(57)【要約】【課題】  半導体露光装置等の光学系を駆動する機構において、大ストロークかつ精密な位置決め機能を有した駆動機構を提供する。即ち、光学系等の位置調整のために粗動機構と微動機構を有した駆動装置において、位置検出センサを適切に配置し、高精度な位置決めを可能とする。【解決手段】  大ストロークの粗動機構と小ストロークの微動機構を備え、前者の制御は自身が内蔵するエンコーダ、後者の制御は光学系の位置を計測する手段を用いることで、大きな駆動ストロークかつ精密な位置決め能力を備えた光学要素駆動装置を達成する。【選択図】  図１
2007281079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学要素と、該光学要素を直進あるいはチルト駆動するために該光学要素に隣接して配置された複数組の駆動機構と、該駆動機構を保持するベース部材とを備えた光学要素駆動装置において、前記駆動機構は第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段とは駆動ストローク及び駆動精度の異なる第２の駆動手段と、前記第１及び第２の駆動手段の駆動変位出力を合成する手段からなることを特徴とする光学要素駆動装置。
【請求項２】
前記第１の駆動手段はモータと、該モータの回転運動を直進運動に変換する直動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学要素駆動装置。
【請求項３】
前記第２の駆動手段はピエゾアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学要素駆動装置。
【請求項４】
前記駆動機構は、前記第１の駆動手段の出力変位を検出する第１の位置検出手段と、前記ベース部材に対する前記光学要素の変位を検出する第２の位置検出手段の出力に基づいて制御されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学要素駆動装置。
【請求項５】
前記第１あるいは第２の駆動手段を駆動制御する場合に、一方の駆動手段を駆動する際は他方の駆動手段の出力変位が実質上一定となるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光学要素駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学要素駆動装置を含む投影光学系と、照明手段と、マスク保持手段と、感光性基板保持手段とを有し、前記光学要素駆動装置の駆動により、前記投影光学系による前記マスクと前記感光性基板の投影関係を調節することを特徴とする基板露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段を用いてレンズ等の光学要素を精密に駆動するための駆動機構に関するものである。更に具体的には、マスクアライナやステッパ等の半導体露光装置、あるいは液晶基板露光装置などで使用される投影光学系において、マスクあるいはレチクルと呼ばれる原版の像をウェハ等の基板に投影露光する際、より正確な結像関係を得るためにレンズやミラー等の光学要素を所望の方向に駆動するための光学要素駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置は、数多くの異なる種類のパターンを有する原版（レチクル）をシリコンウェハ（基板）に転写する装置である。高集積度の回路を作成するためには、投影光学系の解像性能だけでなく重ね合せ精度の向上が不可欠である。
【０００３】
半導体露光装置における重ね合せ誤差はアライメント誤差、像歪み、および倍率誤差に分類される。アライメント誤差は、原版（レチクルあるいはマスク）と基板（ウェハ）との相対位置調整によって軽減される。一方、倍率誤差は、投影光学系の一部を光軸方向に移動させることによって調整可能である。光軸方向に移動させる際には、移動方向以外の他成分、とりわけ平行偏心、および傾き誤差が大きくならないようにしなければならない。また像歪みは、投影光学系の一部を意図的に平行偏心あるいは傾き偏心させることにより、調整可能である。そしてこれらの位置調整機構には、充分な調整範囲と、超高精度な位置決め能力の両立が求められる。
【０００４】
従来、半導体露光装置用の光学素子、あるいは一般的な機械装置の駆動機構としては、以下のような技術が開示されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、複数の光学素子からなる光学系において、２種類の位置調整装置を用いる技術が開示されている。具体的には、第１の位置調整機構は図１３に開示されたごとく、所定の光学素子が操作部材によって所定方向に移動可能に保持される。また第２の位置調整機構は図２に開示されたごとく、他の光学素子がピエゾ素子からなるアクチュエータにより、所定方向に移動可能に保持される。そして、前記第１及び第２の位置調整機構はそれぞれ異なる場面で調整動作を行ない、例えば第２の位置調整機構は露光装置の稼動状態で動作する旨の記述がなされている。
【０００６】
また特許文献２には、投影光学系と該投影光学系により像が投影される平板状物体の光軸方向の相対位置を調整する機構において、上記物体を上記投影光学系の光軸方向に粗略に駆動する粗動手段と、微細に駆動する微動手段を備え、両手段の駆動量を適正に振り分ける技術が開示されている。具体的には、図３における要部断面図において、平板状物体であるウェハを光軸方向に駆動するＺステージは、粗動手段としてのパルスモータで駆動される機構と、微動手段としてのピエゾアクチュエータで駆動される機構の２段構造となっている。すなわち、粗動機構と微動機構の出力変位が１対１で加算されてＺステージの駆動量となる。また当機構には、Ｚステージの変位を検出するエアセンサと、微動機構の変位を検出する渦電流型位置センサが具備されており、図２に開示されたフローチャートに基づき、両センサの出力を用いて粗動機構と微動機構のストローク割り振りを最適化している。
【０００７】
また特許文献３には、半導体製造装置等に用いるステージ装置において、超音波モータで駆動する粗動ステージの上に、ピエゾアクチュエータで駆動する微動ステージを搭載し、大ストロークかつ高精度位置決めを可能とする技術が開示されている。そして当機構には、ベース基盤に対する微動ステージの位置を検出するための位置検出手段がベース基盤上に設けられる。すなわち該位置検出センサは、粗動機構と微動機構の両機構の合計変位を観測している。
【特許文献１】特開２００３−３２７２７２号公報
【特許文献２】特公平６−９５１７１（特開昭６２−１２７７０５）号公報
【特許文献３】特開２００４−３０４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上述の公知技術には、以下のような欠点があった。
【０００９】
特許文献１において開示された駆動機構においては、第１の位置調整機構はアクチュエータを備えていないため、露光装置の稼動時には駆動することができない。よって、露光装置稼動時の光学性能最適化は、駆動ストロークの小さな第２の位置調整機構のみに頼らざるを得ず、最適化の自由度が少ない。
【００１０】
特許文献２において開示された駆動機構は、露光装置のウェハステージ駆動に好適な形態ではあるが、投影光学系の光学素子駆動に適した構造ではない。また、駆動制御方法も焦点調節用に最適化されたもので、露光装置の組み立て時及び稼動時に必要とされる光学素子の制御技術に関する開示はない。
【００１１】
特許文献３において開示された駆動機構では、露光装置のウェハステージ駆動に好適な形態ではあるが、投影光学系の光学素子駆動に適した構造ではない。従って露光装置の組み立て時及び稼動時に必要とされる光学素子の制御技術に関する開示もない。また、微動ステージの位置制御に用いるセンサは１組のみのため、粗動機構と微動機構の駆動量割り振り最適化が困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光学要素と、該光学要素を直進あるいはチルト駆動するために該光学要素に隣接して配置された複数組の駆動機構と、該駆動機構を保持するベース部材とを備えた光学要素駆動装置において、前記駆動機構は第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段とは駆動ストローク及び駆動精度の異なる第２の駆動手段と、前記第１及び第２の駆動手段の駆動変位出力を合成する手段からなることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、駆動ストローク及び駆動精度の異なる２種類の駆動手段を用いることで、光学要素の駆動範囲を大きく、かつ駆動位置決めを高精度に行なうことができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の駆動手段はモータと、該モータの回転運動を直進運動に変換する直動手段を有することを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、光学要素を大ストローク駆動できるとともに、モータ停止後にモータへの通電を遮断しても直動手段の自己保持機能により、光学要素を一定位置に保持可能である。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記第２の駆動手段はピエゾアクチュエータを含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、光学要素を高速かつ高精度で位置決め制御可能な光学要素駆動装置を提供できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、前記駆動機構は、前記第１の駆動手段の出力変位を検出する第１の位置検出手段と、前記ベース部材に対する前記光学要素の変位を検出する第２の位置検出手段の出力に基づいて制御されることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１の駆動手段を用いて光学要素を広範囲に高速で制御できるとともに、第２の駆動手段を用いて光学要素を高精度で位置決め可能である。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、前記第１あるいは第２の駆動手段を駆動制御する場合に、一方の駆動手段を駆動する際は他方の駆動手段の出力変位が実質上一定となるように制御することを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、各駆動手段を駆動する際の位置検出センサへの干渉が防止でき、正確な駆動制御が可能となる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、基板露光装置であって、前記光学要素駆動装置を含む投影光学系と、照明手段と、マスク保持手段と、感光性基板保持手段とを有し、前記光学要素駆動装置の駆動により、前記投影光学系による前記マスクと前記感光性基板の投影関係を調節することを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、投影光学系の投影条件や設置場所の環境条件が大きく変わっても常に良好な結像性能を得て、高品質な基板を短時間で大量に製造する基板露光装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の実施例によると、レンズ等の光学要素を駆動する機構を、モータと直動機構からなる粗動機構と、ピエゾアクチュエータからなる微動機構とで構成し、両機構の出力変位を所定の比率で加算した出力にて光学要素を駆動することで、
（１）光学要素を大きく駆動する際は粗動機構、正確に駆動する際は微動機構を用いることで、光学要素及びこれを保持する各部材の製造誤差が大きくとも確実に所定の位置に調整できるとともに、位置決め調整精度を非常に高めることができる。
という効果がある。また、モータの出力変位をモータ近傍に配置されたエンコーダに基づいて制御することで、
（２）粗動機構駆動時の制御が簡便になり、大きな駆動量を必要とする粗動駆動工程の時間が短縮化される。
という効果がある。また、ピエゾアクチュエータによる微動機構駆動時は、光学要素の変位を検出する手段の出力に基づいて制御することで、
（３）最終的な被駆動対象である光学要素の位置に基づいて制御するため、制御誤差を低減でき、高精度制御が可能となる。
という効果がある。また、モータ駆動時は、ピエゾアクチュエータへの通電を遮断するか一定電圧印加とすることで、ピエゾが実質上固定制御される。またピエゾアクチュエータ駆動時は、モータ駆動を行なわず、モータは実質上固定制御される。よって、
（４）位置検出センサの個数を増やすことなく、各アクチュエータを正確に駆動制御することができる。
という効果がある。また、これらの機構を半導体露光装置等に適用することで、
（５）大ストロークの粗動機構を備えるので、光学要素やこれを保持する部材の製造誤差が大きくとも、確実に光学要素を所望の位置に調整でき、投影光学系の組立て調整能率を向上させることができる。
【００２５】
（６）高精度かつ高速応答性の微動機構を備えるので、投影光学系の稼動時に光学性能が変化しても、この変化をリアルタイムで補正することができ、常に安定した結像性能を得て基板の品質を安定させることができる。
という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１ないし図１４は、本発明の実施例に係わる図である。
【００２８】
図２は、本発明が適用される半導体露光装置の概略構成を示す図である。該装置は、スリット照明下でレチクルをスキャン駆動し、これに同期して半導体ウェハをスキャン駆動しながら露光動作を行なう、スキャナ式露光装置である。同図において、１は本発明の光学要素駆動装置を搭載した投影光学系で、投影用光学要素として所定の光学パワーを有したレンズ、該レンズの駆動機構、及びこれらを収納する固定鏡筒で構成されたものを個々のレンズユニットとし、複数のレンズユニットが積層されて１本の投影光学系を構成する。
【００２９】
１１は半導体露光装置本体、１３は前記投影光学系１を該本体１１に固定するための鏡筒マウントで、設置地面の振動が投影光学系１に伝達しないよう、本体１と鏡筒マウント１３はダンパ手段１２を介して締結される。
【００３０】
１４は感光剤が塗布された半導体ウェハ、１５は該ウェハを保持するウェハステージである。該ウェハステージはウェハ１４の光軸方向の位置調整、すなわちフォーカス調整を行なうとともに、前記レチクルステージ６のスキャン動作に同期してウェハを光軸と直交する方向にスキャン制御する。１６は球面ミラーで、投影光学系１の光学収差を計測する際に用いられる。
【００３１】
２１は半導体回路パターンの原版となるレチクル、２２は該レチクルをスキャン駆動するレチクルステージ、２３は該レチクルステージ６を前記鏡筒マウント１３に固定するためのレチクル架台である。
【００３２】
３１は照明ユニットで、レーザ光源ユニット３２、前記レチクル２１を照明する際に用いられる露光用照明手段３３、後述する収差計測工程の際に用いられる収差計測用照明手段３４、照明光路切り換えミラー３５より構成される。
【００３３】
４１は干渉計、４２は全反射ミラー、４３はハーフミラー、４４はコリメータレンズである。これら４１ないし４４の部材は、投影光学系１の光学収差を計測する際に用いられる。また、ハーフミラー４３及びコリメータレンズ４４は前記レチクルステージ２２に搭載され、投影光学系の光束入射部に対して進退可能に構成されている。
【００３４】
７１はレンズ制御手段で、所定の制御フローに従って本発明の光学要素駆動装置を制御する。具体的には、投影光学系１の組立て調整時、半導体露光装置が納入先に設置された際の光学系微調整、及び半導体露光装置稼動中の光学収差最適化のために、あらかじめ記憶されたプログラムに基づいて所定のレンズを調整駆動することで、投影光学系１の光学性能を最適化する。
【００３５】
図３は本発明の駆動機構を複数個搭載して、レンズを所望の方向に駆動可能な光学要素駆動装置を示した図である。同図（ａ）はレンズ及びレンズ枠を取り除いた平面図、同図（ｂ）はレンズ及びレンズ枠を搭載した平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。同図（ａ）及び（ｃ）において、１０１は固定鏡筒で、後述する駆動機構及びレンズ位置検出手段を固定する平坦部と、上下に隣接する他のレンズユニットと結合するための側壁円筒部を有する。１１０は本発明の駆動機構で、同一の駆動機構３組が固定鏡筒１０１の底面平坦部に設置される。７３１はレンズ枠１０４の光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レンズ位置検出手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器が好適に用いられる。
【００３６】
同図（ｂ）は同図（ａ）の構造体にレンズとレンズ枠を搭載した状態を示した図で、レンズ１０３を収納するレンズ枠１０４は上面にフランジ部が設けられ、該フランジ部が前記３組の駆動機構１１０の変位出力部にレンズ枠取付ネジ１０５を用いて締結される。また該フランジ部には、１２０度間隔の３箇所において更に外側に延出した突起が設けられ、レンズ枠変位検出用のターゲットミラーを設置する部材として利用される。その構造を同図（ａ）及び（ｃ）で説明する。
【００３７】
レンズ位置検出手段７３１は、レンズ１０３の光軸方向（Ｚ軸方向）に検出用レーザビームを投射するＺ変位検出センサ７３２と、レンズ１０３の半径方向に検出用レーザビームを投射する横変位検出センサ７３４とを備える。一方レンズ枠１０４のフランジ延出部下面にはＺ変位検出ターゲット７３５が固定され、Ｚ変位検出センサ７３２から射出したレーザビームを反射して該センサ７３２に戻す。同様にレンズ枠１０４の円筒部外側には横変位検出ターゲット７３６が固定され、横変位検出センサ７３４から射出したレーザビームを反射して該センサ７３４に戻す。すると、各センサは反射して戻って来たレーザ光の干渉情報から、対向する各ターゲットまでの変位を検出し、出力する。
【００３８】
以上の構成において、３組の駆動機構１１０を等量だけ駆動するとレンズ１０３を光軸方向、すなわち同図（ｃ）に示したＺ軸方向に並進駆動することができる。また３組の駆動機構の駆動量に所定の差を設けることで、同図（ｂ）に示したθａ及びθｂ方向のチルト駆動が可能である。この際、前記３個のＺ変位検出センサ７３２の出力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ことで、レンズ１０３のＺ方向並進量及びチルト駆動量を正確に制御できる。また、前記３個の横変位検出センサ７３４の出力をモニタすることで、レンズ１０３の光軸に直交した平面内での平行偏心に伴う像のシフト量を計算する。そして該計算結果を、図２に示したウェハステージの駆動量に加味することで、レンズ偏心に伴うレチクル像のアライメント誤差を解消する。
【００３９】
図１は本発明の駆動機構詳細図で、図３に示した駆動機構１００の詳細構造を示したものである。同図（ａ）はレンズ１０３の光軸方向上方から俯瞰した平面図で、Ｘ軸及びＹ軸を図示のように定義する。同図（ｂ）はレンズ１０３の中心から見た側面図で、Ｘ軸及びＺ軸を図示のように定義する。
【００４０】
まず、駆動機構１１０を構成する各部材について説明する。１１１は変位拡大部材で、単一の金属ブロックからワイヤ放電加工及び切削加工にて形成された、弾性ヒンジとリンクからなるリンク機構である。１１２は微動用駆動手段としての積層型ピエゾアクチュエータで、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が密閉型円筒容器内に封入され、Ｘ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。１１３はピエゾアクチュエータ１１２を前記変位拡大部材１１１に取り付けるためのピエゾ取り付けネジである。１１４は粗動用駆動手段としてのモータ駆動機構で、超音波モータからなるモータ本体１１４ｍ、モータの回転運動を直進運動に変換する直動機構としてのボールネジ部１１４ａ、前記ボールネジによりＸ軸方向に変位する出力部１１４ｂ、前記モータの回転量を検出するエンコーダ１１４ｅからなる。
【００４１】
１１５は方向変換部材で、単一の金属ブロックからワイヤ放電加工及び切削加工にて形成された、弾性ヒンジとリンクからなるリンク機構である。該方向変換部材１１５は前記ピエゾアクチュエータ１１２とモータ駆動機構の合成出力変位をＺ軸方向に変換する。１１６は剛体部結合ネジで、変位拡大部材１１１と方向変換部材１１５の剛体部同士を結合するネジである。１１７は出力部結合ネジで、変位拡大部材１１１の出力端部１１１ｊと、方向変換部材１１５の水平リンク１１５ａを結合する。以上の１１１ないし１１７の各部材により、駆動機構１１０が構成される。
【００４２】
１１８は駆動機構固定ネジで、駆動機構１１０を固定鏡筒１０１に対して固定する。
【００４３】
次に駆動機構１１０の組立手順を説明する。
【００４４】
まず変位拡大部材１１１と方向変換部材１１５の剛体部両端を組み合わせ、２本の剛体部結合ネジ１１６で両部材を結合する。ついで、変位拡大部材１１１の出力端部１１１ｊと方向変換部材１１５の水平リンク１１５ａを、２本の出力部結合ネジ１１７で結合する。この際、該結合動作の障害にならないよう、変位拡大部材１１１にはネジ逃げ穴１１１ｍ及び１１１ｋが、方向変換部材１１５にもネジ逃げ穴１１５ｋが予め設けられている。
【００４５】
次にピエゾアクチュエータ１１２を変位拡大部材１１１の中央部に挿入し、ピエゾアクチュエータ１１２の左端とピエゾ受け部１１１ｂを不図示のネジあるいはレーザ溶接にて結合する。ついでピエゾ受け部１１１ｆのネジ穴にピエゾ取り付けネジ１１３を装着し、ピエゾアクチュエータ１１２の右端を押圧し固定する。この際、該ネジ１１３の装着動作の障害にならないよう、変位拡大部材１１１にはネジ逃げ穴１１１ｕ及び１１１ｖが予め設けられている。
【００４６】
次にモータ駆動機構１１４を変位拡大部材１１１の中央部に挿入し、モータ駆動機構１１４の左端とモータ固定部１１１ｃを不図示のネジあるいはレーザ溶接にて結合する。ついでモータ駆動機構の出力部１１４ｂとモータ出力伝達部１１１ｄを不図示のネジあるいはレーザ溶接にて結合する。以上で駆動機構１１０の組立てが完了する。
【００４７】
次に駆動機構１１０の詳細構造と動作原理について説明する。まず、モータ駆動機構１１４のモータ本体１１４ｍを所定方に回転させると、出力部１１４ｂは図１（ａ）においてＸ軸方向左側に繰り込まれる。するとモータ出力伝達部１１１ｄも一緒に変位し、その結果変位合成リンク１１１ｅは弾性ヒンジＨ２１を中心に反時計方向に微小角度回動する。すると該リンク１１１ｅに対してヒンジ結合されたピエゾ受け部１１１ｆも左方向に微小量変位し、その結果ピエゾ取り付けネジ１１３を介してピエゾアクチュエータ１１２全体が左方向に移動する。
【００４８】
次いでピエゾアクチュエータ１１２に所定の電圧を印加して所定量の伸びを発生させる。よってピエゾアクチュエータ１１２の左端の変位量は、前述したモータ駆動機構１１４による変位量とピエゾアクチュエータ１１２自身の伸張量の合計値となり、ピエゾ受け部１１１ｂは該合計変位量だけ左方向に移動する。すると該受け部１１１ｂに対してヒンジ結合された変位取り出しリンク１１１ａは、弾性ヒンジＨ３１を中心に時計方向に微小角度回動する。その結果、出力部１１１ｊは左方向に所定量変位する。
【００４９】
すると、該出力部１１１ｊに結合された水平リンク１１５ａも、図１（ｂ）において同量だけＸ軸方向左側に移動する。ここで水平リンク１１５ａは、２本のサポートリンク１１５ｓ及び１１５ｔを介して、方向変換部材１１５の底部１１５ｗに対してヒンジ結合されている。よって、水平リンク１１５はＸ軸方向の運動のみが許容され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の運動が規制される。また、水平リンク１１５ａの上面とレンズ枠駆動リンク１１５ｇの下面は、Ｘ軸に対して略４５度方向に延伸した方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄを介してヒンジ結合されている。よって水平リンク１１５ａが左方向に変位すると、方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄは時計方向に旋回し、レンズ枠駆動リンク１１５ｇをＺ軸方向上方に押し上げる。ここでレンズ枠駆動リンク１１５ｇは、２本のサポートリンク１１５ｅ及び１１５ｆを介して、方向変換部材の両側剛体部にヒンジ結合されている。よって、レンズ枠駆動リンク１１５ｇはＺ軸方向の運動のみが許容され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の運動が規制される。
【００５０】
図４は上述した駆動機構１１０のリンク動作を説明するための図で、図４（ａ）は図１（ａ）の平面図を模式化したもの、図４（ｂ）は図１（ｂ）の側面図を模式化したものである。図４において、図１に該当する部材は同一の符号にて示されている。まずは図４（ａ）を用いて変位拡大部材１１１のリンク機構の駆動量について詳しく説明する。
【００５１】
モータ駆動機構１１４を駆動して出力部１１４ｂをｄＭだけ左方向に駆動させると、モータ出力伝達部１１１ｄの変位量ｄＸ１は、
ｄＸ１＝ｄＭ                …（式１）
となり、変位合成リンク１１１ｅは弾性ヒンジＨ２１を中心に反時計方向に所定角度回動し、ピエゾ受け部１１１ｆは左方向にｄＸ２だけ変位する。この際、弾性ヒンジＨ２１とＨ２３の間隔と、Ｈ２１とＨ２２の間隔の比が３対１に設定されているので、ピエゾ受け部１１１ｆの変位量は３分の１に縮小される。すなわち、
ｄＸ２＝（１／３）*ｄＭ                …（式２）
となる。
【００５２】
次に、ピエゾアクチュエータ１１２に所定電圧を印加した際の伸張量をｄＰとする。すると、ピエゾ受け部１１１ｂの変位量ｄＸ３は、
ｄＸ３＝ｄＸ２＋ｄＰ＝（１／３）*ｄＭ＋ｄＰ          …（式３）
となる。このピエゾ受け部１１１ｂの変位に伴って、変位取り出しリンク１１１ａは、弾性ヒンジＨ３１を中心に時計方向に所定角度回動する。その結果、出力部１１１ｊは左方向に所定量変位する。この際、弾性ヒンジＨ３１とＨ３２の間隔と、Ｈ３１とＨ３３の間隔の比が１対２に設定されているので、出力端部１１１ｊの変位量ｄＸ４は２倍に拡大される。すなわち、
ｄＸ４＝２*ｄＸ３＝２*｛（１／３）*ｄＭ＋ｄＰ｝        …（式４）
となる。
【００５３】
次に図４（ｂ）を用いて方向変換部材１１５のリンク機構の駆動量について説明する。前述の出力端部１１１ｊの変位量ｄＸ４は等倍で水平リンク１１５ａに伝達される。そして水平リンク１１５ａとレンズ枠駆動リンク１１５ｇを連結する方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄは、Ｘ軸方向に対して略４５度方向に延伸しているため、レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＺ方向変位量ｄＺはｄＸ４とほぼ等しい。すなわち、
ｄＺ＝ｄＸ４＝２*ｄＸ３＝２*｛（１／３）*ｄＭ＋ｄＰ｝    …（式５）
となる。
【００５４】
以上のごとく、変位拡大部材１１１により、粗動機構の変位量と微動機構の変位量を所定の比率にて加算し、加算された変位を更に所定の比率で拡大する。その後、方向変換部材１１５を用いて前記加算された変位を所望の方向に変換する。そしてこのような駆動機構を光学要素の近傍に複数配置することで、光学要素を所望の姿勢に駆動制御する。この際、各リンクの長さや弾性ヒンジの位置を所望の値に設定することにより、粗動機構と微動機構の変位加算割合を所望の値に調節できる。
【００５５】
図５は図２に示した半導体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図である。８１は露光装置全体の動作を制御する本体制御手段、８１１はその中心となる本体ＣＰＵである。８１２は鏡筒マウント１３の除振動作を制御するマウント制御手段、８１４は照明ユニット３１の照明モードや光量を制御する照明制御手段、８１６はレチクルステージ２２の駆動制御を行なうレチクルステージ制御手段、８１８はウェハステージ１５の駆動制御を行なうウェハステージ制御手段、８２０は干渉計４１の計測制御を行なう干渉計制御手段である。
【００５６】
７１はレンズ制御手段で、複数のレンズＣＰＵ７１１を有し、図３に示した１組の光学要素駆動装置には１個のレンズＣＰＵが対で設けられる。すなわち、投影光学系１に内蔵された光学要素駆動装置の個数と同一個数のレンズＣＰＵが設けられる。そして各レンズＣＰＵ７１１には、３組のＺ機構制御手段７２１が接続され、各制御手段は図３に示した３組の駆動機構１１０を駆動制御する。そしてＺ機構制御手段には、ピエゾドライバ７２２が内蔵され、図１で説明したピエゾアクチュエータ１１２を駆動する。また、Ｚ機構制御手段７２１にはモータドライバ７２４とモータエンコーダ１１４ｅも内蔵され、図１で説明したモータ本体１１４ｍの駆動量を制御する。
【００５７】
７３１は図３（ａ）で説明したレンズ位置検出手段で、Ｚ変位検出センサ７３２と横変位検出センサ７３４とを有する。そしてレンズ位置検出手段７３１は、ひとつのレンズＣＰＵ７１１に対して同一のものが３組備えられる。
【００５８】
そして、投影光学系１に光学要素駆動装置が複数組内蔵される場合は、上述のレンズＣＰＵ７１１とそれに付随するＺ機構制御手段及びレンズ位置検出手段も同一組数分が備えられ、各レンズＣＰＵ７１１は本体ＣＰＵ８１１と通信して、所定のプログラムに基づいて各レンズを駆動制御する。
【００５９】
図６は、１組の光学要素駆動装置の制御ブロック図である。レンズ目標位置演算ブロックＢ１では、レンズ１０３のＺ方向駆動座標、例えばレンズ第一面の頂点の光軸方向における駆動目標位置Ｚ０in、及び図３（ｂ）に記したθａ、θｂの２方向チルト角目標値θａin、θｂinを算出し、その結果を加算点Ｐ１を経由して次の座標変換ブロックＢ２に入力する。
【００６０】
座標変換ブロックＢ２では、前記目標位置Ｚ０in、θａin、θｂinを３組の駆動機構１１０のＺ方向駆動目標値Ｚ１in、Ｚ２in、Ｚ３inに変換する。ここでＺ１inないしＺ３inは、粗動アクチュエータと微動アクチュエータの駆動量の合計値、すなわち図４（ｂ）のｄＺに相当する。駆動量分割ブロックＢ３では、前記値Ｚ１in、Ｚ２in、Ｚ３inをそれぞれ粗動アクチュエータの駆動目標値と微動アクチュエータの駆動目標値に分割する。例えば所定の駆動機構１１０の駆動目標値がＺ１の場合、Ｚ１を実現するためのモータ本体１１４ｍの駆動量Ｚ１ｍと、ピエゾアクチュエータ１１２の駆動目標値Ｚ１ｐを演算する。するとモータドライバ７２４は該目標値Ｚ１ｍに基づいて、エンコーダ１１４ｅの出力をモニタしながらモータ１１４ｍを駆動制御する。すなわち本実施例においては、モータ制御部分はモータの回転量をエンコーダでモニタして制御するマイナーループが構成される。
【００６１】
モータ駆動完了後、ピエゾドライバ７２４は該目標値Ｚ１ｐに基づいて、所定電圧をピエゾアクチュエータ１１２に印加すると、ピエゾアクチュエータ１１２は所定量伸張する。以上の制御により粗動アクチュエータと微動アクチュエータの駆動が行なわれたので、両アクチュエータの駆動変位は図４で説明した駆動機構１１０のリンク機構により所定の割合にて加算され、Ｚ方向にＺ１outの変位を生じる。そして同様に残り２組の駆動機構もＺ方向の変位Ｚ２out、Ｚ３outを発生させ、レンズ枠１０４は所定位置へ駆動される。
【００６２】
次いで、座標変換ブロックＢ４は、レンズ枠１０４の位置を観測する３個のＺ変位検出センサの出力ｈ１ないしｈ３と、３個の横変位検出センサの出力ｓ１ないしｓ３を入力し、所定の座標変換を施してレンズ１０３の駆動到達位置Ｚ０out、θａout、θｂoutを出力する。次いでこの出力結果を加算点Ｐ１に反転入力することで、前記目標値Ｚ０in、θａin、θｂinとの差分、すなわち駆動誤差成分が改めて座標変換ブロックＢ２に入力される。そして該誤差成分を解消するようにピエゾアクチュエータ１１２を再駆動することで、駆動誤差の低減を図り、レンズ１０３の高精度な位置制御が可能となる。
【００６３】
図７は、図３に示した光学要素駆動装置のユニット検査ルーチンのフローチャートである。また図８は該検査フロー実行時のタイミングチャートで、横軸は時刻あるいは検査プロセス、縦軸は駆動機構１１０のＺ方向変位換算での粗動機構と微動機構の出力変位である。当実施例においては、粗動機構であるモータ駆動機構１１４のＺ方向換算での最大変位（ストローク）を１５０μｍ、微動機構であるピエゾアクチュエータ１１２のＺ方向換算での最大変位（ストローク）を５０μｍ、両機構の合計変位を２００μｍとしている。以下に図８を用いながら、該ユニットの検査フローを説明する。なお、当検査は駆動機構１１０及びレンズ位置検出手段７３１の故障検知を目的としているため、図３の固定鏡筒１０１は検査台に設置し、制御回路は図５に示した回路と同等の機能を有する検査用駆動制御回路を用いる。
【００６４】
ステップＳ１０１よりフローを開始してステップＳ１０３では、３組の駆動機構１１０が内蔵するモータ１１４ｍをエンコーダ１１４ｅの出力に基づいて、同時に最大変位まで駆動し、その後初期位置に戻す往復駆動を行なう。図８のタイミングチャートでは、時刻ｔ１１からｔ１２の動作に相当する。ステップＳ１０５では、前記モータ１１４ｍの往復駆動動作が正常に完了したか否かの判定を行なう。そして当ステップでの判定がＮＯであれば、モータあるいはエンコーダが故障しているので、ステップＳ１０７にジャンプして所定の故障解析プログラムを実行する。具体的には、異常が生じたモータのみ再駆動する等の検査を行ない、ステップＳ１２９にジャンプして検査結果の表示を行ない、ステップＳ１３１にて検査ルーチンを終了する。
【００６５】
ステップＳ１０５の判定結果が正常であれば、ステップＳ１０９に移行してＺ変位検出センサ７３２の出力を判定し、レンズ枠１０４の駆動量が規定値どおりであったか否かの判定を行なう。そして当ステップでの判定がＮＯであれば、Ｚ変位検出センサ７３２が故障している可能性があるので、ステップＳ１１１にジャンプして所定の故障解析プログラムを実行する。具体的には、３組の駆動機構に異なる駆動変位を与え、レンズ枠１０４をチルト駆動させてＺ変位検出センサ７３２の出力を再検査する。その後ステップＳ１２９にジャンプして検査結果の表示を行ない、ステップＳ１３１にて検査ルーチンを終了する。
【００６６】
ステップＳ１０９の判定結果が正常であれば、ステップＳ１１３に移行して、３組の駆動機構１１０が内蔵するピエゾアクチュエータ１１２を同時に最大変位まで駆動し、その後初期位置に戻す往復駆動を行なう。図８のタイミングチャートでは、時刻ｔ１２からｔ１３の動作に相当する。そしてステップＳ１１５にてＺ変位検出センサ７３２の出力を判定し、レンズ枠１０４の駆動量が規定値どおりであったか否かの判定を行なう。そして当ステップでの判定がＮＯであれば、ピエゾアクチュエータ１１２が故障している可能性があるので、ステップＳ１１７にジャンプして所定の故障解析プログラムを実行する。具体的には、３組の駆動機構に異なる駆動変位を与え、レンズ枠１０４をチルト駆動させてＺ変位検出センサ７３２の出力を再検査する。その後ステップＳ１２９にジャンプして検査結果の表示を行ない、ステップＳ１３１にて検査ルーチンを終了する。
【００６７】
ステップＳ１１５の判定結果が正常であれば、ステップＳ１１９に移行して、３組の駆動機構１１０が内蔵するモータ１１４ｍを同時に最大変位まで駆動し、ステップＳ１２１では３個のピエゾアクチュエータ１１２を同時に最大変位まで駆動し、その後初期位置に戻す往復駆動を行なう。そしてステップＳ１２３にて、３個のモータ１１４ｍを基底状態すなわち初期位置に復帰させる。以上のステップは、図８のタイミングチャートでは時刻ｔ１３からｔ１４の動作に相当し、レンズ枠１０４を駆動範囲の下限と上限の間、すなわちフルストロークで往復動作させることになる。そしてステップＳ１２５にてＺ変位検出センサ７３２の出力を判定し、レンズ枠１０４の駆動量が規定値どおりであったか否かの判定を行なう。そして当ステップでの判定がＮＯであれば、レンズ枠１０４の移動経路に障害物が存在するか、駆動機構１１０内に異物が入り込んで動作を阻害している可能性があるので、ステップＳ１２７にジャンプして所定の故障解析プログラムを実行する。具体的には、３組の駆動機構のうち、異常と思われる機構に最大変位を与え、レンズ枠１０４を大きくチルト駆動させてＺ変位検出センサ７３２の出力を再検査する。その後ステップＳ１２９にジャンプして検査結果の表示を行ない、ステップＳ１３１にて検査ルーチンを終了する。
【００６８】
ステップＳ１２５の判定結果が正常であれば、当光学素子駆動機構は正常に動作することが確認できたので、ステップＳ１２９に移行して正常終了する旨を表示し、ステップＳ１３１にて検査ルーチンを終了する。
【００６９】
次に、半導体露光装置の投影光学系１を組立て、該光学系１の光学性能、例えば波面収差の諸成分が最小になるように該光学系を調整する工程を説明する。
【００７０】
図９は図２に示した半導体露光装置において、投影光学系の調整を行なう場合の配置を示す図である。図２に示したウェハ露光モードに対して、以下の手順で所定の部材を移動させる。
【００７１】
まず、レーザ光源ユニット３２から射出するレーザ光の光路から、光路切り換えミラー３５を右方向に退避させ、該レーザ光を収差計測用照明手段３４に入射させる。また、レチクルステージ２２を駆動し、投影光学系１の光軸上よりレチクル２１を右方向に退避させ、代わりに全反射ミラー４２とコリメータレンズ４４を前記光軸上に進入させる。更に、ウェハステージ１５を駆動し、投影光学系１の光軸上よりウェハ１４を右方向に退避させ、代わりに球面ミラー１６を前記光軸上に進入させる。以上で収差測定準備が完了したので、次に収差測定原理を説明する。
【００７２】
レーザ光源ユニット３２から射出したレーザ光は収差計測用照明手段３４に入射し、所定の波形調整が施されて平行光束となったのち、ハーフミラー４３に到達する。そしてハーフミラー４３の表面で反射した光束は右方向に進み、全反射ミラー４２で下方向に折り返されてコリメータレンズ４４に入射する。コリメータレンズは該レーザ光束をレチクル面と等価な面、すなわち投影光学系１の予定物体面に集光させ、その後レーザ光は投影光学系の第１面から内部に入射する。投影光学系の各レンズを透過した光束は該光学系の最終面から射出し、ウェハ面と等価な面、すなわち予定結像面に集光し、その後発散して球面ミラー１６に到達する。ここで、球面ミラー１６の曲率中心は投影光学系１の予定結像面と一致しているので、該ミラーで反射した光束は往路と同一の経路をたどる。すなわち、投影光学系の最終面から入射して第１面から射出し、コリメータレンズ４４を通過して平行光束となり、全反射ミラー４２を介してハーフミラー４３に到達する。そしてハーフミラー４３を通過して干渉計４１に入射し、該光束の干渉信号を得る。ここで、コリメータレンズ４４と球面ミラー１６が実質的に無収差光学系であると、干渉計４１に入射した光束には投影光学系１の収差情報が含まれる。そこで、干渉計４１で収差を解析し、例えばZernike各項を演算することで、投影光学系１を構成する各レンズの理想位置からの偏差量を求めることができる。このような干渉計の構造は、本出願人による特開２０００−２７７４１２号公報等に記載されたものが利用できるので、詳細な説明は省略する。
【００７３】
図１０は、図９に示した投影光学系１の組立て後に、該光学系１の初期収差を計測するフローチャート、図１１は該光学系１の収差を低減する収差調整ルーチンのフローチャートである。また図１２は図１０及び図１１のフロー実行時のタイミングチャートで、図８と同様に横軸は時刻あるいは検査プロセス、縦軸は駆動機構１１０のＺ方向変位換算での粗動機構と微動機構の出力変位である。
【００７４】
図１２を用いながら、最初に図１０の初期計測ルーチンのフローを説明する。
【００７５】
ステップＳ２０１よりフローを開始してステップＳ２０３では、３組の駆動機構１１０が内蔵するピエゾアクチュエータ１１２の初期駆動量Ｚ１ｐ、Ｚ２ｐ、Ｚ３ｐを、レンズＣＰＵ７１１が内蔵するＲＯＭから読み出す。ここで初期駆動量について説明する。投影光学系１の稼動時、すなわちウェハへの露光中の光学特性変化要因のひとつに、照明光吸収による光学系の発熱の結果、光学系が昇温して屈折率が稼動中に変化するという現象がある。この現象は、露光動作の経過とともに進展し、レチクル交換や露光装置の定期メンテナンス等で露光動作が停止すると元に戻るほか、この昇温及び冷却の程度は、露光用照明手段３３の照明モード毎に異なる。これらの挙動は、例えば特開平５−２５１２９９号公報に記載されている。一方で、図１０及び図１１の計測及び調整フロー実行時は、照明光学系の出力を低下させているため、照明光吸収による光学系の昇温は極めて少なく、光学系が冷却された状態で光学特性の計測及び最適調整がなされる。すなわち投影光学系１は、稼動時と収差計測時では光学特性が異なっており、収差計測時に最適化された状態が、稼動時にも継続維持されるわけではない。
【００７６】
したがって、計測及び調整フローによって投影光学系１の各光学系の位置を最適調整する場合、駆動ストロークの短い微動機構、すなわちピエゾアクチュエータの駆動範囲を、上記昇温や他の状態変化要因に起因する補正駆動量を考慮して設定する必要がある。すなわち、ステップＳ２０３で読み出される初期駆動量とは、投影光学系の稼動時に想定される微動アクチュエータの駆動範囲を想定し、微動アクチュエータの基底状態（例えば印加電圧オフ状態）に対する調整時の設計最適値を意味する。そしてこの値は、各光学要素駆動装置が駆動するレンズ１０３ごとに固有の値であるため、その数値が各駆動装置と対になったレンズＣＰＵ７１１、及び本体ＣＰＵ８１１にも記憶されている。
【００７７】
以上のごとく、ステップＳ２０３にてピエゾアクチュエータ１１２の初期駆動量Ｚ１ｐないしＺ３ｐが読み出されると、ステップＳ２０５にて該読み出し値を目標値として３個のピエゾアクチュエータ１１２を駆動する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１１からｔ２１２の動作に相当する。ステップＳ２０７では、駆動したピエゾアクチュエータ１１２を定位置制御する。ステップＳ２０９では、投影光学系の波面収差計測回数をカウントするカウンタＣＮＴを０にリセットする。ステップＳ２１１では、前記カウンタの数値を判定し、ＣＮＴ＝０、すなわち波面収差計測をまだ実行していない場合はステップＳ２２１にジャンプする。
【００７８】
ステップＳ２２１では、図９に示した装置構成において、干渉計４１により投影光学系１の波面収差を計測する。すなわち当ステップにおいては、図３の光学要素駆動装置に内蔵されたレンズ１０３が最下点に近い位置での、投影光学系１の波面収差を測定する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１２からｔ２１３の動作に相当する。その後ステップＳ２２３ではカウンタＣＮＴの数値を１つ進める。ステップＳ２２５では、カウンタＣＮＴの数値を判別し、その数値が３に達していないときはステップＳ２１１に戻る。ここで、ステップＳ２２５を最初に通過する場合は、ＣＮＴ＝１なのでステップＳ２１１に戻り、ステップＳ２１３に分岐する。ステップＳ２１３では、設計上のレンズ最適位置を、レンズＣＰＵ７１１が内蔵するＲＯＭから読み出す。続いてステップＳ２１７では、レンズ１０３を前記最適位置まで駆動するための、３個の粗動用モータの駆動量Ｚ１ｍないしＺ３ｍを算出する。そして、ステップＳ２１９にて該算出値を目標値として３個のモータ１１４ｍを駆動する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１３からｔ２１４の動作に相当する。
【００７９】
ステップＳ２２１では、干渉計４１により投影光学系１の波面収差を計測する。すなわち当ステップにおいては、図３の光学要素駆動装置に内蔵されたレンズ１０３が設計上の最適位置に駆動された場合の、投影光学系１の波面収差を測定する。よって、今回得られた波面収差は、前回得られた収差よりもかなり少ない値となっているはずである。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１４からｔ２１５の動作に相当する。その後ステップＳ２２３ではカウンタＣＮＴの数値を１つ進める。ステップＳ２２５では、カウンタＣＮＴの数値を判別し、その数値が３に達していないときはステップＳ２１１に戻る。ここで、今回はＣＮＴ＝２となっているのでステップＳ２１１に戻り、ステップＳ２１５に分岐する。ステップＳ２１５では、設計上のレンズ上限位置を、レンズＣＰＵ７１１が内蔵するＲＯＭから読み出す。続いてステップＳ２１７では、レンズ１０３を前記上限位置まで駆動するための、３個の粗動用モータの駆動量Ｚ１ｍないしＺ３ｍを算出する。そして、ステップＳ２１９にて該算出値を目標値として３個のモータ１１４ｍを駆動する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１５からｔ２１６の動作に相当する。
【００８０】
ステップＳ２２１では、干渉計４１により投影光学系１の波面収差を計測する。すなわち当ステップにおいては、図３の光学要素駆動装置に内蔵されたレンズ１０３が設計上の上限位置近傍にある場合の、投影光学系１の波面収差を測定する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１６からｔ２１７の動作に相当する。その後ステップＳ２２３ではカウンタＣＮＴの数値を１つ進める。ステップＳ２２５では、カウンタＣＮＴの数値を判別する。そして今までのフローにて波面収差を３回測定しているので、今回はＣＮＴ＝３となっている。よってステップＳ２２５からステップＳ２２７に移行し、初期計測ルーチンを終了する。以上の初期計測ルーチンによって、レンズ１０３が下限位置近傍、設計上の最適位置、及び上限位置近傍にそれぞれ位置制御された場合の、投影光学系１の波面収差が取得される。
【００８１】
なお本実施例では、レンズ１０３の可動範囲が大きいため、該レンズの複数位置での波面収差計測を行なうことで、干渉計４１の収差計測上のダイナミックレンジがそれほど大きくない場合でも、必ず１回は波面収差計測が可能となるようにしている。干渉計４１の収差計測上のダイナミックレンジが充分に大きい場合は、レンズ１０３が設計上の最適位置に制御された状態のみで波面計測を行なえばよいのはもちろんである。
【００８２】
続いて図１２を用いながら、図１１の収差調整ルーチンのフローを説明する。収差調整ルーチンは、投影光学系１の各レンズが発熱していない状態下での、投影光学系１全系の収差を最小とするための調整フローである。
【００８３】
ステップＳ２４１よりフローを開始してステップＳ２４３では、図１０で取得した３回の波面収差情報から、投影光学系１の収差を最小とするための、光学要素駆動装置内のレンズ１０３の制御目標位置を算出する。続いてステップＳ２４５では、レンズ１０３を前記最適位置まで駆動するための、３個の粗動用モータの駆動量Ｚ１ＭないしＺ３Ｍを算出する。そして、ステップＳ２４７にて該算出値を目標値として３個のモータ１１４ｍを駆動する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１７からｔ２１８の動作に相当する。
【００８４】
ステップＳ２４９では、干渉計４１により投影光学系１の波面収差を計測する。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１８からｔ２１９の動作に相当する。ステップＳ２５１では、測定した波面収差の大小判別を行ない、所定値以下であればステップＳ２７１にジャンプする。すなわち当ステップにおいては、本来は投影光学系１の波面収差は極めて少ない値に調整されているはずであるが、図１０で取得した波面収差の計測誤差、あるいは粗動機構を構成するモータ１１４ｍの駆動誤差により、ステップＳ２４９で測定した波面収差にも所定以上の残渣が生じている場合がある。よって波面収差が所定値以上の場合はステップＳ２５３に移行し、波面収差の残渣を解消するための、３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動目標値Ｚ１ｐ、Ｚ２ｐ、及びＺ３ｐを演算する。そしてステップＳ２５５にて３個のピエゾアクチュエータの駆動を行なう。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２１９からｔ２２０の動作に相当する。
【００８５】
ステップＳ２５７では、図３に示した３個のＺ変位検出センサの値からレンズ１０３の駆動制御残渣を計算し、ステップＳ２５９で該制御残渣の大小判別を行なう。そして制御残渣が所定値より大きい場合はステップＳ２６１に移行して、３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動目標値Ｚ１ｐ、Ｚ２ｐ、及びＺ３ｐを再計算し、ステップＳ２５５ないしステップＳ２５９を繰り返し実行する。
【００８６】
以上の制御を実行し、ステップＳ２５９にてレンズ１０３の制御残渣が所定値以下に収束した場合は、ステップＳ２４９に戻って波面収差の再計測を行なう。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２２０からｔ２２１の動作に相当する。そしてステップＳ２５１にて波面収差の再判定を行ない、収差が所定値以下の場合、すなわち投影光学系１の結像性能が所定の性能に調整できた場合は、ステップＳ２７１に移行して、このときのレンズ１０３の位置を記憶する。次いでステップＳ２７３にて３個のピエゾアクチュエータ１１２への給電を停止し、該アクチュエータの伸張を解消し、初期長状態に戻す。図１２のタイミングチャートでは、時刻ｔ２２１からｔ２２２の動作に相当する。そしてステップＳ２７５にて収差調整ルーチンを終了する。
【００８７】
以上の初期計測ルーチン及び収差調整ルーチンによって、投影光学系１の製造段階での収差低減調整が完了し、投影光学系１は半導体露光装置本体から分離され、納入先に輸送されて、再び半導体露光装置本体に組み込まれる。
【００８８】
また、納入先にて該半導体露光装置をウェハ生産のために稼動する前に、図１０及び図１１のフローを再度実行することで、輸送中の振動による各レンズの微小な位置ずれ等を補正でき、投影光学系１の結像性能を常に最良の状態に維持することができる。
【００８９】
次に、半導体露光装置の稼動時、すなわち半導体の回路パターンが形成されたレチクルの像をシリコン等のウェハ上に焼き付ける工程中に、投影光学系１の光学性能、例えば波面収差の諸各成分が最小になるように、光学要素駆動装置をリアルタイムで補正駆動する工程を説明する。
【００９０】
図９は半導体露光装置の収差計測及び調整工程時の配置であったが、以下の手順で部材を元に戻す。
【００９１】
まず、レーザ光源ユニット３２から射出するレーザ光の光路中に、光路切り換えミラー３５を左方向に挿入させ、該レーザ光を露光用照明手段３３に入射させる。また、レチクルステージ２２を駆動し、投影光学系１の光軸上より全反射ミラー４２とコリメータレンズ４４を左方向に退避させ、代わりにレチクル２１を前記光軸上に進入させる。更に、ウェハステージ１５を駆動し、投影光学系１の光軸上より球面ミラー１６を左右方向に退避させ、代わりにウェハ１４を前記光軸上に進入させる。以上の操作により、半導体露光装置は図２示すウェハ露光モードに設定される。
【００９２】
図１３は、図２に示した半導体露光装置の稼動時に、図３の光学要素駆動装置を駆動制御して、投影光学系１の結像性能を逐次最良に調節するための露光時補正ルーチンのフローチャート、図１４は図１３のフロー実行時のタイミングチャートで、図８あるいは図１２と同様に横軸は時刻あるいは調整プロセス、縦軸は駆動機構１１０のＺ方向変位換算での粗動機構と微動機構の出力変位である。図１４を用いながら、図１３のフローを説明する。
【００９３】
ステップＳ３０１よりフローを開始してステップＳ３０３では、図１１のステップＳ２７１で記憶した、投影光学系１の波面収差最小状態に対応するレンズ１０３の制御位置を読み出す。
【００９４】
続いてステップＳ３０５では、図３のレンズ１０３を前記読み出し位置まで駆動するための、３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動量Ｚ１ｐないしＺ３ｐを算出する。そしてステップＳ３０７にて３個のピエゾアクチュエータの駆動を行なう。
【００９５】
ステップＳ３０９では、図３に示した３個のＺ変位検出センサの値からレンズ１０３の駆動制御残渣を計算し、ステップＳ３１１で該制御残渣の大小判別を行なう。そして制御残渣が所定値より大きい場合はステップＳ３１３に移行して、３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動目標値Ｚ１ｐないしＺ３ｐを再計算し、ステップＳ３０７ないしステップＳ３１３を繰り返し実行する。
【００９６】
以上の制御を実行し、ステップＳ３１１にてレンズ１０３の制御残渣が所定値以下に収束した場合は、投影光学系１の結像性能がウェハ露光に必要な性能に達したとみなされ、ステップＳ３２１にジャンプする。
【００９７】
ステップＳ３２１では、図２のウェハステージ１５上にウェハ１４を供給する。ステップＳ３２３では、不図示の気圧センサ出力より投影光学系１の鏡筒内を循環する気体の圧力を検出し、その屈折率変動によるレンズ位置補正量を算出する。ステップＳ３２５では、本体ＣＰＵ８１１より、照明光が投影光学系の各レンズに吸収されて発熱することによる光学特性変化を補正するための、被駆動対象レンズ１０３の駆動波形に関するルックアップテーブルを読み込む。ステップＳ３２７では、前記ステップＳ３２３及びステップＳ３２５にて演算した補正値を、レンズ１０３を駆動する３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動量Ｚ１ｐないしＺ３ｐに変換する。そしてステップＳ３２９にてピエゾアクチュエータに所定電圧を印加し、レンズ１０３の駆動を行なう。
【００９８】
ステップＳ３３１では、図３に示した３個のＺ変位検出センサの値からレンズ１０３の駆動制御残渣を計算し、ステップＳ３３３で該制御残渣の大小判別を行なう。そして制御残渣が所定値より大きい場合はステップＳ３３５に移行して、３個のピエゾアクチュエータ１１２の駆動目標値Ｚ１ｐないしＺ３ｐを再計算し、ステップＳ３２９ないしステップＳ３３５を繰り返し実行する。
【００９９】
以上の制御を実行し、ステップＳ３３３にてレンズ１０３の制御残渣が所定値以下に収束した場合は、ステップＳ３４１にジャンプしてウェハ１４への露光を行なう。ステップＳ３４３では、ウェハ１４の全領域への露光が完了したか否かを判別する。そして全領域への露光が完了していなければ、ステップＳ３４５にてウェハ１４の未露光領域を投影光学系１の結像領域内に移動させ、ステップＳ３２３に戻り、ステップＳ３２３ないしステップＳ３４５を繰り返し実行する。
【０１００】
そして、１枚のウェハの全領域への露光が完了すると、ステップＳ３４３からステップＳ３５１にジャンプし、露光完了済みのウェハを排出し、ステップＳ３５３へ移行する。ステップＳ３５３では、規定枚数ウェハの露光が完了したか否かの判別を行ない、完了していなければステップＳ３２１に戻って未露光ウェハの供給を行ない、ステップＳ３２３ないしステップＳ３５３を繰り返し実行して、未露光ウェハを順次露光する。そして規定枚数のウェハの露光が完了すると、ステップＳ３５３からステップＳ３５５に移行し、３個のピエゾアクチュエータ１１２への通電を停止する。そしてステップＳ３５７にて露光時補正ルーチンを終了する。
【０１０１】
以上の動作を図１４のタイミングチャートにて説明する。まず、図１３のステップＳ３０３ないしステップＳ３１３で実行した、波面収差最小位置へのレンズ駆動は、図１４のタイミングチャートでは、時刻ｔ３１からｔ３２の動作に相当する。実際の所要時間は数秒程度であるため、図１４においては時間軸方向に拡大して示している。
【０１０２】
次に、図１３のステップＳ３２１ないしステップＳ３５３における、規定枚数のウェハ露光に伴うレンズ駆動は、図１４のタイミングチャートでは、時刻ｔ３２からｔ３３の動作に相当する。この動作においては、複数毎のウェハを連続して高速露光するため、照明光吸収によるレンズの温度は実質上連続的に上昇する。従って、この昇温に伴う収差変動を補正するためのレンズ１０３の駆動波形も、図１４に示したように、ウェハ露光動作の進行とともにほぼ連続した波形となるよう、予めプログラムされている。そして時刻ｔ３２からｔ３３までの実際の所要時間は数１０分程度であるため、図１４においては時間軸方向に縮小して示している。
【０１０３】
最後に、図１３のステップＳ３５５ないしステップＳ３５７の停止動作は、図１４のタイミングチャートでは、時刻ｔ３３からｔ３４の動作に相当する。この動作においては、投影光学系１やウェハステージ１５の初期化動作、あるいはレチクル交換のために照明光学系が消灯するため、投影光学系の発熱が停止してその温度は連続的に低下する。従って、この冷却に伴う収差変動を補正するためのレンズ１０３の駆動波形も、図１４に示したように、露光ジョブの停止時間に応じてほぼ連続した波形となるよう、予めプログラムされている。
【０１０４】
なお、以上の実施例の説明において、図８、図１２及び図１４のタイミングチャートでは、各光学素子駆動装置に備えられた３組のＺ駆動機構のうち、１組の機構の変位を代表して説明しているが、３組それぞれが最適な駆動量にて制御されるのは説明するまでもない。
【０１０５】
また、図７ないし図１３のフロー図も、投影光学系１が有する複数組の光学要素駆動装置、すなわち各レンズユニット毎に、最適なパラメータにて駆動されることももちろんである。
【０１０６】
［変形例］
以上の実施例において、粗動機構は超音波モータと直動機構により構成されていたが、該モータはステップモータ、直流モータ等でもよい。また、モータの回転量を検出するエンコーダは、回折格子を用いたレーザ式ロータリーエンコーダ、フォトインタラプタとスリット板を用いたエンコーダ等が好適である。あるいはモータの回転検出の代わりに、ボールネジ等の直動機構の変位を検出するポテンショメータで代用してもよい。
【０１０７】
また、レンズ枠１０４の変位検出手段はレーザ干渉式測長器としたが、レーザ光源と回折格子を用いたリニアスケール手段でも構わない。
【０１０８】
また、本実施例の光学要素はレンズであるが、平行平板ガラス、曲面ミラー、平面ミラー等の光学要素でも構わない。
【０１０９】
また、投影光学系の波面収差計測手段は、図９に示したように半導体露光装置に組み込まれた干渉計を用いているが、特許第３３５２２９８号公報に記載されたような、専用の波面収差計測手段を用いても構わない。
【０１１０】
また本実施例では、光学要素駆動装置は半導体露光装置に応用されているが、液晶モニタ用基板、プラズマディスプレイパネル、その他の基板を製造する基板露光装置に応用しても同様の効果を得られるのはもちろんである。
【０１１１】
［産業上の利用可能性］
本発明は、大ストロークかつ高精度の光学要素駆動装置を提供するもので、特に半導体露光装置等に用いられる投影光学系に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の駆動機構の構造図である。
【図２】本発明の半導体露光装置の全体図である。
【図３】本発明の光学要素駆動装置の全体図である。
【図４】本発明の駆動機構の動作説明図である。
【図５】本発明の半導体露光装置の回路ブロック図である。
【図６】本発明の光学要素駆動装置の制御ブロック図である。
【図７】本発明の光学要素駆動装置のユニット検査フロー図である。
【図８】本発明の光学要素駆動装置のユニット検査におけるタイミングチャートである。
【図９】本発明の投影光学系の収差計測時における構成図である。
【図１０】本発明の投影光学系の収差計測フロー図である。
【図１１】本発明の投影光学系の収差調整フロー図である。
【図１２】本発明の投影光学系の収差計測及び調整フローにおけるタイミングチャートである。
【図１３】本発明の半導体露光装置稼動時における収差補正フロー図である。
【図１４】本発明の半導体露光装置稼動時における収差補正タイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１１３】
１  投影光学系
１０  レンズ制御手段
１１  半導体露光装置本体
１４  ウェハ
１５  ウェハステージ
１６  球面ミラー
２１  レチクル
２２  レチクルステージ
３１  照明ユニット
３２  レーザ光源ユニット
３３  露光用照明手段
３４  収差計測用照明手段
３５  照明光路切り換えミラー
４１  干渉計
４２  全反射ミラー
４３  ハーフミラー
４４  コリメータレンズ
７１  レンズ制御手段
１０１  固定鏡筒
１０２  レンズ位置検出手段
１０３  レンズ
１０４  レンズ枠
１１０  駆動機構
１１１  変位拡大部材
１１２  ピエゾアクチュエータ
１１３  ピエゾ調整ネジ
１１４  モータ駆動機構
１１４ａ  ボールネジ
１１４ｍ  モータ本体
１１４ｅ  モータエンコーダ
１１５  方向変換部材
７１１  レンズＣＰＵ
７２１  Ｚ機構制御手段
７２２  ピエゾドライバ
７２４  モータドライバ
７３１  レンズ位置検出手段
７３２  Ｚ変位検出センサ
７３４  横変位検出センサ
８１１  本体ＣＰＵ
８１２  マウント制御手段
８１４  照明制御手段
８１６  レチクルステージ制御手段
８１８  ウェハステージ制御手段
８２０  干渉計制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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