JP2006106163A - Optical element holding structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズやミラー等の光学素子の保持構造に関し、特にマスクに形成されたパターンを基板に転写させるレンズの保持に適した保持構造に関する。 The present invention relates to a holding structure for optical elements such as lenses and mirrors, and more particularly to a holding structure suitable for holding a lens that transfers a pattern formed on a mask onto a substrate.
図6は、従来のレンズの保持構造を示す断面図である(特許文献1参照)。定盤1上にベース2が配置されている。ベース2には、貫通穴部2aが形成され、この貫通穴部2aに鏡筒3が嵌まっている。鏡筒3は、その内部に複数のレンズ4を貫通穴部2aの深さ方向に配列した状態で保持している。図示しない光源から出射したレーザ光Lが、転写すべきパターン(以下、マスクパターンという。)が形成されたマスク5に入射し、マスク5を通過したレーザ光Lが鏡筒3内のレンズ4群を通して、基板Wに入射する。これにより、マスクパターンが基板Wに転写される。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional lens holding structure (see Patent Document 1). A
例えば、基板W表面における所望の位置に正確にマスクパターンを転写させるためには、鏡筒3内のレンズ4群によって構成される投影光学系の光軸Sの空間的位置が、所期の理想的な位置に保たれることが必要である。しかし、従来の保持構造では、光軸Sの位置の再現性を向上させることに関して改善の余地があり、例えばレンズ4の交換作業を行うために鏡筒3を一旦取り外した場合等に、光軸Sの位置が理想的な位置からずれてしてしまうことがあった。ここで一般に、光軸の位置の、理想的な位置からのずれを「位置誤差」と呼ぶことにする。
For example, in order to accurately transfer the mask pattern to a desired position on the surface of the substrate W, the spatial position of the optical axis S of the projection optical system constituted by the lens 4 group in the
また、光軸Sが基板W表面に対して垂直であることが望まれる。しかし、ベース2や鏡筒3等の製作精度等に限界があるため、従来の保持構造では、光軸Sが基板W表面に対して垂直とはならない場合があった。ここで一般に、光軸の、基板表面の法線からの傾きを「傾き誤差」と呼ぶことにする。
In addition, it is desirable that the optical axis S is perpendicular to the surface of the substrate W. However, since the manufacturing accuracy of the
本発明の目的は、位置誤差や傾き誤差を低減することができる光学素子の保持構造を提供することにある。また、本発明の目的は、位置誤差や傾き誤差を低減することができる光学素子の保持構造を簡素な構成で実現することにある。 An object of the present invention is to provide an optical element holding structure capable of reducing a position error and a tilt error. Another object of the present invention is to realize an optical element holding structure capable of reducing a position error and a tilt error with a simple configuration.
本発明の一観点によれば、穴部及び該穴部の開口を取り囲む座面を画定したベースと、前記穴部に嵌まる保持体であって、該保持体が前記穴部に嵌められたときに該穴部の内側面と対面する嵌合側面、及び前記座面と対面するフランジ面を画定した保持体と、前記保持体によって保持された光学素子と、前記穴部の内側面と前記保持体の嵌合側面とに接触した状態で、これら両面の間に介在した弾性体と、前記保持体が前記穴部に嵌まった状態で、前記フランジ面の前記座面に対する傾きが変化するように該保持体の姿勢を調整することができ、かつ調整後の該保持体の姿勢が維持されるように該保持体を前記ベースに固定することができる固定部材とを備えた光学素子の保持構造が提供される。 According to one aspect of the present invention, a base that defines a hole and a seating surface that surrounds the opening of the hole, and a holding body that fits into the hole, the holding body being fitted into the hole. Sometimes a holding side surface defining a fitting side surface facing the inner side surface of the hole and a flange surface facing the seating surface, an optical element held by the holding body, an inner side surface of the hole portion, and the In contact with the fitting side surface of the holding body, the inclination of the flange surface with respect to the seating surface changes with the elastic body interposed between both surfaces and the holding body fitted in the hole. And a fixing member that can fix the holding body to the base so that the attitude of the holding body after the adjustment can be maintained. A retaining structure is provided.
保持体が、その嵌合側面と穴部の内側面との対面方向に移動することが、弾性体の弾性反発力によって防止される。このため、保持体によって保持された光学素子の光軸の位置の再現性を向上でき、位置誤差の発生を防止できる。一方、弾性体は変形しうるため、嵌合側面と穴部の内側面との間の距離は可変とされる。この結果、フランジ面の座面に対する傾きが変化するように保持体の姿勢を調整することが可能となる。従って、仮にベースや保持体等の製作誤差に起因して傾き誤差が発生しているとしても、その傾き誤差を補正するように保持体の姿勢を調整できるから、傾き誤差の低減を図ることができる。 It is prevented by the elastic repulsive force of an elastic body that a holding body moves to the facing direction of the fitting side surface and the inner surface of a hole. For this reason, the reproducibility of the position of the optical axis of the optical element held by the holding body can be improved, and the occurrence of a position error can be prevented. On the other hand, since the elastic body can be deformed, the distance between the fitting side surface and the inner side surface of the hole is variable. As a result, the posture of the holding body can be adjusted so that the inclination of the flange surface with respect to the seating surface changes. Therefore, even if an inclination error occurs due to a manufacturing error of the base or the holding body, the posture of the holding body can be adjusted so as to correct the inclination error, so that the inclination error can be reduced. it can.
図4は、試行例によるレンズの保持構造を示す断面図である。実施例の説明に先立ち、まず試行例について説明する。ベース11が、貫通穴部12と、この貫通穴部12の開口を取り囲む座面13とを画定している。鏡筒14は、インロー部141とフランジ部142とを有する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a lens holding structure according to a trial example. Prior to the description of the embodiment, a trial example will be described first. The
インロー部141が、貫通穴部12に嵌まる。インロー部141は、貫通穴部12に嵌められたときに貫通穴部12の内側面12aと対面する嵌合側面141aを画定している。嵌合側面141aと、貫通穴部12の内側面12aとの間には隙間G1が確保されているが、鏡筒14を座面13に平行な方向(例えば、図4の左右方向)に所定以上移動させたときに、嵌合側面141aが内側面12aに接触する。これにより、鏡筒14の、座面13に平行な方向の移動が制限される。本試行例では、隙間G1を従来よりも狭小化した。具体的には、貫通穴部12の内径とインロー部141の外径との差を10μmに設計した。これにより、従来よりも鏡筒14の、座面13に平行な方向の可動範囲が小さくなるので、光軸Sの位置の再現性を向上でき、位置ずれの発生を防止できる。
The
フランジ部142は、座面13と対面するフランジ面142aを画定している。本試行例では、座面13とフランジ面142aとの間にシム15を介在させるとともに、シム15が座面13とフランジ面142aとによって挟圧されるように、ボルト16によってフランジ部142をベース11に固定する構成をとった。なお、図4には、2つのボルト16のみを示すが、ボルト16は、フランジ部142の周方向に関して離散的に2つ以上、具体的には3つ配置されている。シム15は、フランジ部142の周方向に離散的に複数配置される。
The
シム15の挿入枚数や挿入位置を調整することにより、フランジ面142aの座面13に対する傾きが変化するように鏡筒14の姿勢を調整することができる。そして、調整後の鏡筒14の姿勢が維持されるように、ボルト16によって鏡筒14をベース11に固定することができる。このため、仮に鏡筒14やベース11等の製作誤差に起因した傾き誤差が生じたとしても、その傾き誤差を補正するように光軸Sの傾きを調整することができる。このため、傾き誤差を低減できる。また、シム15の挿入枚数によって、鏡筒14の、基板Wに面した端面14aから、基板W表面までの距離(以下、ワークディスタンスという)WDを調整することも可能となる。
By adjusting the number of
しかし、本試行例においては、例えば次のような新たな課題が見出された。まず、隙間G1を狭小化した場合、光軸Sの位置の再現性を向上できる反面、貫通穴部12へのインロー部141の嵌入作業が困難になってしまう。このため、鏡筒14の交換作業等のメンテナンスのし易さが損なわれる。
However, in this trial example, for example, the following new problems were found. First, when the narrowing of the gap G 1, although capable of improving the reproducibility of the position of the optical axis S, fitting work of fitting
また、シム15の挿入枚数を調整する作業の容易化に関して改善の余地がある。具体的に説明する。シム15の挿入枚数の調整を行うためには、ボルト16を緩め、フランジ面142aと既に挿入されているシム15との間に隙間を確保しなければならない。フランジ面142aと座面13とは重力作用方向に対面しているため、フランジ面142aと既に挿入されているシム15との間に隙間を確保するためには、鏡筒14を持上げることが必要である。この点、鏡筒14の重量が例えば40kg程度以上ある場合には、シム15の挿入枚数の調整が困難になることも想定されうる。
In addition, there is room for improvement in terms of facilitating the operation of adjusting the number of inserted
また、上述のように鏡筒14の傾き調整機能をもたせたものの、その調整範囲が充分とは言い難い。これは、隙間G1を狭小化した場合、鏡筒14を僅かに傾けただけでも、インロー部141が貫通穴部12の内側面12aに接触し、これによって鏡筒14のさらなる傾きが阻止されるからである。隙間G1の幅を狭くする程、傾き調整の範囲は小さくなってしまう。
Although the tilt adjustment function of the
図5に、インロー部141が貫通穴部12の内側面12aに接触した状態を模式的に示す。シム15の挿入枚数を調整することにより、鏡筒14を座面13に対して傾斜させることができる。しかし、傾斜を大きくしていくと、インロー部141が貫通穴部12の内側面12aに接触するため、これ以上鏡筒14を傾斜させることはできない。なお、このような状態でボルト16を締め付けた場合、その後にボルト16を緩めても、インロー部141がベース11とかみ合って鏡筒14が動かなくなってしまうこともある。
FIG. 5 schematically shows a state in which the
図4に戻って説明を続ける。一方、隙間G1の幅は変化させずに、鏡筒14の傾きの調整範囲を拡大させる方法として、インロー部141の、貫通穴部12の深さ方向の高さD1を低くすることが考えられる。インロー部141の高さD1を低くする程、鏡筒14の傾き調整範囲を拡大させることができる。ところが、インロー部141の高さD1を低くすると、インロー部141が貫通穴部12から抜けやすくなるといった別の課題が生じることになる。
Returning to FIG. 4, the description will be continued. On the other hand, without the width of the gap G 1 is changed, as a method of expanding the adjustment range of inclination of the
具体的に説明する。いま、インロー部141のうち貫通穴部12に嵌まっている部分の高さDhが2mmであるとする。ワークディスタンスWDを調整するために、シム15の挿入枚数によって、鏡筒14を上下方向に移動させることを考える。望まれるワークディスタンスWDの調整範囲は、鏡筒14内に配置するレンズの取り付け誤差等によって決まり、例えば±3mmである。いま、ワークディスタンスWDを3mm増やすためにシム15の挿入枚数を増やして鏡筒14を上方に3mm移動させたとする。すると、Dhが2mmよりも小さいため、インロー部141が貫通穴部12から抜けてしまう。
This will be specifically described. Now, it is assumed that the height D h of the portion of the
インロー部141が貫通穴部12から抜けてしまった状態では、鏡筒14の座面13に平行な方向の移動に対して、貫通穴部12の内側面12aが規制を与えないので、位置誤差の発生を招く。発明者は、以上説明してきた知見等に基づいてさらに検討した結果、以下に説明するレンズの保持構造を案出した。
In a state where the
図1は、実施例によるレンズの保持構造を示す断面図である。ベース21が、貫通穴部22と、この貫通穴部22の開口を取り囲む座面23とを画定している。座面23は、ベース21の裏面(重力作用方向に関して下側の面)に画定されている。鏡筒24は、貫通穴部22の内側面22aと対面する嵌合側面241aを画定したインロー部241と、座面23と対面するフランジ面242aを画定したフランジ部242とを有する。座面23とフランジ面242aとの間にシム25が介在し、シム25が座面23とフランジ面242aとによって挟圧されるようにボルト26によってフランジ部242がベース21に固定される。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a lens holding structure according to an embodiment. The
本実施例では、ベース21と鏡筒24とを、フランジ面242aが座面23よりも重力作用方向に関して下方に配置される位置関係を有する条件で配置した。即ち、インロー部241をベース21の裏面側から貫通穴部22に挿入する構成とした。これにより、ボルト26を緩めるだけで、鏡筒24の自重によって、座面23とフランジ面242aとの間の距離が増大する。ボルト26の緩め具合によって、座面23とフランジ面242aとの間の距離を調整できる。このため、シム25の挿入及び挿入枚数の調整を容易に行うことができる。
In the present embodiment, the
また、本実施例では、インロー部241の嵌合側面241aと、貫通穴部22の内側面22aとの間に、Oリング27を介在させた。Oリング27は、嵌合側面241a内にその周方向に延在するように形成された溝に嵌め込まれており、インロー部241を全周にわたって取り囲んでいる。Oリング27は、嵌合側面241aと内側面22aとに接触した状態で配置されている。これにより、鏡筒24の、嵌合側面241aと内側面22aとの対面方向の移動が、Oリング27の弾性反発力によって防止される。このため、嵌合側面241aと内側面22aとの間の隙間G2を図4の隙間G1より大きく設計しても、光軸Sの位置の再現性を向上でき、位置誤差の発生を防止できる。また、隙間G2を図4の隙間G1より大きく設計することができるので、鏡筒24の貫通穴部22への嵌入作業が容易になる。
In this embodiment, the O-
一方、Oリング27は弾性変形しうるため、フランジ面242aの座面23に対する傾きが変化するように鏡筒24の姿勢を調整することは可能である。上述の通り、嵌合側面241aと内側面22aとの間の隙間G2を図4の隙間G1より大きく設計できるので、インロー部241の高さD2を低くすることなく、鏡筒24の傾き調整範囲を充分に確保できる。このため、光軸Sの傾き誤差の低減を図ることができる。また、フランジ面242aからOリング27までの高さを充分に確保できるので、Oリング27が貫通穴部22から抜けてしまうことは防止できる。
On the other hand, since the O-
具体例について説明する。インロー部241の高さD2を13.5mmとした。また、フランジ面242aからOリング27の下面までの高さD2aを7.5mmとした。ここでOリング27の下面とは、Oリング27のフランジ面242a側の端面のことをいう。これにより、インロー部241を貫通穴部22に嵌めた状態のままで、ワークディスタンスWDを3mm増減させることが可能となる。
A specific example will be described. The height D 2 of the
また、貫通穴部22の内径とインロー部241の外径との差を0.5mmに設計した。詳細には、貫通穴部22の内径を220.5mmとし、インロー部241の外径を220mmとした。フランジ部242の径方向の幅Fは20mmとした。これにより、光軸Sを基準軸に対して約0.14°以上傾斜させることが可能となった。ここで基準軸とは、シム25を全く挿入しない場合に画定される光軸Sをいう。即ち、約0.14°以上の傾き誤差の補正が可能となった。なお、貫通穴部22の内径がインロー部241の外径よりも0.5mm大きいが、Oリング27の弾性反発力により光軸Sの位置誤差の発生は防止される。
Further, the difference between the inner diameter of the through
以上説明したように、本実施例による保持構造は、嵌合側面241aと内側面22aとの間にOリング27を介在させた簡素な構成で実現できるものであり、光軸Sの位置誤差の発生を防止し、かつ光軸Sの傾き調整範囲を広く確保できるという効果を奏するものである。なお、鏡筒24をベース21の上方から貫通穴部22に挿入する構成であっても上記効果が得られる。本実施例による保持構造は、例えば図6のマスク5に相当するものとしてピンホールが形成されたマスクを用い、そのマスクのピンホールを鏡筒24内のレンズ群を用いて基板W表面に結像させる穴あけ加工等に適用できる。
As described above, the holding structure according to the present embodiment can be realized with a simple configuration in which the O-
図2は、他の実施例によるミラーの保持構造を示す断面図である。ベース31が、有底穴部32と、その有底穴部32の開口を取り囲む座面33とを画定している。ミラーMを保持した保持体34が、有底穴部32に嵌まっている。保持体34は、有底穴部32の内側面32aと対面する嵌合側面35と、座面33と対面するフランジ面36とを画定している。座面33とフランジ面36との間にシム37が介在し、シム37が座面33とフランジ面36とによって挟圧されるようにボルト38によって保持体34がベース31に固定される。なお、ボルト38は、フランジ面36の周方向に2つ以上、具体的には3つ配置されている。シム37は、フランジ面36の周方向に離散的に複数配置される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a mirror holding structure according to another embodiment. The
Oリング39が、嵌合側面35と有底穴部32の内側面32aとに接触した状態でこれら両面の間に介在している。Oリング39は、嵌合側面35を全周にわたって取り囲んでいる。Oリング39は弾性変形しうるため、シム37間における厚さの差を調整することにより、フランジ面36の座面33に対する傾きが変化するように保持体34の姿勢を調整できる。これにより、ミラーMを直交する2軸方向にあおることができる。また、調整後の保持体34の姿勢が維持されるように、ボルト38によって保持体34をベース31に固定することができる。このため、例えばミラーMに入射するレーザ光の反射光軸の空間的位置を調整できるから、その光軸の空間的位置に関する誤差を補正することが可能となる。
An O-
図3に、従来から用いられているミラーの保持構造を示す。図3(a)は、ミラー構造体の断面図である。ミラー構造体は、ミラーMがホルダ41に固定的に取り付けられて構成される。この場合、ミラーMを直交する2軸方向にあおることができるようにするためには、図3(b)に示す構造が必要である。図3(b)は、2軸あおり機構の概略図である。U字部材42によって第1の軸43が支持され、第1の軸43によってホルダ41が支持されている。ホルダ41は第1の軸43まわりに回転できる。U字部材42は、第1の軸43と直交する方向に延在する第2の軸44によって支持されている。U字部材42は、第2の軸44まわりに回転できる。このような機構に比べると、図2に示した保持構造は簡素な構成でコンパクトに実現できる。
FIG. 3 shows a conventionally used mirror holding structure. FIG. 3A is a cross-sectional view of the mirror structure. The mirror structure is configured by the mirror M being fixedly attached to the
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、弾性体としてOリングを用いたが、特にOリングに限られず、穴部の内側面と保持体の嵌合側面との対面方向に弾性を発揮するものを広く用いることができる。また、実施例では、弾性体として保持体の嵌合側面を全周にわたって取り囲む円環状のものを用いたが、複数の弾性体を嵌合側面の周方向に離散的に配置するようにしてもよい。また、シムの挿入位置がずれないようにするために、フランジ面及び座面の一方に、他方に向って嵌入する突起軸を設け、貫通穴が形成されたシムを、その貫通穴がその突起軸によって貫かれた状態で、フランジ面と座面との間に介在させるようにしてもよい。また、保持対象とする光学素子は、特にレンズやミラーに限られるものではなく、ウインドウやプリズム或いは絞り等も保持対象とすることができる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 As mentioned above, although the Example was described, this invention is not limited to this. In the embodiment, the O-ring is used as the elastic body. However, the O-ring is not limited to the O-ring, and a material that exhibits elasticity in the facing direction between the inner side surface of the hole and the fitting side surface of the holding body can be widely used. Further, in the embodiment, an annular member that surrounds the fitting side surface of the holding body over the entire circumference is used as the elastic body, but a plurality of elastic bodies may be discretely arranged in the circumferential direction of the fitting side surface. Good. In addition, in order to prevent the shim insertion position from shifting, one of the flange surface and the seat surface is provided with a projection shaft that is fitted toward the other, and the shim having a through hole is formed. You may make it interpose between a flange surface and a seat surface in the state penetrated by the axis | shaft. The optical element to be held is not particularly limited to a lens or a mirror, and a window, a prism, a diaphragm, or the like can also be held. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1…光学定盤、2ベース、2a…貫通穴部、3…鏡筒、4…レンズ(光学素子)、5…フォトマスク、L…レーザ光、S…光軸、W…基板、11,21…ベース、12,22…貫通穴部(穴部)、12a,22a…内側面、13,23…座面、14,24…鏡筒、141,241…インロー部、142,242…フランジ部、142a,242a…フランジ面、15,25…シム、16,26…ボルト、27…Oリング(弾性体)、31…ベース、32…有底穴部(穴部)、32a…内側面、33…座面、34…保持体、35…嵌合側面、36…フランジ面、37…シム、38…ボルト、39…Oリング(弾性体)、M…ミラー(光学素子)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical surface plate, 2 base, 2a ... Through-hole part, 3 ... Lens tube, 4 ... Lens (optical element), 5 ... Photomask, L ... Laser beam, S ... Optical axis, W ... Substrate, 11, 21 ... Base, 12, 22 ... Through-hole part (hole part), 12a, 22a ... Inner side surface, 13, 23 ... Seat surface, 14, 24 ... Lens barrel, 141, 241 ... Inlay part, 142, 242 ... Flange part, 142a, 242a ... flange surface, 15, 25 ... shim, 16, 26 ... bolt, 27 ... O-ring (elastic body), 31 ... base, 32 ... bottomed hole (hole), 32a ... inner surface, 33 ... Seat surface, 34 ... holding body, 35 ... fitting side surface, 36 ... flange surface, 37 ... shim, 38 ... bolt, 39 ... O-ring (elastic body), M ... mirror (optical element).
Claims (5)
前記穴部に嵌まる保持体であって、該保持体が前記穴部に嵌められたときに該穴部の内側面と対面する嵌合側面、及び前記座面と対面するフランジ面を画定した保持体と、
前記保持体によって保持された光学素子と、
前記穴部の内側面と前記保持体の嵌合側面とに接触した状態で、これら両面の間に介在した弾性体と、
前記保持体が前記穴部に嵌まった状態で、前記フランジ面の前記座面に対する傾きが変化するように該保持体の姿勢を調整することができ、かつ調整後の該保持体の姿勢が維持されるように該保持体を前記ベースに固定することができる固定部材と
を備えた光学素子の保持構造。 A base defining a hole and a seating surface surrounding the opening of the hole;
A holding body that fits into the hole portion, and defines a fitting side surface that faces the inner side surface of the hole portion and a flange surface that faces the seat surface when the holding body is fitted into the hole portion. Holding body,
An optical element held by the holding body;
An elastic body interposed between both surfaces in contact with the inner side surface of the hole and the fitting side surface of the holding body;
With the holding body fitted in the hole, the posture of the holding body can be adjusted so that the inclination of the flange surface with respect to the seating surface changes, and the posture of the holding body after adjustment is An optical element holding structure comprising: a fixing member capable of fixing the holding body to the base so as to be maintained.
前記保持体が、前記座面と交差する軸方向に延在し、内部に前記複数のレンズを前記軸方向に配列した状態で保持する筒体によって構成されている請求項1又は2に記載の保持構造。 The optical element includes a plurality of lenses;
The said holding body is extended by the axial direction which cross | intersects the said seat surface, and is comprised by the cylinder which hold | maintains the said some lens in the state arranged in the said axial direction inside. Retaining structure.
前記フランジ面と前記座面との間に介在したシムと、
前記シムが前記フランジ面と前記座面とによって挟圧されるように、前記保持体を前記ベースに固定する複数のボルトと
を含む請求項1〜3のいずれかに記載の保持構造。 The fixing member is
A shim interposed between the flange surface and the seat surface;
The holding structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising a plurality of bolts that fix the holding body to the base so that the shim is pinched by the flange surface and the seating surface.
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