TW201333572A - 供二個光學構件用而在解耦時可調整的卡口座組件 - Google Patents

Abstract

本發明關於包括二個整塊卡口座的卡口座組件，該二個卡口座當中安裝了光學構件(1.3、2.3)以用於相對於彼此做平移的和旋轉的調整。調整移動可以獨立地的執行，這是由於該些卡口座當中一者乃設計成旋轉卡口座(1)以及另一者設計成平移卡口座(2)，基本上允許在想要的調整範圍裡只做平移的調整或只做旋轉的調整。

Description

供二個光學構件用而在解耦時可調整的卡口座組件

本發明關於可調整的卡口座組件，其中二個光學構件相對於彼此而極敏感的在垂直於旋轉軸的x-y平面上而為可平移調整的以及繞著此旋轉軸而為可旋轉調整的，該旋轉軸有利的是為二個光學構件的共用光軸。此種卡口座可以特別用於安裝所謂的空間濾光器(space filters)，其中微透鏡陣列和穿孔篩陣列(perforated screen array)必須校準成一前一後的排列以及相對於彼此做調整。

從美國專利第6,876,494 B2號得知一種裝置，使用它把光以預先界定的結構圖案投射在晶圓上，其中光經由微光學構件而做空間調變。尤其，關聯於裝置之微透鏡陣列針對對應的穿孔篩陣列(其安排在微透鏡陣列的光軸方向上而在微透鏡陣列後面)做高精度調整，這對於調變的品質來說很重要。微透鏡陣列之個別透鏡的多個光學個別軸之中間軸乃理解為微透鏡陣列的光軸。

揭示於美國專利第6,876,494 B2號的裝置乃衍生自日本專利公開案第2001-21830號所述的先前技藝，根據其所述，穿孔篩陣列乃相對於微透鏡陣列而定位於相同類型的裝置中。它揭示用於日本專利公開案第 2001-21830號的微透鏡陣列是由具有小數值孔徑和5毫米聚焦寬度的微透鏡所構成，因為此點，所以在光軸方向上的精確定位就不是考慮之標的。然而，如果使用的微透鏡陣列具有大數值孔徑的微透鏡和差不多250~300微米的聚焦長度，則穿孔篩陣列相對於微透鏡陣列在光軸方向上的高精確定位便是必須的，如此則經由微透鏡所束在一起的個別光成分才聚焦於穿孔篩。

為了將微透鏡陣列和穿孔篩陣列定位在彼此預先界定的精 確距離，根據美國專利第6,876,494 B2號則提出將朝向其他陣列的至少一突出物形成在微透鏡陣列上或在穿孔篩陣列上，而在光軸方向上具有預先界定的高度並且決定了該些陣列的距離。因此可以精確設定該些陣列在光軸方向上相對於彼此的相對位置。

若不採用至少一突出物，或許也可以在微透鏡陣列和穿孔篩 陣列之間插入具有預先界定厚度的墊片。

從美國專利第6,876,494 B2號的說明書無法也推論出垂直於 光軸之精確定位(下文稱為在平面上做調整)的必要性。

在平面上的調整是必須的，以將微透鏡陣列之個別透鏡的個 別光軸對應於穿孔篩陣列之孔洞的對稱軸。為了在平面上做調整，相對移動是必須的，其同時具有在垂直於光軸的x-y平面上之平移的成分(行程)以及繞著光軸旋轉的成分(角度)，其中行程和角度係僅很小。

此種二陣列相對於彼此的調整移動在經由所形成的突出物 或墊片之間接接觸的情形下受到摩擦，因此受到黏滯滑動(stick-slip)，這使得以0.05微米大小做敏感的、決定性的調整(如申請人之後所企求的)變得極困難。

用於光學構件的可調整卡口座，其允許在與光學系統之光軸 垂直的平面上做調整，典型而言是由外卡口座部件和內卡口座部件所構成；外卡口座部件乃固定連接到光學系統的殼罩或者它就是殼罩的構件，而內卡口座部件載著光學構件並且可以藉由致動元件而在平面上相對於外卡口座部件做位移和旋轉。

可調整的卡口座是已知的，其中卡口座部件是獨立的部件， 其必須在調整之後相對於彼此而固定，並且其中卡口座乃做成整塊，以及卡口座部件以自我鎖定方式保持在調整的位置，而不必須固定。

首先提到的那種卡口座典型而言係用於較大的致動器行程 而具有較低的敏感度；其次提到的那種卡口座係用於較小的致動器行程而具有高敏感度。

可調整的卡口座(該專利當中稱為在一高效物鏡裡供側向調 整透鏡之裝置)係得知自德國專利第44 00 869 C1號，其中卡口座部件是獨立的部件。卡口座是由內卡口座部件(該專利當中稱為透鏡卡口座)和外卡口座部件(該專利當中稱為第一卡口座)所構成，它們經由可釋放的、摩擦鎖定的、軸向作動的夾箝裝置而彼此連接。

當中支承著透鏡的內卡口座部件乃支承在外卡口座部件 裡，而可以裝入物鏡殼罩，其支承是藉由專門平行於物鏡光軸所作動的接觸壓力來為之，該接觸壓力在垂直於光軸之平面上的調整期間，藉由安排於內卡口座部件之加壓位移器(piezotranslator)所產生的反作用力而被部分抵銷，如此則有可能以低徑向作用力來使內卡口座部件在外卡口座部件裡位移。

外卡口座部件具有內平坦面，而內卡口座部件乃經由接觸加 壓機制而貼附於此內平坦面。有利的係使用接觸環(其固定連接到外卡口座部件)、彈簧環、轉接環(其貼附於內卡口座)做為接觸加壓機制。把接觸加壓機制的接觸壓力(其由轉接環的尺寸和彈簧環的彈力所決定)定出大小，使得內卡口座部件被穩固的支承在其位置，即使在機械負荷之時(例如於傳輸期間)亦然。經由固定內卡口座環期間所專門作動的軸向力，避免了固定期間可能的不當調整。

調整期間由加壓位移器所產生的反作用力的作動乃小於接 觸壓力，如此則內卡口座部件仍被軸向力貼附到內平坦面並且無法以未界定方式在外卡口座部件中滑動。當一有經由徑向接合致動元件的軸向力作用之時位移很快就發生。所使用的致動元件對於調整的再現性、其敏感度、可能的致動器行程、使用者友善度具有實質的影響。

四個致動元件的安排則有利的是彼此偏移90°。由於根據德 國專利第44 00 869 C1號之裝置中的致動元件並未被指派支承功能以及調整期間要克服的軸向接觸壓力為小，故使用加壓位移器做為致動元件證明是尤其有利的。

用於透鏡的整塊卡口座係從德國專利第10 2008 029 161 B3 號而得知。它由環形碟所構成，而被狹縫分成內卡口座部件和外卡口座部件，較佳而言它們保留三個點而彼此連接。保留連接的幾何形狀和尺寸基本上可以由狹縫的位置和形式而做不同的實施，則決定了可能的致動器行程和調整敏感度。根據德國專利第10 2008 029 161 B3號，連接是由肘節杆(toggle lever)所形成，其是由二個元件所構成，它們經由實心關節(solid joint) 而在一末端彼此連接並且彼此圍出大於90°和小於180°的角度，而其另一末端經由實心關節而分別連接到外卡口座部件或內卡口座部件。實心關節是由狹縫之形式和安排所形成的錐狀物。

經由在連接上(也在操控器單元上)的作用力，內卡口座部件 可以相對於外卡口座部件而在平面上位移和旋轉。具有不同實施之操控器單元的整塊卡口座係已知的，例如從歐洲專利公開第1 577 693 A2號和德國專利公開第10 2007 030 579 A1號得知。操控器單元的幾何型態(形狀和尺寸)決定了可能的致動器行程和調整敏感度。

根據德國專利第10 2008 029 161 B3號的裝置也不能夠相對 於彼此來調整形成組件的二個光學構件，也不能相對於參考基準(例如光學系統的光軸)來調整該組件。

一種可調整的卡口座，其中形成光學組件的二個光學構件可 以相對於彼此而在大調整範圍做極敏感的調整，並且組件可以相對於參考基準做調整，乃描述於德國專利申請案第10 2010 035 223.3號(尚未公告)，其源自於本申請人。

其所請求的卡口座組件包括外卡口座部件和內卡口座部 件，其合起來形成第一可調整的卡口座。外卡口座部件和內卡口座部件皆由外卡口座框和內卡口座框所構成，它們分別經由至少三個操控器單元而整塊交互連接，該操控器單元是由實心關節和致動元件(例如調整螺絲)所構成。它們分別代表第二或第三可調整的卡口座。光學構件分別固定於二個內卡口座部件，而經由作動在實心關節上之操控器的致動，光學構件於卡口座組件中相對於彼此而為可調整的並且合起來相對於參考基準(亦即外卡 口座部件的外卡口座框)而為可調整的。在此指定微透鏡陣列和空間濾光陣列做為安裝之光學構件的範例。

為了允許這些調整，就一方面而言，內卡口座部件乃安排成 讓它藉由調整螺絲而在垂直於光軸的平面上是可位移的、可固定於外卡口座部件。另一方面，外卡口座部件的內卡口座框和內卡口座部件的外卡口座框乃經由可釋放的夾箝裝置以軸向摩擦作動而交互連接。隨著釋放夾箝裝置和固定(亦即鎖緊)調整螺絲，則二個光學構件可以藉由操控外卡口座部件和內卡口座部件或者僅操控二卡口座部件當中一者而相對於彼此來調整。

隨著固定夾箝裝置(亦即夾箝裝置以軸向摩擦作動並且把內 卡口座部件夾箝於外卡口座部件)以及放鬆調整螺絲，則藉由操控內卡口座部件便可能進一步、更敏感的相對於彼此來調整二個光學構件，以及藉由操控外卡口座部件便可能相對於參考基準來調整二個光學構件。

此卡口座組件具有的缺點在於調整期間所引入的移動同時 具有平移的和旋轉的二成分，這需要較長時間的嘗試錯誤。

本發明的課題是要找到一種卡口座組件，其中二個安裝的光學構件可以相對於彼此做簡單和快速的調整。這課題是由具有申請專利範圍第1項之特徵的卡口座組件所解決。有利的具體態樣則描述於申請專利範圍附屬項中。

1‧‧‧旋轉卡口座

1.1‧‧‧旋轉卡口座的外卡口座框

1.2‧‧‧旋轉卡口座的內卡口座框

1.3‧‧‧安裝於旋轉卡口座中的光學構件

1.4‧‧‧旋轉卡口座之可操控的實心關節

1.5‧‧‧旋轉卡口座之正鉸接的實心關節

2‧‧‧平移卡口座

2.1‧‧‧平移卡口座的外卡口座框

2.2‧‧‧平移卡口座的內卡口座框

2.3‧‧‧安裝於平移卡口座中的光學構件

2.4‧‧‧平移卡口座之可操控的實心關節

2.5‧‧‧平移卡口座之正鉸接的實心關節

3‧‧‧致動元件

4‧‧‧旋轉軸

a、b‧‧‧平移調整行程的作用方向

本發明將基於範例性的具體態樣和圖式而於下文做更詳細 的解釋。在圖中：圖1顯示卡口座組件的立體圖。

圖2a顯示第一卡口座部件的俯視圖。

圖2b顯示根據圖2a之第一卡口座部件的傳動示意圖。

圖3a顯示第二卡口座部件的俯視圖。

圖3b顯示根據圖3a之第二卡口座部件的傳動示意圖，其指出在y方向上的平移位移。

圖3c顯示根據圖3a之第二卡口座部件的傳動示意圖，其指出在x方向上的平移位移。

根據本發明的卡口座組件包括二個卡口座，亦即旋轉卡口座1和平移卡口座2，其分別由整塊板所形成，而被狹縫分成外卡口座框1.1、2.1和內卡口座框1.2、2.2以及將它們交互連接的實心關節1.4、1.5、2.4、2.5。內卡口座框1.2、2.2在x-y平面上係可相對於彼此而平移的位移，並且在垂直於該平面的旋轉軸上是可旋轉的。

經由所選的具體態樣，透過實心關節1.4、1.5、2.4、2.5之組合與安排的操控，內卡口座框1.2、2.2可以分別相關於外卡口座框1.1、2.1來移動而刻意遵循特定的、預先界定的移動路徑。

旋轉卡口座1設計成在經由接合於某一實心關節1.4上的致動元件3而引入致動器行程之時，做到內卡口座框1.2相對於外卡口座框1.1以一調整角度而幾乎純粹旋轉的移動。

旋轉卡口座1具有為此目的之可操控的實心關節1.4(致動 元件3作動其上)以及至少二個或，較佳而言，三個正鉸接的實心關節1.5(其在朝向旋轉卡口座1之中心的方向上是硬挺的)。

為了把致動器行程轉換成旋轉的移動，旋轉卡口座的實心關節1.4、1.5乃相對於彼此來實施和安排，如此則它們的交互作用對應於圖2b所示的傳動示意圖。

平移卡口座2設計成在經由分別作動在某一結實元件2.4的二個致動元件3當中至少一者而引入致動器行程之時，做到內卡口座框2.2相對於外卡口座框2.1在彼此垂直的二方向上(下文稱為x和y方向)以調整行程a、b而幾乎純粹平移。平移卡口座2具有為此目的之二個可操控的實心關節2.4(二個致動元件3當中一者作動其上)以及至少二個或，較佳而言，三個正鉸接的實心關節2.5(其在垂直於朝向平移卡口座2之中心的方向上是硬挺的)。為了把致動行程轉換成平移的移動，平移卡口座的實心關節2.4、2.5乃相對於彼此來實施和安排，如此則它們的交互作用對應於圖3b和3c所示的傳動示意圖。

事實上，平移的移動和旋轉的移動分別都不是純粹的平移或旋轉移動。然而，在使用卡口座組件所要執行之小調整的情形下，個別的其他成分就不重要了。卡口座組件可以有利的用於調整安裝在旋轉卡口座中的光學構件1.3(舉例而言呈微透鏡陣列的形式)，然後相對於彼此來調整據此安裝在平移卡口座中而呈穿孔篩陣列形式的光學構件2.3。

執行調整之調整角度範圍和調整行程範圍的大小是要在以下基於二陣列之特定的範例性尺寸來示範。穿孔篩陣列的孔洞直徑為4微米，並且微陣列之個別透鏡的聚焦寬度為180微米。個別透鏡的個別光軸 與孔洞的對稱軸相對於彼此的距離於正交網格中為40微米。個別軸與對稱軸的位置偏差容忍度在100奈米的範圍。

根據本發明的卡口座組件具有藉由調整行程之差不多30微米的平移調整範圍以及藉由調整角度之差不多3.5分的旋轉調整範圍。調整敏感度分別差不多是50奈米或2秒。

為了能夠在這些調整範圍中把二個光學構件移動成調整的狀態，在旋轉卡口座1和平移卡口座2的外卡口座框1.1、2.1(它們相對於彼此是可調整的和可固定的)相對於彼此而固定之前，先將旋轉卡口座1和平移卡口座2相對於彼此做初步調整。為此目的而提供適當的機制，其不是本案的主題。允許設定二卡口座1、2於光軸方向上相對於彼此的距離以便將個別透鏡的焦點以例如10微米的容忍度而置於孔洞中心的機制也不是本案的主題。

如已經提及的，卡口座組件的實心關節1.4、1.5、2.4、2.5可以區分為可操控的實心關節1.4、2.4以及正鉸接的實心關節1.5、2.5。

可操控的實心關節1.4、2.4皆連接到致動元件3，其舉例而言是加壓致動元件或調整螺絲。經由致動元件3所引入的致動器行程係以可操控的實心關節1.4、2.4之具體態樣所決定的傳送比例來傳送給內卡口座框1.2、2.2而成為傳送的致動移動。

於卡口座組件具有圖2a所示的旋轉卡口座1、圖3a所示的平移卡口座2之範例性具體態樣，可操控的實心關節1.4、2.4是要設計成當從傳動地位來看時，它們分別構成槓桿，其係可旋轉支持於外卡口座框1.1、2.1，以及具有致動元件3所作動的第一自由末端以及連接到耦合器末端的 第二末端，該耦合器的另一末端連接到內卡口座框1.2、2.2。

藉由正鉸接的實心關節1.5、2.5之不同具體態樣以及它們對 於傳送的調整移動之作用方向的安排，實質達成以下事實：經由致動元件3所引入的致動器行程一方面導致內卡口座框1.2、2.2的平移調整，另一方面導致內卡口座框1.2、2.2的旋轉調整。

旋轉卡口座1具有至少二個正鉸接的實心關節1.5，其在朝 向旋轉卡口座1之中心的方向上是硬挺的，並且設計成為筆直耦合器，以及相對於彼此來安排，使得它們的虛延伸相交在旋轉卡口座1的中心，因此也在安裝於旋轉卡口座之光學構件的中心。卡口座組件的旋轉中心落於如此形成的相交點。正鉸接的實心關節1.5相關於筆直耦合器方向上的位移而言是剛硬的。因此，內卡口座框1.2的側向屈服一相較於其繞著旋轉中心的旋轉一乃被實質較高的硬挺度所阻礙。為了增加內卡口座框1.2與外卡口座框1.1的連接硬挺度，可以提供進一步的實心關節1.5，其指向都使得它們的虛延伸經過旋轉中心。因此，內卡口座框1.2相對於外卡口座框1.1的所有自由度(繞著旋轉中心的旋轉除外)係被足夠的硬挺度所限制。

旋轉卡口座之可操控的實心關節1.4把外卡口座框1.1連接 到內卡口座框1.2，使得其耦合器安排在旋轉中心的切線方向，因此也建立了內卡口座框1.2相對於外卡口座框1.1而繞著旋轉中心的保留的旋轉自由度。如果可操控的實心關節1.4被致動，則其耦合器因此於切線方向上位移，藉此內卡口座框1.2繞著旋轉中心1.4、1.5、2.4、2.5旋轉。二個構件的共用光軸理想上經過旋轉中心。於任一情形下，經過旋轉中心而發生旋轉的旋轉軸是平行於共用光軸的軸附近。在完成平移的調整之後，二個構件 僅具有共用的光軸。

平移卡口座2具有二個可操控的實心關節2.4(A、B)，其安 排在旋轉軸4所垂直的平面上，並且其個別的作用方向(a、b)落於此平面上而彼此垂直，關於此點見圖3a~3c。至少二個正鉸接的實心關節2.5把外卡口座框2.1額外連接到內卡口座框2.2。正鉸接的實心關節2.5在垂直於朝向平移卡口座2之中心的方向上是硬挺的。它們設計成使得它們在二個可操控的實心關節2.4之作用方向a、b上具有差不多相等的硬挺度以及因此具有在它們的交互作用之偏好方向。這在設計上做到的是正鉸接的實心關節2.5係設計成有角度的耦合器，較佳而言具有等長的槓桿臂並且彼此圍成直角。

較佳而言，平移卡口座之每個可操控的實心關節2.4被指派 一個正導引的實心關節2.5，使得可操控的實心關節2.4之筆直耦合器的延伸分別形成經過有角度的耦合器之對稱線。

例如，如果致動可操控的實心關節2.4-A，見圖3c，則內卡 口座框2.2沿著作用方向a而在可操控的實心關節2.4-A之附接點位移。未致動之可操控的實心關節2.4-B同時作動而類似正鉸接的實心關節2.5，並且導引內卡口座框2.2於作用方向a，同時阻擋了交互作用之正鉸接的實心關節2.5在垂直於致動作用方向的偏好方向(亦即作用方向b)。由於正鉸接的實心關節2.5在沿著它們交互作用中的被致動之可操控的實心關節的作用方向上僅具有一個保留的偏好方向，故在與未致動之可操控的實心關節(例如2.4-B)的交互作用中，它們幾乎專門執行沿著被致動之可操控的實心關節2.4-A之作用方向a的平移移動。在相對於作用方向b來致動可操控的 實心關節2.4-B之時，這也類似的為真。

經由將可操控的實心關節2.4安排在平面中的90°角，亦即它們的耦合器延伸相交於平移卡口座2的中心而呈90°角的非偏折狀態下，則提供了二個平移的移動方向x、y，其可以視為以要所進行的操控大小而彼此正交。

要明確注意前述相對於彼此來安排實心關節係關於未偏折的卡口座組件，亦即旋轉卡口座1和平移卡口座2都是在未夾箝的狀態下。根據本發明，本發明之卡口座組件的基本優點是把平面中的調整移動解耦成平移移動和旋轉移動，其中這些可以不受彼此影響來執行。調整因此可以執行得更容易和更快速。

1‧‧‧旋轉卡口座

2‧‧‧平移卡口座

3‧‧‧致動元件

4‧‧‧旋轉軸

Claims (8)

1. 一種卡口座組件，其在解耦時可以調整以用於二個光學構件相對於彼此的調整，該組件具有旋轉卡口座(1)和平移卡口座(2)，其中：(a)旋轉卡口座(1)和平移卡口座(2)分別包括外卡口座框(1.1、2.1)和內卡口座框(1.2、2.2)，它們分別由可操控的實心關節(1.4、2.4)所整塊交互連接，而安排在垂直於旋轉軸(4)的平面上，以及存在著至少二個正鉸接的實心關節(1.5、2.5)和致動元件(3)以操控可操控的實心關節(1.4、1.5)，而光學構件(1.3、2.3)分別固定於內卡口座框(1.2、2.2)中；(b)旋轉卡口座(1)具有正好某一個可操控的實心關節(1.4)是由某一致動元件(3)所作動，而旋轉卡口座之正鉸接的實心關節(1.5)乃設計成在朝向旋轉卡口座(1)之中心的方向上是硬挺的，並且這可操控的實心關節(1.4)和旋轉卡口座之正鉸接的實心關節(1.5)乃相對於彼此來設計和安排，使得在經由該致動元件(3)引入致動器行程之時，做到其內卡口座框(1.2)相對於其外卡口座框(1.1)而以一調整角度繞著旋轉軸(4)來旋轉；(c)平移卡口座(2)具有正好某二個可操控的實心關節(2.4)分別是由某一致動元件(3)所作動，而平移卡口座之正鉸接的實心關節(2.5)在垂直於朝向平移卡口座(2)之中心的方向上是硬挺的，並且這可操控的實心關節(2.4)和平移卡口座之正鉸接的實心關節(2.5)乃相對於彼此來設計和安排，使得在經由其二個致動元件(3)的第一者引入致動器行程到其可操控的實心關節(2.4)之某一者上之時，做到其內卡口座框(2.2)相對於其外卡口座框(2.1)以調整行程而在x方向平移，以及在經由其二致動元件(3)的第二者引入致動器行程到其可操控的實心關節(2.4)之另一者上之時，做到其內卡口座框(2.2) 相對於其外卡口座框(2.1)以調整行程而在y方向平移，並且x方向和y方向乃彼此正交並且正交於光軸(4)；以及(d)旋轉卡口座的外卡口座框(1.2)和平移卡口座的外卡口座框(2.1)係以相對於彼此是可調整和可固定的方式而交互連接。
2. 根據申請專利範圍第1項的卡口座組件，其特徵在於設計可操控的實心關節(1.4、2.4)，使得當以傳動地位來看時，它們分別構成槓桿，其係可旋轉的支持於外卡口座框(1.1、2.1)，並且具有致動元件(3)所作動的第一自由末端以及連接到耦合器之末端的第二末端，該耦合器的另一末端則連接到內卡口座框(1.2、2.2)。
3. 根據申請專利範圍第2項的卡口座組件，其特徵在於旋轉卡口座(1)具有至少二個正鉸接的實心關節(1.5)，它們設計成筆直耦合器並且相對於彼此而安排，使得它們的虛延伸相交於旋轉卡口座(1)的中心。
4. 根據申請專利範圍第2項的卡口座組件，其特徵在於旋轉卡口座之可操控的實心關節(1.4)把外卡口座框(1.1)連接到內卡口座框(1.2)，使得其耦合器安排在旋轉中心的切線方向。
5. 根據申請專利範圍第2項的卡口座組件，其特徵在於平移卡口座之可操控的實心關節(2.4)乃相對於彼此來安排，使得它們的耦合器之延伸相交成90°角。
6. 根據申請專利範圍第2項的卡口座組件，其特徵在於平移卡口座之正鉸接的實心關節(2.5)乃設計成有角度的耦合器。
7. 根據申請專利範圍第6項的卡口座組件，其特徵在於耦合器具有等長的槓桿臂而彼此圍成直角。
8. 根據申請專利範圍第7項的卡口座組件，其特徵在於平移卡口座之每個可操控的實心關節(2.4)被指派一個正導引的實心關節(2.5)，使得可操控的實心關節(2.4)之耦合器的延伸分別形成經過有角度的耦合器之對稱線。