JP2008090293A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ６自由度方向に精度よく対象物を駆動することのできる薄型の駆動装置を提供すること。
【解決手段】 それぞれ一対のピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂを備える３つの駆動ユニット１１５を有し、駆動対象を６軸方向に駆動可能な駆動装置であって、各駆動ユニット１１５は、各ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂが同一のα軸に沿った方向で対向して駆動力を伝達するよう配置されていると共に、各ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂによる駆動方向とは異なる方向に駆動力を伝達するためのリンク機構１１５ａ〜１１５ｄをピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂの間に有すること。
【選択図】 図７

Description

本発明は駆動装置に関し、例えば、半導体露光装置の光学系を構成する光学要素を駆動するのに好適に用いられるものである。

半導体素子やマイクロデバイスの製造におけるリソグラフィ工程で使用される半導体露光装置は、原版（レチクル）に形成されたパターンを基板（シリコンウエハ）に露光転写する装置である。半導体素子の集積度は年々増す一方であり、この高集積度の回路パターンを作成するためには、投影光学系の収差やディストーションの低減が不可欠である。

半導体露光装置の光学系を構成する光学要素の駆動装置として、平行板ばねを用いた機構が特許文献１で提案されている。特許文献１に開示された駆動装置では、駆動流体を用いて２つの平行な板ばねで挟まれた空間の圧力、もしくは体積を変化させ、光学要素を駆動している。

また、特許文献２には、３つのフレクシャ（弾性ヒンジ）機構を用いることにより、可動レンズを光軸方向及び光軸と直交する２軸方向にシフト駆動すると共に、光軸と直交する２軸周りにチルト駆動可能な構造が開示されている。特許文献２にでは、水平方向駆動レバーと垂直方向駆動レバーの回動変位を、フレクシャ機構の変位出力部の水平及び垂直方向のシフト変位に変換している。
特開２０００−３５７６５１号公報 特開２００２−１３１６０５号公報

しかしながら、特許文献１において開示された駆動機構は、半導体デバイスパターンの高精細化に伴い、駆動精度（光学素子の移動に伴う平行偏芯や傾き）が要求精度を満足することが困難になってきている。

また、特許文献２において開示された駆動機構は、水平方向駆動レバーと垂直方向駆動レバーの先端変位を調整ワッシャと調整ボタンで調節するものであり、レンズの駆動変位を自動制御する構造とはなっていない。仮に、調整ワッシャと調整ボタンとをピエゾアクチュエータ等に置き換えて自動調節可能な構造としても、アクチュエータが光軸方向に張り出し、光軸方向の厚さが大きくなってしまう。

本発明は、上記従来技術を鑑み、薄型でありながら、６自由度方向に精度よく対象物を駆動することのできる駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、それぞれ一対のリニアアクチュエータを備える３つの駆動ユニットを有し、駆動対象を６軸方向に駆動可能な駆動装置であって、各駆動ユニットは、一対のリニアアクチュエータが同一の軸に沿った方向で対向して駆動力を伝達するよう配置されていると共に、一対のリニアアクチュエータによる駆動方向とは異なる方向に駆動力を伝達するためのリンク機構を一対のリニアアクチュエータの間に有することを特徴としている。

本発明の駆動装置によれば、薄型でありながら、６自由度方向に精度よく対象物を駆動することができる。

以下、本発明の駆動装置の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の駆動装置が適用される半導体露光装置の概略構成の一例を示す図である。

本実施例の露光装置は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、レチクルに形成された回路パターンをウエハに露光する投影露光装置である。以下、ＥＵＶ光を用いた露光装置を説明するが、ＫｒＦあるいはＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ２レーザー等、ＥＵＶ光以外の露光光を発する光源を用いた露光装置にも、本発明の駆動装置は適用可能である。

かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施例ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナ」とも呼ばれる。）を例に説明する。

図１を参照して、本実施例の露光装置は、レチクル５を載置する不図示のレチクルステージと、ウエハ８を載置するウエハステージ９と、レチクル５に形成された回路パターンの像をウエハ８上に投影する投影光学系１を有する。

またＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、少なくとも、ＥＵＶ光が通る光路中（即ち、光学系全体）は真空雰囲気となっている。

レチクル５は反射型レチクルであり、その上には転写されるべき回路パターンが形成されている。このレチクル５は、静電チャック等を用いてレチクルステージに支持、固定されており、レチクルステージと一体的に駆動される。レチクル５から発せられた回折光は、投影光学系１で反射されてウエハ８上に投影される。本実施例の露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル５とウエハ８とを同期して走査させながら、レチクル５のパターンをウエハ８上に縮小投影する。

投影光学系１は、複数の反射ミラー（光学素子１０３）で構成される。複数のミラーの枚数は、４枚から８枚程度である。図１では、６枚のミラー系の例を示した。４枚から８枚程度の少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いるのが良い。投影光学系１の開口数（ＮＡ）は、０．２から０．４程度である。

設置される床の振動が投影光学系１、更にはそれを構成する各ミラーに伝達しないよう、鏡筒定盤２とベースフレーム３は除振機構４を介して締結される。

１０は光学素子制御手段で、所定の制御フローに従って光学素子の駆動装置を制御する。具体的には、露光収差やアライメント情報から得られる倍率誤差などの誤差量を最小化するように計算された結果、プログラムに基づいて駆動装置に指令を与え、所定の光学素子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。

図２は、本実施例の駆動ユニット１１５と、３つの駆動ユニット１１５を搭載して、光学素子を所望の方向に駆動可能な駆動装置を示した図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図は図３に示している。

図２及び図３において、１０１は固定鏡筒である。固定鏡筒１０１は、後述する駆動ユニット１１５及び位置検出ユニット１０２を固定する平坦部と、上下に隣接する他の光学素子と結合するための側壁部を有する。図では固定鏡筒１０１は円筒形状で示してあるが、この限りではない。１０４は光学素子支持枠で、光学素子を支持する支持部材としての役割を持つ。１１５は駆動ユニットで、同一の駆動ユニット３つが固定鏡筒１０１の底面平坦部に設置される。１０２は、光学素子支持枠１０４あるいは保持機構１０６の光軸方向変位及び光軸と直交する方向変位、並びにその直交並進軸方向周りの角度を検出する位置検出ユニットである。位置検出ユニットとしては、干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度、計測距離範囲に応じて好適に用いられる。

光学素子１０３が、光軸に対して回転対称の形状である場合は、駆動ユニット１１５を光軸に対して１２０度等角度方向、かつ光軸から等距離に配置することが設計上容易に可能である。しかしながら、図１に示すような反射型の投影光学系の場合、光路を遮ることのないように鏡筒内構造物を配置しなければならず、駆動ユニット１１５の配置の自由度が限られている。このような場合は、駆動ユニット１１５と光学素子支持枠１０４の３箇所の接触部が作る三角形の図心が、３個の駆動ユニット１１５が支える可動部の重心を、三角形が作る平面に投影した点と一致していることが望ましい（図４参照）。不一致の度合いが大きい場合は、姿勢制御性能が悪化しやすく、結果として結像性能の劣化に繋がりやすい。一致の範囲としては、光学系の敏感度、制御構成等にもよるが、可動部の重心を上記三角形に投影した点が、その三角形の内側にあるのが良い。

図５は、駆動ユニット１１５と光学素子支持枠１０４の連結状態を示した一例である。このように、駆動ユニット１１５と光学素子支持枠１０４の間に、かわし機構１０７を設けてもよい。かわし機構１０７により、駆動ユニット１１５の動作による力が光学素子支持枠１０４に加わることを原因とした光学素子１０３の面の変形を抑えることができる。かわし機構１０７は、一例として、図のように立方体のブロックの４方向からワイヤ放電加工などでスリット加工を施し、十字ばねになっている構造である。このかわし機構１０７を駆動ユニット１１５に取り付ける際には、スリット加工を施していない２面のうち一方の面を駆動ユニット１１５の出力面にネジで固定し、他方の面を光学素子支持枠１０４にネジで固定する。駆動ユニット１１５とかわし機構１０７の固定は、駆動ユニット１１５の下面よりネジで固定する例で示してある。

３つの駆動ユニット１１５及びかわし機構１０７のＺ方向の高さは厳密には同一でない。したがって、かわし機構１０７の高さを、たとえば５ｕｍピッチで加工しておき、スペーサの代わりに付け替えることで、相対的に３箇所の高さを揃え、光学素子支持枠１０４を水平にすることも可能である。この結果、意図しない光学素子１０３の変形を軽減することが可能となる。

ところで、光学素子１０３と光学素子支持枠１０４の間には保持機構１０６があり、この保持機構１０６は光学素子１０３への変形伝達を軽減する働きを持つ。このため、保持機構１０６の変形軽減性能や光学素子１０３の変形による結像性能への敏感度によっては、かわし機構１０７を設けなくても良い場合がある。なお、保持機構１０６は、投影光学系１の組み立て調整の工程における位置や、形状の取り付け再現性を補償するための機能も果たしている。

図６に保持機構１０６の一例を、展開斜視図にて示す。保持機構１０６は、主に２個の部品から構成されている。第１ブロック１０６ａは、左右に、板ばねを備え、その先の固定部によって、光学素子支持枠１０４に固定される構造となっている。光学素子１０３とは、第１ブロックに設けたコーン形状に鋼球（ともに不図示）を入れ、ミラーに設けた半径方向の突起上の溝部と接触される。第２ブロック１０６ｂは、第１ブロックに設けたコーン部と２等辺三角形を形成するようにコーン形状を設け、鋼球１０８を介してミラーに設けた第１ブロックに結合される反対面の二つの溝によって固定される。この際、固定力を一定にするために、第２ブロック１０６ｂには板ばね部が２箇所設けられており、このたわみ量を一定にすることで行う。

固定鏡筒１０１に取り付けた位置検出ユニット１０２によって、光学素子１０３の姿勢を検出すると上で述べたが、検出ユニットのターゲットは、光学素子１０３、保持機構１０６、光学素子支持枠１０４のいずれかに設けられているのが望ましい。保持機構１０６や光学素子支持枠１０４が十分剛でなく、光学要求精度を満足できない場合は、光学素子１０３にターゲットを設けるのが良い。

保持機構１０６に検出ユニット１０２のターゲットを設ける場合は、たとえば第１ブロック１０６ａや第２ブロック１０６ｂをターゲットと兼ねることが可能である。検出ユニットとして干渉型測長器を用いる場合は反射鏡を、静電容量型の測長器を用いる場合は、ターゲット電極を取り付けるなどの構成となる。

光学素子位置検出ユニット１０２は、図２，３に一部示したように、Ｚ軸方向に３箇所、各Ｘ，Ｙ面に沿った方向に３箇所設ける。図２は、Ｚ方向の検出ユニットと、Ｘ，Ｙ面に沿った方向の検出ユニットが一体に構成された例である。

以上から３つ駆動ユニット１１５を任意に動作させることで、駆動対象である光学素子１０３を６軸方向に動作させることが可能になる。そして、位置検出ユニット１０２の検出結果をもとに、光学素子１０３が所望の位置になるように制御系を構成すれば、高い位置決め精度を備えた光学素子の駆動装置を実現できる。

次に図７を用いて、駆動ユニット１１５の詳細を説明する。図７では、図１〜３で示した露光装置全体の座標系と区別するために、ローカルな直交座標系α，β，γを定義している。

駆動ユニット１１５は、一対のリニアアクチュエータと、その間に設けられたリンク機構を有している。リンク機構は、一対のリニアアクチュエータの駆動力をアクチュエータの駆動方向とは異なる方向に伝達するための機構であり、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る。図７において、１１２ａ，１１２ｂはリニアアクチュエータの一例としての積層型のピエゾアクチュエータである。ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂは、同一の軸に沿った方向（α軸に沿った方向）で対向して駆動力を伝達するよう配置されている。各ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂは、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、α軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する圧電アクチュエータである。

１１３はピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂの寸法誤差を補正し、かつ与圧を与えるための調整ネジである。調整ネジ１１３は、駆動ユニット１１５とピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂの間に介在される。この調整ネジはナットにより固定することができる。

１１４は駆動ユニット取り付けネジである。駆動ユニット１１５はこのネジ１１４により固定鏡筒１０１に対してネジ締結される。図７に示すように、駆動ユニット１１５は、その下面の一部で固定鏡筒１０１に取り付けられているが、これはアクチュエータによる駆動力が鏡筒を変形させ、光学素子位置検出手段１０２の誤差が発生するのを軽減するためである。固定鏡筒１０１の平坦部が厚いなど剛性が十分高い場合には、位置検出ユニットへの影響が小さくなるため、駆動ユニット１１５の下面全面で接するようにして固定鏡筒に締め付けてもよい。

次に駆動ユニット１１５の製作方法について説明する。

駆動ユニット１１５は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図７（ｂ）に示したリンク機構の外形部をフライス加工により形成する。次いで、穴あけ加工機を用いて、固定鏡筒に取り付けるためのネジ用丸穴を加工したのち、調整ネジ１１３を装填するための調整ネジ穴を加工する。そして、弾性ヒンジ部を精密に形成するためにワイヤ放電加工し、加工が完了する。

固定鏡筒１０１への駆動ユニット１１５の取り付けは、固定鏡筒１０１に位置決めピンに突き当てるなどして、正確に取り付ける。次に、駆動ユニット１１５にピエゾアクチュエータを側面より一個ずつ装填し、調整ネジ１１３で予圧量が一定量になるように締め込み、ナットで固定して組み立てが完了する。予圧量の管理は、光学素子枠駆動リンク１１５ｇの上面にダイヤルゲージ等の高さ測定器を当て、γ軸方向の上昇量が一定値になるように予圧調整ネジを締めこむことで行うことができる。このような駆動ユニット１１５の場合、左右二つのピエゾアクチュエータの予圧量も一定であることが望ましいので、光学素子枠駆動リンク１１５ｇの横方向（α方向）の変位もダイヤルゲージなどで測定しながら予圧調整を行うのが良い。

図８は駆動ユニット１１５のリンク動作を説明するための図である。

ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂに設けられた電極端子（不図示）に任意電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂの全長Ｌはそれぞれα軸方向にｄｘ１，ｄｘ２（図では左向き）だけ伸張する。それに伴い、ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂにそれぞれ対応する一対の直動案内リンク機構である水平リンク１１５ａ，１１５ｂも、それぞれおよそｄｘ１，ｄｘ２だけ変位する。

するとα軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク１１５ｃ，１１５ｄが回動し、光学素子枠駆動リンク１１５ｇをγ軸方向にｄｚ上昇させ、α軸方向にｄｘ３変位させる。左右のピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂにより与えられる変位量ｄｘ１，ｄｘ２が、等しければｄｘ３はほぼゼロとなり、γ軸方向のみに出力変位を得る。このγ軸方向変位ｄｚは、水平リンク１１５ａ，１１５ｂの変位の概ね平均値のｃｏｔθ倍の変位となる。ここで、この倍率を方向変換リンク１１５ａ，１１５ｂの幾何倍率と呼び、λ（＝ｃｏｔθ）と定義する。

ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂのわずかな発生変位から大きな変位を取り出し、広範囲な光学要素の駆動量を実現するには、λを大きくとるのが望ましい。λを大きく取るにはθを小さくとるのが良い。しかし拡大率を大きくとると、駆動ユニット１１５の固有振動数の低下につながり、例えば鏡筒外部からの振動を光学素子１０３に伝え、像性能を悪化させる原因になったり、駆動速度の低下につながったりする。このため拡大率の大きさには、配慮が必要である。光学素子１０３を調整駆動する目的の駆動装置の場合、この幾何倍率λは、０．５以上２以下でとるのが、特に振動特性上好ましい。またγ軸方向のスペースの点から、駆動ユニット１１５の方向変換リンク１１５ｃ，１１５ｄのα軸となす角θは３０から６０度の間でとるのが良い。この場合、幾何倍率λはおよそ０．５７〜１．７２の間を取ることになる。

以上のごとく、ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂの伸張に伴って光学素子枠駆動リンク１１５ｇがγ方向及びα方向に移動するが、このリンクはこの２方向のみに変位し、β方向には変位しないことが望ましい。そこで、光学素子枠駆動リンク１１５ｇのγ軸方向の案内（ガイド）のために、その左右両側にサポートリンク１１５ｅ及び１１５ｆを連結している。更に、ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂがα軸に沿って動作するように、サポートリンク１１５ｓ及び１１５ｔを連結している。このように補助リンクを設けることにより、光学素子枠駆動リンク１１５ｇがγ方向及びα方向のみに移動するようにしている。

このようなγ方向、α方向２方向に動作可能な駆動ユニット１１５を、図２に示すように可動部の周囲に配置し、任意に合計６個のピエゾアクチュエータを動作させることで、光学素子支持枠１０４並びに光学素子１０３を６自由度に動作させることが可能となる。

図９は、図１に示した露光装置の露光動作や光学素子駆動動作を制御するための制御ブロック図である。２１は露光装置全体の動作を制御する本体ＣＰＵ、３１は鏡筒マウント３の除振動作を制御するマウント制御手段、４１は照明ユニットの照明モードや光量を制御する照明制御手段である。更に６１はレチクルステージの駆動制御を行うレチクルステージ制御手段、９１はウエハステージ９の駆動制御を行うウエハステージ制御手段である。

１０は光学素子制御手段で、複数の光学素子ＣＰＵ１１を有し、各光学素子ＣＰＵは、図２に示した１個の光学素子の駆動制御を行う。各光学素子ＣＰＵ１１には、６個のピエゾドライバ１２が接続され、各ピエゾドライバは、図２の３つ駆動ユニットに内蔵された各ピエゾアクチュエータ１１２ａ，１１２ｂを駆動させる。

また各光学素子ＣＰＵ１１には、６つの位置検出ユニット１０２が接続される。６つ検出ユニットのうち、３つの位置検出ユニット１０２は、光学素子１０３、光学素子支持枠１０４、あるいは保持機構１０６のいずれかの共軸に沿った方向、すなわちＺ軸方向の変位を検出する。残り３つ位置検出ユニット１０２は、光学素子１０３、光学素子支持枠１０４、あるいは保持機構１０６近傍のいずれかの水平面内方向の位置を検出する。他の光学素子ＣＰＵ１１も、上記と同様にピエゾドライバと位置検出ユニットが接続される。

実施例２の駆動装置について説明する。本実施例の駆動装置は、駆動ユニットの構成が実施例１と異なるが、その使用方法、制御方法などは実施例１と本質的に同じである。

図１０は、実施例２の駆動ユニットの構成を説明するための図である。図７と同一の符号の部材は、同一の機能を有するため説明を省略する。

２１５が本実施例の駆動ユニットである。駆動ユニット２１５は一対のリニアアクチュエータと、その間に設けられたリンク機構を有している。２１２ａ，２１２ｂは、実施例１と同様の積層型のピエゾアクチュエータである。２１３は、ピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂの寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるための調整ネジである。

本実施例のピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂは、それぞれ内側アクチュエータホルダ２１６ａ，２１６ｂ及び外側アクチュエータホルダ２１７ａ，２１７ｂに挟み込まれる構成となっている。内側及び外側アクチュエータホルダには、ピエゾアクチュエータの形状誤差や、駆動ユニット２１５の形状誤差などに起因するモーメントを軽減するための弾性ヒンジＨ３７，Ｈ３８，Ｈ４７，Ｈ４８（図１１参照）が設けられている。

また、内側アクチュエータホルダ２１６ａ，２１６ｂにはＵ字溝があり（弾性ヒンジ部とは異なる）、駆動ユニット２１５に構成された位置決めピン２１８でγ軸方向の位置を拘束されるようになっている。一方の外側アクチュエータホルダ２１７ａ，２１７ｂの外側には、穴が設けられ（不図示）、調整ネジ２１３の先端に設けられたエンボスと嵌合することで、位置合わせが行われつつ、ネジを回し進めることで予圧調整可能な構造となっている。

２１４は駆動ユニット取り付けネジである。駆動ユニット２１５は、固定鏡筒１０１に対してネジ２１４によりネジ締結される。

図１０（ｂ）に示すように、駆動ユニット２１５の両端の取り付け面近傍には、更なる弾性ヒンジ２１５ｈ，２１５ｉが設けられている。これはピエゾアクチュエータの駆動力を固定鏡筒１０１に伝達するのを軽減する役割と、駆動ユニット２１５と固定鏡筒１０１との熱膨張係数差に起因する熱ひずみを軽減する役割がある。固定鏡筒１０１は熱変形を軽減するために、スーパーインバーなどのできるだけ熱膨張係数の小さい材料を用いることが多い。一方、駆動ユニット２１５は、高剛性や、高耐力の材料を選ぶことが多い。このような材料の組み合わせを選択した場合、露光熱などによって発生する熱ひずみが位置検出ユニットの姿勢誤差を引き起こし、光学素子の位置決め精度の低下を招く恐れがある。これを軽減するために、駆動ユニット２１５の寸法の大きい方向の両端（長手方向の両端）の固定部近傍に弾性ヒンジ２１５ｈ，２１５ｉを設けている。

なお、固定鏡筒１０１の剛性が十分高い場合には、位置検出ユニットへの影響が小さくなる。したがって、この場合、駆動ユニット２１５の下面全面で固定鏡筒１０１に接するようにしたり、駆動ユニット２１５両側の追加の弾性ヒンジ２１５ｈ，２１５ｉを用いずに固定鏡筒１０１に締め付けたりしてもよい。

図１１は駆動ユニット２１５のリンク動作を説明するための図である。

ピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂに設けられた電極端子（不図示）に任意電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂの全長Ｌはそれぞれα軸方向にｄｘ１，ｄｘ２（図では左向き）だけ伸張する。同時に、水平リンク２１５ａ，２１５ｂもそれぞれｄｘ１，ｄｘ２だけ変位する。

するとα軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク２１５ｃ，２１５ｄが回動し、光学素子枠駆動リンク２１５ｇをγ軸方向にｄｚ上昇させる。この結果、駆動対象がα軸方向にｄｘ３変位することになる。左右のピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂにより与えられる変位量ｄｘ１，ｄｘ２が等しければ、ｄｘ３はほぼゼロとなり、γ軸方向のみに出力変位を得る。光学素子１０３を駆動調整する目的の場合、実施例１と同様に幾何倍率λは０．５以上２以下であることが好ましい。

以上のごとく、ピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂの伸張に伴って、実施例１と同様に、光学素子枠駆動リンク２１５ｇがγ方向及びα方向に移動する。このような動作を行う駆動ユニット２１５を、図２に示すように、駆動対象の周囲に３箇所配置し、任意に合計６個のピエゾアクチュエータを動作させることで、光学素子支持枠１０４ならびに光学素子１０１を６軸の駆動を実現できる。

なお、駆動ユニット２１５にある弾性ヒンジのうち方向変換リンク２１５ｃ，２１５ｄの両端にある４個の弾性ヒンジＨ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２は、球面ジョイントの役割が可能なことが望ましい。これによってβ軸方向の動作が可能になる。一方サポートリンク２１５ｅ，２１５ｆ，２１５ｓ，２１５ｔはピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂがα軸上を直動可能にする補助リンクである。また、Ｈ３３，Ｈ３４はサポートリンク２１５ｅの弾性ヒンジであり、Ｈ４３，Ｈ４４はサポートリンク２１５ｆの弾性ヒンジである。Ｈ３５，Ｈ３６はサポートリンク２１５ｓの弾性ヒンジであり、Ｈ４５，Ｈ４６はサポートリンク２１５ｔの弾性ヒンジである。

次に本実施例の駆動ユニット２１５の製作方法について説明する。

駆動ユニット２１５は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図１０に示したリンク機構の外形部をフライス加工により形成する。次に、４個の弾性ヒンジＨ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２に球面ジョイントの役割を持たせるために、弾性ヒンジＨ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２を形成する部分にエンドミルなどによって板状金属ブロックの両側から穴加工を施す（図１２参照）。穴は貫通させず、板状金属ブロックの中央に必要な厚さが残るように加工する。その後ワイヤ放電加工などによって、全体の弾性ヒンジを形成する。その結果、弾性ヒンジＨ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２の部分は角柱形状となり、一方向のネジレだけでなく、２方向の回転が可能となり、球面ジョイントの役割を持つことが可能となる。

事前の金属板の中央部薄板を残す穴加工は、放電によって行っても良い。エンドミルなどで加工する場合は、穴の底面が刃のニゲによってテーパ形状となるため、一回り径の小さなエンドミルなどで、底面の平坦化加工を行う必要がある。

組み立ては、図１０（ｃ）の部分分解図を含む斜視図に、ピエゾアクチュエータの組み込み方法を示す。駆動ユニット２１５を固定鏡筒１０１に取り付けた後、内側アクチュエータホルダ２１６ａ，２１６ｂ及び外側アクチュエータホルダ２１７ａ，２１７ｂでそれぞれ挟んだピエゾアクチュエータ２１２ａ，２１２ｂを駆動ユニット２１５に挿入する。

図１２の部分拡大図に示すように、リンク機構のアクチュエータ側端部には、位置決めピン２１８がある。この位置決めピン２１８と内側アクチュエータホルダ２１６ａ，２１６ｂに形成したＵ字溝とが嵌合することによって、アクチュエータ部の位置決めが行われる。外側アクチュエータホルダ２１７ａ，２１７ｂ側には調整ネジ２１３がある。調整ネジ２１３により予圧調整量を管理して、ナットで固定する。予圧調整量の管理は、光学素子枠駆動リンク１１５ｇの上面にダイヤルゲージ等の高さ測定器を当て、γ軸方向の上昇量が一定値になるように予圧調整ネジを締めこむことで行う。本実施例の駆動ユニット１１５の場合、左右二つのピエゾアクチュエータの予圧量も一定であることが望ましいので、光学素子枠駆動リンク１１５ｇの横方向（α方向）の変位もダイヤルゲージなどで測定しながら予圧調整を行うのが良い。

実施例３の駆動装置について説明する。本実施例の駆動装置も、駆動ユニットの構成が実施例１と異なるが、その使用方法、制御方法などは実施例１と本質的に同じである。

図１３は、実施例３の駆動ユニット３１５の構成を説明するための図である。図１３では、固定鏡筒１０１は図示していないが、実施例２と同様に駆動ユニット３１５を固定鏡筒１０１にネジ留めする構成である。図１４は、図１３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、ピエゾアクチュエータ２１３ａ、外側アクチュエータホルダ３１７ａ、調整ネジ３１３の関係を示す。

駆動ユニット３１５は一対のリニアアクチュエータと、その間に設けられたリンク機構を有している。３１２ａ，３１２ｂは、実施例１，２と同様の積層型のピエゾアクチュエータである。３１３は、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるための調整ネジである。

３１７ａ，３１７ｂは、それぞれピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの外側に設けられた外側アクチュエータホルダである。外側アクチュエータホルダ３１７ａ，３１７ｂには、ピエゾアクチュエータの形状誤差や、駆動ユニット３１５の形状誤差などに起因するモーメントがピエゾアクチュエータにかかるのを軽減するための弾性ヒンジＨ３７，Ｈ４７（図１５参照）が設けられている。また、外側アクチュエータホルダ３１７ａ，３１７ｂの外側には、穴が設けられ、調整ネジ３１３の先端に設けられたエンボスと嵌合することで、位置合わせが行われつつ、ネジを回し進めることで予圧調整可能な構造となっている。

本実施例の駆動ユニット３１５の動作原理を図１５に示す。

基本的に原理は実施例２と同じであるが、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの着脱を容易にするために、駆動ユニット３１５を三つに分離可能な構成とした。三つに分離とは、図１５に示すように、中央部３２０と、第１支持ハウジング３２１ａ、第２支持ハウジング３２１ｂのことである。固定鏡筒１０１との固定は、図１１に示すように、実施例２の場合には中央部と両端部の３箇所であった（固定部分をハッチングで示してある）。しかし、本実施例の場合は、中央部のみで固定する構成としてある。但し、本実施例でも、更に両端で固定する３箇所固定の方式をとっても良い。

ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂに設けられた電極端子（不図示）に任意電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの全長Ｌはそれぞれα軸方向にｄｘ１，ｄｘ２（図では左向き）だけ伸張する。同時に、水平リンク３１５ａ，３１５ｂもそれぞれｄｘ１，ｄｘ２だけ変位する。

するとα軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク３１５ｃ，３１５ｄが回動し、光学素子枠駆動リンク３１５ｇをγ軸方向にｄｚ上昇させる。この結果、駆動対象がα軸方向にｄｘ３変位することになる。左右のピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂにより与えられる変位量ｄｘ１，ｄｘ２が等しければ、ｄｘ３はほぼゼロとなり、γ軸方向のみに出力変位を得る。光学素子１０３を駆動調整する目的の場合、実施例１，２と同様に幾何倍率λは０．５以上２以下であることが好ましい。

以上のごとく、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの伸張に伴って、実施例１，２と同様に、光学素子枠駆動リンク３１５ｇがγ方向及びα方向に移動する。このような動作を行う駆動ユニット３１５を、図２に示すように、駆動対象の周囲に３箇所配置し、任意に合計６個のピエゾアクチュエータを動作させることで、光学素子支持枠１０４ならびに光学素子１０３を６軸の駆動を実現できる。

なお、駆動ユニット３１５にある弾性ヒンジのうち方向変換リンク３１５ｃ，３１５ｄの両端にある４個の弾性ヒンジＨ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２は、球面ジョイントの役割が可能なことが望ましい。これによってβ軸方向の動作が可能になる。一方サポートリンク３１５ｅ，３１５ｆ，３１５ｓ，３１５ｔはピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂがα軸上を直動可能にする補助リンクである。また、Ｈ３３，Ｈ３４はサポートリンク３１５ｅの弾性ヒンジであり、Ｈ４３，Ｈ４４はサポートリンク３１５ｆの弾性ヒンジである。Ｈ３５，Ｈ３６はサポートリンク３１５ｓの弾性ヒンジであり、Ｈ４５，Ｈ４６はサポートリンク３１５ｔの弾性ヒンジである。

中央部３２０の形成方法は、概ね実施例２の駆動ユニット２１５と同じである。ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂと直接接する部分に、位置決めピン３２２のある側の面（両側）より穴加工を施し、研削加工にて底面を仕上げる方法をとるのが良い。

第１及び第２支持ハウジング３２１ａ，３２１ｂは、それぞれピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂを囲うように、駆動ユニット中央３２０と接する面側から穴加工が施されている。この穴は、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂとの接触を避けるために、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂより大きな径の穴が良い。さらに側面から溝加工がこの穴と直交するようにあけてある。この溝は第１及び第２支持ハウジング３２１ａ，３２１ｂの内側から外側へピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂの配線を取り出すのに用いたり、外側アクチュエータホルダ３１７ａ，３１７ｂの位置決めガイドとして利用されたりする。

次に本実施例の駆動ユニット３１５の組み立て手順を説明する。

第１工程として、駆動ユニット中央３２０を固定鏡筒（不図示）に裏面からネジ留めする。第２工程として、予め調整ネジ３１３を第１支持ハウジング３２１ａに挿入しておき、外側アクチュエータホルダ３１７ａ、ピエゾアクチュエータ３１２ａを、穴及び溝に挿入する。第３工程として、第１支持ハウジング３２１ａと駆動ユニット中央３２０を固定ネジ３２３で結合する。その際のγ方向の位置決めは、固定鏡筒との間に挟んだスペーサにより行う。β方向の位置決めは、駆動ユニット中央３２０に取り付けられたピンで行う。第４工程として、駆動ユニット中央３２０に対して反対側の第２支持ハウジング３２１ｂなどについても、第１支持ハウジング３２１ａと同様の方法にて組み立てを行う。第５工程として、ピエゾアクチュエータ３１２ａ，３１２ｂへの予圧調整を、実施例１，２と同様に行う。

実施例４の駆動装置について説明する。本実施例の駆動装置は、駆動ユニットの構成が実施例３と類似している。駆動ユニットの使用方法、制御方法などは実施例１と本質的に同じである。

図１６は、実施例４の駆動ユニット４１５の構成を説明するための図である。

図１６において、４１２ａ，４１２ｂは、実施例１，２と同様の一対の積層型のピエゾアクチュエータである。４１３は、ピエゾアクチュエータ４１２ａ，４１２ｂの寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるための調整ネジである。４１５ａ，４１５ｂは、水平リンクである。４１５ｃ，４１５ｄは方向変換リンクである。４１５ｇは、光学素子枠駆動リンクである。

本実施例の駆動ユニットが実施例３のそれと異なる点は、図１７（ｃ）に示すように、駆動ユニット４１５の断面が略平行四辺形になっている点である。実施例３の構成では、駆動ユニットはα方向とγ方向の駆動が可能で、β方向の駆動は積極的にはできない。したがって、３つの駆動ユニットを組み合わせて、図２に示すようなパラレルリンク機構を構成する場合、Ｘ、Ｙ方向の駆動は、駆動ユニットのローカル座標系で言うα方向の変位の組み合わせと、β方向の剛性とがつりあう位置に頼ることになる。α方向の変位は、１つの駆動ユニット中の一対のアクチュエータの発生変位の差分で得られるため、Ｘ，Ｙ方向の変位を大きく取るためには、二つのアクチュエータは大きなストロークを備えておく必要がある。

これに対し、本実施例では、駆動ユニット４１５の断面を平行四辺形にしたため、α，β，γの３方向への変位動作が可能となっている。したがって、実施例３の駆動ユニットに比べてＸ，Ｙ方向の変位を大きく取りやすい。

図１７は、駆動ユニットの断面を平行四辺形にした様子を模式的に表したものである。図１７中の丸（球）は、弾性ヒンジ部をあらわしている。図１７（ａ）は、実施例１〜３の場合であり、方向変換リンク、すなわち実施例３における３１５ｃ，３１５ｄが鉛直に配置されている。一方、図１７（ｂ）は本実施例の場合であり、弾性ヒンジ間のリンク、すなわち４１５ｃ，４１５ｄが鉛直から傾けた配置となっている。傾きの角度は、図１６（ｃ）に示すＡ−Ａ断面図のように、鉛直軸からφである。この傾きφが大きくなる、すなわち鉛直から離れるにつれて、Ｘ，Ｙ方向の可動範囲が大きくとりやすくなる。

本実施例の駆動ユニットを図２のように３つ組み合わせて、図１７（ｂ）で模式的に示したようなパラレルリンク機構を構成する場合は、上部が可動部の中心方向へ倒れるように組み合わせて使用するのが良い。

中央部４２０の加工方法は、左記の実施例と概ね同じであるが、弾性ヒンジを形成するための穴加工は傾けた側面から概ね垂直に形成するのが良い。穴の断面の様子を図１７（ｃ）に示す。α−γ平面に対して垂直に加工しても良いが、動作時に弾性ヒンジの端部に応力が集中しやすくなり得策ではない。

本実施例で述べた駆動ユニットを用いた光学要素駆動装置は、Ｘ−Ｙ方向の可動範囲を比較的大きく取りやすい利点を備えているが、反面Ｚ方向のみへ並進駆動した際にも、可動部にトルクをかけやすい動作方法となっている。この結果、光学素子１０３の面変形を生じさせやすい。したがって、光学敏感度と光学素子１０３を動作させたい方向によって、他の実施例の駆動装置と適宜組み合わせて投影光学系を構成するのも良い。

なお、実施例１〜４では、リニアアクチュエータとして積層型のピエゾアクチュエータを例に挙げて説明したが、回転モータとボールネジを組み合わせた直動機構や流体シリンダによる直動機構を用いてもよい。その他、Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ社のＰｉｃｏｍｏｔｏｒのような、自己保持型の駆動手段であっても良い。

また、駆動対象の光学素子として、ＥＵＶ露光装置用のミラーを例に挙げて説明したが、その他の光学素子、例えば、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、回折光学素子でも良い。

更に、本発明の駆動装置は、上記のような光学素子の調整以外にも、３次元測定器や工作機械のワーク、精密移動テーブル、顕微鏡の試料台など可動部を６軸に走査させる用途にも使用可能である。

実施例１〜４の駆動装置によれば、大きな厚みを持つことなく薄型の６自由度方向に動作可能な駆動装置を構成できる。特に、複数の光学素子からなる光学系に適用した場合、薄型の機構のため、多数の駆動機構を備えた光学系が実現でき、高い結像調整性能を備えることができる。あるいは、光学系のスペースを節約することが可能となるので、温調装置の実装が容易になり、光学系全体の機能、性能を高めることが可能となる。

次に、図１８及び図１９を参照して、本発明の駆動装置によって光学素子の駆動調整が可能な露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。

図１８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

まず、ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、レクチルとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１９は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハに電極を形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってレクチルの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。

これらのステップを繰り返し行うことでウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例のデバイス製造方法によれば、本発明の駆動装置の適用に基づく高精度の露光性能を利用して、より信頼性の高いデバイスを製造することが可能となる。

露光装置の概略構成図である。 実施例１の光学素子用の駆動装置の説明図である。 駆動ユニットと光学素子支持枠の取り付け関係を説明する断面図である。 駆動ユニットの配置と可動部の重心との関係を示す図である。 駆動ユニットと光学素子支持枠の連結状態の例を示す図である。 保持機構の展開斜視図である。 実施例１の駆動ユニットの構造図である。 実施例１の駆動ユニットの動作原理図である。 駆動装置の制御ブロック図である。 実施例２の駆動ユニットの構造図である。 実施例２の駆動ユニットの動作原理図である。 実施例２の駆動ユニットの部分拡大図である。 実施例３の駆動ユニットの構造図である。 実施例３の駆動ユニットの部分拡大断面図である。 実施例３の駆動ユニットの動作原理図である。 実施例４の駆動ユニットの構造図である。 実施例４の駆動ユニットを光学素子に適用時の概要を示す図である。 デバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１８のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 投影光学系
２ 鏡筒定盤
３ ベースフレーム
４ 除振機構
５ レチクル
８ ウエハ
９ ウエハステージ
１０ 光学素子制御手段
１０３ 光学素子
１１２ａ，１１２ｂ ピエゾアクチュエータ
１１５ａ，１１５ｂ 水平リンク
１１５ｃ，１１５ｄ 方向変換リンク
１１５ｇ 光学素子枠駆動リンク

Claims (7)

1. それぞれ一対のリニアアクチュエータを備える３つの駆動ユニットを有し、駆動対象を６軸方向に駆動可能な駆動装置であって、前記駆動ユニットは、一対のリニアアクチュエータが同一の軸に沿った方向で対向して駆動力を伝達するよう配置されていると共に、一対のリニアアクチュエータによる駆動方向とは異なる方向に駆動力を伝達するためのリンク機構を前記一対のリニアアクチュエータの間に有することを特徴とする駆動装置。
2. 前記リンク機構は、それぞれのリニアアクチュエータに対応する一対の直動案内リンクと、該一対の直動案内リンク機構の間に設けられた方向変換リンクとを備えることを特徴とする請求項１の駆動装置。
3. 前記駆動対象の姿勢を検出する位置検出ユニットを有し、該位置検出ユニットの検出結果に応じて前記３つの駆動ユニットにより前記駆動対象の姿勢を制御することを特徴とする請求項１又は２の駆動装置。
4. 前記駆動対象は光学素子であることを特徴とする請求項１〜３いずれかの駆動装置。
5. 前記駆動装置は、前記光学素子と固定鏡筒との間に設けられ、一部が前記固定鏡筒に対して弾性ヒンジを介して固定されていることを特徴とする請求項４の駆動装置。
6. レチクルに形成されたパターンをウエハに転写する露光装置において、光学素子を備えた光学系を有し、該光学素子を請求項１〜５いずれかの駆動装置で駆動することを特徴とする露光装置。
7. ウエハにレジストを塗布するステップと、請求項６の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハに露光するステップと、露光されたウエハを現像するステップとを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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