JP6296730B2 - 光変調器および露光ヘッド - Google Patents
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Description
図1は本発明にかかる露光ヘッドの基本構成の一例を示す図である。この露光ヘッド1は、光変調器を装備して基板Wなどの被露光部に対して光を照射して露光するものである。この露光ヘッド1は、光源21からの光を進行方向Zに照射する照明光学系2と、照明光学系2から照射される光を変調する光変調器3と、光変調器3により変調された光を基板W(被露光部)に投影する投影光学系4とを有している。
ここで、電気光学結晶基板30として、特許文献1に記載された構成を有するもの(図2)を採用した場合について検討してみる。
Q<1の場合はラマン‐ナス回折、
Q>10の場合は、ブラッグ回折
となる。また、ラマン‐ナス回折のq次の回折効率ηqは式(2)によって与えられ、ブラッグ回折(基本次)の回折効率ηは式(3)によって与えられる。
λ=800[nm]
L=630[μm]
ne=2.2
Λ=20[μm]
を式(1)に代入し、計算すると、Q≒3.6となる。これは上記設計数値で構成される電気光学結晶基板31での回折は、ラマン‐ナス回折とブラッグ回折の中間領域であることを意味しており、もはやラマン‐ナス回折の回折効率を示す式(2)には従わず、回折効率を理論的に導き出すことはできない。
図3は本発明にかかる光変調器の第1実施形態の構成を示す図であり、同図(a)は光変調器3の斜視図であり、同図(b)は前段(第1電気光学結晶基板31)の構成を示す部分拡大斜視図であり、同図(c)は後段(第2電気光学結晶基板32)の構成を示す部分拡大斜視図である。また、図4は図3の光変調器の動作を模式的に示す図である。第1実施形態では、電気光学結晶基板30として2種類の電気光学結晶基板31、32が保持プレート39上で光の進行方向Dp(Z方向)に直列配置されている。電気光学結晶基板31、32は互いに周期が異なる点を除いて基本的に同一構成を有している。
図5は本発明にかかる光変調器の第2実施形態の構成を示す図であり、同図(a)は光変調器3の斜視図であり、同図(b)は前段(第1電気光学結晶基板31)の構成を示す部分拡大斜視図であり、同図(c)は後段(第2電気光学結晶基板32)の構成を示す部分拡大斜視図である。図6は図5の光変調器の動作を模式的に示す図である。なお、第1電気光学結晶基板31の構成を明確にするため、図5(b)の拡大倍率を図5(c)のそれよりも大きくしている。
図7は本発明にかかる光変調器の第3実施形態の構成を示す図であり、図8は図7の光変調器の動作を模式的に示す図である。この第3実施形態が第2実施形態と大きく相違する点は、後段(第2電気光学結晶基板32)の周期Λ2が2×Λである点のみであり、その他の構成は基本的に同一である。なお、第1電気光学結晶基板31の構成を明確にするため、図7(b)の拡大倍率を図7(c)のそれよりも大きくしている。
図9は本発明にかかる光変調器の第4実施形態の構成を示す図であり、図10は図9の光変調器の動作を模式的に示す図である。第4実施形態の特徴は前段および後段ともにブラッグ回折型で構成されている点である。より詳しくは、前段(電気光学結晶基板31)では、分極対313が周期Λ1(=Λ/2)でX方向に対して角度θだけ傾斜した第1配列方向AD1に配列され、周期分極反転構造が形成されている。一方、後段(電気光学結晶基板32)では、分極対313が周期Λ1(=Λ/2)でX方向に対して角度(−θ)だけ傾斜した第2配列方向AD2に配列され、周期分極反転構造が形成されている。
上記第1実施形態ないし第4実施形態の光変調器3では、2つの周期分極反転構造を直接配置することにより高消光比を実現しているが、3つ以上の周期分極反転構造を直接配置して同様の作用効果を達成するように構成してもよい。
電極間距離g=35[μm]、
波長λ=808[μm]、
ポッケルス定数r33=3.6×10−11[m/V]
屈折率ne=2.18
印加電圧=111[V](Δne=7.5×104)
では、電気光学結晶基板31、32、33の周期分極反転構造のQの値は、それぞれ2.9、1.5、2.9となる。
図14は、本発明にかかる光変調器の第6実施形態の構成を示す図である。この第6実施形態では、電気光学結晶基板30として5つの電気光学結晶基板31〜35が保持プレート(図11への図示省略)上において当該順序で光の進行方向Dp(Z方向)に直列配置されている。
電極間距離g=35[μm]、
波長λ=808[μm]、
ポッケルス定数r33=3.6×10−11[m/V]
屈折率ne=2.18
印加電圧=115[V](Δne=7.55×104)
では、電気光学結晶基板31、32、33の周期分極反転構造のQの値は、それぞれ23、0.82、2.3、0.82、23となる。
このように上記第1実施形態ないし第6実施形態では、各信号電極36が本発明の「第1電極」の一例に相当している。また、共通電極37が本発明の「第2電極」の一例に相当しているが、共通電極37の代わりに、1または複数の信号電極36毎に対向電極を電気光学結晶基板の下方主面に設け、各対向電極を本発明の「第2電極」として機能させてもよい。また、光の進行方向Dpに沿って隣接配置される2つの電気光学結晶基板のうち、進行方向Dpの上流側に位置する電気光学結晶基板が本発明の「第1電気光学結晶基板」に相当し、当該電気光学結晶基板中の分極対の周期および配列方向がそれぞれ本発明の「第1周期」および「第1配列方向」に相当している。また、進行方向Dpの下流側に位置する電気光学結晶基板が本発明の「第2電気光学結晶基板」に相当し、当該電気光学結晶基板中の分極対の周期および配列方向がそれぞれ本発明の「第2周期」および「第2配列方向」に相当している。また、第1周期と第2周期が互いに異なるという条件が本発明の「第1条件」に相当し、第1配列方向と第2配列方向が互いに異なるという条件が本発明の「第2条件」に相当している。そして、第1条件および第2条件のうち少なくとも一方が満足されることで消光比の向上が図られている。
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、電気光学結晶基板30を「2」、「3」または「5」の電気光学結晶基板で構成しているが、電気光学結晶基板30の構成個数はこれに限定されるものではなく、複数個であれば任意である。
第1実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2=2:1
第2実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2=1:2
第3実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2=1:4
第4実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2=1:1
第5実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2:第3周期Λ3=1:2:1
第6実施形態では、第1周期Λ1:第2周期Λ2:第3周期Λ3:第4周期Λ4:第5周期Λ5=1:4:2:4:1
となるように構成している。これらの周期比はこれに限定されるものではなく、上記第1条件や第3条件を満足するように構成すればよく、例えば複数の周期のうち最も短い最短周期の整数倍となるように構成してもよい。
2…照明光学系
3…光変調器
4…投影光学系
21…光源
30…電気光学結晶基板
31〜35…電気光学結晶基板
36…信号電極(第1電極)
37…共通電極(第2電極)
38…駆動部
39…保持プレート(保持部)
313、323…分極対
Dp…(光の)進行方向
LI…入射光
OA…光軸
W…基板(被露光部)
X…配列方向
Λ1、Λ2…周期
Claims (16)
- 点発光光源を複数配列した光源からの射出光をレンズによりビーム整形して平行光として進行方向に進む光を変調する光変調器であって、
電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第1分極対を第1周期で前記進行方向に対して直交する第1配列方向に配列した第1周期分極反転構造を有し、前記光が前記第1周期分極反転構造を介して通過する第1電気光学結晶基板と、
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2分極対を第2周期で前記進行方向に対して直交する第2配列方向に配列した第2周期分極反転構造を有し、前記第1電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第2周期分極反転構造を介して通過する第2電気光学結晶基板と、
電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第3分極対を第3周期で前記進行方向に対して直交する第3配列方向に配列した第3周期分極反転構造を有し、前記第2電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第3周期分極反転構造を介して通過する第3電気光学結晶基板と、
前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板に与える電圧によって前記第1周期分極反転構造内、前記第2周期分極反転構造内および前記第3周期分極反転構造内で回折格子を形成して前記光を変調する駆動部とを備え、
前記第1周期と前記第3周期とは同一であり、前記第2周期は前記第1周期の2倍であることを特徴とする光変調器。 - 請求項1に記載の光変調器であって、
前記駆動部は、前記第1周期分極反転構造内で形成する回折格子によってラマン−ナス回折を発生させるとともに、前記第2周期分極反転構造内で形成する回折格子によってラマン−ナス回折を発生させる光変調器。 - 請求項1または2に記載の光変調器であって、
前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板の各々は両主面が平行な平板形状を有し、
第1電極が前記第1電気光学結晶基板の一方主面上、前記第2電気光学結晶基板の一方主面上および前記第3電気光学結晶基板の一方主面上に延設されるとともに、第2電極が前記第1電気光学結晶基板の他方主面上、前記第2電気光学結晶基板の他方主面上および前記第3電気光学結晶基板の他方主面上に延設され、
前記駆動部は、前記第1電極と前記第2電極との間に電位差を発生させて前記回折格子を形成する光変調器。 - 請求項1または2に記載の光変調器であって、
前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板の各々は、両主面が平行な平板形状を有し、
複数の第1電極が互いに前記進行方向と直交する方向に離間しながら前記進行方向と平行に前記第1電気光学結晶基板の一方主面上、前記第2電気光学結晶基板の一方主面上および前記第3電気光学結晶基板の一方主面上に延設されるとともに、第2電極が前記第1電気光学結晶基板の他方主面上、前記第2電気光学結晶基板の他方主面上および前記第3電気光学結晶基板の他方主面上に延設され、
前記駆動部は、前記第1電極毎に、前記第2電極との間に電位差を発生させて前記第2電極との間で前記回折格子を形成する光変調器。 - 請求項3または4に記載の光変調器であって、
前記進行方向と直交する方向において、前記第1電極の幅は前記第1分極対の幅、前記第2分極対の幅および前記第3分極対の幅よりも広い光変調器。 - 請求項3ないし5のいずれか一項に記載の光変調器であって、
前記第2電極を挟んで前記第1電気光学結晶基板の他方主面、前記第2電気光学結晶基板の他方主面および前記第3電気光学結晶基板の他方主面と接合されて前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板を保持する保持部を備える光変調器。 - 点発光光源を複数配列した光源からの射出光をレンズによりビーム整形して平行光として光源からの光を進行方向に照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射される光を変調する光変調器と、
前記光変調器により変調された光を被露光部に投影する投影光学系とを備え、
前記光変調器は、
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分極対を第1周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第1配列方向に配列した第1周期分極反転構造を有し、前記光が前記第1周期分極反転構造を介して通過する第1電気光学結晶基板と、
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2分極対を第2周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第2配列方向に配列した第2周期分極反転構造を有し、前記第1電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第2周期分極反転構造を介して通過する第2電気光学結晶基板と、
電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第3分極対を第3周期で前記進行方向に対して直交する第3配列方向に配列した第3周期分極反転構造を有し、前記第2電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第3周期分極反転構造を介して通過する第3電気光学結晶基板と、
前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板に与える電圧によって前記第1周期分極反転構造内、前記第2周期分極反転構造内および前記第3周期分極反転構造内で回折格子を形成して前記光を変調する駆動部とを備え、
前記第1周期と前記第3周期とは同一であり、前記第2周期は前記第1周期の2倍であることを特徴とする露光ヘッド。 - 請求項7に記載の露光ヘッドであって、
前記光源から射出される光は、前記進行方向に対して0.1度以上の傾きを有する光線を含む露光ヘッド。 - 請求項7または8に記載の露光ヘッドであって、
前記第1電気光学結晶基板、前記第2電気光学結晶基板および前記第3電気光学結晶基板の各々は、両主面が平行な平板形状を有し、
複数の第1電極が互いに前記進行方向と直交する方向に離間しながら前記進行方向と平行に前記第1電気光学結晶基板の一方主面上、前記第2電気光学結晶基板の一方主面上および前記第3電気光学結晶基板の一方主面上に延設されるとともに、第2電極が前記第1電気光学結晶基板の他方主面上、前記第2電気光学結晶基板の他方主面上および前記第3電気光学結晶基板の他方主面上に延設され、
前記駆動部は、前記第1電極毎に、前記第2電極との間に電位差を発生させて前記第2電極との間で前記回折格子を形成する露光ヘッド。 - 請求項9に記載の露光ヘッドであって、
前記光源は、一次元にレーザを配列したレーザアレイである露光ヘッド。 - 進行方向に進む光を変調する光変調器であって、
電界を受けて発生する分極の向きが互いに反対である第1分極対を第1周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第1配列方向に配列した第1周期分極反転構造を有し、前記光が前記第1周期分極反転構造を介して通過する第1電気光学結晶基板と、
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2分極対を第2周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第2配列方向に配列した第2周期分極反転構造を有し、前記第1電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第2周期分極反転構造を介して通過する第2電気光学結晶基板と、
前記第1電気光学結晶基板および前記第2電気光学結晶基板に与える電圧によって前記第1周期分極反転構造内および前記第2周期分極反転構造内で回折格子を形成して前記光を変調する駆動部とを備え、
前記第1配列方向と前記第2配列方向が互いに異なるという第2条件が満足されており、
前記第1配列方向は前記進行方向に対して傾斜し、
前記第2配列方向は前記進行方向に対して直交し、
前記駆動部は、前記第1周期分極反転構造内で形成する回折格子によってブラッグ回折を発生させるとともに、前記第2周期分極反転構造内で形成する回折格子によってラマン−ナス回折を発生させる光変調器。 - 請求項11に記載の光変調器であって、
前記第1周期は前記第2周期よりも短い光変調器。 - 請求項11または12に記載の光変調器であって、
前記進行方向に対する前記第1配列方向の傾斜角度はブラッグ条件から外れている光変調器。 - 光源からの光を進行方向に照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射される光を変調する光変調器と、
前記光変調器により変調された光を被露光部に投影する投影光学系とを備え、
前記光変調器は、
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分極対を第1周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第1配列方向に配列した第1周期分極反転構造を有し、前記光が前記第1周期分極反転構造を介して通過する第1電気光学結晶基板と、
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2分極対を第2周期で前記進行方向に対して直交または傾斜する第2配列方向に配列した第2周期分極反転構造を有し、前記第1電気光学結晶基板を通過した前記光が前記第2周期分極反転構造を介して通過する第2電気光学結晶基板と、
前記第1電気光学結晶基板および前記第2電気光学結晶基板に与える電圧によって前記第1周期分極反転構造内および前記第2周期分極反転構造内で回折格子を形成して前記光を変調する駆動部とを備え、
前記第1配列方向と前記第2配列方向が互いに異なるという第2条件が満足されており、
前記第1配列方向は前記進行方向に対して傾斜し、
前記第2配列方向は前記進行方向に対して直交し、
前記駆動部は、前記第1周期分極反転構造内で形成する回折格子によってブラッグ回折を発生させるとともに、前記第2周期分極反転構造内で形成する回折格子によってラマン−ナス回折を発生させる露光ヘッド。 - 請求項14に記載の光変調器であって、
前記第1周期は前記第2周期よりも短い露光ヘッド。 - 請求項14または15に記載の光変調器であって、
前記進行方向に対する前記第1配列方向の傾斜角度はブラッグ条件から外れている露光ヘッド。
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