CN103180768B - 两个光学构件用的可多段式调整的检出构造组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可调整的夹座构造组（7），具有一个外夹座部（1）及一内夹座部（2），其中：a）所述内夹座部（2）设成可在所述外夹座部（1）中在一垂直于一光学轴的平面中利用调整螺丝（3）移动及固定，且所述二夹座部（1）（2）共同形成一可调整的一夹座，b）所述外夹座部（1）形成一可调整的第二夹座，而所述内夹座部（2）形成一第三可调整的夹座，c）所述外夹座部（1）和所述内夹座部（2）各由一外夹座框（1.1）（2.1）和一内夹座框（1.2）（2.2）形成，在其中各固定着一光学构件（1.5）（2.5），该光学构件各利用至少三个操纵单元（1.3）（2.3）互相连接成单块方式，d）所述外夹座部（1）的内夹座框（1.2）与所述内夹座部（2）的外夹座框（2.1）利用一可松开的力量接合作用的夹紧装置（4）互相连接，如此e）当夹紧装置（4）松开而调整螺丝（3）旋紧时，所述二光学构件（1.5）（2.5）可通过操纵所述外夹座部（1）而互相作相对调整，且f）当夹紧装置受力量接合方式沿轴向作用而将内夹座部(2)与外夹座部夹合时且当调整螺丝（3）旋松时，所述二光学构件（1.5）（2.5）可通过操纵内夹座部（2）而互相作相对调整，且所述二光学构件可通过操纵外夹座部（1）而共同相对于一参考基础作调整。

Description

两个光学构件用的可多段式调整的检出构造组
技术领域
本发明关于一种DE 4400869C1那一类的化学构件用的可调整的夹座。
背景技术
US 6876494132提到一种装置，通过将光在一默认的构造图案中投影到一晶圆上，其中该光利用微光学构件作空间调变。为了调变的质量，须将一与此装置有关的微透镜数组对一个和它相关的孔遮板数组作高准度调整，该孔遮板数组沿光轴方向设在微透镜数组后方。
在US 6876494B2揭示的装置背景技术系见于JP 2001-21830，依此日本案，在同类的装置中将一孔遮板(Lachblend)数组对一微透镜数组定位。其中提到JP 2001-21830中使用的微透镜数组由具有小数目孔(numerische Apertur，英：numerical aperture)及5mm焦矩的微透镜构成，因此沿光轴方向准确定位并非重迭的标的。
但如果使用的微透镜数组的微透镜有大数目孔，且焦距约250～300微米，则必须将孔遮板数组相对于微透镜数组沿光轴方向作高准度定位。如此，利用微透镜集束的个别光成分才能聚焦到孔遮板中。
为了将微透镜数组和孔遮板数组互相作定位到一预设距离，依US6876494B2系在微透镜数组上或在孔通板数组上至少形成一突起，朝向另外那个数组，它沿光轴方向有预设的高度，且系针对数组的距离而定者。因此数组互相的相对位置可沿光轴方向准确调整。
如不采用该至少一突起，也可将具有预设厚度的一间隔件放入到微透镜数组和孔遮板数组之间。
准确定位的必要性以及垂直于光轴(侧定位)，在US 6876494B2只字未提。
然而很清楚的，当经由形成的突起或间隔件间接地接触时，二数组侧向调整会有摩擦。
要在0.05微米的量级作细微决定性的调整，一如申请人一在努力探索者，由于粘滑效应(Stick-slipp-Effekt)而变得难。
某类光学构件用的可调整的夹座(它们可作侧调整，亦即在一个垂直于光学系统的光轴的平面中作调整)一般由一外夹座部(它学光学系统的壳体牢接或为壳体的部分)及一内夹座部(它携带光学构件，且可利用调整组件在此平面中向外夹座部旋转)构成。
有些习知的可调整夹座，有的其中夹座部系个别部分，这些部分在调整后须互相固定，而有的夹座系制成单块式(monolithisch，英：monolithic)，且夹座部保持在调整之位置自身紧紧，而不需将它们固定。
一般上述第一种夹座类型用于较大的调整路径，它具有较小的细微度，而第二种夹座类型有较小的调整路径及较高细微度。
DE 4400569提到一种可调整的夹座(此处系在高功率率物镜内的透镜的侧向调整装置)，其中夹座部系个别部分。
夹座由一内夹座部(此处为透镜夹座)和一外夹座部(此处为第一夹座)构成，二者经由一可松开的夹紧装置(它用力量接合方式沿向作用)互相连接。
内夹座部(透镜保持在其中)系保持在外夹座部内，外夹座部可压入一物镜壳体中，内夹座部只利用平行于物镜光轴作用的压迫力保持住，此压迫力在侧向调整时(垂直于光轴)利用对立力量(因设在内夹座内的压力电式移动器产生)部分地补偿。因此内夹座部可在外夹座部内用小小的径向力作用作侧移。
外夹座部有一内平坦面，内夹座部利用压迫手段倚在该平坦面上。所用压迫手段宜为一外夹座部牢接的倚靠环、一弹簧环及一调定环，它倚在夹座上。压迫手段的压迫力量(内调定环的尺寸决定)及弹簧环的弹簧力量设定成使得在受机械负荷时(例如在运送时)内夹座部确实保在其位置。在固定内夹座时只用向力作用，须避免在固定时可能之误调整。
在调整时作用的立力量(由压电式移动器产生)比压迫力量小。因此内夹座部往往还利用轴向力量移到内平坦面上，而不会无定位地在外夹座部中滑移。当利用径向搭扣的调整组件沿径向施力才会移动。
使用那一种调整组件调整的可重现性，其细微度、可能的调整路径、以及对操作者的有利状况有重大影响。
有利的作法系将四个整组件不作保持功能。则在调整时，要克服的轴向压迫力很少，因此事实显示使用压电式移动器当调整组件特别有利。
DE 44 00 867 9的装置不适合将二个构件(它们形成二构造组)互作相对调整并将此构造组对一参考基础(例如一高倍率镜的光轴)作调整。
在DE 10 2008 029 161 B3提到透镜的单块式夹座。它们一环形盘(该盘利用槽孔分成一内夹座部及一外夹座部，二者宜维持在三个位置互相连接。其余的连接部(其几何形状和大小基材可依槽孔位置和造形而做成不同)对于可能之调整路径和调整的细微度有决定性。依DE 10 2008 029 161 B3，连接部由肘杆形成，它们由二组件构成，该组件一端经一固体关节互相连接且互相夹成一大于90°而小于180°的角度，且其另一端利用固体关节与外或内夹座部连接。
固体关节系由槽孔的形状及设置所形成的变细窄部。
借着施力到连接部(以及操纵单元)，内夹座部可相对于夹座部在一平面内移动及转动。具有其他设计的操纵器单元的单块式夹座的例子见于EP 1577693 A2及DE 10 2007 030 579 A1操纵单元的几何性质(形状和尺寸)对可能的调整路径和调整细微度有决定性。
又，DE 10 2008 029 161 B3的装置也不适合将二个光学构件(它们形成一构造组)相对调整以及将构造组相对于一参考基础(例如一光学系统的光轴)作调整。
发明内容
本发明的目的在提供一可调整的夹座，其中三个光学构件(它们形成一构造组)可在很大的高整范围内互相作很细的调整，且构造组可对一参考基础调整。
对于一种可调整的夹座构造组[它具有一第一可调整的夹座及一可松开的夹紧装置。该第一夹座由一外夹座部和一内夹座部构成，内夹座部在外夹座部中，可在一垂直于一轴的平面中利用调整螺丝移动及固定，该夹紧装置以力量接合方式沿轴向作用]依本发明的目的达成之道为：
外夹座部构成一个第二可调整的夹座，
内夹座部构成一个第三可调整的夹座，该夹座依本发明设计且互相连接。外夹座部和内夹座部(姑不论操纵器)系为单块式，亦即做成一件式，它们各由一外夹座框和一内夹座框构成，二者经由至少三个操纵器单元互相连接成一体。内夹座框中各固定着一光学构件，为了藉操纵单元动作而操纵器夹座部。故各操纵器单元有一操纵器。
外夹座部的内夹座框与内夹座部的外夹座框经由夹紧装置连接。
如此，当夹紧装置松开时以及调整螺丝固定时(即旋紧)，该二光学构件可借着操纵外夹座部和内夹座部互相调整，或只借着只操纵二夹座部之一而互相调整。
当夹紧装置固定时[亦即呈力量接合方式沿轴向作用，它将内夹座部与外夹座部夹紧]以及调整螺丝旋松时，该二光学构件可藉操纵内夹座部而进一步作更细的互相调整，而该二光学构件可藉操纵外夹座部相对于参考基础调整。
最好，该外夹座部有数个螺纹孔，垂直于该轴延伸，调整螺丝可旋入该螺纹孔中。
如此，二夹座部可利用调整螺丝互作相对调整，而不须先将夹座放入一壳体中。
如不用此方式，调整螺丝也可设在一壳体中，夹座放入壳体中，且外夹座用其外夹座框固定在壳体中。
最好该可调整的夹座构造组中，光学构件(它们系微光学构)可互相调整。
举例而言，夹在内夹座部中的光学构件为一微透镜数组，而夹在外夹座部的光学构件为一空间滤光器数组。
本发明在以下配合实施例和图式详细说明
附图说明
图1是本发明的夹座构造组安装的一壳体上的分解图，一第三光学构件固定在壳体上；
图2是图1的夹座构造组由内夹座部那边看的上视图；
图3是外夹座部的上视图；
图4是图2所示夹座构造组的剖面图。
【主要组件符号说明】
(1)外夹座部
(1.1)(外夹座部的)外夹座框
(1.2)(外夹座部的)内夹座框
(1.3)(外夹座部的)操纵单元
(1.4)(内夹座部的)操纵器
(1.5)(夹在外夹座部中的)光学构件
(1.6)螺纹孔
(1.7)隆起部
(2)内夹座部
(2.1)(内夹座部的)外夹座框
(2.2)(内夹座部的)内夹座框
(2.3)(内夹座部的)操纵单元
(2.4)(内夹座部的)操纵器
(2.5)(夹在内夹座中的)光学构件
(3)调整螺丝
(4)夹紧装置
(5)光轴
(6)第三光学构件
(7)夹座构造组
(8)壳体
具体实施方式
为了完全说明一本发明的夹座构造组的功能，在图1中沿光轴(5)显示：除了夹座构造组(7)外，还显示一壳体(8)及一附加的被夹座套住的第三光学构造(6)，它可为参考基础，光学构件(1.5)(2.5)“它们利用夹座构造组(7)的手段互相作相调整”同样可利用夹座构造组(7)的手段相对于该参考基础调整。
为了简明起见，以下只说明一光轴(5)，在垂直于此轴的平面中可对该轴移动及转动以作调整。光轴(5)可为光学构件(1.5)(2.5)或(6)之一的光轴或为其共同的光轴(构件(1.5)(2.5)(6)的光轴最终设在其上)。夹座构造组(7)主要由一外夹座部(1)、一内夹座部(2)、一夹紧装置(4)及多数调整螺丝(3)构成。
外、内夹座部(1)(2)各为一件式构件，它们利用槽孔分开一外夹座框(1.1)(2.1)及一内夹座框(1.2)(2.2)，其中在二夹座部(1)(2)的外夹座框(1.1)(2.1)和内夹座框(1.2)(2.2)之间有材料接合部。设计成操纵器单元(1.3)(2.3)的形式。
在外夹座框(1.1)(2.1)中各设有操纵器(1.4)(2.4)，在一垂直于光轴(5)的平面中作用到个别的操作器单元(1.3)(2.3)。当操纵器(1.4)(2.4)(它们为压电式组件或调整螺丝)依标的操纵时，有一调整路径导入到操作单元(1.3)(2.3)，它利用一种「增速比例」[此比例由操纵单元(1.3)(2.3)的形状各度量大小决定]借着移动和转动造成内夹座框(1.2)(2.2)的位置改变。在内夹座框(1.2)(2.2)中各固定着一光学构件(1.5)。
单块式夹座[如内、外夹座框(2)(1)所示者]系先前技术习知者。
对行家而言，操纵器单元(1.3)(2.3)和操纵器(1.4)(2.4)的形状和大小的选择系依所要之调整范围。所要的细微度、及空间可探性的限制(这是结构默认者)而定。因此，操纵器单元(1.3)(2.3)的具体设计如何，并非本发明的要点。关于这点，行家可参考先前技术。
本发明的重点系为二个单块式夹座具体的设置及连接以形成一夹座槽造组(7)的方式。
图3中显示外夹座部(1)的上视图。可看到它分成外夹座框(1.1)、内夹座框(1.2)及其操纵器单元(1.3)。它们利用槽孔分开，槽孔利用侵蚀切割做入。在外夹座框部(1)的边缘区域在其外夹座框(1.1)上有隆起部(1.7)，相对于上述功能部分隆起[这些功能部分位于和光轴(5)垂直的一平面中]。隆起部内设有螺纹孔(1.6)。在垂直于光轴(5)的一平面中。
图2系夹座构造组(7)由内夹座部(2)那一边看的上视图。内夹座部(2)的外轮廓配合隆起部(1.7)的位置。使隆起部(1.7)之间有间隙，且可在一预设调整范围内松动。
要作移动，系将调整螺丝(3)暂时放入螺纹孔(1.6)中，它们借着一调整路径引入将内夹座部(2)移动，且与反向作用的调整螺丝(3)配合作夹紧。二夹座部(1)(2)利用夹紧装置(4)相对固定后(这点系在另一调整步骤后才达成)可将调整螺丝(2)拿掉。
利用上述第一调整步骤(预调整)可在很大的调整范围将二光学件(1.5)(2.5)相对调整，但细微度对应地小。
依上述夹座构造组实施例，二夹座部(1)(2)在夹座构造组(7)的建入壳体(8)中之前可互作相对调整。
在另一实施例，外夹座部(1)固定在壳体(8)中，而内夹座部(2)利用调整螺丝(3)[它们设在壳体(8)中]作预调整。
夹紧装置(4)系一可松开的连接方式，它可将外夹座部(1)和内夹座部(2)用力量接合方式互相连接。行家可由先前技术得到这种夹紧装置的充分多的方式。
在此第一实施例中，外夹座部(1)须在较大的调整范围“相对于内夹座部(2)”以较小的细微度调整。
对应地，二光学件(1.5)(2.5)先借着在外夹座部(1)操纵而调整(粗调整)。然后在内夹座部(2)操纵调整(细调整)，或也可选择性地只调整，一夹座部(1)或(2)而调整。
依图4，夹紧装置(4)设成外夹座部(1)的内夹座框(1.2)与内夹座部(2)的外夹座框(2.1)连接。夹座部(1)(2)的操纵单元(1.3)(2.3)宜设计成使外夹座部(1)可在较大调整范围以较小细微度“相较于内夹座部(2)”调整。
以下说明二个夹在一本发明的夹座构造组(7)中的构件(1.5)(2.5)互相之相对调整及对一参考基础的调整。
在一垂直于光轴(5)的平面中的调整(侧定位)系分数步骤达成，最后的细微度在0.050微米的度量级。调整步骤用不同手段，调整范围越来越小，以使细微度越来越高，且用不同测量方法使调整状态有效化。
对这种一步步的(多步骤式)调整，先在第一步骤将内夹座部(2)装在外夹座部(1)上，其中它系放外夹座部(1)上形成的隆起部(1.7)之间，在此，内夹座部(2)用嵌在其外夹座框(2.1)上的调整螺丝(3)定位在外夹座部(1)的外夹座框(1.1)中(安装，预调整)。此调整做到使“调整标记”(它们位于二光学件(1.5)(2.5)上)尽量重合得最好。达成之状态借着将对立的调整螺丝栓紧(用显微镜观察)而保持住。
此预调整的调整准确度可在5～10微米的度量级。
在下一步骤，调整到准确度于优于2微米(粗调整)。在此将夹紧装置(4)松开，并将调整螺丝(3)固定。
此时，将外夹紧部(1)的操纵单元(1.3)动作，可将夹在外夹座部(1)中的光学构件(1.5)相对于夹在内夹座部(2)中的光学构件(2.5)移动及转动。可能的调整范围比第一调整步骤小，但细微度高得多。由于操作单元(1.3)系自身夹紧者，故不需保持手段。
随后在调整螺丝(3)拿掉前[它们一直到第二调整步骤结束为止将内夹座部(2)和外夹座部(1)固定在一起]将夹紧装置(4)锁固住。
典型的情形，在锁固时，调整状态会改变，它可能由于夹紧装置(4)动作所需之力矩或力量所致[例如螺丝之旋紧力矩]或由于夹座部(1)(2)夹紧引起。这点用夹紧装置(4)(它只施轴向力到夹座部(1)(2))也不能完全避免。
为了达到所要之0.05微米的微度并避免由于将第二调整步骤造成之调整状态固定造成的效应，故作第三调整步骤(细调整)。其中操纵内夹座(1)。调整结果利用内夹座部(2)的操纵器单元(2.3)的自身夹紧所用固定。
二光学构件(1.5)(2.5)的调整此时结束。
二光学构件(1.5)(2.5)的相对调整结束后，可将此由二光学构件(1.5)(2.5)形成的光学构造组对一参考基础调整，而不会使二光学构件(1.5)(2.5)的相对调整状态改变。此调整在30微米的调整范围，细微度0.2微米。
它系在外夹座部(1)上重新操纵而达成，但夹紧装置(4)系固定者。
依图1，调整好的夹座构造组(7)螺合在一壳体(8)上，在其中第三光学构造(6)已安装。
此调整同样不须作固定。因为外夹座部(1)的操纵器单元(1.3)系自身夹紧者。
为了达成温度影响下所需之稳定，故使用热膨胀系数尽量均匀的材料作夹座部(1)(2)，换言之，如果光学构件由熔硅砂(碘)，则夹座部(1)(2)宜由不胀钢(Invar)制成，但夹座部(1)(12)也可有利地由高强度不锈钢制成，例如弹性限度800MPa者。
如果所要调整的光学构件(1.5)(2.5)或(1.5)(2.5)及(6)系微光学件，则此夹座构造组(7)特别有利。举例而言，可在照射装置中(用于将晶圆作无光罩照射者)。
第一光学件(1.5)为一空间滤光器数组或一孔遮板数组，
第二光学件(2.5)为一微透镜数组，
第三光学件(6)为一微面镜数组或另一滤光器，即使这类构件准确言之有多数光轴，此处只简单地说明一光轴(5)，它可为重心轴。
这些构件在互相定位，须沿一光学系统(它整合到此系统中)的光轴方向以准确度小于微米(例如±3微米)作。
在一夹座构造组(7)，在第一及第二光学构件(1.5)(2.5)之间的轴向距离系将间隔入夹紧机构(4)中，因此它夹座部沿光轴的方向的相对位置以构件(1.5)(2.5)互相测定。
将间隔件做成三点可倚靠方式，可调整间隔和平行度，同时可防止要连接的夹座部(1)(2)夹紧。
夹座构造组(7)对于温度变化和冲击负荷，满足最高要求。以及在操纵平面中以及沿光轴方向的极窄的构造空间限制。为了将所需构造空间减少，故在小的构造空间作尽量高细微度的细调整。为此须将操纵单元(2.3)的调整范围减少到最小值。这点系上述将调整分成三个调整步骤达成，它们用不同手段实施。
由于所予之空间性质，夹座构造组(7)设计成使所有作业(操纵、锁定)从侧边而非由上或由下(亦即沿光轴方向)达成。
这种调整在夹座构造组(7)装设在一完成的光学系统中后可重复，因为调整手段留在仪器中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可调整的夹座构造组(7)，具有一个外夹座部(1)及一内夹座部(2)，其特征在于：
a)所述内夹座部(2)设成可在所述外夹座部(1)中在一垂直于一光轴(5)的平面中利用调整螺丝(3)移动及固定，且所述二夹座部(1)(2)共同形成一可调整的一夹座，
b)所述外夹座部(1)形成一可调整的第二夹座，而所述内夹座部(2)形成一第三可调整的夹座，
c)所述外夹座部(1)和所述内夹座部(2)各由一外夹座框(1.1)(2.1)和一内夹座框(1.2)(2.2)形成，在其中各固定着一光学构件(1.5)(2.5)，该光学构件各利用至少三个操纵单元(1.3)(2.3)互相连接成单块方式，
d)所述外夹座部(1)的内夹座框(1.2)与所述内夹座部(2)的外夹座框(2.1)利用一可松开的力量接合作用的夹紧装置(4)互相连接，如此
e)当夹紧装置(4)松开而调整螺丝(3)旋紧时，所述二光学构件(1.5)(2.5)可通过操纵所述外夹座部(1)及/或内夹座部(2)而互相作相对调整，且
f)当夹紧装置受力量接合方式沿轴向作用而将内夹座部(2)与外夹座部夹合时且当调整螺丝(3)旋松时，所述二光学构件(1.5)(2.5)可通过操纵内夹座部(2)而互相作相对调整，且所述二光学构件可通过操纵外夹座部(1)而共同相对于一参考基础作调整。
2.根据权利要求1所述的夹座构造组，其特征在于：
所述外夹座部(1)有数个螺纹孔(1.6)，垂直于所述光轴(5)延伸，调整螺丝(3)可旋入所述螺纹孔中。
3.根据权利要求1所述的夹座构造组，其特征在于：
所述二光学构件(1.5)(2.5)为微光学构件。
4.根据权利要求3所述的夹座构造组，其特征在于：
夹在所述内夹座部(2)中的光学构件(2.5)为一微透镜数组，而夹在所述外夹座部(2)的光学构件(1.5)为一空间滤光器数组。
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