JP4886294B2 - Optical element driving apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Optical element driving apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

本発明は、マスクアライナやステッパ等の半導体露光装置を構成する投影光学系において、より正確な結像関係を得るためにレンズ等の光学要素を駆動手段を用いて所望の方向に精密に駆動する光学要素駆動装置に関する。
さらに、本発明は、この光学要素駆動装置を有する露光装置およびこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
The present invention precisely drives an optical element such as a lens in a desired direction using a driving means in a projection optical system constituting a semiconductor exposure apparatus such as a mask aligner or a stepper in order to obtain a more accurate imaging relationship. The present invention relates to an optical element driving device.
Furthermore, the present invention relates to an exposure apparatus having the optical element driving apparatus and a device manufacturing method using the exposure apparatus.

一般に半導体露光装置は、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。
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)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。
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。
In general, 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.
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) 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.
Conventionally, the following techniques have been disclosed as drive elements for optical elements for semiconductor exposure apparatuses or general mechanical devices.

例えば、特開2001−343575号公報(特許文献1)には、固定鏡筒に相当するアウタリングと、可動レンズ枠に相当するインナーリングの構造が開示される。
レンズ駆動機構に相当する光学素子保持装置が、アウタリング上の相対角度120の位置に3組配置され、該駆動機構の変位出力部である連結アームが前記インナーリングに結合される。
これにより、3組の駆動機構の出力変位を所望の値に制御することで、前記可動レンズを光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。
さらに、駆動源であるピエゾアクチュエータと、剛体リンクと弾性ヒンジから成る変位拡大及び案内機能を有したフレクシャ機構を用いて、可動レンズと結合された連結アーム部をレンズの光軸方向に駆動する。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-343575 (Patent Document 1) discloses a structure of an outer ring corresponding to a fixed lens barrel and an inner ring corresponding to a movable lens frame.
Three sets of optical element holding devices corresponding to the lens driving mechanism are disposed at a relative angle 120 on the outer ring, and a connecting arm which is a displacement output portion of the driving mechanism is coupled to the inner ring.
As a result, by controlling the output displacement of the three sets of driving mechanisms to a desired value, the movable lens can be driven to shift in the optical axis direction and can be tilt driven about two axes orthogonal to the optical axis. Has been.
Furthermore, the connecting arm unit coupled to the movable lens is driven in the optical axis direction of the lens by using a piezo actuator as a driving source and a flexure mechanism having a displacement expanding and guiding function including a rigid link and an elastic hinge.

また、特開2002−131605号公報(特許文献2)には、固定鏡筒に相当する枠体と、可動レンズ枠に相当するレンズ枠体の構造が開示されている。
レンズ駆動機構に相当するフレクシャ機構が、枠体上の相対角度120の位置に3組配置され、該フレクシャ機構の変位出力部がレンズ枠体の突起部であるフレクシャ接合部に結合される。
これにより、3組の駆動機構の出力変位を所望の値に制御することで、可動レンズを光軸方向にシフト駆動すると共に、光軸と直交する2方向にシフト駆動し、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。
さらに、前記フレクシャ機構の詳細構造が開示され、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する。
特開2001−343575号公報 特開2002−131605号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-131605 (Patent Document 2) discloses a structure of a frame corresponding to a fixed lens barrel and a lens frame corresponding to a movable lens frame.
Three sets of flexure mechanisms corresponding to the lens driving mechanism are arranged at a relative angle of 120 on the frame body, and the displacement output portion of the flexure mechanism is coupled to the flexure joint portion which is a projection portion of the lens frame body.
Thus, by controlling the output displacement of the three sets of drive mechanisms to a desired value, the movable lens is driven to shift in the optical axis direction, and is also driven to shift in two directions orthogonal to the optical axis, and orthogonal to the optical axis. A structure capable of tilt driving around two axes is disclosed.
Further, the detailed structure of the flexure mechanism is disclosed, and the rotational displacement of the horizontal direction drive lever and the vertical direction drive lever is converted into the horizontal and vertical shift displacements of the displacement output part of the flexure mechanism.
JP 2001-343575 A JP 2002-131605 A

しかし、特開2001−343575号公報(特許文献1)において開示された駆動機構は、アクチュエータとフレクシャ機構がレンズの光軸方向に並列配置される。
このため、固定鏡筒に相当するアウタリングの光軸方向の厚さが大きくなり、光軸方向に薄いレンズユニットに当機構を収納するのは困難である。
従って当機構を搭載するレンズユニットは、光軸方向に厚いユニットに限定されるため、投影光学系全体の収差低減最適化の自由度が制限される。
また、小さな入力源の発生変位を拡大し、大きなレンズの駆動範囲を得るため、システムの固有振動数が低下し、鏡筒に与えられる外部からの振動がレンズに伝わり易い。
このため、高い像性能を得るために、敏感度の高いレンズや、高速駆動を要求するレンズに適用しにくいと言う問題があった。
さらに、駆動源による力が、鏡筒を変形させ、可動部の位置を計測するセンサ取り付け部が変位し、所望の位置精度が得られないという問題があった。
特開2002−131605号公報(特許文献2)の駆動機構は、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、レンズの駆動変位を自動制御する構造ではない。
また、仮に、前記調整ワッシャと調整ボタン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することはできるが、アクチュエータが光軸方向に張り出し、前記特許文献1と同様に光軸方向の厚さが大きくなる。
そこで、本発明は、駆動手段であるリニアアクチュエータに曲げモーメントがかかることを防止し、リニアアクチュエータの破損を防止する信頼性の高い薄型の構成となる光学素子駆動装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、この光学素子駆動装置を有する露光装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、この露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
However, in the drive mechanism disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-343575 (Patent Document 1), an actuator and a flexure mechanism are arranged in parallel in the optical axis direction of the lens.
For this reason, the thickness of the outer ring corresponding to the fixed barrel increases in the optical axis direction, and it is difficult to store the mechanism in a lens unit that is thin in the optical axis direction.
Therefore, since the lens unit on which this mechanism is mounted is limited to a unit that is thick in the optical axis direction, the degree of freedom in optimizing aberration reduction in the entire projection optical system is limited.
Further, since the generated displacement of a small input source is enlarged and a large lens driving range is obtained, the natural frequency of the system is lowered, and external vibration applied to the lens barrel is easily transmitted to the lens.
For this reason, in order to obtain high image performance, there is a problem that it is difficult to apply to a lens having high sensitivity or a lens that requires high-speed driving.
Furthermore, there is a problem in that a desired position accuracy cannot be obtained because the force from the drive source deforms the lens barrel and the sensor mounting portion that measures the position of the movable portion is displaced.
The drive mechanism disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-131605 (Patent Document 2) adjusts the tip displacement of the horizontal drive lever and the vertical drive lever with an adjustment washer and an adjustment button, and automatically controls the lens drive displacement. is not.
In addition, the adjustment washer and the adjustment button may be replaced with a piezo actuator or the like so that the structure can be automatically adjusted. However, the actuator protrudes in the optical axis direction, and the thickness in the optical axis direction is the same as in Patent Document 1. Becomes larger.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element driving apparatus that has a highly reliable and thin configuration that prevents a bending moment from being applied to a linear actuator that is a driving means, and prevents damage to the linear actuator. .
A further object of the present invention is to provide an exposure apparatus having this optical element driving apparatus.
A further object of the present invention is to provide a device manufacturing method using this exposure apparatus.

上記の課題を解決するために、光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記光軸方向と垂直な方向であって前記光学素子の平面外周形状の接線方向に変位する複数のリニアアクチュエータと、
各リニアアクチュエータの前記接線方向における両端に設けられ、ヒンジを中心に回動可能な部材を含み、前記リニアアクチュエータの変位を前記リニアアクチュエータに対して前記光学素子の径方向に離れる側に取り出す第1リンク機構と、前記第1リンク機構に連結された部材と、前記接線方向に対して所定の角度に配置され、前記第1リンク機構に連結された部材の変位に応じて回動可能な部材を含み、前記第1リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第2リンク機構と、前記リニアアクチュエータの一端と前記第1リンク機構の間に設けられた支持機構とを備え、前記支持機構は、球状部材と、該球状部材と接触する円錐状の凹部を有することを特徴とする光学素子駆動装置。
In order to solve the above problems, an optical element driving apparatus for driving an optical element in the optical axis direction,
A plurality of linear actuators that are displaced in a direction perpendicular to the optical axis direction and in a tangential direction of a planar outer peripheral shape of the optical element;
A first member is provided at each end of each linear actuator in the tangential direction and includes a member that can rotate around a hinge, and takes out the displacement of the linear actuator to the side away from the linear actuator in the radial direction of the optical element. A link mechanism, a member connected to the first link mechanism, and a member disposed at a predetermined angle with respect to the tangential direction and rotatable in accordance with a displacement of the member connected to the first link mechanism. Including a second link mechanism that converts the displacement extracted by the first link mechanism in the optical axis direction, and a support mechanism provided between one end of the linear actuator and the first link mechanism, The support mechanism includes a spherical member and a conical recess that contacts the spherical member.

本発明に係る光学要素駆動装置によれば、光学素子を第1方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記第1方向と垂直な第2方向に伸縮して変位するリニアアクチュエータと、
連結部の両端に前記第1方向および第2方向と垂直な第3方向に略平行な一対の変位取り出しリンクが連結され、前記変位取り出しリンクの一方は前記リニアアクチュエータの一端にピエゾ受けリンクを介して接触され、前記変位取り出しリンクの他方は前記リニアアクチュエータの他端に支持機構を介して支持され、前記第2方向に変位する第1リンク機構と、
前記第1リンク機構に連結され、前記第1リンク機構によって取り出された前記第2方向への変位を前記第1方向に変換して変位する第2リンク機構と、を有する。
このため、支持機構を有するためリニアアクチュエータに曲げモーメントがかかることを防止し、リニアアクチュエータの破損を防止する信頼性の高い薄型の構成となる。
さらに、本発明に係る光学要素駆動装置によれば、光学素子を第1方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記第1方向と垂直な第2方向に変位するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの第2方向における両端に設けられた第1リンク機構と、
前記第1リンク機構に連結され、前記第1リンク機構によって取り出された変位を前記第1方向に変換する第2リンク機構と、
前記第1リンク機構と前記リニアアクチュエータの間に支持機構とを備え、
前記支持機構は、球状部材と、該球状部材と接触する円錐状の凹部を有する。
このため、支持機構を有するためリニアアクチュエータに曲げモーメントがかかることを防止し、リニアアクチュエータの破損を防止する信頼性の高い薄型の構成となる。
さらに、本発明に係る光学要素駆動装置によれば、光学素子を第1方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記第1方向と垂直な第2方向に変位するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの前記第2方向における両端に設けられた第1リンク機構と、
前記第1リンク機構に連結され、前記第1リンク機構によって取り出された変位を前記第1方向に変換する第2リンク機構と、
前記第1リンク機構と前記リニアアクチュエータの間に支持機構を備え、
前記支持機構は、弾性ヒンジを備える。
このため、支持機構を有するためリニアアクチュエータに曲げモーメントがかかることを防止し、リニアアクチュエータの破損を防止する信頼性の高い薄型の構成となる。
さらに、本発明に係る光学要素駆動装置によれば、光学素子を第1方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記第1と垂直な第2方向に変位するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの前記第2方向における両端に設けられた第1リンク機構と、
前記第1リンク機構に連結され、前記第1リンク機構によって取り出された変位を前記第1方向に変換する第2リンク機構と、
前記第1リンク機構と前記リニアアクチュエータの間に支持機構を備え、
前記支持機構は、球状部材と、該球状部材と接触する円錐状の凹部と、弾性ヒンジを有する。
このため、支持機構を有するためリニアアクチュエータに曲げモーメントがかかることを防止し、リニアアクチュエータの破損を防止する信頼性の高い薄型の構成となる。
According to the optical element driving device of the present invention, the optical element driving device drives the optical element in the first direction,
A linear actuator that expands and contracts in a second direction perpendicular to the first direction;
A pair of displacement extraction links that are substantially parallel to the first direction and a third direction perpendicular to the second direction are connected to both ends of the connection portion, and one of the displacement extraction links is connected to one end of the linear actuator via a piezo receiving link. A first link mechanism that is supported on the other end of the linear actuator via a support mechanism and is displaced in the second direction;
A second link mechanism that is coupled to the first link mechanism and that converts the displacement in the second direction taken out by the first link mechanism into the first direction to be displaced.
For this reason, since it has a support mechanism, it becomes a highly reliable thin structure which prevents that a bending moment is applied to a linear actuator and prevents damage to a linear actuator.
Furthermore, according to the optical element driving device according to the present invention, the optical element driving device drives the optical element in the first direction,
A linear actuator that is displaced in a second direction perpendicular to the first direction;
First link mechanisms provided at both ends in the second direction of the linear actuator;
A second link mechanism connected to the first link mechanism and converting the displacement taken out by the first link mechanism into the first direction;
A support mechanism between the first link mechanism and the linear actuator;
The support mechanism includes a spherical member and a conical recess that contacts the spherical member.
For this reason, since it has a support mechanism, it becomes a highly reliable thin structure which prevents that a bending moment is applied to a linear actuator and prevents damage to a linear actuator.
Furthermore, according to the optical element driving device according to the present invention, the optical element driving device drives the optical element in the first direction,
A linear actuator that is displaced in a second direction perpendicular to the first direction;
A first link mechanism provided at both ends of the linear actuator in the second direction;
A second link mechanism connected to the first link mechanism and converting the displacement taken out by the first link mechanism into the first direction;
A support mechanism is provided between the first link mechanism and the linear actuator;
The support mechanism includes an elastic hinge.
For this reason, since it has a support mechanism, it becomes a highly reliable thin structure which prevents that a bending moment is applied to a linear actuator and prevents damage to a linear actuator.
Furthermore, according to the optical element driving device according to the present invention, the optical element driving device drives the optical element in the first direction,
A linear actuator that is displaced in a second direction perpendicular to the first;
A first link mechanism provided at both ends of the linear actuator in the second direction;
A second link mechanism connected to the first link mechanism and converting the displacement taken out by the first link mechanism into the first direction;
A support mechanism is provided between the first link mechanism and the linear actuator;
The support mechanism includes a spherical member, a conical recess that contacts the spherical member, and an elastic hinge.
For this reason, since it has a support mechanism, it becomes a highly reliable thin structure which prevents that a bending moment is applied to a linear actuator and prevents damage to a linear actuator.

さらに、本発明に係る光学要素駆動装置によれば、前記光学素子駆動装置が搭載される固定鏡筒に一端が固定され、他端が前記第1リンク機構を押さえるように設けられるガイドを有し、前記ガイドの前記第3方向における剛性が、前記第1および第2方向に比べて3倍以上低い。
このため、可動部に搭載される光学素子に有害な変形を及ぼすことなく、かつ高い固有振動数を備え、高い外乱振動特性を満足する薄型の構成となる。
さらに、本発明に係る光学要素駆動装置によれば、前記光学素子駆動装置が搭載される固定鏡筒に一端が固定され、他端が前記第1リンク機構を押さえるように設けられるガイドを有し、
前記ガイドの前記第2方向回りのねじれ剛性が、前記ガイドの第1方向回りと、前記第3方向回りの前記ガイドのねじれ剛性と比べて3倍以上低い。
このため、可動部に搭載される光学素子に有害な変形を及ぼすことなく、かつ高い固有振動数を備え、高い外乱振動特性を満足する薄型の構成となる。
Furthermore, according to the optical element driving device of the present invention, the optical element driving device has a guide that is fixed at one end to the fixed barrel on which the optical element driving device is mounted and that the other end presses the first link mechanism. The rigidity of the guide in the third direction is three times lower than that in the first and second directions.
For this reason, it becomes a thin structure which does not give a harmful deformation | transformation to the optical element mounted in a movable part, is provided with a high natural frequency, and satisfies a high disturbance vibration characteristic.
Furthermore, according to the optical element driving device of the present invention, the optical element driving device has a guide that is fixed at one end to the fixed barrel on which the optical element driving device is mounted and that the other end presses the first link mechanism. ,
The torsional rigidity of the guide around the second direction is at least three times lower than the torsional rigidity of the guide around the first direction and the guide around the third direction.
For this reason, it becomes a thin structure which does not give a harmful deformation | transformation to the optical element mounted in a movable part, is provided with a high natural frequency, and satisfies a high disturbance vibration characteristic.

さらに、本発明の露光装置によれば、光学要素駆動装置を有するため、信頼性の高い構成となる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、前記露光装置を用いるため、信頼性の高い製造方法となる。
Furthermore, according to the exposure apparatus of the present invention, since the optical element driving apparatus is provided, the structure is highly reliable.
Furthermore, according to the device manufacturing method of the present invention, since the exposure apparatus is used, the manufacturing method is highly reliable.

以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on the embodiments.

まず、図1を参照して、本発明の実施例1の光学要素駆動装置が適用される半導体露光装置の概略構成を説明する。
この半導体露光装置は、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。
投影光学系1は、本発明の実施例1の光学要素駆動装置を搭載した光学系である。
個々のレンズユニットは、所定の光学パワーを有したレンズ、このレンズを駆動する本実施例1の光学要素駆動装置、及びこれらを収納する固定鏡筒とで構成され、複数のレンズユニットが積層されて1本の投影光学系1が構成される。
ベースフレーム3は、投影光学系1を鏡筒定盤2に固定するものである。
ベースフレーム3が設置される床の振動が投影光学系1、その内部の各レンズに伝達しないように鏡筒定盤2とベースフレーム3は除振機構3aを介して締結される。
照明ユニット4は、原版となるレチクル5を種々の照明モードにて照明する装置である。
レチクルステージ6は、レチクル5をスキャン駆動する装置である。
レチクル架台7は、レチクルステージ6を鏡筒マウント3に固定する架台である。
ウェハ8は、感光剤が塗布されたウェハであり、ウェハステージ9はウェハ8を保持する装置である。
ウェハステージ9はウェハ8の光軸方向の位置調整を行なうと共に、レチクルステージ6のスキャン動作に同期してウェハ8をスキャン制御する。
基板に形成される回路、CPUを含むレンズ制御手段10は、所定の制御フローに従って本実施例1の光学素子駆動装置を制御する。
レンズ制御手段10は、気圧センサ等の各種センサ情報に基づいて計算された結果と予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し、投影光学系1の光学性能を最適化する。
詳しくは図3及び図4にて説明する。
First, a schematic configuration of a semiconductor exposure apparatus to which an optical element driving apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
This semiconductor exposure apparatus is a scanner type exposure apparatus that scans a reticle under slit illumination and performs an exposure operation while scanning the semiconductor wafer in synchronization with the reticle.
The projection optical system 1 is an optical system on which the optical element driving apparatus according to the first embodiment of the present invention is mounted.
Each lens unit includes a lens having a predetermined optical power, the optical element driving device according to the first embodiment that drives the lens, and a fixed barrel that stores them, and a plurality of lens units are stacked. Thus, one projection optical system 1 is configured.
The base frame 3 fixes the projection optical system 1 to the lens barrel surface plate 2.
The lens barrel surface plate 2 and the base frame 3 are fastened via a vibration isolation mechanism 3a so that the vibration of the floor on which the base frame 3 is installed is not transmitted to the projection optical system 1 and each lens in the projection optical system 1.
The illumination unit 4 is an apparatus that illuminates the reticle 5 serving as an original in various illumination modes.
The reticle stage 6 is a device that scans the reticle 5.
The reticle mount 7 is a mount for fixing the reticle stage 6 to the lens barrel mount 3.
The wafer 8 is a wafer coated with a photosensitive agent, and the wafer stage 9 is an apparatus that holds the wafer 8.
The wafer stage 9 adjusts the position of the wafer 8 in the optical axis direction and scans the wafer 8 in synchronization with the scanning operation of the reticle stage 6.
A lens control means 10 including a circuit and a CPU formed on the substrate controls the optical element driving device of the first embodiment according to a predetermined control flow.
The lens control unit 10 adjusts and drives a predetermined lens based on a result calculated based on various sensor information such as an atmospheric pressure sensor and a program stored in advance, and optimizes the optical performance of the projection optical system 1.
Details will be described with reference to FIGS.

次に、図2を参照して投影光学系1の一部を構成する光学要素およびその光学要素を駆動する本発明の実施例1の光学要素駆動装置を説明する。
光学要素および本実施例1の光学要素駆動装置は複数個ずつ搭載され、光学要素としてレンズが用いられる。
図2(a)はレンズ及びレンズ枠を取り除いた平面図、図2(b)はレンズ及びレンズ枠を搭載した平面図、図2(c)は断面図である。
図2(c)に示されるように固定鏡筒101の平坦部101aは、本実施例1の光学要素駆動装置110およびレンズ位置検出手段102を固定する。
固定鏡筒101の側壁円筒部101bは、上下に隣接する他のレンズユニットと結合する部分である。
本実施例1の光学要素駆動装置110は、3個が等間隔を置いて固定鏡筒101の底面平坦部101aに設置される。
レンズ位置検出手段102は、レンズ枠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手段である。
レンズ位置検出手段102は、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計等から成り、要求精度に応じて用いられる。
Next, an optical element constituting a part of the projection optical system 1 and an optical element driving apparatus according to the first embodiment of the present invention for driving the optical element will be described with reference to FIG.
A plurality of optical elements and a plurality of optical element driving devices of the first embodiment are mounted, and a lens is used as the optical element.
2A is a plan view in which the lens and the lens frame are removed, FIG. 2B is a plan view in which the lens and the lens frame are mounted, and FIG. 2C is a cross-sectional view.
As shown in FIG. 2C, the flat portion 101a of the fixed barrel 101 fixes the optical element driving device 110 and the lens position detecting means 102 of the first embodiment.
The side wall cylindrical portion 101b of the fixed barrel 101 is a portion that is coupled to other lens units adjacent in the vertical direction.
Three optical element driving devices 110 according to the first embodiment are installed on the bottom flat portion 101a of the fixed barrel 101 at equal intervals.
The lens position detection means 102 is a means for detecting the displacement in the optical axis direction of the lens frame and the radial displacement perpendicular to the optical axis.
The lens position detection unit 102 includes an interference length measuring device using a semiconductor laser, a capacitance displacement meter, a linear encoder, a differential transformer displacement meter, and the like, and is used according to required accuracy.

次に、図2(b)を参照して、レンズ枠104にレンズ103を搭載した状態を説明する。
レンズ103を搭載し収納するレンズ枠104には、上面6箇所にフランジ状の突起が設けられ、そのうちの3箇所のフランジ部は、光学要素駆動装置110の変位出力部にレンズ枠取り付けネジ105を用いて締結される。
なお、3個の光学要素駆動装置110の高さを、光学要素駆動装置110とレンズ枠104との間に設けたスペーサ(不図示)によって相対的に同一にする。
これにより、レンズ枠104とレンズ103に不要な変形を生じさせない。
図2(c)を参照して、フランジ部の他の3箇所がレンズ枠104の変位検出用のターゲットとして利用される状態を説明する。
レンズ位置検出手段102が、例えば、レーザ干渉型の変位センサから成る場合、レンズ位置検出手段102はレンズ103の光軸方向と半径方向に検出用レーザービームを投射する。
レンズ枠104の底面には反射面が設けられ、この反射面によって反射されたレーザービームの干渉情報から、レンズ枠104の3箇所(フランジ部近傍)の光軸方向(Z方向)及び半径方向の変位を検出する。
以上の構成において、3組の光学要素駆動装置110を等量だけ駆動するとレンズ103を光軸方向、すなわち図2(c)に示されるZ軸方向に並進駆動することができる。
また3個の光学要素駆動装置110の駆動量に所定の差を設けることにより、図2(b)に示されるθa及びθb方向のチルト駆動が可能となる。
この際、レンズ位置検出手段102の光軸方向の出力をフィードバックすることで、レンズ103の並進及びチルト駆動量を正確に制御できる。
また、レンズ位置検出手段102の半径方向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。
そこで、この計算結果を、図1に示されるウェハステージ9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。
Next, a state where the lens 103 is mounted on the lens frame 104 will be described with reference to FIG.
The lens frame 104 on which the lens 103 is mounted and accommodated is provided with flange-like projections at six locations on the upper surface, and three of the flange portions are provided with lens frame mounting screws 105 at the displacement output portion of the optical element driving device 110. Used to fasten.
Note that the heights of the three optical element driving devices 110 are made relatively equal by a spacer (not shown) provided between the optical element driving device 110 and the lens frame 104.
This prevents unnecessary deformation of the lens frame 104 and the lens 103.
With reference to FIG. 2C, a state where the other three portions of the flange portion are used as targets for detecting the displacement of the lens frame 104 will be described.
When the lens position detection unit 102 is formed of, for example, a laser interference type displacement sensor, the lens position detection unit 102 projects a detection laser beam in the optical axis direction and the radial direction of the lens 103.
A reflection surface is provided on the bottom surface of the lens frame 104. From the interference information of the laser beam reflected by the reflection surface, the optical axis direction (Z direction) and radial direction of three positions (near the flange portion) of the lens frame 104 are measured. Detect displacement.
In the above configuration, when the three sets of optical element driving devices 110 are driven by an equal amount, the lens 103 can be translated 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 optical element driving devices 110, tilt driving in the θa and θb directions shown in FIG. 2B is possible.
At this time, the translation and tilt drive amount of the lens 103 can be accurately controlled by feeding back the output of the lens position detection unit 102 in the optical axis direction.
Further, by monitoring the output in the radial direction of the lens position detecting means 102, the shift amount of the image accompanying the parallel decentering in the plane orthogonal to the optical axis of the lens 103 is calculated.
Therefore, by adding this calculation result to the driving amount of the wafer stage 9 shown in FIG. 1, the alignment error of the reticle image due to the lens eccentricity is eliminated.

次に、図5の詳細図を参照して、本発明の実施例1の光学要素駆動装置110を説明する。
図5(b)はレンズの光軸方向上方から俯瞰した平面図、図5(d)はレンズ中心から見た側面図である。X軸、Y軸及びZ軸は、図示のように定義する。
図2に示される固定鏡筒101の平坦部101aが示される。
リニアアクチュエータ512は、光軸方向(Z方向)と垂直な方向(X方向)に伸縮して変位する装置である。
第1リンク機構511は、連結部511hの両端に変位取り出しリンク511a,511bが連結される。
変位取り出しリンク511aはリニアアクチュエータ512の一端512aにピエゾ受けリンク511qを介して接触される。
変位取り出しリンク511bはリニアアクチュエータ512の他端512bに支持機構を介して支持され、光軸方向と垂直なX方向に変位する。
第2リンク機構515は、第1リンク機構511に連結され、第1リンク機構511によって取り出された光軸方向と垂直なX方向への変位を光軸方向に変換して変位する機構である。
第1リンク機構511は、光学要素駆動装置110の駆動機構本体を構成し、単一の金属ブロックから成り、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成され、リンク機構を構成する。
積層型ピエゾアクチュエータ512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る構成で、X軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。
ピエゾ調整ネジ513は、ピエゾアクチュエータ512の寸法誤差を補正し、与圧を与えるもので、第1リンク機構511とピエゾアクチュエータ512の間に介在される。
このピエゾ調整ネジ513は不図示のナットにより固定される。
Next, the optical element driving device 110 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to a detailed view of FIG.
FIG. 5B is a plan view seen from above the lens in the optical axis direction, and FIG. 5D is a side view seen from the center of the lens. The X axis, Y axis, and Z axis are defined as shown.
A flat portion 101a of the fixed barrel 101 shown in FIG. 2 is shown.
The linear actuator 512 is a device that expands and contracts in a direction (X direction) perpendicular to the optical axis direction (Z direction).
In the first link mechanism 511, displacement extraction links 511a and 511b are connected to both ends of the connecting portion 511h.
The displacement extraction link 511a is brought into contact with one end 512a of the linear actuator 512 via a piezo receiving link 511q.
The displacement extraction link 511b is supported by the other end 512b of the linear actuator 512 via a support mechanism, and is displaced in the X direction perpendicular to the optical axis direction.
The second link mechanism 515 is connected to the first link mechanism 511, and is a mechanism that converts the displacement in the X direction perpendicular to the optical axis direction taken out by the first link mechanism 511 into the optical axis direction and displaces it.
The 1st link mechanism 511 comprises the drive mechanism main body of the optical element drive device 110, consists of a single metal block, is formed by wire electric discharge machining and cutting, and comprises a link mechanism.
The laminated piezo actuator 512 is configured such that a drive source in which electrostrictive elements and electrodes are alternately laminated is enclosed in an expandable sealed cylindrical container, and the total length in the X-axis direction increases substantially in proportion to the applied voltage. To do.
The piezo adjustment screw 513 corrects a dimensional error of the piezo actuator 512 and applies pressure, and is interposed between the first link mechanism 511 and the piezo actuator 512.
The piezo adjustment screw 513 is fixed by a nut (not shown).

図5に示されるピエゾ調整ネジ513は、鋼球518を介してピエゾアクチュエータ512を押し進め、調整する。
しかし、図7(b)に示されように、ピエゾ受けリンク511rと弾性ヒンジH56を別部品とし、その部品をピエゾ調整ネジ513で押し進める構成としても良い。
なお、ピエゾアクチュエータ512の一端512aとピエゾ受けリンク511qが接触する。
ピエゾアクチュエータ512の他端(512b)は支持機構である鋼球から成る球状部材518、球状部材518と接触するコーン形状の凹部519を有するピエゾ受けリンク511rと接触する。
この支持機構により、ピエゾアクチュエータ512にかかる曲げモーメントによる破損防止する。
第2リンク機構515は、方向変換部材で、ピエゾアクチュエータ512から第1リンク機構511に伝達された出力変位をZ軸方向に変換する。
変換部材結合ネジ516は、第1リンク機構511の変位出力部である連結リンク511e、511fと、第2リンク機構515の変位入力部である水平リンク515a、515bを結合する。
変換部材取付ネジ517は、固定鏡筒101に対して第2リンク機構515の上面側よりネジ締結される。
第2リンク機構515のX軸方向長さをより短くするために、変換部材取付ネジ517を固定鏡筒101の裏面(下部)から取り付けても良い。
図5(d)では、第2リンク機構515の下面の一部で、変換部材取付ネジ517は固定鏡筒101に取り付けられる。
このため、ピエゾアクチュエータ512による駆動力が固定鏡筒101に伝わり不要な変形の発生を軽減し、さらには、位置検出手段102の誤出力を軽減する。
The piezo adjustment screw 513 shown in FIG. 5 pushes and adjusts the piezo actuator 512 via the steel ball 518.
However, as shown in FIG. 7B, the piezo receiving link 511r and the elastic hinge H56 may be separate parts and the parts may be pushed by the piezo adjustment screw 513.
The one end 512a of the piezo actuator 512 and the piezo receiving link 511q come into contact with each other.
The other end (512b) of the piezo actuator 512 is in contact with a piezo receiving link 511r having a spherical member 518 made of a steel ball as a support mechanism and a cone-shaped recess 519 in contact with the spherical member 518.
By this support mechanism, damage due to a bending moment applied to the piezoelectric actuator 512 is prevented.
The second link mechanism 515 is a direction changing member, and converts the output displacement transmitted from the piezoelectric actuator 512 to the first link mechanism 511 in the Z-axis direction.
The conversion member coupling screw 516 couples the connection links 511e and 511f that are displacement output portions of the first link mechanism 511 and the horizontal links 515a and 515b that are displacement input portions of the second link mechanism 515.
The conversion member mounting screw 517 is screwed to the fixed barrel 101 from the upper surface side of the second link mechanism 515.
In order to further shorten the length of the second link mechanism 515 in the X-axis direction, the conversion member attaching screw 517 may be attached from the back surface (lower part) of the fixed barrel 101.
In FIG. 5D, the conversion member mounting screw 517 is attached to the fixed barrel 101 at a part of the lower surface of the second link mechanism 515.
For this reason, the driving force by the piezo actuator 512 is transmitted to the fixed barrel 101 to reduce the occurrence of unnecessary deformation, and further reduce the erroneous output of the position detecting means 102.

次に、光学要素駆動装置110の駆動機構本体である第1リンク機構511と方向変換部材である第2リンク機構515の製作方法を説明する。
第1リンク機構511は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから成り、外形部をワイヤ放電加工により形成する。
次に、穴あけ加工機を用いて、中央のネジ用丸穴を加工したのち、両側の腕部側面から取付ネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。
最後にピエゾ調整ネジ513を装填するための調整ネジ穴511mをネジ加工し、加工が完了する。
次に、方向変換部材である第2リンク機構515は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから成り、外形部及びスリット部をワイヤ放電加工により形成する。
次に、穴あけ加工機を用いて、レンズ枠取付ネジ穴515jの下穴を加工したのち、両側側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。
最後にレンズ枠取り付けネジ穴515jと、水平リンク515a及び515bの下穴にネジ加工し、加工が完了する。
Next, the manufacturing method of the 1st link mechanism 511 which is a drive mechanism main body of the optical element drive device 110, and the 2nd link mechanism 515 which is a direction change member is demonstrated.
The first link mechanism 511 includes a plate-shaped metal block having a predetermined thickness as a base material, and forms an outer portion by wire electric discharge machining.
Next, using a drilling machine, after machining a central screw round hole, a mounting screw hole pilot hole and a screw relief hole are machined from the side surfaces of the arms.
Finally, the adjustment screw hole 511m for loading the piezo adjustment screw 513 is threaded to complete the processing.
Next, the 2nd link mechanism 515 which is a direction change member consists of a plate-shaped metal block of the predetermined thickness used as a base material, and forms an external part and a slit part by wire electric discharge machining.
Next, using a drilling machine, the pilot holes for the lens frame attachment screw holes 515j are machined, and then the pilot holes for the attachment screw holes and the screw escape holes are machined from both side surfaces.
Finally, the lens frame mounting screw hole 515j and the prepared holes of the horizontal links 515a and 515b are threaded to complete the processing.

次に、本発明の実施例1の光学要素駆動装置110の組み立て手順を説明する。
方向変換部材である第2リンク機構515の2箇所の窓部に対して駆動機構本体である第1リンク機構511の両側腕部を挿入する。
さらに、第1リンク機構511および第2リンク機構515を図5(b)に示されるように変換部材結合ネジ516にて結合する。
次に、駆動機構本体である第1リンク機構511の中央空間にピエゾアクチュエータ512を装填する。
さらに、ピエゾ調整ネジ穴511mの右側からピエゾ調整ネジ513をねじ込む。
次に、ピエゾアクチュエータ512の底部512bを左方向に押し、ピエゾアクチュエータ512の出力端512aをリンク機構のピエゾ受けリンク511qの右端面に圧接させ、ピエゾアクチュエータ512の装着が完了する。
最後に駆動機構取り付けネジ514と変換部材取り付けネジ517を用いて、第1リンク機構511および第2リンク機構515を固定鏡筒101にネジ止めし、組み立てが完了する。
Next, an assembly procedure of the optical element driving device 110 according to the first embodiment of the present invention will be described.
The both side arms of the first link mechanism 511 that is the drive mechanism main body are inserted into the two window portions of the second link mechanism 515 that is the direction changing member.
Further, the first link mechanism 511 and the second link mechanism 515 are coupled by the conversion member coupling screw 516 as shown in FIG.
Next, the piezo actuator 512 is loaded in the central space of the first link mechanism 511 that is the drive mechanism main body.
Further, the piezo adjustment screw 513 is screwed in from the right side of the piezo adjustment screw hole 511m.
Next, the bottom 512b of the piezo actuator 512 is pushed leftward so that the output end 512a of the piezo actuator 512 is brought into pressure contact with the right end surface of the piezo receiving link 511q of the link mechanism, and the mounting of the piezo actuator 512 is completed.
Finally, the drive mechanism mounting screw 514 and the conversion member mounting screw 517 are used to screw the first link mechanism 511 and the second link mechanism 515 to the fixed barrel 101, and the assembly is completed.

次に、図6を参照して、駆動機構本体である第1リンク機構511及び方向変換部材である第2リンク機構515のリンク動作を説明する。
駆動機構本体である第1リンク機構511は、平面図を模式化したもの、方向変換部材である第2リンク機構515は側面図を模式化したものである。
以下、図5、図6を参照して本発明の実施例1の光学要素駆動装置110の動作原理について説明する。
ピエゾアクチュエータ512の右端底部に設けられた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512の全長LはX軸方向にdLだけ伸張する。
このとき、図6(a)に示されるように、一方のピエゾ受けリンク511qは左方にdX1=dL/2だけ、他方のピエゾ受けリンク511rは右方にdX2=dL/2だけ変位する。
このとき、ヒンジH52及びH57を中心に回動可能に構成され、Y軸方向に延伸した変位取り出しリンク511a及び511bは、Z軸まわりに所定の微小角度だけ回動する。
よって、連結リンク511eはdX3だけ変位し、連結リンク511fはdX4だけ変位する。
ここで、リンク511aと511bの長さを図6(a)に示されるように定義する。
このため、連結リンク511e、511fの変位量はピエゾアクチュエータ512によりピエゾ受けリンク511q、511rに与えられる変位量dx1、dx2の各々約b/a倍に拡大されることになる。
ここでこの倍率を、駆動機構本体である第1リンク機構511の幾何倍率と呼び、αと定義する。
また、変位取り出しリンク511a、511bの撓みなどの変形により倍率が低下し、駆動ロスにつながるため、設計には十分注意する必要がある。
Next, with reference to FIG. 6, the link operation | movement of the 1st link mechanism 511 which is a drive mechanism main body, and the 2nd link mechanism 515 which is a direction change member is demonstrated.
The first link mechanism 511 that is a drive mechanism main body is a schematic plan view, and the second link mechanism 515 that is a direction changing member is a schematic side view.
Hereinafter, the operation principle of the optical element driving apparatus 110 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
When a predetermined voltage is applied to the two electrode terminals provided at the bottom right end of the piezo actuator 512, the entire length L of the piezo actuator 512 extends by dL in the X-axis direction.
At this time, as shown in FIG. 6A, one piezo receiving link 511q is displaced left by dX1 = dL / 2, and the other piezo receiving link 511r is displaced right by dX2 = dL / 2.
At this time, the displacement take-out links 511a and 511b that are configured to be rotatable about the hinges H52 and H57 and extend in the Y-axis direction are rotated by a predetermined minute angle around the Z-axis.
Therefore, the connecting link 511e is displaced by dX3, and the connecting link 511f is displaced by dX4.
Here, the lengths of the links 511a and 511b are defined as shown in FIG.
For this reason, the displacement amounts of the connecting links 511e and 511f are each expanded by about b / a times the displacement amounts dx1 and dx2 given to the piezoelectric receiving links 511q and 511r by the piezoelectric actuator 512.
Here, this magnification is called a geometric magnification of the first link mechanism 511 which is the drive mechanism body, and is defined as α.
In addition, since the magnification is reduced due to deformation such as bending of the displacement extraction links 511a and 511b, which leads to driving loss, it is necessary to pay sufficient attention to the design.

連結リンク511e、511fのX軸方向の変位は、図6(b)に示されるように、方向変換部材である第2リンク機構515の水平リンク515a、515bに伝達される。
このとき、X軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク515c、515dが回動し、レンズ枠駆動リンク515gをZ軸方向にdZ5だけ上昇させる。
Z軸方向変位dZ5は、水平リンク515a、515b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部材である第2リンク機構515の幾何倍率と呼び、βと定義する。
第1リンク機構511と方向変換部材である第2リンク機構515を組み合わせた光学要素駆動装置110全体の幾何倍率γは、第1リンク機構511と第2リンク機構515の幾何倍率の積(γ=α×β)で表わすことができる。
ピエゾアクチュエータ512のわずかな発生変位dLから大きな変位を取り出し、広範囲な光学素子の駆動量を実現するには、α、及び/またはβを大きくとるのが望ましい。
αを大きく取るには図6(a)に示されるaを小さくし、bを大きくする必要があり、βを大きくとるにはθを小さくとるのが良い。
しかし、bを大きくすると固定鏡筒101が大型化し大きな直径となるため設計上制約がある。
また、拡大率を大きくとると、光学要素駆動装置110の固有振動数が低下し、例えば、固定鏡筒101の外部からの振動をレンズに伝え、像性能を悪化させ、駆動速度が低下するため、配慮が必要となる。
レンズを駆動させるための光学要素駆動装置110の場合、この合成幾何倍率γは、0.7以上2以下とすることが、特に、振動特性上好ましい。
また、Z軸方向のスペースの点から、方向変換部材である第2リンク機構515の方向変換リンク515c、515dのX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βはおよそ0.57から1.72の間を取ることになる。
The displacement in the X-axis direction of the connecting links 511e and 511f is transmitted to the horizontal links 515a and 515b of the second link mechanism 515 that is a direction changing member, as shown in FIG. 6B.
At this time, the direction conversion links 515c and 515d arranged at an angle θ with respect to the X axis rotate to raise the lens frame drive link 515g by dZ5 in the Z axis direction.
The Z-axis direction displacement dZ5 is approximately cot θ times the average value of the displacements of the horizontal links 515a and 515b.
Here, this magnification is called a geometric magnification of the second link mechanism 515 which is a direction changing member, and is defined as β.
The geometric magnification γ of the entire optical element driving apparatus 110 that combines the first link mechanism 511 and the second link mechanism 515 that is a direction changing member is the product of the geometric magnifications of the first link mechanism 511 and the second link mechanism 515 (γ = α × β).
In order to extract a large displacement from the slight generated displacement dL of the piezo actuator 512 and realize a driving amount of a wide range of optical elements, it is desirable to increase α and / or β.
To increase α, a shown in FIG. 6A needs to be reduced and b needs to be increased. To increase β, θ should be reduced.
However, if b is increased, the fixed barrel 101 becomes larger and has a larger diameter, so there is a design limitation.
Further, when the enlargement ratio is increased, the natural frequency of the optical element driving device 110 is reduced, and for example, vibration from the outside of the fixed barrel 101 is transmitted to the lens, image performance is deteriorated, and driving speed is reduced. Consideration is necessary.
In the case of the optical element driving device 110 for driving the lens, the combined geometric magnification γ is particularly preferably not less than 0.7 and not more than 2 in terms of vibration characteristics.
Further, from the viewpoint of the space in the Z-axis direction, the angle θ formed with the X-axis of the direction change links 515c and 515d of the second link mechanism 515 that is a direction change member is preferably between 30 and 60 degrees.
In this case, the geometric magnification β is approximately between 0.57 and 1.72.

本実施例の光学要素駆動装置110の場合、ピエゾアクチュエータ512により第1リンク機構511に変位が与えられると、弾性ヒンジH52、H57を概略中心に変位取り出しリンク511a、511bが回転運動する。
このため、ピエゾアクチュエータ512はわずかにY軸方向に移動する。
図5に示されるように第1リンク機構511の固定リンク511hの下面中央部において固定鏡筒101にネジ固定する。
この場合、ピエゾアクチュエータ512の発生変位に伴い、連結リンク511e、511fがY軸方向に並進運動する。
このため、結果的に方向変換部材である第2リンク機構515のレンズ枠駆動リンク515gがY軸方向に並進運動することになる。
図2に示されるように光学要素駆動装置110はレンズ枠104に対して概略均等に3個連結される。
このため、上記のY軸方向の並進運動は、レンズ枠を歪め、結果的にレンズの変形を招く。さらに、3個の光学要素駆動装置110のY軸方向変位成分がそれぞれ異なる場合、レンズの平行偏芯となり、高精度なレンズ駆動機構としては好ましくない。
また、レンズ枠駆動リンク515gの有害なY方向並進運動を軽減するために、駆動機構本体である第1リンク機構511の固定リンクを非固定とすることは好ましくない。なぜなら、駆動機構体である第1リンク機構511が方向変換部材515を中心にX軸周りの自由度を有し、低い固有振動数持つ結果となり、外乱振動を抑制することが困難となるためである。
上記の点を考慮して、駆動機構体である第1リンク機構511の固定リンクをY、θX、軸方向に自由度を持たせ、X,Z、θy、θz軸方向は高いばね定数で支持したガイド511Vを取り付ける。
ガイド511Vは、光学素子が搭載される固定鏡筒101に一端が固定され、他端が前記第1リンク機構511を押さえるように設けられる。
光軸方向とガイド511Vの変位方向の両方向に垂直な方向におけるガイド511Vの剛性が、前記両方向のガイド511Vの剛性に比べて3倍以上低いように構成される。
本実施例1の光学要素駆動装置110においては、特に、Y軸方向の並進剛性は、他の並進剛性(X軸方向、Z軸方向)に比べ、それぞれ3倍以上低く構成する。
また、X軸周りのねじれ剛性は他の2軸(Y軸、Z軸)方向周りのねじれ剛性に比べて3倍以上低く構成する。
これによって、レンズ変形に対して有害な力を発生させることなく、かつ、光学要素駆動装置110の有害なローカルモードの低い固有振動数を発生させずに、可動部(レンズおよびレンズ枠)を駆動することができる。
ガイド511Vは、レンズの変形への影響をさらに軽減する目的で、スリット等を設け、他の軸方向の剛性を、さらに下げても良いが、上記の剛性比の範囲を超えてはならない。
In the case of the optical element driving apparatus 110 according to the present embodiment, when the displacement is applied to the first link mechanism 511 by the piezo actuator 512, the displacement take-out links 511a and 511b rotate about the elastic hinges H52 and H57.
For this reason, the piezoelectric actuator 512 slightly moves in the Y-axis direction.
As shown in FIG. 5, the fixed link 511 h of the first link mechanism 511 is screwed to the fixed barrel 101 at the center of the lower surface.
In this case, along with the generated displacement of the piezo actuator 512, the connecting links 511e and 511f are translated in the Y-axis direction.
As a result, the lens frame drive link 515g of the second link mechanism 515, which is a direction changing member, translates in the Y-axis direction.
As shown in FIG. 2, three optical element driving devices 110 are connected to the lens frame 104 approximately equally.
For this reason, the translational movement in the Y-axis direction described above distorts the lens frame, resulting in deformation of the lens. Further, when the Y-axis direction displacement components of the three optical element driving devices 110 are different from each other, the parallel decentering of the lens is caused, which is not preferable as a highly accurate lens driving mechanism.
In order to reduce the harmful translational movement of the lens frame drive link 515g in the Y direction, it is not preferable to unfix the fixed link of the first link mechanism 511 that is the drive mechanism body. This is because the first link mechanism 511, which is a drive mechanism body, has a degree of freedom around the X axis around the direction changing member 515 and has a low natural frequency, which makes it difficult to suppress disturbance vibration. is there.
Considering the above points, the fixed link of the first link mechanism 511, which is a drive mechanism body, is given a degree of freedom in the Y, θX, and axial directions, and is supported with a high spring constant in the X, Z, θy, and θz axis directions Install the guide 511V.
The guide 511V is provided so that one end is fixed to the fixed barrel 101 on which the optical element is mounted, and the other end presses the first link mechanism 511.
The rigidity of the guide 511V in the direction perpendicular to both the optical axis direction and the displacement direction of the guide 511V is configured to be three times lower than the rigidity of the guide 511V in both directions.
In the optical element driving device 110 according to the first embodiment, in particular, the translational rigidity in the Y-axis direction is configured to be at least three times lower than the other translational rigidity (X-axis direction and Z-axis direction).
In addition, the torsional rigidity around the X-axis is configured to be at least three times lower than the torsional rigidity around the other two axes (Y-axis and Z-axis).
As a result, the movable part (lens and lens frame) is driven without generating a harmful force against the lens deformation and without generating a low natural frequency of the harmful local mode of the optical element driving device 110. can do.
The guide 511V may be provided with a slit or the like for further reducing the influence on the deformation of the lens to further reduce the rigidity in the other axial directions, but should not exceed the range of the rigidity ratio.

以上の説明したように、ピエゾアクチュエータ512の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク515gがZ方向に変位するが、レンズ枠駆動リンク515gはZ方向のみに変位し、X方向及びY方向には変位しないことが望ましい。
そこで、このような特性を実現するために、以下のような補助リンクが設けられる。
まず、レンズ枠駆動リンク515gのX軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク515e、515fが連結される。
このリンクにより、レンズ枠駆動リンク515gはZ軸方向の変位自由度は有するが、X軸方向の自由度は規制される。
また、レンズ枠駆動リンク515gのY軸方向の移動を規制するため、他のサポートリンク515s、515tが設けられる。
サポートリンク515s、515tは水平リンク515a、515bの中央寄りに配置され、水平リンクのX軸方向の自由度を維持したまま、Y軸方向の自由度を規制している。
そこで、水平リンク515a、515bのY軸方向の規制効果は、方向変換リンク515c、515dを介してレンズ枠駆動リンク515gに伝達される。
以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク515g上のネジ穴515jの領域はZ方向のみに変位し、X方向及びY方向への自由度が規制されるため、レンズ枠104をZ方向に正確に駆動することができる。
As described above, the lens frame drive link 515g is displaced in the Z direction as the piezo actuator 512 is extended, but the lens frame drive link 515g is displaced only in the Z direction and not in the X direction and the Y direction. It is desirable.
Therefore, in order to realize such characteristics, the following auxiliary links are provided.
First, in order to restrict the movement of the lens frame drive link 515g in the X-axis direction, support links 515e and 515f are connected to the left and right sides thereof.
With this link, the lens frame drive link 515g has a degree of freedom of displacement in the Z-axis direction, but restricts the degree of freedom in the X-axis direction.
Further, other support links 515s and 515t are provided to restrict the movement of the lens frame drive link 515g in the Y-axis direction.
The support links 515s and 515t are arranged near the center of the horizontal links 515a and 515b, and restrict the degree of freedom in the Y-axis direction while maintaining the degree of freedom of the horizontal link in the X-axis direction.
Therefore, the restriction effect in the Y-axis direction of the horizontal links 515a and 515b is transmitted to the lens frame drive link 515g via the direction conversion links 515c and 515d.
With the above configuration, the area of the screw hole 515j on the lens frame attachment link 515g is displaced only in the Z direction, and the degree of freedom in the X direction and the Y direction is restricted, so the lens frame 104 is accurately driven in the Z direction. can do.

次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施例1の光学素子駆動装置を有する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9は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、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を例に説明する。
ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。
ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。
ステップ4(ウェハプロセス)は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェ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)等の工程を含む。
ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。
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7)される。
Next, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, an embodiment of a device manufacturing method using an exposure apparatus having the optical element driving apparatus of Embodiment 1 of the present invention will be described.
FIG. 9 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like).
Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example.
In step 1 (circuit design), a device circuit is designed.
In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced.
In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer.
Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4. The assembly process (dicing, bonding), packaging process (chip encapsulation), and the like are performed. Including.
In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed.
Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図10は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ13ではウェハに電極を形成する。
ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ16(露光)では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。
ステップ18(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19(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によってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
FIG. 10 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4.
In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized.
In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer.
In step 13, an electrode is formed on the wafer.
Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer.
In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer.
Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer.
In step 17 (development), the exposed wafer is developed.
In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed.
In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.
By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

本発明の実施例1の光学要素駆動装置を搭載する半導体露光装置の全体構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a whole block diagram of the semiconductor exposure apparatus which mounts the optical element drive device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の光学要素駆動装置をレンズ駆動装置に適用した構成図である。It is a block diagram which applied the optical element drive device of Example 1 of this invention to the lens drive device. 本発明の実施例1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 drive device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の光学要素駆動装置の制御フロー図である。It is a control flowchart of the optical element drive device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の光学要素駆動装置の構造図である。1 is a structural diagram of an optical element driving device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1の光学要素駆動装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the optical element drive device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の光学要素駆動装置の部分詳細図である。It is a partial detail drawing of the optical element drive device of Example 1 of this invention. 半導体デバイスの製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 図8のウエハプロセスの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the wafer process of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 投影レンズ 10 レンズ制御手段 11 レンズCPU
12 ピエゾドライバ 21 本体CPU 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 511 駆動機構本体
512 ピエゾアクチュエータ 513 ピエゾ調整ネジ
511a、511b 変位取り出しリンク
515c、515d 方向変換リンク
515g レンズ枠駆動リンク
511q、511r 変位取り出しリンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projection lens 10 Lens control means 11 Lens CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Piezo driver 21 Main body CPU 101 Fixed lens tube 102 Lens position detection means 103 Lens 104 Lens frame 110 Drive mechanism 511 Drive mechanism main body 512 Piezo actuator 513 Piezo adjustment screw 511a, 511b Displacement extraction link 515c, 515d Direction conversion link 515g Lens frame drive Link 511q, 511r Displacement extraction link

Claims (7)

光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
前記光軸方向と垂直な方向であって前記光学素子の平面外周形状の接線方向に変位する複数のリニアアクチュエータと、
各リニアアクチュエータの前記接線方向における両端に設けられ、ヒンジを中心に回動可能な部材を含み、前記リニアアクチュエータの変位を前記リニアアクチュエータに対して前記光学素子の径方向に離れる側に取り出す第1リンク機構と、
前記第1リンク機構に連結された部材と、前記接線方向に対して所定の角度に配置され、前記第1リンク機構に連結された部材の変位に応じて回動可能な部材を含み、前記第1リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第2リンク機構と、
前記リニアアクチュエータの一端と前記第1リンク機構の間に設けられた支持機構とを備え、
前記支持機構は、球状部材と、該球状部材と接触する円錐状の凹部を有することを特徴とする光学素子駆動装置。
An optical element driving apparatus for driving an optical element in the optical axis direction,
A plurality of linear actuators that are displaced in a direction perpendicular to the optical axis direction and in a tangential direction of a planar outer peripheral shape of the optical element;
A first member is provided at each end of each linear actuator in the tangential direction and includes a member that can rotate around a hinge, and takes out the displacement of the linear actuator to the side away from the linear actuator in the radial direction of the optical element. A link mechanism;
A member connected to the first link mechanism; and a member disposed at a predetermined angle with respect to the tangential direction and rotatable in accordance with a displacement of the member connected to the first link mechanism, A second link mechanism that converts the displacement extracted by the one link mechanism in the optical axis direction;
A support mechanism provided between one end of the linear actuator and the first link mechanism;
The support mechanism includes a spherical member and a conical recess that contacts the spherical member.
前記リニアアクチュエータの一端と前記第1リンク機構とは、前記支持機構および弾性ヒンジを介して連結されることを特徴とする請求項1に記載の光学素子駆動装置。   The optical element driving apparatus according to claim 1, wherein one end of the linear actuator and the first link mechanism are connected via the support mechanism and an elastic hinge. 前記リニアアクチュエータの両端に設けられた第1リンク機構を連結する連結部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子駆動装置。   The optical element driving apparatus according to claim 1, further comprising a connecting portion that connects first link mechanisms provided at both ends of the linear actuator. 前記光学素子駆動装置が搭載される固定鏡筒と前記連結部とを連結するガイドを備え、
前記ガイドの前記径方向における剛性が、前記光軸方向および前記接線方向に比べて3倍以上低いことを特徴とする請求項3に記載の光学素子駆動装置。
A guide for connecting the fixed barrel on which the optical element driving device is mounted and the connecting portion;
The optical element driving device according to claim 3, wherein rigidity in the radial direction of the guide is three times or more lower than that in the optical axis direction and the tangential direction.
前記光学素子駆動装置が搭載される固定鏡筒と前記連結部とを連結するガイドを備え、
前記ガイドの前記接線方向回りのねじれ剛性が、前記ガイドの前記光軸方向回りと、前記径方向回りの前記ガイドのねじれ剛性と比べて3倍以上低いことを特徴とする請求項4に記載の光学素子駆動装置。
A guide for connecting the fixed barrel on which the optical element driving device is mounted and the connecting portion;
The torsional rigidity of the guide around the tangential direction is three times or more lower than the torsional rigidity of the guide around the optical axis direction and the guide around the radial direction. Optical element driving device.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子駆動装置を有することを特徴とする露光装置。   An exposure apparatus comprising the optical element driving device according to claim 1. 請求項6に記載の露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。   A device manufacturing method comprising: a step of exposing an exposure target using the exposure apparatus according to claim 6; and a step of developing the exposed exposure target.
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