(57)【要約】【課題】電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる光学要素の保持装置及びそれを備えた露光装置を提供する。【解決手段】レンズＬＥを光軸方向に駆動させる駆動機構７１と、レンズＬＥの位置を計測するレンズ位置検出手段７２と、を有する光学要素の保持装置であって、レンズ位置検出手段７２は、レンズＬＥの光軸方向における相対位置を計測するインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と、レンズＬＥの絶対位置を計測するアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と、を有することを特徴とする。【選択図】図３
2008111891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学要素を光軸方向及び光軸に対する傾斜方向に駆動させる駆動部と、前記光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置であって、
前記位置計測部は、前記光学要素の光軸方向及び光軸に対する傾斜方向における位置を計測するための第１計測部及び第２計測部を備え、
前記第１計測部は前記光学要素の相対位置を計測し、前記第２計測部は前記光学要素の絶対位置を計測することを特徴とする光学要素の保持装置。
【請求項２】
前記第２計測部の出力を用いて前記第１計測部の計測基準を規定することを特徴とする請求項１に記載の光学要素の保持装置。
【請求項３】
前記位置計測部は、前記光軸方向と直交する方向における前記光学要素の相対位置を計測する第３計測部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学要素の保持装置。
【請求項４】
前記位置計測部は、前記光学要素の周方向に沿って複数配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学要素の保持装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学要素の保持装置を備えた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータ等によりレンズ等の光学要素を駆動させる駆動部と、光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置及びそれを備えた露光装置に関する。
【０００２】
具体的には、電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる光学要素の保持装置及びそれを備えた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、光学要素を駆動させる駆動部と、光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置として、位置計測部に２種類の位置調整装置を用いた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１の図１３に記載の保持装置には、その中心軸方向と接線方向とに物体を駆動可能な２自由度系の位置調整機構が、周方向に沿って３箇所に設けられている。そして、光学要素の光軸をＺ軸、Ｚ軸と垂直な方向をＸＹ平面とした場合のＸＹＺ直交座標系において、光学要素の駆動の自由度は６となる。そして、光学要素は、Ｘ軸方向並進、Ｙ軸方向並進、Ｚ軸方向並進、Ｘ軸周り回転（チルト）、Ｙ軸周り回転（チルト）、Ｚ軸周り回転（ローテーション）をすることができる。
【０００５】
また、保持装置には光学要素の位置を計測する位置計測部が周方向に沿って３箇所に設けられている。この位置計測部には、光学要素の光軸方向と外周部接線方向との変位を検出する二軸式静電容量センサが用いられている。
【０００６】
一方、特許文献１の図２に記載の保持装置には、ピエゾアクチュエータを用いて光学要素を光軸方向に駆動する位置調整機構が、周方向に沿って３箇所に設けられている。この３箇所に設けられた位置調整機構により、光学要素をＺ軸方向並進、Ｘ軸周り回転（チルト）、Ｙ軸周り回転（チルト）させることができる。
【０００７】
また、光学素子の位置計測部は、周方向に沿って３箇所に設けられている。この位置計測部は、光学要素の光軸方向の変位を検出する光学式のリニアエンコーダである。
【特許文献１】特開２００３−３３７２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１の図１３において開示された保持装置では、位置計測部に静電容量センサが用いられているので、検出分解能、ダイナミックレンジ、及び検出出力信号の直線性等が干渉型変位計に比べて劣るという問題があった。なお、静電容量センサは絶対位置の検出が可能である。
【０００９】
また、上述した特許文献１の図２において開示された保持装置では、光学要素の光軸方向の変位を検出する光学式のリニアエンコーダが用いられているので、被検体の相対移動量しか検出することができないという問題があった。相対移動量しか検出することができないと、電源を遮断した後に装置を再起動した際、光学要素の絶対位置を認識することができず、光学要素を電源遮断前の座標値に復帰させることができない。
【００１０】
なお、特許文献１において図２の保持装置と図１３の保持装置とは、別個独立に光学要素を保持している。
【００１１】
そこで、本発明は、電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる光学要素の保持装置及びそれを備えた露光装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学要素の保持装置は、光学要素を光軸方向及び光軸に対する傾斜方向に駆動させる駆動部と、前記光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置であって、前記位置計測部は、前記光学要素の光軸方向及び光軸に対する傾斜方向における位置を計測するための第１計測部及び第２計測部を備え、前記第１計測部は前記光学要素の相対位置を計測し、前記第２計測部は前記光学要素の絶対位置を計測することを特徴とする。
【００１３】
かかる光学要素の保持装置を備えた露光装置も本発明の一側面を構成する。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学要素の絶対位置と相対位置との両方を測定することができ、電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる光学要素の保持装置及びそれを備えた露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面について説明する。なお、各図において、同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の光学要素の保持装置の第１実施形態を備えた露光装置を示している。この露光装置１は、スリット照明下でレチクルＲをスキャン駆動し、これに同期してウェハＷＦをスキャン駆動しながら露光動作を行う、いわゆるスキャナ式露光装置である。
【００１８】
この露光装置１において、ＸＹＺ直交座標系を図中、上部側に示すように定義する。すなわち、投影光学系２の光軸方向をＺ軸、レチクルＲ及びウェハＷＦのスキャン方向をＸ軸、装置平面におけるＸ軸に直交する方向をＹ軸、装置上下方向をＺ軸と規定する。
【００１９】
露光装置基台３は、有底筒状の本体部３１と、投影光学系２の一部を本体部３１に収容して固定するための鏡筒マウント３２と、を有している。本体部３１と鏡筒マウント３２との間には、露光装置設置面の震動が投影光学系２に伝達されるのを防止するために、ダンパ手段３３が設けられている。
【００２０】
また、本体部３１の底部には、ウェハＷＦの光軸方向の位置調整、すなわちフォーカス調整を行うためのウェハステージＷＦ１が設けられている。このウェハステージＷＦ１は、レチクルステージＲ１のスキャン動作に同期してウェハＷＦをＸ軸方向に移動させる。また、ウェハステージＷＦ１は、レチクル像の重ね合せ精度向上のため、Ｙ軸方向にも位置調整可能にされている。ウェハステージＷＦ１には、投影光学系２の光学収差を計測する際に用いられる球面ミラーＷＦ２が設けられている。なお、ウェハＷＦには感光剤が塗布される。
【００２１】
半導体回路パターンの原版となるレチクルＲを載置するレチクルステージＲ１は、投影光学系２の上部側を覆うレチクル架台Ｒ２上に載置されている。このレチクル架台Ｒ２は、レチクルステージＲ１を鏡筒マウント３２に固定するためのものである。
【００２２】
鏡筒マウント３２上には、照明ユニット４が設けられている。この照明ユニット４は、レーザ光源ユニット４１と、レチクルＲを照明する際に用いられる露光用照明手段４２と、収差計測工程の際に用いられる収差計測用照明手段４３と、光路切換ミラー４４と、を備えている。また、鏡筒マウント３２上にはレーザ光源ユニット４１に隣接して、露光装置全体の動作を制御する本体制御手段８が設けられている。
【００２３】
レチクル架台Ｒ２上には、投影光学系２の光学収差を計測するための収差計測手段５が設けられている。収差計測手段５は、干渉計５１、ハーフミラー５２、反射ミラー５３、及びコリメータレンズ５４を備えている。この内、反射ミラー５３及びコリメータレンズ５４はレチクルステージＲ１上に載置され、投影光学系２の光束入射部に対して進退可能にされている。
【００２４】
鏡筒マウント３２上にはレンズ制御手段６が設けられており、このレンズ制御手段６により、投影光学系２の各種光学要素は、所定の制御フローに従って制御される。この制御によりレンズの光学収差の最適化等の光学系の微調整を行うことができる。光学系の微調整は、例えば投影光学系２の組立時や露光装置１の納入先への納品時、に行われる。
【００２５】
投影光学系２は、光学要素の保持装置であるレンズユニット７が複数積層されて構成されており、該レンズユニット７は、レンズを駆動させる駆動部と、レンズの位置を計測する位置計測部と、を有している。
【００２６】
図２は、レンズユニット７の構造を平面的に示している。レンズを駆動させるための駆動部は、駆動機構７１として輪環状の固定鏡筒７３に、その中心軸周りに１２０度間隔で３箇所に設けられている。一方、レンズの位置を計測する位置計測部は、レンズ位置検出手段７２として周方向に沿って駆動機構７１同士の間に設けられている。このレンズ位置検出手段７２は、レンズ枠７４の光軸方向（Ｚ軸方向）変位及び光軸と直交する半径方向変位を検出する。
【００２７】
レンズ位置検出手段７２は、第２計測部であるアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、第１計測部であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及び第３計測部であるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３によって構成されている。
【００２８】
アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１は、光学要素であるレンズの絶対位置を計測する装置で、レンズの光軸方向（Ｚ軸方向）に検出用レーザビームを投射する。インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、レンズの光軸方向又は光軸に対する傾斜方向における相対位置を計測する装置で、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と同様に、レンズの光軸方向（Ｚ軸方向）に検出用レーザビームを投射する。インクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、光軸方向と直交する方向におけるレンズの相対位置を計測する装置で、レンズの半径方向に検出用レーザビームを投射する。
【００２９】
なお、このレンズユニット７の座標系は、図１で説明した露光装置１のＸＹＺ直交座標系と同一である。すなわち、レンズの光軸と同一方向をＺ軸、レンズの半径方向をＸＹ平面としている。
【００３０】
図３は、図２のレンズユニット７にレンズ枠７４を取り付けた形態を示している。図４は、図３のIV−IV線に沿う断面を示している。これらの図に示すように、レンズユニット７の固定鏡筒７３は、平板の上面に逆Ｌ字状の立設部を形成した断面形状をしている。レンズＬＥはレンズ枠７４によって保持されており、このレンズ枠７４は螺子やボルト等により駆動機構７１に固定される。
【００３１】
より具体的には、レンズＬＥを収納するレンズ枠７４には上面にフランジ部７４ａが形成され、該フランジ部７４ａが前記３組の駆動機構７１の変位出力部に締結される。このフランジ部７４ａには、レンズ枠変位検出用のターゲットミラー７５が取り付けられている。
【００３２】
このようにターゲットミラー７５を取り付けると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１又はインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２から投射された検出用レーザビームは、ターゲットミラー７５で反射する。この反射光の情報からターゲットミラー７５の変位量を検出することができる。
【００３３】
以上の構成において、３組の駆動機構７１を等量だけ駆動するとレンズＬＥを光軸Ｃ方向（Ｚ軸方向）に並進駆動させることができる。また、３箇所に設けられた駆動機構７１の駆動量に所定の差を設けることで、図３に示すθＸ及びθＹ方向へのレンズＬＥのチルト駆動が可能である。
【００３４】
この際、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１及びインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力信号に所定の座標変換を施し、その結果をフィードバックすると、レンズＬＥのＺ軸方向並進量及びチルト駆動量がクローズドループ制御される。
【００３５】
また、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の出力信号から、レンズＬＥのＸ軸方向及びＹ軸方向の平行偏心に伴うレチクル像のシフト量を計算することができる。そして、この計算結果の影響を、図２に示したウェハステージＷＦ１の駆動量に加味することで、レンズＬＥの偏心に伴うレチクル像のアライメント誤差を解消することができる。
【００３６】
図５乃至図８は、駆動機構７１の詳細構造を示している。図５は駆動機構７１の平面図であり、図６は駆動機構７１の側面図であり、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図８は、後述する変位取出し部材と方向変換部材とを示す斜視図である。なお、図８では、各種螺子の図示を省略する。
【００３７】
そして、駆動機構７１の局所座標系ＵＶＷを次のように規定する。すなわち、Ｕ軸はレンズＬＥの半径方向に沿った軸、Ｖ軸はレンズＬＥの半径方向に沿った軸であり且つＵ軸に垂直な軸、Ｗ軸はレンズＬＥの光軸Ｃに平行な軸である。
【００３８】
これらの図に示すように、駆動機構７１は、変位取出し部材７１１、方向変換部材７１２、積層型のピエゾアクチュエータ７１３、及びこれらの部材を連結する螺子等の締結部材から構成され、固定鏡筒７３（図６に記載）上に取り付けられている。
【００３９】
ピエゾアクチュエータ７１３には、円板状の圧電素子と電極とを交互に積層させた棒体を密閉型円筒容器内に収納し、棒体の一端を容器外に突出させた形態のものを用いる。そして、Ｕ軸方向の全長の伸びが印加電圧に略比例して増加する。また、ピエゾアクチュエータ７１３は、ピエゾ調整螺子７１４を用いて変位取出し部材７１１に連結される。
【００４０】
そして、ピエゾアクチュエータ７１３のＵ軸方向への変位が変位取出し部材７１１を介して方向変換部材７１２に伝達され、レンズ枠７４をＷ軸方向に沿って昇降させることになる。ピエゾ調整螺子７１４の変位取出し部材７１１に対する螺合深さを調整することで、ピエゾアクチュエータ７１３の寸法誤差を補正することができる。
【００４１】
変位取出し部材７１１の作製は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックに対しワイヤ放電加工を施して行う。そして、穴あけ加工機を用いて、所定箇所に螺子穴を形成する。
【００４２】
方向変換部材７１２の作製も変位取出し部材７１１の作製と同様に、母材となる所定厚さの板状金属ブロックに対しワイヤ放電加工を施して行う。この際、方向変換リンク７１２ａ及びサポートリンク７１２ｂ等を形成する。そして、穴あけ加工機を用いて、所定箇所に螺子穴を形成する。
【００４３】
次に、駆動機構７１の組立手順について説明する。先ず、図８の斜視図において、方向変換部材７１２の左右２箇所の空所に変位取出し部材７１１の両側腕部を挿入し、螺子を用いて締結する。次に、図５に示すように、変位取出し部材７１１で囲まれる空間にピエゾアクチュエータ７１３を装着し、ピエゾ調整螺子７１４を用いてピエゾアクチュエータ７１３の出力端であるピエゾ受けリンク７１３ａを左方向に押す。そして、変位取出し部材７１１をピエゾ受けリンク７１３ａに圧接させる。これでピエゾアクチュエータ７１３の装着が完了する。最後に、駆動機構７１を輪環状の固定鏡筒７３に設置して組立が完了する。
【００４４】
図９及び図１０は、変位取出し部材７１１及び方向変換部材７１２のリンク機構を示している。図９は、変位取出し部材７１１を模式化して示しており、図１０は、方向変換部材７１２を模式化して示している。ここで、図５乃至図８を参照しながら図９及び図１０を用いて駆動機構７１の動作原理について説明する。
【００４５】
ピエゾアクチュエータ７１３の２本の電極端子に所定電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ７１３の全長ＬはＵ軸方向にｄＬ伸張する。すると、図９に示すように、一方のピエゾ受けリンク７１１ｂ１はｄＵ１＝−ｄＬ／２、他方のピエゾ受けリンク７１１ｂ２はｄＵ２＝ｄＬ／２変位する。すると、弾性ヒンジＨ１１，Ｈ２１を中心に回動可能に構成された変位取出しリンク７１１ａは、Ｗ軸周りに微小回転する。これにより、連結リンク７１１ｃ１はｄＵ３＝−（３／２）ｄＬ変位し、連結リンク７１１ｃ２はｄＵ４＝（３／２）ｄＬ変位する。
【００４６】
上記連結リンク７１１ｃ１，７１１ｃ２のＵ軸方向の変位は、図１０に示すように、方向変換部材７１２の水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２をも変位させる。すると、Ｕ軸に対して４５度程度の向きになるように配置された方向変換リンク７１２ａが微小回転し、レンズ枠駆動リンク７１２ｄをＷ軸方向にｄＷ上昇させる。
【００４７】
以上のように、ピエゾアクチュエータ７１３の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク７１２ｄがＷ軸方向に微小変位するが、このレンズ枠駆動リンク７１２ｄはＷ軸方向にのみ変位し、Ｕ軸方向及びＶ軸方向には変位しない。それは、レンズ枠駆動リンク７１２ｄの左右両側にサポートリンク７１２ｅが連結されているからである。
【００４８】
このサポートリンク７１２ｅにより、レンズ枠駆動リンク７１２ｄのＵ軸方向への変位が拘束され、サポートリンク７１２ｆにより、レンズ枠駆動リンク７１２ｄのＶ軸方向への変位が拘束される。このサポートリンク７１２ｆは、水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２の方向変換部材中央側端部に配置される。そして、水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２のＵ軸方向の変位は拘束されず、Ｖ軸方向への変位は拘束される。そのため、Ｖ軸方向成分を有さない水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２の運動が、方向変換リンク７１２ａを介してレンズ枠駆動リンク７１２ｄに伝達される。
【００４９】
以上の構成により、レンズ枠駆動リンク７１２ｄ上の螺子穴７１２ｇ（図５に記載）付近の領域はＷ軸方向にのみ変位し、Ｕ軸方向及びＶ軸方向への変位は拘束される。そのため、レンズ枠７４をＷ軸方向に正確に変位させることができる。また、弾性ヒンジＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３の間隔を適宜選択することで、ピエゾアクチュエータ７１３の変位拡大率を好適に設定することができる。
【００５０】
一方、図１０に示すように、レンズ枠駆動リンク７１２ｄは両側をサポートリンク７１２ｅで支持されているが、該リンク７１２ｄはその一部が薄肉となっているため（図６参照）、この薄肉部７１２ｄ１はＵ軸周りのねじれ方向に弾性変形可能である。また、レンズ枠駆動リンク７１２ｄの下側を拘束する方向変換リンク７１２ａも、Ｖ軸方向に若干の弾性変形自由度を有している。
【００５１】
そのため、レンズ枠駆動リンク７１２ｄは、図７に示すように、サポートリンク７１２ｅの断面中央部の点Ｐを中心としたＵ軸周りにも僅かにねじることができる。すなわち、レンズ枠駆動リンク７１２ｄはＷ軸方向の並進運動と、Ｕ軸周りのねじれ運動が可能である。このねじれ運動によりレンズ枠７４のチルト動作が発生する。
【００５２】
図１１乃至図１３は、図２に示したレンズ位置検出手段７２に備え付けられた各種センサの詳細構造を示している。図１１はアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を示している。アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１としては、例えば、被検体であるターゲットミラー７５に向けて投射したレーザ光、の戻り位置を観測し、ターゲットミラー７５の位置を検出する三角測量式レーザ測長器を好適に用いることができる。更に、その一例として特開平１０−２６７６４８号公報に開示されたものを用いることができる。以下に、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の概略構成と位置検出原理について説明する。
【００５３】
このアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１は、計測用の半導体レーザを放射するレーザ光源７２ａ、コリメータレンズ７２ｂ、及び受光光束の重心位置を検出可能な四分割受光手段７２ｃを備えている。四分割受光手段７２ｃは、光位置センサ（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）であるが、その他、電荷結合素子イメージセンサを受光手段として好適に用いることができる。センサ制御回路７２ｄは、レーザ光源７２ａの駆動、及び四分割受光手段７２ｃから出力される信号の処理及び各種演算等を行う。
【００５４】
上記構成において、レーザ光源７２ａから放射されたレーザ光は、コリメータレンズ７２ｂを介して略平行光束となってターゲットミラー７５に入射し、該ターゲットミラー７５で反射した後、四分割受光手段７２ｃの受光面に入射する。四分割受光手段７２ｃは、受光スポットの重心位置に応じた信号を出力する機能を有する。そのため、ターゲットミラー７５がレンズ枠７４と共にＺ軸方向に移動した際の受光スポットの重心位置をセンサ制御回路７２ｄで算出することができる。そして、この算出結果に基づき、レンズＬＥのＺ軸方向変位が検出される。
【００５５】
ここで、三角測量式レーザ測長器は被検体までの絶対距離を検出可能なため、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１への電源が一度遮断され、再び電源供給された際にもＺ軸上の基準点に対するレンズＬＥのＺ座標をサブμｍの精度で検出することができる。
【００５６】
図１２は、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を示している。インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２としては、例えば、干渉式レーザ測長器を好適に用いることができる。干渉式レーザ測長器とは、被検体であるターゲットミラー７５での反射光と、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２内の全反射ミラー７２ｅでの反射光とを合波して干渉させ、干渉信号の波数をカウントすることで被検体の移動量を測定する装置である。干渉式レーザ測長器の一例として、特開平１１−９４５１４号公報に開示された位置検出装置を用いることができる。以下に、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の概略構成と位置検出原理を説明する。
【００５７】
このインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、計測用の半導体レーザを放射するレーザ光源７２ａ、コリメータレンズ７２ｂ、四分割受光手段７２ｃ、及びセンサ制御回路７２ｄを備えている。また、このインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、全反射ミラー７２ｅ、非偏光ビームスプリッタ７２ｆ、偏光ビームスプリッタ７２ｇ、干渉用光学素子７２ｈ、及び吸光手段７２ｊを備えている。
【００５８】
上記構成において、レーザ光源７２ａから放射したレーザ光は、コリメータレンズ７２ｂを介して緩い集光光束（図１２では平行光束として表記した）に整形され、非偏光ビームスプリッタ７２ｆに入射する。そして、入射光束の５０％は非偏光ビームスプリッタ７２ｆを透過して吸光手段７２ｊに到達し、ここで吸収される。また、入射光束の残りの５０％は非偏光ビームスプリッタ７２ｆで反射して左に向かい、偏光ビームスプリッタ７２ｇに入射する。
【００５９】
そして、偏光ビームスプリッタ７２ｇの表面で反射したＳ偏光の光束は、ターゲットミラー７５に入射し、該ターゲットミラー７５で反射した後、偏光ビームスプリッタ７２ｇの表面で再反射し、元の光路を通って非偏光ビームスプリッタ７２ｆに戻る。一方、偏光ビームスプリッタ７２ｇを透過したＰ偏光の光束は、全反射ミラー７２ｅに入射し、該全反射ミラー７２ｅで反射した後、偏光ビームスプリッタ７２ｇを再透過して元の光路を通って戻る。
【００６０】
以上の構造により、移動する被検体であるターゲットミラー７５からのＳ偏光の反射光と、全反射ミラー７２ｅからのＰ偏光の反射光と、が偏光ビームスプリッタ７２ｇで合成する。そして、この合成された光の５０％が非偏光ビームスプリッタ７２ｆを透過し、干渉用光学素子７２ｈに入射する。干渉用光学素子７２ｈには、左の入射面側から順に、１／４波長板、アパーチャ、千鳥状格子構造を有する位相回折格子、及び偏光方位を互いに４５度ずらして配置された四分割偏光板、が配置される。
【００６１】
ここで、合波された光は、相互に直交する直線偏光であるが、干渉用光学素子７２ｈ内の１／４波長板で相互に逆回りの円偏光に変換される。次いで、アパーチャによって光量の大きい中心光束のみが通過し、千鳥状格子構造の位相回析格子で４つの光束に振幅分割され、四分割偏光板を通過する。以上の過程で生成された四分割光束は、その明暗タイミングが位相換算で９０度ずつずれた干渉光に変換されている。そして、この４光束をそれぞれ四分割受光手段７２ｃの受光部に入射させ、この４つの出力信号を以下の方法で処理する。
【００６２】
先ず、互いに１８０度の位相差を有する２つの信号の差動を抽出することで、ＤＣ成分を除去し、その結果得られた信号をＡ相信号とする。同じく互いに１８０度の位相差を有する残りの２信号の差動を抽出することで、ＤＣ成分を除去し、その結果得られた信号をＢ相信号とする。このＡ相信号とＢ相信号とは、互いに９０度の位相差を有するので、これをオシロスコープに表示すると、円形のリサージュ波形が得られる（図１８参照）。
【００６３】
ここで、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とターゲットミラー７５との間を往復する計測光の光路長変化が光源波長に一致すると、干渉信号は１周期変化する。すなわち、被検体が光源波長の半分の距離移動すると干渉信号は１周期変化する。よって、計測用レーザ光の光源波長をλ＝８００ｎｍとすると、ターゲットミラー７５が４００ｎｍ移動する毎に干渉信号も１周期変化し、リサージュ波形も円形軌跡に沿って１周する。そのため、周知の方法で干渉信号の波数を計測することで、被検体の移動量を４００ｎｍ単位で測定することができる。また、電気的な位相分割装置を用いて前記干渉信号を分割（分周）すれば、被検体の移動量をサブｎｍの精度で検出することができる。
【００６４】
図１３は、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３を示している。前述のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、ターゲットミラー７５の垂直方向移動量を検出していた。これに対してインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、ターゲットミラー７５の横方向移動量、すなわちレンズＬＥの径方向の移動量を検出するため、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とは内部の光学素子の配置が異なる。しかし、両センサの検出原理は同一であるので、説明を省略する。
【００６５】
図１４は、図１の半導体の露光装置１の露光動作やレンズ駆動動作を制御するための制御回路を示している。図に示すように、制御回路は露光装置全体の動作を制御する本体制御手段８と、レンズの位置を制御するレンズ制御手段６とから構成されている。本体制御手段８は、本体ＣＰＵ８１を有し、この本体ＣＰＵ８１にマウント制御手段８２、照明制御手段８３、レチクルステージ制御手段８４、ウェハステージ制御手段８５、及び干渉計制御手段８６が接続されている。
【００６６】
マウント制御手段８２は、鏡筒マウント３２の除振動作を制御する。照明制御手段８３は、照明ユニット４の照明モードや光量を制御する。レチクルステージ制御手段８４は、レチクルステージＲ１の駆動制御を行う。ウェハステージ制御手段８５は、ウェハステージＷＦ１の駆動制御を行う。干渉計制御手段８６は、干渉計５１の計測制御を行う。
【００６７】
レンズ制御手段６は、３個のレンズＣＰＵ６１を有し、このレンズＣＰＵ６１は図１に示したレンズユニット７毎に設けられる。すなわち、投影光学系２に内蔵されたレンズユニット７の個数と同一個数のレンズＣＰＵ６１が設けられる。そして、各レンズＣＰＵ６１には、３個の駆動機構制御手段６２が接続され、各駆動機構制御手段６２は図５に示した駆動機構７１を制御する。そして、駆動機構制御手段６２には、ピエゾドライバ７１ａ及びピエゾ素子７１ｂが内蔵され、図５に示したピエゾアクチュエータ７１３を駆動する。
【００６８】
また、レンズＣＰＵ６１には、３個のレンズ位置検出手段７２が接続されている。レンズ位置検出手段７２には、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３が設けられている。
【００６９】
そして上記構成において、レンズＣＰＵ６１は、本体ＣＰＵ８１と交信し、所定のプログラムに基づいて駆動機構７１を駆動制御し、レンズを目標位置に向けて駆動させ、投影光学系２の種々の収差が最小となるように駆動機構７１を制御する。
【００７０】
図１５は、レンズユニット７の制御ブロックを示している。本体ＣＰＵ８１内に存するレンズ目標位置演算ブロックＢ８１では、レンズ基準点Ｌ０のＺ軸方向駆動目標値Ｚ０、チルト駆動目標値θＸ０，θＹ０を算出し、その結果をレンズＣＰＵ６１に送信する。すると、該目標値はレンズＣＰＵ６１内の加算点Ｐ1に入力される。
【００７１】
この加算点Ｐ1では、前記目標値Ｚ０，θＸ０，θＹ０から後述するフィードバック信号値Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍが減算され、その残差信号が補償回路ブロックＢ７１に入力される。補償回路ブロックＢ７１では、制御の安定性を向上させるためにＰＩ補償器が用いられている。補償回路ブロックＢ７１を経由した信号は、座標変換ブロックＢ７２に入力される。
【００７２】
座標変換ブロックＢ７２では、前記残差信号を、駆動機構７１のＺ軸方向駆動目標値Ｚ０に対応したピエゾ駆動電圧指令値に変換する。ここで、レンズＬＥの駆動目標値をＺ０，θＸ０，θＹ０とすると、駆動機構７１の駆動変位Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は（図６参照）、所定の変換マトリクスを乗じることで算出可能である。すなわち、以下の式１で関係づけられる。
【００７３】
【数１】
2008111891.tif 000003
【００７４】
よって座標変換ブロックＢ７２では、電圧値を出力するために、以下の式２による変換を行えば良い。
【００７５】
【数２】
2008111891.tif 000004
【００７６】
ここで、δＺ０，δθＸ０，δθＹ０は制御残差、ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３はピエゾドライバ７１ａへの制御指令電圧信号、ＣＶは変位量を制御電圧に換算するための変換係数である。
【００７７】
式２で算出された制御指令電圧信号ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３をピエゾドライバ７１ａに入力すると、ピエゾ素子７１ｂが所定量伸張する。そして、駆動機構７１の変位取出し部材７１１と方向変換部材７１２とからなる方向変換部７１ｃを経由して、レンズ枠７４に駆動変位Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を与え、レンズ枠７４及びレンズを所望の位置に移動させる。
【００７８】
すると、３組のレンズ位置検出手段７２は、レンズ枠７４に固設されたターゲットミラー７５（図１１乃至図１３参照）の変位量を計測し、合計９種類の計測信号をセンサ出力原点規定ブロックＢ７３に入力する。ここで、前記９種類の計測信号は、非インクリメンタル変位信号である絶対位置信号と、インクリメンタル変位信号とが混在している。しかしながら、図１６の説明においては、光軸Ｃ方向の絶対変位成分である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３と、レンズ半径方向の絶対変位成分である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３として考える。
【００７９】
ここで、図１６を用いてレンズ枠７４の各箇所の移動量と座標定義について説明する。図に示すように、レンズＬＥを保持するレンズ枠７４のフランジ部７４ａは、１２０度間隔に配置された３組の駆動機構７１（図２に記載）の変位出力部に締結される。そして、３組の駆動機構７１の垂直方向の駆動変位をＷ１，Ｗ２，Ｗ３とすると、フランジ部７４ａの３箇所が光軸Ｃ方向に沿ってそれぞれＷ１，Ｗ２，又はＷ３移動する。
【００８０】
また、フランジ部７４ａには、駆動機構７１間に、レンズ位置検出手段７２（図２に記載）が配置される。そして、３組の位置検出手段の垂直方向変位をＨ１，Ｈ２，Ｈ３、水平方向変位をＳ１，Ｓ２，Ｓ３とすると、図に示すように、フランジ部７４ａの３箇所において、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の変位が検出される。
【００８１】
図１７は、レンズＬＥの位置制御を行う際のレンズ座標を定義するもので、レンズＬＥが設計上の基準位置に置かれた場合の入射面中央（レンズ第１面の頂点）を座標原点と規定し、ＸＹＺ直交座標系を定義する。ここで、Ｚ軸は光軸Ｃ、Ｘ軸は半径方向軸、Ｙ軸はＸ軸と直交する半径方向軸である。また、レンズＬＥの入射面中央を、レンズ位置制御の際のレンズ位置代表点、すなわちレンズ基準点Ｌ０とする。
【００８２】
そして、３組の駆動機構７１を同一の駆動変位（Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３）駆動すると、レンズ基準点Ｌ０はＺ軸方向に並進運動し、その変位量はＺｍで表される。また、３組の駆動機構７１の変位量が異なるように駆動機構７１を駆動すると、３組の駆動機構７１の駆動量の相対的変化に応じてレンズＬＥはＸ軸周り又はＹ軸周りにチルト変位する。図中、そのチルト変位量はθＸｍ及びθＹｍで表される。
【００８３】
また、一般的にレンズＬＥをチルト駆動する場合のチルト中心はレンズ基準点Ｌ０とは一致せず、Ｘ軸周りのチルトに伴ってＹ軸方向の並進（横シフト）変位が、Ｙ軸周りのチルトに伴ってＸ軸方向の並進（横シフト）変位が、生じる。これらの横シフト変位をそれぞれＹｍ，Ｘｍと表す。
【００８４】
次いで、図１５に戻り、座標変換ブロックＢ７４は、上述の工程で算出された６種類の変位情報を、レンズＬＥの位置座標に変換する。ここで、レンズＬＥの変換前測情値Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と、レンズ基準点Ｌ０の座標値（変換後計測値）Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍとは、所定の変換マトリクスを用いて相互に変換可能である。すなわち、以下の式３で関係づけられる。
【００８５】
【数３】
2008111891.tif 000005
【００８６】
ここで、Ｘｍ乃至θＹｍの計５つの変換後計測値は先に説明した通りである。Ｒｍはレンズ枠７４の直径寸法に関する値である。そして本実施形態の場合、上記変換マトリクスが含む各係数の内、いくつかは実質上ゼロとなり、以下の式４のように表される。
【００８７】
【数４】
2008111891.tif 000006
【００８８】
すなわち、レンズのＺ軸方向並進変位Ｚｍ、及びチルト変位θＸｍ，θＹｍは、計測されたＺ軸方向の絶対変位である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３より算出され、レンズ半径方向の絶対変位である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３には依存しない。また、レンズＬＥのＺ軸と直交する方向の変位Ｘｍ，Ｙｍ、及びレンズ枠７４の直径寸法Ｒｍは、レンズ半径方向の絶対変位である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３により算出され、Ｚ軸方向の絶対変位である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３には依存しない。言い換えれば、制御自由度を有した方向の変位成分はＺ軸方向に検出感度を有したセンサで検出し、制御自由度を有さない方向の変位成分はＺ軸と直交する方向に検出感度を有したセンサで検出している。
【００８９】
ここで、変換前の垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３及び変換後の各種変位Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍは、光学要素を能動的に駆動して得られる変位である。一方、変換前の水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及び変換後の各種変位Ｘｍ，Ｙｍ，Ｒｍは、能動的に制御できない副次的な変位である。
【００９０】
上述の工程で得られた６つの変換後計測値の内、レンズＬＥの位置制御に必要な情報はＺｍ，θＸｍ，θＹｍの３つである。そのため、この値を加算点Ｐ1に反転入力することで、前記目標値Ｚ０，θＸ０，θＹ０との差分である制御残差を補償回路ブロックＢ７１に入力することができる。そして、制御残差を解消するようにピエゾアクチュエータ７１３を再駆動することで、レンズＬＥの高精度な位置決めが可能となる。
【００９１】
一方、計測された６つの変位情報Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍは、本体ＣＰＵ８１のウェハステージ位置補正ブロックＢ８２に送信される。これら変位情報の内、例えばＸｍ，Ｙｍはレチクル像の重ね合せ誤差を低減するために用いられる。レチクル像の重ね合せ誤差は、レンズＬＥがチルト動作によって横シフト変位Ｘｍ，Ｙｍを発生させることによって起こるからである。
【００９２】
また、横シフト変位Ｘｍ，Ｙｍは、ウェハＷＦ上に結像したレチクル像を移動させる他、投影光学系の収差をも変化させる。そこで、Ｘｍ，Ｙｍに基づいて、ウェハステージＷＦ１のスキャン変位量に修正を施すことで、ウェハＷＦ上のレクチル像の位置決め精度が向上し、重ね合せ誤差を低減させることができる。
【００９３】
また、例えばＲｍは、レンズユニット７の故障や寸法の経時変化を検出するために用いられる。レンズ枠７４の直径は本来不変量であるので、計測値Ｒｍが大きく変化したか否かを判別すれば、レンズユニット７の故障の有無を判断することができる。また、Ｒｍが微小量変化したか否かを判別すれば、寸法の経時変化の検出を行うことができる。Ｒｍが微小量の変化した場合、レンズＬＥ及びレンズ枠７４の熱膨張、又は金属の時効による長期変形等を推測できる。
【００９４】
次に、レンズユニット７に備わったレンズ位置検出手段７２を構成する各センサの調整方法について説明する。ここで調整とは、インクリメンタル式変位検出センサが出力する周期信号の波形整形、いわゆるリサージュ調整と、アブソリュート式検出変位センサの出力値に基づいてインクリメンタル式変位検出センサの計測基準点を規定する調整と、を指す。
【００９５】
先ず、リサージュ調整の原理について説明する。リサージュ調整とは、互いに位相の異なる複数の正弦波から変位信号を演算する場合の前工程として、各正弦波の波形整形を行うための調整である。図１８に示すように、横軸はセンサ制御回路７２ｄが算出した干渉信号のＡ相出力、縦軸は同じく干渉信号のＢ相出力である。そして、Ａ相信号とＢ相信号とは、出力振幅が等しく位相差が９０度異なる正弦波であるため、両相の軌跡を２次元平面で表すと理想的には円形になる。  しかしながら、センサ内の各光学部材の製造誤差や四分割受光部の感度相互差があると、ＡＢ両相の振幅が異なったり位相差が９０度からずれたりし、例えば、図に示す破線のような楕円軌跡を描く。この楕円軌跡を電気的に分周すると、分周誤差が生じて正確な変位信号が得られない。その問題を回避するために、センサ制御回路７２ｄが有する不図示のリサージュ調整手段を調整し、リサージュ波形が円形（図中、実線）になるように波形整形（リサージュ調整）するのである。
【００９６】
次に、垂直変位検出センサの基準点走査と基準点規定方法について説明する。図１９（ａ）乃至図１９（ｄ）において、横軸はレンズＬＥのＺ軸方向の位置、縦軸はターゲットミラー７５のＺ軸方向の変位計測値、すなわちセンサ出力値である。そして図１９（ａ）は、駆動機構７１の電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（下限位置）が設計上の基底位置Ｈbtm1に一致している場合を示している。
【００９７】
この状態で３組の駆動機構７１が有するピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動すると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabsは破線のように変化する。ここで、レンズＬＥが設計上の理想位置である光学原点に位置するよう、すなわち可動範囲の中央に到達した際に該センサ７２１が原点に相当する信号を出力するよう、予め機械的又は電気的に該センサ７２１が調整されているものとする。
【００９８】
このように、該センサ７２１は被検体の絶対位置を検出できるが、検出出力信号の直線性は光学式干渉計であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２に対して相対的に劣っている。すなわち、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力波形（点線）はＨabsのように原点０を通過するが図１９（ｂ）に比べて非線形である。
【００９９】
一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、検出分解能や検出出力信号の直線性はアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１に比べて優れる。しかし、該センサ７２２への電源投入時からの変化分を出力するが、被検体の絶対位置を検出することはできないため、その出力値Ｈincは図１９（ｂ）に示す実線のようになる。
【０１００】
そこで、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0を、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabs0と一致させると、当該検出センサ７２２の基準点位置（計測基準）が規定される。前記操作により、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点がアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点Ｈabs0によって規定され、実質的に被検体の絶対位置を検出可能となる。
【０１０１】
図１９（ｃ）は、駆動機構７１への電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（基底位置すなわち下限位置）が設計値Ｈbtm1から微小量ずれたＨbtm2に位置している場合を示している。ここで、レンズの基底位置がずれる可能性として、ピエゾアクチュエータ７１３のクリープによる初期長変化、ピエゾアクチュエータ７１３の交換による初期長変化、又は予圧調整量変化等が想定される。
【０１０２】
この状態でピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動する。すると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabsは、その出力開始点は図１９（ａ）とは異なるものの、その後の出力信号は図１９（ａ）と一致し、破線のごとく変化する。
【０１０３】
一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、電源投入時からの変化分を出力するが、その際にレンズＬＥの基底位置が前述の理由でずれていると、実線で示した出力値Ｈincは、細線（図１９（ａ）の実線に相当）で示す出力値Ｈincとは異なる。
【０１０４】
しかしながら、上述したように、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0とアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabs0を一致させると、該センサ７２２の基準点位置が規定される。その結果を図１９（ｄ）に示すが、以上の工程で、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点は図１９（ｂ）の場合と一致する。
【０１０５】
すなわち、以上の調整を行うことでインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定が実行され、該センサ７２２が高精度なアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１としての機能を備えることになる。
【０１０６】
次に、レンズＬＥをチルト駆動した際に副次的に発生する変位について説明する。図２０は、レンズＬＥがＸ軸周りにチルト駆動する前の形態を示している。図２１は、図２０のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３付近を拡大して示している。
【０１０７】
ここで、レンズＬＥをＸ軸周りに反時計方向にチルト駆動するためには、図３の３組の駆動機構７１において、上側の駆動機構７１の出力部をＺ軸方向マイナスに、右下及び左下の駆動機構７１の出力部をＺ軸のプラス方向に駆動制御する。これを図１６を用いて説明すると、駆動変位Ｗ１に−δＷ、駆動変位Ｗ２，Ｗ３に＋２δＷを割り当て駆動機構７１を制御すると、レンズ基準点Ｌ０にはＺ軸方向の並進は発生せず、レンズＬＥにはＸ軸周りのチルトのみ発生する。
【０１０８】
そして、このときのレンズＬＥのチルト中心軸を図２０中、点Ｐｃで示すと、チルト中心軸Ｐｃは３組の駆動機構７１が有するレンズ枠駆動リンク７１２ｄの上面（図８参照）を通る平面上にあり、且つ光軸Ｃと交差する軸に略一致する。その理由を以下に説明する。
【０１０９】
図１６において、３組の駆動機構７１のＺ軸方向駆動変位が互いに等しい場合、レンズ枠７４はＺ軸方向に並進する。一方、３組の駆動機構７１のＺ軸方向駆動変位が相互に異なる場合は、各駆動機構７１のレンズ枠駆動リンク７１２ｄ（図１０に記載）は異なる量Ｚ軸方向に並進し、その結果レンズ枠７４がチルトする。このチルト動作により、レンズ枠７４が締結されているレンズ枠駆動リンク７１２ｄにも、前記チルト角と等しい角度だけ、強制的な傾きを生ずる。
【０１１０】
この際、図１０で説明したように、レンズ枠駆動リンク７１２ｄを拘束するサポートリンク７１２ｅは、Ｕ軸周りにねじれ変形可能な構造となっている。そのため、レンズＬＥをチルト動作させることができる。よって、図２０におけるレンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃは、サポートリンク７１２ｅの薄肉部７１２ｅ１（図６に記載）を含む面と光軸Ｃとの交点近傍となる。ここで、薄肉部７１２ｅ１を含む面のＺ軸方向高さは、レンズ枠駆動リンク７１２ｄとレンズ枠７４との締結面の高さに略等しい。
【０１１１】
すなわち、レンズユニット７内のレンズＬＥがチルト駆動する際、軸受けやピボット機構等で規定されるような固定的なチルト中心は存在しないが、駆動機構７１の一部にねじれ剛性の低い部分を形成することにより、レンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃが規定される。
【０１１２】
次に、レンズＬＥがチルトした際の横シフト量について説明する。図２０及び図２４において、ＲＲは、チルト中心軸Ｐｃと、ターゲットミラー７５におけるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の変位計測点Ｐ11とを結ぶ線分である。また点Ｐ12は、チルト中心軸Ｐｃを通る水平線と、前記変位計測点Ｐ11を通る垂直線との交点である。この３つの点Ｐｃ，Ｐ11，Ｐ12により直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12が想定される。
【０１１３】
ＲＳは線分ＲＲのＹ軸方向成分、ＨＳは線分ＲＲのＺ軸方向成分である。またαは、チルト中心軸Ｐｃを通る水平線と線分ＲＲとの相対角度である。図２１では、該センサ７２３の計測ビームが投射されるターゲットミラー７５の反射面と、前記チルト中心軸Ｐｃと、のＹ軸方向の距離がＲＳと定義されている。
【０１１４】
図２２は、レンズＬＥが反時計方向に角度β、チルト駆動した際の断面を示しており、図２３は、図２２のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３付近を拡大して示している。レンズＬＥのチルト変位に伴い、ターゲットミラー７５はＺ軸のプラス方向に変位するとともに、Ｙ軸方向マイナス（図２２及び図２３では右方向）にも微小量変位する。よって、図２４で定義された直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12は移動して直角三角形ＰｃＰ21Ｐ22となる。従って、計測ビーム照射部Ｐ21とチルト中心軸ＰｃとのＹ軸方向成分ＲＳはδＲＳ増加する。
【０１１５】
次に、この横シフト量δＲＳについて説明する。図２４において、実線で示した直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12はチルト駆動前、破線で示した直角三角形ＰｃＰ21Ｐ22はチルト駆動後を表しているが、図２４においてはδＲＳの説明の便宜上、角度αを拡大して示している。ここで、∠Ｐ11ＰｃＰ12＝αであり、以下の式５が成り立つ。
【０１１６】
【数５】
2008111891.tif 000007
【０１１７】
また、チルト前の頂点Ｐ11とチルト後の頂点Ｐ21を結ぶ線分をＡＲＣとすると、チルト角βが微小の場合は、以下の式６が成り立つ。
【０１１８】
【数６】
2008111891.tif 000008
【０１１９】
そして、点Ｐ11を通る水平線と点Ｐ21を通る垂直線の交点をＰ3とすると、点Ｐ11と点Ｐ3の距離δＲＳが、レンズＬＥのチルト駆動によって生じるターゲットミラー７５のＹ軸方向の横シフト量で、以下の式７が成り立つ。
【０１２０】
【数７】
2008111891.tif 000009
【０１２１】
ただし、γ＝∠Ｐ12Ｐ11Ｐ21＝∠Ｐ3Ｐ21Ｐ11である。そしてチルト角βが、αを始めとする他の角度に対して無視し得る程度の微小角であるとの仮定を置き、図２４の二等辺三角形ＰｃＰ11Ｐ21の底角に着目すると、以下の式８、が成り立つ。
【０１２２】
【数８】
2008111891.tif 000010
【０１２３】
そこで、式８を式７に代入し、更に式５及び式６を用いて、以下の式９を得る。
【０１２４】
【数９】
2008111891.tif 000011
【０１２５】
すなわち、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の検出ビーム位置Ｐ11とレンズＬＥのチルト中心軸ＰｃとのＺ軸方向寸法をＨＳ、チルト駆動角をβとし、レンズＬＥをチルト駆動すると、変位（δＲＳ）検出信号が該センサ７２３に発生する。
【０１２６】
一方、該センサ７２３の光源波長をλとすると、該センサ７２３とターゲットミラー７５の距離がλ／２だけ変化すると、図１８で説明したリサージュ波形１周期分の干渉信号が得られる。よって、レンズＬＥをチルト駆動してセンサ７２３に干渉信号を発生させ、これを用いてリサージュ調整を行うためには、以下の式１０が成り立つ必要がある。
【０１２７】
【数１０】
2008111891.tif 000012
【０１２８】
そして式９と式１０より、以下の式１１が導かれる。
【０１２９】
【数１１】
2008111891.tif 000013
【０１３０】
具体的な数値の一例として式１１に、λ＝８００（ｎｍ）＝８×１０−４（ｍｍ）、β＝１×１０−４（ｒａｄ）を代入すると、ＨＳ＞４（ｍｍ）が得られる。具体的には、光源波長がλ＝８００（ｎｍ）の干渉型レーザ測長器を用い、且つ駆動機構７１における実用上の最大チルト角がβ＝１×１０−４（ｒａｄ）という特性を有したレンズユニット７を用いる。そして、レンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃに対して、該測長器の計測ビーム位置をＺ軸方向に４（ｍｍ）以上離間させることにより、レンズＬＥのチルト動作を利用して該測長器のリサージュ調整を行うことができる。
【０１３１】
一方で、レンズＬＥをＹ軸と平行な軸周りに同一チルト角βだけチルト駆動した際、図２の右上及び左上のレンズ位置検出手段７２が観測するＸ軸方向の横変位量は、式６で計算されるδＲＳの√３／２≒０．８７倍になる。従って、式１１で計算されるＺ軸方向離間量ＨＳはおよそ１．１５倍、すなわち４．６（ｍｍ）以上離間させる必要がある。更に、図１８で説明したリサージュ調整を正確に行うためには、干渉信号が２周期程度あることが望ましい。従って、これらの事情を勘案し、式１１で計算される離間量ＨＳに対して、２倍以上の離間量を確保するのが望ましい。
【０１３２】
図２５は、各種検出センサ７２１，７２２，７２３の調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートを示している。先ず、ステップＳ１０１において、レンズ位置検出手段７２が有する各種検出センサ７２１，７２２，７２３への電源供給を開始し、レンズ位置計測が可能な状態とする。なお、当ステップでは３組の駆動機構７１はまだ作動していないため、レンズＬＥは基底位置、すなわちＺ軸方の可動範囲の最低位置にある。
【０１３３】
次いでステップＳ１０２において、３組の駆動機構７１を等速駆動して、レンズＬＥをＺ軸方向上方に所定量移動させる。ステップＳ１０３では、前記定速駆動中に、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２のリサージュ調整を、図１８を用いて説明した原理に基づいて行う。ステップＳ１０４では、レンズＬＥをＺ軸方向の最下点、すなわち基底位置に戻す。ステップＳ１０５では、３組の駆動機構７１を等量駆動して、レンズＬＥをＺ軸方向上方に駆動範囲上限位置まで移動させる。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５の実行中に、図１９にて説明した方法に基づいてアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点走査を行う。そしてステップＳ１０７において、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定を行う。
【０１３４】
ステップＳ１０７を実行後、ステップＳ１０８にて、レンズＬＥを一度基底位置、すなわち最下点に復帰させる。次いでステップＳ１０９において、レンズＬＥを設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置に移動させる。ステップＳ１１０では、レンズＬＥをＸ軸及びＹ軸周りに所定量チルトさせる。ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０を実行しながら３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整を順番に行う。
【０１３５】
ステップＳ１１２では、レンズＬＥを設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置に再度移動する。ステップＳ１１３では、３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の基準点を規定する。なお、本実施形態では、アブソリュート式の横変位検出センサを備えていないが、その理由は次の通りである。３組の駆動機構７１で拘束されたレンズ枠７４は、Ｚ軸と直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に能動的に位置制御できないが、その代わりに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の剛性と位置再現性が高いという利点を有する。
【０１３６】
すなわち、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１及びインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力信号に基づいてレンズＬＥを光学原点位置に復帰させる場合の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置再現性が良好である。そこで、レンズＬＥが光学原点位置に定位置制御された際の、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の出力値を原点と規定することで、アブソリュート式横変位検出センサを備えなくとも、横方向の絶対位置を高精度に規定することが可能である。そして、センサ初期化ルーチンが完了する。
【０１３７】
以上のフローにて、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整と、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を用いたレンズＬＥの原点規定と、が行われる。そして、レンズＬＥのＺ軸方向の並進変位、及びＸ軸周りとＹ軸周りのチルト変位を正確に検出することが可能となる。
【０１３８】
なお、図２５に示したフローは、レンズユニット７の組立完了時に行われる他、図１に示した半導体の露光装置１として完成した際の最終調整、更に半導体ウェハの製造のために稼動している最中にも適宜実行される。
【０１３９】
上述した第１実施形態によれば、レンズＬＥの光軸Ｃ方向におけるレンズＬＥの相対位置を計測するインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と、このセンサ７２２の絶対位置を計測するアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と、を有する。そのため、レンズＬＥの絶対位置と相対位置との両方を測定することができ、電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる。
【０１４０】
また、光軸Ｃ方向と直交する方向におけるレンズＬＥの相対位置を計測するインクリメンタル式横変位検出センサ７２３を有するので、レンズＬＥのチルト変位量を算出することができる。更に、３箇所に設けられた駆動機構７１によってレンズＬＥをチルト駆動することにより、レチクル像のアライメント誤差を解消することができる。
（センサの変形例１）
上述した実施形態では、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を用いた例について説明した。これは、Ｚ軸方向の基準点検出センサとして、所定の基準点からの位置を定量的に検出し出力可能な三角測量式センサであった。この他、例えば、光学要素であるレンズＬＥが基準点近傍に存在するか否かを判別する、光電スイッチ型フォトセンサを用いても良い。
【０１４１】
図２６は、レンズ位置検出手段７２近傍の断面を模式的に示している。図に示すように、固定鏡筒７３の平坦部には、上述した実施形態のアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１とは異なる垂直原点検出センサ７２１Ａが固設されている。該センサ７２１Ａは、光電スイッチ型フォトセンサであり、発光ダイオードからなる投光手段７２ｋと、シリコンフォトダイオードからなる受光手段７２ｍとを有している。この投光手段７２ｋと受光手段７２ｍとは、検出用凹部７２ｎを挟んで投光手段７２ｋに対して相互に対向して配置されている。この投光手段７２ｋと受光手段７２ｍとの駆動制御と信号処理は、センサ制御回路７２ｐを用いて行う。
【０１４２】
レンズ枠７４のフランジ部７４ａにはターゲットミラー７５が取り付けられ、このターゲットミラー７５には上下方向に沿ってスリット部材７６が取り付けられている。このスリット部材７６は、投光手段７２ｋと受光手段７２ｍとの間に配置され、保持枠であるレンズ枠７４を駆動してスリット部材７６を移動させることで、レンズ枠７４の位置の変化を測定することができる。より詳細には、検出用凹部７２ｎに挿入され、当該挿入部分の１箇所にスリット７６ａが形成されている。そして、レンズＬＥが設計上の基準点（光学原点）に位置する状態において、スリット７６ａの貫通孔中心が、前記投光手段７２ｋの投光光束中心と受光手段７２ｍの受光面中心を結ぶ軸と一致するように、予め調整が行われている。
【０１４３】
次に、垂直原点検出センサ７２１Ａの基準点走査と基準点規定方法について図２７を用いて説明する。図２７（ａ）乃至図２７（ｄ）において、横軸はレンズＬＥのＺ軸方向の位置である。また縦軸は、垂直原点検出センサ７２１Ａ又はインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２のセンサ出力値である。そして図２７（ａ）は、駆動機構７１への電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（下限位置）が設計上の基底位置Ｈbtm1に一致している場合を示している。
【０１４４】
この状態で３組の駆動機構７１が有するピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動すると、垂直原点検出センサ７２１Ａの出力値Ｈabsは破線のごとく変化する。ここでは、レンズＬＥが設計上の理想位置である光学原点、すなわち可動範囲の中央に到達した際に、該センサ７２１Ａの検出光束中心軸がスリット７６ａの中心と一致して該センサ７２１Ａの出力信号が最大となるよう、予めセンサ位置が調整されている。
【０１４５】
そのため、被検体を一方向に駆動し、該センサ７２１Ａの出力値を計測することで、被検体が基準位置近傍に存在するか否かが認識でき、該センサ７２１Ａの出力信号の微分値から被検体が基準位置を通過したか否かが検出できる。しかしながら、被検体が基準位置から大きく隔たっている場合は、該センサ７２１Ａでは被検体の位置に関する情報を得ることはできない。
【０１４６】
一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、検出出力信号の直線性や検出分解能は優れるが、被検体の絶対位置を検出することはできず、該センサ７２２への電源投入時からの変化分を出力するため、その出力値Ｈincは実線のごとく変化する。そこで、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0を、垂直原点検出センサ７２１Ａの出力値Ｈabs0と一致させることで、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点位置が規定される。その結果を図２７（ｂ）に示すが、前記操作により、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点が垂直原点検出センサ７２１Ａの基準点Ｈabs0によって規定され、実質的に被検体の絶対位置をその可動範囲全域に渡って検出可能となっている。
【０１４７】
図２７（ｃ）は、駆動機構７１への電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（基底位置すなわち下限位置）が設計値Ｈbtm1から微小量ずれたＨbtm2に位置する場合を示している。ここで、レンズＬＥの基底位置がずれる可能性として、ピエゾアクチュエータ７１３のクリープによる初期長変化、ピエゾアクチュエータ７１３の交換による初期長変化や予圧調整量変化等が想定される。この状態でピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動すると、垂直原点検出センサ７２１Ａの出力値Ｈabsは、その出力開始点は図２７（ａ）とは異なるが、その後の出力信号は図２７（ａ）の破線と同じ形状になる。
【０１４８】
一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、該センサ７２２への電源投入時からの変化分を出力するが、レンズＬＥの基底位置が前述の理由でずれていると、実線で示した出力値Ｈincは、細線で示した図２７（ｂ）の場合の出力信号とは異なる。しかしながら、図２７（ａ）で説明したように、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0を垂直原点検出センサ７２１Ａの出力値Ｈabs0で較正することで、該センサ７２２の基準点位置が規定される。その結果を図２７（ｄ）に示すが、以上の工程で、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点は図２７（ｂ）の場合と一致する。
【０１４９】
すなわち、以上の調整を行うことでインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定が実行され、該センサ７２２が高精度なアブソリュート式垂直変位検出センサとしての機能を備えることになる。
（センサの変形例２）
上述した実施形態では、インクリメンタル式の変位検出センサ７２２，７２３を用いた例について説明した。このセンサ７２２，７２３はマイケルソン型干渉計であった。この他、例えば、回折格子に入射させた可干渉光が回折し、該回折光が形成する干渉縞を計数することで回折格子の移動量を計測する、リニアエンコーダを用いても良い。
【０１５０】
図２８は、レンズ位置検出手段近傍の要部を示している。不図示のレンズ枠７４のフランジ部７４ａの下面（図２６に記載）には、第１ターゲット７６１と第２ターゲット７６２が固設される。第１ターゲット７６１は、レンズＬＥの半径方向に垂直な平面を有する透明薄板で、回折格子７６１ａと、アブソリュートコードトラック７６１ｂとが形成されている。ここで回折格子７６１ａは、レンズ外周（レンズコバ）の接線方向に溝が延伸した、換言すればレンズの光軸方向に溝と山が交互に並んだ回折格子である。また、アブソリュートコードトラック７６１ｂは、遮光部と透明部が光軸方向に沿って所定の規則に従って並んだものを一列とし、これがレンズ外周の接線方向に複数列配置されてコードパターンを形成している。
【０１５１】
第２ターゲット７６２は、第１ターゲット７６１に対して垂直に配置された平板状の透明薄板である。この第２ターゲット７６２には、回折格子７６２ａが形成されている。ここで回折格子７６２ａは、レンズ光軸方向に溝が延伸した、換言すればレンズの半径線方向に溝と山が交互に並んだ回折格子である。
【０１５２】
第１ターゲット７６１のＺ軸方向の絶対位置を検出するために、垂直変位検出センサ７７Ａが設けられている。このセンサ７７Ａの上面には凹部が設けられ、そこに第１ターゲット７６１が挿入され、該第１ターゲット７６１のＺ軸方向変位を検出には、例えば特開平９−１２６７２３号公報に開示されたエンコーダが用いられる。その検出原理を簡単に説明する。
【０１５３】
該センサから射出したレーザ光の一部は、回折格子７６１ａに入射し、その透過回折光が該センサ７７Ａに再入射する。すると、該センサ７７Ａ内では回折光が所定の方法で合成され、干渉縞が創生される。ここで、回折格子７６１ａがＺ軸方向に変位すると、回折光の状態が変化して該センサ７７Ａ内の干渉縞が移動するため、干渉縞を計測する光電センサからは干渉縞の明暗に対応した周期信号（インクリメンタル信号）が出力される。
【０１５４】
一方、該センサ７７Ａから放射されたレーザ光の他の一部は、アブソリュートコードトラック７６１ｂに入射し、その透過光が該センサ７７Ａの内部に配置されたアブソリュートコード用受光素子群に戻る。そして、該素子群の出力信号を処理することで、アブソリュートコードトラック７６１ｂのＺ軸方向の絶対位置を検出することができる。
【０１５５】
また、レンズの光軸と交差する方向の位置、すなわち第２ターゲット７６２のレンズ半径軸方向の相対移動量を検出するために、横変位検出センサ７７Ｂが設けられている。この横変位検出センサ７７Ｂの上面には凹部が設けられ、そこに第２ターゲット７６２が挿入される。そして、レンズ半径線方向の相対変位を検出する。該センサ７７Ｂには、垂直変位検出センサ７７Ａからアブソリュート変位検出機能を省略したものが用いられる。そこで、第２ターゲット７６２がレンズ半径線方向に移動すると、その移動量に応じた周期信号（インクリメンタル信号）が出力される。
【０１５６】
なお、上述した実施形態の光学式干渉計から出力されるインクリメンタル信号の周期は光源波長に依存するが、（センサの変形例２）のリニアエンコーダから出力されるインクリメンタル信号の周期は、回折格子の格子ピッチに依存する。そこで、サブμｍの格子ピッチを有する回折格子を用いることで、光学式干渉計と同様の検出分解能が得られる。
【０１５７】
従って、その周期信号を計数することで、第１ターゲット７６１及び第２ターゲット７６２の移動量が格子ピッチオーダの分解能にて検出できる。また、前記周期信号を電気的に分周することで、検出分解能をサブｎｍオーダに高めることができる。このようなリニアエンコーダを用いると、回折格子の有効エリアを拡大することで、エンコーダ光源の可干渉距離（コヒーレンス長）が充分でなくとも、長ストロークに渡って高精度の位置検出が可能である。
【実施例２】
【０１５８】
上述した第１実施形態は、投影光学系を構成する光学要素はすべてレンズＬＥであったが、この第２実施形態は、投影光学系が第１〜第４レンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４と第１〜第３ミラーＭ１〜Ｍ３とで構成されたカタディオプトリック系である。そして、移動可能に支持された被駆動対象をミラーとしている。また、第１実施形態の光学要素はＺ軸方向への並進と、Ｘ軸及びＹ軸周りのチルト変位とで、自由度が３であったが、本第２実施形態では、所定の軸周りのチルト駆動のみが許容されている。
【０１５９】
図２９は、本発明の光学要素の保持装置の第２実施形態を備えた露光装置の投影光学系を示している。この投影光学系は、レチクルＲ、第１〜第４レンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４、第１〜第３ミラーＭ１〜Ｍ３及び第３ミラーＭ３を含むミラーユニットＭＵを有している。第１〜第４レンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４はいずれも複数のレンズから構成されている。投影光学系以外の構成要素は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１６０】
図３０乃至図３２は、図２９の投影光学系を構成する光学要素の内、第３ミラーＭ３を駆動するためのミラーユニットＭＵを示している。図３０は、第３ミラーＭ３及び保持枠であるミラー枠７４Ａを取り除いた平面図である。図３１は、第３ミラーＭ３及びミラー枠７４Ａを取り付けた場合の平面図である。図３２は、図３１のXXXII−XXXII線に沿う断面を示している。
【０１６１】
第１実施形態では、被駆動対象である光学要素は複数組の駆動機構７１により支持及び駆動されるため、Ｚ軸方向の並進と、Ｚ軸と直交する軸周りのチルトの、複数自由度を有していた。これに対して第２実施形態では、被駆動対象である光学要素としての第３ミラーＭ３は、ミラー枠７４Ａに固定して保持され、該ミラー枠７４Ａは２個のピボット部材７８により支持されている。
【０１６２】
ここでピボット部材７８は、Ｙ軸を挟んで対向する位置に且つ固定鏡筒７３の平面部に固設され、その最上面とミラー枠７４Ａのフランジ部７４ａは螺子にて結合される。そして、ピボット部材７８の中間部には、断面積の小さなヒンジ部が設けられ、このヒンジ部の弾性変形により最上面は僅かな角度ではあるが搖動可能となっている。従って、２個のピボット部材７８に締結されたミラー枠７４Ａは、θＸ方向にのみ移動が自由である。
【０１６３】
また、２個のピボット部材７８の中間部、すなわち図３１のＹ軸上プラス側には、１組の駆動機構７１が設置されている。よって、駆動機構７１のピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加してミラー枠７４Ａとの締結部をＺ軸方向に駆動することで、ミラー枠７４ＡはθＸ方向にチルト駆動される。
【０１６４】
一方、光軸Ｃを挟んで駆動機構７１と対向する位置には、１個のミラー位置検出手段７２Ａが配置され、これと光軸Ｃ周りに１２０度隔たった２箇所には位置計測補助部であるミラー位置検出手段７２Ｂが配置されている。そして、前者のミラー位置検出手段７２Ａは、第１実施形態と同様に、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３を備えている。
【０１６５】
後者のミラー位置検出手段７２Ｂは、第１計測部であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を有し且つ第２計測部であるアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を有していない。また、ミラー位置検出手段７２Ｂは、第３計測部であるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は有している。
【０１６６】
その理由は、ミラー枠７４Ａの駆動方向はθＸ方向のみで自由度が１のため、そのチルト角の基準位置からの絶対角度を認識するためには、１個の絶対位置検出手段があれば足りるからである。なお、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３が第１実施形態と同様に３個備えられているのは次の理由による。すなわち、第３ミラーＭ３はＸ軸及びＹ軸方向の自由度は有さないものの、ミラー枠７４Ａがチルト駆動した際のピボット部材７８の微小な撓みにより、Ｘ軸及びＹ軸方向に若干ではあるが変位を生じるので、これを検出するためである。
【０１６７】
そして、ミラー枠７４Ａのチルト中心、及び３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の配置関係は、図２０乃至図２４で説明した関係を満足するよう配置されている。ここで注意すべき点は、第３ミラーＭ３はＸ軸周りのチルトのみ許容され、Ｙ軸周りにはチルト駆動することができない。よって、Ｘ軸周りのチルト駆動によってすべてのインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の較正を行う必要がある。
【０１６８】
このとき、図３１における２個のミラー位置検出手段７２Ｂにおいて、チルト中心とターゲットミラー７５の計測部との水平方向（Ｙ軸方向）の距離が、第１実施形態の約半分になる。従って、ターゲットミラー７５の計測部とチルト中心とのＺ軸方向の離間量ＨＳを、第１実施形態の２倍程度にすることで、第１実施形態と同様の作用を得ることができる。
【０１６９】
図３３は、第２実施形態に用いる各センサの調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートを示している。先ず、ステップＳ２０１において、ミラー位置検出手段７２Ａ，７２Ｂが有する各センサへの電源供給を開始し、計測可能状態とする。なお、ステップＳ２０１では駆動機構７１はまだ動作していないため、第３ミラーＭ３は基底位置、すなわちＸ軸周りのチルト可動範囲の一方端にある。
【０１７０】
ステップＳ２０２では、駆動機構７１を等速駆動して、第３ミラーＭ３をＸ軸周りに、所定量だけ定速駆動する。ステップＳ２０３では、前記定速駆動工程の最中に、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整を、図１８を用いて説明した原理に基づいて行う。ステップＳ２０４では、第３ミラーＭ３をチルト方向の最下点、すなわち基底位置に戻す。ステップＳ２０５では、駆動機構７１を再び等速駆動して、第３ミラーＭ３をθＸ方向上方に駆動範囲上限まで定速駆動する。
【０１７１】
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５を実行しながら、図１９にて説明した方法に基づいて、ミラー位置検出手段７２Ａが有するアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点走査を行う。ただし、第２実施形態においては、第３ミラーＭ３はＺ軸方向の並進駆動はできないため、図１９の横軸に表記されたレンズ位置は、ミラーのチルト位置と置き換えて解釈する。次いでステップＳ２０７において、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定を行う。
【０１７２】
ステップＳ２０７を実行後はステップＳ２０８において、第３ミラーＭ３を一度基底位置、すなわちチルト駆動範囲の最下点に復帰させる。次いでステップＳ２０９において、第３ミラーＭ３を設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置まで駆動する。ステップＳ２１０では、３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の基準点を規定する。ステップＳ２１０を実行した後、センサ初期化ルーチンが完了する。
【０１７３】
上述した第２実施形態では、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１とを有するミラー位置検出手段７２Ａの他に、ミラー位置検出手段７２Ｂを設ける構成にした。このミラー位置検出手段７２Ｂは、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を有し且つアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を有さない構成であるので、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の設置個数を低減することができる。
【０１７４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１７５】
例えば、上述した第２実施形態では、光学要素がＸ軸に平行なチルト中心軸周りにチルト駆動する構成であったが、Ｙ軸に平行なチルト中心軸周りにチルト駆動する構成であっても良い。
【０１７６】
また、上述した第２実施形態では、被駆動対象がミラーの場合、光軸は反射面の中心を通る法線に一致するとは限らない。すなわち図２９から明らかなように、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、及び第３ミラーＭ３は、いずれも入射光束と射出光束の中心軸がミラー中央に立てた法線とは一致していないため、光軸の定義如何で光軸の方向が異なる。
【０１７７】
一方で、これらミラーに必要とされる駆動方向は、投影光学系の設計仕様に合わせて、入射光束方向、射出光束方向、又は反射面中央を通る法線方向のいずれか最適の方向が選択される。よって、最適駆動方向が反射面中央の法線と異なる場合は、駆動機構７１の出力軸方向が該最適駆動方向と一致するように、固定鏡筒７３上で駆動機構７１を所定角度傾けて設置すれば良い。
【０１７８】
また、上述した第１及び第２実施形態では光学要素のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、光学要素の半径線方向に検出感度を有していたが、光学要素の外周接線方向に検出感度を有する配置にしても良い。
【０１７９】
また、上述した第１及び第２実施形態では、光学要素を光軸方向に駆動させた例について説明したが、光軸に対する傾斜方向に駆動させても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】本発明の光学要素の保持装置の第１実施形態を備えた露光装置を示す説明図である。
【図２】図１のレンズユニットの詳細な形態を示す説明図である。
【図３】図２のレンズユニットにレンズ及びレンズ枠を取り付けた形態を示す説明図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図２の駆動機構の詳細構造を示す平面図である。
【図６】図２の駆動機構の詳細構造を示す側面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】変位取出し部材と方向変換部材とを示す斜視図である。
【図９】変位取出し部材のリンク機構を示す説明図である。
【図１０】方向変換部材のリンク機構を示す説明図である。
【図１１】アブソリュート式垂直変位検出センサを示す説明図である。
【図１２】インクリメンタル式垂直変位検出センサを示す説明図である。
【図１３】インクリメンタル式横変位検出センサを示す説明図である。
【図１４】露光装置の露光動作やレンズ駆動動作を制御するための制御回路を示す説明図である。
【図１５】レンズユニットの制御ブロックを示す説明図である。
【図１６】駆動機構とレンズ位置検出手段とをレンズの近傍に配置した際の、レンズ枠の各箇所の移動量と座標定義について示す説明図である。
【図１７】レンズの位置制御を行う際のレンズ座標の定義を示す説明図である。
【図１８】リサージュ波形についての説明図である。
【図１９】垂直変位検出センサの基準点走査と基準点規定方法についての説明図である。（ａ）はアブソリュート式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｂ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｃ）はアブソリュート式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。（ｄ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。
【図２０】レンズユニットの一面を模式的に示す説明図である。
【図２１】図２０のインクリメンタル式横変位検出センサ付近の拡大図である。
【図２２】図２０のレンズが角度β、チルト駆動した場合の説明図である。
【図２３】図２２のインクリメンタル式横変位検出センサ付近の拡大図である。
【図２４】レンズのチルト駆動前後の変化を数学的に示す説明図である。
【図２５】図１８乃至図２４で説明した各センサの調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートである。
【図２６】本発明の光学要素の保持装置の第２実施形態に係るレンズ位置検出手段に用いるセンサを示す説明図である。
【図２７】垂直変位検出センサの基準点走査と基準点規定方法についての説明図である。（ａ）は垂直原点検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｂ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｃ）は垂直原点検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。（ｄ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。
【図２８】インクリメンタル式の変位検出センサの変形例を示す説明図である。
【図２９】本発明の光学要素の保持装置の第２実施形態を備えた露光装置の投影光学系を示す説明図である。
【図３０】図２６のミラーユニットの詳細な形態を示す説明図である。
【図３１】図２７のミラーユニットにミラー及びミラー枠を取り付けた形態を示す説明図である。
【図３２】図２８のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３３】第２実施形態に用いる各センサの調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１８１】
１  露光装置
２  投影光学系
３  露光装置基台
３１  本体部
３２  鏡筒マウント
３３  ダンパ手段
４  照明ユニット
４１  レーザ光源ユニット
４２  露光用照明手段
４３  収差計測用照明手段
４４  光路切換ミラー
５  収差計測手段
５１  干渉計
５２  ハーフミラー
５３  反射ミラー
５４  コリメータレンズ
６  レンズ制御手段
６１  レンズＣＰＵ
６２  駆動機構制御手段
７  レンズユニット
７１  駆動機構
７１ａ  ピエゾドライバ
７１ｂ  ピエゾ素子
７１ｃ  方向変換部
７１１  変位取出し部材
７１１ａ  変位取出しリンク
７１１ｂ１，７１１ｂ２  ピエゾ受けリンク
７１１ｃ１，７１１ｃ２  連結リンク
７１２  方向変換部材
７１２ａ  方向変換リンク
７１２ｂ，７１２ｅ，７１２ｆ  サポートリンク
７１２ｃ  水平リンク
７１２ｄ  レンズ枠駆動リンク
７１２ｅ，７１２ｆ  サポートリンク
７１２ｄ１，７１２ｅ１  薄肉部
７１２ｇ  螺子穴
７１３  ピエゾアクチュエータ
７１３ａ  ピエゾ受けリンク
７１４  ピエゾ調整螺子
７２  レンズ位置検出手段
７２Ａ，７２Ｂ  ミラー位置検出手段
７２ａ  レーザ光源
７２ｂ  コリメータレンズ
７２ｃ  四分割受光手段
７２ｄ  センサ制御回路
７２ｅ  全反射ミラー
７２ｆ  非偏光ビームスプリッタ
７２ｇ  偏光ビームスプリッタ
７２ｈ  干渉用光学素子
７２ｊ  吸光手段
７２ｋ  投光手段
７２ｍ  受光手段
７２ｎ  検出用凹部
７２ｐ  センサ制御回路
７２１  アブソリュート式垂直変位検出センサ
７２１Ａ  垂直原点検出センサ
７２２  インクリメンタル式垂直変位検出センサ
７２３  インクリメンタル式横変位検出センサ
７３  固定鏡筒
７４  レンズ枠
７４Ａ  ミラー枠
７４ａ  フランジ部
７５  ターゲットミラー
７６  スリット部材
７６ａ  スリット
７６１  第１ターゲット
７６１ａ  回析格子
７６１ｂ  アブソリュートコードトラック
７６２  第２ターゲット
７６２ａ  回析格子
７７Ａ  垂直変位検出センサ
７７Ｂ  横変位検出センサ
７８  ピボット部材
８  本体制御手段
８１  本体ＣＰＵ
８２  マウント制御手段
８３  照明制御手段
８４  レチクルステージ制御手段
８５  ウェハステージ制御手段
８６  干渉計制御手段
Ｂ７１  補償回路ブロック
Ｂ７２  座標変換ブロック
Ｂ７３  センサ出力原点規定ブロック
Ｂ７４  座標変換ブロック
Ｂ８１  レンズ目標位置演算ブロック
Ｂ８２  位置補正ブロック
Ｃ  光軸
ＣＶ  変換係数
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３  垂直方向変位
Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３  弾性ヒンジ
ＬＥ  レンズ
ＬＥ１〜ＬＥ４  第１〜第４レンズ群
Ｌ０  レンズ基準点
Ｍ１〜Ｍ３  第１〜第３ミラー
ＭＵ  ミラーユニット
Ｐ  サポートリンクの断面中央の点
Ｐ1  加算点
Ｐｃ  チルト中心軸
Ｒ  レチクル
Ｒ１  レチクルステージ
Ｒ２  レチクル架台
Ｒｍ  直径寸法
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  水平方向変位
ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３  制御指令電圧信号
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３  駆動変位
ＷＦ  ウェハ
ＷＦ１  ウェハステージ
ＷＦ２  球面ミラー
Ｚ０  Ｚ軸方向駆動目標値
θＸ０，θＹ０  チルト駆動目標値
δＺ０，δθＸ０，δθＹ０  制御残差
Ｘｍ，Ｙｍ  横シフト変位
Ｚｍ  Ｚ軸方向並進変位
θＸｍ，θＹｍ  チルト変位量
【図５】
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【図２１】
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【図２３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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