JP2008107667A - 光学要素の保持装置並びにその調整方法及びそれを備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非駆動方向に変位が生じても正確に補正することができる光学要素の保持装置並びにその調整方法及びそれを備えた露光装置を提供する。
【解決手段】レンズＬＥを駆動させる駆動機構７１と、レンズＬＥの位置を計測するレンズ位置検出手段７２と、を有する光学要素の保持装置であって、レンズ位置検出手段７２の位置検出パラメータ数は、駆動機構７１の駆動方向パラメータ数より多いことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータ等によりレンズ等の光学要素を駆動させる駆動部と、光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置並びにその調整方法及びそれを備えた露光装置に関する。

特に、非駆動方向に変位が生じても正確に補正することができる光学要素の保持装置並びにその調整方法及びそれを備えた露光装置。

従来、光学要素を駆動させる駆動部と、光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置として、位置計測部に２種類の位置調整装置を用いた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、投影光学系の光学要素を３軸方向に駆動することによって像歪みを補正することが開示されている。ここで３軸方向とは、光軸をＺ軸と規定したＸＹＺ直交座標系における、Ｚ軸方向と、Ｘ軸周り方向と、Ｙ軸周り方向である。また上記文献には、光学要素の位置を制御するために、この３軸方向における光学要素の位置をエンコーダによって検出することが開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の光学要素の保持装置では、光学要素をＺ軸方向に沿って駆動させたにも関わらずＸＹ方向に変位が生じた場合、その変位を検出することができないため結像位置がずれるという問題があった。

この問題を解決することができる手段は特許文献２に開示されている。詳しくは、光学要素をＺ軸方向に駆動させたり傾斜させたりする際に生じる、結像位置の横ずれ量を予めアライメント計測によって求めて、これをテーブル化して、そのテーブルを用いてステージの駆動を補正するというものである。
特開２００３−３３７２７２号公報 特開平１０−１２５１５号公報 （段落００２７）

しかしながら、上述した特許文献２に記載の光学要素の保持装置では、予め算出したテーブルを用いるため、Ｘ軸方向又はＹ軸方向への変位の再現性が低い場合には、結像位置を正確に補正することができないという問題があった。

そこで、本発明は、非駆動方向に変位が生じても正確に補正することができる光学要素の保持装置並びにその調整方法及びそれを備えた露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学要素の保持装置は、光学要素を駆動させる駆動部と、前記光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置であって、前記位置計測部の位置検出パラメータ数は、前記駆動部の駆動方向パラメータ数より多いことを特徴とする。

かかる光学要素の保持装置を備えた露光装置も本発明の一側面を構成する。

また、本発明の一側面としての光学要素の保持装置の調整方法は、光学要素を光軸方向及び光軸に対する傾斜方向に駆動可能な駆動部と、前記光学要素の光軸に直交する方向における前記光学要素の位置を計測するために周期信号を発生する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置の調整方法であって、前記光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させる工程と、前記光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させたときの前記位置計測部の出力信号に基づいて、前記位置計測部が発生する周期信号の波形整形を行い、前記光学要素の駆動方向を光軸方向に一致させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、位置計測部の位置検出パラメータ数が駆動部の駆動方向パラメータ数より多いので、非駆動方向に変位が生じても正確に補正することができる。

また、本発明によれば、光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させる工程と、光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させたときの位置計測部の出力信号に基づいて、位置計測部が発生する周期信号の波形整形を行い、光学要素の駆動方向を光軸方向に一致させる工程と、を有する。そのため、変位検出センサの計測基準点の規定を高精度に行うことができ、ひいては、非駆動方向に変位が生じても正確に補正することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面について説明する。なお、各図において、同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の光学要素の保持装置の実施例１を備えた露光装置を示している。この露光装置１は、スリット照明下でレチクルＲをスキャン駆動し、これに同期してウェハＷＦをスキャン駆動しながら露光動作を行う、いわゆるスキャナ式露光装置である。

この露光装置１において、ＸＹＺ直交座標系を図中、上部側に示すように定義する。すなわち、投影光学系２の光軸方向をＺ軸、レチクルＲ及びウェハＷＦのスキャン方向をＸ軸、装置平面におけるＸ軸に直交する方向をＹ軸、装置上下方向をＺ軸と規定する。

露光装置基台３は、有底筒状の本体部３１と、投影光学系２の一部を本体部３１に収容して固定するための鏡筒マウント３２と、を有している。本体部３１と鏡筒マウント３２との間には、露光装置設置面の震動が投影光学系２に伝達されるのを防止するために、ダンパ手段３３が設けられている。

また、本体部３１の底部には、ウェハＷＦの光軸方向の位置調整、すなわちフォーカス調整を行うためのウェハステージＷＦ１が設けられている。このウェハステージＷＦ１は、レチクルステージＲ１のスキャン動作に同期してウェハＷＦをＸ軸方向に移動させる。また、ウェハステージＷＦ１は、レチクル像の重ね合せ精度向上のため、Ｙ軸方向にも位置調整可能にされている。ウェハステージＷＦ１には、投影光学系２の光学収差を計測する際に用いられる球面ミラーＷＦ２が設けられている。なお、ウェハＷＦには感光剤が塗布される。

半導体回路パターンの原版となるレチクルＲを載置するレチクルステージＲ１は、投影光学系２の上部側を覆うレチクル架台Ｒ２上に載置されている。このレチクル架台Ｒ２は、レチクルステージＲ１を鏡筒マウント３２に固定するためのものである。

鏡筒マウント３２上には、照明ユニット４が設けられている。この照明ユニット４は、レーザ光源ユニット４１と、レチクルＲを照明する際に用いられる露光用照明手段４２と、収差計測工程の際に用いられる収差計測用照明手段４３と、光路切換ミラー４４と、を備えている。また、鏡筒マウント３２上にはレーザ光源ユニット４１に隣接して、露光装置全体の動作を制御する本体制御手段８が設けられている。

レチクル架台Ｒ２上には、投影光学系２の光学収差を計測するための収差計測手段５が設けられている。収差計測手段５は、干渉計５１、ハーフミラー５２、反射ミラー５３、及びコリメータレンズ５４を備えている。この内、反射ミラー５３及びコリメータレンズ５４はレチクルステージＲ１上に載置され、投影光学系２の光束入射部に対して進退可能にされている。

鏡筒マウント３２上にはレンズ制御手段６が設けられており、このレンズ制御手段６により、投影光学系２の各種光学要素は、所定の制御フローに従って制御される。この制御によりレンズの光学収差の最適化等の光学系の微調整を行うことができる。光学系の微調整は、例えば投影光学系２の組立時や露光装置１の納入先への納品時、に行われる。

投影光学系２は、光学要素の保持装置であるレンズユニット７が複数積層されて構成されており、該レンズユニット７は、レンズを駆動させる駆動部と、レンズの位置を計測する位置計測部と、を有している。

図２は、レンズユニット７の構造を平面的に示している。レンズを駆動させるための駆動部は、駆動機構７１として輪環状の固定鏡筒７３に、その中心軸周りに１２０度間隔で３箇所に設けられている。一方、レンズの位置を計測する位置計測部は、レンズ位置検出手段７２として周方向に沿って駆動機構７１同士の間に設けられている。このレンズ位置検出手段７２は、レンズ枠７４の光軸方向（Ｚ軸方向）変位及び光軸と直交する半径方向変位を検出する。

レンズ位置検出手段７２は、第２計測部であるアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、第１計測部であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及び第３計測部であるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３によって構成されている。

アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１は、光学要素であるレンズの基底位置（例えば、下限位置）からの距離である絶対位置を計測する装置で、レンズの光軸方向（Ｚ軸方向）に検出用レーザ光を投射する。インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、レンズの光軸方向又は光軸に対する傾斜方向における、計測毎のレンズの位置変化である相対位置を計測する装置で、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と同様に、レンズの光軸方向（Ｚ軸方向）に検出用レーザ光を投射する。インクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、光軸方向と直交する方向におけるレンズの相対位置を計測する装置で、レンズの半径方向に検出用レーザ光を投射する。

なお、このレンズユニット７の座標系は、図１で説明した露光装置１のＸＹＺ直交座標系と同一である。すなわち、レンズの光軸と同一方向をＺ軸、レンズの半径方向をＸＹ平面としている。

図３は、図２のレンズユニット７にレンズ枠７４を取り付けた形態を示している。図４は、図３のIV−IV線に沿う断面を示している。これらの図に示すように、レンズユニット７の固定鏡筒７３は、平板の上面に逆Ｌ字状の立設部を形成した断面形状をしている。レンズＬＥはレンズ枠７４によって保持されており、このレンズ枠７４は螺子やボルト等により駆動機構７１に固定される。

より具体的には、レンズＬＥを収納するレンズ枠７４には上面にフランジ部７４ａが形成され、該フランジ部７４ａが前記３組の駆動機構７１の変位出力部に締結される。このフランジ部７４ａには、レンズ枠変位検出用のターゲットミラー７５が取り付けられている。

このようにターゲットミラー７５を取り付けると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１又はインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２から投射された検出用レーザ光は、ターゲットミラー７５で反射する。この反射光の情報からターゲットミラー７５の変位量を検出することができる。

以上の構成において、３組の駆動機構７１を等量だけ駆動するとレンズＬＥを光軸Ｃ方向（Ｚ軸方向）に並進駆動させることができる。また、３箇所に設けられた駆動機構７１の駆動量に所定の差を設けることで、図３に示すθＸ及びθＹ方向へのレンズＬＥのチルト駆動が可能である。

この際、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１及びインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力信号に所定の座標変換を施し、その結果をフィードバックすると、レンズＬＥのＺ軸方向並進量及びチルト駆動量がクローズドループ制御される。

また、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の出力信号から、レンズＬＥのＸ軸方向及びＹ軸方向の平行偏心に伴うレチクル像のシフト量を計算することができる。そして、この計算結果の影響を、図２に示したウェハステージＷＦ１の駆動量に加味することで、レンズＬＥの偏心に伴うレチクル像のアライメント誤差を解消することができる。

図５乃至図８は、駆動機構７１の詳細構造を示している。図５は駆動機構７１の平面図であり、図６は駆動機構７１の側面図であり、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図８は、後述する変位取出し部材と方向変換部材とを示す斜視図である。なお、図８では、各種螺子の図示を省略する。

そして、駆動機構７１の局所座標系ＵＶＷを次のように規定する。すなわち、Ｕ軸はレンズＬＥの半径方向に沿った軸、Ｖ軸はレンズＬＥの半径方向に沿った軸であり且つＵ軸に垂直な軸、Ｗ軸はレンズＬＥの光軸Ｃに平行な軸である。

これらの図に示すように、駆動機構７１は、変位取出し部材７１１、方向変換部材７１２、積層型のピエゾアクチュエータ７１３、及びこれらの部材を連結する螺子等の締結部材から構成され、固定鏡筒７３（図６に記載）上に取り付けられている。

ピエゾアクチュエータ７１３には、円板状の圧電素子と電極とを交互に積層させた棒体を密閉型円筒容器内に収納し、棒体の一端を容器外に突出させた形態のものを用いる。そして、Ｕ軸方向の全長の伸びが印加電圧に略比例して増加する。また、ピエゾアクチュエータ７１３は、ピエゾ調整螺子７１４を用いて変位取出し部材７１１に連結される。

そして、ピエゾアクチュエータ７１３のＵ軸方向への変位が変位取出し部材７１１を介して方向変換部材７１２に伝達され、レンズ枠７４をＷ軸方向に沿って昇降させることになる。ピエゾ調整螺子７１４の変位取出し部材７１１に対する螺合深さを調整することで、ピエゾアクチュエータ７１３の寸法誤差を補正することができる。

変位取出し部材７１１の作製は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックに対しワイヤ放電加工を施して行う。そして、穴あけ加工機を用いて、所定箇所に螺子穴を形成する。

方向変換部材７１２の作製も変位取出し部材７１１の作製と同様に、母材となる所定厚さの板状金属ブロックに対しワイヤ放電加工を施して行う。この際、方向変換リンク７１２ａ及びサポートリンク７１２ｂ等を形成する。そして、穴あけ加工機を用いて、所定箇所に螺子穴を形成する。

次に、駆動機構７１の組立手順について説明する。先ず、図８の斜視図において、方向変換部材７１２の左右２箇所の空所に変位取出し部材７１１の両側腕部を挿入し、螺子を用いて締結する。次に、図５に示すように、変位取出し部材７１１で囲まれる空間にピエゾアクチュエータ７１３を装着し、ピエゾ調整螺子７１４を用いてピエゾアクチュエータ７１３の出力端であるピエゾ受けリンク７１３ａを左方向に押す。そして、変位取出し部材７１１をピエゾ受けリンク７１３ａに圧接させる。これでピエゾアクチュエータ７１３の装着が完了する。最後に、駆動機構７１を輪環状の固定鏡筒７３（図６に記載）に設置して組立が完了する。

図９及び図１０は、変位取出し部材７１１及び方向変換部材７１２のリンク機構を示している。図９は、変位取出し部材７１１を模式化して示しており、図１０は、方向変換部材７１２を模式化して示している。ここで、図５乃至図８を参照しながら図９及び図１０を用いて駆動機構７１の動作原理について説明する。

ピエゾアクチュエータ７１３の２本の電極端子に所定電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ７１３の全長ＬはＵ軸方向にｄＬ伸張する。すると、図９に示すように、一方のピエゾ受けリンク７１１ｂ１はｄＵ１＝−ｄＬ／２、他方のピエゾ受けリンク７１１ｂ２はｄＵ２＝ｄＬ／２変位する。すると、弾性ヒンジＨ１１，Ｈ２１を中心に回動可能に構成された変位取出しリンク７１１ａは、Ｗ軸周りに微小回転する。これにより、連結リンク７１１ｃ１はｄＵ３＝−（３／２）ｄＬ変位し、連結リンク７１１ｃ２はｄＵ４＝（３／２）ｄＬ変位する。

上記連結リンク７１１ｃ１，７１１ｃ２のＵ軸方向の変位は、図１０に示すように、方向変換部材７１２の水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２をも変位させる。すると、Ｕ軸に対して４５度程度の向きになるように配置された方向変換リンク７１２ａが微小回転し、レンズ枠駆動リンク７１２ｄをＷ軸方向にｄＷ上昇させる。

以上のように、ピエゾアクチュエータ７１３の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク７１２ｄがＷ軸方向に微小量変位するが、このレンズ枠駆動リンク７１２ｄはＷ軸方向にのみ変位し、Ｕ軸方向及びＶ軸方向には変位しない。それは、レンズ枠駆動リンク７１２ｄの左右両側にサポートリンク７１２ｅが連結されているからである。

このサポートリンク７１２ｅにより、レンズ枠駆動リンク７１２ｄのＵ軸方向への変位が拘束され、サポートリンク７１２ｆにより、レンズ枠駆動リンク７１２ｄのＶ軸方向への変位が拘束される。このサポートリンク７１２ｆは、水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２の方向変換部材中央側端部に配置される。そして、水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２のＵ軸方向の変位は拘束されず、Ｖ軸方向への変位は拘束される。そのため、Ｖ軸方向成分を有さない水平リンク７１２ｃ１，７１２ｃ２の運動が、方向変換リンク７１２ａを介してレンズ枠駆動リンク７１２ｄに伝達される。

以上の構成により、レンズ枠駆動リンク７１２ｄ上の螺子穴７１２ｇ（図５に記載）付近の領域はＷ軸方向にのみ変位し、Ｕ軸方向及びＶ軸方向への変位は拘束される。そのため、レンズ枠７４をＷ軸方向に正確に変位させることができる。また、弾性ヒンジＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３の間隔を適宜選択することで、ピエゾアクチュエータ７１３の変位拡大率を好適に設定することができる。

一方、図１０に示すように、レンズ枠駆動リンク７１２ｄは両側をサポートリンク７１２ｅで支持されているが、レンズ枠駆動リンク７１２ｄはその一部が薄肉となっているため（図６参照）、この薄肉部７１２ｄ１はＵ軸周りのねじれ方向に弾性変形可能である。また、レンズ枠駆動リンク７１２ｄの下側を拘束する方向変換リンク７１２ａも、Ｖ軸方向に若干の弾性変形自由度を有している。

そのため、レンズ枠駆動リンク７１２ｄは、図７に示すように、サポートリンク７１２ｅの断面中央部の点Ｐを中心としたＵ軸周りにも僅かにねじることができる。すなわち、レンズ枠駆動リンク７１２ｄはＷ軸方向の並進運動と、Ｕ軸周りのねじれ運動が可能である。このねじれ運動によりレンズ枠７４のチルト動作が発生する。

図１１乃至図１３は、図２に示したレンズ位置検出手段７２に備え付けられた各種センサの詳細構造を示している。図１１はアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を示している。アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１としては、例えば、被検体であるターゲットミラー７５に向けて投射したレーザ光、の戻り位置を観測し、ターゲットミラー７５の位置を検出する三角測量式レーザ測長器を好適に用いることができる。更に、その一例として特開平１０−２６７６４８号公報に開示されたものを用いることができる。以下に、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の概略構成と位置検出原理について説明する。

このアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１は、計測用の半導体レーザを放射するレーザ光源７２ａ、コリメータレンズ７２ｂ、及び受光光束の重心位置を検出可能な四分割受光手段７２ｃを備えている。四分割受光手段７２ｃは、光位置センサ（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）であるが、その他、電荷結合素子イメージセンサを受光手段として好適に用いることができる。センサ制御回路７２ｄは、レーザ光源７２ａの駆動、及び四分割受光手段７２ｃから出力される信号の処理及び各種演算等を行う。

上記構成において、レーザ光源７２ａから放射されたレーザ光は、コリメータレンズ７２ｂを介して略平行光束となってターゲットミラー７５に入射し、該ターゲットミラー７５で反射した後、四分割受光手段７２ｃの受光面に入射する。四分割受光手段７２ｃは、受光スポットの重心位置に応じた信号を出力するが、ターゲットミラー７５がレンズ枠７４と共にＺ軸方向に移動すると、受光スポットの重心位置も変化する。そのため、該重心位置をセンサ制御回路７２ｄで算出することにより、レンズＬＥのＺ軸方向変位を検出することができる。

ここで、三角測量式レーザ測長器は被検体までの絶対距離を検出可能なため、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１への電源が一度遮断され、再び電源供給された際にもＺ軸上の基準点に対するレンズＬＥのＺ座標をサブμｍの精度で検出することができる。

図１２は、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を示している。インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２としては、例えば、干渉式レーザ測長器を好適に用いることができる。干渉式レーザ測長器とは、被検体であるターゲットミラー７５での反射光と、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２内の全反射ミラー７２ｅでの反射光とを合波して干渉させ、干渉信号の波数をカウントすることで被検体の移動量を測定する装置である。干渉式レーザ測長器の一例として、特開平１１−９４５１４号公報に開示された位置検出装置を用いることができる。以下に、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の概略構成と位置検出原理を説明する。

このインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、計測用の半導体レーザを放射するレーザ光源７２ａ、コリメータレンズ７２ｂ、四分割受光手段７２ｃ、及びセンサ制御回路７２ｄを備えている。また、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、全反射ミラー７２ｅ、非偏光ビームスプリッタ７２ｆ、偏光ビームスプリッタ７２ｇ、干渉用光学素子７２ｈ、及び吸光手段７２ｊを備えている。

上記構成において、レーザ光源７２ａから放射したレーザ光は、コリメータレンズ７２ｂを介して緩い集光光束（図１２では平行光束として表記した）に整形され、非偏光ビームスプリッタ７２ｆに入射する。そして、入射光束の５０％は非偏光ビームスプリッタ７２ｆを透過して吸光手段７２ｊに到達し、ここで吸収される。また、入射光束の残りの５０％は非偏光ビームスプリッタ７２ｆで反射して左に向かい、偏光ビームスプリッタ７２ｇに入射する。

そして、偏光ビームスプリッタ７２ｇの表面で反射したＳ偏光の光束は、ターゲットミラー７５に入射し、該ターゲットミラー７５で反射した後、偏光ビームスプリッタ７２ｇの表面で再反射し、元の光路を通って非偏光ビームスプリッタ７２ｆに戻る。一方、偏光ビームスプリッタ７２ｇを透過したＰ偏光の光束は、全反射ミラー７２ｅに入射し、該全反射ミラー７２ｅで反射した後、偏光ビームスプリッタ７２ｇを再透過して元の光路を通って戻る。

以上の構造により、移動する被検体であるターゲットミラー７５からのＳ偏光の反射光と、全反射ミラー７２ｅからのＰ偏光の反射光と、が偏光ビームスプリッタ７２ｇで合成する。そして、その合成された光の５０％が非偏光ビームスプリッタ７２ｆを透過し、干渉用光学素子７２ｈに入射する。干渉用光学素子７２ｈには、左の入射面側から順に、１／４波長板、アパーチャ、千鳥状格子構造を有する位相回折格子、及び偏光方位を互いに４５度ずらして配置された四分割偏光板、が配置される。

ここで、合波された光は、相互に直交する直線偏光であるが、干渉用光学素子７２ｈ内の１／４波長板で相互に逆回りの円偏光に変換される。次いで、アパーチャによって光量の大きい中心光束のみが通過し、千鳥状格子構造の位相回析格子で４つの光束に振幅分割され、四分割偏光板を通過する。以上の過程で生成された四分割光束は、その明暗タイミングが位相換算で９０度ずつずれた干渉光に変換されている。そして、この４光束をそれぞれ四分割受光手段７２ｃの受光部に入射させ、この４つの出力信号を以下の方法で処理する。

先ず、互いに１８０度の位相差を有する２つの信号の差動を抽出することで、ＤＣ成分を除去し、その結果得られた信号をＡ相信号とする。同じく互いに１８０度の位相差を有する残りの２信号の差動を抽出することで、ＤＣ成分を除去し、その結果得られた信号をＢ相信号とする。このＡ相信号とＢ相信号とは、互いに９０度の位相差を有するので、これをオシロスコープに表示すると、円形のリサージュ波形が得られる（図１８参照）。

ここで、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とターゲットミラー７５との間を往復する計測光の光路長変化が光源波長に一致すると、干渉信号は１周期変化する。すなわち、被検体が光源波長の半分の距離移動すると干渉信号は１周期変化する。よって、計測用レーザ光の光源波長をλ＝８００ｎｍとすると、ターゲットミラー７５が４００ｎｍ移動する毎に干渉信号も１周期変化し、リサージュ波形も円形軌跡に沿って１周する。そのため、周知の方法で干渉信号の波数を計測することで、被検体の移動量を４００ｎｍ単位で測定することができる。また、電気的な位相分割装置を用いて前記干渉信号を分割（分周）すれば、被検体の移動量をサブｎｍの精度で検出することができる。

図１３は、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３を示している。前述のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、ターゲットミラー７５の垂直方向移動量を検出していた。これに対してインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、ターゲットミラー７５の横方向移動量、すなわちレンズＬＥの径方向の移動量を検出するため、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とは内部の光学素子の配置が異なる。しかし、両センサの検出原理は同一であるので、説明を省略する。

図１４は、図１の半導体の露光装置１の露光動作やレンズ駆動動作を制御するための制御回路を示している。図に示すように、制御回路は露光装置全体の動作を制御する本体制御手段８と、レンズの位置を制御するレンズ制御手段６とから構成されている。本体制御手段８は、本体ＣＰＵ８１を有し、この本体ＣＰＵ８１にマウント制御手段８２、照明制御手段８３、レチクルステージ制御手段８４、ウェハステージ制御手段８５、及び干渉計制御手段８６が接続されている。

マウント制御手段８２は、鏡筒マウント３２の除振動作を制御する。照明制御手段８３は、照明ユニット４の照明モードや光量を制御する。レチクルステージ制御手段８４は、レチクルステージＲ１の駆動制御を行う。ウェハステージ制御手段８５は、ウェハステージＷＦ１の駆動制御を行う。干渉計制御手段８６は、干渉計５１の計測制御を行う。

レンズ制御手段６は、３個のレンズＣＰＵ６１を有し、このレンズＣＰＵ６１は図１に示したレンズユニット７毎に設けられる。すなわち、投影光学系２に内蔵されたレンズユニット７の個数と同一個数のレンズＣＰＵ６１が設けられる。そして、各レンズＣＰＵ６１には、３個の駆動機構制御手段６２が接続され、各駆動機構制御手段６２は図５に示した駆動機構７１を制御する。そして、駆動機構制御手段６２には、ピエゾドライバ７１ａ及びピエゾ素子７１ｂが内蔵され、図５に示したピエゾアクチュエータ７１３を駆動する。

また、レンズＣＰＵ６１には、３個のレンズ位置検出手段７２が接続されている。レンズ位置検出手段７２には、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３が設けられている。

そして上記構成において、レンズＣＰＵ６１は、本体ＣＰＵ８１と交信し、所定のプログラムに基づいて駆動機構７１を駆動制御し、レンズを目標位置に向けて駆動させ、投影光学系２の種々の収差が最小となるように駆動機構７１を制御する。

図１５は、レンズユニット７の制御ブロックを示している。本体ＣＰＵ８１内に存するレンズ目標位置演算ブロックＢ８１では、レンズ基準点Ｌ０のＺ軸方向駆動目標値Ｚ０、チルト駆動目標値θＸ０，θＹ０を算出し、その結果をレンズＣＰＵ６１に送信する。すると、該目標値はレンズＣＰＵ６１内の加算点Ｐ1に入力される。

この加算点Ｐ1では、前記目標値Ｚ０，θＸ０，θＹ０から後述するフィードバック信号値Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍが減算され、その残差信号が補償回路ブロックＢ７１に入力される。補償回路ブロックＢ７１では、制御の安定性を向上させるためにＰＩ補償器が用いられている。補償回路ブロックＢ７１を経由した信号は、座標変換ブロックＢ７２に入力される。

座標変換ブロックＢ７２では、前記残差信号を、駆動機構７１のＺ軸方向駆動目標値Ｚ０に対応したピエゾ駆動電圧指令値に変換する。ここで、レンズＬＥの駆動目標値をＺ０，θＸ０，θＹ０とすると、駆動機構７１の駆動変位Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は（図６参照）、所定の変換マトリクスを乗じることで算出可能である。すなわち、以下の式１で関係づけられる。

よって座標変換ブロックＢ７２では、電圧値を出力するために、以下の式２による変換を行えば良い。

ここで、δＺ０，δθＸ０，δθＹ０は制御残差、ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３はピエゾドライバ７１ａへの制御指令電圧信号、ＣＶは変位量を制御電圧に換算するための変換係数である。

式２で算出された制御指令電圧信号ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３をピエゾドライバ７１ａに入力すると、ピエゾ素子７１ｂが所定量伸張する。そして、駆動機構７１の変位取出し部材７１１と方向変換部材７１２とからなる方向変換部７１ｃを経由して、レンズ枠７４に駆動変位Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を与え、レンズ枠７４及びレンズを所望の位置に移動させる。

すると、３組のレンズ位置検出手段７２は、レンズ枠７４に固設されたターゲットミラー７５（図１１乃至図１３参照）の変位量を計測し、合計９種類の計測信号をセンサ出力原点規定ブロックＢ７３に入力する。ここで、前記９種類の計測信号は、非インクリメンタル変位信号である絶対位置信号と、インクリメンタル変位信号とが混在している。そのため、図１６に示すように、光軸Ｃ方向の絶対変位成分である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３と、レンズ半径方向の絶対変位成分である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３とに分解される。

ここで、図１６を用いてレンズ枠７４の各箇所の移動量と座標定義について説明する。図に示すように、レンズＬＥを保持するレンズ枠７４のフランジ部７４ａは、１２０度間隔に配置された３組の駆動機構７１（図２に記載）の変位出力部に締結される。そして、３組の駆動機構７１の垂直方向の駆動変位をＷ１，Ｗ２，Ｗ３とすると、フランジ部７４ａの３箇所が光軸Ｃ方向に沿ってそれぞれＷ１，Ｗ２，又はＷ３移動する。

また、フランジ部７４ａには、駆動機構７１間に、レンズ位置検出手段７２（図２に記載）が配置される。そして、３組のレンズ位置検出手段７２の垂直方向変位をＨ１，Ｈ２，Ｈ３、水平方向変位をＳ１，Ｓ２，Ｓ３とすると、図に示すように、フランジ部７４ａの３箇所において、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の変位が検出される。

図１７は、レンズＬＥの位置制御を行う際のレンズ座標を定義するもので、レンズＬＥが設計上の基準位置に置かれた場合の入射面中央（レンズ第１面の頂点）を座標原点と規定し、ＸＹＺ直交座標系を定義する。ここで、Ｚ軸は光軸Ｃ、Ｘ軸は半径方向軸、Ｙ軸はＸ軸と直交する半径方向軸である。また、レンズＬＥの入射面中央を、レンズ位置制御の際のレンズ位置代表点、すなわちレンズ基準点Ｌ０とする。

そして、３組の駆動機構７１を同一の駆動変位（Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３）駆動すると、レンズ基準点Ｌ０はＺ軸方向に並進運動し、その変位量はＺｍで表される。また、３組の駆動機構７１の変位量が異なるように駆動機構７１を駆動すると、３組の駆動機構７１の駆動量の相対的変化に応じてレンズＬＥはＸ軸周り又はＹ軸周りにチルト変位する。すなわち、駆動方向は、Ｚ軸方向、θＸ方向、及びθＹ方向であり、駆動方向パラメータ数は３である。図中、そのチルト変位量はθＸｍ及びθＹｍで表される。

また、一般的にレンズＬＥをチルト駆動する場合のチルト中心はレンズ基準点Ｌ０とは一致せず、Ｘ軸周りのチルトに伴ってＹ軸方向の並進（横シフト）変位が、Ｙ軸周りのチルトに伴ってＸ軸方向の並進（横シフト）変位が、生じる。これらの横シフト変位をそれぞれＹｍ，Ｘｍと表す。

次いで、図１５に戻り、座標変換ブロックＢ７４は、上述の工程で算出された６種類の変位情報を、レンズＬＥの位置座標に変換する。ここで、レンズＬＥの変換前測情値Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と、レンズ基準点Ｌ０の座標値（変換後計測値）Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍとは、所定の変換マトリクスを用いて相互に変換可能である。なお、位置検出パラメータ数はＸｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍについての６つである。そして、以下の式３で関係づけられる。

ここで、Ｘｍ乃至θＹｍの計５つの変換後計測値は先に説明した通りである。Ｒｍはレンズ枠７４の直径寸法に関する値である。そして本実施例の場合、上記変換マトリクスが含む各係数の内、いくつかは実質上ゼロとなり、以下の式４のように表される。

すなわち、レンズのＺ軸方向並進変位Ｚｍ、及びチルト変位θＸｍ，θＹｍは、計測されたＺ軸方向の絶対変位である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３より算出され、レンズ半径方向の絶対変位である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３には依存しない。また、レンズＬＥのＺ軸と直交する方向の変位Ｘｍ，Ｙｍ、及びレンズ枠７４の直径寸法Ｒｍは、レンズ半径方向の絶対変位である水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３により算出され、Ｚ軸方向の絶対変位である垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３には依存しない。言い換えれば、制御自由度を有した方向の変位成分はＺ軸方向に検出感度を有したセンサで検出し、制御自由度を有さない方向の変位成分はＺ軸と直交する方向に検出感度を有したセンサで検出している。

ここで、変換前の垂直方向変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３及び変換後の各種変位Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍは、光学要素を能動的に駆動して得られる変位である。一方、変換前の水平方向変位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及び変換後の各種変位Ｘｍ，Ｙｍ，Ｒｍは、能動的に制御できない副次的な変位である。

上述の工程で得られた６つの変換後計測値の内、レンズＬＥの位置制御に必要な情報はＺｍ，θＸｍ，θＹｍの３つである。そのため、この値を加算点Ｐ1に反転入力することで、前記目標値Ｚ０，θＸ０，θＹ０との差分である制御残差を補償回路ブロックＢ７１に入力することができる。そして、制御残差を解消するようにピエゾアクチュエータ７１３を再駆動することで、レンズＬＥの高精度な位置決めが可能となる。

一方、計測された６つの変位情報Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍは、本体ＣＰＵ８１のウェハステージ位置補正ブロックＢ８２に送信される。これら変位情報の内、例えばＸｍ，Ｙｍはレチクル像の重ね合せ誤差を低減するために用いられる。レチクル像の重ね合せ誤差は、レンズＬＥがチルト動作によって横シフト変位Ｘｍ，Ｙｍを発生させることによって起こるからである。

また、横シフト変位Ｘｍ，Ｙｍは、ウェハＷＦ上に結像したレチクル像を移動させる他、投影光学系の収差をも変化させる。そこで、Ｘｍ，Ｙｍに基づいて、ウェハステージＷＦ１のスキャン変位量に修正を施すことで、ウェハＷＦ上のレクチル像の位置決め精度が向上し、重ね合せ誤差を低減させることができる。

また、例えばＲｍは、レンズユニット７の故障や寸法の経時変化を検出するために用いられる。レンズ枠７４の直径は本来不変量であるので、計測値Ｒｍが大きく変化したか否かを判別すれば、レンズユニット７の故障の有無を判断することができる。また、Ｒｍが微小量変化したか否かを判別すれば、寸法の経時変化の検出を行うことができる。Ｒｍが微小量の変化した場合、レンズＬＥ及びレンズ枠７４の熱膨張、又は金属の時効による長期変形等を推測できる。

次に、レンズユニット７に備わったレンズ位置検出手段７２を構成する各センサの調整方法について説明する。ここで調整とは、インクリメンタル式変位検出センサが出力する周期信号の波形整形、いわゆるリサージュ調整と、アブソリュート式検出変位センサの出力値に基づいてインクリメンタル式変位検出センサの計測基準点を規定する調整と、を指す。

先ず、リサージュ調整の原理について説明する。リサージュ調整とは、互いに位相の異なる複数の正弦波から変位信号を演算する場合の前工程として、各正弦波の波形整形を行うための調整である。図１８に示すように、横軸はセンサ制御回路７２ｄが算出した干渉信号のＡ相出力、縦軸は同じく干渉信号のＢ相出力である。そして、Ａ相信号とＢ相信号とは、出力振幅が等しく位相差が９０度異なる正弦波であるため、両相の軌跡を２次元平面で表すと理想的には円形になる。 しかしながら、センサ内の各光学部材の製造誤差や四分割受光部の感度相互差があると、ＡＢ両相の振幅が異なったり位相差が９０度からずれたりし、例えば、図に示す破線のような楕円軌跡を描く。この楕円軌跡を電気的に分周すると、分周誤差が生じて正確な変位信号が得られない。その問題を回避するために、センサ制御回路７２ｄが有する不図示のリサージュ調整手段で調整し、リサージュ波形が円形（図中、実線）になるように波形整形（リサージュ調整）するのである。

次に、垂直変位検出センサの基準点走査と基準点規定方法について説明する。図１９（ａ）乃至図１９（ｄ）において、横軸はレンズＬＥのＺ軸方向の位置、縦軸はターゲットミラー７５のＺ軸方向の変位計測値、すなわちセンサ出力値である。そして図１９（ａ）は、駆動機構７１の電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（下限位置）が設計上の基底位置Ｈbtm1に一致している場合を示している。

この状態で３組の駆動機構７１が有するピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動すると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabsは破線のように変化する。ここで、レンズＬＥが設計上の理想位置である光学原点に位置するよう、すなわち可動範囲の中央に到達した際に該センサ７２１が原点に相当する信号を出力するよう、予め機械的又は電気的に該センサ７２１が調整されているものとする。

このように、該センサ７２１は被検体の絶対位置を検出できるが、検出出力の直線性は光学式干渉計であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２に対して相対的に劣っている。すなわち、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力波形（点線）はＨabsのように原点０を通過するが図１９（ｂ）に比べて非線形である。

一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、検出分解能や検出出力の直線性はアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１に比べて優れる。しかし、該センサ７２２への電源投入時からの変化分を出力するが、被検体の絶対位置を検出することはできないため、その出力値Ｈincは図１９（ｂ）に示す実線のようになる。

そこで、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0を、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabs0と一致させると、当該検出センサ７２２の基準点位置が規定される。前記操作により、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点がアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点Ｈabs0によって規定され、実質的に被検体の絶対位置を検出可能となる。

図１９（ｃ）は、駆動機構７１への電源オフ時に、レンズＬＥのＺ軸方向位置（基底位置すなわち下限位置）が設計値Ｈbtm1から微小量ずれたＨbtm2に位置している場合を示している。ここで、レンズの基底位置がずれる可能性として、ピエゾアクチュエータ７１３のクリープによる初期長変化、ピエゾアクチュエータ７１３の交換による初期長変化、又は予圧調整量変化等が想定される。

この状態でピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加して、レンズＬＥをＺ軸のプラス方向に駆動する。すると、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabsは、その出力開始点は図１９（ａ）とは異なるものの、その後の出力信号は図１９（ａ）と一致し、破線のごとく変化する。

一方、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、電源投入時からの変化分を出力するが、その際にレンズＬＥの基底位置が前述の理由でずれていると、実線で示した出力値Ｈincは、細線（図１９（ａ）の実線に相当）で示す出力値Ｈincとは異なる。

しかしながら、上述したように、レンズＬＥが原点を通過した際のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力値Ｈinc0とアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の出力値Ｈabs0を一致させると、該センサ７２２の基準点位置が規定される。その結果を図１９（ｄ）に示すが、以上の工程で、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の原点は図１９（ｂ）の場合と一致する。

すなわち、以上の調整を行うことでインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定が実行され、該センサ７２２が高精度なアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１としての機能を備えることになる。

次に、レンズＬＥをチルト駆動した際に副次的に発生する変位について説明する。図２０は、レンズＬＥがＸ軸周りにチルト駆動する前の形態を示している。図２１は、図２０のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３付近を拡大して示している。

ここで、レンズＬＥをＸ軸周りに反時計方向にチルト駆動するためには、図３の３組の駆動機構７１において、上側の駆動機構７１の出力部をＺ軸方向マイナスに、右下及び左下の駆動機構７１の出力部をＺ軸のプラス方向に駆動制御する。これを図１６を用いて説明すると、駆動変位Ｗ１に−δＷ、駆動変位Ｗ２，Ｗ３に＋２δＷを割り当て駆動機構７１を制御すると、レンズ基準点Ｌ０にはＺ軸方向の並進は発生せず、レンズＬＥにはＸ軸周りのチルトのみ発生する。

そして、このときのレンズＬＥのチルト中心軸を図２０中、点Ｐｃで示すと、チルト中心軸Ｐｃは３組の駆動機構７１が有するレンズ枠駆動リンク７１２ｄの上面（図８参照）を通る平面上にあり、且つ光軸Ｃと交差する軸に略一致する。その理由を以下に説明する。

図１６において、３組の駆動機構７１のＺ軸方向駆動変位が互いに等しい場合、レンズ枠７４はＺ軸方向に並進する。一方、３組の駆動機構７１のＺ軸方向駆動変位が相互に異なる場合は、各駆動機構７１のレンズ枠駆動リンク７１２ｄ（図１０記載）は異なる量Ｚ軸方向に並進し、その結果レンズ枠７４がチルトする。このチルト動作により、レンズ枠７４が締結されているレンズ枠駆動リンク７１２ｄにも、前記チルト角と等しい角度だけ、強制的な傾きを生ずる。

この際、図１０で説明したように、レンズ枠駆動リンク７１２ｄを拘束するサポートリンク７１２ｅは、Ｕ軸周りにねじれ変形可能な構造となっている。そのため、レンズＬＥをチルト動作させることができる。よって、図２０におけるレンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃは、サポートリンク７１２ｅの薄肉部７１２ｅ１（図６に記載）を含む面と光軸Ｃとの交点近傍となる。ここで、薄肉部７１２ｅ１を含む面のＺ軸方向高さは、レンズ枠駆動リンク７１２ｄとレンズ枠７４との締結面の高さに略等しい。

すなわち、レンズユニット７内のレンズＬＥがチルト駆動する際、軸受けやピボット機構等で規定されるような固定的なチルト中心は存在しないが、駆動機構７１の一部にねじれ剛性の低い部分を形成することにより、レンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃが規定される。

次に、レンズＬＥがチルトした際の横シフト量について説明する。図２０及び図２４において、ＲＲは、チルト中心軸Ｐｃと、ターゲットミラー７５におけるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の変位計測点Ｐ11とを結ぶ線分である。また点Ｐ12は、チルト中心軸Ｐｃを通る水平線と、前記変位計測点Ｐ11を通る垂直線との交点である。この３つの点Ｐｃ，Ｐ11，Ｐ12により直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12が想定される。

ＲＳは線分ＲＲのＹ軸方向成分、ＨＳは線分ＲＲのＺ軸方向成分である。またαは、チルト中心軸Ｐｃを通る水平線と線分ＲＲとの相対角度である。図２１では、該センサ７２３の計測ビームが投射されるターゲットミラー７５の反射面と、前記チルト中心軸Ｐｃと、のＹ軸方向の距離がＲＳと定義されている。

図２２は、レンズＬＥが反時計方向に角度β、チルト駆動した際の断面を示しており、図２３は、図２２のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３付近を拡大して示している。レンズＬＥのチルト変位に伴い、ターゲットミラー７５はＺ軸のプラス方向に変位するとともに、Ｙ軸方向マイナス（図２２及び図２３では右方向）にも微小量変位する。よって、図２４で定義された直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12は移動して直角三角形ＰｃＰ21Ｐ22となる。従って、計測ビーム照射部Ｐ21とチルト中心軸ＰｃとのＹ軸方向成分ＲＳはδＲＳ増加する。

次に、この横シフト量δＲＳについて説明する。図２４において、実線で示した直角三角形ＰｃＰ11Ｐ12はチルト駆動前、破線で示した直角三角形ＰｃＰ21Ｐ22はチルト駆動後を表しているが、図２４においてはδＲＳの説明の便宜上、角度αを拡大して示している。ここで、∠Ｐ11ＰｃＰ12＝αであり、以下の式５が成り立つ。

また、チルト前の頂点Ｐ11とチルト後の頂点Ｐ21を結ぶ線分をＡＲＣとすると、チルト角βが微小の場合は、以下の式６が成り立つ。

そして、点Ｐ11を通る水平線と点Ｐ21を通る垂直線の交点をＰ3とすると、点Ｐ11と点Ｐ3の距離δＲＳが、レンズＬＥのチルト駆動によって生じるターゲットミラー７５のＹ軸方向の横シフト量で、以下の式７が成り立つ。

ただし、γ＝∠Ｐ12Ｐ11Ｐ21＝∠Ｐ3Ｐ21Ｐ11である。そしてチルト角βが、αを始めとする他の角度に対して無視し得る程度の微小角であるとの仮定を置き、図２４の二等辺三角形ＰｃＰ11Ｐ21の底角に着目すると、以下の式８、が成り立つ。

そこで、式８を式７に代入し、更に式５及び式６を用いて、以下の式９を得る。

すなわち、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の検出ビーム位置Ｐ11とレンズＬＥのチルト中心軸ＰｃとのＺ軸方向寸法をＨＳ、チルト駆動角をβとし、レンズＬＥをチルト駆動すると、変位（δＲＳ）検出信号が該センサ７２３に発生する。

一方、該センサ７２３の光源波長をλとすると、該センサ７２３とターゲットミラー７５の距離がλ／２だけ変化すると、図１８で説明したリサージュ波形１周期分の干渉信号が得られる。よって、レンズＬＥをチルト駆動してセンサ７２３に干渉信号を発生させ、これを用いてリサージュ調整を行うためには、以下の式１０が成り立つ必要がある。

そして式９と式１０より、以下の式１１が導かれる。

具体的な数値の一例として式１１に、λ＝８００（ｎｍ）＝８×１０−４（ｍｍ）、β＝１×１０−４（ｒａｄ）を代入すると、ＨＳ＞４（ｍｍ）が得られる。具体的には、光源波長がλ＝８００（ｎｍ）の干渉型レーザ測長器を用い、且つ駆動機構７１における実用上の最大チルト角がβ＝１×１０−４（ｒａｄ）という特性を有したレンズユニット７を用いる。そして、レンズＬＥのチルト中心軸Ｐｃに対して、該測長器の計測ビーム位置をＺ軸方向に４（ｍｍ）以上離間させることにより、レンズＬＥのチルト動作を利用して該測長器のリサージュ調整を行うことができる。

一方で、レンズＬＥをＹ軸と平行な軸周りに同一チルト角βだけチルト駆動した際、図２の右上及び左上のレンズ位置検出手段７２が観測するＸ軸方向の横変位量は、式６で計算されるδＲＳの√３／２≒０．８７倍になる。従って、式１１で計算されるＺ軸方向離間量ＨＳはおよそ１．１５倍、すなわち４．６（ｍｍ）以上離間させる必要がある。更に、図１８で説明したリサージュ調整を正確に行うためには、干渉信号が２周期程度あることが望ましい。従って、これらの事情を勘案し、式１１で計算される離間量ＨＳに対して、２倍以上の離間量を確保するのが望ましい。

図２５は、各種検出センサ７２１，７２２，７２３の調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートを示している。具体的には、レンズＬＥを光軸方向に駆動させる駆動機構７１と、レンズＬＥの光軸に直交する方向における位置を計測するために周期信号を発生するレンズ位置検出手段７２と、を有するレンズユニット７の調整方法である。

そして、レンズＬＥを光軸に対する傾斜方向に駆動させる工程と、レンズＬＥを光軸に対する傾斜方向に駆動させたときのレンズ位置検出手段７２の出力信号に基づいて、該検出手段７２が発生する周期信号の波形整形を行い、レンズＬＥの駆動方向を光軸方向に一致させる工程と、を有することを特徴としている。

先ず、ステップＳ１０１において、レンズ位置検出手段７２が有する各種検出センサ７２１，７２２，７２３への電源供給を開始し、レンズ位置計測が可能な状態とする。なお、当ステップでは３組の駆動機構７１はまだ作動していないため、レンズＬＥは基底位置、すなわちＺ軸方の可動範囲の最低位置にある。

次いでステップＳ１０２において、３組の駆動機構７１を等速駆動して、レンズＬＥをＺ軸方向上方に所定量移動させる。ステップＳ１０３では、前記定速駆動中に、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２のリサージュ調整を、図１８を用いて説明した原理に基づいて行う。ステップＳ１０４では、レンズＬＥをＺ軸方向の最下点、すなわち基底位置に戻す。ステップＳ１０５では、３組の駆動機構７１を等量駆動して、レンズＬＥをＺ軸方向上方に駆動範囲上限位置まで移動させる。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５の実行中に、図１９にて説明した方法に基づいてアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点走査を行う。そしてステップＳ１０７において、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定を行う。

ステップＳ１０７を実行後、ステップＳ１０８にて、レンズＬＥを一度基底位置、すなわち最下点に復帰させる。次いでステップＳ１０９において、レンズＬＥを設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置に移動させる。ステップＳ１１０では、レンズＬＥをＸ軸及びＹ軸周りに所定量チルトさせる。ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０を実行しながら３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整を順番に行う。

ステップＳ１１２では、レンズＬＥを設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置に再度移動する。ステップＳ１１３では、３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の基準点を規定する。なお、本実施例では、アブソリュート式の横変位検出センサを備えていないが、その理由は次の通りである。３組の駆動機構７１で拘束されたレンズ枠７４は、Ｚ軸と直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に能動的に位置制御できないが、その代りに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の剛性と位置再現性が高いという利点を有する。

すなわち、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１及びインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の出力信号に基づいてレンズＬＥが光学原点位置に復帰させる場合の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置再現性が良好である。そこで、レンズＬＥが光学原点位置に定位置制御された際の、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の出力値を原点と規定することで、アブソリュート式横変位検出センサを備えなくとも、横方向の絶対位置を高精度に規定することが可能である。そして、センサ初期化ルーチンが完了する。

以上のフローにて、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整と、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を用いたレンズＬＥの原点規定とが行われる。そして、レンズＬＥのＺ軸方向の並進変位、及びＸ軸周りとＹ軸周りのチルト変位を正確に検出することが可能となる。

なお、図２５に示したフローは、レンズユニット７の組立完了時に行われる他、図１に示した半導体の露光装置１として完成した際の最終調整、更に半導体ウェハの製造のために稼動している最中にも適宜実行される。

上述した実施例１によれば、検出センサ７２１，７２２，７２３を複数配置して、レンズＬＥの駆動方向パラメータ数よりも検出センサ７２１，７２２，７２３の位置検出パラメータ数を多くし、冗長性を持たせた。そのため、横シフト変位Ｘｍ，Ｙｍの他、検出センサ７２１，７２２，７２３又はレンズ枠７４その他の機構部材、の熱膨張・熱収縮や破損等の情報Ｒｍを得ることができる。すなわち、投影光学系２の動作環境が適切か否かを正確に判別することができる。

また、上述した実施例１によれば、チルト時に発生する副次的な変位が、該変位を検出する検出センサ７２１，７２２，７２３の較正に必要な最小変位量より大きくなるように検出センサ７２１，７２２，７２３を配置した。そのため、較正のための特別な部材が不要であり且つ検出精度を高めることができる。従って、レンズユニット７の組立時のみならず、投影光学系２の完成状態、及び半導体露光装置の稼働状態でもセンサ較正が可能となり、センサの検出精度を常に高精度な状態に保つことができる。

更に、上述した実施例１によれば、インクリメンタル式横変位センサ７２３の存在により、レンズＬＥの並進方向と直交する方向の変位を正確に検出することができる。そのため、チルト中心軸Ｐｃが一義的に規定できず、チルト角から副次的な変位が予測できない場合でも、真の並進変位を常時観察することで、レンズＬＥの空間上の位置を正確に把握することができる。

その結果、レンズＬＥの位置計測精度を向上させることができ、一のレンズＬＥに発生した副次的な変位による収差を、他のレンズＬＥのチルト駆動で相殺する等の制御により、投影光学系２の収差低減能力を高めることができる。また、副次的な変位によるレチクル像の変位を算出し、ウェハステージＷＦ１をスキャン駆動させることでレチクル像の変位を相殺する等の制御により、レチクル像の重ね合せ誤差を低減することができる。

また、上述した実施例１によれば、レンズＬＥの光軸Ｃ方向におけるレンズＬＥの相対位置を計測するインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と、このセンサ７２２の絶対位置を計測するアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と、を有する。そのため、レンズＬＥの絶対位置と相対位置との両方を測定することができ、電源再立上げ時でも高精度な位置決め精度を発揮することができる。

また、光軸Ｃ方向と直交する方向におけるレンズＬＥの相対位置を計測するインクリメンタル式横変位検出センサ７２３を有するので、レンズＬＥのチルト変位量を算出することができる。更に、３箇所に設けられた駆動機構７１によってレンズＬＥをチルト駆動することにより、レチクル像のアライメント誤差を解消することができる。
（レンズ位置検出手段の第１変形例）
上述した実施例１では、インクリメンタル式の変位検出センサ７２２，７２３として、マイケルソン型干渉計を用いた例について説明したが、エンコーダを用いても良い。エンコーダは、回析格子と通過した回析光が形成する干渉縞を計数することで回析格子の移動量を計測する装置である。

図２６はアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を、図２７はインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を、図２８はインクリメンタル式横変位検出センサ７２３を示している。図２９は、これらのセンサ７２１，７２２，７２３を斜視的に示している。

ターゲットミラー７５には、その底面７５ａに全反射平面ミラーが形成されている。また、レンズ接線方向に沿った側面７５ｂには、レンズ外周（レンズコバ）の接線方向に多数の溝が延伸した回析格子７５ｂ１が形成されている。また、レンズ外周（レンズコバ）の接線方向に垂直な側面７５ｃには、レンズＬＥの光軸方向に溝が延伸した回析格子７５ｃ１が形成されている。

図２６に示したアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１は、実施例１と同一のセンサで、ターゲットミラー７５の底面７５ａに計測用のレーザ光を照射し、ターゲットミラー７５のＺ軸方向の絶対変位を検出する。図２７に示したインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２には、例えば特開平７−１６７６７９号（特許登録第２６２９６０６号）公報に開示されたエンコーダが用いられる。その検出原理を簡単に説明する。

インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２から放射されたレーザ光は回析格子７５ｂ１に入射し、その回析光が該センサ７２２に戻る。すると、該センサ７２２内において回析光が所定の方法で合成され、干渉縞が形成される。ここで、ターゲットミラー７５がＺ軸方向に変位すると、回析光の状態が変化して該センサ７２２内の干渉縞が移動するため、干渉縞を計測する光電センサからは干渉縞の明暗に対応した周期信号であるインクリメンタル信号が出力される。

なお、干渉計から出力されるインクリメンタル信号の周期は光源波長に依存するが、この変形例のリニアエンコーダから出力されるインクリメンタル信号の周期は、回析格子の格子ピッチに依存する。そこで、サブμｍの格子ピッチを有する回析格子を用いることで、干渉計と同様の検出分解能が得られる。

従って、インクリメンタル信号の周期を測定することにより、ターゲットミラー７５の移動量が格子ピッチオーダの分解能にて検出することができる。また、前記インクリメンタル信号を干渉計と同様に電気的に分周することで、検出分解能をサブｎｍオーダに高めることができる。

図２８に示したインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と同様のセンサである。しかしながら、内部の光学系の配置が異なり、ターゲットミラー７５の横方向変位、すなわちレンズＬＥの光軸と交差する方向の移動量を検出する。
（レンズ位置検出手段の第２変形例）
図３０は、位置検出手段の変形例を示している。アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１と、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２は、（レンズ位置検出手段の第１変形例）で用いたものと同様である。しかし、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の構成が異なる。

この第２変形例のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、第１変形例の当該センサ７２３と同様のセンサであるが、内部の光学系の配置が異なる。この第２変形例のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は、回析格子７５ｂ２の横方向変位、より詳しくは、レンズの外周の接線方向の移動量を検出する。

上述した実施例２では、投影光学系を構成する光学要素は全てレンズＬＥであった。しかし、この実施例２は、投影光学系がレンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４と第１〜第３ミラーＭ１〜Ｍ３とで構成されたカタディオプトリック系であり、移動可能に支持された被駆動対象をミラーとしている。また、実施例１のレンズＬＥはＺ軸方向への並進と、Ｘ軸及びＹ軸周りのチルト変位とで、自由度が３であったが、この実施例２では、所定の軸周りのチルト駆動のみが許容されている。

図３１は、本発明の光学要素の保持装置の実施例２を備えた露光装置の投影光学系を示している。この投影光学系は、レチクルＲ、第１〜第４レンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４、第１〜第３ミラーＭ１〜Ｍ３、及び第３ミラーＭ３を含むミラーユニットＭＵを有している。第１〜第４レンズ群ＬＥ１〜ＬＥ４はいずれも複数のレンズから構成されている。投影光学系以外の構成要素は実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図３２乃至図３４は、図３１の投影光学系を構成する光学要素の内、第１ミラーＭ１を駆動するためのミラーユニットＭＵを示している。図３２は、第１ミラーＭ１及び保持枠であるミラー枠７４Ａを取り除いた平面図である。図３３は、第１ミラーＭ１及びミラー枠７４Ａを取り付けた場合の平面図である。図３４は、図３３のXXXIV−XXXIV線に沿う断面を示している。

図３２において、第１ミラーＭ１を駆動する駆動機構７１は、Ｘ軸を中心に対向して配置される。２組の駆動機構７１を等量駆動すれば第１ミラーＭ１はＺ軸方向に並進駆動する。また、２組の駆動機構７１の駆動量を異ならせることで、第１ミラーＭ１をＸ軸周りにチルト駆動することができる。

一方、位置計測部であるミラー位置検出手段７２Ａは、同じく実施例１と同様のものが第１ミラーＭ１の周りに不等角ピッチで３組配置される。しかしながら、実施例１で示した（式３）又は（式４）に示したものと同様の変換マトリクス（ただし係数は異なる）を用いることで、第１ミラーＭ１の基準点の座標（変換後計測値）Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，Ｒｍを得ることができる。

そして、そのＺ軸方向の配置は、実施例１の図２０乃至図２４と、（式４）〜（式１０）で説明した条件と、を満たすように配置される。ここで注意すべき点は、第１ミラーＭ１は、Ｘ軸周りのチルトのみ許容され、Ｙ軸周りのチルトはすることができない。よって、Ｘ軸周りのチルト駆動によって全てのインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の較正を行う必要がある。

このとき、図３２における３組のミラー位置検出手段７２Ａの内の２組は、チルト中心とターゲットミラー７５の計測部との水平方向（Ｙ軸方向）の実質的な距離が、実施例１の約半分になる。従って、ターゲットミラー７５の計測部とチルト中心との間のＺ方向の離間量ＨＳを、実施例１の２倍とすることで実施例１と同様の作用を得ることができる。

図３５は、実施例２の各センサの調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートである。実施例１では、光学要素はＹ軸周りのチルトが可能であったが、実施例２ではＹ軸周りのチルトが不可能な点で異なっている。その他の構成は実質的に同一である。よって、実施例１の図２５のフローチャートでのステップＳ１１０が、実施例２では、ステップＳ２１０に置き換わった点のみ異なる。

すなわち、図２５のステップＳ１１０では、レンズをθＸ方向及びθＹ方向にチルト駆動して検出センサ７２３のリサージュ調整を行うのに対して、図３５のステップＳ２１０では、ミラーをθＸ方向にチルト駆動して検出センサ７２３のリサージュ調整を行う。これ以外のステップは実施例１と実質的に同一であるため、説明は省略する。

上述した実施例２では、第１ミラーＭ１にはＺ軸方向の並進とＸ軸周りのチルトの合計２方向の移動自由度が与えられる。そして、主たる変位の検出として、Ｚ軸方向並進変位とＸ軸周りのチルト変位とが検出される。更に、副次的な変位として、Ｙ軸方向への並進変位と、Ｙ軸周りのチルト変位とが検出される。 機構部材の製造誤差による意図しない変位として、Ｘ軸方向の並進変位とＹ軸周りのチルト変位とが検出される。すなわち、移動自由度は実施例１より少ない２であるが、変位検出のパラメータ数は実施例１と同様の５である。更に実施例１と同様に、付加情報としてミラー枠７４Ａの半径方向の寸法変化量を得ることができる。そして、第１ミラーＭ１のチルト駆動によりインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の較正を行うことができる。そして、この実施例２も実施例１と同様の効果を奏する。

図３６は、本発明の光学要素の保持装置の実施例３を備えた露光装置の投影光学系を示している。この実施例３では、第３ミラーＭ３がミラーユニットＭＵに設けられている点で、第１ミラーＭ１がミラーユニットＭＵに設けられている実施例２と異なる。

図３７乃至図３９は、図３６の投影光学系を構成する光学要素の内、第３ミラーＭ３を駆動するためのミラーユニットＭＵを示している。図３７は、第３ミラーＭ３及び保持枠であるミラー枠７４Ａを取り除いた平面図である。図３８は、第３ミラーＭ３及びミラー枠７４Ａを取り付けた場合の平面図である。図３９は、図３８のXXXIX−XXXIX線に沿う断面を示している。

実施例１では、被駆動対象である光学要素は複数組の駆動機構７１により支持及び駆動されるため、Ｚ軸方向の並進と、Ｚ軸と直交する軸周りのチルトの、複数自由度を有していた。これに対して実施例３では、被駆動対象である光学要素としての第３ミラーＭ３は、ミラー枠７４Ａに固定して保持され、該ミラー枠７４Ａは２個のピボット部材７８により支持されている。

ここでピボット部材７８は、Ｙ軸を挟んで対向する位置に且つ固定鏡筒７３の平面部に固設され、その最上面とミラー枠７４Ａのフランジ部７４ａは螺子にて結合される。そして、ピボット部材７８の中間部には、断面積の小さなヒンジ部が設けられ、このヒンジ部の弾性変形により最上面は僅かな角度ではあるが搖動可能となっている。従って、２個のピボット部材７８に締結されたミラー枠７４Ａは、θＸ方向にのみ移動が自由である。

また、２個のピボット部材７８の中間部、すなわち図３７のＹ軸上プラス側には、１組の駆動機構７１が設置されている。よって、駆動機構７１のピエゾアクチュエータ７１３に電圧を印加してミラー枠７４Ａとの締結部をＺ軸方向に駆動することで、ミラー枠７４ＡはθＸ方向にチルト駆動される。

一方、光軸Ｃを挟んで駆動機構７１と対向する位置には、１個のミラー位置検出手段７２Ａが配置され、これと光軸Ｃ周りに１２０度隔たった２箇所には位置計測補助部であるミラー位置検出手段７２Ｂが配置されている。そして、前者のミラー位置検出手段７２Ａは、実施例１と同様に、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２、及びインクリメンタル式横変位検出センサ７２３を備えている。

後者のミラー位置検出手段７２Ｂは、第１計測部であるインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を有し且つ第２計測部であるアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を有していない。また、ミラー位置検出手段７２Ｂは、第３計測部であるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３は有している。

その理由は、ミラー枠７４Ａの駆動方向はθＸ方向のみで自由度が１のため、そのチルト角の基準位置からの絶対角度を認識するためには、１個の絶対位置検出手段があれば足りるからである。なお、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３が実施例１と同様に３個備えられているのは次の理由による。すなわち、第３ミラーＭ３はＸ軸及びＹ軸方向の自由度は有さないものの、ミラー枠７４Ａがチルト駆動した際のピボット部材７８の微小な撓みにより、Ｘ軸及びＹ軸方向に若干ではあるが変位を生じるので、これを検出するためである。

そして、ミラー枠７４Ａのチルト中心、及び３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の配置関係は、図２０乃至図２４で説明した関係を満足するよう配置されている。ここで注意すべき点は、第３ミラーＭ３はＸ軸周りのチルトのみ許容され、Ｙ軸周りにはチルト駆動することができない。よって、Ｘ軸周りのチルト駆動によって全てのインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の較正を行う必要がある。

このとき、図３７における２個のミラー位置検出手段７２Ｂにおいて、チルト中心とターゲットミラー７５の計測部との水平方向（Ｙ軸方向）の距離が、実施例１の約半分になる。従って、ターゲットミラー７５の計測部とチルト中心とのＺ軸方向の離間量ＨＳを、実施例１の２倍程度にすることで、実施例１と同様の作用を得ることができる。

図４０は、実施例３に用いる各センサの調整工程を実行するための、センサ初期化ルーチンのフローチャートを示している。先ず、ステップＳ３０１において、ミラー位置検出手段７２Ａ，７２Ｂが有する各センサへの電源供給を開始し、計測可能状態とする。なお、ステップＳ３０１では駆動機構７１はまだ動作していないため、第３ミラーＭ３は基底位置、すなわちＸ軸周りのチルト可動範囲の一方端にある。

ステップＳ３０２では、駆動機構７１を等速駆動して、第３ミラーＭ３をＸ軸周りに、所定量だけ定速駆動する。ステップＳ３０３では、前記定速駆動工程の最中に、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２と３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３のリサージュ調整を、図１８を用いて説明した原理に基づいて行う。

ステップＳ３０４では、第３ミラーＭ３をチルト方向の最下点、すなわち基底位置に戻す。ステップＳ３０５では、駆動機構７１を再び等速駆動して、第３ミラーＭ３をθＸ方向上方に駆動範囲上限まで定速駆動する。

ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５を実行しながら、図１９にて説明した方法に基づいて、ミラー位置検出手段７２Ａが有するアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の基準点走査を行う。ただし、実施例３においては、第３ミラーＭ３はＺ軸方向の並進駆動はできないため、図１９の横軸に表記されたレンズ位置は、ミラーのチルト位置と置き換えて解釈する。次いでステップＳ３０７において、３個のインクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２の基準点規定を行う。

ステップＳ３０７を実行後はステップＳ３０８において、第３ミラーＭ３を一度基底位置、すなわちチルト駆動範囲の最下点に復帰させる。次いでステップＳ３０９において、第３ミラーＭ３を設計上の基準位置（光学原点）、すなわち図１９で示した原点０の位置まで駆動する。ステップＳ３１０では、３個のインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の基準点を規定する。ステップＳ３１０を実行した後、センサ初期化ルーチンが完了する。

上述した実施例３では、実施例１と同様の効果を奏する。更に、この実施例３では、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２とアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１とを有するミラー位置検出手段７２Ａの他にミラー位置検出手段７２Ｂを設ける構成にした。このミラー位置検出手段７２Ｂは、インクリメンタル式垂直変位検出センサ７２２を有し且つアブソリュート式垂直変位検出センサ７２１を有さない構成であるので、アブソリュート式垂直変位検出センサ７２１の設置個数を低減することができる。

図４１乃至図４３は、本発明の光学要素の保持装置の実施例４であるレンズユニット７を示している。図４１は、レンズＬＥ及びレンズ枠７４を取り除いた状態の平面図であり、図４１はレンズＬＥ及びレンズ枠７４を取り付けた状態の平面図である。また、図４２は図４１のXXXXII−XXXXII線に沿う断面図である。そして、この実施例４のレンズユニット７では、実施例１と同一の座標系が規定されている。

この実施例４は、センサの検出感度方向が、光学要素の接線方向への検出感度を有しており、位置検出手段に用いられるインクリメンタル式横変位検出センサ７２３の構成のみ異なる。

図４４及び図４５は、駆動機構７１とレンズ位置検出手段７２をレンズＬＥの近傍に配置した際の、各箇所の移動量と座標定義について示している。レンズＬＥを保持するレンズ枠７４のフランジ部７４ａは、１２０度間隔に配置された３組の駆動機構７１の変位出力部に締結される。そして、３組の駆動機構７１の垂直方向の駆動変位をＷ１，Ｗ２，Ｗ３とすると、フランジ部７４ａの３箇所が光軸Ｃ方向に沿ってそれぞれＷ１，Ｗ２，又はＷ３移動する。また、フランジ部７４ａには、駆動機構７１間に、レンズ位置検出手段７２が配置される。

そして、３組のレンズ位置検出手段７２の垂直方向変位をＨ１，Ｈ２，Ｈ３、水平方向変位をＴ１，Ｔ２，Ｔ３とすると、図に示すように、フランジ部７４ａの３箇所においてＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の変位が検出される。

実施例１では、レンズＬＥの横方向位置を検出するためのセンサ感度方向が、図１６のＳ１〜Ｓ３で示したように、レンズ光軸方向に略直交する方向に向いていた。しかし、実施例４では、レンズＬＥの横方向位置の検出をするためのセンサ感度方向が、図４４のＴ１，Ｔ２，Ｔ３で示すように、レンズ外周の接線方向を向いている。

図４５は、レンズＬＥの位置制御を行う際のレンズ座標を定義しており、実施例１で用いた図１７と類似する。相違点は、レンズＬＥのＺ軸周りの回転変位θＺが追加された点である。

次に、レンズＬＥの駆動制御について説明する。レンズユニット７の制御ブロックは、実施例１で用いた図１５に示した制御ブロックと同様である。ピエゾアクチュエータ７１３によるレンズ駆動は、実施例１の（式１）及び（式２）の変換マトリクスが用いられる。

そして、レンズ駆動後のレンズ位置を計測して該計測値に基づいてフィードバック制御するための、変換マトリクスは、実施例１で示した（式３）の代りに、式１２が用いられる。

ここで、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は変換前計測値、Ｇ１１乃至Ｇ６６は変換マトリクスの係数、Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ，θＸｍ，θＹｍ，θＺｍは変換後計測値である。そして本実施例の場合、上記変換マトリクスが含む各係数の内、いくつかは実質上ゼロとなり、以下の式１３のように表される。

すなわち、レンズのＺ軸方向並進変位Ｚｍ及びチルト変位θＸｍ，θＹｍは、計測されたＺ軸方向の絶対変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３より算出され、レンズ外周接線方向の絶対変位Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３には依存しない。また、レンズＬＥのＺ軸と直交する方向の変位Ｘｍ，Ｙｍ、及びＺ軸周りの回転変位θＺｍは、レンズ外周接線方向の絶対変位Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３より算出され、Ｚ軸方向の絶対変位Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３には依存しない。

そして、式１２又は式１３で得られた６個の変換後計測値の内、レンズＬＥの位置制御に必要な情報はＺｍ，θＸｍ，θＹｍの３個であり、これらはレンズＬＥのフィードバック制御に用いられる。また、Ｘｍ，ＹｍはウェハステージＷＦ１のスキャン制御に用いられ、レチクル像の重ね合せ誤差低減に利用される。

一方で、レンズ枠７４はＺ軸周りには回転しない構造のため、θＺｍは実質的には不変量である。そこで、θＺｍに大きな値が観測された場合は、駆動機構系の異常（例えば各種部材の取付け螺子緩み）、又は横シフト検出センサの故障の可能性がある。すなわち、θＺｍはレンズユニット７の異常検知情報として利用することができる。

図４６及び図４７は、レンズＬＥをチルト駆動した際に、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３の変位計測部に生じる副次的なシフト量を説明するためのものである。図４２の矢視Ｄ方向から見た形態を図４６に、副次的シフト量の模式図を図４７に示す。

図４６において、レンズ枠７４に保持されたレンズＬＥは、不図示の３組の駆動機構７１によって、Ｘ軸周り及びＹ軸周りにチルト駆動可能となっている。そして、Ｙ軸周りにチルト駆動する際のチルト中心軸をＰｃで示している。レンズ枠７４のフランジ部の下面には、ターゲットミラー７５が固設されている。また、固定鏡筒７３の平坦部には、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３が固設されている。

該センサ７２３は実施例１で用いたものと同一構造のレーザ干渉計であるが、その計測ビームはターゲットミラー７５の左側面に投射される。その投射点をＰ51とする。すなわち当センサの検出感度はレンズＬＥの外周接線方向に設定されている。そして、チルト中心軸Ｐｃと、計測ビーム投射点（計測点）Ｐ51のＺ軸方向の離間量をＨＳ、Ｘ軸方向の離間量をＴＳと定義する。また、チルト中心軸Ｐｃを通る垂直線と、計測点Ｐ51を通る水平線との交点をＰ52とし、直角三角形ＰｃＰ51Ｐ52が定義される。

図４６は、直角三角形ＰｃＰ51Ｐ52を拡大したもので、実線で表記された三角形ＰｃＰ51Ｐ52はレンズＬＥのチルト前の状態を表す。そして、レンズＬＥがチルト角βだけ反時計方向にチルト駆動されると、前記三角形は破線で表記された三角形ＰｃＰ53Ｐ54に移動する。このとき、インクリメンタル式横変位検出センサ７２３が観測する変位量は図中のδＴＳであり、チルト角βと変位量δＴＳとの関係は、算出のための途中式は省略するが、実施例１の式８と同一の式である式１４となる。

そして、該変位量δＴＳを利用してインクリメンタル式横変位検出センサ７２３に１周期以上の干渉信号を発生させるためには、実施例１の式１０と同一の式である式１５となる。

よって、式１４と式１５より、以下の式１６が成り立つ。

ここで、レンズＬＥの最大チルト角がβ、検出センサ７２３の光源波長がλの場合、計測点Ｐ51とチルト中心軸ＰｃとのＺ軸方向離間量ＨＳを式１６を満たす数値に設定すると、実施例１と同様の手法で検出センサ７２３のリサージュ調整を行うことができる。

上述した実施例４によれば、実施例１と同様の効果を奏する。ただし、Ｒｍを測定しないため被検物の膨張収縮情報を得ることはできない。

なお、この実施例４において、レンズＬＥのチルト駆動で発生する副次的な横変位を説明する際、Ｙ軸に平行な軸周りにチルト駆動させた例で説明したが、Ｘ軸と平行な軸周りにチルト駆動させても同様の説明を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されることはなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述した実施例１及び実施例２では、駆動部である駆動機構７１を光軸方向又は光軸に対する傾斜方向に駆動させた例について説明したが、チルト駆動のみの系についても、請求項１に係る発明を適用することができる。

また、上述した実施例１及び実施例２では、光学要素を光軸方向に駆動させた例について説明したが、光軸に対する傾斜方向に駆動させても良い。

なお、上述した実施例２及び実施例３では、被駆動対象がミラーの場合、光軸は反射面の中心を通る法線に一致するとは限らない。すなわち図３１及び図３６から明らかなように、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、及び第３ミラーＭ３は、いずれも入射光束と射出光束の中心軸がミラー中央に立てた法線とは一致していないため、光軸の定義如何で光軸の方向が異なる。

一方で、これらミラーに必要とされる駆動方向は、投影光学系の設計仕様に合わせて、入射光束方向、射出光束方向、あるいは反射面中央を通る法線方向のいずれか最適の方向が選択される。よって、最適駆動方向が反射面中央の法線と異なる場合は、駆動機構７１の出力軸方向が該最適駆動方向と一致するように、固定鏡筒７３上で駆動機構７１を所定角度傾けて設置すれば良い。

本発明の光学要素の保持装置の実施例１を備えた露光装置を示す説明図である。 図１のレンズユニットの詳細な形態を示す説明図である。 図２のレンズユニットにレンズ及びレンズ枠を取り付けた形態を示す説明図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２の駆動機構の詳細構造を示す平面図である。 図２の駆動機構の詳細構造を示す側面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 変位取出し部材と方向変換部材とを示す斜視図である。 変位取出し部材のリンク機構を示す説明図である。 方向変換部材のリンク機構を示す説明図である。 アブソリュート式垂直変位検出センサを示す説明図である。 インクリメンタル式垂直変位検出センサを示す説明図である。 インクリメンタル式横変位検出センサを示す説明図である。 露光装置の露光動作やレンズ駆動動作を制御するための制御回路を示す説明図である。 レンズユニットの制御ブロックを示す説明図である。 駆動機構とレンズ位置検出手段とをレンズの近傍に配置した際の、レンズ枠の各箇所の移動量と座標定義について示す説明図である。 レンズの位置制御を行う際のレンズ座標の定義を示す説明図である。 リサージュ波形についての説明図である。 垂直変位検出センサの基準点走査と基準点規定方法についての説明図である。（ａ）はアブソリュート式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｂ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれなし）を示している。（ｃ）はアブソリュート式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。（ｄ）はインクリメンタル式垂直変位検出センサの基準点走査（位置ずれあり）を示している。 レンズユニットの一面を模式的に示す説明図である。 図２０のインクリメンタル式横変位検出センサ付近の拡大図である。 図２０のレンズが角度β、チルト駆動した場合の説明図である。 図２２のインクリメンタル式横変位検出センサ付近の拡大図である。 レンズのチルト駆動前後の変化を数学的に示す説明図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るセンサ初期化ルーチンのフローチャートである。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るレンズ位置検出手段の第１変形例に用いるアブソリュート式垂直変位検出センサを示す説明図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るレンズ位置検出手段の第１変形例に用いるインクリメンタル式垂直変位検出センサを示す説明図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るレンズ位置検出手段の第１変形例に用いるインクリメンタル式横変位検出センサを示す説明図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るレンズ位置検出手段の第１変形例を示す斜視図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例１に係るレンズ位置検出手段の第２変形例を示す斜視図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例２を備えた露光装置の投影光学系を示す説明図である。 図３１のレンズユニットの詳細な形態を示す説明図である。 図３２のレンズユニットにレンズ及びレンズ枠を取り付けた形態を示す説明図である。 図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例２に係るセンサ初期化ルーチンのフローチャートである。 本発明の光学要素の保持装置の実施例３を備えた露光装置の投影光学系を示す説明図である。 図３６のレンズユニットの詳細な形態を示す説明図である。 図３７のミラーユニットにミラー及びミラー枠を取り付けた形態を示す説明図である。 図３８のＸＸＸＩＸ−ＸＸＸＩＸ線に沿う断面図である。 本発明の光学要素の保持装置の実施例３に係るセンサ初期化ルーチンのフローチャートである。 本発明の光学要素の保持装置の実施例４に用いるレンズユニットの詳細な形態を示す説明図である。 図４１のミラーユニットにミラー及びミラー枠を取り付けた形態を示す説明図である。 図４２のＸＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 駆動機構とレンズ位置検出手段とをレンズの近傍に配置した際の、レンズ枠の各箇所の移動量と座標定義について示す説明図である。 レンズの位置制御を行う際のレンズ座標の定義を示す説明図である。 レンズユニットを図４２の矢視Ｄから視た場合の形態を模式的に示す説明図である。 インクリメンタル式横変位検出センサの変位計測部に生じる副次的なシフト量を示す説明図である。

符号の説明

１ 露光装置
７ レンズユニット
７１ 駆動機構
７２ レンズ位置検出手段
７２Ａ，７２Ｂ ミラー位置検出手段
Ｃ 光軸
ＬＥ レンズ

Claims (5)

1. 光学要素を駆動させる駆動部と、前記光学要素の位置を計測する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置であって、
   前記位置計測部の位置検出パラメータ数は、前記駆動部の駆動方向パラメータ数より多いことを特徴とする光学要素の保持装置。
2. 前記位置計測部は、前記光学要素の光軸方向又は光軸に対する傾斜方向における、計測毎の前記光学要素の位置変化である相対位置を計測する第１計測部と、前記光学要素の基底位置からの距離である絶対位置を計測する第２計測部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光学要素の保持装置。
3. 前記駆動部には複数箇所に駆動機構が設けられ、前記光学要素は前記駆動機構によりチルト駆動可能にされ、
   前記位置計測部は、前記光軸方向と直交する方向における前記光学要素の相対位置を計測する第３計測部を有することを特徴とする請求項２に記載の光学要素の保持装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学要素の保持装置を備えた露光装置。
5. 光学要素を光軸方向及び光軸に対する傾斜方向に駆動可能な駆動部と、前記光学要素の光軸に直交する方向における前記光学要素の位置を計測するために周期信号を発生する位置計測部と、を有する光学要素の保持装置の調整方法であって、
   前記光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させる工程と、
   前記光学要素を光軸に対する傾斜方向に駆動させたときの前記位置計測部の出力信号に基づいて、前記位置計測部が発生する周期信号の波形整形を行い、前記光学要素の駆動方向を光軸方向に一致させる工程と、
   を有することを特徴とする光学要素の保持装置の調整方法。