KR101607724B1 - Ｘ-ｙ 방향의 병진운동을 조정가능한 광 장착부 - Google Patents

Ｘ-ｙ 방향의 병진운동을 조정가능한 광 장착부 Download PDF

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Abstract

광 소자 장착부는 복수의 굴곡부에 의해 외측 부재 내에 현수된 내측 부재를 구비한다. 제 1 병진운동 조정 기기와 제 2 병진운동 조정 기기는 광 축선에 직교한 병진운동 평면 내에서 내측 부재를 병진운동 시키도록 배치되며, 이 경우 각각의 병진운동 조정 기기는 병진운동 평면에 평행한 선형 이동 경로를 따라 외측 부재 내측에서 이동가능한 엑츄에이터와, 상기 외측 부재와 상기 내측 부재 사이에서 뻗어있는 샤프트를 구비하고, 상기 샤프트는 제 1 볼-앤-소켓 조인트를 구비한 엑츄에이터와 연결되고 제 2 볼-앤-소켓 조인트를 구비한 내측 부재와 연결된다. 제 1 병진운동 조정 기기용 엑츄에이터의 선형 이동 경로는 제 2 병진운동 조정 기기용 엑츄에이터의 선형 이동 경로와 실질적으로 직교한다.

Description

Ｘ-Ｙ 방향의 병진운동을 조정가능한 광 장착부{X-Y ADJUSTABLE OPTICAL MOUNT}
본 발명은 일반적으로 광 소자 구성요소 장착에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 축선에 수직한 평면 내에서 병진운동 조정이 가능한 광 소자용 장착부에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography)나 또는 마이크로리소그래피 기기가 마이크로전자공학의 반도체 장치 및 여러 마이크로장치 제조에 폭넓게 사용되고 있다. 포토리소그래피에 있어서, 광 시스템은 광 에너지를 나아가게 하여, 정밀한 배치정합(precise registration)으로 실리콘 웨이퍼나 또는 여러 기판에 형성된 광민감성 레이어 상에서 패턴을 고 분해능으로 기록한다. 더욱 증가하고 있는 소형 배치의 계속되는 개량은 이러한 작동을 위해 사용된 광 시스템의 성능과 정확성에 따라 결정된다. 마이크로리소그래피 광 시스템은 상당히 크고 복잡하며, 많은 광 소자를 포함한다. 스택된 환형 렌즈 조립체 배치가, 예를 들면, Bruning 등에게 허여되고, "광 소자 및 스택된 환형 조립체용 분리 장착부(Decoupled Mount for Optical Element and Stacked Annuli Assembly)"를 발명의 명칭으로 하는 미국특허문헌 제5,428,482호에 기재된 바와 같은 이러한 타입의 광학 기기에 바람직하다.
매우 높은 품질의 렌즈가 마이크로리소그래피에 사용된다. 전형적으로, 이러한 렌즈("스텝퍼 렌즈(stepper lenses)"로 알려짐)는 많은 구성요소를 포함하며, 여기서 각각의 렌즈 구성요소는 스테인레스 스틸로 만들어진 원 형상의 "셀(cell)"에 매우 정확하게 장착된다. 이들 각각의 셀이 매우 타이트한 공차로 제조된다. 예를 들면, 맞물림 면이 평탄하고 평행하게 연마되어, 렌즈가 조립될 때, 각각의 연속의 셀이 인접한 셀의 면에, 약간 조정되거나 가능하다면 조정 없이, 볼트결합된다. 일단 모든 셀이 조립되면, 전체 렌즈가 테스트 되어, 임의의 바람직하지 못한 수차나 이미지 결함이 발견된다.
실제로, 렌즈가 처음으로 완전하게 조립된 이후에, 정밀한 테스팅을 통하여 하나 이상의 구성요소가 X 방향이나 Y 방향으로 반드시 약간 이동되어 측정된 광학 결함을 수정하도록 종종 정해진다. 이러한 타입의 조정은 구성요소 근처의 위치에 악영향을 미치지 않고도 그리고 광 축선을 따르는 렌즈 구성요소의 위치를 변경시키지 않고도 반드시 달성될 수 있다. 여러 경우에 있어서, 이러한 타입의 수정은 렌즈 조립체의 분해, 렌즈 위치의 재-조정, 재-조립, 및 재-테스팅을 의미한다. 광학 제조 분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 이는 휴먼 에러(human error)에 의한 비용과 시간이 소비되는 절차일 수 있다.
X-Y 중심맞춤 조정을 행하는데 필요한 선택적인 방법은, 내부 링이 외측 장착부와 연결된 상태에서, 렌즈 셀 자체의 설계와 관련된다. 이러한 접근법은 예를 들면, Trunz 등에게 허여되고 "적어도 하나의 광 소자를 구비한, 특히 대물렌즈, 광 이미징 장치(Optical Imaging Device, Particularly an Objective, with at Least One Optical Element)"를 발명의 명칭으로 하는 미국특허문헌 제6,191,898호에 개시된 복합 광학 장착부에 사용된다. 이러한 타입으로 설계된 외측 장착부는 셀에 인접한 장착부와 구조체를 렌즈 조립체에서 지지하고, 내부 링은 조정될 렌즈 구성요소를 지지한다. 하나 이상의 마주한 조정 나사가 이후 내부 링을 광 축선(Z 축선)에 수직한 X-Y 평면 내의 바람직한 위치로 가압하도록 사용된다.
외측 장착부 내에서 지지되는 내부 링을 사용하는 해결책이, X-Y 평면 내에서의 렌즈 조립체의 조정이 요구될 때, 상기 렌즈 조립체가 분해될 필요성을 요구하지 않을지라도, 실제로 이러한 타입의 해결책에는 단점이 있다. 이러한 타입의 종래의 해결책은, 조정시, 바람직하지 못하고 예측 불가능한 종속 이동을 일으키는 마찰력과 표면 미끄러짐의 영향을 받게 되고, 이에 따라 내부 링의 위치를 한 방향에 따라 이동하도록 행한 조정이 직교 방향에 대해 바람직하지 못한 이동을 초래한다. 장착부의 바람직하지 못한 이동량이 한 조정으로부터 다음 조정까지 예측되기 어려울 수 있고, 그리고 구동형 및 이동되지 않는 엑츄에이터용 엑츄에이터 스크류나 여러 엑츄에이터 샤프트의 표면 형상 및 마무리 가공 및 상대 회전 위치와 같은 다수의 인자, 구동형 엑츄에이터 및 비구동형 엑츄에이터와 내부 링 사이의 접촉 각도, 및 X-Y 평면에서의 시작 위치와 끝 위치에 따라 결정된다.
따라서, 종래 배치의 엑츄에이터를 X-Y 평면 위치 조정을 위해 사용할 때, 결과가 만족스럽지 못할 수 있다. 기계적인 경계면에서의 표면 형상의 변화와 마찰력의 바람직하지 못한 효과는, 조정이 예측되기 어려울 때, 여러 장착부의 종속 이동을 야기시킬 수 있다. X-Y 평면 조정에 대해 제안된 종래의 많은 해결책은 상당히 복잡하고 대단히 많은 구성요소를 포함하여, 조정될 때 바람직하지 못한 종속 이동을 유도하는 위험성을 증대시킨다.
본 발명의 목적은 렌즈 장착 및 조정 기술을 향상시키는 것이다. 이러한 본 발명의 목적과 관련하여, 본 발명은 광 소자 장착부를 제공하며, 상기 광 소자 장착부는
복수의 굴곡부에 의해 외측 부재 내에서 현수된 내측 부재; 및
상기 내측 부재를 광 축선에 수직인 병진운동 평면 내에서 병진운동시키도록 배치된 제 1 병진운동 조정 기기와 제 2 병진운동 조정 기기를 포함하고, 각각의 상기 병진운동 조정 기기는
(i) 상기 병진운동 평면에 평행한 선형 이동 경로를 따라서 외측 부재 내에서 이동가능한 엑츄에이터; 및
(ⅱ) 상기 외측 부재와 상기 내측 부재 사이에서 뻗어있고, 제 1 볼-앤-소켓 조인트(ball-and-socket joint)를 구비한 엑츄에이터와 연결되고 제 2 볼-앤-소켓 조인트를 구비한 상기 내측 부재와 연결되는 샤프트;를 포함하고 있고,
상기 제 1 병진운동 조정 기기에 대한 엑츄에이터의 선형 이동 경로는 상기 제 2 병진운동 조정 기기에 대한 엑츄에이터의 선형 이동 경로에 실질적으로 직교한다.
본 명세서에 개시된 광 소자 장착부는 조정가능한 X-Y 방향의 병진 운동을 제공한다.
광 소자 장착부의 하나의 장점은 상기 광 소자 장착부가 선택적인 장착 접근법에 비해 보다 예측가능한 종속 이동과 마찰이 감소된 상태에서, 제어가능한 병진 운동을 한다는 것이다.
광 소자 장착부의 다른 하나의 특징은 상기 광 소자 장착부가 이동가능한 구성요소 상에서 응력이 감소된 상태에서 병진 운동한다는 것이다.
도 1은 표준 좌표 축선에 대한 이상적인 렌즈 장착부의 전반적인 관계를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 일련의 굴곡부에 의해 외측 부재 내에 현수된 내측 부재를 구비하고 있는 광 소자 장착부의 사시도이다.
도 3은 직교로 배치된 병진운동 조정 기기를 구비하고 있는 광 소자 장착부의 평면도이다.
도 4는 단일의 병진운동 조정 기기의 확대 부분 사시도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d는 도면이 도시된 용지의 평면에 나타난 병진운동 평면을 따라 내측 부재를 다양한 위치로 이동시키기 위해 병진운동 조정 기기의 작동을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 6은 종속 이동을 포함하여, 구성요소의 이동을 도시한 병진운동 조정 기기의 개략적인 측면도이다.
도 7은 일체형 실시예의 광 소자 장착부의 사시도이다.
도 8은 하중 부재와 같은 한 쌍의 스프링을 일 실시예에서 사용하는 병진운동 조정 기기의 확대 단면도이다.
본 명세서에 첨부된 도면은 여러 실시예에 따른 렌즈 장착 장치 및 엑츄에이터 메카니즘의 주된 작동 원리 및 제조 원리를 나타내기 위해 제공되었고 이들 많은 도면이 실제 크기와 축적을 나타내기 위한 것이 아님을 알 수 있을 것이다. 기본적인 구조적 관계나 또는 작동 원리를 강조하기 위해 여러 부분이 확대되어 도시되어 있다.
본 명세서에 개시된 표현에 있어서, "상부" 및 "하부"라는 표현은 서로 상대적인 것이고, 표면의 임의의 필요한 방향을 지시하는 것은 아니며, 구성요소나 재료 블럭에 대하여 반대쪽 표면을 간단하게 구분하기 위해 사용된 것이다.
도 1을 살펴보면, 마이크로리소그래피 렌즈 기기 및 여러 렌즈 조립체에 대해 통상적으로 사용된 바와 같은 기준 XYZ 축선이 지시된 상태에서, 내측 부재, 즉 렌즈 호울더(10)가, 프레임(12)에 대해 도시되어 있다. Z 축선은 광 축선(O)에 대응한다. 여러 실시예의 광 소자 장착부는, 도 1에 도시된 전반적인 배치를 사용하고, 광 (Z) 축선에 수직한 X-Y 평면을 따르는 렌즈 호울더(10)의 상대 위치 조정 측정을 가능하게 하는 기기를 제공한다.
굴곡부가 2개의 몸체를 연결하는데 사용되어 특정 패턴의 구속부(constraint)를 형성하고, 이에 따라 2개의 몸체 사이에서 특정 요구된 자유도(DOF : Degree of Freedom)를 허용하면서, 다른 부품을 구속하거나 제지한다고 광학 설계 분야 및 정밀 기구 분야에 알려졌다.
도 2a 및 도 2b의 사시도에는 일 실시예에 따른 굴곡부를 사용하는 광 소자 장착부(20)가 도시되어 있다. 광 소자 장착부(20)는 굴곡부(26)의 배치에 의해 외측 부재(24) 내에 현수된 내측 부재(22)를 구비한다. 도 1과 관련하여, 내측 부재(22)는 렌즈 호울더(10)에 대응하며, 렌즈, 미러, 프리즘, 필름, 회절 격자, 또는 광 축선(O)을 따르는 여러 광 소자를 유지하는데 사용될 수 있고; 외측 부재(24)는 예를 들면, 여러 광 소자 장착부를 마이크로리소그래피 렌즈 기기의 환형 링 내에 고정시키는데 사용되는 프레임(12)에 대응한다. 굴곡부(26)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서 접힌 시트 타입이다. 본 출원에서 보다 간단하게 표현된 접힌 굴곡부, 즉 접힌 시트 굴곡부는 그 접힘의 라인을 따르는 단일의 구속부를 제공한다. 도시된 실시예는, Z-축선 이동을 확실하게 구속하고 X 축선 및 Y 축선을 중심으로 한 회전을 구속하도록, 광 축선(0)에 평행하게 향하는 그 접힘부를 구비한 접힘 굴곡 구속부의 배치를 사용한다. 내측 부재(22) 및 광 축선(O)에 대해 실질적으로 원주 방향의 접선방향의 굴곡부(32)는 Z-축선 회전 방향에 대해 접하는 구속부를 제공한다. X 축선 및 Y 축선을 따르는 2개의 자유도는 내측 부재(22)와 외측 부재(24) 사이에 유지된다. 도시된 바와 같이, 병진운동 조정 기기(30a)가 보다 잘 보여질 수 있도록, 외측 부재(24)의 일부가 잘라내어져 제거된 상태로, 제 1 병진운동 조정 기기(30a) 및 제 2 병진운동 조정 기기(30b)가 제공된다. 오리피스(28)가 렌즈 구성요소를 장착하는 일 실시예에 대해 내측 부재(22) 내에 제공된다. 점선의 화살표로 지시된 바와 같은 하중력(L)이 스프링, 굴곡부, 또는 도 2a 및 도 2b에 도시되지 않은 여러 메카니즘에 의해 일반적으로 제공되며, 이들에 대해서는 아래 기재되어 있다.
도 2b는 기준 X-Y 축선과 광 축선(O)에 대한 광 소자 장착부(20)를 도시한 사시도이다. 상기 도 2b에 도시된 바와 같이, 그리고 이어서 도 3의 평면도에 도시된 바와 같이, 병진운동 조정 기기(30a)와 병진운동 조정 기기(30b)의 엑츄에이터(34)는 X-Y 평면에서 각각의 선형 이동 경로(Pa 및 Pb)를 구비하며, 이들 선형 이동 경로는 실질적으로 서로에 대해, 즉, 전형적으로 +/- 1도의 오차 범위 내로 직교하지만, 광 소자 장착부(20)에서 완전한 직교로부터 겨우 대략 +/- 10도만큼 벗어날 수 있다. 가능하다면 완전한 직교가 바람직한데, 이와 같은 배치는 조정이 행해질 때 기계적인 크로스토크(crosstalk)의 가능성과 효과를 감소시킬 수 있기 때문이다.
도 4의 사시도는 병진운동 조정 기기(30)의 확대 사시도이다. 이러한 장치는 조정 나사와 같은 엑츄에이터(34)를 포함하며, 상기 조정 나사는 엑츄에이터(34)와 내측 부재(22) 사이에서 뻗어있는 샤프트(36)와 연결된다. 각각의 단부에서, 샤프트(36)가 볼-앤-소켓 조인트(48a 및 48b)를 사용하여 연결된다. 이어서 보다 상세하게 기재된 바와 같이, 이러한 타입의 연결을 사용하는 직교 조정 메카니즘의 배치는 감소된 마찰과 주의 깊게 제어된, 예측가능한 종속 이동을 나타내는 병진운동 기기를 제공한다.
순차인 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 내측 부재(22)가 X-Y 평면이나 또는 병진운동 평면에 따른 다양한 위치로 제어가능하게 이동되도록 병진운동 조정 기기(30a) 및 병진운동 조정 기기(30b)가 어떻게 상호작용하는지를 개략적으로 도시한 도면이다. 스프링, 굴곡부, 또는 여러 하중 장치와 같은 하중 부재(46)가 도 5a - 도 5d에 개략적으로 도시되어 있고, 접선방향의 굴곡부(32)와 관련하여 작동된다.
각각의 병진운동 조정 기기(30a, 30b)에 있어서, 엑츄에이터(34)는 볼-앤-소켓 조인트(48a)에서 샤프트(36)에 연결된다. 이와 유사하게, 내측 부재(22)에 대한 샤프트(36)의 연결방식이 또한 부재번호 48b로 지시된 바와 같은 볼-앤-소켓 타입이다. 엑츄에이터(34)는 도 5a - 도 5d의 실시예에 지시된 바와 같은 조정 나사일 수 있거나, 또는 예를 들면, 자기-구동식 엑츄에이터이거나, 모터-구동식 엑츄에이터이거나 또는 압전(piezoelectrically) 구동식 엑츄에이터와 같은 여러 상이한 타입의 선형 엑츄에이터일 수 있다. 엑츄에이터(34)는 하중 부재(46)의 하중력에 대해 샤프트(36)의 일 단부를 구동시킨다. 이러한 하중력의 사용은 엑츄에이터(34) 및 내측 부재(22) 양자에 접촉하여 위치된 샤프트(36)를 유지시키는데 도움이 된다.
샤프트(36)의 각각의 단부에서의 볼-앤-소켓 커플링(48a 또는 48b)의 회전 이동은 X-Y 조정 동안에 기계적인 경계면에서의 정 마찰, 즉 "정지 마찰(stiction)"의 효과를 감소시키는데 도움이 된다. 도 5a에 있어서, 양 샤프트(36)가 서로 실질적으로 직교한 상태로 도시되어 있고, 내측 부재(22)는 실질적으로 외측 부재(24) 내측 중심에 위치된다. 도 5a - 도 5d를 살펴보면, 한 도면에서 다른 도면까지 내측 부재(22)의 상대 이동을 나타내는데 도움이 되는 가이드와 같은 문자 "A"가 도시되어 있다. 명확하게 하기 위하여, 내측 부재(22)가 임의 타입의 오리피스가 없는, 솔리드 타입으로 본 명세서에 나타나 있다. 내측 부재(22)의 이동은 점(P1 및 P2)을 중심으로 한 회전에 의한 것이고, 굴곡부(32)에 따른 중심선이 지시된 바와 같이, 이 중심선은 직교하는 X 축선 및 Y 축선과 교차한다. 이동이 어떻게 영향을 미치는지를 나타내기 위한 목적으로, 비교적 큰 갭이 이들 도면에서 내측 부재(22)와 외측 부재(24) 사이에 도시되어 있다. 도 5b - 도 5d에 상대 이동이 과장되게 도시되어 있고, 메카니즘이 어떻게 작동하는지를 보다 명확하게 나타내기 위하여, 스프링 및 굴곡부 구성요소가 개략적으로 도시되어 있다.
도 5b에 있어서, 병진운동 조정 기기(30a)의 엑츄에이터(34)는 검은색 화살표로 지시된 바와 같이, 내측 부재(22) 쪽으로, 내측으로 구동되며; 병진운동 조정 기기(30b)의 엑츄에이터(34)는 고정식이다. 이러한 구동은 점(P1)을 중심으로 약간의 회전을 야기시키는 상태에서, 우측 하향으로의 내측 부재(22)의 약간의 변위를 야기시킨다. 각각의 샤프트(36)는 서로 더 이상 직교하지 않는다.
도 5c에 있어서, 병진운동 조정 기기(30b)에서의 엑츄에이터(34)는 검은색 화살표로 지시된 바와 같이, 내측 부재(22) 쪽으로, 내측으로 구동되며; 병진운동 조정 기기(30a)의 엑츄에이터(34)는 고정식이다. 이러한 조정은 점(P2)을 중심으로 한 내측 부재(22)의 회전과 약간의 하향 이동이 행해진다.
도 5d에 있어서, 양 엑츄에이터(34)가 화살표로 지시된 바와 같이, 후퇴되거나 외측으로 구동되어, 상향 및 좌측으로의 내측 부재(22)의 보다 뚜렷한 이동을 야기시킨다. 이러한 타입의 조정을 위해 점(P1 및 P2)을 중심으로 한 회전이 도시되어 있다.
도 5b - 도 5d에 도시된 바와 같이, 각각의 샤프트(36)는 상기와 같이 배치된 한 타입의 "워블 로드(wobble rod)"로 효과적으로 작동하며, 유리하게도 X-Y 평면의 한 위치로부터 다음 위치까지 내측 부재(22)의 원활한 이동을 제공한다. 엑츄에이터(34)와 내측 부재(22) 사이에서의 중간 부재와 같은 샤프트(36)의 사용과, 이중 볼-앤-소켓 커플링을 구비한 상기 샤프트의 구성은, 종래의 작동 구성(actuation schemes)을 사용하는 조정을 행할 때 직면하는 고정 마찰력을 감소시킨다.
상기 기재한 바와 같이, 일 실시예의 병진운동 조정 기기의 다른 한 장점은 조정이 행해질 때 종속 이동의 제어와 예측에 관한 것이다. 본 실시예의 이중 볼-앤-소켓 배치에 의해, 내측 부재(22)가 한 위치로부터 다음 위치까지 이동될 때, 종속 이동이 실질적으로 정량화되고 제어될 수 있다. 도 6에 병진운동 조정 기기(30)에 의한 상당한 구성요소의 종속 이동이 개략적으로 도시되어 있다. 하나의 병진운동 조정 기기(30)에서의 조정은 다른 병진운동 조정 기기(30)에 있어서 샤프트(36)의 상대 위치에서의 각도 변화(θ)를 야기시킨다. 하나의 직교 축선에 대한 이동 크기는 sin θ이고, 다른 직교 축선을 따르는 이동 크기는 1 - cos θ이다.
도 5a - 도 5d와 관련하여 도시되고 도 6에서 L로 지시된, 하중 부재(46)에 의해 제공된 하중력이 많은 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들면, 중력이 하중력으로 사용될 수 있어, 별도의 스프링 구성요소가 필요하지 않게 된다. 그러나, 여러 실시예에 있어서, 예를 들면, 리프 스프링이나 또는 코일 스프링과 같은 여러 타입의 스프링이나 여러 하중 메카니즘이 제 1 병진운동 조정 기기(30a)와 제 2 병진운동 조정 기기(30b) 양자에 대해 작용하는 기계적인 하중력을 가하도록 사용된다. 또한 굴곡부를 사용하는 구성이 하중 부재(46)의 하중력을 제공하도록 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 임의 타입의 압축력을 내측 부재(22)에 대해 직접적으로 가하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 상기 내측 부재에서 지지되는 광 구성요소가 뒤틀릴 수 있기 때문이다. 따라서, 예를 들면, 도 5a - 도 5d에서 개략적으로 도시되고, 요구되는 하중력의 방향과 일반적인 원리를 개략적으로 나타내기 위한 하중 부재(46)의 배치가 실제 적용된다면 불만족스러울 수 있으며; 상기 하중 부재(46)로부터 직접적으로 가해진 압축력은 내측 부재(22)에 장착된 렌즈의 여러 뒤틀림을 야기시킬 수 있다.
이러한 문제에 대한 해결책으로서, 엑츄에이터(34)와 동축으로 하중력(L)을 가하면 가장 유리한데, 이는 압축력을 내측 부재(22) 상에 직접적으로 가하지 않기 때문이다. 이러한 구성은 실제로 달성되기 어려울 수 있으나; 그러나, 동축의 하중력을 가하는 것과 유사한 여러 구성이 또한 적용될 수 있다.
도 7의 사시도와 도 8의 확대 단면도는 한 쌍의 스프링이 각각의 병진운동 조정 기기(30a, 30b)에 근접하여 위치한 챔버(40)에 위치된 상태로, 하중 부재(46)와 같은 스프링을 사용하는, 동축의 하중을 가하는 것과 유사한 광 소자 장착부(20)의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에 사용된 스프링은 저항 또는 인장코일 스프링에 대해 하중력을 가하는 압축 스프링일 수 있다. 스프링 장력이나 또는 여러 하중력이 예를 들면, 조정 나사를 사용하여 조정될 수 있다. 도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 대한 접선방향의 굴곡부(32)는 병진운동 조정 기기(30a 및 30b)에 의해 형성된 실질적으로 직교한 각도로 배치된다. 접힘 굴곡부(26)는 또한 도 7의 실시예의 외측 부재(24)에 대해 내측 부재(22)를 현수하도록 사용된다.
볼-앤-소켓 변형
다양한 타입의 볼-앤-소켓 커플링이 기계 분야에 공지되어 있다. 샤프트(36)의 각각의 단부에서의 볼-앤-소켓 연결에 대한 많은 가능한 실시예가 있다. 도 8에는 일 실시예로서 구형 구성요소(38)를 착좌시킨 일반적으로 원뿔형 소켓을 구비한 샤프트(36)가 도시되어 있다. 이러한 구성은 저-마찰 커플링을 내측 부재(22)의 대응하는 소켓(42)에 제공한다. 유사한 커플링이 샤프트(36)의 다른 단부에서 사용될 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 샤프트(36)는 일 단부나 또는 양 단부가 라운드처리되거나, 또는 예를 들면, 라운드 처리되거나 구형인 접촉면이 제공된다.
일체형 실시예
여러 실시예의 광 소자 장착부(20)는, 내측 부재(22), 외측 부재(24), 및 굴곡부(26 및 32)가 일체형으로 구성될 때나, 단일의 블럭 재료에 공동을 배치하지 않게 형성될 때나, 또는 단일 부품을 형성하는 패턴으로 재료를 배치시키는 임의의 많은 기술에 의해 부가적으로 형성될 때, 종래의 렌즈 장착부 설계에 비해 유리한 렌즈나 여러 광 소자용 운동학적 장착 메카니즘을 제공한다. 이러한 단일-부품 조립체는 도 2a 및 도 2b와 관련하여 상기 기재한 바와 같이, 즉 프레임으로부터 내측 부재, 즉 렌즈 호울더를 현수하는 굴곡부의 배치를 가능하게 한다. 단일-부품의 구성은 열 계수 차이와 파스너 제조 및 조립에 의해 야기된 것과 같은 문제점을 제거하는데 유리하다. 전반적으로, 단일-부품으로 기계가공된 렌즈 장착부 조립체는 여러 타입의 렌즈 장착부 상의 기계 응력을 감소시킨다. 단일 부품은 광학 조립체를 구성하기 위한 조정, 조립 및 장착을 보다 간단하게 할 수 있다. 유리하게도, 일체형으로 형성된 광 소자 장착부는 빌트-인(built-in) 정렬된다.
CNC(Computerized Numerical Control)로 가능한 기계 가공 기술을 사용하여, 매우 정밀하고 반복적인 기계가공이 행해져 단일-부품 구성을 제공할 수 있다. EDM(Electrical Discharge Machining)은 CNC 기계가공의 하나의 특정된 형태이며, 이러한 기계가공은 금속 및 여러 경질의, 전도성 재료로부터 복잡한 제품의 정확한 제조에 사용될 수 있다. 간단하게 표현하자면, EDM는 제거될 재료와 전극 사이의 갭을 가로지르는 방전을 사용하여 전도성 기판의 제품으로부터 재료를 선택적으로 부식시킨다. 유전성 유체는 전극 주위의 갭 영역에서 연속으로 유동하고 제거된 재료를 분출시킨다. 와이어 EDM는, 그 전극으로서 연속으로 이동하는 와이어를 사용하는, EDM의 한 형태이다. 일체형 구성요소를 제조하는데 적당한 여러 기술이 솔리드 블럭으로부터 재료를 일반적으로 제거하는 종래의 기계가공, 레이저 기계가공, 다양한 엣칭 기술, 워터 제트, 및 기계가공 기술을 포함하며, 소정 치수의 공동을 성형하여 상기 공동의 전반적인 외형과 깊이를 제어한다.
일체형 광 소자 장착부(20)에 사용된 재료는 사용된 제조 방법과 사용 타입을 위한 임의의 적당한 재료일 수 있으며, 상기 재료에는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 또는 여러 다른 금속이나 임의의 많은 타입의 폴리머(예를 들면, 플라스틱, 세라믹, 또는 필요한 정도의 굴곡부를 가능하게 하는 여러 재료)가 포함될 수 있다. EDM 사용을 위하여, 전도성 재료가 요구된다. 오리피스나 또는 개구(28)가 예를 들면, 저가의 기계가공 방법을 사용하여, 재료 블럭 내에서 초기에 성형될 수 있다.
여러 재료를 사용하여, 광 소자 장착부(20)가 성형된 부품이거나 또는 예를 들면, 재료 배치를 포함한 부가적인 방법으로 성형될 수 있다. 임의의 많은 급속 포토타이핑(rapid prototyping) 기술이 일체형 구조체를 제공하도록 사용될 수 있다. 광 소자 장착부(20) 제조에 사용될 수 있는 여러 실시예의 급속 포토타이핑 기술이 SLS(Selective Laser Sintering), 스테레오리쏘그라피(stereolithography), 및 솔리드 구조체를 부가적인 방식으로 제조하는 다수의 여러 기술을 포함한다. 이들 기술은, 내측 부재(22)를 외측 부재(24) 내측에 형성하고 상기 내측 부재와 상기 외측 부재 사이에서 뻗어있는 접힘 굴곡부(26)를 형성하는 패턴으로 단일 재료를 배치시킨다.
또한, 광 소자 장착부(20)는 유리하게도 포토리소그래피 이외의 분야에도 구속부를 배치시킬 수 있다. 내측 부재와 외측 부재가 일체형 구조체로 형성될 때, 운동학적인 장착 메카니즘이 정확한 제조를 가능하게 하여, 종래의 렌즈 장착 장치에 필요한 장착부의 조립과 조정을 상당히 감소시키며, 또한 바람직하지 못한 열 효과를 최소화할 수 있다.
광 소자 장착부의 구성은 상기 광 소자 장착부의 특정 바람직한 실시예와 특히 관련하여 상세하게 기재되어 있지만, 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 상기 기재한 바와 같은 범주 내에서 행해질 수 있고, 당업자라면, 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같이, 본 발명의 범주 내에서, 행해질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 광 소자 장착부(20)가 포토리소그래피 분야에 잘 적용되는 한편, 이러한 장착부는 X-Y 병진운동이 필요한 임의의 많은 여러 분야에 사용될 수 있다. 내측 부재(22) 내에 장착된 광 소자는 일 실시예에서 구형 렌즈이므로, X-Y 위치 조정은 필요한 렌즈 중심맞춤에 조력한다. 그러나, 이러한 광 소자는 임의의 적당한 타입의 굴절식, 반사식, 프리즘식, 필름이거나 또는 여러 광학 요소일 수 있다. 다른 한 옵션으로서, 렌즈 호울더로서 기본적으로 본 명세서에 기재된 내측 부재(22)가 예를 들면, 반사식 코팅으로 처리되는 것처럼 광 소자 자체로 사용될 수 있다. 만약 접힘 굴곡부의 접힘부가 광 축선에 평행하다면, 접힘 굴곡부(26)는 임의의 많은 배치가 가능할 수 있다. 내측 부재(22) 및 외측 부재(24)가 임의의 적당한 형상을 구비하는 상태에서, 상기 내측 부재(22)는 일반적으로 원통형이며 광 축선(0)을 중심으로 대칭이다. 그러나, 이러한 축선에 대한 대칭은 필요하지 않다.
엄밀히 정의한 실린더에는 통상의 직원형 실린더뿐만 아니라, 임의 갯수의 여러 형상이 포함되며, 상기 여러 형상의 외측면은 고정된 일직선과 평행한 일직선을 이동시킴으로써 형성될 수 있고, 이러한 이동하는 일직선이 고정 평면의 폐쇄 곡선이나 또는 베이스를 교차한다는 것을 알 수 있을 것이다. 원통형 형상이 도 2a의 실시예에서 내측 부재 및 외측 부재(22 및 24)에 대해 아래 도시되어 있지만, 이들 구성요소 중 하나의 형상이나 또는 2개의 형상 모두가 원통형이 아닐 수 있다.
유리하게도, 상이한 실시예의 광 소자 장착부는 병진 운동하며, 이에 따라 잘 형성되고 예측가능한 구성요소가 종속 이동한다. 예를 들면, 서로에 대해 120도의 각도로 조정력을 가하는 것처럼, 병진운동 조정 기기(30a 및 30b)가 서로에 대해 실질적으로 직교하여 배치되기 때문에, 내측 부재에 대한 대항력과 여분의 구속부(overconstraint)는 종래의 해결책에 의해 직면하는 것에 비해 감소된다. 마찰이 종래의 병진운동 기기의 마찰에 비해 상당히 감소되는데, 이는 각각의 병진운동 조정 기기에서 샤프트에 의해 제공된 이중 볼-앤-소켓 커플링 때문이다.
따라서, 광 소자용 장착부가 제공되어 광 축선에 수직한 평면에서의 병진 운동이 가능하게 된다.

Claims (17)

  1. 광 소자 장착부로서,
    복수의 굴곡부에 의해 외측 부재 내에 현수된 내측 부재; 및
    상기 내측 부재를 광 축선에 직교한 병진운동 평면 내에서 병진운동 시키도록 배치된 제 1 병진운동 조정 기기와 제 2 병진운동 조정 기기를 포함하고,
    상기 제 1 병진운동 조정 기기와 제 2 병진운동 조정 기기 각각은,
    (i) 상기 병진운동 평면과 평행한 선형 이동 경로를 따라 상기 외측 부재 내에서 이동가능한 엑츄에이터; 및
    (ⅱ) 상기 외측 부재와 상기 내측 부재 사이에서 뻗어있고, 제 1 볼-앤-소켓 조인트에 의해 상기 엑츄에이터와 연결되며, 제 2 볼-앤-소켓 조인트에 의해 상기 내측 부재와 연결된 샤프트를 포함하며,
    상기 제 1 병진운동 조정 기기용 상기 엑츄에이터의 상기 선형 이동 경로는 상기 제 2 병진운동 조정 기기용 상기 엑츄에이터의 상기 선형 이동 경로에 실질적으로 직교하는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재와 상기 외측 부재 및 상기 복수의 굴곡부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 부재는 실질적으로 원통형인 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재는 실질적으로 원통형인 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재는 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재는 굴절 부재나, 반사 부재나, 프리즘이나, 회절 격자나 또는 필름으로부터 선택된 광 소자를 유지시키는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재는 상기 광 축선에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  8. 청구항 2에 있어서,
    일체형으로 형성된 상기 광 소자 장착부는 스테인레스 스틸이나, 알루미늄이나, 또는 스테인레스 스틸 및 알루미늄의 재료로 성형되는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 부재를 상기 외측 부재 쪽으로 가압하는 하중력을 가하는 하중 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하중 부재는 리프 스프링이나 또는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 광 소자 장착부.
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