄからの出力信号が個別駆動信号として個別電極３３３に付与される。また、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９においても、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８と同様に、第２ラッチ回路３３８ｂにタイミング発生部３３８６から出力されるタイミング信号、つまり出力トリガ信号が与えられると、そのタイミングで各第２ラッチ回路３３８ｂからＤＡＣ３３８ｃを介してオペアンプ３３８ｄにアナログ信号が与えられ、オペアンプ３３８ｄからの出力信号が共通駆動信号として共通電極３３５に付与される。
【００３９】
なお、本実施形態では、後述するように共通電極３３５に与える電位を接地電位（０［Ｖ］）とＶ+［Ｖ］に交互に切り替えながら各個別電極３３３に与える電位を制御するため、図７に示すタイミングで動作する。第１ライン目の露光を行うために、露光データＳＧ３に含まれる電位データ、つまり共通電極３３５の電位が０［Ｖ］のときの各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-1と、共通電極３３５の電位を０［Ｖ］とする電位データＣＤ1とが与えられ、その後に出力される出力トリガ信号に同期して各電位データＳＤ1-1、ＣＤ1に対応する電位の駆動信号が個別電極３３３および共通電極３３５に出力される。また、共通電極３３５の電位がＶ+［Ｖ］のときの各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-2と、共通電極３３５の電位をＶ+［Ｖ］とする電位データＣＤ2とが与えられ、その後に出力される出力トリガ信号に同期して各電位データに対応する電位の駆動信号が個別電極３３３および共通電極３３５に出力される。こうして、１ライン分の露光が実行される。また、それ以降のライン露光についても同様にして実行される。
【００４０】
このように、空間光変調器３３では、信号発生部２０６からの露光データＳＧ３などに応じて、共通電極３３５に対して共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を介して共通駆動信号が与えられるとともに、各チャンネルを構成する個別電極３３３に対して個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８を介して個別駆動信号がそれぞれ独立して与えられる。これによって、光変調素子３３１に対して双極性電圧パルスが印加され、光変調素子３３１の周期分極反転構造内では、共通電極３３５と各個別電極３３３の電位差に応じて両電極３３３、３３５の間で生じる電界により分極方位に従った屈折率変化が発生して上記電位差に応じた回折効率を有する回折格子が形成される。その結果、各チャンネルでは、回折効率に応じた光量の回折光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、電位差がゼロ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。なお、双極性電圧パルスの入力態様および光変調動作については、後で詳述する。
【００４１】
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。なお、この実施形態では、これらの光学要素部品３４、３５１〜３５３よりなる投影光学系がＸＹ平面において入射レーザ光Ｌ１の進む方向（空間光変調器３３の入射側の光軸ＯＡ）に対して回折角度に応じた角度だけ傾斜して配置されている。
【００４２】
この投影光学系のうち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を通過する光は、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。
【００４３】
ここで、レンズ３５１の前側焦点は個別電極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。そして、光変調素子３３１中で露光データに応じた回折効率で回折を受けて光変調素子３３１から射出される回折光ＤＬは、図４（ａ）の破線で示すようにレンズ３４、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。そして、このレンズ３５３により回折光ＤＬは基板Ｗの表面上に照射される。例えば第１、３〜５チャンネルの個別電極３３３と共通電極３３５との間に電位差を付与したときには、これらのチャンネル（１、３〜５ｃｈ）に対応する回折光ＤＬが上記のようにして基板Ｗの表面上に照射されて各チャンネル（１、３〜５ｃｈ）に対応してスポット状に各電位差に応じた光量で露光される。一方、２チャンネルの光、つまり０次光Ｌ０は、図４（ａ）中に実線にて示すように、光軸ＯＡと平行に光変調素子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。
【００４４】
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回折光ＤＬの主光線（図４中の破線）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、この実施形態では回折光ＤＬ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。
【００４５】
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制御ユニット２００を有している。この制御ユニット２００は、ＣＰＵ２０１、記憶部２０２、演算部２０３、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２０４、バッファ２０５、信号発生部２０６、モータ制御部２０７等を有している。本実施形態では、演算処理を行う演算処理部として、変調部３３８に与えるための露光データＳＧ３を演算する専用の演算部２０３と、露光データの演算処理を除く演算処理を行うＣＰＵ２０１とを有している。このうちＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶されているプログラムや各種データにしたがって装置全体を制御するための演算処理を実行する。
【００４６】
一方、演算部２０３は、ハードディスクドライブ２０４内の露光用データに基づいて露光データＳＧ３を演算し、１スキャン単位でバッファ２０５に出力する。このように、本実施形態では、露光データＳＧ３の演算を専門的に行う演算部２０３を設けているが、ＣＰＵ２０１の演算処理に余裕がある場合には、ＣＰＵ２０１において露光データＳＧ３の演算を行い、当該露光データＳＧ３をバッファ２０５に出力するように構成してもよい。この場合、演算部２０３を省略することができる。こうしてバッファ２０５に一時的に保存される露光データＳＧ３は信号発生部２０６から出力される露光タイミング信号ＳＧ１に同期して１スキャン単位で変調部３３８に出力される。そして、変調部３３８は、個別電極３３３の各々と、共通電極３３５との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で光変調素子３３１を通過する光を変調させる。
【００４７】
ここで、双極性電圧パルスを印加するのは次の理由からである。空間光変調器３３を駆動するためには、例えば図８（ａ）に示すように、共通電極３３５に接地電位を固定的に与えながら個別電極３３３に与える電位を所定振幅ＷＰの正極側電位を所定周期ＰＴで与えて駆動する、いわゆるユニポーラ型駆動を採用することができる。なお、同図および後の同種の図面における波形は入力電圧に対する回折光の光量変化を示すものであり、光変調素子３３１の光変調特性を示している。この光変調特性は共通電極３３５と個別電極３３３との電位差に応じてｓｉｎ２θで変化する。
【００４８】
このように個別電極３３３に個別駆動信号として単極性信号を与えてユニポーラ型駆動した場合、光変調素子３３１に電荷が残留し、結晶特性が変動してしまうことがある。その結果、光変調素子３３１の光変調特性が変化してしまい、所望の光変調を行うことが困難となる。
【００４９】
そこで、例えば図８（ｂ）に示すように、単極性信号の代わりに双極性信号を与えて空間光変調器３３を駆動することが考えられる。つまり、所定周期ＰＴを２ｎ（同図（ｂ）では、ｎ＝１）に分割し、正極側電位および負極電位に交互に入れ替わる双極性信号を個別電極３３３に与えて空間光変調器３３を駆動してもよい（バイポーラ型駆動）。ただし、この駆動態様を採用した場合、各個別電極３３３に与える個別駆動信号の電位を正極側および負極側にそれぞれ振幅ＷＰだけ振る必要があり、それに対応すべく、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８のオペアンプ３３８ｄに正負電源で使用する必要があり、個別電極３３３に与える電圧の振幅幅は（２×ＷＰ）となる。このため、オペアンプ３３８ｄに正極電源電流と負極電源電流が流れ、単電源で使用する場合に比べて消費電力が２倍に増加する。しかも、各チャンネルに対して個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８を設けているため、オペアンプ３３８ｄの個数はチャンネル数に相当し、ユニポーラ型駆動に比べて消費電力の増大は避けられない。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図８（ｂ）に示す比較例での双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅ＷＰで変化する個別駆動信号を個別電極３３３に与える一方、１／２周期でかつ上記振幅ＷＰで変化する共通駆動信号を共通電極３３５に与えることで、比較例と同様の双極性電圧パルスを光変調素子３３１に印加している。より詳しくは、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９は、ＰＴ／２の周期で０［Ｖ］と、Ｖ+［Ｖ］との２段階に切り替わる共通信号を生成し、露光タイミング信号ＳＧ１に同期して共通電極３３５に印加する。なお、本実施形態では、電位Ｖ+［Ｖ］は、光変調特性、つまりｓｉｎ２θの（π／２）に対応する電位に設定している。
【００５１】
本実施形態では、共通電極３３５に０［Ｖ］が印加される間、比較例と同様にして個別電極３３３に与えられる電位に応じた光量の回折光ＤＬが光変調素子３３１から射出される（図９（ａ））。一方、共通電極３３５にＶ+［Ｖ］が印加されると、図９（ｂ）に示すように、光変調素子３３１の光変調特性（波形）が印加電位Ｖ+［Ｖ］だけシフトする。このため、例えば個別電極３３３に電位Ｖ+［Ｖ］を印加すると、当該個別電極３３３と共通電極３３５の間の電位差はゼロとなり、回折光の光量はほぼゼロとなる。また、個別電極３３３に印加する電位を０［Ｖ］以上で、かつＶ+［Ｖ］よりも低い電位に設定すると、同図（ｂ）に示すように、両電極３３３、３３５間の電位差は大きくなり、それに伴って回折光の光量も増大する。
【００５２】
そこで、本実施形態では、所定周期ＰＴのうちの前半（図９（ａ）中のＴ1-1、Ｔ2-1、Ｔ3-1、…）においては共通電極３３５に電位０［Ｖ］を与えながら個別電極３３３にＶｎ（ただし、０≦Ｖｎ≦Ｖ+）を印加し、後半（図９（ｂ）中のＴ1-2、Ｔ2-2、Ｔ3-2、…）においては共通電極３３５に電位Ｖ+［Ｖ］を与えながら個別電極３３３に電位（（Ｖ+）−Ｖｎ）を印加している。このように個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を０［Ｖ］からＶ+「Ｖ］の振幅ＷＰとし、比較例と同様に双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えている。例えば図１０に示すように、電位Ｖ+を１０［Ｖ］に設定し、個別電極３３３に与える電位を共通電極３３５に与える電位の切替に応じて０［Ｖ］以上Ｖ+［Ｖ］以下の範囲で変更させることでバイポーラ型駆動が可能となる。
【００５３】
図１１は、図８（ｂ）に示す比較例と、図９に示す本発明の第１実施形態とを対比した図である。いずれもクロック信号に基づき個別駆動信号の電位を変化させることで双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えて回折光の光量を多段階に変化させて階調制御しているが、本発明の第１実施形態によれば、上記したように共通電極３３５に与える電位を０［Ｖ］と正極側のＶ+「Ｖ］とに交互に切り替え、それに応じて個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化させているため、各個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８でオペアンプ３３８ｄを単電源で駆動することができ、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができる。もちろん、共通電極３３５に対して０［Ｖ］とＶ+「Ｖ］の電位を与えるために、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を追加する必要があり、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９のオペアンプ３３８ｄによる電力消費が新たに発生するが、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８の個数が共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９に比べて格段に多いため、トータルでの電力消費量は大幅に削減される。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、共通電極３３５と複数の個別電極３３３との間に双極性電圧パルスを空間光変調器３３に印加して光を変調させる空間光変調器３３で消費される電力を低減させることができる。
【００５５】
このように、第１実施形態では、露光データＳＧ３を含む信号が本発明の「データ信号」に相当し、２×ＷＰが本発明の「双極性電圧パルスのパルス幅」に相当している。また、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８が本発明の「個別駆動信号生成部」に相当し、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９が本発明の「共通駆動信号生成部」に相当している。また、「電位Ｖ+」が本発明の「第１電位」および「第２電位」に相当している。
【００５６】
ところで、上記第１実施形態では、光変調素子３３１の光変調特性がオフセットしていない、つまり光変調素子３３１の固有値であるオフセット電圧が０［Ｖ］であるが、オフセット電圧が０［Ｖ］以外のときには、光変調特性はオフセット電圧分だけオフセットする。この場合、上記第１実施形態をそのまま適用すると、図１２に示す問題が生じる。図１２はオフセットによる回折光の光量変動を示す図である。同図中で破線にて示す波形はオフセットが生じていないときの光変調素子３３１の光変調特性を示し、実線にて示す波形はオフセットが生じたときの光変調素子３３１の光変調特性を示しており、オフセットにより光変調特性はオフセット電圧分だけシフトする。そして、第１実施形態で設定した電位をそのまま個別電極３３３および共通電極３３５に印加すると、光変調素子３３１から射出される回折光ＤＬの光量が不足したり、逆に過剰となることがある。その結果、所望の回折光ＤＬの光強度が得られず、露光光量の過不足が生じ、その結果、高品質なパターン描画が不可能となる。そこで、本発明の第２実施形態では、オフセット分だけ共通電極３３５に印加する電位を調整してオフセットによる影響をキャンセルしている。また、本発明の第３実施形態では、オフセット分だけ個別電極３３３に印加する電位を調整してオフセットによる影響をキャンセルしている。以下、第２実施形態および第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００５７】
図１３は、本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態における動作を示す図であり、図１２から共通電極３３５に印加する電位を−Ｖ0［Ｖ］だけシフトした後の図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、オフセット電圧に応じて共通電極３３５に印加する電位を調整している点のみであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
【００５８】
この第２実施形態では、オフセット電圧Ｖ0だけ光変調素子３３１の光変調特性がシフトしている場合、そのオフセット電圧Ｖ0を予め求めるとともに、制御ユニット２００のハードディスクドライブ２０４に記憶させる。また、演算部２０３は、時間Ｔ1-1、Ｔ2-1、…、Ｔn-1の間に共通電極３３５に与える電位が−Ｖ0［Ｖ］となるように電位データＣＤ1を設定し、時間Ｔ1-2、Ｔ2-2、…、Ｔn-2の間に共通電極３３５に与える電位が（Ｖ+）−Ｖ0［Ｖ］となるように電位データＣＤ2を設定する。このように共通電極３３５に与える電位を調整することでオフセット方向と逆の方向、例えば図１２に示すように正極側にオフセットしている場合には、共通電極３３５の電位調整によって負極側にシフトしてオフセットがキャンセルされる。
【００５９】
ここで、共通電極３３５および個別電極３３３に与える電位を一般化して電位関係を整理し、図１４を参照しつつ説明する。まず、当該説明において使用する符号について定義する。
【００６０】
Ｖoffset：光変調素子３３１のオフセット電圧、
Ｖp ：オフセット値を中心とする印加電圧
Ｖcom0 ：共通電極３３５の電位
Ｖcom1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位
Ｖcom2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位
Ｖa0 ：共通電極３３５の電位からの正極側印加電位の初期値
Ｖb0 ：共通電極３３５の電位からの負極側印加電位の初期値
Ｖa1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位からの正極側印加電位
Ｖb1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位からの負極側印加電位
Ｖa2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位からの正極側印加電位
Ｖb2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位からの負極側印加電位
また、図１４中の特性波形は本来ｓｉｎ２カーブあるが、説明理解を容易にするため、直線で図示している。
【００６１】
所定周期ＰＴの前半、つまりクロック信号の前半分の時間時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1では、図１４（ａ）に示すように、光変調素子３３１の光変調特性を０［Ｖ］中心として振らせるために共通電極３３５の電位Ｖcom0をオフセット電圧Ｖoffset分シフトしている。したがって、
Ｖcom1＝Ｖcom0−Ｖoffset
となる。また、共通電極３３５の電位が電位Ｖcom1にシフトした時の電位Ｖa0の電位Ｖa1を求めると、
Ｖa1＝Ｖa0＋Ｖcom1（＝Ｖa0＋（Ｖcom0−Ｖoffset）＝Ｖa0＋Ｖcom0）
となる。
【００６２】
一方、所定周期ＰＴの後半、つまりクロック信号の後半分の時間時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2では、図１４（ｂ）に示すように、光変調特性の負極性側で動作させるために、共通電極３３５の電位をＶcom2に振る。そして、共通電極３３５の電位がＶcom2にシフトした時の電位Ｖb0の電位Ｖb2を求めると、
Ｖb2＝Ｖb0＋Ｖcom2
となる。
【００６３】
例えばＶcom0＝０［Ｖ］、Ｖcom1＝−４［Ｖ］、Ｖcom2＝１７［Ｖ］、Ｖoffset＝４［Ｖ］の場合、共通電極３３５に電位Ｖcom1を印加したときの特性波形のオフセット電圧Ｖoffset1＝０［Ｖ］、共通電極３３５に電位Ｖcom2を印加したときの特性波形のオフセット電圧Ｖoffset2＝２１［Ｖ］となる。そして、共通電極３３５に電位Ｖcom0、Ｖcom1、Ｖcom2を印加するときの電位関係を図１５にまとめた。同図に示すように、オフセット値からの電位差は、正極側と負極側とで同一となる。
【００６４】
図１６は本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態における動作を示す図である。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、個別電極３３３に対してオフセット電圧を加算した電位を与えている点のみであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
【００６５】
この第３実施形態では、演算部２０３が記憶部２０２に記憶されているオフセット電圧Ｖ0を読み出し、これを加算して各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-1、ＳＤ1-2、…を作成することでオフセットの影響を抑制することができる。なお、共通電極３３５の電位調整と、個別電極３３３の電位調整とを組み合わせてオフセットの影響を抑制するように構成することも可能である。また、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅も、第１実施形態と同様に、図８（ｂ）に示す比較例に比べ、半分程度となるため、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６６】
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１実施形態では、共通電極３３５に対して０［Ｖ］と正極側の電位Ｖ+［Ｖ］とを交互に印加するように構成し、個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化させているが、共通電極３３５に対して０［Ｖ］と負極側の電位Ｖ-［Ｖ］とを交互に印加するように構成してもよい。この場合、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ-「Ｖ］）で変化させればよく、各オペアンプ３３８ｄを単電源で駆動することができ、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、ここでは、電位Ｖ-は、光変調特性、つまりｓｉｎ２θの（−π／２）に対応する電位を意味している。
【００６７】
また、共通電極３３５に与える電位の組み合わせは、０［Ｖ］とＶ+［Ｖ］、あるいは０［Ｖ］とＶ-［Ｖ］に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、Ｖ-／２［Ｖ］とＶ+／２［Ｖ］とを交互に共通電極３３５に印加するように構成してもよい（第４実施形態）。この場合、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧をＶ-／２［Ｖ］を基準とすればよく、個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（Ｖ-／２［Ｖ］〜Ｖ+／２［Ｖ］）で変化させればよい。したがって、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅も、第１実施形態と同様に、図８（ｂ）に示す比較例に比べ、半分程度となるため、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
また、上記実施形態では、周期ＰＴを２分割し、ＰＴ／２毎に共通電極３３５と個別電極３３３との間で極性を反転させて双極性電圧パルスを光変調素子３３１に印加しているが、周期ＰＴを２×ｍ（ｍ≧２の整数）倍に分割し、交互に極性を反転させるように構成してもよい。すなわち、ＰＴ／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期で極性を反転させるように構成すればよく、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９で双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成して共通電極３３５に印加しながら、各個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８で双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成して各個別電極３３３に印加することで、双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えるように構成すればよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、回折光ＤＬ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、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対しても本発明を適用可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、強誘電体基板（電気光学結晶基板）の一方主面に共通電極３３５を対向させるとともに、他方主面に複数の個別電極３３３を対向して形成した光変調素子３３１を用いた空間光変調器３３に対して本発明を適用しているが、複数の個別電極３３３と共通電極３３５がともに強誘電体基板の一方主面（または他方主面）と対向するように設けた空間光変調器３３に対して本発明を適用することができる。
【００７１】
また、パターンを描画する記録材料は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。
【００７２】
さらに、上記のように構成された空間光変調器３３はパターン描画以外の用途に用いられてもよく、この場合、光の照射の対象物も記録材料以外であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
この発明は、電気光学結晶を用いた空間光変調器、該空間光変調器の駆動方法、および該空間光変調器を用いた露光装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
３…光学ヘッド（露光装置）
３１…光源部
３３…空間光変調器
３４…シリンドリカルレンズ（光学系）
３５…シュリーレン光学系
３３１…光変調素子
３３３…個別電極
３３５…共通電極
３３８…変調部
３３８８…個別電極用アナログ電圧駆動回路（個別駆動信号生成部）
３３８９…共通電極用アナログ電圧駆動回路（共通駆動信号生成部）
ＰＴ…周期
Ｖ0、Ｖoffset1、Ｖoffset2…オフセット電圧
Ｗ…基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気光学結晶を用いた空間光変調器、該空間光変調器の駆動方法、および該空間光変調器を用いた露光装置に関するものである。
【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）などの電気光学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電気光学結晶で構成される薄板状またはスラブ状の電気光学結晶基板の一方主面に複数の個別電極が設けられる一方、他方主面の全面に共通電極が設けられている。そして、共通電極に対して接地電位を与えながら各個別電極に駆動信号を与えることで共通電極と各個別電極との間で電位差を発生させて電気光学結晶の内部に屈折率分布を発生させる。この屈折率分布は、駆動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。このため、電気光学結晶内部の回折格子の回折効率を駆動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２０１１−６９９４６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、駆動信号として単極性信号を用いると、電気光学結晶そのものに電荷が残留することで結晶特性が変動してしまい、その結果、所望の光変調を行うことが困難となる場合があった。そこで、駆動信号として双極性信号を用いる、バイポーラ型駆動を採用することが考えられるが、この場合、共通電極に与えられている電位（上記従来装置では、接地電位）に対し、各個別電極に与える駆動信号の電位を正極側および負極側に所定振幅だけ振る必要がある。このため、各個別電極に駆動信号を与えるために、個別電極に対して一対一の関係で設けられる駆動信号生成部で消費される電力が大きなってしまう。特に、空間光変調器では、チャンネル数と同数の駆動信号生成部を設ける必要があり、近年のチャンネル数の増大に伴って駆動信号生成部の設置個数も増大し、空間光変調器全体で消費される電力量が大幅に増大している。
【０００５】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、共通電極と複数の個別電極との間に双極性電圧パルスを印加して光を変調させる空間光変調器で消費される電力を低減させるための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】
本発明にかかる空間光変調器は、データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、電気光学結晶基板の一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器であって、上記目的を達成するため、各個別電極に対応して設けられ、各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成する、複数の個別駆動信号生成部と、共通電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成する共通駆動信号生成部とを備え、各個別駆動信号生成部が個別駆動信号を各個別駆動信号生成部と対応する個別電極に与えるとともに共通駆動信号生成部が共通駆動信号を共通電極に与えて双極性電圧パルスを印加することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明にかかる空間光変調器の駆動方法は、データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、電気光学結晶基板の一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器の駆動方法であって、上記目的を達成するため、各個別電極に対し、各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を与えるとともに、共通電極に対し、共通電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を与えることで、双極性電圧パルスを印加することを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明にかかる露光装置は、変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、上記目的を達成するため、光源部と、上記した空間光変調器と同一構成を有して光源部からの光が入射される空間光変調器と、空間光変調器と被露光面の間に配置されて電気光学結晶基板からの変調光を被露光面に導く光学系とを備えることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、共通駆動信号生成部が周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成し、共通電極に与える。また、各個別電極に対応して個別駆動信号生成部が設けられ、各個別駆動信号生成部は各個別電極に対応するデータ信号によって周期の１／２ｎの周期でかつ双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成し、各個別電極に与える。このように、空間光変調器は、いわゆるバイポーラ型駆動によって光変調を行っているので、電気光学結晶に電荷が残留して結晶特性が変動するのを防止することができ、光変調を安定して行うことができる。しかも、共通駆動信号の電位を双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させているため、バイポーラ型駆動でありながらも、各個別駆動信号の電位振幅が抑制され、空間光変調器での電力消費量が低減する。
【００１０】
ここで、共通駆動信号を、周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第１電位に交互に切り替わる信号とし、各個別駆動信号を、周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第２電位との間で電位が変化する信号としてもよい。このように接地電位（０［Ｖ］）を基準に共通駆動信号および個別駆動信号の電位振幅を決定してもよく、さらに第１電位および第２電位が接地電位に対して同一の極性でかつ同一電位となるように構成してもよい。これにより、より少ない消費電力で、光変調を安定して行うことができる。
【００１１】
また、光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしていることがあるが、この場合、共通駆動信号をオフセット電圧だけ第１極性と反対の第２極性側にシフトし、または各個別駆動信号をオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしてもよく、これらによってオフセットの影響を抑制し、所望の光変調を安定して行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、空間光変調を行うために共通電極と複数の個別電極との間に双極性電圧パルスを印加するにあたって、共通駆動信号の電位を双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させているので、各個別駆動信号の電位についても双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化させることができる。その結果、空間光変調器で消費される電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置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】光変調素子および変調部の構成を示す図である。
【図６】アナログ電圧駆動回路の構成を示す図である。
【図７】アナログ電圧駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】ユニポーラ型駆動およびバイポーラ型駆動の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態における空間光変調器の駆動を示す図である。
【図１０】各電極に与える電位の具体例を示す図である。
【図１１】図８（ｂ）に示す比較例と、図９に示す本発明の第１実施形態とを対比した図である。
【図１２】オフセットによる回折光の光量変動を示す図である。
【図１３】本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態における動作を示す図である。
【図１４】第２実施形態における電位関係を模式的に示す図である。
【図１５】第２実施形態で各電極に与える電位の具体例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態における動作を示す図である。
【図１７】本発明にかかる空間光変調器の第４実施形態における動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明にかかる空間光変調器を装備したパターン描画装置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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、Ｘ軸駆動部１６１Ｘ、Ｙ軸駆動部１６１Ｙおよびθ軸駆動部１６１Ｔの駆動源たるモータ（図示省略）には、モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダＥＣＸ、ＥＣＹ、ＥＣＴがそれぞれ付設されている。各エンコーダＥＣＸ、ＥＣＹ、ＥＣＴから出力されるパルス信号は装置全体を制御する制御ユニット２００（図３）に設けられる信号発生部２０６（図３）に取り込まれる構成となっており、当該信号発生部２０６を介してエンコーダ信号を受けたＣＰＵ２０１が各軸モータの回転量に関する情報を取得し、モータ制御部２０７と共に各軸モータを制御する。
【００１９】
また、このように構成されたヘッド支持部１４０のパターン描画領域側で光学ヘッド３がボックス１７２に対して固定的に取り付けられている。なお、光学ヘッド３は本発明にかかる空間光変調器を装備して基板Ｗに対して光を照射して露光するものであり、本発明の「露光装置」に相当する。その構成および動作については、後で詳述する。
【００２０】
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。
【００２１】
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、制御ユニット２００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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（電気光学結晶基板）内で電界を発生させて強誘電体基板の電気光学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。
【００２７】
図５は光変調素子および変調部の構成を示す図である。上述のとおり、空間光変調器３３の光変調素子３３１は、周期分極反転構造を有する（Periodically Poled）電気光学結晶により構成された強誘電体基板を有しており、ＳｉＯ２などの絶縁層および接合部を介して強誘電体基板を電極基板３３２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が薄膜状に形成されている。そして、この強誘電体基板の下面に対して絶縁層が全面均一に形成され、さらに絶縁層に接合部が形成されている。
【００２８】
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、複数の個別電極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、各個別電極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では各個別電極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、本実施形態では各個別電極３３３のうち配線領域Ｒａ上に位置する部位、つまり各個別電極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、つまり各個別電極３３３の（＋Ｚ側端部）は光変調素子３３１の強誘電体基板に対向しており、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「個別電極部」と称する。
【００２９】
これらの個別電極３３３を覆うようにＳｉＯ２などの絶縁材料で構成される保護膜（図示省略）が電極基板３３２の上方主面全体に形成されて個別電極３３３を保護するとともに、保護膜の表面（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に示すように各個別電極３３３の個別電極部が保護膜を介して強誘電体基板の下方主面と対向して配置される。
【００３０】
このように配置された光変調素子３３１では、強誘電体基板の上方主面全体を覆うように共通電極３３５が絶縁層（図示省略）を介して形成されている。そして、共通電極３３５に対して共通駆動信号が与えられる。これに対し、上記した複数の個別電極３３３の各々に対しては、個別駆動信号が電気回路基板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。なお、共通駆動信号および個別駆動信号、ならびに駆動信号に基づく光変調動作については、後で詳述する。
【００３１】
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（個別電極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を介して個別電極３３３と電気的に接続され、次に説明するように制御ユニット２００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個別電極３３３に電圧を付与する。
【００３２】
変調部３３８には、図３に示すように、制御ユニット２００から露光タイミング信号ＳＧ１、露光位置信号ＳＧ２および露光データＳＧ３が与えられる。ここで、個別電極３３３の個数、つまりチャンネル数が少ない場合には、特許文献１に記載の装置と同様に、チャンネル毎に設けられるアナログ電圧駆動回路を一対一で制御ユニット２００のバッファ２０５と電気的に接続し、バッファ２０５から与えられる露光データＳＧ３に対応する個別駆動信号を電極に付与するように構成してもよい。しかしながら、チャンネル数の増大にしたがってノイズやクロストークなどの影響によって駆動信号の品質が悪くなるとともに、物理的には配線の束が太くなるために配線経路の確保も困難となる。例えば配線が数千本程度以上の場合には、上記問題を避けるために、次に説明するようにシリアライズ部およびデシリアライズ部を組み合わせた方式を１段または複数段設けるのが望ましい。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように、変調部３３８では、複数のチャンネルをまとめて高速のシリアル信号に変換するシリアライズ部３３８２が複数個設けられるとともに、各シリアライズ部３３８２に対応してデシリアライズ部３３８３が設けられている。このようなシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３には、例えば高速のトランシーバを含むＴＬＫ１５０１（テキサス・インスツルメンツ社製 Ｍａｘ１．５Ｇｂ／ｓ
）を使用することができる。
【００３４】
ここで、具体例を例示してシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３を設けることの優位性について説明する。露光タイミング信号が１［Ｍｂｐｓ］の場合、出力１チャンネル当たり１［Ｍｂｐｓ］、８ビットとすると、８［Ｍｂｐｓ／ＣＨ］となる。そして、チャンネル数が５０００とすると、露光タイミング信号毎に４０［Ｇｂｐｓ］（＝８［Ｍｂｐｓ／ＣＨ］×５０００［ＣＨ］）の露光データを転送する必要がある。そこで、上記したデバイス（ＴＬＫ１５０１）を使用してシリアライズ部３３８２およびデシリアライズ部３３８３を構成する場合には、露光データ以外のオーバーヘッドの信号を無視して計算すると、１８７ＣＨ毎に約１．５［Ｇｂｐｓ］の速度になるので、５０００ＣＨでは２７本の高速の信号線を用いればよい。このように信号線の本数を大幅に削減することができる。なお、距離が長くなる場合には、光通信用のデバイスを使用してもよい。
【００３５】
図５に戻って説明を続ける。各シリアライズ部３３８２では、露光タイミング信号ＳＧ１に基づいて所定のタイミング信号がタイミング発生部３３８４から出力されてシリアライザ３３８５でのシリアル化処理が実行され、これにより生成される高速シリアル信号がアンプにより増幅され、各シリアライズ部３３８２に対応するデシリアライズ部３３８３にシリアル伝送される。
【００３６】
また、各デシリアライズ部３３８３においても、露光タイミング信号ＳＧ１に基づいて所定のタイミング信号を発生させるタイミング発生部３３８６が設けられるとともに、高速シリアル信号をチャンネル毎にデシリアライズするデシリアライザ３３８７が設けられている。さらに、各デシリアライズ部３３８３に対応してデシリアライズされた露光データに対応する電圧を有する駆動信号を作成するアナログ電圧駆動回路３３８８、３３８９が設けられている。なお、本実施形態では、特許文献１と同様に個別電極３３３に与える個別駆動信号を生成するためにチャンネル数と同数の個別電極用のアナログ電圧駆動回路３３８８が設けられるのみならず、共通電極３３５に与える共通駆動信号を生成するための単一の共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９も設けられている。このように共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を追加的に設けた理由については、後で詳述する。
【００３７】
これら個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８および共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９は図６に示すように同一構成を有している。すなわち、アナログ電圧駆動回路３３８８，３３８９のいずれも、２つのラッチ回路３３８ａ、３３８ｂ、ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）３３８ｃおよびオペアンプ３３８ｄが直列接続されている。そして、例えば個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８および共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９に接続されるデシリアライザ３３８７（図５中の符号３３８７Ａ）からデシリアライズされた露光データＳＧ３が各アナログ電圧駆動回路３３８８、３８８９の第１ラッチ回路３３８ａに与えられるとともに、露光位置信号ＳＧ２がデコーダ３３８ｅを介して第１ラッチ回路３３８ａに与えられ、チャンネル毎に光のＯＮ／ＯＦＦおよび階調制御が決定され、それを示す信号が第２ラッチ回路３３８ｂに与えられる。
【００３８】
そして、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８において、第２ラッチ回路３３８ｂにタイミング発生部３３８６から出力されるタイミング信号、つまり出力トリガ信号が与えられると、そのタイミングで各第２ラッチ回路３３８ｂからＤＡＣ３３８ｃを介してオペアンプ３３８ｄにアナログ信号が与えられ、オペアンプ３３８ｄからの出力信号が個別駆動信号として個別電極３３３に付与される。また、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９においても、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８と同様に、第２ラッチ回路３３８ｂにタイミング発生部３３８６から出力されるタイミング信号、つまり出力トリガ信号が与えられると、そのタイミングで各第２ラッチ回路３３８ｂからＤＡＣ３３８ｃを介してオペアンプ３３８ｄにアナログ信号が与えられ、オペアンプ３３８ｄからの出力信号が共通駆動信号として共通電極３３５に付与される。
【００３９】
なお、本実施形態では、後述するように共通電極３３５に与える電位を接地電位（０［Ｖ］）とＶ+［Ｖ］に交互に切り替えながら各個別電極３３３に与える電位を制御するため、図７に示すタイミングで動作する。第１ライン目の露光を行うために、露光データＳＧ３に含まれる電位データ、つまり共通電極３３５の電位が０［Ｖ］のときの各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-1と、共通電極３３５の電位を０［Ｖ］とする電位データＣＤ1とが与えられ、その後に出力される出力トリガ信号に同期して各電位データＳＤ1-1、ＣＤ1に対応する電位の駆動信号が個別電極３３３および共通電極３３５に出力される。また、共通電極３３５の電位がＶ+［Ｖ］のときの各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-2と、共通電極３３５の電位をＶ+［Ｖ］とする電位データＣＤ2とが与えられ、その後に出力される出力トリガ信号に同期して各電位データに対応する電位の駆動信号が個別電極３３３および共通電極３３５に出力される。こうして、１ライン分の露光が実行される。また、それ以降のライン露光についても同様にして実行される。
【００４０】
このように、空間光変調器３３では、信号発生部２０６からの露光データＳＧ３などに応じて、共通電極３３５に対して共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を介して共通駆動信号が与えられるとともに、各チャンネルを構成する個別電極３３３に対して個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８を介して個別駆動信号がそれぞれ独立して与えられる。これによって、光変調素子３３１に対して双極性電圧パルスが印加され、光変調素子３３１の周期分極反転構造内では、共通電極３３５と各個別電極３３３の電位差に応じて両電極３３３、３３５の間で生じる電界により分極方位に従った屈折率変化が発生して上記電位差に応じた回折効率を有する回折格子が形成される。その結果、各チャンネルでは、回折効率に応じた光量の回折光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、電位差がゼロ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。なお、双極性電圧パルスの入力態様および光変調動作については、後で詳述する。
【００４１】
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。なお、この実施形態では、これらの光学要素部品３４、３５１〜３５３よりなる投影光学系がＸＹ平面において入射レーザ光Ｌ１の進む方向（空間光変調器３３の入射側の光軸ＯＡ）に対して回折角度に応じた角度だけ傾斜して配置されている。
【００４２】
この投影光学系のうち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を通過する光は、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。
【００４３】
ここで、レンズ３５１の前側焦点は個別電極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。そして、光変調素子３３１中で露光データに応じた回折効率で回折を受けて光変調素子３３１から射出される回折光ＤＬは、図４（ａ）の破線で示すようにレンズ３４、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。そして、このレンズ３５３により回折光ＤＬは基板Ｗの表面上に照射される。例えば第１、３〜５チャンネルの個別電極３３３と共通電極３３５との間に電位差を付与したときには、これらのチャンネル（１、３〜５ｃｈ）に対応する回折光ＤＬが上記のようにして基板Ｗの表面上に照射されて各チャンネル（１、３〜５ｃｈ）に対応してスポット状に各電位差に応じた光量で露光される。一方、２チャンネルの光、つまり０次光Ｌ０は、図４（ａ）中に実線にて示すように、光軸ＯＡと平行に光変調素子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。
【００４４】
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回折光ＤＬの主光線（図４中の破線）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、この実施形態では回折光ＤＬ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。
【００４５】
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制御ユニット２００を有している。この制御ユニット２００は、ＣＰＵ２０１、記憶部２０２、演算部２０３、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２０４、バッファ２０５、信号発生部２０６、モータ制御部２０７等を有している。本実施形態では、演算処理を行う演算処理部として、変調部３３８に与えるための露光データＳＧ３を演算する専用の演算部２０３と、露光データの演算処理を除く演算処理を行うＣＰＵ２０１とを有している。このうちＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶されているプログラムや各種データにしたがって装置全体を制御するための演算処理を実行する。
【００４６】
一方、演算部２０３は、ハードディスクドライブ２０４内の露光用データに基づいて露光データＳＧ３を演算し、１スキャン単位でバッファ２０５に出力する。このように、本実施形態では、露光データＳＧ３の演算を専門的に行う演算部２０３を設けているが、ＣＰＵ２０１の演算処理に余裕がある場合には、ＣＰＵ２０１において露光データＳＧ３の演算を行い、当該露光データＳＧ３をバッファ２０５に出力するように構成してもよい。この場合、演算部２０３を省略することができる。こうしてバッファ２０５に一時的に保存される露光データＳＧ３は信号発生部２０６から出力される露光タイミング信号ＳＧ１に同期して１スキャン単位で変調部３３８に出力される。そして、変調部３３８は、個別電極３３３の各々と、共通電極３３５との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で光変調素子３３１を通過する光を変調させる。
【００４７】
ここで、双極性電圧パルスを印加するのは次の理由からである。空間光変調器３３を駆動するためには、例えば図８（ａ）に示すように、共通電極３３５に接地電位を固定的に与えながら個別電極３３３に与える電位を所定振幅ＷＰの正極側電位を所定周期ＰＴで与えて駆動する、いわゆるユニポーラ型駆動を採用することができる。なお、同図および後の同種の図面における波形は入力電圧に対する回折光の光量変化を示すものであり、光変調素子３３１の光変調特性を示している。この光変調特性は共通電極３３５と個別電極３３３との電位差に応じてｓｉｎ２θで変化する。
【００４８】
このように個別電極３３３に個別駆動信号として単極性信号を与えてユニポーラ型駆動した場合、光変調素子３３１に電荷が残留し、結晶特性が変動してしまうことがある。その結果、光変調素子３３１の光変調特性が変化してしまい、所望の光変調を行うことが困難となる。
【００４９】
そこで、例えば図８（ｂ）に示すように、単極性信号の代わりに双極性信号を与えて空間光変調器３３を駆動することが考えられる。つまり、所定周期ＰＴを２ｎ（同図（ｂ）では、ｎ＝１）に分割し、正極側電位および負極電位に交互に入れ替わる双極性信号を個別電極３３３に与えて空間光変調器３３を駆動してもよい（バイポーラ型駆動）。ただし、この駆動態様を採用した場合、各個別電極３３３に与える個別駆動信号の電位を正極側および負極側にそれぞれ振幅ＷＰだけ振る必要があり、それに対応すべく、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８のオペアンプ３３８ｄに正負電源で使用する必要があり、個別電極３３３に与える電圧の振幅幅は（２×ＷＰ）となる。このため、オペアンプ３３８ｄに正極電源電流と負極電源電流が流れ、単電源で使用する場合に比べて消費電力が２倍に増加する。しかも、各チャンネルに対して個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８を設けているため、オペアンプ３３８ｄの個数はチャンネル数に相当し、ユニポーラ型駆動に比べて消費電力の増大は避けられない。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図８（ｂ）に示す比較例での双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅ＷＰで変化する個別駆動信号を個別電極３３３に与える一方、１／２周期でかつ上記振幅ＷＰで変化する共通駆動信号を共通電極３３５に与えることで、比較例と同様の双極性電圧パルスを光変調素子３３１に印加している。より詳しくは、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９は、ＰＴ／２の周期で０［Ｖ］と、Ｖ+［Ｖ］との２段階に切り替わる共通信号を生成し、露光タイミング信号ＳＧ１に同期して共通電極３３５に印加する。なお、本実施形態では、電位Ｖ+［Ｖ］は、光変調特性、つまりｓｉｎ２θの（π／２）に対応する電位に設定している。
【００５１】
本実施形態では、共通電極３３５に０［Ｖ］が印加される間、比較例と同様にして個別電極３３３に与えられる電位に応じた光量の回折光ＤＬが光変調素子３３１から射出される（図９（ａ））。一方、共通電極３３５にＶ+［Ｖ］が印加されると、図９（ｂ）に示すように、光変調素子３３１の光変調特性（波形）が印加電位Ｖ+［Ｖ］だけシフトする。このため、例えば個別電極３３３に電位Ｖ+［Ｖ］を印加すると、当該個別電極３３３と共通電極３３５の間の電位差はゼロとなり、回折光の光量はほぼゼロとなる。また、個別電極３３３に印加する電位を０［Ｖ］以上で、かつＶ+［Ｖ］よりも低い電位に設定すると、同図（ｂ）に示すように、両電極３３３、３３５間の電位差は大きくなり、それに伴って回折光の光量も増大する。
【００５２】
そこで、本実施形態では、所定周期ＰＴのうちの前半（図９（ａ）中のＴ1-1、Ｔ2-1、Ｔ3-1、…）においては共通電極３３５に電位０［Ｖ］を与えながら個別電極３３３にＶｎ（ただし、０≦Ｖｎ≦Ｖ+）を印加し、後半（図９（ｂ）中のＴ1-2、Ｔ2-2、Ｔ3-2、…）においては共通電極３３５に電位Ｖ+［Ｖ］を与えながら個別電極３３３に電位（（Ｖ+）−Ｖｎ）を印加している。このように個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を０［Ｖ］からＶ+「Ｖ］の振幅ＷＰとし、比較例と同様に双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えている。例えば図１０に示すように、電位Ｖ+を１０［Ｖ］に設定し、個別電極３３３に与える電位を共通電極３３５に与える電位の切替に応じて０［Ｖ］以上Ｖ+［Ｖ］以下の範囲で変更させることでバイポーラ型駆動が可能となる。
【００５３】
図１１は、図８（ｂ）に示す比較例と、図９に示す本発明の第１実施形態とを対比した図である。いずれもクロック信号に基づき個別駆動信号の電位を変化させることで双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えて回折光の光量を多段階に変化させて階調制御しているが、本発明の第１実施形態によれば、上記したように共通電極３３５に与える電位を０［Ｖ］と正極側のＶ+「Ｖ］とに交互に切り替え、それに応じて個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化させているため、各個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８でオペアンプ３３８ｄを単電源で駆動することができ、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができる。もちろん、共通電極３３５に対して０［Ｖ］とＶ+「Ｖ］の電位を与えるために、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９を追加する必要があり、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９のオペアンプ３３８ｄによる電力消費が新たに発生するが、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８の個数が共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９に比べて格段に多いため、トータルでの電力消費量は大幅に削減される。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、共通電極３３５と複数の個別電極３３３との間に双極性電圧パルスを空間光変調器３３に印加して光を変調させる空間光変調器３３で消費される電力を低減させることができる。
【００５５】
このように、第１実施形態では、露光データＳＧ３を含む信号が本発明の「データ信号」に相当し、２×ＷＰが本発明の「双極性電圧パルスのパルス幅」に相当している。また、個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８が本発明の「個別駆動信号生成部」に相当し、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９が本発明の「共通駆動信号生成部」に相当している。また、「電位Ｖ+」が本発明の「第１電位」および「第２電位」に相当している。
【００５６】
ところで、上記第１実施形態では、光変調素子３３１の光変調特性がオフセットしていない、つまり光変調素子３３１の固有値であるオフセット電圧が０［Ｖ］であるが、オフセット電圧が０［Ｖ］以外のときには、光変調特性はオフセット電圧分だけオフセットする。この場合、上記第１実施形態をそのまま適用すると、図１２に示す問題が生じる。図１２はオフセットによる回折光の光量変動を示す図である。同図中で破線にて示す波形はオフセットが生じていないときの光変調素子３３１の光変調特性を示し、実線にて示す波形はオフセットが生じたときの光変調素子３３１の光変調特性を示しており、オフセットにより光変調特性はオフセット電圧分だけシフトする。そして、第１実施形態で設定した電位をそのまま個別電極３３３および共通電極３３５に印加すると、光変調素子３３１から射出される回折光ＤＬの光量が不足したり、逆に過剰となることがある。その結果、所望の回折光ＤＬの光強度が得られず、露光光量の過不足が生じ、その結果、高品質なパターン描画が不可能となる。そこで、本発明の第２実施形態では、オフセット分だけ共通電極３３５に印加する電位を調整してオフセットによる影響をキャンセルしている。また、本発明の第３実施形態では、オフセット分だけ個別電極３３３に印加する電位を調整してオフセットによる影響をキャンセルしている。以下、第２実施形態および第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００５７】
図１３は、本発明にかかる空間光変調器の第２実施形態における動作を示す図であり、図１２から共通電極３３５に印加する電位を−Ｖ0［Ｖ］だけシフトした後の図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、オフセット電圧に応じて共通電極３３５に印加する電位を調整している点のみであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
【００５８】
この第２実施形態では、オフセット電圧Ｖ0だけ光変調素子３３１の光変調特性がシフトしている場合、そのオフセット電圧Ｖ0を予め求めるとともに、制御ユニット２００のハードディスクドライブ２０４に記憶させる。また、演算部２０３は、時間Ｔ1-1、Ｔ2-1、…、Ｔn-1の間に共通電極３３５に与える電位が−Ｖ0［Ｖ］となるように電位データＣＤ1を設定し、時間Ｔ1-2、Ｔ2-2、…、Ｔn-2の間に共通電極３３５に与える電位が（Ｖ+）−Ｖ0［Ｖ］となるように電位データＣＤ2を設定する。このように共通電極３３５に与える電位を調整することでオフセット方向と逆の方向、例えば図１２に示すように正極側にオフセットしている場合には、共通電極３３５の電位調整によって負極側にシフトしてオフセットがキャンセルされる。
【００５９】
ここで、共通電極３３５および個別電極３３３に与える電位を一般化して電位関係を整理し、図１４を参照しつつ説明する。まず、当該説明において使用する符号について定義する。
【００６０】
Ｖoffset：光変調素子３３１のオフセット電圧、
Ｖp ：オフセット値を中心とする印加電圧
Ｖcom0 ：共通電極３３５の電位
Ｖcom1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位
Ｖcom2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位
Ｖa0 ：共通電極３３５の電位からの正極側印加電位の初期値
Ｖb0 ：共通電極３３５の電位からの負極側印加電位の初期値
Ｖa1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位からの正極側印加電位
Ｖb1 ：時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1での共通電極３３５の電位からの負極側印加電位
Ｖa2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位からの正極側印加電位
Ｖb2 ：時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2での共通電極３３５の電位からの負極側印加電位
また、図１４中の特性波形は本来ｓｉｎ２カーブあるが、説明理解を容易にするため、直線で図示している。
【００６１】
所定周期ＰＴの前半、つまりクロック信号の前半分の時間時間Ｔ1-1、…、Ｔn-1では、図１４（ａ）に示すように、光変調素子３３１の光変調特性を０［Ｖ］中心として振らせるために共通電極３３５の電位Ｖcom0をオフセット電圧Ｖoffset分シフトしている。したがって、
Ｖcom1＝Ｖcom0−Ｖoffset
となる。また、共通電極３３５の電位が電位Ｖcom1にシフトした時の電位Ｖa0の電位Ｖa1を求めると、
Ｖa1＝Ｖa0＋Ｖcom1（＝Ｖa0＋（Ｖcom0−Ｖoffset）＝Ｖa0＋Ｖcom0）
となる。
【００６２】
一方、所定周期ＰＴの後半、つまりクロック信号の後半分の時間時間Ｔ1-2、…、Ｔn-2では、図１４（ｂ）に示すように、光変調特性の負極性側で動作させるために、共通電極３３５の電位をＶcom2に振る。そして、共通電極３３５の電位がＶcom2にシフトした時の電位Ｖb0の電位Ｖb2を求めると、
Ｖb2＝Ｖb0＋Ｖcom2
となる。
【００６３】
例えばＶcom0＝０［Ｖ］、Ｖcom1＝−４［Ｖ］、Ｖcom2＝１７［Ｖ］、Ｖoffset＝４［Ｖ］の場合、共通電極３３５に電位Ｖcom1を印加したときの特性波形のオフセット電圧Ｖoffset1＝０［Ｖ］、共通電極３３５に電位Ｖcom2を印加したときの特性波形のオフセット電圧Ｖoffset2＝２１［Ｖ］となる。そして、共通電極３３５に電位Ｖcom0、Ｖcom1、Ｖcom2を印加するときの電位関係を図１５にまとめた。同図に示すように、オフセット値からの電位差は、正極側と負極側とで同一となる。
【００６４】
図１６は本発明にかかる空間光変調器の第３実施形態における動作を示す図である。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、個別電極３３３に対してオフセット電圧を加算した電位を与えている点のみであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
【００６５】
この第３実施形態では、演算部２０３が記憶部２０２に記憶されているオフセット電圧Ｖ0を読み出し、これを加算して各個別電極３３３に与える電位を示す電位データＳＤ1-1、ＳＤ1-2、…を作成することでオフセットの影響を抑制することができる。なお、共通電極３３５の電位調整と、個別電極３３３の電位調整とを組み合わせてオフセットの影響を抑制するように構成することも可能である。また、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅も、第１実施形態と同様に、図８（ｂ）に示す比較例に比べ、半分程度となるため、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６６】
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１実施形態では、共通電極３３５に対して０［Ｖ］と正極側の電位Ｖ+［Ｖ］とを交互に印加するように構成し、個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ+「Ｖ］）で変化させているが、共通電極３３５に対して０［Ｖ］と負極側の電位Ｖ-［Ｖ］とを交互に印加するように構成してもよい。この場合、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（０［Ｖ］〜Ｖ-「Ｖ］）で変化させればよく、各オペアンプ３３８ｄを単電源で駆動することができ、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、ここでは、電位Ｖ-は、光変調特性、つまりｓｉｎ２θの（−π／２）に対応する電位を意味している。
【００６７】
また、共通電極３３５に与える電位の組み合わせは、０［Ｖ］とＶ+［Ｖ］、あるいは０［Ｖ］とＶ-［Ｖ］に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、Ｖ-／２［Ｖ］とＶ+／２［Ｖ］とを交互に共通電極３３５に印加するように構成してもよい（第４実施形態）。この場合、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧をＶ-／２［Ｖ］を基準とすればよく、個別駆動信号の電圧振幅を振幅ＷＰ（Ｖ-／２［Ｖ］〜Ｖ+／２［Ｖ］）で変化させればよい。したがって、各個別電極３３３に印加する個別駆動信号の電圧振幅も、第１実施形態と同様に、図８（ｂ）に示す比較例に比べ、半分程度となるため、オペアンプ３３８ｄの消費電力を抑制することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
また、上記実施形態では、周期ＰＴを２分割し、ＰＴ／２毎に共通電極３３５と個別電極３３３との間で極性を反転させて双極性電圧パルスを光変調素子３３１に印加しているが、周期ＰＴを２×ｍ（ｍ≧２の整数）倍に分割し、交互に極性を反転させるように構成してもよい。すなわち、ＰＴ／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期で極性を反転させるように構成すればよく、共通電極用アナログ電圧駆動回路３３８９で双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成して共通電極３３５に印加しながら、各個別電極用アナログ電圧駆動回路３３８８で双極性電圧パルスのパルス振幅（２×ＷＰ）よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成して各個別電極３３３に印加することで、双極性電圧パルスを光変調素子３３１に与えるように構成すればよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、回折光ＤＬ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、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対しても本発明を適用可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、強誘電体基板（電気光学結晶基板）の一方主面に共通電極３３５を対向させるとともに、他方主面に複数の個別電極３３３を対向して形成した光変調素子３３１を用いた空間光変調器３３に対して本発明を適用しているが、複数の個別電極３３３と共通電極３３５がともに強誘電体基板の一方主面（または他方主面）と対向するように設けた空間光変調器３３に対して本発明を適用することができる。
【００７１】
また、パターンを描画する記録材料は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。
【００７２】
さらに、上記のように構成された空間光変調器３３はパターン描画以外の用途に用いられてもよく、この場合、光の照射の対象物も記録材料以外であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
この発明は、電気光学結晶を用いた空間光変調器、該空間光変調器の駆動方法、および該空間光変調器を用いた露光装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
３…光学ヘッド（露光装置）
３１…光源部
３３…空間光変調器
３４…シリンドリカルレンズ（光学系）
３５…シュリーレン光学系
３３１…光変調素子
３３３…個別電極
３３５…共通電極
３３８…変調部
３３８８…個別電極用アナログ電圧駆動回路（個別駆動信号生成部）
３３８９…共通電極用アナログ電圧駆動回路（共通駆動信号生成部）
ＰＴ…周期
Ｖ0、Ｖoffset1、Ｖoffset2…オフセット電圧
Ｗ…基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、前記電気光学結晶基板の前記一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で前記電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器であって、
各個別電極に対応して設けられ、各個別電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成する、複数の個別駆動信号生成部と、
前記共通電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎの周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成する共通駆動信号生成部とを備え、
各個別駆動信号生成部が個別駆動信号を各個別駆動信号生成部と対応する個別電極を与えるとともに前記共通駆動信号生成部が共通駆動信号を前記共通電極に与えて前記双極性電圧パルスを印加することを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記共通駆動信号は、前記周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第１電位に交互に切り替わる信号であり、
各個別駆動信号は、前記周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第２電位との間で電位が変化する信号である請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記第１電位および前記第２電位は前記接地電位に対して同一の極性でかつ同一電位である請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項４】
光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空間光変調器であって、
前記共通駆動信号は前記オフセット電圧だけ前記第１極性と反対の第２極性側にシフトされる空間光変調器。
【請求項５】
光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空間光変調器であって、
各個別駆動信号は前記オフセット電圧だけ前記第１極性側にシフトされる空間光変調器。
【請求項６】
データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、前記電気光学結晶基板の前記一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で前記電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器の駆動方法であって、
前記共通電極に対し、前記共通電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎの周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を与える一方、
各個別電極に対し、各個別電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を与えることで、
前記双極性電圧パルスを印加することを特徴とする空間光変調器の駆動方法。
【請求項７】
変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、
光源部と、
前記光源部からの光が入射される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空間光変調器と、
前記空間光変調器と前記被露光面の間に配置されて前記電気光学結晶基板からの変調光を前記被露光面に導く光学系と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１】
データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、前記電気光学結晶基板の前記一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で前記電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器であって、
各個別電極に対応して設けられ、各個別電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を作成する、複数の個別駆動信号生成部と、
前記共通電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎの周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を作成する共通駆動信号生成部とを備え、
各個別駆動信号生成部が個別駆動信号を各個別駆動信号生成部と対応する個別電極を与えるとともに前記共通駆動信号生成部が共通駆動信号を前記共通電極に与えて前記双極性電圧パルスを印加することを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記共通駆動信号は、前記周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第１電位に交互に切り替わる信号であり、
各個別駆動信号は、前記周期の１／２ｎの周期で、接地電位と第２電位との間で電位が変化する信号である請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記第１電位および前記第２電位は前記接地電位に対して同一の極性でかつ同一電位である請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項４】
光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空間光変調器であって、
前記共通駆動信号は前記オフセット電圧だけ前記第１極性と反対の第２極性側にシフトされる空間光変調器。
【請求項５】
光の変調特性がオフセット電圧だけ第１極性側にシフトしている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の空間光変調器であって、
各個別駆動信号は前記オフセット電圧だけ前記第１極性側にシフトされる空間光変調器。
【請求項６】
データ信号に応じて、電気光学結晶基板の一方主面に対向して設けられる複数の個別電極の各々と、前記電気光学結晶基板の前記一方主面または他方主面に対向して設けられる共通電極との間に双極性電圧パルスを印加して所定の周期で前記電気光学結晶基板を通過する光を変調させる空間光変調器の駆動方法であって、
前記共通電極に対し、前記共通電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎの周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する共通駆動信号を与える一方、
各個別電極に対し、各個別電極に対応するデータ信号によって前記周期の１／２ｎ（ただし、ｎは自然数）の周期でかつ前記双極性電圧パルスのパルス振幅よりも小さな振幅で変化する個別駆動信号を与えることで、
前記双極性電圧パルスを印加することを特徴とする空間光変調器の駆動方法。
【請求項７】
変調された光を被露光面に照射する露光装置であって、
光源部と、
前記光源部からの光が入射される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空間光変調器と、
前記空間光変調器と前記被露光面の間に配置されて前記電気光学結晶基板からの変調光を前記被露光面に導く光学系と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−５０５１３（Ｐ２０１３−５０５１３Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７０７１（Ｐ２０１１−１８７０７１）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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