JP2007281079A - Optical constituent driving device, and substrate exposure apparatus - Google Patents

Optical constituent driving device, and substrate exposure apparatus Download PDF

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真 佐々木
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately arrange position detecting sensors to enable highly accurate positioning in a driving mechanism having a coarse adjusting movement mechanism and a fine adjusting movement which are used for positional adjustment of an optical system such as a semiconductor exposure apparatus. <P>SOLUTION: An optical constituent driving device having positioning capability with large driving stroke and high accuracy is provided with the large-stroke coarse adjusting movement mechanism and the small-stroke moving mechanism, and uses an encoder built-in in itself to control the former and means for measuring the position of the optical system to control the latter. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a driving mechanism for precisely driving an optical element such as a lens using a driving means such as a laminated piezoelectric actuator. More specifically, in a projection optical system used in a semiconductor aligner such as a mask aligner or a stepper, or a liquid crystal substrate exposure apparatus, an image of an original plate called a mask or a reticle is projected and exposed on a substrate such as a wafer. The present invention relates to an optical element driving device for driving an optical element such as a lens or a mirror in a desired direction in order to obtain a more accurate imaging relationship.

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。   A semiconductor exposure apparatus is an apparatus for transferring an original (reticle) having many different types of patterns onto a silicon wafer (substrate). In order to create a highly integrated circuit, it is essential to improve not only the resolution performance of the projection optical system but also the overlay accuracy.

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。   Overlay errors in a semiconductor exposure apparatus are classified into alignment errors, image distortions, and magnification errors. The alignment error is reduced by adjusting the relative position between the original (reticle or mask) and the substrate (wafer). On the other hand, the magnification error can be adjusted by moving a part of the projection optical system in the optical axis direction. When moving in the optical axis direction, it is necessary to prevent other components other than the moving direction, in particular parallel eccentricity and tilt error, from increasing. The image distortion can be adjusted by intentionally decentering a part of the projection optical system in parallel or tilt. These position adjustment mechanisms are required to have both a sufficient adjustment range and an extremely high precision positioning capability.

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。   Conventionally, the following techniques have been disclosed as drive elements for optical elements for semiconductor exposure apparatuses or general mechanical devices.

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。   For example, Patent Document 1 discloses a technique using two types of position adjusting devices in an optical system including a plurality of optical elements. Specifically, as disclosed in FIG. 13, the first position adjustment mechanism holds a predetermined optical element movably in a predetermined direction by an operation member. Further, as disclosed in FIG. 2, the second position adjusting mechanism is held so that other optical elements can move in a predetermined direction by an actuator including a piezoelectric element. The first and second position adjustment mechanisms perform adjustment operations in different scenes. For example, it is described that the second position adjustment mechanism operates in an operating state of the exposure apparatus.

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。   In Patent Document 2, a mechanism for adjusting the relative position in the optical axis direction of a projection optical system and a flat object on which an image is projected by the projection optical system is roughly arranged in the optical axis direction of the projection optical system. A technique is disclosed that includes a coarse movement means that is driven in a small amount and a fine movement means that is finely driven, and appropriately distributes the drive amounts of both means. Specifically, in the cross-sectional view of the main part in FIG. 3, the Z stage for driving the wafer, which is a flat object, in the direction of the optical axis includes a mechanism driven by a pulse motor as coarse movement means and a piezo as fine movement means. It has a two-stage structure of a mechanism driven by an actuator. That is, the output displacements of the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism are added on a one-to-one basis to obtain the Z stage drive amount. The mechanism also includes an air sensor that detects the displacement of the Z stage and an eddy current type position sensor that detects the displacement of the fine movement mechanism, and uses the outputs of both sensors based on the flowchart disclosed in FIG. The stroke allocation of the coarse and fine mechanisms is optimized.

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。
特開２００３−３２７２７２号公報 特公平６−９５１７１（特開昭６２−１２７７０５）号公報 特開２００４−３０４４３号公報 In Patent Document 3, a fine movement stage driven by a piezo actuator is mounted on a coarse movement stage driven by an ultrasonic motor in a stage apparatus used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, thereby enabling a large stroke and high-precision positioning. Techniques to do this are disclosed. The mechanism is provided with position detecting means on the base substrate for detecting the position of the fine movement stage with respect to the base substrate. That is, the position detection sensor observes the total displacement of both the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism.
JP 2003-327272 A Japanese Examined Patent Publication No. 6-95171 (Japanese Patent Laid-Open No. 62-127705) JP 2004-30443 A

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。   However, the above known techniques have the following drawbacks.

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。   In the drive mechanism disclosed in Patent Document 1, since the first position adjustment mechanism does not include an actuator, it cannot be driven when the exposure apparatus is in operation. Therefore, the optical performance optimization during operation of the exposure apparatus must rely only on the second position adjustment mechanism with a small driving stroke, and the degree of freedom in optimization is small.

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。   The drive mechanism disclosed in Patent Document 2 is a form suitable for driving a wafer stage of an exposure apparatus, but is not a structure suitable for driving an optical element of a projection optical system. Further, the drive control method is also optimized for focus adjustment, and there is no disclosure regarding the control technology of the optical elements required when the exposure apparatus is assembled and operated.

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。   The drive mechanism disclosed in Patent Document 3 is a form suitable for driving a wafer stage of an exposure apparatus, but is not a structure suitable for driving an optical element of a projection optical system. Therefore, there is no disclosure regarding the control technology of the optical element required at the time of assembly and operation of the exposure apparatus. In addition, since only one set of sensors is used for position control of the fine movement stage, it is difficult to optimize the drive amount allocation for the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism.

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。   In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 includes an optical element, and a plurality of sets of drive mechanisms arranged adjacent to the optical element to drive the optical element in a straight line or a tilt manner. In the optical element driving apparatus including the base member for holding the driving mechanism, the driving mechanism includes a first driving unit, and a second driving unit having a driving stroke and a driving accuracy different from those of the first driving unit. And means for synthesizing the drive displacement outputs of the first and second drive means.

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。   According to the above configuration, by using two types of drive means having different drive strokes and drive accuracy, the drive range of the optical element can be increased and drive positioning can be performed with high accuracy.

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。   The invention according to claim 2 is characterized in that the first driving means includes a motor and linear motion means for converting the rotational motion of the motor into a linear motion.

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。   According to the above configuration, the optical element can be driven with a large stroke, and the optical element can be held at a fixed position by the self-holding function of the linear motion means even when the motor is turned off after the motor is stopped.

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。   The invention according to claim 3 is characterized in that the second driving means includes a piezoelectric actuator.

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。   According to the above configuration, it is possible to provide an optical element driving device that can position and control an optical element at high speed and with high accuracy.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, the drive mechanism includes a first position detection unit that detects an output displacement of the first drive unit, and a second that detects a displacement of the optical element with respect to the base member. It is controlled based on the output of the position detecting means.

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。   According to the above configuration, the optical element can be controlled over a wide range at high speed using the first driving means, and the optical element can be positioned with high accuracy using the second driving means.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, when driving the first or second driving unit, when driving one driving unit, the output displacement of the other driving unit is substantially constant. It is characterized by controlling to.

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。   According to the above configuration, interference with the position detection sensor when driving each driving unit can be prevented, and accurate drive control can be performed.

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。   The invention according to claim 6 is a substrate exposure apparatus, comprising a projection optical system including the optical element driving device, an illumination unit, a mask holding unit, and a photosensitive substrate holding unit, The projection relationship between the mask and the photosensitive substrate by the projection optical system is adjusted by driving an optical element driving device.

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。   According to the above configuration, there is provided a substrate exposure apparatus that always obtains good imaging performance even when the projection conditions of the projection optical system and the environmental conditions of the installation location greatly change, and manufactures a high-quality substrate in a large amount in a short time. it can.

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。 According to the above embodiment, the mechanism for driving the optical element such as the lens is constituted by the coarse movement mechanism including the motor and the linear movement mechanism and the fine movement mechanism including the piezo actuator, and the output displacement of both mechanisms is set to a predetermined ratio. By driving the optical element with the output added in,
(1) By using a coarse movement mechanism when driving the optical element largely and using a fine movement mechanism when driving the optical element accurately, the optical element and each member holding the optical element are reliably adjusted to a predetermined position even if there is a large manufacturing error. In addition, the positioning adjustment accuracy can be greatly increased.
There is an effect. In addition, by controlling the output displacement of the motor based on an encoder arranged in the vicinity of the motor,
(2) Control during driving of the coarse movement mechanism is simplified, and the time of the coarse movement drive process requiring a large drive amount is shortened.
There is an effect. In addition, when driving the fine movement mechanism by the piezo actuator, by controlling based on the output of the means for detecting the displacement of the optical element,
(3) Since control is performed based on the position of the optical element that is the final driven object, the control error can be reduced, and high-precision control is possible.
There is an effect. When the motor is driven, the piezo is substantially fixed and controlled by cutting off the energization to the piezo actuator or applying a constant voltage. When the piezo actuator is driven, the motor is not driven and the motor is substantially fixedly controlled. Therefore,
(4) Each actuator can be accurately driven and controlled without increasing the number of position detection sensors.
There is an effect. In addition, by applying these mechanisms to semiconductor exposure equipment, etc.,
(5) Since a large stroke coarse movement mechanism is provided, the optical element can be reliably adjusted to a desired position even if there is a large manufacturing error of the optical element or a member for holding the optical element, thereby improving the assembly adjustment efficiency of the projection optical system. be able to.

（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。 (6) Since a fine movement mechanism with high accuracy and high speed response is provided, even if the optical performance changes during operation of the projection optical system, this change can be corrected in real time, and stable imaging performance can always be obtained. The quality of the substrate can be stabilized.
There is an effect.

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。   Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.

図１ないし図１４は、本発明の実施例に係わる図である。   1 to 14 are diagrams according to an embodiment of the present invention.

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。   FIG. 2 is a view showing a schematic configuration of a semiconductor exposure apparatus to which the present invention is applied. This apparatus is a scanner type exposure apparatus that scans a reticle under slit illumination and performs an exposure operation while scanning a semiconductor wafer in synchronization with the reticle. In the figure, reference numeral 1 denotes a projection optical system equipped with the optical element driving apparatus of the present invention, a lens having a predetermined optical power as a projection optical element, a driving mechanism for the lens, and a fixed barrel for storing these lenses. The configured lens is used as an individual lens unit, and a plurality of lens units are stacked to form one projection optical system.

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。   Reference numeral 11 denotes a semiconductor exposure apparatus main body, and reference numeral 13 denotes a lens barrel mount for fixing the projection optical system 1 to the main body 11. The main body 1 and the lens barrel mount 13 are arranged so that the vibration of the installation ground is not transmitted to the projection optical system 1. Fastened via the damper means 12.

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。   Reference numeral 14 denotes a semiconductor wafer coated with a photosensitive agent, and 15 denotes a wafer stage for holding the wafer. The wafer stage adjusts the position of the wafer 14 in the optical axis direction, that is, the focus adjustment, and scans the wafer in a direction perpendicular to the optical axis in synchronization with the scanning operation of the reticle stage 6. A spherical mirror 16 is used when measuring the optical aberration of the projection optical system 1.

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。   Reference numeral 21 denotes a reticle serving as an original plate of a semiconductor circuit pattern, 22 denotes a reticle stage for scanning the reticle, and 23 denotes a reticle mount for fixing the reticle stage 6 to the lens barrel mount 13.

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。   An illumination unit 31 includes a laser light source unit 32, an exposure illumination unit 33 used when illuminating the reticle 21, an aberration measurement illumination unit 34 used in an aberration measurement process described later, and an illumination optical path switching mirror 35. Composed.

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。   41 is an interferometer, 42 is a total reflection mirror, 43 is a half mirror, and 44 is a collimator lens. These members 41 to 44 are used when measuring the optical aberration of the projection optical system 1. The half mirror 43 and the collimator lens 44 are mounted on the reticle stage 22 and configured to be able to advance and retract with respect to the light beam incident portion of the projection optical system.

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。   Reference numeral 71 denotes lens control means for controlling the optical element driving device of the present invention in accordance with a predetermined control flow. Specifically, when assembling and adjusting the projection optical system 1, it is stored in advance for fine adjustment of the optical system when the semiconductor exposure apparatus is installed at the delivery destination and for optical aberration optimization during operation of the semiconductor exposure apparatus. The optical performance of the projection optical system 1 is optimized by adjusting and driving a predetermined lens based on the program.

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。   FIG. 3 is a view showing an optical element driving device which is equipped with a plurality of driving mechanisms of the present invention and can drive a lens in a desired direction. 4A is a plan view with the lens and the lens frame removed, FIG. 4B is a plan view with the lens and the lens frame mounted, and FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. is there. In FIGS. 1A and 1C, reference numeral 101 denotes a fixed lens barrel, which is a flat part for fixing a driving mechanism and lens position detecting means described later, and a side wall cylindrical part for coupling with other lens units adjacent vertically. Have Reference numeral 110 denotes a drive mechanism according to the present invention, and three identical drive mechanisms are installed on the bottom flat portion of the fixed barrel 101. Reference numeral 731 denotes lens position detecting means for detecting displacement in the optical axis direction of the lens frame 104 and radial displacement perpendicular to the optical axis, and an interference type length measuring device using a semiconductor laser is preferably used.

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。   FIG. 6B is a view showing a state in which a lens and a lens frame are mounted on the structure of FIG. 6A. The lens frame 104 that houses the lens 103 is provided with a flange on the upper surface, and the flange is The displacement output portions of the three sets of driving mechanisms 110 are fastened using a lens frame mounting screw 105. Further, the flange portion is provided with projections extending further outward at three locations at intervals of 120 degrees, and is used as a member for installing a target mirror for detecting a lens frame displacement. The structure will be described with reference to FIGS.

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。   The lens position detection unit 731 includes a Z displacement detection sensor 732 that projects a detection laser beam in the optical axis direction (Z axis direction) of the lens 103, and a lateral displacement detection sensor that projects a detection laser beam in the radial direction of the lens 103. 734. On the other hand, a Z displacement detection target 735 is fixed to the lower surface of the flange extending portion of the lens frame 104, and the laser beam emitted from the Z displacement detection sensor 732 is reflected and returned to the sensor 732. Similarly, a lateral displacement detection target 736 is fixed outside the cylindrical portion of the lens frame 104, and the laser beam emitted from the lateral displacement detection sensor 734 is reflected and returned to the sensor 734. Then, each sensor detects and outputs the displacement to each opposing target from the interference information of the laser beam reflected and returned.

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。   In the above configuration, when the three sets of drive mechanisms 110 are driven by an equal amount, the lens 103 can be translated and driven in the optical axis direction, that is, the Z-axis direction shown in FIG. Further, by providing a predetermined difference in the driving amounts of the three sets of driving mechanisms, tilt driving in the θa and θb directions shown in FIG. At this time, by performing predetermined coordinate transformation on the outputs of the three Z displacement detection sensors 732 and feeding back the results, the Z-direction translation amount and tilt drive amount of the lens 103 can be accurately controlled. Further, by monitoring the outputs of the three lateral displacement detection sensors 734, the amount of image shift due to parallel decentering in a plane orthogonal to the optical axis of the lens 103 is calculated. Then, by adding the calculation result to the driving amount of the wafer stage shown in FIG. 2, the alignment error of the reticle image due to the lens eccentricity is eliminated.

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。   FIG. 1 is a detailed view of the drive mechanism of the present invention, and shows the detailed structure of the drive mechanism 100 shown in FIG. FIG. 6A is a plan view of the lens 103 as seen from above in the optical axis direction, where the X axis and the Y axis are defined as shown. FIG. 4B is a side view seen from the center of the lens 103, and the X axis and the Z axis are defined as shown.

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。   First, each member constituting the drive mechanism 110 will be described. Reference numeral 111 denotes a displacement enlarging member, which is a link mechanism including an elastic hinge and a link formed by wire electric discharge machining and cutting from a single metal block. Reference numeral 112 denotes a laminated piezo actuator as a driving means for fine movement. A driving source in which electrostrictive elements and electrodes are alternately laminated is enclosed in a sealed cylindrical container, and the total length in the X-axis direction is approximately proportional to the applied voltage. To increase. Reference numeral 113 denotes a piezo attachment screw for attaching the piezo actuator 112 to the displacement enlarging member 111. Reference numeral 114 denotes a motor drive mechanism as a coarse motion drive means, a motor main body 114m made of an ultrasonic motor, a ball screw portion 114a as a linear motion mechanism that converts the rotational motion of the motor into a linear motion, and is displaced in the X-axis direction by the ball screw. The output unit 114b includes an encoder 114e that detects the rotation amount of the motor.

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。   Reference numeral 115 denotes a direction changing member, which is a link mechanism including an elastic hinge and a link formed by wire electric discharge machining and cutting from a single metal block. The direction changing member 115 converts the combined output displacement of the piezo actuator 112 and the motor drive mechanism in the Z-axis direction. Reference numeral 116 denotes a rigid part coupling screw that couples the rigid parts of the displacement enlarging member 111 and the direction changing member 115 to each other. Reference numeral 117 denotes an output portion coupling screw that couples the output end portion 111j of the displacement enlarging member 111 and the horizontal link 115a of the direction changing member 115. The drive mechanism 110 is configured by the above members 111 to 117.

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。   A driving mechanism fixing screw 118 fixes the driving mechanism 110 to the fixed barrel 101.

次に駆動機構１１０の組立手順を説明する。   Next, the assembly procedure of the drive mechanism 110 will be described.

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。   First, both ends of the rigid body portion of the displacement enlarging member 111 and the direction changing member 115 are combined, and both members are coupled by two rigid body coupling screws 116. Next, the output end 111 j of the displacement enlarging member 111 and the horizontal link 115 a of the direction changing member 115 are coupled by two output unit coupling screws 117. At this time, screw escape holes 111m and 111k are provided in the displacement enlarging member 111 and screw escape holes 115k are provided in the direction changing member 115 in advance so as not to obstruct the coupling operation.

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。   Next, the piezo actuator 112 is inserted into the center of the displacement enlarging member 111, and the left end of the piezo actuator 112 and the piezo receiving portion 111b are coupled by a screw or laser welding (not shown). Next, a piezo mounting screw 113 is attached to the screw hole of the piezo receiving portion 111f, and the right end of the piezo actuator 112 is pressed and fixed. At this time, screw escape holes 111u and 111v are provided in advance in the displacement enlarging member 111 so as not to obstruct the mounting operation of the screw 113.

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。   Next, the motor drive mechanism 114 is inserted into the central portion of the displacement enlarging member 111, and the left end of the motor drive mechanism 114 and the motor fixing portion 111c are coupled by a screw (not shown) or laser welding. Next, the output part 114b of the motor drive mechanism and the motor output transmission part 111d are coupled by screws (not shown) or laser welding. Thus, the assembly of the drive mechanism 110 is completed.

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。   Next, the detailed structure and operation principle of the drive mechanism 110 will be described. First, when the motor body 114m of the motor drive mechanism 114 is rotated in a predetermined direction, the output unit 114b is retracted to the left in the X-axis direction in FIG. Then, the motor output transmission portion 111d is also displaced together, and as a result, the displacement combining link 111e rotates by a small angle counterclockwise around the elastic hinge H21. Then, the piezo receiving portion 111f hinged to the link 111e is also displaced by a small amount in the left direction. As a result, the entire piezo actuator 112 is moved in the left direction via the piezo mounting screw 113.

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。   Next, a predetermined voltage is applied to the piezo actuator 112 to generate a predetermined amount of elongation. Therefore, the displacement amount at the left end of the piezo actuator 112 is the total value of the displacement amount by the motor driving mechanism 114 and the extension amount of the piezo actuator 112 itself, and the piezo receiving portion 111b moves to the left by the total displacement amount. Then, the displacement take-out link 111a hinged to the receiving portion 111b rotates by a small angle clockwise around the elastic hinge H31. As a result, the output unit 111j is displaced by a predetermined amount in the left direction.

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。   Then, the horizontal link 115a coupled to the output unit 111j also moves to the left in the X-axis direction by the same amount in FIG. Here, the horizontal link 115a is hinged to the bottom 115w of the direction changing member 115 via the two support links 115s and 115t. Therefore, the horizontal link 115 is allowed to move only in the X-axis direction and is restricted from moving in the Y-axis direction and the Z-axis direction. Further, the upper surface of the horizontal link 115a and the lower surface of the lens frame drive link 115g are hinged via direction change links 115c and 115d extending in a direction of about 45 degrees with respect to the X axis. Therefore, when the horizontal link 115a is displaced in the left direction, the direction conversion links 115c and 115d rotate in the clockwise direction, and push the lens frame drive link 115g upward in the Z-axis direction. Here, the lens frame driving link 115g is hinge-coupled to the rigid portions on both sides of the direction changing member via the two support links 115e and 115f. Therefore, the lens frame drive link 115g is allowed to move only in the Z-axis direction and is restricted from moving in the X-axis direction and the Y-axis direction.

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。   4A and 4B are diagrams for explaining the link operation of the drive mechanism 110 described above. FIG. 4A is a schematic plan view of FIG. 1A, and FIG. 4B is FIG. 1B. This is a schematic side view. In FIG. 4, the members corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. First, the drive amount of the link mechanism of the displacement enlarging member 111 will be described in detail with reference to FIG.

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。 When the motor drive mechanism 114 is driven to drive the output unit 114b to the left by dM, the displacement dX1 of the motor output transmission unit 111d is
dX1 = dM (Formula 1)
Thus, the displacement combining link 111e rotates by a predetermined angle counterclockwise around the elastic hinge H21, and the piezo receiving portion 111f is displaced leftward by dX2. At this time, since the ratio of the interval between the elastic hinges H21 and H23 and the interval between H21 and H22 is set to 3: 1, the displacement amount of the piezo receiving portion 111f is reduced to one third. That is,
dX2 = (1/3) * dM (Formula 2)
It becomes.

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。 Next, an extension amount when a predetermined voltage is applied to the piezo actuator 112 is dP. Then, the displacement dX3 of the piezo receiving portion 111b is
dX3 = dX2 + dP = (1/3) * dM + dP (Formula 3)
It becomes. With the displacement of the piezo receiving portion 111b, the displacement take-out link 111a rotates clockwise by a predetermined angle around the elastic hinge H31. As a result, the output unit 111j is displaced by a predetermined amount in the left direction. At this time, since the ratio of the distance between the elastic hinges H31 and H32 and the distance between H31 and H33 is set to 1: 2, the displacement dX4 of the output end 111j is doubled. That is,
dX4 = 2 * dX3 = 2 * {(1/3) * dM + dP} (Formula 4)
It becomes.

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。 Next, the drive amount of the link mechanism of the direction changing member 115 will be described with reference to FIG. The aforementioned displacement dX4 of the output end 111j is transmitted to the horizontal link 115a at the same magnification. Since the direction conversion links 115c and 115d that connect the horizontal link 115a and the lens frame drive link 115g extend in a direction of approximately 45 degrees with respect to the X-axis direction, the displacement amount dZ in the Z direction of the lens frame drive link 115g is It is almost equal to dX4. That is,
dZ = dX4 = 2 * dX3 = 2 * {(1/3) * dM + dP} (Formula 5)
It becomes.

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。   As described above, the displacement enlarging member 111 adds the displacement amount of the coarse motion mechanism and the displacement amount of the fine motion mechanism at a predetermined ratio, and further expands the added displacement at a predetermined ratio. Thereafter, the added displacement is converted into a desired direction using the direction changing member 115. By arranging a plurality of such drive mechanisms in the vicinity of the optical element, the optical element is driven and controlled to a desired posture. At this time, by setting the length of each link and the position of the elastic hinge to a desired value, the displacement addition ratio of the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism can be adjusted to a desired value.

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。   FIG. 5 is a control circuit diagram for controlling the exposure operation and lens driving operation of the semiconductor exposure apparatus shown in FIG. Reference numeral 81 denotes a main body control means for controlling the operation of the entire exposure apparatus, and 811 denotes a main body CPU as the center. 812 is a mount control means for controlling the vibration isolation operation of the lens barrel mount 13, 814 is an illumination control means for controlling the illumination mode and light quantity of the illumination unit 31, 816 is a reticle stage control means for controlling the drive of the reticle stage 22, and 818. Is a wafer stage control means for controlling the drive of the wafer stage 15, and 820 is an interferometer control means for controlling the measurement of the interferometer 41.

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。   Reference numeral 71 denotes lens control means, which has a plurality of lens CPUs 711, and a pair of lens CPUs is provided in a pair of optical element driving devices shown in FIG. That is, the same number of lens CPUs as the number of optical element driving devices incorporated in the projection optical system 1 are provided. Each lens CPU 711 is connected to three sets of Z mechanism control means 721, and each control means controls the drive of the three sets of drive mechanisms 110 shown in FIG. The Z mechanism control means incorporates a piezo driver 722 and drives the piezo actuator 112 described with reference to FIG. The Z mechanism control means 721 also includes a motor driver 724 and a motor encoder 114e, and controls the drive amount of the motor main body 114m described with reference to FIG.

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。   Reference numeral 731 denotes the lens position detection unit described with reference to FIG. 3A, and includes a Z displacement detection sensor 732 and a lateral displacement detection sensor 734. The lens position detection unit 731 includes three sets of the same lens position for one lens CPU 711.

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。   When a plurality of sets of optical element driving devices are incorporated in the projection optical system 1, the above-described lens CPU 711 and the accompanying Z mechanism control means and lens position detection means are also provided for the same number of sets. It communicates with the main body CPU 811 to drive and control each lens based on a predetermined program.

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。   FIG. 6 is a control block diagram of a set of optical element driving devices. In the lens target position calculation block B1, the Z-direction drive coordinates of the lens 103, for example, the drive target position Z0in in the optical axis direction of the apex of the first lens surface, and the two-direction tilt angles θa and θb shown in FIG. The target values θain and θbin are calculated, and the results are input to the next coordinate transformation block B2 via the addition point P1.

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。   In the coordinate conversion block B2, the target positions Z0in, θain, and θbin are converted into Z-direction drive target values Z1in, Z2in, and Z3in of the three sets of drive mechanisms 110. Here, Z1in to Z3in correspond to the total value of the driving amounts of the coarse actuator and the fine actuator, that is, dZ in FIG. 4B. In the drive amount dividing block B3, the values Z1in, Z2in, and Z3in are respectively divided into a drive target value for the coarse actuator and a drive target value for the fine actuator. For example, when the drive target value of the predetermined drive mechanism 110 is Z1, the drive amount Z1m of the motor main body 114m for realizing Z1 and the drive target value Z1p of the piezo actuator 112 are calculated. Then, the motor driver 724 drives and controls the motor 114m based on the target value Z1m while monitoring the output of the encoder 114e. That is, in the present embodiment, the motor control portion is configured with a minor loop that monitors and controls the rotation amount of the motor with an encoder.

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。   After the motor drive is completed, when the piezoelectric driver 724 applies a predetermined voltage to the piezoelectric actuator 112 based on the target value Z1p, the piezoelectric actuator 112 expands by a predetermined amount. Since the coarse actuator and the fine actuator are driven by the above control, the drive displacement of both actuators is added at a predetermined ratio by the link mechanism of the drive mechanism 110 described in FIG. 4, and the displacement of Z1out in the Z direction. Produce. Similarly, the remaining two sets of drive mechanisms generate displacements Z2out and Z3out in the Z direction, and the lens frame 104 is driven to a predetermined position.

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。   Next, the coordinate conversion block B4 inputs the outputs h1 to h3 of the three Z displacement detection sensors that observe the position of the lens frame 104 and the outputs s1 to s3 of the three lateral displacement detection sensors, and performs a predetermined coordinate conversion. And the driving arrival positions Z0out, θaout, and θbout of the lens 103 are output. Next, the output result is inverted and input to the addition point P1, so that the difference from the target values Z0in, θain, θbin, that is, the drive error component is input again to the coordinate conversion block B2. Then, by re-driving the piezo actuator 112 so as to eliminate the error component, it is possible to reduce the drive error and to control the position of the lens 103 with high accuracy.

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。   FIG. 7 is a flowchart of a unit inspection routine of the optical element driving device shown in FIG. FIG. 8 is a timing chart at the time of execution of the inspection flow. The horizontal axis represents time or the inspection process, and the vertical axis represents the output displacement of the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism in terms of displacement in the Z direction of the drive mechanism 110. In this embodiment, the maximum displacement (stroke) in terms of the Z direction of the motor drive mechanism 114, which is a coarse movement mechanism, is 150 μm, and the maximum displacement (stroke) in terms of the Z direction of the piezo actuator 112, which is a fine movement mechanism, is 50 μm. The total displacement of both mechanisms is 200 μm. Hereinafter, the inspection flow of the unit will be described with reference to FIG. Since this inspection is intended to detect a failure of the drive mechanism 110 and the lens position detecting means 731, the fixed barrel 101 in FIG. 3 is installed on the inspection table, and the control circuit has the same function as the circuit shown in FIG. 5. An inspection drive control circuit having

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。   The flow is started from step S101, and in step S103, the motor 114m built in the three sets of drive mechanisms 110 is simultaneously driven to the maximum displacement based on the output of the encoder 114e, and then reciprocating to return to the initial position. In the timing chart of FIG. 8, this corresponds to the operation from time t11 to t12. In step S105, it is determined whether or not the reciprocating drive operation of the motor 114m has been completed normally. If the determination in this step is NO, the motor or encoder has failed, and the process jumps to step S107 to execute a predetermined failure analysis program. Specifically, an inspection such as re-driving only the motor in which an abnormality has occurred is performed, the process jumps to step S129 to display the inspection result, and the inspection routine is terminated in step S131.

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。   If the determination result in step S105 is normal, the process proceeds to step S109, where the output of the Z displacement detection sensor 732 is determined, and it is determined whether or not the driving amount of the lens frame 104 is as specified. If the determination in this step is NO, there is a possibility that the Z displacement detection sensor 732 is in failure, so the process jumps to step S111 to execute a predetermined failure analysis program. Specifically, different drive displacements are given to the three sets of drive mechanisms, the lens frame 104 is tilted, and the output of the Z displacement detection sensor 732 is reinspected. Thereafter, the process jumps to step S129 to display the inspection result, and the inspection routine is ended in step S131.

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。   If the determination result in step S109 is normal, the process proceeds to step S113, and the piezo actuators 112 built in the three sets of drive mechanisms 110 are simultaneously driven to the maximum displacement, and then reciprocating drive to return to the initial position is performed. In the timing chart of FIG. 8, this corresponds to the operation from time t12 to t13. In step S115, the output of the Z displacement detection sensor 732 is determined, and it is determined whether or not the driving amount of the lens frame 104 is as specified. If the determination in this step is NO, there is a possibility that the piezo actuator 112 has failed, so the routine jumps to step S117 to execute a predetermined failure analysis program. Specifically, different drive displacements are given to the three sets of drive mechanisms, the lens frame 104 is tilted, and the output of the Z displacement detection sensor 732 is reinspected. Thereafter, the process jumps to step S129 to display the inspection result, and the inspection routine is ended in step S131.

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。   If the determination result in step S115 is normal, the process proceeds to step S119, and the motors 114m included in the three sets of drive mechanisms 110 are simultaneously driven to the maximum displacement. In step S121, the three piezoelectric actuators 112 are simultaneously displaced to the maximum displacement. And then reciprocating to return to the initial position. In step S123, the three motors 114m are returned to the ground state, that is, the initial position. The above steps correspond to the operation from time t13 to t14 in the timing chart of FIG. 8, and the lens frame 104 is reciprocated between the lower limit and the upper limit of the driving range, that is, with a full stroke. In step S125, the output of the Z displacement detection sensor 732 is determined, and it is determined whether or not the driving amount of the lens frame 104 is as specified. If the determination in this step is NO, there is a possibility that there is an obstacle on the moving path of the lens frame 104 or a foreign object has entered the drive mechanism 110 and hinders the operation. Jump to execute a predetermined failure analysis program. Specifically, a maximum displacement is given to a mechanism that seems to be abnormal among the three sets of drive mechanisms, the lens frame 104 is largely tilted, and the output of the Z displacement detection sensor 732 is reinspected. Thereafter, the process jumps to step S129 to display the inspection result, and the inspection routine is ended in step S131.

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。   If the determination result in step S125 is normal, it can be confirmed that the optical element driving mechanism operates normally. Therefore, the process shifts to step S129 to display that the operation ends normally, and the inspection routine is ended in step S131. To do.

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。   Next, a process of assembling the projection optical system 1 of the semiconductor exposure apparatus and adjusting the optical system so that optical performance of the optical system 1, for example, various components of wavefront aberration, is minimized will be described.

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。   FIG. 9 is a view showing an arrangement when adjusting the projection optical system in the semiconductor exposure apparatus shown in FIG. With respect to the wafer exposure mode shown in FIG. 2, a predetermined member is moved in the following procedure.

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。   First, the optical path switching mirror 35 is retracted to the right from the optical path of the laser light emitted from the laser light source unit 32, and the laser light is incident on the aberration measurement illumination means 34. Further, the reticle stage 22 is driven, the reticle 21 is retracted to the right from the optical axis of the projection optical system 1, and instead, the total reflection mirror 42 and the collimator lens 44 enter the optical axis. Further, the wafer stage 15 is driven, the wafer 14 is retracted rightward from the optical axis of the projection optical system 1, and the spherical mirror 16 is moved into the optical axis instead. Now that the aberration measurement preparation is complete, the principle of aberration measurement will be described.

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。   The laser light emitted from the laser light source unit 32 enters the aberration measurement illumination unit 34, is subjected to predetermined waveform adjustment to become a parallel light beam, and then reaches the half mirror 43. The light beam reflected by the surface of the half mirror 43 travels in the right direction, is folded downward by the total reflection mirror 42, and enters the collimator lens 44. The collimator lens condenses the laser light beam on a surface equivalent to the reticle surface, that is, a predetermined object surface of the projection optical system 1, and then the laser light is incident on the inside from the first surface of the projection optical system. The light beam that has passed through each lens of the projection optical system exits from the final surface of the optical system, is condensed on a surface equivalent to the wafer surface, that is, a predetermined imaging surface, and then diverges to reach the spherical mirror 16. Here, since the center of curvature of the spherical mirror 16 coincides with the planned imaging plane of the projection optical system 1, the light beam reflected by the mirror follows the same path as the forward path. That is, the light enters from the final surface of the projection optical system, exits from the first surface, passes through the collimator lens 44, becomes a parallel light beam, and reaches the half mirror 43 via the total reflection mirror 42. Then, the light passes through the half mirror 43 and enters the interferometer 41 to obtain an interference signal of the luminous flux. Here, if the collimator lens 44 and the spherical mirror 16 are substantially aberration-free optical systems, the light beam incident on the interferometer 41 includes the aberration information of the projection optical system 1. Therefore, the aberration is analyzed by the interferometer 41 and, for example, each term of Zernike is calculated, whereby the deviation amount from the ideal position of each lens constituting the projection optical system 1 can be obtained. As the structure of such an interferometer, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-277412 by the applicant of the present application can be used, and detailed description thereof will be omitted.

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。   FIG. 10 is a flowchart for measuring the initial aberration of the optical system 1 after the projection optical system 1 shown in FIG. 9 is assembled, and FIG. 11 is a flowchart for an aberration adjustment routine for reducing the aberration of the optical system 1. 12 is a timing chart at the time of execution of the flow of FIG. 10 and FIG. 11. Like FIG. 8, the horizontal axis is the time or inspection process, and the vertical axis is the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism in terms of displacement in the Z direction of the drive mechanism 110. Is the output displacement.

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。   First, the flow of the initial measurement routine of FIG. 10 will be described with reference to FIG.

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。   The flow is started from step S201, and in step S203, initial drive amounts Z1p, Z2p, Z3p of the piezo actuator 112 built in the three sets of drive mechanisms 110 are read from the ROM built in the lens CPU 711. Here, the initial drive amount will be described. One of the factors that change the optical characteristics when the projection optical system 1 is operating, that is, during exposure of the wafer, is that the optical system heats up due to illumination light absorption and the refractive index changes during operation. There is a phenomenon. This phenomenon progresses with the progress of the exposure operation, and returns to the original state when the exposure operation is stopped due to reticle replacement or regular maintenance of the exposure apparatus. The degree of this temperature rise and cooling is different for each illumination mode of the exposure illumination means 33. Different. These behaviors are described, for example, in JP-A-5-251299. On the other hand, when the measurement and adjustment flows in FIGS. 10 and 11 are performed, the output of the illumination optical system is reduced, so that the temperature rise of the optical system due to absorption of illumination light is extremely small, and the optical system is in a cooled state. Optical characteristics are measured and optimally adjusted. That is, the optical characteristics of the projection optical system 1 are different between operation and aberration measurement, and the state optimized at the time of aberration measurement is not continuously maintained even during operation.

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。   Therefore, when the position of each optical system of the projection optical system 1 is optimally adjusted by the measurement and adjustment flow, the fine movement mechanism having a short drive stroke, that is, the drive range of the piezo actuator is caused by the temperature rise or other state change factors. It is necessary to set in consideration of the correction drive amount. That is, the initial driving amount read in step S203 assumes the driving range of the fine movement actuator assumed when the projection optical system is operated, and the optimum design value at the time of adjustment with respect to the ground state (for example, the applied voltage off state) of the fine movement actuator. Means. Since this value is a unique value for each lens 103 driven by each optical element driving device, the numerical value is also stored in the lens CPU 711 and the main body CPU 811 paired with each driving device.

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。   As described above, when the initial driving amounts Z1p to Z3p of the piezo actuator 112 are read in step S203, the three piezo actuators 112 are driven using the read values as target values in step S205. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t211 to t212. In step S207, the driven piezo actuator 112 is controlled at a fixed position. In step S209, a counter CNT that counts the number of wavefront aberration measurements of the projection optical system is reset to zero. In step S211, the value of the counter is determined. If CNT = 0, that is, if wavefront aberration measurement has not yet been performed, the process jumps to step S221.

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。   In step S221, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured by the interferometer 41 in the apparatus configuration shown in FIG. That is, in this step, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured at the position where the lens 103 built in the optical element driving device of FIG. 3 is close to the lowest point. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t212 to t213. In step S223, the counter CNT is incremented by one. In step S225, the numerical value of the counter CNT is determined. If the numerical value has not reached 3, the process returns to step S211. Here, when passing through step S225 for the first time, since CNT = 1, the process returns to step S211 and branches to step S213. In step S213, the optimum lens position in the design is read from the ROM built in the lens CPU 711. Subsequently, in step S217, driving amounts Z1m to Z3m of the three coarse motion motors for driving the lens 103 to the optimum position are calculated. In step S219, the three motors 114m are driven using the calculated value as a target value. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t213 to t214.

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。   In step S221, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured by the interferometer 41. That is, in this step, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured when the lens 103 built in the optical element driving device of FIG. 3 is driven to the optimum design position. Therefore, the wavefront aberration obtained this time should be considerably smaller than the previously obtained aberration. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t214 to t215. In step S223, the counter CNT is incremented by one. In step S225, the numerical value of the counter CNT is determined. If the numerical value has not reached 3, the process returns to step S211. Here, since CNT = 2 at this time, the process returns to step S211 and branches to step S215. In step S215, the designed lens upper limit position is read from the ROM built in the lens CPU 711. Subsequently, in step S217, driving amounts Z1m to Z3m of the three coarse motion motors for driving the lens 103 to the upper limit position are calculated. In step S219, the three motors 114m are driven using the calculated value as a target value. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t215 to t216.

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。   In step S221, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured by the interferometer 41. That is, in this step, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured when the lens 103 built in the optical element driving apparatus of FIG. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t216 to t217. In step S223, the counter CNT is incremented by one. In step S225, the numerical value of the counter CNT is determined. Since the wavefront aberration is measured three times in the flow so far, CNT = 3 this time. Therefore, the process proceeds from step S225 to step S227, and the initial measurement routine is terminated. With the above initial measurement routine, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is obtained when the position of the lens 103 is controlled in the vicinity of the lower limit position, the optimum design position, and the upper limit position.

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。   In this embodiment, since the movable range of the lens 103 is large, even if the dynamic range in the aberration measurement of the interferometer 41 is not so large by measuring the wavefront aberration at a plurality of positions of the lens 103, the lens 103 is always once. Makes it possible to measure wavefront aberration. Of course, when the dynamic range of the interferometer 41 in aberration measurement is sufficiently large, the wavefront measurement may be performed only in a state where the lens 103 is controlled to the optimum design position.

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。   Subsequently, the flow of the aberration adjustment routine of FIG. 11 will be described with reference to FIG. The aberration adjustment routine is an adjustment flow for minimizing the aberration of the entire projection optical system 1 under a state where each lens of the projection optical system 1 is not generating heat.

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。   In step S243, the flow is started from step S241. In step S243, the control target position of the lens 103 in the optical element driving device for minimizing the aberration of the projection optical system 1 from the three wavefront aberration information acquired in FIG. Is calculated. Subsequently, in step S245, driving amounts Z1M to Z3M of the three coarse motion motors for driving the lens 103 to the optimum position are calculated. In step S247, the three motors 114m are driven using the calculated value as a target value. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t217 to t218.

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。   In step S249, the wavefront aberration of the projection optical system 1 is measured by the interferometer 41. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t218 to t219. In step S251, the magnitude of the measured wavefront aberration is determined, and if it is equal to or smaller than a predetermined value, the process jumps to step S271. That is, in this step, the wavefront aberration of the projection optical system 1 should originally be adjusted to an extremely small value, but the measurement error of the wavefront aberration acquired in FIG. 10 or the motor 114m constituting the coarse motion mechanism Due to the drive error, there may be a case where a predetermined amount or more of residue is generated in the wavefront aberration measured in step S249. Therefore, if the wavefront aberration is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step S253, and the drive target values Z1p, Z2p, and Z3p of the three piezoelectric actuators 112 for eliminating the residual wavefront aberration are calculated. In step S255, the three piezoelectric actuators are driven. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t219 to t220.

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。   In step S257, the driving control residue of the lens 103 is calculated from the values of the three Z displacement detection sensors shown in FIG. 3, and the size of the control residue is determined in step S259. If the control residue is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S261, where the drive target values Z1p, Z2p, and Z3p of the three piezoelectric actuators 112 are recalculated, and steps S255 to S259 are repeatedly executed.

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。   When the above control is executed and the control residue of the lens 103 converges to a predetermined value or less in step S259, the process returns to step S249 to remeasure the wavefront aberration. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t220 to t221. In step S251, the wavefront aberration is re-determined. If the aberration is equal to or smaller than the predetermined value, that is, if the imaging performance of the projection optical system 1 can be adjusted to the predetermined performance, the process proceeds to step S271. The position of the lens 103 is stored. In step S273, power supply to the three piezoelectric actuators 112 is stopped, the extension of the actuators is canceled, and the initial length state is restored. In the timing chart of FIG. 12, this corresponds to the operation from time t221 to t222. In step S275, the aberration adjustment routine is terminated.

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。   By the above initial measurement routine and aberration adjustment routine, the aberration reduction adjustment in the manufacturing stage of the projection optical system 1 is completed. The projection optical system 1 is separated from the main body of the semiconductor exposure apparatus, transported to a delivery destination, and again subjected to semiconductor exposure. Built into the device body.

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。   Further, before the semiconductor exposure apparatus is operated for wafer production at the delivery destination, the flow shown in FIGS. 10 and 11 is executed again to correct a minute position shift of each lens due to vibration during transportation. The imaging performance of the projection optical system 1 can always be maintained in the best state.

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。   Next, during operation of the semiconductor exposure apparatus, that is, during the process of printing an image of a reticle on which a semiconductor circuit pattern is formed on a wafer such as silicon, various components of the optical performance of the projection optical system 1, such as wavefront aberration, A process of correcting and driving the optical element driving device in real time so as to minimize the operation will be described.

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。   FIG. 9 shows the arrangement of the semiconductor exposure apparatus during the aberration measurement and adjustment process. The member is returned to the original by the following procedure.

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。   First, the optical path switching mirror 35 is inserted in the left direction in the optical path of the laser light emitted from the laser light source unit 32, and the laser light is incident on the exposure illumination means 33. Further, the reticle stage 22 is driven, the total reflection mirror 42 and the collimator lens 44 are retracted leftward from the optical axis of the projection optical system 1, and instead the reticle 21 enters the optical axis. Further, the wafer stage 15 is driven, the spherical mirror 16 is retracted in the left-right direction from the optical axis of the projection optical system 1, and the wafer 14 is moved into the optical axis instead. With the above operation, the semiconductor exposure apparatus is set to the wafer exposure mode shown in FIG.

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。   FIG. 13 shows an exposure correction routine for driving and controlling the optical element driving device shown in FIG. 3 to adjust the imaging performance of the projection optical system 1 to the best one after another when the semiconductor exposure apparatus shown in FIG. FIG. 14 is a timing chart at the time of execution of the flow of FIG. 13, the horizontal axis is the time or the adjustment process, and the vertical axis is the coarse motion mechanism and the fine motion in terms of displacement in the Z direction of the drive mechanism 110, as in FIG. The output displacement of the mechanism. The flow of FIG. 13 will be described with reference to FIG.

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。   The flow is started from step S301, and in step S303, the control position of the lens 103 corresponding to the minimum wavefront aberration state of the projection optical system 1 stored in step S271 of FIG. 11 is read.

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。   In step S305, driving amounts Z1p to Z3p of the three piezoelectric actuators 112 for driving the lens 103 in FIG. 3 to the reading position are calculated. In step S307, the three piezoelectric actuators are driven.

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。   In step S309, the drive control residue of the lens 103 is calculated from the values of the three Z displacement detection sensors shown in FIG. 3, and the size of the control residue is determined in step S311. If the control residue is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S313, the drive target values Z1p to Z3p of the three piezoelectric actuators 112 are recalculated, and steps S307 to S313 are repeatedly executed.

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。   When the above control is executed and the control residue of the lens 103 converges to a predetermined value or less in step S311, it is considered that the imaging performance of the projection optical system 1 has reached the performance required for wafer exposure, and step S321. Jump to.

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。   In step S321, the wafer 14 is supplied onto the wafer stage 15 of FIG. In step S323, the pressure of the gas circulating in the lens barrel of the projection optical system 1 is detected from the pressure sensor output (not shown), and the lens position correction amount due to the refractive index variation is calculated. In step S325, the main body CPU 811 reads a look-up table relating to the drive waveform of the driven lens 103 for correcting the change in optical characteristics caused by the illumination light being absorbed by each lens of the projection optical system and generating heat. In step S327, the correction values calculated in steps S323 and S325 are converted into drive amounts Z1p to Z3p of the three piezo actuators 112 that drive the lens 103. In step S329, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator to drive the lens 103.

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。   In step S331, the drive control residue of the lens 103 is calculated from the values of the three Z displacement detection sensors shown in FIG. 3, and the size of the control residue is determined in step S333. If the control residue is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S335, the drive target values Z1p to Z3p of the three piezoelectric actuators 112 are recalculated, and steps S329 to S335 are repeatedly executed.

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。   When the above control is executed and the control residue of the lens 103 converges to a predetermined value or less in step S333, the process jumps to step S341 to expose the wafer 14. In step S343, it is determined whether or not the exposure of the entire area of the wafer 14 has been completed. If exposure to the entire area has not been completed, the unexposed area of the wafer 14 is moved into the imaging area of the projection optical system 1 in step S345, the process returns to step S323, and steps S323 to S345 are repeatedly executed. To do.

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。   When the exposure of the entire area of one wafer is completed, the process jumps from step S343 to step S351, the exposed wafer is discharged, and the process proceeds to step S353. In step S353, it is determined whether or not the exposure of the specified number of wafers is completed. If not completed, the process returns to step S321 to supply the unexposed wafer, and steps S323 to S353 are repeatedly executed. The exposed wafer is exposed sequentially. When the exposure of the specified number of wafers is completed, the process proceeds from step S353 to step S355, and energization to the three piezoelectric actuators 112 is stopped. In step S357, the exposure correction routine is terminated.

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。   The above operation will be described with reference to the timing chart of FIG. First, the lens driving to the wavefront aberration minimum position executed in steps S303 to S313 in FIG. 13 corresponds to the operation from time t31 to t32 in the timing chart in FIG. Since the actual required time is about several seconds, FIG. 14 shows an enlarged view in the time axis direction.

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。   Next, lens driving associated with exposure of a specified number of wafers in steps S321 to S353 in FIG. 13 corresponds to the operation from time t32 to t33 in the timing chart of FIG. In this operation, since a plurality of wafers are continuously exposed at a high speed, the temperature of the lens due to absorption of illumination light rises substantially continuously. Accordingly, the driving waveform of the lens 103 for correcting the aberration fluctuation accompanying the temperature rise is programmed in advance so as to become a substantially continuous waveform as the wafer exposure operation proceeds as shown in FIG. Since the actual required time from time t32 to t33 is about several tens of minutes, in FIG. 14, it is shown reduced in the time axis direction.

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。   Finally, the stopping operation in steps S355 to S357 in FIG. 13 corresponds to the operation from time t33 to t34 in the timing chart in FIG. In this operation, since the illumination optical system is turned off for the initialization operation of the projection optical system 1 and the wafer stage 15 or the reticle exchange, the heat generation of the projection optical system is stopped and the temperature continuously decreases. Therefore, the driving waveform of the lens 103 for correcting the aberration fluctuation accompanying the cooling is programmed in advance so as to become a substantially continuous waveform according to the stop time of the exposure job as shown in FIG.

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。   In the description of the above embodiments, the timing charts of FIGS. 8, 12, and 14 represent the displacement of one set of the three sets of Z drive mechanisms provided in each optical element driving device. However, it is needless to say that each of the three sets is controlled with an optimum driving amount.

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。   Also, the flow charts of FIGS. 7 to 13 are of course driven with optimum parameters for each of a plurality of sets of optical element driving devices of the projection optical system 1, that is, for each lens unit.

［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。 [Modification]
In the above embodiments, the coarse movement mechanism is constituted by an ultrasonic motor and a linear movement mechanism, but the motor may be a step motor, a direct current motor or the like. As the encoder for detecting the rotation amount of the motor, a laser rotary encoder using a diffraction grating, an encoder using a photo interrupter and a slit plate, and the like are suitable. Alternatively, instead of detecting the rotation of the motor, a potentiometer that detects the displacement of a linear motion mechanism such as a ball screw may be substituted.

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。   Further, the displacement detecting means of the lens frame 104 is a laser interference type length measuring device, but a linear scale means using a laser light source and a diffraction grating may be used.

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。   The optical element of this embodiment is a lens, but it may be an optical element such as a parallel flat glass, a curved mirror, or a flat mirror.

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。   As the wavefront aberration measuring means of the projection optical system, an interferometer incorporated in a semiconductor exposure apparatus as shown in FIG. 9 is used, but a dedicated wavefront aberration as described in Japanese Patent No. 3352298 is used. Measurement means may be used.

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。   In this embodiment, the optical element driving apparatus is applied to a semiconductor exposure apparatus, but the same effect can be obtained by applying it to a substrate exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal monitor substrate, a plasma display panel, and other substrates. Of course.

［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。 [Industrial applicability]
The present invention provides an optical element driving apparatus with a large stroke and high accuracy, and is particularly useful for a projection optical system used in a semiconductor exposure apparatus or the like.

本発明の駆動機構の構造図である。It is a structural diagram of the drive mechanism of the present invention. 本発明の半導体露光装置の全体図である。1 is an overall view of a semiconductor exposure apparatus of the present invention. 本発明の光学要素駆動装置の全体図である。1 is an overall view of an optical element driving device of the present invention. 本発明の駆動機構の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the drive mechanism of this invention. 本発明の半導体露光装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the semiconductor exposure apparatus of this invention. 本発明の光学要素駆動装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the optical element driving device of the present invention. 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。It is a unit test | inspection flowchart of the optical element drive device of this invention. 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。It is a timing chart in the unit test | inspection of the optical element drive device of this invention. 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。It is a block diagram at the time of the aberration measurement of the projection optical system of this invention. 本発明の投影光学系の収差計測フロー図である。It is an aberration measurement flowchart of the projection optical system of the present invention. 本発明の投影光学系の収差調整フロー図である。It is an aberration adjustment flowchart of the projection optical system of the present invention. 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。It is a timing chart in the aberration measurement and adjustment flow of the projection optical system of the present invention. 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。It is an aberration correction flowchart when the semiconductor exposure apparatus of the present invention is in operation. 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。6 is an aberration correction timing chart when the semiconductor exposure apparatus of the present invention is in operation.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projection optical system 10 Lens control means 11 Semiconductor exposure apparatus main body 14 Wafer 15 Wafer stage 16 Spherical mirror 21 Reticle 22 Reticle stage 31 Illumination unit 32 Laser light source unit 33 Exposure illumination means 34 Aberration measurement illumination means 35 Illumination optical path switching mirror 41 Interferometer 42 Total reflection mirror 43 Half mirror 44 Collimator lens 71 Lens control means 101 Fixed barrel 102 Lens position detection means 103 Lens 104 Lens frame 110 Drive mechanism 111 Displacement enlarging member 112 Piezo actuator 113 Piezo adjustment screw 114 Motor drive mechanism 114a Ball screw 114m Motor body 114e Motor encoder 115 Direction changing member 711 Lens CPU
721 Z mechanism control means 722 Piezo driver 724 Motor driver 731 Lens position detection means 732 Z displacement detection sensor 734 Lateral displacement detection sensor 811 Main body CPU
812 Mount control means 814 Illumination control means 816 Reticle stage control means 818 Wafer stage control means 820 Interferometer control means

Claims (6)

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。   In an optical element driving device comprising: an optical element; a plurality of sets of driving mechanisms arranged adjacent to the optical element to drive the optical element linearly or tilted; and a base member that holds the driving mechanism. The drive mechanism is a first drive means, a second drive means having a drive stroke and drive accuracy different from those of the first drive means, and a means for synthesizing drive displacement outputs of the first and second drive means. An optical element driving device comprising: 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。   2. The optical element driving device according to claim 1, wherein the first driving means includes a motor and linear motion means for converting rotational motion of the motor into linear motion. 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。   The optical element driving apparatus according to claim 1, wherein the second driving unit includes a piezoelectric actuator. 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。   The drive mechanism is controlled based on outputs of a first position detection unit that detects an output displacement of the first drive unit and a second position detection unit that detects a displacement of the optical element with respect to the base member. The optical element driving device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element driving device is provided. 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。   2. When driving the first or second driving unit, when driving one driving unit, the output displacement of the other driving unit is controlled to be substantially constant. The optical element driving device according to claim 4. 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。   A projection optical system including the optical element driving device according to claim 1, an illuminating unit, a mask holding unit, and a photosensitive substrate holding unit, and driving the optical element driving unit. To adjust the projection relationship between the mask and the photosensitive substrate by the projection optical system.
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