JP2009141333A - 光学素子の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
収差補正上好ましい計測位置と実際の計測位置を一致させた光学素子の位置決め装置を提供する。
【解決手段】
本発明の光学素子の位置決め装置は、光学素子２を含む可動部と、可動部を駆動する駆動機構１００と、光学素子２の位置を計測する位置計測センサ１３０と、位置計測センサ１３０による計測結果に基づき駆動機構１００を制御する光学素子制御手段１０とを備え、光学素子２に中心画角の主光線が入射する入射位置（ｐ点）は、光学素子２を含む光学系の光軸からずれており、位置計測センサ１３０は、光軸に直交する方向における入射位置を計測する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学素子の位置決め装置に関する。

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、数多くの異なる種類のパターンを有する原版（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に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。

投影光学系の収差やディストーションを低減させるために、投影光学系の一部の光学素子を複数軸方向に移動させることがある。特開２００１−３４３５７５号公報（特許文献１）には、複数軸方向の駆動として、光軸方向に移動させたり、チルト駆動可能な三軸駆動機構が考案されている。

また、特開２００５−２７６９３３号公報（特許文献２）には、光学素子を６軸駆動可能な縮小型パラレルリンク機構が開示されている。
特開２００１−３４３５７５号公報 特開２００５−２７６９３３号公報

しかしながら、上述の公知技術には以下のような課題があるため、対策が望まれていた。

特開２００１−３４３５７５号公報（特許文献１）において開示された駆動方法は、光軸周りにセンサ、および駆動機構が光軸から等距離、等角度間隔に配置された例である。このような駆動方法を、反射型光学素子を含む光学系で、可動の光学素子が光軸外に配置される場合に適用したとすると、光軸上の点を中心に回転させるのは、駆動機構に要求されるストロークが大きくなってしまう問題がある。たとえ駆動ストロークの大きな駆動機構を適用しても、駆動ストロークと機構の剛性はトレードオフの関係にあるため、両立するのが難しく、十分な外乱振動特性が得られないという問題がある。

特開２００５−２７６９３３号公報（特許文献２）で開示されている光学素子駆動方法は、インナーリング（ミラーＭ１）の重心を通る軸周りに回転（ピッチング、及び、ローリング）させるとある。しかし計測手段は光軸に直交する平面方向のレーザ干渉計二軸と、アクチュエータによる入力量を測定する静電容量センサ６軸であり、可動部の全軸方向を直接計測していない装置であるため、重心を通る軸周りに高精度に位置決めする構成としては十分でない。本発明の主な適用分野であるＥＵＶ光を用いる露光装置のような反射型の投影光学系の場合、光学素子の（光軸に直交方向の）角度位置決め誤差は、光束のシフトになるため、敏感である。したがって、高精度な光学素子の計測方法が望まれていた。

本発明は、収差補正上好ましい計測位置と実際の計測位置とを一致させた光学素子の位置決め装置を提供する。

本発明の一側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、少なくとも３つの計測点に基づいて、前記光軸の方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、前記光軸に直交する方向における前記入射位置の移動量を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、少なくとも３つの計測点を前記光軸に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、前記入射位置を該平面に投影したときの位置とが一致するように設けられており、前記計測部は、前記少なくとも３つの計測点に基づいて、前記光軸の方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の第１の方向に沿った光軸から前記第１の方向に垂直方向な第２の方向にずれており、前記計測部は、少なくとも３つの計測点を前記第１の方向に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、前記入射位置を該平面に投影したときの位置との距離が、前記光学素子の、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向の長さの四分の一以内になるように設けられており、前記計測部は、前記少なくとも３つの計測点に基づいて、前記第１の方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、前記光軸の方向に関して、前記入射位置と同じ高さに位置する計測点において、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の側面としての光学素子の位置決め装置は、光学素子を含む可動部と、前記可動部を駆動する駆動部と、前記光学素子の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、前記計測部は、前記光軸の方向に関して、前記入射位置との高さの差が６０ｍｍ以内に位置する計測点において、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、収差補正上好ましい計測位置と実際の計測位置とを一致させた光学素子の位置決め装置を提供することができる。

また、本発明によれば、収差の発生しにくい位置を中心に光学素子の位置決めを行うため、結像特性の良好な投影光学系を実現することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に関わる図である。図２は、本発明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、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクル７に形成された回路パターンをウエハ５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に本発明の駆動機構を適用した例を説明するが、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２など他の光源を用いた、露光装置に本実施例で述べる光学素子の位置決め装置を適用しても良い。

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、本実施形態ではステップ・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２を参照して、露光装置は、照明装置（不図示）と、レチクル７を載置する不図示のレチクルステージと、ウエハ５を載置するウエハステージ６と、前述のレチクル７の像をウエハ５上に形成する投影光学系１とを有する。

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７は、反射型であり、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成されている。このレチクル７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ている。レチクル７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５上に投影される。レチクル７とウエハ５とは、光学的に共役の関係に配置される。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７とウエハ５を走査することによりレチクル７のパターンをウエハ５上に縮小投影する。

投影光学系１は、複数の反射ミラー（即ち、多層膜ミラー）を用いて、レチクル７面上のパターンを像面であるウエハ５上に縮小投影する。複数のミラーの枚数は、例えば４枚から８枚程度である。図２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）だけを用いて、レチクル７とウエハ５を同時に走査して、パターンを転写する。ミラーの数は、４枚、６枚、８枚等の偶数枚であることが好ましい。投影光学系１の開口数（ＮＡ）は、０．２から０．５程度である。

設置される床の振動が投影光学系１、さらにはその内部の各ミラーに伝達しないよう、鏡筒定盤９とベースフレーム８は除振機構１１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したがって本発明の光学要素駆動機構を制御する。光学素子制御手段１０は、位置計測センサ１３０による計測結果に基づき駆動機構１００を制御する制御部である。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、及び予め記憶されたプログラムに基づいて駆動機構に指令を与え、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８にフローを示す。図８は、露光装置稼動中に収差調整することを想定した場合と、投影光学系の組立調整を想定した場合との両者を念頭において描いてある。例えば投影光学系の組立調整の場合は、光学素子を調整駆動した後に、再度波面収差測定などを行うことができるので、その結果で再度光学素子を調整駆動することが可能となる。この結果、点線で示したルートをたどることができる。露光装置稼動中の場合は、再度光学性能を確認することができない場合が多いので、一般的には駆動位置が所望の位置に収まっていることが確認できれば、終了となる。

図１は、図２に示された投影光学系１の一部であり、光学素子の位置決め装置３の一例である。本図から、光学素子２の質量中心は、明らかに共軸から離れた系であることがわかる。光学素子の位置決め装置３は、光学素子２、保持機構１１０、光学素子支持枠１２０、駆動機構１００、及び、光学素子の位置（移動量）を計測する計測部としての位置計測センサ１３０（不図示）を有する。

本実施例の光学素子の位置決め装置３は、鏡筒１０１に固定されている。ただし、これに代えて、光学素子の位置決め装置３がベースプレートに組みつけられ、さらに鏡筒１０１とベースプレートが結合される形態を採用することもできる。この場合、光学素子の位置決め装置３のメンテナンスや組立調整、さらに光学素子２の修正加工の工程が容易になるという点で、より好ましい。

駆動機構１００は、光学素子２、保持機構１１０、及び光学素子支持枠１２０を含む可動部を複数の軸方向に位置調整するように駆動する駆動部である。光学素子２の高精度な位置調整により、投影光学系１が最適な結像性能を得ることを可能にする。

光学素子の位置決め装置３は、直交３軸、及びその軸まわりの回転３軸の計６軸に駆動できることが好ましい。この６軸方向の駆動を実現するために、スチュワート・プラットフォーム型のパラレルリンク機構などが好適に用いられる。この駆動機構１００のアクチュエータとしては、積層型ピエゾアクチュエータが好適に用いられる。

保持機構１１０は、露光により生じる光学素子２の熱歪を軽減するため、組立時の光学素子２の変形を軽減するため、また、駆動機構１００の駆動に伴う外力を光学素子２に伝えないようにするために用いる。

図１に示すように、駆動機構１００の一端は鏡筒１０１に取り付けられ、他端は光学素子支持枠１２０に結合されている。

保持機構１１０は、主に光学素子支持枠１２０から光学素子２に与えられる外力や、熱歪による変形を軽減するため、あるいは組立直しなどに伴う光学素子２の面形状の再現性を確保するために構成される。図１に示した保持機構１１０はその一例である。

光学素子２の位置調整を高精度に行う際、位置計測センサ１３０の利用は不可欠である。本実施例のように、６軸方向に姿勢調整する機構の場合、少なくとも６個の位置計測センサ１３０が必要となる。通常６個の長さ計測センサを対象物の周囲に配置する。保持機構１１０や光学素子支持枠１２０が十分剛である場合は、光学素子支持枠１２０の周囲に位置計測センサ１３０を配置して、光学素子２の姿勢を計測したとみなしても良い。しかし、良好な変形遮断特性を持つ保持機構１１０は、十分剛と言えない場合がある。

十分剛な保持機構１１０で光学素子２が連結されていれば、光学素子２と光学素子支持枠１２０の姿勢は一致しているとみなすことができる。一方、十分剛ではない保持機構１１０の場合は、光学素子２の姿勢と光学素子支持枠１２０の姿勢が、光学要求精度（例えば１ｎｍ程度）レベルで一致せず、光学素子２の姿勢を位置計測センサ１３０により直接計測するのが好ましい。

位置計測センサ１３０の配置は自由ではなく、結像性能への悪影響の小さいセンサの配置方法がある。図３は、ある光学素子２の位置計測方法を示した一例である。図３（ａ）は、光学素子２に露光光が当たる側の面、図３（ｂ）は側面、図３（ｃ）は光学素子２の裏面を表している。

図３（ａ）の光学素子面には、露光光の当たる領域が示されている。露光熱により生じた露光収差などを補正したり、アライメント計測から得られた倍率成分などを調整する場合、従来の屈折型の投影光学系のように光軸対称に全周光学素子が存在する系では、光軸上のある点を中心に光学素子２を回動したり並進させたりした。しかし図４に示すように、光軸（共軸）から離れた部分にのみ光学素子２が存在し、その周囲に駆動機構１００が配置される場合、光軸上の点周りに光学素子２を回動させると、駆動機構１００に要求される移動距離が大きくなってしまう。

大きな移動距離を実現可能な駆動機構１００は、剛性を高くとりにくく、外部からの振動特性が悪化し、結像性能を低下させる可能性がある。したがって、図４に示すように、共軸から離れた位置に光学素子２が存在する光学素子の位置決め装置３の場合、光学素子２の近傍周りに回動させるのが好ましい。なお、ここでは光学素子２としてミラーＭ４を駆動することで、光学収差補正をする例である。

制御の上では、駆動機構１００を可動部（光学素子２、保持機構１１０、光学素子支持枠１２０）の重心に対して均等に（駆動機構１００と光学素子支持枠１２０が接する三つの部分が作る三角形の内心とが可動部の重心とが一致する）配置するのが好ましい。図３のように、可動部の形状がＹ軸に対して概ね対象であれば、重心はＹ軸上近傍にある。しかし、位置計測センサ１３０をＹ軸に対して非対称に配置することで対称性を壊したり、投影光学系１内の他の機構との空間配置上の都合で非対称になった場合には、可動部重心はＹ軸上から外れることになる。

一方、光学設計の観点から、露光光の当たる領域の中心（光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置、以下「ｐ点」という）ができるだけ移動誤差の生じることのないように回動させるのが良い（図５（ａ）参照）。図５（ｂ）に示すように、ｐ点でなくＹ軸から離れた点回りにＹ軸方向まわりの回転をさせた場合、回転軸の左右で発生する収差が変わり、調整が困難になったりするからである。したがって位置計測センサ１３０は、このｐ点に計測誤差が生じないように配置するのが良い。ここで共軸、又は光軸中心に定義されたＸ，Ｙ，Ｚ軸と区別するために、ｐ点まわりのローカルな直交座標系を、α、β、γと定義する。α軸はＸ軸と、β軸はＹ軸と、γ軸はＺ軸とそれぞれ平行であるとする。（本実施例では、β軸と、Ｙ軸は一致している）。

図３の例では、β方向のシフト計測とγ軸まわりの角度計測を行うために、２つの計測点Ｙ１、Ｙ２を計測する２個の位置計測センサ１３０を間隔Ｄにて配置している。これらの位置計測センサは、ｐ点計測に誤差が生じないように、光軸に沿った方向（第１の方向）に関して、ｐ点と同じ高さに位置する計測点Ｙ１，Ｙ２を計測する。また、計測点Ｙ１，Ｙ２は、α軸方向におけるｐ点からの長さｄ１、ｄ２（ｄ１＋ｄ２＝Ｄ）がそれぞれ等距離になるように配置されている。このため、α軸方向のシフト計測についても、計測点Ｙ１，Ｙ２を用いて計測可能な配置となっている。

また、α軸方向のシフト計測を行うため、計測点Ｘ２を計測する位置計測センサ１３０が設けられている。この位置計測センサも、上記理由により、光軸の方向に関して、ｐ点と同じ高さに位置する計測点Ｘ２を計測する。

上述のとおり、α、β軸方向を計測するそれぞれの位置計測センサの計測点Ｙ１，Ｙ２，Ｘ２が、光軸に関してｐ点と同じ高さに一致するのが望ましい。しかし、他のユニットや部品との干渉など、空間配置上同一高さにするのが困難な場合がある。この場合は、ｐ点と位置計測センサの測定点高さを事前に三次元計測器などで計測し、その値を用いて換算することで同様の効果を得ることができる。なお、ｐ点は反射面上にあるため直接計測することが困難な場合もありうる。この場合は、面形状計測装置により、ｐ点位置を同定し、光学素子２の基準面（例えば光学素子２の反射面に対する裏面）との距離を求め、その基準面と位置計測センサの測定点を計測することで達成することができる。このように、位置計測センサは、光軸（第１の方向）に対して垂直方向（第２の方向）におけるｐ点の位置（移動量）を計測するものであれば、ｐ点の位置（移動量）を直接計測するものでなくてもよい。

一方、γ軸方向シフト、及びα軸まわり、β軸まわりの回転角度は、光学素子２の周囲に３個の位置計測センサ１３０を配置し計測する。このとき、３個の位置計測センサ１３０は、γ軸に垂直な面内においてｐ点に対して均等に配置するのが良い。ここで均等に配置するとは、３つのＺ方向の位置計測センサ１３０の計測点が作る三角形の重心とｐ点とが、光軸と垂直なある面に投影した場合に一致するということである。

言い換えれば、この重心とｐ点とを結ぶ直線が共軸と平行になるということである。ここで、「重心とｐ点とが一致」とは完全に一致している場合に限らず、光学性能の観点から、光学素子２のα軸方向長さの四分の一以下の範囲で近接していればよい。これを図７を用いて説明する。三つの位置計測センサ１３０の位置関係が図のとおりでなく、任意の位置にそれぞれが取り付けられ、その位置計測センサが作る三角形の重心が、ｐ’点であったとする。ｐ’点のα軸方向の位置は、計測誤差などがあり、ｐ点からＬ−ｅであるとする（ｅは誤差量である）。鉛直方向駆動に伴う、β軸周りの回転誤差量を、Ｌ、ｅを用いて求めると、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｚ駆動量を０．０１ｍｍ、ｅ＝０．０３ｍｍの例では、ミラーのα軸方向の長さの四分の一を越えると、５０ｎｒａｄ以上となり、多くの場合許容できない。対象とする光学素子の敏感度にもよるが、この角度誤差量が大きくなるほど、収差や像の位置ズレを悪化させるからである。

このように、３つの位置計測センサ１３０は、少なくとも３つの計測点Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を光軸に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、ｐ点をこの平面に投影したときの位置とが一致するように設けられていることが好ましい。これらの位置は、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向（α軸方向）において、光学素子２の長さの四分の一以内の範囲で一致すればよい。

上述のとおり、γ軸方向を計測する位置計測センサの計測点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３をγ軸に垂直な面の投影した三角形の重心が、ｐ点と一致するように配置するのがよい。しかし、空間配置上の制限により、そのような配置が困難な場合がある。この場合は、ｐ点と各センサの計測点を事前に三次元計測器などで計測し、その値を用いて換算することで同様の効果を得ることができる。このように、少なくとも３つの計測点に基づいて、光軸（第１の方向）に対する垂直方向（第２の方向）におけるｐ点の位置（移動量）を計測するものであれば、重心とｐ点の位置とが一致している必要はない。

図３から分かるように、光学素子２が共軸から離れた部分のみにある、すなわち光学素子の質量中心が共軸外にある場合のβ軸方向シフト計測（図の例ではＹ１、Ｙ２）は、共軸から遠い側に位置計測センサ１３０を配置し、計測するのが好ましい。光学素子２の共軸に近い側にはｐ点の高さに光学素子２が存在しないからである。

図６は、図１で示した光学素子位置決め装置のＡ断面を示したものである。共軸から離れた部分のみにあるマイナスＺ方向に凹な面をもつ光学素子２の露光光の当たる領域の中央（ｐ点）と同一なＺ方向高さ（点線で強調した）で水平方向のシフト計測が可能なように位置計測センサ（水平方向）１３０を配置した例である。水平方向変位計測が、ｐ点と同一Ｚ方向高さでない場合は、その不一致の量だけ回転成分による影響を受け、計測誤差になりやすい。回転成分は、上述のように別のセンサにて計測する構成が考えられる。このため、回転成分計測値が正しく、かつ水平方向計測のＺ方向高さが正確にあらかじめ分かっていればｐ点の水平方向変位に換算できる。このような場合には、水平方向変位計測が、ｐ点と同一Ｚ方向高さでなくてもよい。しかし実際には、水平方向計測のＺ方向高さや角度計測値には誤差が含まる。したがって、ｐ点からのずれは光学敏感度を考慮して、６０ｍｍ以内に留めるのがよい。

図６に示す位置計測センサ１３０は、リニアエンコーダを用いた例である。位置計測センサ１３０の計測ターゲットとしてのセンサターゲット１３１は、光学素子２の一部にリニアエンコーダによって計測可能なスケールを接着、オプチカル・コンタクト、ネジ固定、機械加工後、成膜などの方法により形成されている。

センサターゲット１３１あるいはそのベース（基材）は、光学素子２に直接結合されるので、光学素子２の線膨張係数と同じであることが望ましい。この点で、光学素子２とセンサターゲット１３１（またはそのベース）は、同一の材料で構成されていることがより好ましい。

水平方向の位置計測をする位置計測センサ１３０は少なくとも３個あり、そのうち一つの計測方向を示す仮想直線は、露光光の当たる領域の中央（ｐ点）を通ることが望ましい。すなわち、第２の方向又は第３の方向における入射位置（ｐ点）（移動量）を計測する計測方向を示す仮想直線のうち少なくとも一つは、光学素子２の入射位置（ｐ点）を通る。図３に示されるように、この仮想直線は、計測点Ｘ２からα軸方向に沿って延びた直線である。

また、水平方向の位置計測をする位置計測センサ１３０の少なくとも３個のうちｐ点を通らない少なくとも二つの計測方向を示す仮想直線は、互いに平行であることが望ましい。すなわち、光軸に沿う方向（第１の方向）における入射位置（ｐ点）の位置（移動量）を計測する計測方向を示す仮想直線のうち少なくとも二つは、互いに平行である。図３に示されるように、この仮想直線は、計測点Ｙ１、Ｙ２からβ軸方向に沿って延びた直線である。これによって、水平方向の計測にアッベ誤差が生じにくくなり、光学素子位置決め装置を高精度に駆動することが可能となる。

なお、鉛直方向の姿勢計測についてもリニアスケールを用いた例で示してあり、前述の水平方向のセンサと、略直交する方向に位置計測センサ（鉛直方向）１３０をそれと対向するように、ターゲットを前述同様に設けている。

図６では、位置計測センサ１３０としてリニアスケールを用いた例で示したが、レーザ干渉計や、静電容量変位センサ、渦電流変位センサ、作動トランスなど他の原理に基づくセンサを用いても良い（ここではそれらの適用例については図示しない）。

図７は、図１に示した光学素子位置決め装置の斜視図、図６に示した断面図を共軸の方向から見た平面図である。α軸方向シフト計測を行う位置計測センサ１３０を１個、β軸方向シフト計測、及びγ軸方向まわりの角度計測を行う位置計測センサ１３０を２個、γ軸方向シフト、α、β軸方向まわりの角度計測を行う位置計測センサ１３０を３個、合計６個の配置を示している。β軸方向のシフト計測を行う２個の位置計測センサ１３０は、Ｙ軸に対して等距離に配置し、ｐ点の位置（移動量）計測に誤差が生じにくいように配慮してある。Ｘ軸方向計測の位置計測センサ１３０は、Ｘ軸上に配置することで同様の効果を得ている。なおα軸の位置計測センサ１３０とベータ軸の位置計測センサ１３０の配置を入れ替えても構わない。

γ軸方向の３個の位置計測センサ１３０の計測点が形成する三角形は、二等辺三角形や、正三角形であるのが良い。三つのセンサ値からα軸まわりの回転角、及びβ軸まわりの回転角に換算する際に、上で述べた三角形の形状が歪んでいると、どちらかの角度計測分解能が劣化するからである。両角度計測の分解能を同一にしたい場合は、√５：√５：１の二等辺三角形にするのが良い。

なお、γ軸方向シフト、α、β軸方向まわりの回転角計測を行う位置計測センサ１３０は３個で構成されることで説明してきた。ただし冗長ではあるが、位置計測センサ１３０の個数を増やし平均化効果により高精度化を図ることも考えられる。この場合、計測点が作る幾何形状は三角形ではなく、位置計測センサ１３０の仕様個数に応じた多角形となる。

本実施例では、水平方向の位置計測を行う位置計測センサ１３０がα、β軸にそれぞれ沿っていたが、図９に示すように水平方向の位置計測センサ１３０をｐ点周りのある円に対して略接線方向に配置し、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の３方向の計測を行っても良い。

以上説明した実施例では、光学素子としてミラーを例にあげた。しかし、本発明の位置決め装置で駆動制御する対象はミラーに限られるものではない。例えば、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、あるいはバイナリーオプティクスなどの回折光学素子でも良い。

以上述べたように、本発明によれば比較的光学像性能に悪影響を与えない光学素子位置決め装置を実現することができる。

本実施例の光学素子の位置決め装置の概要図である。 本実施例の駆動機構を搭載する半導体露光装置の全体図である。 本実施例の光学素子の位置決め装置の計測点を示す概要図である。 本実施例の光学素子の駆動回転中心を示す図である。 本実施例の光学素子の回転中心と誤差を示す図である。 本実施例の光学素子の位置決め装置の部分断面図である。 本実施例の光学素子の位置決め装置の計測系の具体的な配置例を示す図である。 本実施例の光学素子の位置決め装置の光学性能補正のフローを示す図である。 本実施例の光学素子の位置決め装置の水平方向センサの他の配置例を示す図である。

符号の説明

１…投影光学系
２…光学素子
３…光学素子位置決め装置
５…ウエハ
６…ウエハステージ
７…レチクル
８…ベースフレーム
９…鏡筒定盤
１０…光学素子制御手段
１００…駆動機構
１０１…鏡筒
１２０…光学素子支持枠
１３０…位置計測センサ
１３１…センサターゲット

Claims (14)

1. 光学素子を含む可動部と、
   前記可動部を駆動する駆動部と、
   前記光学素子の位置を計測する計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
   前記計測部は、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
2. 前記計測部は、前記光軸の方向に関して、前記入射位置と同じ高さに位置する計測点を計測することを特徴とする請求項１記載の光学素子の位置決め装置。
3. 前記計測部は、さらに、少なくとも３つの計測点に基づいて前記光軸の方向における前記入射位置を計測することを特徴とする請求項１記載の光学素子の位置決め装置。
4. 光学素子を含む可動部と、
   前記可動部を駆動する駆動部と、
   前記光学素子の位置を計測する計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
   前記計測部は、少なくとも３つの計測点に基づいて、前記光軸の方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
5. 前記計測部は、前記少なくとも３つの計測点を前記光軸に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、前記入射位置を該平面に投影したときの位置とが一致するように設けられていることを特徴とする請求項４記載の光学素子の位置決め装置。
6. 前記多角形は二等辺三角形であり、該二等辺三角形の辺の比は√５：√５：１であることを特徴とする請求項５記載の光学素子の位置決め装置。
7. 前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測する計測方向を示す仮想直線のうち少なくとも一つは、前記光学素子の前記入射位置を通ることを特徴とする請求項１記載の光学素子の位置決め装置。
8. 前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測する計測方向を示す仮想直線のうち少なくとも二つは、互いに平行であることを特徴とする請求項１記載の光学素子の位置決め装置。
9. 前記計測部の計測ターゲットは、前記光学素子と同一の材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の光学素子の位置決め装置。
10. 光学素子を含む可動部と、
    前記可動部を駆動する駆動部と、
    前記光学素子の位置を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
    前記計測部は、前記光軸に直交する方向における前記入射位置の移動量を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
11. 光学素子を含む可動部と、
    前記可動部を駆動する駆動部と、
    前記光学素子の位置を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
    前記計測部は、少なくとも３つの計測点を前記光軸に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、前記入射位置を該平面に投影したときの位置とが一致するように設けられており、
    前記計測部は、前記少なくとも３つの計測点に基づいて、前記光軸の方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
12. 光学素子を含む可動部と、
    前記可動部を駆動する駆動部と、
    前記光学素子の位置を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の第１の方向に沿った光軸から前記第１の方向に垂直方向な第２の方向にずれており、
    前記計測部は、少なくとも３つの計測点を前記第１の方向に直交する平面に投影したときに作られる多角形の重心の位置と、前記入射位置を該平面に投影したときの位置との距離が、前記光学素子の、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向の長さの四分の一以内になるように設けられており、
    前記計測部は、前記少なくとも３つの計測点に基づいて、前記第１の方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
13. 光学素子を含む可動部と、
    前記可動部を駆動する駆動部と、
    前記光学素子の位置を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
    前記計測部は、前記光軸の方向に関して、前記入射位置と同じ高さに位置する計測点において、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。
14. 光学素子を含む可動部と、
    前記可動部を駆動する駆動部と、
    前記光学素子の位置を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づき前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記光学素子に中心画角の主光線が入射する入射位置は、前記光学素子を含む光学系の光軸からずれており、
    前記計測部は、前記光軸の方向に関して、前記入射位置との高さの差が６０ｍｍ以内に位置する計測点において、前記光軸に直交する方向における前記入射位置を計測することを特徴とする光学素子の位置決め装置。