JP2005165306A - 光学装置のフランジ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学装置のフランジ組立体を提供する。
【解決手段】 光学装置のフランジ組立体（１）は、第１のフランジ（２）と、補償部材（４）と、第２のフランジ（２′）とを有している。これらのフランジ（２、２′）および補償部材（４）は、ほぼ軸対称であり、両フランジ（２、２′）は、非破壊的および非積極的な軸方向分離可能な方法で光学装置の他の構成部品（１０、１１）に連結されるのに適している。２つのフランジ（２、２′）は、異なる線熱膨張率を有する異なる材料よりなる。補償部材（４）は、半径方向に柔らかいが、２つのフランジ（２、２′）をそれらの相対空間位置において堅く連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学装置のフランジ組立体に関する。更に、本発明は、２つのフランジを連結するための方法に関する。同様に、本発明は、対物レンズ、詳細には、半導体平版印刷法における投射対物レンズに関する。

異なる熱膨張率を有する２つの構成部品を連結する場合、これらの構成部品の直径の温度誘発変化の結果、応力が生じ、これらの応力により、精密装置では、構成部品の許容不可能な変形、摩擦連結の不可逆変化または破壊を引起すことがある。

特に、半導体を製造するための投射対物レンズを有する投射露光機械の場合、最小の変化でも、レンズのマウントと、支持構造体としての投射対物レンズのハウジングとの間に異なる熱膨張に基づいて応力が前記のようにして生じると、投射対物レンズの調整不良を引起すことがある。

この結果、特許文献１から明らかなように、このような設計の場合、異なる熱膨張を釣り合わせるようになっている弾性部材、しばしば、板ばね部材が使用されており、これらの部材は、異なる膨張率を有する２つの構成部品間に配置されているが、その結果、連結は、しばしば、所望の剛性では実施されることができない。個々の板ばね部材を製造するために、切欠きを有する連結部材が、これを縁部領域において引き切ることによって設けられなければならなく、或いはばね部材が個々に留められなければならない。同様に、この場合に不都合なのは、切込み連結部材の適切な平面性を達成するために処理する際の高い経費（曲がり部分を引き切るときに内部応力条件が乱れたり、処理力により板ばねが曲がったりする）、および個々の部材を調整する際の経費である。更に、気密性がない。

従来技術については、特許文献２ないし４を参照すればよい。
米国特許第６，１６６，８６８号 米国特許第６，２２９，６５１Ｂ１号 米国特許第６，０９７，５５３Ａ号 米国特許第２００２／１７６０９４Ａ１号

従って、本発明の目的は、従来技術の初めに述べた欠点を回避し、構成部品を非常に堅く連結する、２つの構成部品間の異なる熱膨張を釣り合わせるためのフランジ組立体を提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴により達成される。請求項２４は、対物レンズに使用する種類に対して目的を達成する。

２つの構成部品、詳細には、例えばレンズマウントのような光学装置と、支持構造体、例えば、対物レンズとは、本発明によれば、それらの異なる線熱膨張率ができるだけレンズの変位またはレンズの変形を行わないようにして、互いに連結されるようになっている。フランジ間の連結は、本発明によれば、半径方向に柔らかく、２つのフランジをそれらの空間位置において堅く連結する補償部材を介して行なわれ、この補償部材は、有利には、薄肉の、詳細には、閉じられた横断面を有している。

特に円筒体の形状における補償部材の薄肉性質によれば、２つのフランジが互いに無関係で膨張することができ、処理において、フランジの平面性、丸みおよび同軸性が保持される。従来技術と対照的に、分断効果は、意識的には解放されない自由度で非常に制限された剛性のみを有するばね部材の曲げ柔軟性に基づいていない。本発明の構成により、フランジ組立体の剛性は、従来技術による装置の場合よりも、あらゆる方向において実質的に大きい。更に、フランジは、連続切込みで処理されることができ、これにより、きれいでより正確な表面が生じる。板ばねを使用する場合に、従来技術において必要されるような引き切りの必要がないので、本発明によるフランジ組立体における内部応力条件が、同様に乱されない。

フランジ組立体の本発明の構成により、ＣＴＥジャンプ（一方の材料の熱膨張率が他方の材料の熱膨張率と接触する位置）は、補償部材または結合部材の内側の少なくとも一方のフランジに対する安定な接合部まで移動されることができる。これは、例えば、補償部材が接着または溶接によりフランジに安定的に連結される部位までＣＴＥジャンプが移動されることを意味している。この場合、接合部は、膨張差の場合、連結が損なわれないほどに安定であるように設計されることができる。ＣＴＥジャンプの領域に生じる応力は、特に、補償部材の薄肉性質により小さく保たれることができる。また、補償部材およびフランジのための剛性条件によれば、応力は、主として、補償部材の無害の変形を行い、その一方、フランジは、非常にわずかな変形のみを受ける。

フランジ組立体の更なる重要な利点は、例えば、接合から生じる応力条件が、幾何形状またはそれらの精度に影響しないこと、および内部応力および時間にわたるそれらの変化（緩和）が、従来技術における個々の板ばねと比較して、むしろフランジ組立体の精度において副次的な役割を果たすことである。同様に、小さい半径方向の空間要件およびフランジ組立体の簡単な設計が、更なる利点である。本発明によるフランジ組立体によれば、レンズマウントに支持されるレンズへの３葉クローバーの導入を防ぐことが有利に可能である。

本発明の特に有利な改良では、補償部材が少なくとも一方のフランジと一体であるようになっており、その結果、補償部材は、これが一体に具現化されるフランジの熱膨張率を有している。一体的な改良の利点は、フランジ組立体の簡単な製造である。何故なら、一方のフランジおよび補償部材が、共同で同心に設計されることができ、例えば、補償部材がほぼ寸法どうりに製造されることが可能であるからである。

本発明の模範的な実施の形態を添付図面により詳細に説明する。

図１は、好ましくは環状のフランジとして具現化される２つのフランジ２、２′を有する装置またはフランジ組立体１を示している。これらのフランジ２、２′は、原則として図３に示しように、例えば、光学組立体としてのレンズマウントを有するレンズ、および支持構造体、例えば、対物レンズハウジングのような２つの構成部品を連結する目的を果たす。２つのフランジ２、２′は、各々、相互に異なる線熱膨張率α１、α２を有しており、これらのフランジ２、２′は、各々の場合、それぞれ隣接した構成部品のものにほぼ対応することができる１つの熱膨張率を有することができる。これらのフランジ２、２′には、穴３、３′が設けられており、構成部品、詳細には、レンズマウントおよび支持構造体は、ねじ連結によりフランジ２、２′に連結されることができる。フランジ２、２′は、補償部材、即ち、連結要素４を介して互いに連結されている。補償部材４は、好ましくは円筒体または管の形状で薄肉の閉じられた横断面を有しており、この横断面は、好ましくは、ほぼ０，０１ｍｍないし３ｍｍ、詳細には０．１ｍｍないし１ｍｍの肉厚を有する円形、楕円形または多面体形である。

補償部材４が、フランジ２′と一体であることが特に有利であり、この一体性は、補償部材４がこれと一体部品であるフランジと同じ線熱膨張率α２を有することを意味している。

補償部材４がフランジ２′と一体でないなら、補償部材４の線熱膨張率は、温度変化の場合に補償部材４を有する対であるフランジ２、２′の膨張の最小の差のみを結果的に生じるために、２つのフランジ２、２′の線熱膨張率α１、α２の値の間にある値を有することができる。この結果、フランジ２または２′とのそれぞれの接合部の荷重が最小になる。

図２aないし２iは、フランジ２または２′との補償部材４の種々の可能な種類の接合部を示している。

図２aないし２ｃは、２つのフランジ２または２′を示しており、第１のフランジ２は、例えば、ＩＮＶＡＲまたはセラミックから製造されており、第２のフランジ２′は、例えば、鋼から製造されている。各々の場合、補償部材４は、ここでは、フランジと一体である。補償部材４とフランジ２との間の連結部位５は、はんだ付け、溶接、押し込み、収縮嵌めまたは付着により作成されることができる。フランジ２に連結されるべきである補償部材４の部分は、いくらか大きい肉厚を有することができる。

図２ｄは、更に、特にねじ連結部６を介して補償部材４をフランジ２に連結することができることを示している。ここでは、補償部材４は、雄ねじ部を有しており、フランジ２は、雌ねじ部を有している。従って、フランジ２は、ねじ付けにより補償部材４または更なるフランジ２′に連結されることができる。更に、ねじ連結部６の追加の接合または溶接により更にしっかりした連結を確保することができる。

フランジ２への補償部材４の連結は、図２eでは、円錐体７により実施される。この連結は、適切なら、接着剤により確保されることができる。Ｘに対応する拡大詳細図に詳細に示される円錐形部分には、同様に、溝８がフランジ２への連結面のところに設けられている。それにより、接着剤が導入時に軟化し、最適の保護を確保することが可能である。補償部材４の丸み許容度および直径許容度は、円錐体７により釣合わされることができる。また、連結は、接合のような一体連結なしに行なわれることもできる。すでに以上で述べたように、保護のために接着または溶接を行なうことが可能である。

図２eにおけるものと同様な連結可能なことが図２ｆに示されている。ここでは、薄肉である、好ましくは円筒形の補償部材４が、押込み（摩擦接合方法）（補償部材４の可塑性テーパに対して弾性）によりフランジ２に導入されている。補償部材４は、適切なら、接着剤が塗られて取着されることができる。取着および密封のために、溶接も可能である。

フランジ２への補償部材４の連結は、図２ｇでは、溶接により行なわれている。ここでは、図２aないし２ｃにおけるように、フランジ２に連結されるべきである補償部材４の部分は、補償部材の薄肉部分が溶接により損傷されないように、より大きい肉厚で具現化されている。溶接の一体接合方法は、接着剤を使用する必要はなく、従ってガス抜きが防がれるので、有利である。

また、図２ｈに示されるように、両フランジ２、２′を、各々の場合、補償部材４の一部と一体の部品として製造することも考えられ、その結果、接合部は、全体の補償部材４のほぼ中間に位置決めされる。それにより、接合部の影響はより小さい。これは、連結部位がさほど剛性ではなく設計され、従って、両側に曲がることができることを意味している。この結果、接合部の荷重が非常に小さくなる。

フランジ組立体１の内側の最も小さい応力は、線熱膨張率α３を有する第３の材料で製造され、第１および第２のフランジ２、２′間に位置すべきである補償部材により発生されることができる（図２i）。ここでは、利点は、α１からα２への変化が２つの部位にわたって分布されていることにある。非常に小さい線熱膨張率α３＜２ｐｐｍ／Ｋを有する第３の材料、例えば、ＩＮＶＡＲからの補償部材の製造は、２つのフランジ２、２′、例えば、アルミニウム、ＩＮＶＡＲまたは鋼の膨張率にかかわらず、長さの軸方向変化を最小にするために有利である。

図３は、図１および図２に示されるフランジ組立体１の別の実施の形態を示している。ここでは、２つのフランジ２、２′の連結は、２つの同軸の薄肉補償部材４、４′により行なわれている。これらの補償部材４、４′に連結されようとするフランジ２は、この模範的な実施の形態に示されるように、円錐形に具現化されることができる。補償部材４、４′へのフランジ２のこの連結は、先行の模範的な実施の形態ですでに述べたように、種々の連結方法により行なわれることができる。すでに述べたように、フランジ２、２′は、フランジ組立体１を構成部品１０、１１に連結するために、ねじ９を保持するための穴３、３′を有しており、構成部品１０は、半導体平版印刷法のための対物レンズ１２（詳細には図示されていない）の支持構造体、例えば、対物レンズハウジングを構成しており、構成部品１１は、レンズ１１aを有するレンズマウントを構成している。フランジ組立体１が２つの補償部材４、４′を備えて具現化される場合、穴３は、ねじ頭部とともにねじ９を通すことができるために、大きい開口部を有することができる。その結果、ねじ９は、かくしてフランジ２を構成部品１０に連結するために穴３′に挿入されることができる。

変更例として、補償部材４には、切欠きを設けることもでき、切欠きの任意の特定の形状のために優先はない。

軸方向における押し合わせにより、或いは収縮嵌めにより、安定で非常に正確な連結が可能になることができる。収縮嵌めの場合、補償部材４は、力なしでフランジ２に連結されることができる。ここでは、同様に、フランジ２には、押し合わせの場合のように、円錐体が設けられことができる。

互いに対する部材の同軸性は、両方法の場合に保持される。

フランジ２、２′は、模範的な実施の形態では環状のフランジとして設計されているが、もちろん、他の形状、例えば、三角形または多角形のフランジであることができる。

２つのフランジ２、２′の平面性、同軸および平行の性質は、フランジ組立体１の構成のために温度の変化がある場合にも保持されることができる。

本発明によるフランジ組立体の（部分）斜視図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 図１に示されるフランジ組立体の種々の種類の１つの接合部の図である。 ２つの連結部材を備えた図１に示される本発明のフランジ組立体の別の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１…フランジ組立て体，２…第１のフランジ，２’…第２のフランジ，４…補償部材，１０，１１…構成部品，１１…マウント，１１ａ…光学素子，

Claims (31)

1. 第１のフランジ（２）と、補償部材（４）と、第２のフランジ（２′）とを具備している光学装置用のフランジ組立体であって、前記フランジ（２、２′）および補償部材（４）は、ほぼ軸対称であり、両フランジ（２、２′）は、非破壊的および非積極的な軸方向に分離可能な方法で光学装置の他の構成部品（１０、１１）に連結されるのに適しており、２つの前記フランジ（２、２′）は、異なる線熱膨張率を有する異なる材料により形成されており、前記補償部材（４）は、半径方向に柔らかいが、２つのフランジ（２、２′）をそれらの相対空間位置において堅く連結している、光学装置用のフランジ組立体。
2. 前記補償部材（４）は、薄肉の横断面を有していることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
3. 前記補償部材（４）は、少なくともほぼ円筒形の形状であることを特徴とする請求項２に記載のフランジ組立体。
4. 前記補償部材（４）は、多角形の横断面を有していることを特徴とする請求項２に記載のフランジ組立体。
5. 前記横断面は閉じられていることを特徴とする請求項２、３または４に記載のフランジ組立体。
6. 前記補償部材（４）は、少なくとも一方のフランジ（２または２′）と一体であることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
7. 前記フランジ（２、２′）は、各々の場合、それぞれ隣接した構成部品（１０、１１）のものにほぼ対応する線熱膨張率を有していることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
8. 前記補償部材（４）は、０．０１ｍｍないし３ｍｍの肉厚を有していることを特徴とする請求項１、２、３、４または６に記載のフランジ組立体。
9. 前記補償部材（４）の線熱膨張率は、２つのフランジ（２、２′）の線熱膨張率α１、α２の値の間にある値を有していることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
10. 前記補償部材（４）は、低い線熱膨張率α３、特に、α３＜２ｐｐｍ／Ｋを有していることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
11. 前記補償部材（４）には、切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
12. 前記フランジ（２、２′）は、環状のフランジとして設計されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
13. 前記フランジ（２、２′）は、多角形のフランジとして設計されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ組立体。
14. 前記フランジ（２、２′）は、穴（３、３′）により構成部品（１０、１１）に留めるために設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のフランジ組立体。
15. 前記補償部材（４）への前記フランジ（２、２′）の連結は、一体接合方法、特に、溶接連結により行なわれることを特徴とする請求項１ないし１４のうちのいずれか１つの項に記載のフランジ組立体。
16. 前記補償部材（４）への前記フランジ（２、２′）の連結は、摩擦係止接合方法、詳細には、円錐体連結により行なわれることを特徴とする請求項１ないし１４のうちのいずれか１つの項に記載のフランジ組立体。
17. 少なくとも一方のフランジ（２、２′）補償部材（４）に連結される少なくとも一方の連結側に円錐形に具現化されていることを特徴とする請求項１ないし１６のうちのいずれか１つの項に記載のフランジ組立体。
18. 円錐体（７）を備えて具現化される少なくとも一方の連結側には、溝（８）、詳細には、接着剤溝が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１６のうちのいずれか１つの項に記載のフランジ組立体。
19. 異なる線熱膨張率を有していて、補償部材を介して互いに連結される２つのフランジを連結する方法において、前記補償部材（４）は、第３の線熱膨張率を有しており、少なくとも一方のフランジ（２、２′）に収縮嵌めにより連結されることを特徴とする２つのフランジを連結する方法。
20. 異なる線熱膨張率を有していて、補償部材を介して互いに連結される２つのフランジを連結する方法において、前記補償部材（４）は、第３の線熱膨張率を有しており、少なくとも一方のフランジ（２、２′）に押し嵌めにより連結されることを特徴とする２つのフランジを連結する方法。
21. 少なくとも一方のフランジ（２、２′）は、補償部材（４）に連結される少なくとも一方連結側に円錐形に具現化され、連結は円錐押し嵌めにより行なわれることを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
22. 接合部が、一体接合方法により取着されることを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
23. 半導体平版印刷法における請求項１ないし１８のうちのいずれか１つの項に記載のフランジ組立体の用途。
24. 少なくとも１つの光学素子（１１a）がマウント（１１）に配置されている対物レンズハウジング（１０）を有し、また第１のフランジ（２）と、保障部材（４）と、第２のフランジ（２′）とを有するフランジ組立体（１）を有している、半導体平版印刷法における対物レンズ、詳細には、投射対物レンズであって、前記フランジ（２、２′）および前記補償部材（４）は、ほぼ軸対称であり、両フランジ（２、２′）は、非破壊的および非積極的な軸方向に分離可能な方法で光学装置の対物レンズハウジング（１０）およびマウント（１１）に連結されるのに適しており、２つのフランジ（２、２′）は、異なる線熱膨張率を有する異なる材料よりなり、前記補償部材（４）は、半径方向に柔らかいが、それらの相対空間位置において２つのフランジ（２、２′）を堅く連結する、対物レンズ。
25. 前記補償部材（４）は、薄肉の横断面を有していることを特徴とする請求項２４に記載の対物レンズ。
26. 前記補償部材（４）は、少なくともほぼ円筒形の形状のものであることを特徴とする請求項２５に記載の対物レンズ。
27. 前記横断面は閉じられていることを特徴とする請求項２５または２６に記載の対物レンズ。
28. 前記補償部材（４）は、少なくとも一方のフランジ（２、２′）と一体であることを特徴とする請求項２４、２５または２６に記載の対物レンズ。
29. 前記フランジ（２、２′）は、環状のフランジとして設計されていることを特徴とする請求項２４に記載の対物レンズ。
30. 前記フランジ（２、２′）は、穴（３、３′）により対物レンズハウジング（１０）およびマウント（１１）に留めるために設けられていることを特徴とする請求項２９に記載の対物レンズ。
31. 前記補償部材（４）への前記フランジ（２、２′）の連結は、一体連結方法、詳細には、接着剤連結により行なわれることを特徴とする請求項２４に記載の対物レンズ。

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