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JP5848802B2 - Optical device, optical device manufacturing method, and exposure apparatus - Google Patents
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JP5848802B2 - Optical device, optical device manufacturing method, and exposure apparatus - Google Patents

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Description

この発明は、周期分極反転構造を有する光学デバイス(以下においては、単に「光学デバイス」という)、該光学デバイスの製造方法および該光学デバイスを使用する露光装置に関するものである。   The present invention relates to an optical device having a periodically poled structure (hereinafter, simply referred to as “optical device”), a method of manufacturing the optical device, and an exposure apparatus using the optical device.

従来より、リチウムナイオベート(LiNbO)やリチウムタンタレート(LiTaO)などの強誘電体結晶は、光変調や波長変換などの制御を行うことを目的とした光学デバイスへの応用が検討されている。例えば非特許文献1では、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶を用いたブラッグ偏向型の光変調器が記載されている。また、例えば非特許文献2では、平面導波路周期分極反転(MgO:LN(PPMgLN))を用いた波長変換素子が記載されている。 Conventionally, ferroelectric crystals such as lithium niobate (LiNbO 3 ) and lithium tantalate (LiTaO 3 ) have been studied for application to optical devices for the purpose of controlling light modulation and wavelength conversion. Yes. For example, Non-Patent Document 1 describes a Bragg deflection type optical modulator using a ferroelectric crystal having a periodically poled structure. For example, Non-Patent Document 2 describes a wavelength conversion element using planar waveguide periodic polarization inversion (MgO: LN (PPMgLN)).

H.Gnewuch et al "Nanosecond Response of Bragg Deflectors inPeriodically Poled LiNbO3", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 10,NO. 12, DECEMBER 1998H.Gnewuch et al "Nanosecond Response of Bragg Deflectors inPeriodically Poled LiNbO3", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 10, NO. 12, DECEMBER 1998 平野嘉仁、“超小型波長変換緑色レーザーとレーザーTV”、応用物理 第78巻 第11号(2009)Yoshihito Hirano, “Ultra-small wavelength conversion green laser and laser TV”, Applied Physics Vol. 78, No. 11 (2009)

ところで、非特許文献1に記載の光変調器では、電気光学効果を利用して光変調が可能となっているが、強誘電体結晶の厚さは300μm程度で分極反転周期が40μmと粗く、駆動電圧も25V以上要求されているため、高速変調が困難であった。したがって、さらなる高速変調を得るためには、駆動電圧を下げる必要がある。これを達成するアプローチのひとつとして、強誘電体結晶の厚みを薄くする(薄化とも言う)ことが挙げられる。つまり、強誘電体結晶の薄膜化によって強誘電体結晶に電圧を印加する電極間の距離が短縮され、駆動電圧の低下が可能となる。また、波長変換素子においては数μm幅の導波路上に分極反転周期3μmが実現されているが、分極反転構造の作製精度を向上させるとともに、分極反転周期を短縮することにより変換波長の短波長化への対応が望まれている。   By the way, in the optical modulator described in Non-Patent Document 1, light modulation is possible using the electro-optic effect, but the thickness of the ferroelectric crystal is about 300 μm and the polarization inversion period is as coarse as 40 μm. Since the drive voltage is also required to be 25 V or more, high-speed modulation is difficult. Therefore, in order to obtain further high-speed modulation, it is necessary to lower the drive voltage. One approach to achieve this is to reduce the thickness of the ferroelectric crystal (also called thinning). That is, the distance between the electrodes for applying a voltage to the ferroelectric crystal is shortened by reducing the thickness of the ferroelectric crystal, and the driving voltage can be reduced. Further, in the wavelength conversion element, a polarization inversion period of 3 μm is realized on a waveguide having a width of several μm. However, by improving the fabrication accuracy of the polarization inversion structure and shortening the polarization inversion period, a short wavelength of the conversion wavelength is achieved. It is hoped that it will respond to

周期分極反転構造を形成する方法として電圧印加法(電界印加法、パルス電界印加法などとも言う)が現在主流である。この電圧印加法では、150μm〜500μmの厚みを有する強誘電体結晶の片面に格子状電極を形成し、もう片面に設けた電極との間に材料固有の特性である分極反転電圧を超える高電圧を印加し、分極の向きを反転させて作成する。このため、周期は短いもので3μm程度であり、また広い面積にわたり均一な精度を保つことは極めて困難である。   A voltage application method (also referred to as an electric field application method, a pulse electric field application method, or the like) is currently the mainstream as a method for forming a periodically poled structure. In this voltage application method, a lattice-like electrode is formed on one side of a ferroelectric crystal having a thickness of 150 μm to 500 μm, and a high voltage exceeding the polarization inversion voltage, which is a characteristic unique to the material, between the electrode provided on the other side Is applied to reverse the direction of polarization. For this reason, the cycle is short, about 3 μm, and it is extremely difficult to maintain uniform accuracy over a wide area.

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、強誘電体結晶により構成される強誘電体基板に周期分極反転構造が形成される光学デバイスに関し、その強誘電体結晶の薄膜化および周期分極反転構造の高精度化を可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and relates to an optical device in which a periodically poled structure is formed on a ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal. It is an object of the present invention to provide a technique that can improve the accuracy of an inverted structure.

本発明にかかる光学デバイスの第1態様は、上記目的を達成するため、第1分極方向と、第1分極方向とは反対方向の第2分極方向に周期的に分極した周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板と、支持基板と、強誘電体基板の一方主面と、強誘電体基板の一方主面と対向する支持基板の一方主面とに挟まれて強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる接合部と、を備え、接合部は、強誘電体基板の一方主面に形成されている第1金属層と、支持基板の一方主面に形成されている第2金属層と接合されている導電層であり、第1金属層および第2金属層には、周期分極反転構造における第1分極方向に分極した部分の周期と一致するパターンが形成される、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the first aspect of the optical device according to the present invention has a periodically poled structure periodically polarized in a first polarization direction and a second polarization direction opposite to the first polarization direction. Sandwiched between a ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal, a support substrate, one main surface of the ferroelectric substrate, and one main surface of the support substrate facing the one main surface of the ferroelectric substrate with strong and joint the dielectric substrate to be integrated with supported by the supporting substrate, the bonding portion includes a first metal layer formed on one main surface of the ferroelectric substrate, one surface of the support substrate and a second metal layer that is formed is a conductive layer which is joined, the first metal layer and the second metal layer, consistent with the period of the domain portion in a first polarization direction in periodically poled A pattern is formed.

また、本発明にかかる光学デバイスの製造方法の第1態様は、上記目的を達成するため、強誘電体結晶により構成された強誘電体基板の一方主面と、支持基板の一方主面との間に導電性の接合部を介在させて強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる第1工程と、強誘電体基板の他方主面に周期パターンを有するパターン電極を形成する第2工程と、パターン電極と接合部との間で電圧を印加して分極反転部を強誘電体基板に周期的に形成する第3工程とを備え、第1工程は、強誘電体基板の一方主面に周期パターンと対応するパターンを有する第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、支持基板の一方主面に周期パターンと対応するパターンを有する第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、第1金属層のパターンの凸部と、第2金属層の凸部とを接合して、接合部を形成することで、強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる一体化工程と、を有する、ことを特徴としている。   According to a first aspect of the method for manufacturing an optical device of the present invention, in order to achieve the above object, one main surface of a ferroelectric substrate formed of a ferroelectric crystal and one main surface of a support substrate are provided. A first step of integrating the ferroelectric substrate while supporting the ferroelectric substrate with a support substrate with a conductive joint interposed therebetween, and a second step of forming a pattern electrode having a periodic pattern on the other main surface of the ferroelectric substrate. And a third step of periodically forming a domain-inverted portion on the ferroelectric substrate by applying a voltage between the pattern electrode and the junction, and the first step is one of the main steps of the ferroelectric substrate. A first metal layer forming step for forming a first metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on the surface; and a second metal for forming a second metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the support substrate. Layer forming step and convexity of pattern of first metal layer And an integration step of joining the convex portion of the second metal layer and forming the joint portion so that the ferroelectric substrate is supported by the support substrate. .

また、本発明にかかる光学デバイスの第2態様は、上記目的を達成するため、第1分極方向と、第1分極方向とは反対方向の第2分極方向に周期的に分極した周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板と、支持基板と、強誘電体基板の一方主面に形成された絶縁層と、絶縁層と、絶縁層の一方主面と対向する支持基板の一方主面とに挟まれて、絶縁層を介して強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる接合部と、を備え、接合部は、絶縁層の一方主面に形成されている第1金属層と、支持基板の一方主面に形成されている第2金属層と接合されている導電層であり、第1金属層および第2金属層には、周期分極反転構造における第1分極方向に分極した部分の周期と一致するパターンが形成されることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the second aspect of the optical device according to the present invention is a periodically poled structure periodically polarized in the first polarization direction and the second polarization direction opposite to the first polarization direction. A ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal, a support substrate, an insulating layer formed on one main surface of the ferroelectric substrate, an insulating layer, and a support facing the one main surface of the insulating layer A junction part sandwiched between one main surface of the substrate and supporting the ferroelectric substrate with the support substrate through the insulating layer, and the junction part is formed on the one main surface of the insulating layer. a first metal layer and a conductive layer and a second metal layer formed on one main surface of the supporting substrate is bonded to the first metal layer and the second metal layer, periodically poled A pattern that coincides with the period of the portion polarized in the first polarization direction is formed. It is characterized in.

また、本発明にかかる光学デバイスの製造方法の第2態様は、上記目的を達成するため、強誘電体結晶により構成された強誘電体基板の一方主面と、支持基板の一方主面との間に導電性の接合部を介在させて強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる第1工程と、強誘電体基板の他方主面に周期パターンを有するパターン電極を形成する第2工程と、パターン電極と接合部との間で電圧を印加して分極反転部を強誘電体基板に周期的に形成する第3工程とを備え、第1工程は、強誘電体基板の一方主面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層の一方主面に周期パターンと対応するパターンを有する第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、支持基板の一方主面に周期パターンと対応するパターンを有する第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、第1金属層のパターンの凸部と、第2金属層の凸部とを接合して、接合部を形成することで、絶縁層を介して強誘電体基板を支持基板で支持しながら一体化させる一体化工程と、を有する、ことを特徴としている。   According to a second aspect of the method for manufacturing an optical device of the present invention, in order to achieve the above object, one main surface of a ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal and one main surface of a support substrate are provided. A first step of integrating the ferroelectric substrate while supporting the ferroelectric substrate with a support substrate with a conductive joint interposed therebetween, and a second step of forming a pattern electrode having a periodic pattern on the other main surface of the ferroelectric substrate. And a third step of periodically forming a domain-inverted portion on the ferroelectric substrate by applying a voltage between the pattern electrode and the junction, and the first step is one of the main steps of the ferroelectric substrate. An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the surface; a first metal layer forming step of forming a first metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the insulating layer; Forming a second metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern The second metal layer forming step, the convex portion of the pattern of the first metal layer, and the convex portion of the second metal layer are joined to form a joined portion, whereby the ferroelectric substrate is interposed via the insulating layer And an integration step of integrating them while supporting them with a support substrate.

このように構成された発明(光学デバイスおよびその製造方法)では、周期分極反転構造を有する強誘電体基板が接合部を介して支持基板で支持されるため、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶の薄膜化が可能となる。また、周期分極反転構造を高精度に製造することが可能となる。したがって、例えば上記光学デバイスを用いて光変調器を構成した場合、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶の結晶厚が薄いため、電極間距離が短く駆動電圧を低く抑えることができ、これによって高速変調が可能となっている。また、例えば上記光学デバイスを用いた波長変換素子では、薄膜化によって短い周期の分極反転構造の作製が可能となり、変換波長を更に短くすることができる。また、高精度な周期分極反転構造、つまり均一で、周期バラツキの少ない周期分極反転構造が得られるため、変換効率を向上させることができる。さらに、分極反転構造を形成するための印加電圧をより低くできるため、安全に作業ができる。   In the invention thus configured (optical device and method for manufacturing the same), since the ferroelectric substrate having a periodically poled structure is supported by the support substrate via the junction, the ferroelectric having the periodically poled structure is provided. Crystal thinning is possible. In addition, it is possible to manufacture the periodic polarization inversion structure with high accuracy. Therefore, for example, when an optical modulator is configured using the optical device described above, since the crystal thickness of the ferroelectric crystal having a periodically poled structure is thin, the distance between the electrodes is short, and the driving voltage can be kept low. High-speed modulation is possible. Further, for example, in the wavelength conversion element using the optical device, it is possible to produce a domain-inverted structure with a short period by thinning, and the conversion wavelength can be further shortened. In addition, since a highly accurate periodic polarization reversal structure, that is, a periodic polarization reversal structure that is uniform and has little periodic variation, a conversion efficiency can be improved. Furthermore, since the applied voltage for forming the domain-inverted structure can be further reduced, the operation can be performed safely.

ここで、接合部については、第1態様では、強誘電体基板の一方主面に形成された第1金属層と、支持基板の一方主面に形成された第2金属層とを接合させて作製されており、第2態様では、強誘電体基板の一方主面に絶縁層を介して形成された第1金属層と、支持基板の一方主面に形成された第2金属層とを接合させて作製されている。これによって強誘電体基板と支持基板との接合強度を高めることができる。   Here, as for the bonding portion, in the first aspect, the first metal layer formed on one main surface of the ferroelectric substrate and the second metal layer formed on one main surface of the support substrate are bonded. In the second mode, the first metal layer formed on one main surface of the ferroelectric substrate via the insulating layer is bonded to the second metal layer formed on one main surface of the support substrate. Have been made. As a result, the bonding strength between the ferroelectric substrate and the support substrate can be increased.

また、光学デバイスおよび光学デバイスの製造方法の第2態様では、強誘電体基板の一方主面と接合部との間に絶縁層を介挿させているため、強誘電体基板と接合部との間にリーク電流が流れるのを防止することができる。このことは、いわゆる電圧印加法により分極反転構造を作製する場合、特に有利に作用する。なお、この作用効果については後の実施形態で詳しく説明する。   Further, in the second aspect of the optical device and the optical device manufacturing method, since the insulating layer is interposed between the one main surface of the ferroelectric substrate and the bonding portion, the ferroelectric substrate and the bonding portion Leakage current can be prevented from flowing between them. This is particularly advantageous when a domain-inverted structure is produced by a so-called voltage application method. This effect will be described in detail in a later embodiment.

また、上記のように一方主面に絶縁層(第1絶縁層)が設けられた強誘電体基板に対して、その他方主面に絶縁層(第2絶縁層)を形成してもよい。この場合、これら2つの絶縁層で挟まれた領域がステップインデックス型導波路となる。また、強誘電体基板の一方主面の表面近傍および他方主面の表面近傍のうち少なくとも一方にプロトン交換導波路を形成してもよい。   Further, as described above, an insulating layer (second insulating layer) may be formed on the other main surface of the ferroelectric substrate provided with the insulating layer (first insulating layer) on one main surface. In this case, a region sandwiched between these two insulating layers is a step index type waveguide. Further, a proton exchange waveguide may be formed in at least one of the vicinity of the surface of the one main surface and the surface of the other main surface of the ferroelectric substrate.

また、光学デバイスにおいては、導電層では、第1金属層と、第2金属層とが、アルゴン高速原子ビームを照射することで接合されても良く、光学デバイスの製造方法においては、一体化工程は、アルゴン高速原子ビームを照射することで、第1金属層のパターンの凸部と、第2金属層の凸部とを活性化させる活性化工程を有しても良い。
Further, in the optical device, in the conductive layer, the first metal layer and the second metal layer may be joined by irradiation with an argon fast atom beam. May have an activation step of activating the convex portions of the pattern of the first metal layer and the convex portions of the second metal layer by irradiating with an argon fast atom beam.

また、上記のように構成された光学デバイスを用いて光変調器を構成し、露光装置に適用することも可能である。すなわち、光源から出射される光を光変調器で変調した変調光を光学系により被露光面に照射して露光する露光装置において、光変調器が、上記光学デバイスと、強誘電体基板の他方主面側に配置された複数の電極と、複数電極と接合部との間での電界発生をそれぞれ制御して強誘電体基板内での回折効率を変調させる変調部とを有するように構成してもよい。また、光変調器に適用するのに好適な光学デバイスの一態様としては、例えば強誘電体基板の他方主面に形成された複数の電極をさらに備え、複数の電極と接合部との間に電界が発生させられると、周期分極反転構造内での回折効率が変調されるように構成したものがある。すなわち、このように構成された光学デバイスは光変調器の光変調素子として機能する。   It is also possible to configure an optical modulator using the optical device configured as described above and apply it to an exposure apparatus. That is, in an exposure apparatus that irradiates a surface to be exposed with modulated light obtained by modulating light emitted from a light source with an optical modulator, the optical modulator includes the optical device and the other of the ferroelectric substrate. It is configured to have a plurality of electrodes arranged on the main surface side and a modulation unit that modulates the diffraction efficiency in the ferroelectric substrate by controlling the generation of electric fields between the plurality of electrodes and the junction, respectively. May be. In addition, as an aspect of an optical device suitable for application to an optical modulator, for example, the optical device further includes a plurality of electrodes formed on the other main surface of the ferroelectric substrate, and between the plurality of electrodes and the joint. Some are configured such that when an electric field is generated, the diffraction efficiency in the periodically poled structure is modulated. That is, the optical device configured in this manner functions as a light modulation element of the light modulator.

また、支持部材の材料や構造などに関しては任意であるが、強誘電体基板の強誘電体結晶と同一の結晶で構成したり、支持基板を構成する結晶の結晶方位の絶対値が強誘電体基板の強誘電体結晶の結晶方位の絶対値と一致するように構成したりしてもよい。そこで、光学デバイスの製造方法においては、支持基板は、強誘電体基板の強誘電体結晶と同一の結晶で構成され、一体化工程は、支持基板と、強誘電体基板との結晶方位の絶対値を互いに一致させながら、第1金属層と第2金属層とを接合するようにしても良い。   The material and structure of the support member are arbitrary, but the support member may be made of the same crystal as the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate, or the absolute value of the crystal orientation of the crystal constituting the support substrate may be ferroelectric. The substrate may be configured to coincide with the absolute value of the crystal orientation of the ferroelectric crystal of the substrate. Therefore, in the manufacturing method of the optical device, the support substrate is composed of the same crystal as the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate, and the integration step is the absolute orientation of the crystal orientation of the support substrate and the ferroelectric substrate. You may make it join a 1st metal layer and a 2nd metal layer, making a value correspond mutually.

なお、光学デバイスの光変調器や波長変換素子への適用を考慮すると、強誘電体基板の強誘電体結晶としては、厚さ0.1μmないし200μmが好適である。この際、光学デバイスにおいては、支持基板を強誘電体基板よりも厚く構成しても良く、光学デバイスの製造方法においては、支持基板と一体化された強誘電体基板の他方主面側表面領域を除去して強誘電体結晶の厚みを0.1μmないし200 μmに調整する第4工程をさらに備えても良い。   In consideration of application to an optical modulator or a wavelength conversion element of an optical device, a thickness of 0.1 μm to 200 μm is preferable as the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate. At this time, in the optical device, the support substrate may be configured to be thicker than the ferroelectric substrate. In the optical device manufacturing method, the surface region on the other main surface side of the ferroelectric substrate integrated with the support substrate is used. A fourth step of adjusting the thickness of the ferroelectric crystal to 0.1 μm to 200 μm may be further provided.

また、強誘電体基板の他方主面に形成された複数の電極をさらに備え、複数の電極と接合部との間に電界が発生させられると、周期分極反転構造内での回折効率が変調されるように、光学デバイスを構成しても良い。   In addition, it further includes a plurality of electrodes formed on the other main surface of the ferroelectric substrate, and when an electric field is generated between the plurality of electrodes and the junction, the diffraction efficiency in the periodically poled structure is modulated. As such, an optical device may be configured.

以上のように、本発明によれば、強誘電体結晶により構成される強誘電体基板が接合部によって支持基板と接合されるとともに、その強誘電体基板に周期分極反転構造が形成されている。したがって、強誘電体結晶を薄くすることができ、しかも高精度な周期分極反転構造が得られる。   As described above, according to the present invention, the ferroelectric substrate composed of the ferroelectric crystal is bonded to the support substrate by the bonding portion, and the periodically poled structure is formed on the ferroelectric substrate. . Therefore, the ferroelectric crystal can be thinned, and a highly accurate periodic polarization inversion structure can be obtained.

本発明にかかる光学デバイスの第1実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the optical device concerning this invention. 図1に示す光学デバイスの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the optical device shown in FIG. 図1に示す光学デバイスの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the optical device shown in FIG. 図1に示す光学デバイスの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the optical device shown in FIG. 本発明にかかる光学デバイスの第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the optical device concerning this invention. 図5に示す光学デバイスの製造方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of the optical device shown in FIG. 本発明にかかる光学デバイスの第3実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the optical device concerning this invention. 本発明にかかる光学デバイスの第4実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 4th Embodiment of the optical device concerning this invention. 本発明にかかる光学デバイスの第5実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 5th Embodiment of the optical device concerning this invention. 本発明にかかる光学デバイスを適用した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。It is a perspective view which shows the pattern drawing apparatus equipped with the optical modulator to which the optical device concerning this invention is applied. 図10に示すパターン描画装置の側面図である。It is a side view of the pattern drawing apparatus shown in FIG. 図10の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。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the pattern drawing apparatus of FIG. 光学ヘッドの内部構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the internal structure of an optical head. 図1の光学デバイスを適用した空間光変調器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spatial light modulator to which the optical device of FIG. 1 is applied. 図1の光学デバイスを適用した空間光変調器の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the spatial light modulator to which the optical device of FIG. 1 is applied. 図1の光学デバイスを適用した波長変換素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wavelength conversion element to which the optical device of FIG. 1 is applied. 図1の光学デバイスを適用した波長変換素子の他のを示す図である。It is a figure which shows the other of the wavelength conversion element to which the optical device of FIG. 1 is applied.

<第1実施形態>
図1は本発明にかかる光学デバイスの第1実施形態を示す断面図である。この光学デバイス1A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、SiO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(MgO:Lithium Niobate)やストイキオメトリリチウムタンタレート(MgO:Stoichiometric Lithium Tantalate)の単結晶基板に対して後述する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。以下においては、酸化マグネシウム(MgO)を添加したリチウムナイオベートを「MgO:LN」と称し、そして、ストイキオメトリリチウムタンタレートを「MgO:SLT」と称する。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層構造の第1金属層が形成されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an optical device according to the present invention. This optical device 1A includes a ferroelectric substrate 11 made of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure (Periodically Poled), and includes an insulating layer 12 such as SiO 2 and a junction 13 having a four-layer structure. The ferroelectric substrate 11 is supported by the support substrate 14 via In this embodiment, a treatment described later is performed on a single crystal substrate of lithium niobate (MgO) or stoichiometric lithium thantalate (MgO) to which magnesium oxide (MgO) is added. A ferroelectric substrate 11 having a periodically poled structure is formed in a thin film shape. In the following, lithium niobate to which magnesium oxide (MgO) has been added is referred to as “MgO: LN”, and stoichiometric lithium tantalate is referred to as “MgO: SLT”. An insulating layer 12 is uniformly formed on the entire lower surface of the ferroelectric substrate 11. Further, a chromium (Cr) film 13a and a gold (Au) film 13b are formed in this order on the insulating layer 12, and a first metal layer having a two-layer structure is formed by the chromium film 13a and the gold film 13b. .

また、支持基板14は、周期分極反転構造を有する強誘電体基板11よりも厚肉の板状部材であり、本実施形態では強誘電体基板11と同一組成で、かつ結晶方位の絶対値が強誘電体基板11と一致するMgO:LNやMgO:SLTの単結晶基板で構成されている。なお、第1実施形態では、図1に示すように、支持基板14は強誘電体基板11よりも長尺状に形成されているが、これは後述する方法で光学デバイス1Aを製造する際の合理性や後で説明するように光変調器として利用する際の合理性を考慮したものであり、基板形状はこれに限定されるものではなく、任意であり、例えば後の第3実施形態ないし第5実施形態のように強誘電体基板11と同一形状に仕上げてもよいことはいうまでもない。また、支持基板14を構成する材料や組成などについても任意である。ただし、第1実施形態のように支持基板14を強誘電体基板11と同一結晶で構成することは、耐環境性能を向上させることができ、好適である。この点に関しては、後で説明する光学デバイスについても同様である。   The support substrate 14 is a plate-like member that is thicker than the ferroelectric substrate 11 having a periodically poled structure. In this embodiment, the support substrate 14 has the same composition as the ferroelectric substrate 11 and has an absolute value of crystal orientation. It is composed of a single crystal substrate of MgO: LN or MgO: SLT that matches the ferroelectric substrate 11. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the support substrate 14 is formed to be longer than the ferroelectric substrate 11, which is used when the optical device 1 </ b> A is manufactured by a method described later. Considering the rationality and rationality when used as an optical modulator as will be described later, the substrate shape is not limited to this, and is arbitrary. For example, the third embodiment to the later Needless to say, the same shape as that of the ferroelectric substrate 11 may be used as in the fifth embodiment. Further, the material and composition of the support substrate 14 are also arbitrary. However, it is preferable that the support substrate 14 is made of the same crystal as the ferroelectric substrate 11 as in the first embodiment because the environmental resistance can be improved. The same applies to the optical device described later.

このように構成された支持基板14の上面に対してクロム(Cr)膜13dが全面均一に形成され、さらにクロム膜13dの上面に金(Au)膜13cが全面均一に形成されている。このようにクロム膜13dおよび金膜13cで構成された2層構造の第2金属層が支持基板14の上面に形成されている。そして、この第2金属層を構成する金膜13cがが上記第1金属層を構成する金膜13bと互いに接合されて4層構造の接合部13が形成され、これによって強誘電体基板11が支持基板14と一体化されている。なお、その詳しい形状や接合状態などについては、次に説明する製造方法を参照しつつ詳述する。   A chromium (Cr) film 13d is uniformly formed on the entire top surface of the support substrate 14 thus configured, and a gold (Au) film 13c is uniformly formed on the top surface of the chromium film 13d. Thus, a second metal layer having a two-layer structure composed of the chromium film 13 d and the gold film 13 c is formed on the upper surface of the support substrate 14. Then, the gold film 13c constituting the second metal layer is joined to the gold film 13b constituting the first metal layer to form a joint portion 13 having a four-layer structure, whereby the ferroelectric substrate 11 is It is integrated with the support substrate 14. The detailed shape and bonding state will be described in detail with reference to the manufacturing method described below.

図2ないし図4は図1に示す光学デバイスの製造方法を示す図である。なお、図3中の上段図面は上方から見た平面図であり、下段図面は平面図のA−A線断面図である。また、図4中の上段図面は上方から見た平面図であり、下段図面は平面図の断面図である。本実施形態では、まず単分極化されたMgO:LNやMgO:SLTの単結晶ウエハから支持基板14と同一サイズを有する短冊状のチップCA、CBをそれぞれ強誘電体基板11および支持基板14の原材料として切り出す。このとき、各チップCA、CBに対して結晶方位を示す切欠部をマーカーとして設ける。そして、チップCAの一方主面S1Aを上方に向けるとともに、チップCBの一方主面S1Bを上方に向けた状態で、各チップCA、CBを治具に装着する。そして、チップCAの一方主面S1Aに対してのみ絶縁層12を形成する。それに続いて、スパッタリング処理により、チップCAの絶縁層12、チップCBの一方主面S1Bの各々に、クロム膜および金膜をこの順序で形成する。こうして、チップCAでは、強誘電体基板11の一方主面S1A上に絶縁層12、クロム膜13aおよび金膜13bが形成されると同時に、チップCBでは支持基板14の一方主面S1B上にクロム膜13dおよび金膜13cが形成される(図2(a))。なお、この第1実施形態では、クロム膜および金膜をスパッタリング処理により形成しているが、蒸着処理などの方法により形成してもよい。   2 to 4 are views showing a method of manufacturing the optical device shown in FIG. The upper drawing in FIG. 3 is a plan view seen from above, and the lower drawing is a cross-sectional view taken along line AA of the plan view. 4 is a plan view seen from above, and the lower drawing is a cross-sectional view of the plan view. In the present embodiment, first, strip-shaped chips CA and CB having the same size as the support substrate 14 are obtained from the monopolarized single crystal wafer of MgO: LN or MgO: SLT, respectively, of the ferroelectric substrate 11 and the support substrate 14. Cut out as raw material. At this time, a notch indicating the crystal orientation is provided as a marker for each of the chips CA and CB. Then, the chips CA and CB are mounted on the jig with the one main surface S1A of the chip CA facing upward and the one main surface S1B of the chip CB facing upward. Then, the insulating layer 12 is formed only on the one main surface S1A of the chip CA. Subsequently, a chromium film and a gold film are formed in this order on the insulating layer 12 of the chip CA and the one main surface S1B of the chip CB by sputtering. Thus, in the chip CA, the insulating layer 12, the chromium film 13a and the gold film 13b are formed on the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11, and at the same time, in the chip CB, the chromium is formed on the one main surface S1B of the support substrate 14. A film 13d and a gold film 13c are formed (FIG. 2A). In the first embodiment, the chromium film and the gold film are formed by sputtering, but may be formed by a method such as vapor deposition.

次に、治具からチップCA、CBを取り出した後、金膜13b、13cにアルゴン高速原子ビーム(FAB;Fast Atom Beam)を照射してチップ表面を活性化する。そして、チップCAを上下反転させ、チップCAの金膜13bをチップCBの金膜13cに対向させながら密着させてチップCB上にチップCAを積層させて接合する(図2(b))。このFAB接合によって4層構造の接合部13が形成されてチップCA、CBが一体化される。このとき、同図(b)に示すように、チップCA、CBの長手方向(図面中の左右方向)においてチップCA、CBを互いに距離Wだけずらして上下方向に積層配置している。なお、FAB接合に限らず、酸素プラズマ親水化処理等による接合でもよい。また、半田付けによる接合でもよい。   Next, after the chips CA and CB are taken out of the jig, the gold films 13b and 13c are irradiated with an argon fast atom beam (FAB) to activate the chip surface. Then, the chip CA is turned upside down, the gold film 13b of the chip CA is brought into close contact with the gold film 13c of the chip CB, and the chip CA is stacked and bonded on the chip CB (FIG. 2B). By this FAB bonding, a joint portion 13 having a four-layer structure is formed, and the chips CA and CB are integrated. At this time, as shown in FIG. 5B, the chips CA and CB are stacked in the vertical direction while being shifted from each other by a distance W in the longitudinal direction of the chips CA and CB (left and right direction in the drawing). Note that the bonding is not limited to FAB bonding, but may be bonding by oxygen plasma hydrophilization treatment or the like. Moreover, joining by soldering may be used.

こうしてチップCBと一体化されたチップCAの他方主面、つまり強誘電体基板11の他方主面S2Aを平面研磨して強誘電体基板11を薄膜化する(図2(c))。後述するように光学デバイス1Aを光変調器や波長変換素子に適用することを考慮すると、0.1μm〜200μmの厚さまで薄膜化するのが望ましい。この点については、後で説明する他の実施形態も同様である。   The other main surface of the chip CA integrated with the chip CB, that is, the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 is planarly polished to thin the ferroelectric substrate 11 (FIG. 2C). In consideration of applying the optical device 1A to an optical modulator or a wavelength conversion element as will be described later, it is desirable to reduce the thickness to a thickness of 0.1 μm to 200 μm. This is the same in other embodiments described later.

このように第1実施形態では、強誘電体基板11を絶縁層12および接合部13を介して支持基板14と一体化しているため、強誘電体基板11を高精度に、しかも所望膜厚まで容易に薄膜化することができる。また、研磨後の強誘電体基板11と支持基板14の厚みを比較すると、当然のことながら支持基板14はウエハと同一厚さであり、研磨後の強誘電体基板11に比べて十分に厚く、薄膜化された強誘電体基板11を強固に支持可能となっている。   As described above, in the first embodiment, since the ferroelectric substrate 11 is integrated with the support substrate 14 via the insulating layer 12 and the joint portion 13, the ferroelectric substrate 11 can be precisely formed to a desired film thickness. Thin film can be easily formed. Further, when comparing the thicknesses of the ferroelectric substrate 11 and the support substrate 14 after polishing, the support substrate 14 is naturally the same thickness as the wafer, and is sufficiently thicker than the ferroelectric substrate 11 after polishing. The thin ferroelectric substrate 11 can be firmly supported.

そして、チップCBから長手方向に飛び出したチップCAの端部11aを取り除いてチップCBの端面に揃えた(図2(d))後、凹部15aが周期的に複数個設けられたレジスト層15を強誘電体基板11の他方主面S2A上に形成する(図3(a))。より具体的には、強誘電体基板11の他方主面S2Aにフォトレジスト膜を全面塗布した後、いわゆる写真製版法によりフォトレジスト膜をパターニングする。こうして、第1実施形態では、フォトレジスト膜のうち強誘電体基板11に形成すべき分極反転部分に対応する領域に幅方向(図3上段図面における上下方向)に延びる凹部15aが複数本形成されたパターンを、レジスト層15に形成している。   Then, after removing the end portion 11a of the chip CA protruding in the longitudinal direction from the chip CB and aligning it with the end surface of the chip CB (FIG. 2D), the resist layer 15 having a plurality of recesses 15a provided periodically is formed. It is formed on the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 (FIG. 3A). More specifically, after a photoresist film is applied to the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11, the photoresist film is patterned by a so-called photolithography method. Thus, in the first embodiment, a plurality of recesses 15a extending in the width direction (vertical direction in the upper drawing of FIG. 3) are formed in the region corresponding to the polarization inversion portion to be formed on the ferroelectric substrate 11 in the photoresist film. The pattern is formed on the resist layer 15.

次に、パターニングされたレジスト層15上にクロム膜16をスパッタリング処理(あるいは蒸着処理)により形成する。これによりクロム膜16の一部は凹部15aに入り込んで強誘電体基板11の他方主面S2A上に位置する。また、このクロム膜16上に金膜17をスパッタリング処理(あるいは蒸着処理)により全面形成する(図3(b))。こうして、分極反転を予定している強誘電体基板11の領域上にクロム膜16を介して金膜17が電気的に接続される。このようにレジスト層15によりクロム膜16を介して金膜17が強誘電体基板11と電気的に接続される領域が周期パターン化されており、クロム膜16および金膜17が本発明の「パターン電極」として機能する。さらに、この強誘電体基板11の他方主面S2A側で露出した部分(強誘電体基板11、レジスト層15および金膜17)に保護用のレジスト層18を塗布する(図3(c))。   Next, a chromium film 16 is formed on the patterned resist layer 15 by sputtering (or vapor deposition). Thereby, a part of the chromium film 16 enters the recess 15a and is located on the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11. Further, a gold film 17 is formed on the entire surface of the chromium film 16 by sputtering (or vapor deposition) (FIG. 3B). Thus, the gold film 17 is electrically connected to the region of the ferroelectric substrate 11 where polarization inversion is planned via the chromium film 16. Thus, the region where the gold film 17 is electrically connected to the ferroelectric substrate 11 via the chromium film 16 is periodically patterned by the resist layer 15, and the chromium film 16 and the gold film 17 are “ It functions as a “pattern electrode”. Further, a protective resist layer 18 is applied to the portion (ferroelectric substrate 11, resist layer 15 and gold film 17) exposed on the other main surface S2A side of the ferroelectric substrate 11 (FIG. 3C). .

それに続いて、いわゆる電圧印加法によって強誘電体基板11のうちレジスト層15の凹部15aに対応する領域を分極反転させる。この実施形態では、シリコンオイルが貯留された処理容器TBに図3(c)に示す構造体10を浸漬させた状態で、プローブPB1、PB2をそれぞれ強誘電体基板11上の金膜17および接合部13の金膜13cに電気的に接続し、高圧電源PSにより両プローブPB1、PB2間に高電圧を印加することで、パターン電極(クロム膜16および金膜17)と接合部13との間で電界を発生させて強誘電体基板11の強誘電体結晶中に周期的な分極反転部11bを形成する(図4)。こうして、強誘電体基板11に周期分極反転構造が形成される。なお、周期分極反転構造の形成後においては、光学デバイス1Aを処理容器TBから取り出し、強誘電体基板11の他方主面S2Aからレジスト層15、クロム膜16、金膜17および保護用レジスト層18を取り除く。こうして、図1に示す光学デバイス1Aが得られる。   Subsequently, the region of the ferroelectric substrate 11 corresponding to the concave portion 15a of the resist layer 15 is inverted by a so-called voltage application method. In this embodiment, the probes PB1 and PB2 are bonded to the gold film 17 on the ferroelectric substrate 11 and bonded to each other in a state where the structure 10 shown in FIG. 3C is immersed in the processing container TB in which silicon oil is stored. By electrically connecting to the gold film 13c of the part 13 and applying a high voltage between the probes PB1 and PB2 by the high-voltage power supply PS, the pattern electrode (the chromium film 16 and the gold film 17) is connected between the joint part 13 Then, an electric field is generated to form periodic domain-inverted portions 11b in the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate 11 (FIG. 4). Thus, a periodically poled structure is formed on the ferroelectric substrate 11. After the formation of the periodically poled structure, the optical device 1A is taken out from the processing container TB, and the resist layer 15, the chromium film 16, the gold film 17, and the protective resist layer 18 are removed from the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11. Remove. Thus, the optical device 1A shown in FIG. 1 is obtained.

以上のように、本発明の第1実施形態によれば、単分極化された強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11の一方主面S1Aと、強誘電体基板11よりも厚い支持基板14の一方主面S1Bとの間に絶縁層12および接合部13を介在させて強誘電体基板11を支持基板14で支持しながら一体化しているので、上記した平面研磨処理により強誘電体基板11、つまり強誘電体結晶を薄膜化したとしても、強誘電体結晶をしっかりと支持固定することができる。したがって、第1実施形態では、強誘電体結晶を0.1μm〜200μm程度の厚みにまで薄くすることができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 constituted by the unipolarized ferroelectric crystal and the support thicker than the ferroelectric substrate 11 are supported. The ferroelectric substrate 11 is integrated while being supported by the support substrate 14 with the insulating layer 12 and the bonding portion 13 interposed between the main surface S1B of the substrate 14 and, therefore, the ferroelectric material is obtained by the above-described planar polishing process. Even if the substrate 11, that is, the ferroelectric crystal is thinned, the ferroelectric crystal can be firmly supported and fixed. Therefore, in the first embodiment, the ferroelectric crystal can be thinned to a thickness of about 0.1 μm to 200 μm.

また、強誘電体基板11の一方主面S1Aに形成された第1金属層(クロム膜13a+金膜13b)と、支持基板14の一方主面S2Aに形成された第2金属層(金膜13c+クロム膜13d)とを接合させて接合部13を作製しているため、強誘電体基板11と支持基板14とを強固に接合して一体化させることができる。   Further, the first metal layer (chrome film 13a + gold film 13b) formed on the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 and the second metal layer (gold film 13c +) formed on the one main surface S2A of the support substrate 14 are used. Since the joining portion 13 is produced by joining the chromium film 13d), the ferroelectric substrate 11 and the support substrate 14 can be firmly joined and integrated.

また、強誘電体基板11の一方主面S1Aと、接合部13との間に絶縁層12が介在しているため、図4に示すように電圧印加法により分極反転構造を確実に作製することができる。すなわち、MgO:LNやMgO:SLTの単結晶基板で構成された強誘電体基板11は、MgOドープにより光損傷耐性が高いものの、電圧が印加されると、誘電体であるにもかかわらず、僅かにリーク電流が発生し、電圧印加法による分極反転部11bを形成することができない。そこで、絶縁層12を設けることでリーク電流の発生を抑え、強誘電体基板11への分極反転部11bの形成を確実なものとしている。   In addition, since the insulating layer 12 is interposed between the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 and the joint portion 13, a polarization inversion structure can be reliably produced by a voltage application method as shown in FIG. Can do. That is, the ferroelectric substrate 11 composed of a single crystal substrate of MgO: LN or MgO: SLT is highly resistant to optical damage due to MgO doping, but when a voltage is applied, it is a dielectric. A slight leak current is generated, and the polarization inversion portion 11b cannot be formed by the voltage application method. Therefore, the provision of the insulating layer 12 suppresses the generation of a leakage current and ensures the formation of the polarization inversion portion 11b on the ferroelectric substrate 11.

さらに、第1実施形態では、強誘電体基板11を薄膜化した上で電圧印加法により周期分極反転構造を形成しているので、分極反転周期の短縮が可能となるとともに、高精細・高精度な分極反転構造が得られる。というのも、周期分極反転構造を電圧印加法により作製する場合、分極の周期に対して作製可能な分極の深さが決まるからである。すなわち、分極反転周期をA、深さをdとすると、その比d/Aは最大50までの範囲であれば加工ができ、比が小さいほど高精度な加工が可能であるとされている。また、強誘電体結晶の厚さが150μm以上あれば、強誘電体結晶の機械的な強度も十分に保たれ、一方主面S1A側に設けた電極(上記実施形態では「接合部13」がこれに相当)と、他方主面S2A側に設けた電極(上記実施形態ではパターン電極(クロム膜16および金膜17)がこれに相当)への電圧印加が無理なくでき、周期A=3μm程度の周期分極反転が可能である。したがって、強誘電体基板11の薄膜化の進行に伴って、上記した周期と深さの関係から分極反転周期を更に短く、また、加工精度を向上させることができる。なお、このような特徴を有する光学デバイス1Aを光変調器や波長変換素子に適用することで優れた特有の作用効果が得られる。これらの点に関しては、後の「光学デバイスを用いた光変調器」および「光学デバイスを用いた波長変換素子」の項で詳述する。   Furthermore, in the first embodiment, since the periodic polarization reversal structure is formed by the voltage application method after the ferroelectric substrate 11 is thinned, the polarization reversal period can be shortened, and high definition and high accuracy can be achieved. A polarization inversion structure can be obtained. This is because when the periodic domain-inverted structure is manufactured by a voltage application method, the depth of polarization that can be manufactured with respect to the period of polarization is determined. That is, if the polarization inversion period is A and the depth is d, the ratio d / A can be processed within the range up to 50, and the smaller the ratio, the higher the accuracy of processing. Further, if the thickness of the ferroelectric crystal is 150 μm or more, the mechanical strength of the ferroelectric crystal is sufficiently maintained, while the electrode provided on the main surface S1A side (in the above embodiment, the “joining portion 13” is provided). Voltage) to the electrode provided on the other main surface S2A side (corresponding to the pattern electrodes (chrome film 16 and gold film 17) in the above embodiment) can be applied without difficulty, and the period A is about 3 μm. The periodic polarization inversion is possible. Therefore, with the progress of thinning of the ferroelectric substrate 11, the polarization inversion period can be further shortened from the above-described relationship between the period and the depth, and the processing accuracy can be improved. It should be noted that an excellent specific effect can be obtained by applying the optical device 1A having such characteristics to an optical modulator or a wavelength conversion element. These points will be described in detail later in the sections “Optical modulator using optical device” and “Wavelength conversion element using optical device”.

このように第1実施形態では、レジスト層15に形成された凹部15aの配設パターンが本発明の「周期パターン」に相当する。また、絶縁層12が本発明の「第1絶縁層」に相当する。   Thus, in the first embodiment, the arrangement pattern of the recesses 15a formed in the resist layer 15 corresponds to the “periodic pattern” of the present invention. The insulating layer 12 corresponds to the “first insulating layer” of the present invention.

<第2実施形態>
図5は本発明にかかる光学デバイスの第2実施形態を示す断面図であり、同図(a)が全体構成を示す図であり、同図(b)は同図(a)の破線部分の拡大模式図である。また、図6は図5に示す光学デバイスの製造方法を示す模式図であり、第2実施形態における特徴的な製造工程のみを図示している。第2実施形態が第1実施形態と大きく相違する点は接合部13の構成であり、その他の構成は第1実施形態と同一である。したがって、同一構成に関しては同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the optical device according to the present invention. FIG. 5 (a) is a diagram showing the overall configuration, and FIG. 5 (b) is a broken line portion of FIG. It is an enlarged schematic diagram. FIG. 6 is a schematic diagram showing a manufacturing method of the optical device shown in FIG. 5, and shows only a characteristic manufacturing process in the second embodiment. The second embodiment is greatly different from the first embodiment in the configuration of the joint portion 13, and other configurations are the same as those in the first embodiment. Accordingly, the same reference numerals are assigned to the same components, and descriptions thereof are omitted.

第2実施形態では、第1金属層を構成するクロム膜13aおよび金膜13bがレジスト層15に形成された凹部15aの配設パターン、つまり分極反転部11bの形成パターンにパターニングされている。一方、第2金属層を構成する金膜13cおよびクロム膜13dでは、チップCBに対してチップCAが積層されない領域(図5および図6の右側領域)を除き第1金属層と同様にパターニングされている。そして、図5(b)に示すように、パターニングされた金膜13b、13c同士が一対となるように、両金属層が接合されて接合部13が形成されている。以下、図6を参照しつつ図5の光学デバイス1Bの製造方法について説明する。なお、図6における接合部13のサイズは図5のそれと大きく相違しているが、これは図5の光学デバイス1B光学デバイス1Bの製造方法を明確にするために接合部13の構成を他の構成に比べて拡大したためであり、本質的には図5の構成と同一である。   In the second embodiment, the chromium film 13a and the gold film 13b constituting the first metal layer are patterned into the arrangement pattern of the recesses 15a formed in the resist layer 15, that is, the formation pattern of the polarization inversion parts 11b. On the other hand, the gold film 13c and the chromium film 13d constituting the second metal layer are patterned in the same manner as the first metal layer except for the area where the chip CA is not stacked on the chip CB (the right area in FIGS. 5 and 6). ing. And as shown in FIG.5 (b), both metal layers are joined and the junction part 13 is formed so that patterned gold film 13b, 13c may become a pair. Hereinafter, the manufacturing method of the optical device 1B of FIG. 5 will be described with reference to FIG. The size of the joint portion 13 in FIG. 6 is significantly different from that in FIG. 5. This is because the structure of the joint portion 13 is different from that of the optical device 1B in FIG. 5 in order to clarify the manufacturing method of the optical device 1B. This is because it is enlarged compared to the configuration, and is essentially the same as the configuration of FIG.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様にして、チップCA側では強誘電体基板11の一方主面S1A上に絶縁層12、クロム膜13aおよび金膜13bを形成するとともに、チップCB側では支持基板14の一方主面S1B上にクロム膜13dおよび金膜13cを形成する。そして、写真製版法により分極反転部11bのパターンと一致するようにポジパターンを、チップCAのクロム膜13aおよび金膜13bを形成するとともに、チップCBの一方主面S1B上にクロム膜13dおよび金膜13cを形成する(図6(a))。なお、少なくともチップCB側のクロム膜13dおよび金膜13cのうち、パターニングされたパターニング領域(図5(a)の左手側領域)と、パターニングされずに膜状態のまま残された非パターニング領域(図5(a)の右手側領域)とは電気的に接続されており、後述するように非パターニング領域にプローブPB2を接触させて所定電位を印加すると、パターニング領域に同電位となるように構成されている。   In the second embodiment, as in the first embodiment, the insulating layer 12, the chromium film 13a, and the gold film 13b are formed on the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 on the chip CA side, and the chip CB. On the side, a chromium film 13d and a gold film 13c are formed on one main surface S1B of the support substrate 14. Then, a positive pattern is formed by photolithography so as to match the pattern of the domain-inverted portion 11b, the chromium film 13a and the gold film 13b of the chip CA are formed, and the chromium film 13d and the gold film are formed on the one main surface S1B of the chip CB. A film 13c is formed (FIG. 6A). Of the chromium film 13d and the gold film 13c on at least the chip CB side, a patterned patterning region (a left-hand side region in FIG. 5A) and a non-patterning region that remains in a film state without being patterned ( 5 (a) is electrically connected to the non-patterning region as will be described later, and is configured to have the same potential in the patterning region when a predetermined potential is applied to the non-patterning region. Has been.

そして、パターニングされた金膜13b、13cにアルゴン高速原子ビームを照射してチップ表面を活性化した後、チップCAを上下反転させ、同一パターンを有する金膜13b、13cを一対に対向させながら密着させてチップCB上にチップCAを積層させて接合する(図6(b))。このFAB接合によって4層構造の接合部13が形成されてチップCA、CBが一体化される。   Then, after irradiating the patterned gold films 13b and 13c with an argon fast atom beam to activate the chip surface, the chip CA is turned upside down, and the gold films 13b and 13c having the same pattern are brought into close contact with each other. Then, the chip CA is laminated on the chip CB and bonded (FIG. 6B). By this FAB bonding, a joint portion 13 having a four-layer structure is formed, and the chips CA and CB are integrated.

それに続いて、第1実施形態と同様に、平面研磨による薄膜化処理およびチップCAの端部除去処理を行った後、パターニングされたレジスト層15、クロム膜16および金膜17を形成してパターン電極を形成する。さらに、保護用のレジスト層18を塗布する。そして、こうして形成された構造体10を、同図(c)に示すように、シリコンオイルが貯留された処理容器TBに浸漬させた状態で、プローブPB1、PB2をそれぞれ強誘電体基板11上の金膜17および金膜13cの非パターニング領域に電気的に接続し、高圧電源PSにより両プローブPB1、PB2間に電圧を印加することで、パターン電極(クロム膜16および金膜17)と接合部13のパターニング領域との間で電界を発生させて強誘電体基板11の強誘電体結晶中に周期的な分極反転部11bを形成する。   Subsequently, similarly to the first embodiment, after performing a thinning process by planar polishing and an edge removal process of the chip CA, a patterned resist layer 15, a chromium film 16 and a gold film 17 are formed to form a pattern. An electrode is formed. Further, a protective resist layer 18 is applied. Then, as shown in FIG. 5C, the structure P thus formed is immersed in the processing container TB in which silicon oil is stored, and the probes PB1 and PB2 are placed on the ferroelectric substrate 11, respectively. A pattern electrode (chrome film 16 and gold film 17) and a joint are electrically connected to the non-patterning regions of the gold film 17 and the gold film 13c, and a voltage is applied between the probes PB1 and PB2 by the high-voltage power supply PS. An electric field is generated between the 13 patterning regions to form periodic polarization inversion portions 11 b in the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate 11.

以上のように、第2実施形態の光学デバイス1Bにおいても、第1実施形態と同様に、強誘電体基板11の一方主面S1Aと、強誘電体基板11よりも厚い支持基板14の一方主面S1Bとの間にパターニングされた接合部13を介在させて強誘電体基板11を支持基板14で支持しながら一体化しているので、上記した平面研磨処理により強誘電体基板11、つまり強誘電体結晶を薄膜化することができる。また、接合部13を分極反転部11bのパターンにパターニングしているので、次の作用効果が得られる。つまり、電圧を印加した際、電気力線が真っ直ぐに強誘電体基板11の強誘電体結晶に作用して良好な分極反転構造が形成される。   As described above, also in the optical device 1B of the second embodiment, as in the first embodiment, the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 and the one main surface of the support substrate 14 thicker than the ferroelectric substrate 11 are used. Since the ferroelectric substrate 11 is integrated while being supported by the support substrate 14 with the patterned junction 13 interposed between the surface S1B, the ferroelectric substrate 11, that is, the ferroelectric, is obtained by the above-described planar polishing process. The body crystal can be thinned. Moreover, since the junction part 13 is patterned in the pattern of the polarization inversion part 11b, the following effect is obtained. That is, when a voltage is applied, the lines of electric force act straight on the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate 11 to form a favorable domain-inverted structure.

なお、上記第1実施形態および第2実施形態では、強誘電体基板11の一方主面S1Aに絶縁層12を形成しているが、図1や図5に示す光学デバイスを構成する強誘電体基板11の他方主面S2Aに絶縁層を形成し、これら2つの絶縁層で強誘電体基板11を挟み込んで、いわゆるステップインデックス型の導波路を形成してもよい。これによって、導波路内で光を封じ込めながら伝播させることができるため、強誘電体基板11内での光の損失を低減させることができる。また、強誘電体基板11の他方主面S2Aから一方主面S1Aに向かう厚さ方向の一部にプロトン交換導波路を設けてもよく、これによって導波路内で光が封じ込められて伝播するため、上記と同様に、強誘電体基板11内での光の損失を低減させることができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the insulating layer 12 is formed on the one principal surface S1A of the ferroelectric substrate 11, but the ferroelectric constituting the optical device shown in FIGS. A so-called step index type waveguide may be formed by forming an insulating layer on the other main surface S2A of the substrate 11 and sandwiching the ferroelectric substrate 11 between these two insulating layers. As a result, light can be propagated while confined in the waveguide, so that loss of light in the ferroelectric substrate 11 can be reduced. Further, a proton exchange waveguide may be provided in a part in the thickness direction from the other main surface S2A to the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11, so that light is confined and propagated in the waveguide. Similarly to the above, the loss of light in the ferroelectric substrate 11 can be reduced.

また、上記第1実施形態および第2実施形態では、MgO:LNやMgO:SLTの単結晶基板で構成された強誘電体基板11を用いて光学デバイス1A、1Bを構成しているが、酸化マグネシウム(MgO)を添加したリチウムタンタレート(MgO:Lithium Tantalate)、酸化マグネシウム(MgO)を添加したストイキオメトリリチウムナイオベート(MgO:Stoichiometric Lithium Niobate)で強誘電体基板11を構成してもよい。   In the first and second embodiments, the optical devices 1A and 1B are configured using the ferroelectric substrate 11 formed of a single crystal substrate of MgO: LN or MgO: SLT. The ferroelectric substrate 11 may be composed of lithium tantalate (MgO) added with magnesium (MgO) or stoichiometric lithium niobate (MgO) added with magnesium oxide (MgO). .

また、酸化マグネシウム(MgO)が添加されていない、リチウムタンタレート(Lithium Tantalate)、ストイキオメトリリチウムタンタレート(Stoichiometric Lithium Tantalate)、リチウムナイオベート(Lithium Niobate)、ストイキオメトリリチウムナイオベート(Stoichiometric Lithium Niobate)で強誘電体基板11を構成してもよい。また、これらの強誘電体基板11の一方主面S1Aの表面近傍および他方主面S2Aの表面近傍のうち少なくとも一方にプロトン交換導波路を形成しておき、強誘電体基板11内での光の損失を低減させてもよい。ただし、これらの実施形態では、MgOが添加されていないことから分極反転構造形成の時に高電圧を印加してもリーク電流の発生はないので、絶縁層12の形成は不要である。なお、その他の構成や製造方法は同一である。   In addition, Lithium Tantalate, Stoichiometric Lithium Tantalate, Lithium Niobate, Stoichiometric Lithium Niobate (Stoichiometric Lithium) without addition of magnesium oxide (MgO) The ferroelectric substrate 11 may be made of Niobate. In addition, a proton exchange waveguide is formed in at least one of the vicinity of the surface of the one main surface S1A and the surface of the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 so that the light in the ferroelectric substrate 11 is transmitted. Loss may be reduced. However, in these embodiments, since MgO is not added, no leakage current is generated even when a high voltage is applied during the formation of the domain-inverted structure, so that the formation of the insulating layer 12 is unnecessary. Other configurations and manufacturing methods are the same.

<第3実施形態>
図7は本発明にかかる光学デバイスの第3実施形態を示す断面図である。この第3実施形態にかかる光学デバイス1Cは、同図(d)に示すように、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11と、強誘電体基板11よりも厚い支持基板14とを4層構造の接合部13を介して接合して一体化したものであり、以下のようにして製造される。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the optical device according to the present invention. The optical device 1C according to the third embodiment includes a ferroelectric substrate 11 made of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure, and a ferroelectric substrate 11 as shown in FIG. A thick support substrate 14 is joined and integrated through a joint portion 13 having a four-layer structure, and is manufactured as follows.

この第3実施形態では、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11と支持基板14とを準備する。なお、第3実施形態においても、第1実施形態および第2実施形態と同様に、支持基板14を強誘電体基板11と同一組成で、かつ結晶方位の絶対値が強誘電体基板11と一致する強誘電体結晶で構成している。そして、スパッタリング処理また蒸着処理により、強誘電体基板11の一方主面S1A上にクロム膜13aおよび金膜13bをこの順序で積層して第1金属層を形成するとともに支持基板14の一方主面S1B上にクロム膜13dおよび金膜13cをこの順序で積層して第2金属層を形成する(図7(a))。   In the third embodiment, a ferroelectric substrate 11 and a support substrate 14 made of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure are prepared. In the third embodiment, as in the first and second embodiments, the support substrate 14 has the same composition as the ferroelectric substrate 11 and the absolute value of the crystal orientation is the same as that of the ferroelectric substrate 11. It consists of a ferroelectric crystal. Then, a chromium film 13a and a gold film 13b are laminated in this order on one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 by sputtering treatment or vapor deposition treatment to form a first metal layer and one main surface of the support substrate 14 A chromium film 13d and a gold film 13c are laminated in this order on S1B to form a second metal layer (FIG. 7A).

そして、金膜13b、13cにアルゴン高速原子ビームを照射してチップ表面を活性化する。さらに、強誘電体基板11と第1金属層とからなるチップCAを上下反転させた後、支持基板14と第2金属層とからなるチップCB上にチップCAを積層させて接合する(図7(b))。このFAB接合によって4層構造の接合部13が形成されてチップCA、CBが一体化される。なお、第3実施形態では、両チップCA、CBがぴったり一致するように重ね合わせている。   The chip surfaces are activated by irradiating the gold films 13b and 13c with an argon fast atom beam. Further, the chip CA composed of the ferroelectric substrate 11 and the first metal layer is turned upside down, and then the chip CA is stacked and bonded on the chip CB composed of the support substrate 14 and the second metal layer (FIG. 7). (B)). By this FAB bonding, a joint portion 13 having a four-layer structure is formed, and the chips CA and CB are integrated. Note that in the third embodiment, the chips CA and CB are overlapped so as to exactly match.

こうしてチップCBと一体化されたチップCAの他方主面、つまり強誘電体基板11の他方主面S2Aを平面研磨して強誘電体基板11を所望厚さ(厚さ0.1μm〜200μm)まで薄膜化する(図7(c))。さらに、強誘電体基板11の他方主面S2Aから一方主面S1Aに向かう厚さ方向の一部にプロトン交換導波路19を設け、当該導波路19内で光を封じ込めながら強誘電体基板11を伝播させて光損失の低減を図っている。こうして製造された光学デバイス1Cが本発明の第3実施形態である。   The other main surface of the chip CA integrated with the chip CB, that is, the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 is planarly polished so that the ferroelectric substrate 11 has a desired thickness (thickness of 0.1 μm to 200 μm). A thin film is formed (FIG. 7C). Further, a proton exchange waveguide 19 is provided in a part of the ferroelectric substrate 11 in the thickness direction from the other main surface S2A to the one main surface S1A, and the ferroelectric substrate 11 is held while confining light in the waveguide 19. The light loss is reduced by propagation. The optical device 1C thus manufactured is the third embodiment of the present invention.

以上のように、第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、強誘電体基板11の一方主面S1Aと、強誘電体基板11よりも厚い支持基板14の一方主面S1Bとの間に接合部13を介在させて強誘電体基板11を支持基板14で支持しながら一体化しているので、上記した平面研磨処理により強誘電体基板11、つまり強誘電体結晶を薄膜化することができる。   As described above, also in the third embodiment, the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11 and the one main surface S1B of the support substrate 14 thicker than the ferroelectric substrate 11 are the same as in the first embodiment. Since the ferroelectric substrate 11 is integrated while being supported by the support substrate 14 with the joint portion 13 interposed therebetween, the ferroelectric substrate 11, that is, the ferroelectric crystal is thinned by the above-described planar polishing process. Can do.

<第4実施形態>
図8は本発明にかかる光学デバイスの第4実施形態を示す断面図である。この第4実施形態にかかる光学デバイス1Dが第3実施形態と大きく相違する点は導波路の形態である。つまり、第4実施形態では、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11をSiOなどの絶縁層で挟み込んでステップインデックス型の導波路を形成している。なお、その他の構成および作用効果は第3実施形態と同一である。以下、同図を参照しつつ光学デバイス1Dの製造方法について説明する。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of the optical device according to the present invention. The optical device 1D according to the fourth embodiment is largely different from the third embodiment in the form of a waveguide. That is, in the fourth embodiment, a step index type waveguide is formed by sandwiching a ferroelectric substrate 11 composed of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure with an insulating layer such as SiO 2 . Other configurations and operational effects are the same as those of the third embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the optical device 1D will be described with reference to FIG.

この第4実施形態では、周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11と支持基板14とを準備する。そして、強誘電体基板11では、スパッタリング処理により一方主面S1A上にSiOの絶縁層12aを形成した後、スパッタリング処理また蒸着処理により絶縁層12a上にクロム膜13aおよび金膜13bをこの順序で積層して第1金属層を形成する。一方、支持基板14では、第3実施形態と同様にして、支持基板14の一方主面S1B上にクロム膜13dと金膜13cとを積層させた第2金属層を形成する(図8(a))。 In the fourth embodiment, a ferroelectric substrate 11 and a support substrate 14 made of a ferroelectric crystal having a periodically poled structure are prepared. In the ferroelectric substrate 11, after the SiO 2 insulating layer 12a is formed on the one main surface S1A by sputtering, the chromium film 13a and the gold film 13b are formed in this order on the insulating layer 12a by sputtering or vapor deposition. To form a first metal layer. On the other hand, in the support substrate 14, a second metal layer in which a chromium film 13d and a gold film 13c are laminated is formed on the one main surface S1B of the support substrate 14 as in the third embodiment (FIG. 8A). )).

そして、第3実施形態と同様に、金膜13b、13cにアルゴン高速原子ビームを照射してチップ表面を活性化し、さらに強誘電体基板11、絶縁層12aおよび第1金属層とからなるチップCAを上下反転させた後、支持基板14と第2金属層とからなるチップCB上にチップCAを積層させて接合する(図8(b))。このFAB接合によって4層構造の接合部13が形成されてチップCA、CBが一体化される。   Then, as in the third embodiment, the gold films 13b and 13c are irradiated with an argon fast atom beam to activate the chip surface, and further the chip CA comprising the ferroelectric substrate 11, the insulating layer 12a and the first metal layer. Then, the chip CA is stacked and bonded on the chip CB formed of the support substrate 14 and the second metal layer (FIG. 8B). By this FAB bonding, a joint portion 13 having a four-layer structure is formed, and the chips CA and CB are integrated.

これに続いて、強誘電体基板11の他方主面S2Aを平面研磨して強誘電体基板11を所望厚さ(厚さ0.1μm〜200μm)まで薄膜化する(図8(c))。さらに、研磨後の強誘電体基板11の他方主面S2A上に、スパッタリング処理によりSiOの絶縁層12bを堆積させてステップインデックス型の導波路を形成する(図8(d))。こうして製造された光学デバイス1Dが本発明の第4実施形態である。 Following this, the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 is planarly polished to reduce the thickness of the ferroelectric substrate 11 to a desired thickness (thickness of 0.1 μm to 200 μm) (FIG. 8C). Further, a SiO 2 insulating layer 12b is deposited on the other main surface S2A of the polished ferroelectric substrate 11 by sputtering to form a step index type waveguide (FIG. 8D). The optical device 1D thus manufactured is the fourth embodiment of the present invention.

<第5実施形態>
図9は本発明にかかる光学デバイスの第5実施形態を示す断面図である。この第5実施形態にかかる光学デバイス1Eが第4実施形態と大きく相違する点は導波路の形態である。つまり、第5実施形態では、強誘電体基板11と支持基板14との接合前に強誘電体基板11の他方主面S2Aから一方主面S1Aに向かう厚さ方向の一部にプロトン交換導波路19を形成しており、上記接合後の平面研磨処理によって強誘電体基板11が薄膜化された後にもプロトン交換導波路19が強誘電体基板11に残存するように構成されている。なお、その他の構成および作用効果は第3実施形態や第4実施形態と同一である。以下、同図を参照しつつ光学デバイス1Eの製造方法について説明する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a sectional view showing a fifth embodiment of the optical device according to the invention. The optical device 1E according to the fifth embodiment is greatly different from the fourth embodiment in the form of a waveguide. In other words, in the fifth embodiment, before joining the ferroelectric substrate 11 and the support substrate 14, a proton exchange waveguide is formed in a part in the thickness direction from the other main surface S 2 A to the one main surface S 1 A of the ferroelectric substrate 11. 19 is formed so that the proton exchange waveguide 19 remains on the ferroelectric substrate 11 even after the ferroelectric substrate 11 is thinned by the planar polishing after the bonding. Other configurations and operational effects are the same as those of the third embodiment and the fourth embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the optical device 1E will be described with reference to FIG.

この第5実施形態では、周期分極反転構造を有するとともに、少なくとも一方主面S1A近傍にプロトン交換導波路19が設けられた強誘電体結晶により構成された強誘電体基板11と支持基板14とを準備する。そして、第4実施形態と同様にして、強誘電体基板11の一方主面S1Aに対して絶縁層12a、クロム膜13aおよび金膜13bをこの順序で積層して第1金属層を形成する一方、支持基板14の一方主面S1Bに対してクロム膜13dと金膜13cとを積層させた第2金属層を形成する(図9(a))。   In this fifth embodiment, a ferroelectric substrate 11 and a support substrate 14 each having a periodic polarization reversal structure and composed of a ferroelectric crystal having a proton exchange waveguide 19 provided in the vicinity of at least one main surface S1A are provided. prepare. In the same manner as in the fourth embodiment, the first metal layer is formed by laminating the insulating layer 12a, the chromium film 13a, and the gold film 13b in this order on the one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11. Then, a second metal layer is formed by laminating the chromium film 13d and the gold film 13c on the one main surface S1B of the support substrate 14 (FIG. 9A).

そして、上記実施形態と同様に、金膜13b、13cにアルゴン高速原子ビームを照射してチップ表面を活性化し、さらに強誘電体基板11、絶縁層12aおよび第1金属層とからなるチップCAを上下反転させた後、支持基板14と第2金属層とからなるチップCB上にチップCAを積層させて接合する(図9(b))。このFAB接合によって4層構造の接合部13が形成されてチップCA、CBが一体化される。これに続いて、強誘電体基板11の他方主面S2Aを平面研磨して強誘電体基板11を所望厚さ(厚さ0.1μm〜200μm)まで薄膜化する(図9(c))。こうして製造された光学デバイス1Eが本発明の第5実施形態である。   Then, as in the above embodiment, the gold film 13b, 13c is irradiated with an argon fast atom beam to activate the chip surface, and a chip CA comprising the ferroelectric substrate 11, the insulating layer 12a, and the first metal layer is formed. After turning upside down, the chip CA is stacked and bonded on the chip CB formed of the support substrate 14 and the second metal layer (FIG. 9B). By this FAB bonding, a joint portion 13 having a four-layer structure is formed, and the chips CA and CB are integrated. Subsequently, the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 is planarly polished to reduce the thickness of the ferroelectric substrate 11 to a desired thickness (thickness of 0.1 μm to 200 μm) (FIG. 9C). The optical device 1E thus manufactured is the fifth embodiment of the present invention.

<光学デバイスを用いた光変調器>
本発明にかかる光学デバイスでは上記した特徴を有しているため、光変調器に適用することで優れた作用効果が得られる。そこで、例えば図1の光学デバイス1Aを適用した光変調器の構成および動作を、光変調器を装備する露光装置およびパターン描画装置の構成説明を通じて説明する。
<Optical modulator using optical device>
Since the optical device according to the present invention has the above-described features, excellent effects can be obtained by applying the optical device to an optical modulator. Therefore, for example, the configuration and operation of the optical modulator to which the optical device 1A of FIG. 1 is applied will be described through the description of the configuration of the exposure apparatus and pattern drawing apparatus equipped with the optical modulator.

図10は本発明にかかる光学デバイスを適用した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11は図10に示すパターン描画装置の側面図であり、図12は図10の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。   FIG. 10 is a perspective view showing a pattern drawing apparatus equipped with an optical modulator to which an optical device according to the present invention is applied, FIG. 11 is a side view of the pattern drawing apparatus shown in FIG. 10, and FIG. It is a block diagram which shows the electric constitution of a pattern drawing apparatus. The pattern drawing apparatus 100 is an apparatus that draws a pattern by irradiating light onto the surface of a substrate W such as a semiconductor substrate or a glass substrate to which a photosensitive material is applied.

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11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。   In this pattern drawing apparatus 100, each part of the apparatus is arranged inside a main body formed by attaching a cover 102 to the main body frame 101 to constitute the main body, and the outside of the main body (in the present embodiment, FIG. As shown in FIG. 11, a substrate storage cassette 110 is disposed on the right hand side of the main body. The substrate storage cassette 110 stores an unprocessed substrate W to be subjected to exposure processing, and is loaded into the main body by a transfer robot 120 disposed inside the main body. Further, after the exposure process (pattern drawing process) is performed on the unprocessed substrate W, the substrate W is unloaded from the main body by the transfer robot 120 and returned to the substrate storage cassette 110.

この本体部では、図10および図11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10および図11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10および図11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11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。   In this main body, as shown in FIGS. 10 and 11, the transfer robot 120 is disposed at the right hand end inside the main body surrounded by the cover 102. A base 130 is disposed on the left hand side of the transfer robot 120. One end side region (the right hand side region in FIGS. 10 and 11) of the base 130 is a substrate delivery region for delivering the substrate W to and from the transfer robot 120, while the other end side region. (Left-hand side region in FIGS. 10 and 11) is a pattern drawing region for pattern drawing on the substrate W. On the base 130, a head support 140 is provided at the boundary position between the substrate delivery area and the pattern drawing area. In the head support portion 140, two leg members 141 and 142 are erected upward from the base 130, and a beam member 143 is laterally provided so as to bridge the top portions of the leg members 141 and 142. Yes. Then, as shown in FIG. 11, the camera (imaging unit) 150 is fixed to the side of the pattern drawing area of the beam member 143 and the surface of the substrate W (the drawing surface and the exposed surface) held on the stage 160 is imaged. It is possible.

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Y軸駆動部161Y(図12)、X軸駆動部161X(図12)およびθ軸駆動部161T(図12)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。   The stage 160 is moved on the base 130 by the stage moving mechanism 161 in the X direction, the Y direction, and the θ direction. That is, the stage moving mechanism 161 has a Y-axis drive unit 161Y (FIG. 12), an X-axis drive unit 161X (FIG. 12), and a θ-axis drive unit 161T (FIG. 12) stacked on the upper surface of the base 130 in this order. The stage 160 is moved and positioned two-dimensionally in a horizontal plane. Further, the stage 160 is rotated around the θ axis (vertical axis) to adjust the relative angle with respect to the optical head 3 described later for positioning. As such a stage moving mechanism 161, an XY-θ axis moving mechanism that has been widely used conventionally can be used.

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学デバイス1Aを用いた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」に相当している。その構成および動作については、後で詳述する。   Further, the optical head 3 is fixedly attached to the box 172 on the pattern drawing region side of the head support portion 140 configured as described above. The optical head 3 is equipped with a spatial light modulator using the optical device 1A according to the present invention and irradiates the substrate W with light, and corresponds to the “exposure apparatus” of the present invention. ing. The configuration and operation will be described in detail later.

また、基台130の反基板受渡側端部(図10および図11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。   In addition, two leg members 144 are also erected at the opposite end of the base 130 on the side opposite to the board delivery side (the left-hand side end in FIGS. 10 and 11). A box 172 containing the illumination optical system of the optical head 3 is provided so as to bridge the beam members 143 and the tops of the two leg members 144, and covers the pattern drawing region of the base 130 from above. Yes. Therefore, even if the downflow supplied into the clean room in which the pattern drawing apparatus 100 is installed is drawn into the main body, a space SP in which the downflow is not supplied is formed in the pattern drawing area.

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。   Therefore, in the pattern drawing apparatus 100 according to the present embodiment, the gas blowout that blows the temperature-controlled gas toward the space SP sandwiched between the stage 160 and the box 172 of the optical head 3 on the side opposite to the robot in the space SP. A part 190 is arranged. In this embodiment, the two gas blowing parts 190 are attached up and down so that the cover 102 which comprises the left-hand side wall of a main-body part may be penetrated. These gas blowing units 190 are connected to an air conditioner 191 and operate according to a command from the exposure control unit 181 to blow out the air temperature-controlled by the air conditioner 191 toward the space SP. Thereby, the temperature-controlled gas blown out from the gas blowing unit 190 flows sideways and passes through the space SP. As a result, the atmosphere of the space SP is changed, and the temperature change in the pattern drawing area is suppressed. In addition, the air that has passed through the space SP flows into the transfer robot 120 in this way, but in this embodiment, an exhaust port 192 is provided in the lower portion of the transfer robot 120 and the exhaust port 192 is air-conditioned via the pipe 193. Connected to the device 191. Therefore, by providing the exhaust port 192, the atmosphere surrounding the transfer robot 120 is exhausted, and a downward airflow, that is, a downflow is formed in the atmosphere. Accordingly, it is possible to effectively prevent the particles from rising and scattering by the transfer robot 120.

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X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、X方向が「副走査方向」に相当している。また、ステージ160をY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、Y方向が「主走査方向」に相当している。   Next, the configuration and operation of the optical head (exposure apparatus) 3 will be described. In this embodiment, the optical head 3 is fixedly attached to the box 172, and is held on the stage 160 by reflecting light onto the substrate W moving at a position immediately below the optical head 3. The substrate W is exposed to draw a pattern. In the present embodiment, the optical head 3 can simultaneously irradiate light in a plurality of channels in the X direction, and the X direction corresponds to the “sub-scanning direction”. Further, by moving the stage 160 in the Y direction, a pattern can be drawn two-dimensionally on the substrate W, and the Y direction corresponds to the “main scanning direction”.

図13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Xに沿って光学ヘッド3を上方(すなわち、図10中の(+Y)側)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Yに沿って図10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(−X)側から(+X)方向を向いて見た場合)の光学ヘッド3の内部構成を示している。   FIG. 13 is a diagram showing the internal configuration of the optical head in a simplified manner. FIG. 13A shows the optical head 3 above the optical head 3 along the optical axis OA and the sub-scanning direction X (that is, in FIG. 10). The (+ Y) side) shows the internal configuration of the optical head 3 when viewed from the (+ Y) side, and FIG. 10B shows the optical head 3 side viewed from the front side (lower left side) of FIG. The internal configuration of the optical head 3 in this case (that is, when viewed from the (−X) side of the optical head 3 toward the (+ X) direction) is shown.

図13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。   The optical head 3 shown in FIG. 13 includes a light source unit 31 configured by a semiconductor laser or the like that emits a light beam having a predetermined wavelength (for example, 830, 635, 405, or 355 nanometers (nm)). Yes. When a 355 nm laser beam is used, a solid-state laser light source using a third harmonic of a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser is used. The light source unit 31 has a collimator lens (not shown), and the light beam emitted from the semiconductor laser is converted into parallel light through the collimator lens and enters the illumination optical system 32 through a mirror (not shown). To do.

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X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X方向に長い楕円形へと変化する。一方、光軸OAおよびX方向に垂直なY方向に関して、シリンドリカルレンズ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X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X方向に長い一定の大きさの楕円形とされてシリンドリカルレンズ323へと入射する。このシリンドリカルレンズ323は、Y方向にのみ正の集光機能を有し、Y方向のみに着目した場合には、図13(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、X方向に関しては、図13(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。   The illumination optical system 32 includes three cylindrical lenses 321 to 323, and the light beam emitted from the light source unit 31 passes through the cylindrical lenses 321 to 323 in this order and enters the spatial light modulator 33. Among these, the cylindrical lens 321 has a beam expanding function (negative condensing function) only in the X direction, and the light passing through the cylindrical lens 321 has a light beam cross section perpendicular to the optical axis OA from a circular shape to gradually in the X direction. It changes to a long oval. On the other hand, with respect to the optical axis OA and the Y direction perpendicular to the X direction, the width of the light beam cross section of the light passing through the cylindrical lens 321 is (almost) constant. Further, the cylindrical lens 322 has a positive condensing function only in the X direction, and the light beam that has passed through the cylindrical lens 321 is shaped by the cylindrical lens 322. In other words, the light that has passed through the cylindrical lens 322 is made into an elliptical shape having a constant cross-section with a long cross section in the X direction, and is incident on the cylindrical lens 323. The cylindrical lens 323 has a positive condensing function only in the Y direction. When attention is paid only to the Y direction, the light LI that has passed through the cylindrical lens 323 is condensed as shown in FIG. However, the light enters the incident surface 331a of the spatial light modulator 33. As for the X direction, as shown in FIG. 13A, the light beam from the cylindrical lens 323 enters the spatial light modulator 33 as a parallel light beam.

空間光変調器33は、本発明の第1実施形態にかかる光学デバイス1Aで構成された光変調素子331と、電極基板332と、電気回路基板336と、光変調素子331(光学デバイス1A)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12)とを有している。   The spatial light modulator 33 includes an optical modulation element 331, an electrode substrate 332, an electric circuit board 336, and an optical modulation element 331 (optical device 1A) configured by the optical device 1A according to the first embodiment of the present invention. A modulation unit 338 (FIG. 12) that modulates light that generates an electric field in the ferroelectric substrate 11 and propagates through the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate 11 is provided.

図14は空間光変調器を示す図であり、同図(a)はYZ平面における空間光変調器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の部分断面図である。この空間光変調器33では、図13および図14に示すように、電極基板332の上方主面には配線領域Raと、光学デバイス1Aで構成された光変調素子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。   14A and 14B are diagrams showing the spatial light modulator. FIG. 14A is a partial sectional view of the spatial light modulator in the YZ plane, and FIG. 14B is a partial sectional view of the spatial light modulator in the XY plane. It is. In this spatial light modulator 33, as shown in FIGS. 13 and 14, a wiring region Ra and a mounting for mounting a light modulating element 331 composed of the optical device 1A on the upper main surface of the electrode substrate 332 are mounted. A placement region Rb is provided. Each of the plurality of electrodes 333 extends in the Z-axis direction from the wiring region Ra to the placement region Rb. More specifically, the (−Z side end) of each electrode 333 extends in the Z direction in the wiring region Ra and reaches the mounting region Rb. In this placement region Rb, the (+ Z side end portion) of each electrode 333 extends substantially parallel to the Z direction. In the present embodiment, a portion of each electrode 333 located on the wiring region Ra, that is, the (−Z side end portion) of each electrode 333 is an inductive coupling to be described later. Part ". Further, a portion located on the mounting region Rb, that is, (+ Z side end portion) of each electrode 333 is opposed to the ferroelectric substrate 11 of the light modulation element 331, and is an electrode for controlling the periodic polarization inversion structure. Since it functions as a part, it is referred to as an “electrode part” below.

これらの電極333を覆うようにSiO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14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。 A protective film 334 made of an insulating material such as SiO 2 is formed on the entire upper main surface of the electrode substrate 332 so as to cover these electrodes 333 to protect the electrode 333 and the surface of the protective film 334 (upper main surface). ) Is flattened. In the placement region Rb, the light modulation element 331 is placed on a position corresponding to the placement region Rb. Thus, as shown in FIG. 14, the electrode portion of each electrode 333 is arranged to face the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 with the protective film 334 interposed therebetween.

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、光学デバイス1Aを光変調素子331として使用するため、接合部13に対して接地電位が与えられる。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。   In the light modulation element 331 arranged in this way, the joint portion 13 is formed via the insulating layer 12 so as to cover the entire one main surface S1A of the ferroelectric substrate 11. Since the optical device 1 </ b> A is used as the light modulation element 331, a ground potential is applied to the joint portion 13. On the other hand, for each of the plurality of electrodes 333 described above, a voltage corresponding to light modulation is modulated by inductive coupling via a wiring (not shown) provided on the upper main surface of the electric circuit board 336. It is given from.

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。   On the upper main surface of the electric circuit board 336, a wiring made of a conductive material having the same shape as the induced pattern portion is a guided pattern portion (a portion of the electrode 333 located on the wiring region Ra). They are formed in a one-to-one correspondence. For this reason, the electrodes facing one another are electrically connected by inductive coupling. In addition, a plurality of electronic components 3381 constituting the modulation unit 338 are mounted on the lower main surface of the electric circuit board 336, and are electrically connected to the electrodes 333 via the electric circuit board 336. As described above, a voltage is applied to the electrode 333 independently according to various signals and data from the exposure control unit 181.

変調部338には、図12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き駆動電圧(V1または0V)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。   As shown in FIG. 12, the exposure timing signal, the exposure position signal, and the exposure data are given to the modulation unit 338 from the exposure control unit 181. The modulation section 338 has an analog circuit (not shown) for each electrode 333, that is, for each channel, and applies a drive voltage (V1 or 0V) to the electrode 333 based on the exposure data given from the exposure control section 181. To do. The exposure control unit 181 controls a plurality of electrodes 333 (for example, two or more adjacent electrodes 333) as one channel so as to be longer than the period of the periodically poled structure.

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から所定電位V1(0V以外の電位)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。その結果、当該チャンネルでは回折光DLが発生する。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。   In the spatial light modulator 33, the junction 13 is grounded, whereas the electrodes 333 constituting each channel are independently supplied from the modulator 338 according to the exposure data from the exposure controller 181 as described above. Receives voltage. For this reason, in the periodic polarization reversal structure of the light modulation element 331, it occurs between the electrode 333 and the junction 13 only in a region corresponding to the electrode 333 to which the predetermined potential V1 (potential other than 0V) is applied from the modulation unit 338. A refractive index change according to the polarization direction is generated by the electric field, and a diffraction grating is formed. As a result, diffracted light DL is generated in the channel. On the other hand, in other channels, incident light passes through the light modulation element 331 as it is as 0th-order light L0.

図13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13の右手側)に、Y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Y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または回折光DLは、図13(b)に示すように、シリンドリカルレンズ34にてY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。   Returning to FIG. 13, the description of the configuration of the optical head 3 will be continued. An aperture plate 352 having a cylindrical lens 34 having a positive condensing function only in the Y direction, a lens 351, and an aperture 3521 on the emission side (right hand side in FIG. 13) of the spatial light modulator 33 configured as described above. The lenses 353 are arranged in this order. The cylindrical lens 34 has a positive condensing function only in the Y direction, and the zero-order light L0 or the diffracted light DL from the spatial light modulator 33 is applied to the cylindrical lens 34 as shown in FIG. The light is substantially parallel to the Y direction and is incident on a lens 351 having a positive light collecting function.

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X方向およびY方向の双方にほぼ平行とされる0次光L0は、図13(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13(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。   Here, the front focal point of the lens 351 is a position in the light modulation element 331 in the vicinity of the end of the electrode 333 on the (+ Z) side, and the aperture plate 352 is disposed so that the aperture 3521 is positioned at the rear focal point of the lens 351. Is done. Accordingly, the zero-order light L0 that is not diffracted in the light modulation element 331, passes through the lens 34, and is substantially parallel to both the X direction and the Y direction is indicated by a thin solid line in FIG. As described above, the light is condensed on the aperture 3521 through the lens 351, passes through the aperture 3521, and enters the lens 353. The lens 353 is arranged so that the front focal point is located in the vicinity of the aperture 3521 and the rear focal point is on the surface of the substrate W held by the stage 160, and the 0th-order light L 0 passes through the lens 353. The surface of the substrate W is irradiated and exposed. On the other hand, the diffracted light DL is emitted from the light modulation element 331 at a predetermined angle with respect to the optical axis OA, as indicated by a broken line in FIG. It is shielded by the surface of the aperture plate 352.

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13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LOの主光線(図13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。このように第1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が本発明の「光学系」として機能しており、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。   Thus, in the present embodiment, the so-called Schlieren optical system 35 is configured by the lens 351, the aperture plate 352, and the lens 353. The schlieren optical system 35 has the same arrangement as the double-sided telecentric optical system. As shown in FIG. 13, even when the substrate W is exposed with the optical head 3 having a plurality of channels, the exposure surface (the surface of the substrate W). ), The principal ray of the zero-order light LO of each channel (the two-dot chain line in FIG. 13) is vertical, and is not affected by the change in magnification with respect to the change in the focus direction Z of the exposure surface. As a result, highly accurate exposure is possible. As described above, in the first embodiment, pattern drawing on the substrate W is performed using 0th-order light. Further, the lens 34 and the schlieren optical system 35 arranged as described above function as the “optical system” of the present invention, and the light from the spatial light modulator 33 is transmitted to the surface of the substrate W (exposed surface, drawing surface). Screen).

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やメモリ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としてメモリ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。   The pattern drawing apparatus 100 configured as described above has a computer 200 for controlling the entire apparatus. The computer 200 includes a CPU, a memory 201, and the like, and is arranged in an electrical rack (not shown) together with the exposure control unit 181. In addition, the rasterization unit 202, the expansion / contraction rate calculation unit 203, the data correction unit 204, and the data generation unit 205 are realized by the CPU in the computer 200 performing arithmetic processing according to a predetermined program. For example, pattern data corresponding to one LSI is data generated by an external CAD or the like, and is prepared in advance in the memory 201 as LSI data 211. Based on the LSI data 211, the LSI pattern is as follows. Is drawn on the substrate W.

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を生成してメモリ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。   The rasterizing unit 202 divides and rasterizes the unit area indicated by the LSI data 211, generates raster data 212, and stores it in the memory 201. Thus, after preparing the raster data 212 or in parallel with the preparation of the raster data 212, the unprocessed substrate W stored in the cassette 110 as described above is unloaded by the transfer robot 120, and the stage is set by the transfer robot 120. 160.

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12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。   Thereafter, the stage 160 is moved to a position immediately below the camera 150 by the stage moving mechanism 161, and the alignment marks (reference marks) on the substrate W are sequentially positioned at the imageable positions of the camera 150, and mark imaging by the camera 150 is executed. Is done. The image signal output from the camera 150 is processed by an image processing circuit (not shown in FIG. 12) in the electrical rack, and the position of the alignment mark on the stage 160 is accurately obtained. Then, the θ-axis drive unit 161T operates based on these pieces of position information, and the stage 160 is slightly rotated about the vertical axis to be aligned (positioned) in a direction suitable for pattern drawing on the substrate W. Here, the alignment may be performed after the stage 160 is moved to a position directly below the optical head 3.

図12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Yおよび副走査方向X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。   The stretch rate calculation unit 203 illustrated in FIG. 12 acquires the alignment mark position on the substrate W and the correction amount of the orientation of the substrate W obtained by the image processing circuit, the alignment mark position after alignment, and The expansion / contraction ratio of the substrate W with respect to the main scanning direction Y and the sub-scanning direction X (that is, the expansion ratio of the main surface) is obtained.

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。   On the other hand, the data correction unit 204 acquires the raster data 212 and corrects the data based on the expansion / contraction rate that is the detection result of expansion / contraction. For this data correction, for example, the method described in Japanese Patent No. 40020248 can be adopted. When the data correction of one divided area is completed, the corrected raster data 212 is sent to the data generation unit 205. . The data generation unit 205 generates drawing data corresponding to the changed divided area, that is, data corresponding to one stripe.

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、ヘッド移動機構171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10および図11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。   The drawing data generated in this way is sent from the data generation unit 205 to the exposure control unit 181, and the exposure control unit 181 controls each unit of the modulation unit 338, the head moving mechanism 171, and the stage moving mechanism 161, thereby generating one stripe. Is drawn. Note that the exposure operation is performed by the electric field generation control by the modulation unit 338 as described above. When the exposure recording for one stripe is completed, the same processing is performed for the next divided region, and drawing for each stripe is repeated. Thus, when drawing of all the stripes on the substrate W is completed and drawing of a desired pattern on the surface of the substrate W is completed, the stage 160 keeps the drawn substrate W placed on the substrate delivery position (see FIGS. 10 and 11). After moving to the right region), the substrate transport robot 120 returns the substrate W to the cassette 110, the next substrate W is taken out, and the same series of processing as described above is repeated. Further, when the pattern drawing on all the substrates W stored in the cassette 110 is completed, the cassette 110 is unloaded from the pattern drawing apparatus 100.

以上のように、上記したパターン描画装置100は第1実施形態にかかる光学デバイス1Aをそのまま光変調器33の光変調素子331として適用しているため、次の作用効果が得られる。つまり、既述したように光学デバイス1Aでは、従来技術に比べて周期分極反転構造が薄いため、接合部13と各電極333との距離も短くなっている。したがって、駆動電圧を低く設定することができ、高速変調が可能となっている。   As described above, since the above-described pattern drawing apparatus 100 applies the optical device 1A according to the first embodiment as the light modulation element 331 of the light modulator 33 as it is, the following operational effects are obtained. That is, as described above, in the optical device 1A, the periodic polarization reversal structure is thinner than that in the related art, and therefore the distance between the junction 13 and each electrode 333 is also short. Therefore, the drive voltage can be set low and high-speed modulation is possible.

なお、パターン描画装置100の光学ヘッド3(本発明の「露光装置」に相当)では、第1実施形態にかかる光学デバイス1Aをそのまま光変調器33の光変調素子331として適用しているが、その他の実施形態にかかる光学デバイスを光変調素子331として用いてもよい。   In the optical head 3 (corresponding to the “exposure apparatus” of the present invention) of the pattern drawing apparatus 100, the optical device 1A according to the first embodiment is applied as it is as the light modulation element 331 of the light modulator 33. Optical devices according to other embodiments may be used as the light modulation element 331.

また、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、光学デバイス1Aの強誘電体基板11を対向配置して光変調器33を構成しているが、光学デバイス1Aを光変調器に適用する場合、例えば図15に示すように強誘電体基板11の他方主面S2A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。   In the optical head 3, the optical modulator 33 is configured by disposing the ferroelectric substrate 11 of the optical device 1A so as to face the electrode substrate 332 on which the plurality of electrodes 333 are formed. 15 is applied to an optical modulator, for example, a plurality of electrodes are arranged on the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11 as shown in FIG. 15, and a drive voltage is applied to each electrode from the modulator. Also good.

<光学デバイスを用いた波長変換素子>
次に、本発明にかかる光学デバイスを波長変換素子に適用することでも優れた作用効果が得られる。そこで、例えば図1の光学デバイス1Aを適用した波長変換素子について説明する。
<Wavelength conversion element using optical device>
Next, an excellent effect can also be obtained by applying the optical device according to the present invention to a wavelength conversion element. Therefore, for example, a wavelength conversion element to which the optical device 1A of FIG.

図16は本発明にかかる光学デバイスを用いた波長変換素子の一例を示す図である。同図(a)は強誘電体基板の強誘電体結晶の一部に分極反転導波路を形成した波長変換素子を示す斜視図であり、同図(b)は強誘電体基板の強誘電体結晶全体を分極反転させたスラブ導波路を有する波長変換素子を示す斜視図であり、同図(c)は同図(a)および同図(b)に示す波長変換素子の導波路部分の断面図である。   FIG. 16 is a diagram showing an example of a wavelength conversion element using the optical device according to the present invention. FIG. 2A is a perspective view showing a wavelength conversion element in which a polarization inversion waveguide is formed in a part of a ferroelectric crystal of a ferroelectric substrate, and FIG. 2B is a ferroelectric substance of the ferroelectric substrate. It is a perspective view which shows the wavelength conversion element which has a slab waveguide which reversed the whole crystal | crystallization, and the figure (c) is a cross section of the waveguide part of the wavelength conversion element shown to the figure (a) and the figure (b). FIG.

図16に示す波長変換素子400A、400Bは、第1実施形態にかかる光学デバイス1Aを用いたものであり、強誘電体基板11の他方主面S2Aの近傍で強誘電体結晶内にプロトン交換導波路19が形成されている。なお、同図(a)の波長変換素子400Aと同図(b)の波長変換素子400Bとの相違点は、プロトン交換導波路19の形成範囲であり、同図(a)は数μm幅のチャンネル導波路で光L(λin)は該導波路に入射され、同図(b)は結晶幅方向に広いスラブ導波路で光L(λin)も導波路幅に広く入射させる構成となっている。なお、その他の構成は同一である。また、両者400A、400Bとも、プロトン交換導波路19の一方端に対して波長λinの光L(λin)が入射されると、光はプロトン交換導波路19内を伝播し、波長λinと異なる波長λoutを有する光L(λout)がプロトン交換導波路19の他方端面から出射される。   The wavelength conversion elements 400A and 400B shown in FIG. 16 use the optical device 1A according to the first embodiment, and are proton-exchanged in the ferroelectric crystal in the vicinity of the other main surface S2A of the ferroelectric substrate 11. A waveguide 19 is formed. The difference between the wavelength conversion element 400A in FIG. 10A and the wavelength conversion element 400B in FIG. 10B is the formation range of the proton exchange waveguide 19, and FIG. The light L (λin) is incident on the waveguide through the channel waveguide, and FIG. 6B shows a configuration in which the light L (λin) is also incident on the waveguide width widely by a slab waveguide wide in the crystal width direction. . Other configurations are the same. In both 400A and 400B, when light L (λin) having a wavelength λin is incident on one end of the proton exchange waveguide 19, the light propagates in the proton exchange waveguide 19 and has a wavelength different from the wavelength λin. Light L (λout) having λout is emitted from the other end face of the proton exchange waveguide 19.

以上のように構成された波長変換素子400A、400Bでは、次の作用効果が得られる。つまり、既述したように光学デバイス1Aでは、薄膜化された強誘電体基板11に対し、電圧印加法により分極反転部11bを形成するため、強誘電体結晶により構成される強誘電体基板11に周期分極反転構造を高精度に形成することができる。また、薄膜化によって分極反転部11bの周期を従来技術よりも短くすることができるため、変換波長を従来技術よりも更に短くすることができ、また周期分極反転構造を高精度に形成でき、変換効率も向上させることができる。したがって、従来より要望されている、高変換効率で紫外波長に対応した波長変換素子を作製することも可能となる。   In the wavelength conversion elements 400A and 400B configured as described above, the following operational effects can be obtained. In other words, as described above, in the optical device 1A, the polarization inversion portion 11b is formed by the voltage application method on the thinned ferroelectric substrate 11, so that the ferroelectric substrate 11 composed of ferroelectric crystals is formed. In addition, the periodically poled structure can be formed with high accuracy. Further, since the period of the polarization inversion portion 11b can be made shorter than that of the prior art by making the film thinner, the conversion wavelength can be made shorter than that of the prior art, and the periodic polarization inversion structure can be formed with high accuracy, Efficiency can also be improved. Therefore, it is also possible to produce a wavelength conversion element that has been conventionally required and has a high conversion efficiency and corresponds to the ultraviolet wavelength.

例えばパターン描画装置100の紫外光源として、従来では大型のガスレーザや固体レーザでしか実現できていなかったが、上記した波長変換素子400A、400Bを半導体レーザなどの小型の高出力光源と組み合わせることで、小型の波長変換型紫外光源が得られる。また、分極反転構造の高精度化により波長変換効率が向上するため、波長変換型紫外光源は産業用に限らず医療用途などにも適用可能となり、その用途は広がっていくと考えられる。   For example, as an ultraviolet light source of the pattern drawing apparatus 100, conventionally, only a large gas laser or solid-state laser could be realized, but by combining the wavelength conversion elements 400A and 400B described above with a small high-power light source such as a semiconductor laser, A small wavelength conversion type ultraviolet light source can be obtained. In addition, since the wavelength conversion efficiency is improved by increasing the accuracy of the domain-inverted structure, the wavelength conversion type ultraviolet light source can be applied not only to industrial use but also to medical use, and its use is expected to expand.

なお、上記波長変換素子400A、400Bでは光学デバイス1Aの強誘電体結晶内にプロトン交換導波路19を形成したものであるが、例えば図17に示すように、強誘電体基板11の他方主面S2AにSiOなどの絶縁層12bを形成し、ステップインデックス型の導波路を形成した波長変換素子400C、400Dも上記波長変換素子400A、400Bと同様の作用効果を奏する。特に、同図(a)では、導波路幅方向をダイヤモンドカッター等で切り込みを入れることで数μm程度の溝を形成し、光を閉じ込めている。 In the wavelength conversion elements 400A and 400B, the proton exchange waveguide 19 is formed in the ferroelectric crystal of the optical device 1A. For example, as shown in FIG. 17, the other main surface of the ferroelectric substrate 11 is used. the insulating layer 12b, such as SiO 2 is formed on S2A, step-index waveguide formed by the wavelength conversion element 400C, 400D, it affords the wavelength conversion element 400A, the same effect as 400B. In particular, in FIG. 5A, a groove of about several μm is formed by cutting the waveguide width direction with a diamond cutter or the like to confine light.

また、上記実施形態では、光学デバイス1Aを波長変換素子に適用しているが、他の光学デバイスを波長変換素子に適用可能であることは言うまでもなく、同様の作用効果が得られる。   Moreover, in the said embodiment, although 1 A of optical devices are applied to a wavelength conversion element, it cannot be overemphasized that another optical device is applicable to a wavelength conversion element, and the same effect is obtained.

<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。例えば上記第2実施形態においてのみ、パターニングされた接合部13を用いているが、第3実施形態ないし第5実施形態にかかる光学デバイス1C〜1Eにおいて接合部13として、第2実施形態と同様にパターニングされた接合部を採用してもよい。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the patterned joint 13 is used only in the second embodiment, but in the optical devices 1C to 1E according to the third to fifth embodiments, the joint 13 is the same as in the second embodiment. Patterned joints may be employed.

また、上記実施形態では、強誘電体基板11に金(Au)を安定的に付着させることが困難であることから、両者の間にクロム膜を中間層として介在させているが、この中間層としては、クロム(Cr)以外に、チタン(Ti)やタンタル(Ta)を用いることができる。   In the above embodiment, since it is difficult to stably attach gold (Au) to the ferroelectric substrate 11, a chromium film is interposed as an intermediate layer between the two. In addition to chromium (Cr), titanium (Ti) or tantalum (Ta) can be used.

また、上記実施形態では、絶縁層としてSiOを用いたが、酸化窒素膜(SiO)や酸化アルミニウム(Al)などの透明誘電体膜を用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the SiO 2 as the insulating layer may be a transparent dielectric film such as nitrogen oxide film (SiO x N y) or aluminum oxide (Al 2 O 3).

この発明は、周期分極反転構造を有する光学デバイス、当該光学デバイスの製造方法および当該光学デバイスを使用する露光装置に適用することができる。   The present invention can be applied to an optical device having a periodically poled structure, a method for manufacturing the optical device, and an exposure apparatus that uses the optical device.

1A〜1E…光学デバイス
3…光学ヘッド(露光装置)
11…強誘電体基板
12、12a、12b…絶縁層
13…接合部
13a…クロム膜(第1金属層)
13b…金膜(第1金属層)
13c…金膜(第2金属層)
13d…クロム膜(第2金属層)
14…支持基板
16…クロム膜(パターン電極)
17…金膜(パターン電極)
19…プロトン交換導波路
33…空間光変調器
331…光変調素子
338…変調部
S1A…(強誘電体基板の)一方主面
S1B…(支持基板の)一方主面
S2A…(強誘電体基板の)他方主面
1A to 1E Optical device 3 Optical head (exposure apparatus)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Ferroelectric substrate 12, 12a, 12b ... Insulating layer 13 ... Junction part 13a ... Chromium film (1st metal layer)
13b ... Gold film (first metal layer)
13c ... Gold film (second metal layer)
13d ... Chromium film (second metal layer)
14 ... support substrate 16 ... chrome film (pattern electrode)
17 ... Gold film (pattern electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Proton exchange waveguide 33 ... Spatial light modulator 331 ... Light modulation element 338 ... Modulator S1A ... (One side of ferroelectric substrate) S1B ... (One side of support substrate) S2A ... (Ferroelectric substrate) The other main surface

Claims (12)

第1分極方向と、前記第1分極方向とは反対方向の第2分極方向に周期的に分極した周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板と、
支持基板と、
前記強誘電体基板の一方主面と、前記強誘電体基板の一方主面と対向する前記支持基板の一方主面とに挟まれて前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる接合部と、
を備え、
前記接合部は、前記強誘電体基板の一方主面に形成されている第1金属層と、前記支持基板の一方主面に形成されている第2金属層と接合されている導電層であり、
前記第1金属層および前記第2金属層には、前記周期分極反転構造における前記第1分極方向に分極した部分の周期と一致するパターンが形成される、光学デバイス。
A ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal having a periodic polarization reversal structure periodically polarized in a first polarization direction and a second polarization direction opposite to the first polarization direction;
A support substrate;
It is sandwiched between one main surface of the ferroelectric substrate and one main surface of the support substrate facing the one main surface of the ferroelectric substrate, and is integrated while being supported by the support substrate. A joint to be made,
With
The joint is the strong dielectric one first metal layer formed on the main surface of the substrate, the one conductive layer and the second metal layer is bonded which is formed on the main surface of the supporting substrate And
An optical device, wherein the first metal layer and the second metal layer are formed with a pattern that coincides with a period of a portion polarized in the first polarization direction in the periodically poled structure.
第1分極方向と、前記第1分極方向とは反対方向の第2分極方向に周期的に分極した周期分極反転構造を有する強誘電体結晶により構成された強誘電体基板と、
支持基板と、
前記強誘電体基板の一方主面に形成された絶縁層と、
前記絶縁層と、前記絶縁層の一方主面と対向する前記支持基板の一方主面とに挟まれて、前記絶縁層を介して前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる接合部と、
を備え、
前記接合部は、前記絶縁層の一方主面に形成されている第1金属層と、前記支持基板の一方主面に形成されている第2金属層と接合されている導電層であり、
前記第1金属層および前記第2金属層には、前記周期分極反転構造における前記第1分極方向に分極した部分の周期と一致するパターンが形成される、光学デバイス。
A ferroelectric substrate composed of a ferroelectric crystal having a periodic polarization reversal structure periodically polarized in a first polarization direction and a second polarization direction opposite to the first polarization direction;
A support substrate;
An insulating layer formed on one main surface of the ferroelectric substrate;
It is sandwiched between the insulating layer and one main surface of the support substrate facing the one main surface of the insulating layer, and the ferroelectric substrate is integrated while being supported by the support substrate via the insulating layer. A junction,
With
The joint, the first metal layer formed on one main surface of the insulating layer, a second metal layer formed on one main surface of the supporting substrate is a conductive layer which is joined,
An optical device, wherein the first metal layer and the second metal layer are formed with a pattern that coincides with a period of a portion polarized in the first polarization direction in the periodically poled structure.
請求項1または請求項2に記載の光学デバイスであって、
前記支持基板は前記強誘電体基板の強誘電体結晶と同一の結晶で構成される、光学デバイス。
The optical device according to claim 1 or 2 ,
The optical device, wherein the support substrate is made of the same crystal as the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate.
請求項に記載の光学デバイスであって、
前記支持基板を構成する結晶の結晶方位の絶対値は、前記強誘電体基板の強誘電体結晶の結晶方位の絶対値と一致している、光学デバイス。
The optical device according to claim 3 ,
An optical device, wherein an absolute value of a crystal orientation of a crystal constituting the support substrate coincides with an absolute value of a crystal orientation of a ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate.
請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の光学デバイスであって、
前記支持基板は、前記強誘電体基板よりも厚く、
前記強誘電体基板の強誘電体結晶は、厚さ0.1μmないし200
μmである、光学デバイス。
An optical device according to any one of claims 1 to 4 ,
The support substrate is thicker than the ferroelectric substrate,
The ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate has a thickness of 0.1 μm to 200 μm.
An optical device that is μm.
請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の光学デバイスであって、
前記強誘電体基板の他方主面に形成された複数の電極をさらに備え、
前記複数の電極と前記接合部との間に電界が発生させられると、前記周期分極反転構造内での回折効率が変調される、光学デバイス。
An optical device according to any one of claims 1 to 5 ,
A plurality of electrodes formed on the other principal surface of the ferroelectric substrate;
An optical device, wherein when an electric field is generated between the plurality of electrodes and the junction, diffraction efficiency in the periodically poled structure is modulated.
強誘電体結晶により構成された強誘電体基板の一方主面と、支持基板の一方主面との間に導電性の接合部を介在させて前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる第1工程と、
前記強誘電体基板の他方主面に周期パターンを有するパターン電極を形成する第2工程と、
前記パターン電極と前記接合部との間で電圧を印加して分極反転部を前記強誘電体基板に周期的に形成する第3工程と
を備え、
前記第1工程は、前記強誘電体基板の一方主面に前記周期パターンと対応するパターンを有する第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、
前記支持基板の一方主面に前記周期パターンと対応するパターンを有する第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、
前記第1金属層の前記パターンの凸部と、前記第2金属層の凸部とを接合して、前記接合部を形成することで、前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる一体化工程と、
を有する、光学デバイスの製造方法。
While supporting the ferroelectric substrate with the support substrate by interposing a conductive joint between one main surface of the ferroelectric substrate composed of the ferroelectric crystal and one main surface of the support substrate A first step of integration;
A second step of forming a pattern electrode having a periodic pattern on the other main surface of the ferroelectric substrate;
A third step of periodically forming a polarization inversion portion on the ferroelectric substrate by applying a voltage between the pattern electrode and the junction,
The first step includes a first metal layer forming step of forming a first metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the ferroelectric substrate;
A second metal layer forming step of forming a second metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the support substrate;
The convex portion of the pattern of the first metal layer and the convex portion of the second metal layer are joined to form the joint portion, so that the ferroelectric substrate is supported by the support substrate and integrated. Integration process,
A method for manufacturing an optical device.
強誘電体結晶により構成された強誘電体基板の一方主面と、支持基板の一方主面との間に導電性の接合部を介在させて前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる第1工程と、
前記強誘電体基板の他方主面に周期パターンを有するパターン電極を形成する第2工程と、
前記パターン電極と前記接合部との間で電圧を印加して分極反転部を前記強誘電体基板に周期的に形成する第3工程と
を備え、
前記第1工程は、前記強誘電体基板の一方主面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、 前記絶縁層の一方主面に前記周期パターンと対応するパターンを有する第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、
前記支持基板の一方主面に前記周期パターンと対応するパターンを有する第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、
前記第1金属層の前記パターンの凸部と、前記第2金属層の凸部とを接合して、前記接合部を形成することで、前記絶縁層を介して前記強誘電体基板を前記支持基板で支持しながら一体化させる一体化工程と、
を有する、光学デバイスの製造方法。
While supporting the ferroelectric substrate with the support substrate by interposing a conductive joint between one main surface of the ferroelectric substrate composed of the ferroelectric crystal and one main surface of the support substrate A first step of integration;
A second step of forming a pattern electrode having a periodic pattern on the other main surface of the ferroelectric substrate;
A third step of periodically forming a polarization inversion portion on the ferroelectric substrate by applying a voltage between the pattern electrode and the junction,
The first step includes forming an insulating layer on one main surface of the ferroelectric substrate, and forming a first metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the insulating layer. A first metal layer forming step,
A second metal layer forming step of forming a second metal layer having a pattern corresponding to the periodic pattern on one main surface of the support substrate;
The convex portion of the pattern of the first metal layer and the convex portion of the second metal layer are joined to form the joint, thereby supporting the ferroelectric substrate via the insulating layer. An integration process that integrates while supporting the substrate,
A method for manufacturing an optical device.
請求項または請求項に記載の光学デバイスの製造方法であって、
前記一体化工程は、アルゴン高速原子ビームを照射することで、前記第1金属層の前記パターンの凸部と、前記第2金属層の凸部とを活性化させる活性化工程を有する、光学デバイスの製造方法。
A method of manufacturing an optical device according to claim 7 or claim 8 ,
The integration step includes an activation step of activating the convex portion of the pattern of the first metal layer and the convex portion of the second metal layer by irradiating an argon fast atom beam. Manufacturing method.
請求項ないし請求項のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法であって、
前記支持基板は、前記強誘電体基板の強誘電体結晶と同一の結晶で構成され、
前記一体化工程は、前記支持基板と、前記強誘電体基板との結晶方位の絶対値を互いに一致させながら、前記第1金属層と前記第2金属層とを接合する、光学デバイスの製造方法。
A method of producing an optical device according to any one of claims 7 to 9,
The support substrate is composed of the same crystal as the ferroelectric crystal of the ferroelectric substrate,
In the integration step, the first metal layer and the second metal layer are joined while the absolute values of the crystal orientations of the support substrate and the ferroelectric substrate coincide with each other. .
請求項ないし請求項10のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法であって、
前記支持基板と一体化された前記強誘電体基板の他方主面側表面領域を除去して前記強誘電体結晶の厚みを0.1μmないし200
μmに調整する第4工程をさらに備える、光学デバイスの製造方法。
A method of producing an optical device according to any one of claims 7 to 10,
The surface region on the other main surface side of the ferroelectric substrate integrated with the support substrate is removed to make the thickness of the ferroelectric crystal 0.1 μm to 200 μm.
The manufacturing method of an optical device further provided with the 4th process adjusted to micrometer.
光源から出射される光を光変調器で変調した変調光を光学系により被露光面に照射して露光する露光装置において、
前記光変調器が、
請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の光学デバイスと、
前記強誘電体基板の他方主面側に配置された複数の電極と、
前記複数電極と前記接合部との間での電界発生をそれぞれ制御して前記強誘電体基板内での回折効率を変調させる変調部と
を有していることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that irradiates a surface to be exposed by an optical system with modulated light obtained by modulating light emitted from a light source with an optical modulator,
The light modulator is
An optical device according to any one of claims 1 to 5 ,
A plurality of electrodes disposed on the other principal surface side of the ferroelectric substrate;
An exposure apparatus comprising: a modulation unit that modulates diffraction efficiency in the ferroelectric substrate by controlling electric field generation between the plurality of electrodes and the junction.
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