(57)【要約】      （修正有）【課題】記録解像度の切替に伴なってビーム径を変更し、焦点位置を調整でき、小型化する。【解決手段】光学装置２６は、光軸方向が互いに平行であり、焦点距離が互いに異なる２個の光学レンズがそれぞれ鏡筒３２、３４に取付けられている光学部材３０と、回転方向が切替可能なモータ４０と、モータ４０によって回動される回動軸４４に取付けられた偏心カム４６と、偏心カム４６に連結され、光学装置２６に入射してくる光ビームの光路と交差する方向に光学部材３０の位置を切り替えることにより光路上に配置する光学レンズを切り替えるリンク機構５０と、を備えている。この光学装置２６は、リンク機構５０によって光学部材３０の位置を切り替えることにより、光路上に配置する光学レンズを切り替えてビーム径を変更できる。【選択図】図４
2005106889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路上に設けられる光学装置であって、
少なくとも２個の光学素子が取付けられた光学部材と、
回転方向が切替可能なモータと、
前記モータによって回動される回動軸に取付けられたカムと、
前記カムに連結され、前記光学部材の位置を切り替えることにより前記光路上に配置する前記光学素子を切り替えるリンク手段と、
前記光学部材を保持すると共に前記カムのカム面に当接し、前記リンク手段の遊びの範囲内で前記光学部材を光軸方向へ移動させるアライメント機構と、
を備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光学素子は、光軸方向が互いに平行であるように取付けられたレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学素子は、エクスパンダーを構成する部材の１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記アライメント機構は、前記光学部材を保持するアライメント部材と、
前記アライメント部材を揺動可能に支えると共に前記光軸方向に沿って付勢して前記カム面に当接させる板バネと、
を備えていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記アライメント機構は、平行に配置された一対の板バネによる支持機構を有することを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
光源と、
前記光源から出射した光ビームが通過する請求項１〜５のうち何れか１項に記載の光学装置と、
前記光学装置を通過した光ビームを被露光面上で結像させる結像光学系と、
を備えていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム径を変更するビーム径変更機構と、光ビームの焦点位置を光路方向に移動させて調整するアライメント機構と、が設けられた光学装置、及びそれを有する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ビームで露光する露光装置では、記録解像度の切替に伴なってビーム径を変更するビーム径変更機構と、光ビームの焦点位置（フォーカス位置）を光ビームの光路方向へ移動させて調整するアライメント機構と、が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、ビーム径変更機構を駆動させるには大きな移動量を与えることができる駆動部が必要であり、アライメント機構を駆動させるには微調整がきく僅かな移動量を与えることができる駆動部が必要である。このため、一般に、両者の駆動部を別個に設けている。
【０００４】
しかし、駆動部を別個に設けていることが露光装置の小型化の妨げになっているという問題があり、共通の駆動部とすることが要望されていた。
【特許文献１】特開２００１−１６２８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記事実を考慮して、記録解像度の切替に伴なってビーム径を変更することと、光ビームの焦点位置を光ビームの光路方向へ移動させて調整することと、を同一の１個の駆動部で行うことができる小型化された光学装置、及びそれを有する露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、偏心カムのカム面を円形に近い状態にすることによりカム面と当接する部材の位置の変動量を僅かにできることに着目した。そして、鋭意検討を重ね、本発明を完成するに至った。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、光路上に設けられる光学装置であって、少なくとも２個の光学素子が取付けられた光学部材と、回転方向が切替可能なモータと、前記モータによって回動される回動軸に取付けられたカムと、前記カムに連結され、前記光学部材の位置を切り替えることにより前記光路上に配置する前記光学素子を切り替えるリンク手段と、前記光学部材を保持すると共に前記カムのカム面に当接し、前記リンク手段の遊びの範囲内で前記光学部材を光軸方向へ移動させるアライメント機構と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、リンク手段によって光学部材の位置を切り替えることにより、光路上に配置する光学レンズを切り替えてビーム径を変更する。その際の回動軸の回動角度は比較的大きい。そして、カムを回動させることにより、アライメント機構を駆動させて焦点位置の調整を行う。その際の回動軸の回動角度は、光学部材の位置を切り替える場合に比べて小さい。
【０００９】
請求項１に記載の発明により、リンク手段によって光路上に配置する光学素子を切り替えてビーム径を変更することと、アライメント機構によって光ビームの焦点位置を光路方向へ移動させて調整することと、を同一の１個のモータで行う小型化された光学装置が実現される。
【００１０】
なお、装置構成の簡素化のために、カムの回動軸は光路と直交する向きに設けられていることが多い。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記光学素子は、光軸方向が互いに平行であるように取付けられたレンズであることを特徴とする。
【００１２】
これにより、光学部材を小型化し易い。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記光学素子は、エクスパンダーを構成する部材の１つであることを特徴とする。
【００１４】
これにより、光学装置がエクスパンダーを有する場合、部品点数を増大させることなく請求項１や２に記載の効果を奏することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記アライメント機構は、前記光学部材を保持するアライメント部材と、前記アライメント部材を揺動可能に支えると共に前記光軸方向に沿って付勢して前記カム面に当接させる板バネと、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、アライメント機構の構成を簡素にすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記アライメント機構は、平行に配置された一対の板バネによる支持機構を有することを特徴とする。
【００１８】
これにより、アライメント機構を、光学部材のアライメント位置を安定的に維持できる簡素な機構にし易い。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、光源と、前記光源から出射した光ビームが通過する請求項１〜５のうち何れか１項に記載の光学装置と、前記光学装置を通過した光ビームを被露光面上で結像させる結像光学系と、を備えていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、通過した光ビームのビーム径を、記録解像度の変更に伴なって変更できる小型化された光学装置が露光装置に設けられているので、露光装置の小型化及び製造容易化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は上記構成としたので、以下の効果を奏することができる。
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、リンク手段によって光路上に配置する光学レンズを切り替えてビーム径を変更することと、アライメント機構によって光ビームの焦点位置を光路方向へ移動させて調整することと、を同一の１個のモータで行う小型化された光学装置が実現される。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、光学部材を小型化し易い。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、光学装置がエクスパンダーを有する場合、部品点数を増大させることなく請求項１や２に記載の効果を奏することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、アライメント機構の構成を簡素にすることができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、アライメント機構を、光学部材のアライメント位置を安定的に維持できる簡素な機構にし易い。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、通過した光ビームのビーム径を、記録解像度の変更に伴なって変更できる小型化された光学装置が露光装置に設けられているので、露光装置の小型化及び製造容易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２に示すように、本発明の一実施形態に係る露光装置１０には、半導体レーザ装置１２と、半導体レーザ装置１２から発光されたレーザ光を平行光（コリメートビーム）１４にする凸レンズ１６と、凸レンズ１６を通過した平行光１４を露光対象である記録媒体の被露光面２０へ集光させる集光光学系２２と、を備えている。集光光学系２２は、平行光１４が入射する光学装置２６と、光学装置２６を通過した光ビームを被露光面２０にまで到達させて焦点を結ばせる結像光学系２８と、を備えている。このような構成により、露光装置１０には、光学装置２６の光路進行方向前後にそれぞれ光学パスが形成されている。
【００２９】
光学装置２６には、平行光１４の光路Ｂと直交する方向にスライド移動可能に保持された光学部材３０が設けられている（図３〜図５参照）。
【００３０】
光学部材３０を構成する鏡筒３２、３４内には、図５に示すように、光軸方向Ｕが何れも光路Ｂと平行であるように、光学レンズ３６、３８がそれぞれ設けられている。そして、光学部材３０が上記のスライド移動をすることにより、光路Ｂに配置する光学レンズ３６、３８を切り替えることが可能になっている。この光学レンズ３６、３８の焦点距離は、互いに異なっており、光学レンズ３８が短焦点距離用のレンズであり、光学レンズ３６が長焦点距離用のレンズである。また、光学部材３０には、上方へ突出してスライド移動力が伝達されるピン部３１が形成されている。
【００３１】
また、図３〜図５に示すように、光学装置２６は、回転方向が切替可能なステッピングモータ４０（以下、単にモータ４０という）と、光路Ｂと直交する回動軸４４の先端部に取付けられた偏心カム４６と、偏心カム４６に連結され、光学部材３０の位置を上記のように切り替えることにより光路Ｂに配置する光学レンズ３６、３８を切り替えるリンク機構５０と、を有する。
【００３２】
モータ４０の回転軸にはギア４１が取付けられ、上記の回動軸４４には、ギア４１よりも径の大きいギア４５が取付けられ、ギア４１とギア４５が噛み合っている。ギア４１、４５のギア数は、モータ４０の回転速度、偏心カム４６の寸法等を考慮して決定されている。
【００３３】
リンク機構５０は、偏心カム４６の上側に固定されて偏心カム４６の回動によって連れ回る棒部材５２と、光学部材３０を保持している後述のアライメント部材６２に回動点５６で回動自在に取付けられたリンク棒５４と、を備えている。棒部材５２の先端部には、上方へ突出するピン部５３が形成されており、ピン部５３に近いリンク棒５４の端部には、リンク棒５４の長手方向に沿った長孔５８が形成され、ピン部５３が長孔５８に挿入されている。リンク棒５４のもう一方の端部にも、リンク棒５４の長手方向に沿った長孔５９が形成され、光学部材３０のピン部３１が長孔５９に挿入されている。
【００３４】
また、リンク棒５４のこのもう一方の端部には、ピン部３１を回動点５６に向けて付勢することにより光学部材３０を後述のアライメント部材６２に向けて付勢する圧縮コイルバネ６０が設けられている。
【００３５】
更に、光学装置２６には、光学部材３０を保持してリンク機構５０の遊びの範囲内で光学部材３０を光軸方向Ｕへ移動させるアライメント機構６１が設けられている。
【００３６】
アライメント機構６１は、光学部材３０をスライド移動可能に保持するアライメント部材６２を有する。
【００３７】
アライメント部材６２の略中央位置には開口６４が形成され、開口６４の開口壁のうち光路Ｂの進行方向と逆方向側を形成している平面状の開口壁６４Ｓには、偏心カム４６のカム面４６Ｓが当接している。また、アライメント部材６２には、光路Ｂに配置する光学レンズを切り替える際に光学部材３０の位置決めを行うストッパ６６、６８が形成されている。
【００３８】
また、アライメント機構６１は、アライメント部材６２の光路方向両側縁部と光学装置２６の基台７０とに取付けられて、アライメント部材６２を揺動可能に支えると共にアライメント部材６２を光路方向に沿って付勢してカム面４６Ｓに当接させている板バネ７２、７４を備えている。この２枚の板バネ７２、７４によって、アライメント部材６２は平行クランク機構の動作をし、アライメントに必要とされる光軸方向Ｕの微小な移動範囲では直線移動するとみなせる。また、アライメント部材６２は、カム面４６Ｓと板バネ７２、７４とによってその位置が安定的に維持される。
【００３９】
以下、光学装置２６の作用、及びこれに伴なう露光装置１０の作用について説明する。
【００４０】
図１に示すように、急峻なビームプロファイルＢＦ１にして高解像度で露光する場合には、短焦点距離の光学レンズ３８が光路上に位置するように、モータ４０を回転させて光学部材３０の位置を切り替える。光学部材３０は、切り替えられた位置で係止される（図３〜図５参照）。この状態では、図５、図６に示すように、モータ４０の回転角度を調整することにより、リンク機構５０の遊びの範囲内（リンク機構５０の死点領域内）で光学部材３０を光路Ｂと平行な光軸方向Ｕへ移動させて焦点Ｆの位置を調整することが可能である。
【００４１】
図２に示すように、緩慢なビームプロファイルＢＦ２にして低解像度で露光する場合には、長焦点距離の光学レンズ３６が光路上に位置するように、モータ４０を回転させて光学部材３０の位置を切り替える。光学部材３０は、切り替えられた位置で係止される（図７〜図９参照）。この状態でも、図８、図９に示すように、モータ４０の回転角度を調整することにより、リンク機構５０の遊びの範囲内で光学部材３０を光軸方向Ｕへ移動させて焦点Ｆの位置を調整することが可能である。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、光路上に配置する光学レンズ３６、３８を切り替えるために光学部材３０を移動させるというダイナミックな動作と、光学レンズ３６、３８の焦点位置を調整するためにアライメントを行うという精細な動作とを１つのモータ４０で行うことができる。従って、小型化された低コストの光学装置２６が実現される。また、この光学装置２６を露光装置１０に設けることにより、小型化された低コストの露光装置１０が実現される。
【００４３】
また、光学部材３０は、リンク棒５４に取付けられた圧縮コイルバネ６０によってアライメント部材６２に付勢されているので、光学部材３０の位置がアライメント部材６２に対してずれることが防止されている。
【００４４】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置で、高解像度で露光することを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る露光装置で、低解像度で露光することを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光学装置の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学装置の斜視図である。
【図５】図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る光学装置を用いて高解像度で露光する状態を示す平面図及び側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光学装置を用いて高解像度で露光する際に光学レンズ位置のアライメントをすることを示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る光学装置を用いて高解像度から低低解像度の状態に切り替えることを示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る光学装置を用いて低解像度で露光する際に光学レンズ位置のアライメントをすることを示す平面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光学装置を用いて低解像度で露光する状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  露光装置
２０  被露光面
２６  光学装置
２８  結像光学系
３０  光学部材
３６  光学レンズ（レンズ）
３８  光学レンズ（レンズ）
４０  モータ
４４  回動軸
４６  偏心カム（カム）
４６Ｓ  カム面
５０  リンク機構（リンク手段）
６１  アライメント機構
６２  アライメント部材
７２  板バネ
７４  板バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005106889.tif 000008
【図７】
2005106889.tif 000009
【図８】
2005106889.tif 000010
【図９】
2005106889.tif 000011