JP2003532136A - 光学システムにおいてレンズを精密に配置および整列する装置、システム、および方法 - Google Patents

光学システムにおいてレンズを精密に配置および整列する装置、システム、および方法

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JP2003532136A
JP2003532136A JP2001579004A JP2001579004A JP2003532136A JP 2003532136 A JP2003532136 A JP 2003532136A JP 2001579004 A JP2001579004 A JP 2001579004A JP 2001579004 A JP2001579004 A JP 2001579004A JP 2003532136 A JP2003532136 A JP 2003532136A
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lever
lens
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マイケル エフ． ミーハン，
デイビッド ジー． トーブ，
ダニエル エヌ． ゲイルバート，
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エーエスエムエル ユーエス，インコーポレイテッド
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
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Abstract

(57)【要約】 光学システムにおいてレンズを精密に配置する装置、システムおよび方法。レンズの周辺縁に結合される第１の支持部が、複数の配置デバイスを用いて、同心円状の第２の支持部に接続される。配置デバイスのうち少なくとも１つが、第１の支持部を、第２の支持部と相対的に、軸方向に動かすように構成される。各配置デバイスが、レバー、アクチュエータ、および屈曲部を備える。レバーは、ピボット点を有し、第２の支持部上に搭載される。アクチュエータは、レバーに接続されて、レバーをピボット点の周りで動作させるように用いられる。屈曲部は、アクチュエータとピボット点との間でレバーに接続された第１の端部を有する。屈曲部の第２の端部は、第１の支持部に接続されている。第２の配置デバイスは、第１の支持部を、第２の支持部と相対的に、軸方向に対して実質的に垂直な方向に動かすように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は概して、光学システムに関する。より詳細には、本発明は、半導体製
造において用いられるフォトリソグラフィック光リダクションシステムに関する
。
【０００２】 （関連分野） 半導体は典型的には、複雑な光学システムを用いて実施される様々なフォトリ
ソグラフィック技術を用いて製造される。例えば、半導体の製造において用いら
れる１つの複雑な光学システムとして、フォトリソグラフィック光リダクション
システムがある。これらの複雑な光学システムはその意図される目的では適切に
動作するものの、これらのシステムは、半導体チップ上に正確に再現され得る構
成要素フィーチャの最小サイズに影響を与える特定の制約を有する。このような
制約の１つとして、レンズの位置および／またはアラインメントがある。
【０００３】 半導体製造業者はより小さな半導体フィーチャを作製することを目指している
ため、フォトリソグラフィック光リダクションシステムにおいて軽微な位置誤差
またはレンズのアラインメントの不整合があると、正確に再現され得る構成要素
のフィーチャの最小サイズに影響を与える。加えて、（例えば、環境温度を変更
するためまたはシステムのレンズを密集させるために）フォトリソグラフィック
光リダクションシステムの光学的特性または機械的特性に経時的に軽微な変化が
生じても、正確に再現され得る構成要素のフィーチャの最小サイズに影響を与え
る。光学的画像生成、レンズの位置およびアラインメントに、（例えば、クリー
プ等の影響による）材料の機械的特性において経時的に生じるあらゆる種類の変
化により、妥協が生じ得る。さらに、これらのフォトリソグラフィックシステム
の配送時および取り扱い時にシステムが受ける力および負荷のために、レンズ位
置および／またはアラインメントも変化し得る。当業者（単数または複数）には
公知のように、上記に挙げた変更および他の変更はそれぞれ、正確に再現され得
る半導体フィーチャのサイズに影響を与える。
【０００４】 従来、フォトリソグラフィック光学システムにおけるレンズは、シム、調整ね
じおよび他のアラインメント技術を用いて手作業で位置決めおよびアライント整
合が行なわれてきた。典型的なシステムにおいて、レンズは、レンズハウジング
内に収容されているレンズリングによって保持される。レンズハウジング内のレ
ンズリングの全リングまたはいくつかのリングの位置は、例えば、一連の調整ね
じを手作業で調節することにより、決定され得る。この手作業によるシステムお
よび技術では適切なアラインメントが可能であるが、この手作業によるシステム
および技術では、（半導体の製造において発生し、経時的に発生する）環境的フ
ァクターおよび／またはレンズの軽微なアラインメントの不整合ならびに他のレ
ンズの変更を修正または補償することは不可能である。アラインメントシステム
および技術を能動的に改善すれば、より小さな半導体フィーチャを作製し、変化
（例えば、本明細書中において列挙したような、正確に再現され得る半導体フィ
ーチャのサイズを限定する変化）を修正することが可能になる。
【０００５】 必要とされているのは、複雑な光学システムにおけるレンズの正確な位置決め
およびアラインメントを行う装置、システムおよび方法である。そのような装置
、システムおよび方法は、光学システムが使用されている間、極めて小さくかつ
正確な調節をレンズ位置に施すことを可能にするものであるべきでる。
【０００６】 （発明の要旨） 本発明は、光学システムにおけるレンズの精密な位置決めおよびアラインメン
トのための装置、システムおよび方法を提供する。本発明の一実施形態において
、レンズの周辺端部を結合させる第１の支持器は、複数の位置決めデバイスを用
いて、第２の同軸支持器に機械的に接続される。少なくとも１つの位置決めデバ
イスが、第２の支持器に対して軸方向に第１の支持器を移動させるように構成さ
れる。第２の位置決めデバイスを用いて、第１の支持器を、第２の支持器に対し
て軸方向に対して実質的に垂直方向に移動させることができる。各位置決めデバ
イスは、レバー、アクチュエータおよび撓み部を含む。レバーは、回転軸を有し
、第２の支持器上に取り付けられる。アクチュエータは、レバーに接続され、レ
バーをその回転軸周囲で動作させる際に用いられる。撓み部は、アクチュエータ
と回転軸との間のレバーに接続された第１の終端部を有する。撓み部の第２の終
端部は、第１の支持器に接続される。本発明の好適な実施形態において、撓み部
は、ねじと、レバーと撓み部との間の取換可能なスペーサとを用いて、レバーに
接続される。
【０００７】 好適な実施形態において、アクチュエータは空気圧式ベローであり、これらの
空気圧式ベローは、内部ばねまたは外部ばねを備えるかまたは備えない。圧縮性
ガス供給モジュールが、ベローに流体接続される。圧縮性ガス供給モジュールと
連絡する制御モジュールを用いて、ベローを動作させる。光学センサモジュール
を用いて、レンズ位置および／またはアラインメントに関するパラメータをモニ
タリングし、第１の支持器の第２の支持器に対する自動的位置決めのためのデー
タを制御モジュールに提供する。
【０００８】 好適な実施形態において、２つのアクチュエータがレバーに接続される。これ
らのアクチュエータの両方を用いて、レバーの位置を微調節することが可能であ
る。好適には、一方のアクチュエータ（バーニヤアクチュエータ）を用いて、レ
バー位置に対して第２のアクチュエータ（主要位置決めアクチュエータ）よりも
より微細な調整を行う。バーニヤアクチュエータは、レバーに接続され得、例え
ば、同じ側または主要位置決めアクチュエータについて旋回軸の反対側のいずれ
かに接続され得る。一実施形態において、一方のアクチュエータ（すなわち、バ
ーニヤアクチュエータ）を用いて、もう一方のアクチュエータ（すなわち、主要
位置決めアクチュエータ）によって典型的に行なわれる位置調節の１／２０のオ
ーダーで、レバーに位置調節を行う。１つの動き軸を制御する際に用いられる複
数の主要位置決めアクチュエータを、共通制御ソース（例えば、圧力ソース）に
接続し、これにより、制御システムの変化によるチルト誤差または回転誤差を低
減することが可能である。
【０００９】 本発明の特徴は、本発明を用いれば、様々な変化（例えば、フォトリソグラフ
ィー光リダクションシステムにおいて発生する、正確に再現され得る半導体フィ
ーチャのサイズを限定する変化）を修正または補償するように、光学システムの
１つ以上のレンズを位置決めすることが可能である点である。
【００１０】 本明細書中援用され、本明細書の一部を為す添付の図面は、本発明を例示し、
さらには、本明細書の記載と共に、本発明の原理を説明し、当業者（単数または
複数）が本発明を作製および使用できるようにするものである。
【００１１】 本発明について、添付の図面を参照しながら説明する。図面中、同様の参照符
号は、同一または機能的に同様な要素を示す。さらに、参照符号の左端の桁は、
その参照符号が初出した図を示す。
【００１２】 （好適な実施形態の詳細な説明） （本発明の概要および用語の説明） 本発明は、光学システムにおけるレンズの正確な位置決めおよび／またはアラ
インメントのための装置、システムおよび方法を提供する。本発明の好適な実施
形態において、複数の位置決めデバイスを用いて、レンズの周辺端部を結合する
第１の支持器が、第２の機械的に同軸の支持器に接続される。少なくとも１つの
位置決めデバイスが、第１の支持器を第２の支持器に対して軸方向に移動させる
ように構成される。第２の位置決めデバイスを用いて、第１の支持器を、第２の
支持器の軸方向に対して実質的に垂直方向に移動させる。さらなる位置決めデバ
イスを用いて、他の種類の動き（例えば、回転およびチルト）を行うことが可能
である。
【００１３】 本発明の特徴は、本発明を用いれば、様々な変化（例えば、正確に再現され得
る半導体フィーチャのサイズを限定する、フォトリソグラフィー光リダクション
システムにおいて発生する変化）を修正または補償するように、光学システムの
１つ以上のレンズを位置決めすることが可能である点である。本発明を用いて修
正または補償が可能な変化を挙げると、機械的変化（例えば、レンズ位置決め誤
差およびアラインメント誤差）ならびに光学的変化（例えば、環境的ファクター
による経時的変化およびレンズの密集化による光学的特性の変化）の両方がある
。本発明を用いて修正または補償が可能な他の変化は、当業者（単数または複数
）にとって公知である。
【００１４】 本発明をより良く説明するために、以下の用語を規定する。
【００１５】 「アクチュエータ」という用語は、機械的デバイスに力を付加する際または機
械的変位を生成する際に用いられ得る任意の装置（例えば、長さが変更可能なデ
バイス）を意味する。アクチュエータは、例えば、電気機械的にまたは空気圧式
で動作可能である。
【００１６】 「カタディオプトリック光学システム」という用語は、反射および屈折の両方
を用いて集光力を達成する光学システムを意味する。カタディオプトリック光学
システム中のレンズおよび鏡の相対的能力はシステムによって異なるが、このよ
うなシステムは典型的には、反射面を用いることにより、集光力がごく小さいか
またはゼロの屈折面と共に、システムの集光力の有意な部分を達成している点に
よって特徴付けられる。これらのシステムは、収差特性が向上した画像を生成す
る。
【００１７】 「撓み部」という用語は、実質的に１つのみの次元において剛性を有するデバ
イスを意味する。撓み部の一例として、ロッドによって接続された２つの玉継手
がある。本発明の好適な実施形態において用いられる撓み部は、金属ロッドを含
む。これらの金属ロッドは、金属ロッドから切り欠かれた８個のノッチを有し、
４つの対向する対として構成される。これらのノッチの対向する対は、これらの
ノッチの底部が互いに向き合い、殆ど接触するように、金属ロッドの一終端部か
ら切り欠かれる。さらに２つのノッチを、第１の対に隣接するが、第１の対に対
して９０°で（すなわち、垂直に）方向付けられた棒部から切り欠く。金属ロッ
ドの反対側の終端部は、同様にして切り欠かれた２つの対のノッチを有する。
【００１８】 「レンズ位置および／またはアラインメントに関するパラメータ」という用語
は、モニタリングが可能であり、かつ、光学システム中のレンズの位置および／
またはアラインメントを制御する際に有用な任意のパラメータを意味する。
【００１９】 （本発明を用いることが可能な、例示的な光学システム） 図１は、本発明を用いることが可能な例示的光学システム１００を示す。例示
的光学システム１００は、カタディオプトリック光リダクションシステムである
。例示的光学システム１００は、半導体の製造において用いられる。図１から分
かるように、例示的光学システム１００は、レチクル１１０と、第１のレンズ群
１２０と、折り畳み式鏡１３０と、第２のレンズ群１４０と、ビームスプリッタ
ブロック１５０と、四分の一波長板１６０と、凹面鏡１７０と、第３のレンズ群
１８０とを含む。半導体ウェーハが、像平面１９０に配置される。
【００２０】 電磁気エネルギーは、光学システム１００のレチクル１１０に入ると、像平面
１９０に集束する。光学システム１００を用いて、ウェーハが配置された像平面
１９０上のレチクル１１０に配置された半導体マスクのフィーチャを再現するこ
とができる。電磁気エネルギーは、光学システム１００のレチクル１１０に入り
、レンズ群１２０を通過する。折り畳み式鏡１３０を用いて、電磁気エネルギー
を方向付けて、電磁気エネルギーをレンズ群１２０から出して、レンズ群１４０
およびビームスプリッタブロック１５０に入らせる。ビームスプリッタブロック
１５０は、電磁気エネルギーを、四分の一波長板１６０から凹面鏡１７０へと方
向付ける。凹面鏡１７０は、入来する電磁気エネルギーを反射して、電磁気エネ
ルギーを、四分の一波長板１６０およびビームスプリッタブロック１５０を通過
させてレンズ群１８０に戻す。電磁気エネルギーがレンズ群１８０から出て行く
とき、その電磁気エネルギーは、像平面１９０における集光点に収束する。
【００２１】 本発明を用いて、本発明と適合された光学システム１００の任意のレンズ位置
を自動的およびリモートに制御することが可能である。光学システム１００中の
レンズ位置を精密に制御することにより、本発明は、アラインメントを改善し、
（例えば、環境温度の変化による）半導体製造中に発生するアラインメントの不
整合を修正することが可能である。また、レンズシステム中の光学素子を能動的
かつ高精度に位置決めすると、本明細書中に説明する他の影響を修正かつ／また
は補償することにより、画像生成が向上する。
【００２２】 本発明は、カタディオプトリック光リダクションシステムにおける用途に限定
されない。本発明の特徴は、本発明を多くの異なる種類の光学システムに用いて
、レンズの位置決めおよびアラインメントの不整合を向上させることができる点
である。
【００２３】 （レンズの精密な位置決めおよびアラインメントのための装置） 図２Ａ（側面図）および図２Ｂ（平面図）は、本発明の好適な実施形態による
、レンズ２１０を支持するための装置２００を示す。この装置は、第１の支持器
２２０および第２の支持器２３０を含む。第１の支持器２２０は、複数の位置決
めデバイス２４０により第２の支持器２３０に接続される。位置決めデバイス２
４０を用いて、レンズ２１０を正確に位置決めし、かつ、光学システム１００中
の変化（例えば、環境的ファクターまたは本明細書中に説明するようなまたは当
業者（単数または複数）に公知であるような光学システム１００中の他の変化）
を修正および／または補償することが可能である。本発明を説明する目的のため
に、図２Ｂに示すような位置決めデバイス２４０Ａの位置決めデバイス２４０Ｂ
に対する位置を、図２Ａにおいて回転させて、その特徴および支持器２２０と支
持器２３０との間の接続方法をより明瞭に示している。
【００２４】 レンズ２１０は、取付けデバイス２１５により、第１の支持器２２０に取り付
けられる。第１の支持器２２０および第２の支持器２３０は、リング状の形状で
ある。好適な実施形態において、第１の支持器２２０および第２の支持器２３０
は、インバールスチール製である。レンズ２１０は、第１の支持器２２０内に配
置され、第１の支持器２２０と同軸である。取付けデバイス２１５は、レンズ２
１０の周囲においてほぼ均等に間隔付けて配置される。好適な実施形態において
、各取付けデバイス２１５は、エポキシ接着剤を含む。この実施形態において、
エポキシ接着剤をレンズ２１０の周辺の様々な位置において用いて、レンズ２１
０を第１の支持器２２０に取り付ける。別の実施形態において、金属クリップお
よびねじ（図示せず）を用いて、レンズ２１０を第１の支持器２２０に取り付け
る。この実施形態において、金属クリップは、レンズ２１０の周辺端部にわたっ
て確実に嵌合する。これらの金属クリップは、ねじによって第１の支持器２２０
に取り付けられる。レンズ２１０を第１の支持器２２０に取り付ける他の手段が
企図され、また、当業者（単数または複数）にとって明らかである。
【００２５】 本発明の好適な実施形態において、全部で６つの位置決めデバイス２４０を用
いて、第１の支持器２２０を第２の支持器２３０に接続する。３つの位置決めデ
バイス２４０Ａおよび３つの位置決めデバイス２４０Ｂを用いて、図２Ａおよび
図２Ｂに示すように第１の支持器２２０を第２の支持器２３０に接続する。位置
決めデバイス２４０Ａは、第１の支持器２２０を、第２の支持器２３０に対して
（図２Ａ中の軸２０１によって示すように）レンズ２１０の軸方向に対して実質
的に垂直方向に移動させるように構成される。位置決めデバイス２４０Ｂは、第
１の支持器２２０を、第２の支持器２３０に対して実質的に軸方向に（すなわち
、軸２０１に沿って）移動させるように構成される。当業者（単数または複数）
にとって本明細書中の説明を読めば明らかなように、６つを越えるまたは６つ未
満の位置決めデバイス２４０を用いて、第１の支持器２２０を第２の支持器２３
０に接続することおよび第１の支持器２２０を第２の支持器２３０に対して位置
決めすることも、可能である。第１の支持器２２０のさらなる動きも達成可能で
あることも明らかである。例えば、さらなる位置決めデバイス追加して、回転お
よびチルトを得てもよい。
【００２６】 図３は、本発明の好適な実施形態による位置決めデバイス２４０の図を示す。
図３から分かるように、位置決めデバイス２４０は、レバー３１０と、撓み部３
２０と、アクチュエータ３３０とを含む。アクチュエータ３３０を用いて、力ま
たは変位をレバー３１０の一終端部に与えると、レバー３１０が、回転軸３１５
の周囲を旋回する。
【００２７】 本発明の好適な実施形態において、アクチュエータ３３０は空気圧式ベローで
ある。空気圧式ベローを動作させるための圧縮性ガス（例えば、窒素）を、ガス
ライン３３２を介してベローに供給する。ベロー中の圧縮性ガスの圧力が増加す
ると、ベローによってレバー３１０に力が付加される。この力により、レバー３
１０は回転軸３１５の周囲で回転し、これにより、レバー３１０の端部３１１は
、第２の支持器２３０の表面３５０から移動して離れる。ベロー中の圧縮性ガス
の圧力が減少すると、レバー３１０に付加される力が減少する。さらに、ベロー
中の圧縮性ガスの圧力が減少すると、ベローの剛性または弾性により、ベローは
その未伸長位置まで収縮する。これにより、レバー３１０の端部３１１は、第２
の支持器２３０の表面３５０に向かって移動する。
【００２８】 好適な実施形態において、ばね（例えば、板ばねまたはコイルばね）（図示せ
ず）をレバー３１０と第２の支持器２３０との間に取り付けて、偏向力（ｂｉａ
ｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）をレバー３１０に与えて、これにより、ベロー中の圧縮
性ガスの圧力が減少するたびに、レバー３１０の端部３１１を、第２の支持器２
３０の表面３５０に向かって引くようにしてもよい。ばね（図示せず）をベロー
内に取り付けて、偏向力をレバー３１０に与えて、これにより、ベロー中の圧縮
性ガスの圧力が減少するたびに、レバー３１０の端部３１１を第２の支持器２３
０の表面３５０に向かって引くようにしてもよい。本明細書中の説明における偏
向力を付加するためのばねの取付け方法は、当業者（単数または複数）にとって
明らかである。
【００２９】 別の実施形態では、第２のベローを用いる。この第２のベローは、ばねを備え
るかまたはばねを備えず、第１のベロー３３０に対向する。当業者にとって明ら
かなように、各ベローに対する圧力を独立して変更すると、レバー３１０位置が
ある範囲で生成される。
【００３０】 本発明の別の実施形態において、アクチュエータ３３０は、電気機械的デバイ
ス（例えば、ソレノイドまたはリニアモータ）（図示せず）である。この実施形
態において、電流がコイル内を通過して、実質的にコイル内に配置された鉄棒部
を移動させる。ｄｃ電流がコイル内を所定の方向で通過すると、鉄棒部は、上記
にてベローについて説明した様式と同様の様式で、レバー３１０に力を付加する
。このベローに与えられる力は、コイル中の電流に比例する。ばねを用いて、鉄
棒部によって与えられる力に対向する偏向力を付加することができる。他の種類
のアクチュエータ（例えば、圧電アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または
ねじ駆動型アクチュエータ）が企図され、また、上記の説明が与えられれば、当
業者（単数または複数）にとって明らかである。
【００３１】 図３に示すように、レバー３１０は、取換可能なスペーサ３２２およびねじ３
２４を用いて、撓み部３２０の終端部に接続される。スペーサ３２２の目的は、
デバイス２４０の較正時に調整を行い、これにより、第１の支持器２２０を第２
の支持器２３０に対して位置決めする際に位置決めデバイス２４０の全ての位置
決め範囲が利用可能であることを確実にすることである。例えば、レンズ２１０
を最初に整合させるために、アクチュエータ３３０が完全に伸長しなければなら
ないようにして、レバー３１０に最大の力が加わるようにすることが可能である
。これが行なわれると、アクチュエータ３３０は、それ以上の力をレバー３１０
に加えることができず、位置決めデバイス２４０は、アクチュエータ３３０がさ
らなる力をレバー３１０に加えることを必要とするアラインメントの不整合のい
ずれも修正または補償することができなくなる。しかし、この状況は、スペーサ
３２２をより短い軸長さを有する第２のスペーサ３２２と取り換えることにより
、修正可能である。より短い軸長さを有するスペーサ３２２を用いると、撓み部
３２０はレバー３１０の端部３１１のより近隣に移動し、ベローによってレバー
３１０に加えられる力が減少する。当業者（単数または複数）にとって本明細書
の説明を読めば明らかであるように、アクチュエータ３３０がその最短伸長長さ
および最長伸長長さの中間点において動作することを可能にするような軸長さを
有するスペーサ３２２を選択すべきである。
【００３２】 図３から分かるように、撓み部３２０の第２の終端部は、第１の支持器２２０
に取り付けられる。アクチュエータ３３０を用いてレバー３１０を回転軸３１５
の周囲で回転させると、撓み部３２０の位置が変化する。アクチュエータ３３０
によって加えられる力が増加すると、撓み部３２０は、第１の支持器２２０を第
２の支持器２３０の近隣に引く。アクチュエータ３３０によって与えられる力が
減少すると、撓み部３２０は、第１の支持器２２０を押して第２の支持器２３０
から離す。このようにして、位置決めデバイス２４０を用いて、第１の支持器２
２０およびレンズ２１０を第２の支持器２３０に対して位置決めすることが可能
である。
【００３３】 撓み部３２０は、実質的に一方向のみにおいて剛性である。本発明の好適な実
施形態において、撓み部３２０は、８つのノッチ３２１を有する金属ロッドから
作製される。これらの８つのノッチ３２１は、金属ロッドから切り欠かれ、対向
する４つの対として構成される。これらのノッチ３２１の対向する対は、ノッチ
の底部が互いに向き合い、ほぼ接触するように、金属ロッドの一終端部から切り
欠かれる。同様の様式で、さらに２つのノッチ３２１の対を金属ロッドの対向す
る終端部から切り欠く。好適な実施形態において、撓み部はインバールスチール
製である。
【００３４】 好適な実施形態において、位置決めデバイス２４０のレバー３１０は、図３に
示すようにノッチ３１２および３１５をレバー３１０中に切り欠くことにより形
成された一体の蝶番（ｌｉｖｉｎｇ ｈｉｎｇｅ）を有する。この実施形態にお
いて、第１の支持器２２０の第２の支持器２３０に対する調節範囲は、およそ±
２００ミクロンである。この実施形態の調節分解能は、使用される材料およびア
クチュエータに関連し、実質的に０．１ミクロンを越え得る。
【００３５】 レンズ２１０の位置に関するデータを（図４に示すような）制御モジュール４
１０に提供する際に用いることが可能な光学センサモジュール３４０を図３に示
す。一実施形態において、センサモジュール３４０は、第２の支持器２３０に取
り付けられる。一実施形態において、近隣センサモジュール３４０は、第１の支
持器２２０の第２の支持器２３０に対する位置を測定する。この実施形態におい
て、センサモジュール３４０は、例えば、容量性（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）セン
サを含み得る。別の実施形態において、センサモジュール３４０は、温度測定に
用いることが可能なセンサ（例えば、熱電対）を含む。レンズ位置および／また
はアラインメントに関するパラメータをモニタリングする際に用いることが可能
な他の種類のセンサモジュール３４０も企図される。例えば、センサモジュール
３４０をビームスプリッタブロック１５０の近隣に配置して、電磁気エネルギー
スペクトルの所定の部分を測定する際に用いてもよい。光学的システム１００か
ら出て行く電磁気エネルギーの特性をモニタリングする際に用いることが可能な
センサモジュールの種類は、当業者（単数または複数）にとって公知である。光
学システム１００から出て行く電磁気エネルギーの特性は、光学システム１００
のレンズのアラインメントに関連し得、レンズの位置を調節する際に用いられ得
、これにより、レンズアラインメントの不整合を修正または補償することが可能
である。
【００３６】 図６は、本発明による別の実施形態である位置決めデバイス６００を示す。位
置決めデバイス６００は、レンズ２１０を正確に位置決めし、光学システム１０
０における変化を修正かつ／または補償する際に使用され得る。位置決めデバイ
ス６００は、第２の支持器２３０と、レバー３１０と、主要位置決めアクチュエ
ータ３３０と、バーニヤアクチュエータ６０２とを含む。バーニヤアクチュエー
タ６０２は、旋回軸（例えば、ノッチ３１２および３１５によって形成された旋
回軸）のいずれかの側部上に配置され得る。
【００３７】 図６に示すように、アクチュエータ３３０および６０２は、それぞれ、第２の
支持部２３０およびレバー３１０に結合される。アクチュエータ３３０および／
またはアクチュエータ６０２の動作は、本明細書の記載を読めば、関連技術の当
業者にとって明らかな様態で、レバー３１０の位置を制御する。ある実施形態に
おいて、第２の支持部２３０は、２つのアクチュエータ、すなわち、一次配置ア
クチュエータ３３０およびバーニヤアクチュエータ６０２によってレバー３１０
に結合される。本明細書で記載するように、屈曲部３２０は、第２の支持部２３
０における開口部を通り、レベル３１０に結合される。
【００３８】 図６に示すように、ある実施形態において、一次配置アクチュエータ３３０お
よびバーニヤアクチュエータ６０２は、空気圧ベローである。圧縮性ガスシステ
ム（例えば、窒素ガスシステム）は、それぞれ、ガスライン３３２および６０４
を用いて、アクチュエータ３３０および６０２に結合される。
【００３９】 図６に、関連技術の当業者にとって明らかである配置デバイス６００の他の特
徴を示す。例えば、アクチュエータ（ベロー）３３０および６０２のサイズ、お
よび／または、アクチュエータ（ベロー）３３０および６０２の位置（機械的な
てこの作用）は、レバー３１０に加えられる力を調節して、デバイス６００の配
置特性を調節するように変更され得る。アクチュエータ６０２は、例えば、アク
チュエータ６０２によってレバー３１０に加えられる力を低減するために、レバ
ー３１０のピボット点のより近傍に配置され得る。
【００４０】 配置デバイス６００の特徴として、これらのデバイス（一次アクチュエータ）
のうちのいくつかが、共通の制御システム（例えば、圧力システム）によって駆
動されて、制御（例えば、制御圧力）のばらつきの結果として、レンズ２１０の
動きの軸の傾きを低減するために用いられ得ることがある。バーニヤアクチュエ
ータは、一次アクチュエータ感度のばらつき、または他の原因に起因する所望さ
れない動きを考慮に入れている。関連技術の当業者にとって明らかであるように
、制御システムは、ある特定の用途にとっては重要となり得る精度において、限
界を有する。例えば、レンズ２１０の位置を制御する場合、制御システムの精度
の限界は、レンズ２１０が傾むく原因となる。デバイス６００を用いることによ
って、レンズ２１０の傾きがなくなるか、または低減する。傾きは、バーニヤデ
バイス６０８を用いて制御される。
【００４１】 本発明のある実施形態において、図２Ａ、２Ｂ、および３に示すように、１つ
以上のデバイス２４０が、配置デバイス６００と置き換えられる。例えば、本発
明の、動きの軸を制御する配置デバイスを２つしか有さない実施形態において、
傾きを低減するために、デバイス６００は、１つ用いられてもよいし、２つ用い
られてもよい。本発明の、動きの軸を制御する配置デバイスを３つ有する実施形
態において、傾きを低減するために、デバイス６００は、２つ用いられてもよい
し、３つ用いられてもよい。本発明の他の実施形態は、一次アクチュエータ感度
または他の原因に起因する所望されない動きを低減するために、他の数のデバイ
ス６００を用いる。
【００４２】 （レンズを精密に配置および整列するシステムおよび方法） 図４に、本発明による、光学システム１００においてレンズを精密に配置およ
び／または整列するシステム４００のある実施形態を示す。図４に示すように、
システム４００は、装置２００、センサモジュール３４０、制御モジュール４１
０、圧縮性ガス供給モジュール（図示せず）、および精度調節バルブ４３０を含
む。図４を簡略にし、本発明をより明瞭に示すために、装置２００は、単一の配
置デバイス２４０を有するものとして示される。レンズ２１０の位置は、上記の
ように装置２００によって制御される。システム４００は、光学システム１００
が用いられるときにレンズ２１０の位置に対して行われる細かい調節を可能にす
る。
【００４３】 本発明のある実施形態において、システム４００は、方法５００を用いて、レ
ンズ２１０の位置を制御する。本明細書の記載を読めば、関連技術の当業者にと
って明らかであるように、方法５００が、開ループ制御システムまたは閉ループ
制御システムのいずれかを用いて実現され得る。方法５００は、図４および５を
参照しながら記載される。方法５００は、平衡状態のシステム４００を用いて開
始される。
【００４４】 方法５００の工程５１０において、オプションのセンサモジュール３４０が用
いられて、光学システム１００におけるレンズ整列または配置に関するパラメー
タがモニタされる。センサモジュール３４０の出力は、通信リンク３４４によっ
て制御モジュール４１０に通信される、電圧信号、電流信号、または光学信号で
あり得る。センサモジュール３４０は、測定可能であり、光学システム１００に
おけるレンズ位置を制御するために用いられ得る、任意のパラメータをモニタし
得る。例えば、センサモジュール３４０は、光学システム１００内の様々な位置
で温度をモニタし得る。温度は、光学システム１００における熱的に引き起こさ
れた変化を判定するために用いられ得る。また、センサモジュール３４０は、光
学システム１００を出ていく電磁エネルギー、例えば、ビームスプリッタブロッ
ク１５０で出ていく電磁エネルギーをモニタし得る。光学システム１００を出て
いく電磁エネルギーは、光学系１００におけるレンズの状態を判定するために用
いられ得る。センサモジュール３４０によってモニタされ得る他のパラメータが
、本明細書の記載を読めば、関連技術の当業者にとって明らかである。
【００４５】 方法５００の工程５２０において、制御モジュール４１０は、センサモジュー
ル３４０から受信した電圧信号、電流信号、または光学信号を用いて、光学シス
テム１００におけるレンズの位置および／または整列に関するエラー信号を生成
する。本発明のある実施形態において、センサモジュール３４０の出力が、制御
モジュール４１０に格納されている所定の値と比較されて、エラー信号が生成さ
れる。データを制御モジュール４１０に格納する技術の１つとして、データをル
ックアップテーブルに格納することがある。
【００４６】 図４に示すように、制御モジュール４１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１２
およびメモリ装置４１４を含む。ある実施形態において、センサモジュール３４
０によって、いくつかのパラメータが同時にモニタされてもよいし、複数のセン
サモジュール３４０を用いていくつかのパラメータがモニタされてもよい。セン
サモジュール３４０の出力を、光学システム１００におけるレンズの位置、整列
、および／または結像に関連させるデータが、メモリ装置４１４内に格納される
。例えば、センサモジュール３４０が、温度およびレンズ位置のデータをモニタ
する場合、センサモジュール３４０によって測定され得る様々な温度およびレン
ズ位置が、光学システム１００の温度および／またはレンズ位置を、配置デバイ
ス、例えば、図４に示す配置デバイス２４０の空気圧ベロー内の圧力と関連させ
るルックアップテーブルの形式で、メモリ装置４１４内に格納され得る。この実
施形態において、ＣＰＵ４１２は、センサモジュール３４０から温度および／ま
たはレンズ位置データを受信する。その後、ＣＰＵ４１２は、メモリ装置４１４
に格納されているルックアップテーブルにおいて、センサモジュール３４０から
受信したデータに対応する、配置デバイス２４０のベローの圧力を探す。ＣＰＵ
４１２は、ルックアップテーブルから取り出した圧力データと、配置デバイス２
４０のベローにおける実際の圧力との差に基づいて、エラー信号を生成する。セ
ンサモジュール３４０の出力を光学システム１００におけるレンズ位置および／
または整列に関連させるデータを収集し、このようなデータに関するルックアッ
プテーブルを形成する方法は、本明細書の記載を読めば、関連技術の当業者にと
って明らかである。
【００４７】 他の実施形態において、制御モジュール４１０は、センサモジュール３４０の
組み合わされた出力のみに基づき、メモリ内に格納されているルックアップテー
ブルからデータを取り出すことなしに、エラー信号を生成する。関連技術の当業
者であれば、センサモジュール３４０の出力に基づいてエラー信号を生成する他
の方法および技術が、考慮され、本発明の一部と考えられることを理解する。
【００４８】 方法５００の工程５３０において、工程５２０で生成されたエラー信号が用い
られて、配置デバイス２４０のベローにおける圧縮性ガス圧が調節されて、レン
ズ２１０の位置が変化して、光学システム１００におけるレンズの整列の不整が
補正または補償され得る。図４に示すように、圧縮ガス（例えば、窒素）が、空
気圧４３２を介して送られる。配置デバイス２４０のベローにおける圧縮性ガス
圧を、エラー信号に基づいて増大させる必要がある場合、制御モジュール４１０
が、通信リンク４４４を介して３方向バルブ４３０に信号を送信する。この信号
は、バルブ４３０の位置を変え、空気圧接続４３２からの圧縮ガスが、ベロー内
で所望のガス圧に達したことをエラー信号が示すまで、配置デバイス２４０のベ
ローに流れることを可能にする。ベローにおける圧縮ガス圧を、エラー信号に基
づいて低減する必要がある場合、制御モジュール４１０は、ベローにおける圧縮
ガスをガスライン４３４を通じて周囲に排出する３方向バルブ４３０に、信号を
送信する。ベローにおける圧縮ガスは、ベロー内で所望のガス圧に達したことを
エラー信号が示すまで、周囲に排出される。
【００４９】 方法５００の工程５４０において、工程５１０〜５３０は、停止信号が受信さ
れるまで、ループで連続的に繰り返される。停止信号が受信される場合、制御は
、工程５５０に移り、光学システムにおいてレンズを精密に配置する方法が終了
する。
【００５０】 光学システムにおいて精密にレンズを配置するために用いられ得る、本発明の
様々な実施形態を上記に記載した。これらの実施形態が、限定するためではなく
、例示するためだけに提供されることが理解されるべきである。関連技術の当業
者であれば、特許請求の範囲に規定する本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく、上記の実施形態の形態および細部に対して様々な改変が為され得ること
を理解する。従って、本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的な実施形態のい
ずれによっても限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびその均等物によ
ってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明が用いられ得るカタディオプトリック光リダクションシステム
の図である。
【図２Ａ】 図２Ａは、本発明の一実施形態による装置の側面図である。
【図２Ｂ】 図２Ｂは、本発明の一実施形態による装置の平面図である。
【図３】 図３は、本発明の一実施形態による位置決めデバイスの図である。
【図４】 図４は、本発明の一実施形態による光学システムにおけるレンズを正確に位置
決めし、かつ／または、アラインメントするためのシステムの図である。
【図５】 図５は、本発明の一実施形態による光学システムにおけるレンズを正確に位置
決めし、かつ／または、アラインメントする方法のフローチャートである。
【図６】 図６は、本発明による位置決めデバイスの第２の実施形態を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 トーブ， デイビッド ジー． アメリカ合衆国 コネチカット 06902， スタンフォード， フィールドストーン テラス 39 (72)発明者 ゲイルバート， ダニエル エヌ． アメリカ合衆国 コネチカット 06897， ウィルトン， ベルデン ヒル ロード 520 Ｆターム(参考） 2H044 AA11 AA16 AA18 AC01 5F046 CB02 CB07 CB11 CB12 CB25

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学システムにおいてレンズを精密に配置する装置であって
    、 該レンズの周辺縁に結合される第１の支持部と、 該第１の支持部と機械的に同心円状の第２の支持部と、 該第１の支持部を該第２の支持部に接続され、少なくとも１つの方向に該レン
    ズ位置を調節することを可能にする、複数の配置デバイスと、 を備える、装置。
  2. 【請求項２】 前記複数の配置デバイスの各々が、 前記第２の支持部上にピボット点を有するレバーと、 該レバーに接続され、該レバーを該ピボット点の周りで動作させるように用い
    ることが可能な、アクチュエータと、 該レバーに接続された第１の端部、および前記第１の支持部に接続された第２
    の端部を有する屈曲部と、 を備える、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記レバーと前記屈曲部の前記第１の端部との間で、ネジお
    よび交換可能なスペーサーを用いて、該屈曲部が該レバーに接続された、請求項
    ２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記アクチュエータが、空気圧ベローである、請求項３に記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 光学システムにおいてレンズを精密に配置するシステムであ
    って、 該レンズの周辺縁に結合される第１の支持部と、 該第１の支持部と機械的に同心円状の第２の支持部と、 該第１の支持部を該第２の支持部に接続する複数の配置デバイスであって、該
    複数の配置デバイスのうち少なくとも１つが、該第１の支持部を、該第２の支持
    部と相対的に、軸方向に動かすように構成され、該複数の配置デバイスのうち少
    なくとも１つが、該第１の支持部を、該第２の支持部と相対的に、該軸方向に対
    して実質的に垂直な方向に動かすように構成される、複数の配置デバイスと、 を備える、システム。
  6. 【請求項６】 前記複数の配置デバイスの各々が、 前記第２の支持部上にピボット点を有するレバーと、 該レバーに接続され、該レバーを該ピボット点の周りで動作させるように用い
    ることが可能な、アクチュエータと、 該レバーに接続された第１の端部、および前記第１の支持部に接続された第２
    の端部を有する屈曲部と、 を備える、請求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記レバーと前記屈曲部の前記第１の端部との間で、ネジお
    よび交換可能なスペーサーを用いて、該屈曲部が該レバーに接続された、請求項
    ６に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記アクチュエータが、空気圧ベローである、請求項７に記
    載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記ベローに流体連絡された圧縮ガス供給モジュールと、 該圧縮ガス供給モジュールと連絡し、該ベローを動作させるように該圧縮ガス
    供給モジュールを制御する制御モジュールと、 をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記制御モジュールと連絡し、レンズ位置に関するパラメ
    ータをモニタし、前記第２の支持部と相対的に前記第１の支持部を配置するため
    に該制御モジュールにデータを提供するセンサモジュールをさらに備える、請求
    項９に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記制御モジュールが、中央処理装置およびメモリを備え
    る、請求項１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記制御モジュールが、前記第２の支持部と相対的に前記
    第１の支持部を配置するときに用いられるエラー信号を生成する、請求項１１に
    記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 光学システムにおいてレンズを精密に配置するシステムで
    あって、 該レンズの周辺縁に結合される第１の支持手段と、 該第１の支持手段に結合される第２の支持手段であって、該第１の支持手段に
    と機械的に同心円状の第２の支持手段と、 該レンズを整列する複数の配置手段であって、該第１の支持手段を該第２の支
    持手段に接続し、該複数の配置手段のうち少なくとも１つが、該第１の支持手段
    を、該第２の支持手段と相対的に、軸方向に動かすように構成され、該複数の配
    置手段のうち少なくとも１つが、該第１の支持手段を、該第２の支持手段と相対
    的に該軸方向に対して実質的に垂直な方向に動かすように構成される、複数の配
    置手段と、 を備える、システム。
  14. 【請求項１４】 前記複数の配置手段の各々が、 前記レンズを整列するレバー手段であって、ピボット点を有するレバー手段と
    、 該レバー手段に接続され、該レバー手段を該ピボット点の周りで動作させる、
    アクチュエータ手段と、 前記第１および第２の支持手段を接続する屈曲手段であって、該アクチュエー
    タ手段と該ピボット点との間で該レバー手段に接続された第１の端部、および該
    第１の支持手段に接続された第２の端部を有する屈曲手段と、 を備える、請求項１３に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記レバー手段と前記屈曲手段の前記第１の端部との間で
    、ネジおよび交換可能なスペーサーを用いて、該屈曲手段が該レバー手段に接続
    された、請求項１４に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記アクチュエータ手段が、空気圧ベローである、請求項
    １５に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記ベローに流体連絡された圧縮ガス供給手段と、 該圧縮ガス供給手段と連絡し、該ベローを動作させるように該圧縮ガス供給手
    段を制御する制御手段と、 をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記制御手段と連絡し、レンズ位置に関するパラメータを
    モニタし、前記第２の支持手段と相対的に前記第１の支持手段を配置するために
    該制御手段にデータを提供するセンサ手段をさらに備える、請求項１７に記載の
    システム。
  19. 【請求項１９】 前記制御手段が、中央処理装置およびメモリを備える、請
    求項１８に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 光学システムにおいてレンズを精密に配置する方法であっ
    て、 （ａ）センサモジュールを用いて、該光学システムにおけるレンズ位置に関す
    るパラメータをモニタする工程と、 （ｂ）該センサモジュールの出力に基づいて、該光学システムにおけるレンズ
    位置に関するエラー信号を生成する工程と、 （ｃ）該エラー信号を用いて、該光学システムにおけるレンズ位置を制御する
    アクチュエータを調節する工程と、 （ｄ）停止信号を受信するまで工程（ａ）から（ｄ）を繰り返す工程と、 を包含する、方法。
  21. 【請求項２１】 光学システムにおいてレンズを精密に配置する装置であっ
    て、 該レンズの周辺縁に結合される第１の支持部と、 該第１の支持部と機械的に同心円状の第２の支持部と、 該第１の支持部を該第２の支持部に接続し、少なくとも１つの方向に該レンズ
    位置を調節することを可能にする、複数の配置デバイスと、 を備え、該配置デバイスのうち少なくとも１つが、 該第２の支持部上にピボット点を有するレバーと、 該レバーに接続された第１および第２のアクチュエータであって、該アクチ
    ュエータの各々が該レバーを該ピボット点の周りで動作させるように用いること
    が可能な、第１および第２のアクチュエータと、 該レバーに接続された第１の端部、および該第１の支持部に接続された第２
    の端部を有する屈曲部と、 を備える、装置。
  22. 【請求項２２】 前記第１のアクチュエータが一次配置アクチュエータであ
    り、前記第２のアクチュエータがバーニヤアクチュエータである、請求項２１に
    記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記共通制御システムが、前記一次配置アクチュエータの
    各々を動作させるように用いられる、請求項２２に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記共通制御システムが圧縮性ガスシステムである、請求
    項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記圧縮性ガスシステムが窒素を含む、請求項２４に記載
    の装置。
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