JP5753902B2 - ２つの光学部品用の、複数のステップで調整可能なマウントアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、光学部品（コンポーネント）用の特許文献１に対応するタイプの調整可能マウントに関する。

特許文献２から、光が微小光学素子を介して空間的に変調されるという点で、光がウェハ上に所定パターンで投影される装置が知られている。変調の品質に対して、特に、装置に関連するマイクロレンズアレイが、光軸の方向においてマイクロレンズアレイの後方に配置される相補的なピンホールアレイと非常に正確に位置合せされることが重要である。

特許文献２に開示されている装置は、特許文献３に記載されている従来技術に基づいており、特許文献３によれば、ピンホールアレイが、上述したタイプの装置においてマイクロレンズアレイに対して位置決めされる。特許文献３で使用されるマイクロレンズアレイは、低開口数でありかつ焦点距離が５ｍｍであるマイクロレンズを備えている、と述べられており、それにより、光軸の方向における正確な位置決めが考慮事項でない理由が説明されている。

しかしながら、高開口数であり焦点距離がおよそ２５０μｍから３００μｍであるマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイが使用される場合、マイクロレンズを通して束ねられる個々の光成分がピンホール内に集束されるように、ピンホールアレイを光軸の方向においてマイクレンズアレイに対して非常に正確に位置決めする必要がある。

マイクロレンズアレイおよびピンホールアレイを互いに対して正確な所定距離で位置決めするために、特許文献２では、マイクロレンズアレイにまたはピンホールアレイに少なくとも１つの突起を他のアレイに向かって形成し、その突起が、光軸の方向に所定高さを有し、アレイの間隔を決めることが提案されている。このように、アレイの位置を、光軸の方向において互いに対して正確に調整することができる。

少なくとも１つの突起の代りに、マイクロレンズアレイとピンホールアレイとの間に、所定厚さのスペーサを挿入することもできる。

特許文献２からは、同様に光軸に対して垂直な正確な位置決め（横方向位置決め）に対する必要性に関して、いかなる情報も得ることができない。しかしながら、２つのアレイを、突起またはスペーサを介して間接的に接触させる横方向の調整は、摩擦の影響を受けることが明らかである。たとえば本出願人が意図する、およそ０．０５μｍの高精度で決定的な調整は、スティック−スリップ（stick-slip）効果によってより困難となる。

横方向調整、すなわち、光学系の光軸に対して垂直な面における調整を可能にする光学部品用の調整可能マウントは、一般に、光学系のハウジングに固定結合されるかまたはハウジングの構成部品である外側マウント部と、光学部品を保持し、平面において調整要素によって外側マウント部に対して変位させかつ回転させることができる、内側マウント部とを有している。

いくつかの既知の調整可能マウントでは、それらマウント部は、調整の後に互いに対して固定しなければならない個々の部品であり、他の既知の調整可能マウントでは、マウントはモノリシックに（一体構造で）製作され、マウント部は、固定する必要なしに自動ロック式に、調整された位置にあり続ける。一般に、第１タイプのマウントは、それほど高精度ではない広い調整経路に対して使用され、第２タイプのマウントは、小さく、非常に高精度の調整経路に対して使用される。

マウント部が個々の部品である調整可能マウント（この場合、高性能対物レンズ内のレンズの横方向調整用の構成）は、特許文献１から既知である。このマウントは、内側マウント部（レンズマウント）および外側マウント部（第１マウント）を備えており、それらは、解除可能な摩擦係合する軸方向に作用する締付装置によって互いに結合されている。

レンズが支持される内側マウント部は、対物レンズハウジング内に取り付けられる外側マウント部に、対物レンズの光軸に対して平行に排他的に作用する押圧力によって保持され、押圧力は、横方向調整中に内側マウント部に配置されている圧電変換体によって生成される反対の力によって、光軸に対して垂直に部分的に補償され、それにより、外側マウント部内の内側マウント部の横方向変位が小さい半径方向の力によって可能になる。

外側マウント部は内側平面を有しており、内側マウント部が、この平面に対して押圧手段によって押圧される。押圧手段として、有利には、外側マウント部に固定結合されている押圧リング、ばねリング、および内側マウントと接触している適応リングが使用される。適応リングの寸法決めおよびばねリングのばね力によって決まる押圧手段の押圧力は、機械的に荷重がかけられた場合であっても、たとえば輸送時に、内側マウント部が適所に確実に保持されるように寸法が決められている。内側マウントリングを固定しているときに軸方向に排他的に作用する力により、固定しているときの不適切な位置合せの可能性が阻止される。

調整中に加えられかつ圧電変換体によって生成される反対の力は押圧力より小さく、それにより、内側マウント部は、軸方向の力によって内側平面に対して常に押圧され、外側マウント部において不確定に滑る可能性がない。変位は、まず、半径方向に作用する調整要素によって半径方向に作用する力の下で発生する。

使用される調整要素の選択は、調整の再現性と、調整の精度と、あり得る調整経路および使用の容易さとに対して著しい影響を及ぼす。４つの調整要素が、有利には、互いに９０°ずれるように配置されている。調整要素は、特許文献１による装置において保持機能を行うように意図されておらず、調整中に克服されるべき軸方向の押圧力は小さいため、調整要素としての圧電変換体の使用は、特に有利であることが分かる。

特許文献１による装置は、アセンブリを形成する２つの光学部品の相対的な調整に対して、または基準ベース、たとえば高性能対物レンズの光軸に対してアセンブリを調整することに対して適していない。

レンズ用のモノリシックマウントは、特許文献４から知られている。それは環状ディスクを備えており、環状ディスクは、スリットにより、好ましくは互いに３つの位置で結合されたままである内側マウント部および外側マウント部に分割されている。幾何学的形状およびサイズを、原則としてスリットの位置および形状によって種々の方法で構成することができる永続的な結合部により、あり得る調整経路および調整の精度が決まる。特許文献４によれば、結合部は、２つの部材を備える屈曲レバーによって形成され、２つの部材は、一端においてたわみ軸受によって互いに結合され、合わせて９０°を超え１８０°未満である角度を形成し、２つの部材の他端は、たわみ軸受によって外側マウント部および内側マウント部にそれぞれ結合されている。たわみ軸受は、スリットの形状および配置によって形成される細径の部分である。結合部（またはマニピュレータユニット）に力を加えることにより、内側マウント部を、平面内で外側マウント部に対して変位させかつ回転させることができる。種々の方法で構成されたマニピュレータユニットを有するモノリシックマウントが、たとえば特許文献５および特許文献６から知られている。マニピュレータユニットの幾何学的形態（形状および寸法）により、あり得る調整経路および調整の精度が決まる。

特許文献４による装置もまた、アセンブリを形成する２つの光学部品の相対的な調整に対して、または基準ベース、たとえば光学系の光軸に対してアセンブリを調整することに対して適していない。

ＤＥ ４４ ００ ８６９ Ｃ１ ＵＳ ６，８７６，４９４ Ｂ２ 特開２００１−２１８３０号公報 ＤＥ １０ ２００８ ０２９ １６１ Ｂ３ ＥＰ １ ５７７ ６９３ Ａ２ ＤＥ １０ ２００７ ０３０ ５７９ Ａ１

本発明の目的は、光学アセンブリを形成する２つの光学部品を、広い調整範囲にわたって高精度に互いに対して調整することができ、アセンブリを基準ベースに対して調整することができる調整可能マウントを提供することである。

外側マウント部と、軸に対して垂直な平面において調整ねじによって外側マウント部に変位可能かつ固定可能であるように配置される内側マウント部とを備える第１調整可能マウントを有し、かつ、摩擦係合式に軸方向に作用する解除可能締付装置（４）を備える、調整可能マウントアセンブリにおいて、本発明の目的は、外側マウント部が第２調整可能マウントを具現化し、内側マウント部が第３調整可能マウントを具現化し、それらが、本発明に従って構成されるとともに互いに対して連通しているという点で、満たされる。外側マウント部および内側マウント部は、マニピュレータを除いて、各々モノリシックであり、すなわち一部品から製作されている。各々、外側マウント枠および内側マウント枠から形成され、それらは、それぞれにおいて、少なくとも３つのマニピュレータユニットによって互いにモノリシックに結合されている。それぞれにおいて、内側マウント枠に光学部品が固定される。マニピュレータユニットを作動させることによってマウント部を操作する目的で、各マニピュレータユニットに対してマニピュレータが設けられている。

外側マウント部の内側マウント枠は、内側マウント部の外側マウント枠に締付装置によって連通している。

したがって、締付装置が解除され、調整ねじが固定され、すなわち締め付けられると、外側マウント部および内側マウント部を操作することにより、または２つのマウント部のうちの一方のみを操作することによっても、２つの光学部品を互いに対して調整することができる。

締付装置が固定され、すなわち内側マウント部（２）を外側マウント部（１）に締め付けるように摩擦係合式に軸方向に作用し、調整ねじが緩められると、内側マウント部を操作することによって、２つの光学部品の互いに対するさらなる高精度の調整が可能であり、外側マウント部を操作することにより、２つの光学部品の基準ベースに対する調整が可能である。

外側マウント部は、有利には複数のねじボア穴を有しており、それらは、軸に対して垂直に延在し、その中に調整ねじを挿入することができる。したがって、２つのマウント部を、マウントを事前にハウジングに挿入することなく調整ねじによって互いに対して調整することができる。この代りに、調整ねじを、マウントが挿入されかつ外側マウントがその外側マウント枠によって固定されるハウジングに設けることもできる。

有利な方法で、微小光学部品である光学部品が、調整マウントアセンブリによって互いに対して調整される。

たとえば、内側マウント部に取り付けられる光学部品をマイクロレンズアレイとすることができ、外側マウント部に取り付けられる光学部品を空間フィルタアレイとすることができる。

以下、実施形態例および図面を参照して本発明についてより十分に説明する。

第３光学部品が固定されるハウジングに取り付けられる、本発明によるマウントアセンブリの組立分解図である。 内側取付部品から考察される図１によるマウントアセンブリの上面図である。 外側マウント部の上面図である。 図２に示すマウントアセンブリの断面図である。

本発明によるマウントアセンブリの機能を完全に説明する目的で、ハウジング８および追加の取り付けられた第３光学部品６が、図１においてマウントアセンブリ７に加えて軸５に沿って示されている。追加の取り付けられた第３光学部品６を基準ベースとすることができ、その基準ベースに関して、マウントアセンブリ７に関連する手段によって互いに対して調整される光学部品１．５、２．５を、同様にマウントアセンブリ７に関連する手段によって調整することができる。

簡単にするために、以下、１つの軸５のみを参照し、その軸５に関して、変位および回転が、調整の目的でこの軸５に対して垂直に配置された平面において可能になる。軸５を、光学部品１．５、２．５あるいは６のうちの１つの光軸か、または最終的に部品１．５、２．５、６の光軸が配置される共通光軸とすることができる。

マウントアセンブリ７は、実質的に、外側マウント部１および内側マウント部２、締付装置４ならびに複数の調整ねじ３を備えている。

外側マウント部１および内側マウント部２は、各々モノリシック構成部品であり、スリットによって、外側マウント枠１．１、２．１および内側マウント枠１．２、２．２に分割され、マニピュレータユニット１．３、２．３として構成される材料結合部が、２つのマウント部１、２の外側マウント枠１．１、２．１と内側マウント枠１．１、２．２との間にそれぞれ配置されている。

軸５に対して垂直な平面において個々のマニピュレータユニット１．３、２．３にそれぞれ作用するマニピュレータ１．４、２．４が、外側マウント枠１．１、２．１に設けられている。圧電調整要素または調整ねじであり得るマニピュレータ１．４、２．４を選択的に操作することにより、マニピュレータユニット１．３、２．３内に調整経路が導入され、それによって、マニピュレータユニット１．３、２．３の形状および寸法決めによって決まる伝達比による変位および回転を通して、それぞれの内側マウント枠１．２、２．２の位置の変化がもたらされる。内側マウント枠１．２、２．２の各々に光学部品１．５が固定されている。

内側マウント部２および外側マウント部１によって具現化されるモノリシックマウントは、本技術分野から既知である。

マニピュレータユニット１．３、２．３およびマニピュレータ１．４、２．４の形状および寸法決めの選択は、当業者により、所望の調整範囲、所望の精度、ならびに設計によって課される空間およびアクセスを考慮する制限に基づいて行われる。

したがって、本発明の主題は、マニピュレータユニット１．３、２．３の所定の構造を対象としていない。当業者は、従来技術からこの目的に対して種々の提案を導き出すであろう。

しかしながら、マウントアセンブリ７を形成する２つのモノリシックマウントの、本発明による所定の構成および結合は、本発明に対して必須である。

図３は、外側マウント部１の上面図を示す。外側マウント部１は、放電加工を介してもたらされるスリットによって、外側マウント枠１．１、内側マウント枠１．２およびマニピュレータユニット１．３に分割されることが明らかに示されている。軸５が垂直に延在している平面に位置する上述した作動部分と対向して、外側マウント１の縁領域においてその外側マウント枠１．１に突起１．７が形成されている。軸５に対して垂直な平面において、これらの突起１．７にねじボア穴１．６が設けられている。

図２は、内側マウント部２から考察されるマウントアセンブリ７の上面図を示す。内側マウント部２の外側輪郭は、内側マウント部２が突起１．７の間に隙間を有し、内側マウント部２を所定調整範囲内で変位させることができるように、突起１．７の位置に対して適合される。

変位の目的で、調整ねじ３は一時的にねじ穴１．６に挿入される。調整経路を導入することにより、これらの調整ねじ３は、内側マウント部２を変位させ、最終的に、反対方向に作用する調整ねじ３とともに内側マウント部２を締め付ける。２つのマウント部１、２が締付装置４によって互いに対して固定された後（それは、さらなる調整ステップが行われるまでに実施されない）、調整ねじ３を取り除くことができる。

上述した第１の調整ステップ（事前調整）により、２つの光学部品１．５、２．５を、広い調整範囲内で、ただし対応して限られた精度で、互いに対して調整することができる。

マウントアセンブリの説明した実施形態によれば、２つのマウント部１、２を、マウントアセンブリ７をハウジング８内に挿入する前に互いに対して調整することができる。

別の実施形態では、外側マウント部１はハウジング８に固定され、内側マウント部２は、ハウジング８内に配置される調整ねじ３によって事前に調整される。

締付装置４は、外側取付部分１および内側取付部分２を摩擦係合によって互いに結合することができる解除可能結合部である。当業者は、従来技術から、この種の締付装置４の構成に対する十分な指標を導き出すであろう。

この第１実施形態例では、外側マウント部１は、内側マウント部２に比較して低い精度で、より広い調整範囲にわたって調整可能となる。

対応する方法では、２つの光学部品１．５、２．５を、まず外側マウント部１の操作（粗調整）により、次いで内側マウント部２の操作（微調整）により、または任意選択的に２つのマウント部１、２のうちの一方の操作のみにより調整することができる。

図４によれば、締付装置４は、外側マウント部１の内側マウント枠１．２が内側マウント部２の外側マウント枠２．１に結合されるように配置されている。

マウント部１、２のマニピュレータユニット１．３、２．３は、有利には、外側マウント部１を、内側マウント部２に比較して低い精度で、より広い調整範囲にわたって調整することができるように、構成されている。

本発明によるマウントアセンブリ７に取り付けられた２つの光学部品１．５、２．５は、以下に記載するように互いに対してかつ基準ベースに対して調整される。

軸５に対して垂直な平面における調整（横方向位置決め）は、複数のステップで行われ、最終的にはおよそ０．０５０μｍの精度で行われる。調整ステップは、精度を徐々に上昇させるために徐々に小さい調整範囲で種々の手段により、かつ調整の状態を確認する種々の測定手段により行われる。

段階的に（複数のステップで）調整する第１ステップでは、内側マウント部２がまず、外側マウント部１に形成された突起１．７の間に配置されるという点で、外側マウント部１に取り付けられる。その際、内側マウント部２は、調整ねじ３を内側マウント部２の外側マウント枠２．１に係合させることにより、外側マウント部１の外側マウント枠１．１に位置決めされる（組立て、事前調整）。調整は、２つの光学部品１．５、２．５に設けられた調整マークが可能な限り重なるまで行われる。このようにして達成された状態は、顕微鏡で観察しながら対向する調整ねじ３を締め付けることによってロックされる。

この事前調整は、およそ５μｍから１０μｍの調整精度で可能である。

次のステップにおいて、２μｍより優れた調整精度に達するまで調整が行われる（粗調整）。その際、締付装置４が解除され、調整ねじ３が固定される。

外側マウント部１のマニピュレータユニット１．３の作動を通して、外側マウント部１に取り付けられている光学部品１．５を、この時、内側マウント部２に取り付けられている光学部品２．５に対して変位させ回転させることができる。あり得る調整範囲は、第１調整ステップの範囲より小さいが、著しく精度が高い。マニピュレータユニット１．３が自動ロックするため、いかなるロックも不要である。

第２調整ステップの完了まで内側マウント部２および外側マウント部１を互いに対して固定していた調整ねじ３を取り除く前に、締付装置４がロックされる。通常、ロックするとき、締付装置４を作動させるために必要なトルクまたは力（たとえばねじに加えられる締付トルク）のために、またはマウント部１、２の引張りのために、調整状態が変化する。これを、マウント部１、２に軸方向の力のみを加える締付装置４によってさえも完全に回避することはできない。

０．０５μｍの所望の精度を達成し、第２調整ステップにおいて達成される調整状態の固定からもたらされる影響を回避するために、内側マウント部１を操作することにより、第３調整ステップ（微調整）が行われる。結果としての調整は、内側マウント部２のマニピュレータユニット２．３の自動ロックによって固定される。これにより、２つの光学部品１．５、２．５の調整が終了する。

２つの光学部品１．５、２．５の互いに対する調整が完了すると、２つの光学部品１．５、２．５によって形成される光学アセンブリを、２つの光学部品１．５、２．５の互いに対する調整状態を変化させる必要なしに、基準ベースに対して調整することができる。この調整は、３０μｍの調整範囲において約０．２μｍの精度で行われる。これは、外側マウント部１を再度操作することにより、ただし締付装置４をロックした状態で行われる。

図１を参照すると、完全に調整されたマウントアセンブリ７がハウジング８にねじ込まれ、ハウジング８には第３光学部品６がすでに取り付けられている。この調整もまた、外側マウント部１のマニピュレータユニット１．３が自動ロック式であるため、ロックする必要はない。

温度の影響下で必要な安定性を達成するために、マウント部１、２に対して使用される材料は、可能な限り近い熱膨張係数を有しているべきであることが明らかであり、すなわち、光学部品が溶融シリカ（石英）から製造される場合、マウント部１、２は、有利にはインバーから生成される。しかしながら、好ましくは降伏強度が少なくとも８００ＭＰａである高強度高級鋼からマウント部１、２を構成することも有利である。

特に有利なマウントアセンブリ７では、調整されるべき光学部品１．５、２．５または１．５、２．５、６は、微小光学素子である。したがって、たとえば、ウェハのマスクレス露光用の露光装置では、第１光学部品１．５を空間フィルタアレイまたはピンホールアレイとすることができ、第２光学部品２．５をマイクロレンズアレイとすることができ、ある場合は第３光学部品６を、マイクロレンズアレイまたは別のフィルタとすることができる。厳密に言えば、この種の部品は複数の光軸を有しているが、以下では、簡潔にする理由で、１つの軸５のみを再び参照する。この軸は、重心軸であり得る。

この種の部品の互いに対する位置決めを、それらがおよそ数ミクロン（たとえば±３μｍ）の精度で組み込まれている光学系の光軸の方向で行わなければならない。

マウントアセンブリ７に対して、第１光学部品１．５と第２光学部品２．５との間の軸方向距離は、マウント部１、２の光軸の方向における互いに対する位置と、したがって間接的に、光学部品１．５、２．５の互いに対する距離とを定義するように、締付機構４にスペーサを挿入することによって具現化される。

距離および平行度の調整は、３点支持体としてのスペーサの構造によって可能となる。結合されるマウント部１、２の引張りが、同時に回避される。

マウントアセンブリ７は、温度変化または衝撃に対する安定性とともに、操作面における、ただし光軸方向にもおける極めて限られた取付空間制限を考慮する、もっとも厳しい要件を満たす。必要な取付空間を最小限にするために、微調整のための操作は、小さい取付空間で、あり得る最大の精度で行われる。この目的で、マニピュレータユニット２．３の調整範囲を最小限まで低減する必要がある。これは、調整を、上述したように種々の手段によって行われる３つの調整ステップに分割することによって達成される。

所与の空間条件のために、マウントアセンブリ７は、すべての動作（操作、ロック）が、上部または底部から（すなわち光軸の方向）ではなく側部から行われるように構成されている。

マウントアセンブリ７が完成した光学系に取り付けられた後、調整手段は装置内に残っているため、調整を繰り返すこともできる。

１ 外側マウント部
１．１ 外側マウント部の外側マウント枠
１．２ 外側マウント部の内側マウント枠
１．３ 外側マウント部のマニピュレータユニット
１．４ 内側マウント部のマニピュレータ
１．５ 外側マウント部に取り付けられた光学部品
１．６ ねじボア穴
１．７ 突起
２ 内側マウント部
２．１ 内側マウント部の外側マウント枠
２．２ 内側マウント部の内側マウント枠
２．３ 内側マウント部のマニピュレータユニット
２．４ 内側マウント部のマニピュレータ
２．５ 内側マウント部に取り付けられた光学部品
３ 調整ねじ
４ 締付装置
５ 軸
６ 第３光学部品
７ マウントアセンブリ
８ ハウジング

Claims (4)

1. 外側マウント部（１）および内側マウント部（２）を有する調整可能マウントアセンブリ（７）であって、
   ａ）前記内側マウント部（２）が、光軸に対して垂直な平面にて調整ねじ（３）によって変位可能かつ固定可能であるように前記外側マウント部（１）に配置され、両方のマウント部（１、２）がまとめて第１調整マウントを形成し、
   ｂ）前記外側マウント部（１）が第２調整可能マウントを形成し、前記内側マウント部（２）が第３調整可能マウントを形成し、
   ｃ）前記外側マウント部（１）および前記内側マウント部（２）が、それぞれ外側マウント枠（１．１、２．１）および内側マウント枠（１．２、２．２）を備え、それらの枠に、それぞれにおいて光学部品（１．５、２．５）が固定され、前記外側マウント枠（１．１、２．１）および前記内側マウント枠（１．２、２．２）が、それぞれにおいて、前記マウント部（１、２）を操作するマニピュレータ（１．４、２．４）を有する少なくとも３つのマニピュレータユニット（１．３、２．３）によって互いにモノリシックに結合されており、
   ｄ）前記外側マウント部（１）の前記内側マウント枠（１．２）が、摩擦係合をもたらす解除可能な締付装置（４）を介して、前記内側マウント部（２）の前記外側マウント枠（２．１）と連通し、それにより、
   ｅ）前記締付装置（４）が解除され、前記調整ねじ（３）が締め付けられると、前記外側マウント部（１）および／または前記内側マウント部（２）を操作することによって前記２つの光学部品（１．５、２．５）を互いに調整することができ、そして
   ｆ）前記締付装置（４）が、前記内側マウント部（２）を前記外側マウント部（１）に締め付けるように、摩擦係合するよう軸方向に作用し、前記調整ねじ（３）が緩められると、前記２つの光学部品（１．５、２．５）が、前記内側マウント部（２）を操作することによって互いに調整可能であり、前記２つの光学部品（１．５、２．５）が、前記外側マウント部（１）を操作することによって基準ベースに対して連帯的に調整可能である、調整可能マウントアセンブリ（７）。
2. 前記外側マウント部（１）が、前記軸（５）に対して垂直に延在する複数のねじボア穴（１．６）を有し、その中に前記調整ねじ（３）を挿入することができることを特徴とする、請求項１に記載の調整可能マウントアセンブリ（７）。
3. 前記２つの光学部品（１．５、２．５）が微小光学部品であることを特徴とする、請求項１に記載の調整可能マウントアセンブリ（７）。
4. 前記内側マウント部（２）に取り付けられた前記光学部品（２．５）がマイクロレンズアレイであり、前記外側マウント部（１）に取り付けられた前記光学部品（１．５）が空間フィルタアレイであることを特徴とする、請求項３に記載の調整可能マウントアセンブリ（７）。

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