DE3443856A1

DE3443856A1 - Optisches projektionsgeraet

Info

Publication number: DE3443856A1
Application number: DE19843443856
Authority: DE
Inventors: Satoru Zama Kanagawa Anzai; Hiroshi Yokohama Kanagawa Tanaka
Original assignee: Nippon Kogaku Tokio/tokyo KK; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1985-06-13
Also published as: US4883345A

Description

3443Θ56

Beschreibung

Optisches Projektionsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Projektionsgerät, insbesondere auf ein solches zur Projektion eines kleinen auf einer Photomaske gebildeten Musters oder einer kleinen Netzplatte auf ein Halbleiterwafer.

Ein Projektionsbelichtungsgerät mit einem Projektionsobjektiv kann hohe Ausrichtgenauigkeit und Oberlagerungsgenauigkeit erreichen und trägt so vieles zur Herstellung integrierter Größtschaltungen bei. Ein solches Projektionsbelichtungsgerät projiziert das Bild des Photomaskenmusters oder der Netzplatte auf ein mit einem Photoresist versehenes Wafer mit Hilfe des Projektionsobjektives mit vorbestimmter Vergrößerung.

Als eine der wesentlichen Eigenschaften einer solchen Belichtungsapparatur sei die Anpaßgenauigkeit genannt. Zu den wesentlichen Faktoren, die diese Anpaßgenauigkeit be-

einflussen, gehört der Vergrößerungsfehler des optischen Projektionssystems. Die bei integrierten Größtschaltungen benutzten Muster werden immer kleiner zu machen versucht, und die aus dieser Tendenz resultierende Notwendigkeit einer verbesserten Anpaßgenauigkeit wird dementsprechend groß. Demgemäß ist die Notwendigkeit, die Projektionsvergrößerung auf einem vorbestimmten Wert zu halten, sehr groß geworden. Derzeit ist die Vergrößerung des optischen Projektionssystems derart, daß ein Vergrößerungsfehler noch vernachlässigt werden kann, wenn das System bei der Geräteinstallation justiert wird. Um jedoch der Tendenz zunehmender Merkmalsdichte bei integrierten Größtschaltungen ausreichend Rechnung zu tragen, ist es notwendig, selbst jenen Vergrößerungsfehler zu korrigieren, der als Folge schwankender Umgebungsbedingungen erzeugt wird, beispielsweise als Folge leichter Schwankungen des atmosphärischen Druckes während des Betriebs der Vorrichtung in deren sauberer Umgebung.

Generell üblich ist es, den Abstand des Projektionsobjektivs gegenüber dem Objekt oder der Bildebene mechanisch zu ändern oder die Linsenelemente des Projektionsobjektivs in Richtung der optischen Achse zur Vergrößerungsänderung des optischen Projektionssystems zu bewegen. Wenn jedoch eine hochgenaue Vergrößerungseinstellung erforderlich wird, ver-

sagt die übliche Korrektionsmethode, optische Elemente mechanisch zu verstellen, da die Verschiebung oder Neigung des optischen Teils eine richtige Beibehaltung der optischen Achse verhindert. Das heißt, das optische System einschließlich des Objektes ist nicht langer koaxial, und dieses führt nachteiligerweise dazu, daß in der Bildebene eine bezüglich der optischen Achse unsymmetrische Vergrößerung svertexlung auftritt. Weiterhin ist es für eine genaue Vergrößerungseinstellung derart, daß ein Fehler von nur 0,05 Mikrometer oder weniger auf dem Wafer auftritt, notwendig, die Größe der Lageänderung der optischen Elemente einschließlich Verschiebung oder Neigung auf mehrere Mikrometer bis herab auf 1 Mikrometer genau zu steuern. Ersichtlich würde die Realisation eines solchen Genauigkeitsgrades zahlreiche Schwierigkeiten bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Projektionsgerät bereitzustellen, das die Vergrößerung auf einfache Weise konstant zu halten vermag und dabei die obigen Nachteile, insbesondere die Erzeugung einer asymmetrischen Vergrößerungsverteilung, vermieden werden können.

In der Erfindung vorausgegangenen Versuchen wurde gefunden, daß einer der Faktoren, die für Schwankungen der Projektionsvergrößerung des Projektionsobjektives verantwortlich

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sind, die Schwankung des atmosphärischen Druckes ist. So wurde gefunden, daß es Fälle gibt, in denen die Projektionsvergrößerung lediglich durch DruckSchwankungen in einem nicht mehr vernachlässigbaren Ausmaß geändert wird.

Deshalb werden erfindungsgemäß bei den Luftzwischenräumen im Projektionsobjektiv und den Zwischenräumen zwischen letzterem und Photomaske oder Netzplatte einerseits und dem Wafer andererseits einige oder alle der zwischen den Linsenelementen des Projektionsobjektivs gebildeten Luftkammern von der Atmosphäre abgeschirmt, und diese abgeschirmten Luftkammern werden bei einem vorbestimmten Druck hermetisch verschlossen, um dadurch eine Druckschwankung im Objektiv zu eliminieren und eine ausreichende Vergrößerungsgenauigkeit aufrechthalten zu können.

Bei einem solchen Aufbau wird eine Korrektur der Vergrößerung nur im Projektionsobjektiv bewirkt, ohne daß dabei die im Belichtungsgerät austauschbar befestigte Photomaske oder Netzplatte und das häufig während jeder Belichtung und Ausrichtung zu bewegende lichtempfindliche Objekt, das Wafer, betroffen sein würden. Dieses führt ersichtlich zu einem einfachen Aufbau. Für eine Korrektion ist keine mechanische Bewegung erforderlich und es besteht auch keine Möglichkeit einer unerwünschten Erzeugung einer Exzentrizi-

tat und asymmetrischen Verschlechterung des Abbildungsverhaltens.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch wünschenswert, das Innere des Projektionsobjektivs beim hermetischen Verschließen auf einen vorbestimmten Druck einzustellen. Generell ist nämlich der Herstellungsort des Objektivs verschieden von dem Ort seines Einsatzes in einem Projektionsbelichtungsgerät. Diese Orte werden regelmäßig unterschiedliche Höhe über dem Meeresspiegel haben und damit unterschiedlichem Atmosphärendruck ausgesetzt sein. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, eine barometrische Steuerung zur Einstellung des Druckes im Projektionsobjektiv auf einen optimalen Wert entsprechend der Umgebung des Einsatzortes des Projektionsgerätes einzustellen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 den optischen Aufbau eines Projektionsobjektivs, wie dieses vorliegend benutzt wird,

Fig. 2 eine Schnittansicht des mechanischen Aufbaus des Projektionsobjektives eines Projektionsbelichtungsgerätes entsprechend einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Drucksteuerung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Vergrößerungsänderung bei jedem Linsenabstand im Projektionsobjektiv nach Fig. 1 und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Projektionsobjektivs entsprechend einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt schematisch den optischen Aufbau eines bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen benutzten Projektionsobjektivs. Das Projektionsobjektiv bildet das vorbestimmte Muster auf einer Netzplatte R auf ein Wafer W verkleinert ab. Die Lichtstrahlen, die die konjugierte Beziehung zwischen einem axialen Punkt auf dem Wafer und einem axialen Punkt auf der Netzplatte darstellen, sind in der Figur eingezeichnet. Das Projektionsobjektiv umfaßt, von der Netzplatte R aus gesehen vierzehn Linsen L1, L2, L14 und fünfzehn Luftabstände a, b, ... ο zwischen der Netzplatte R und dem Wafer W. Die numerischen Daten dieses Projektionsobjektivs sind in der weiter unten angegebenen Tabelle 1 aufgeführt. In Tabelle 1 bedeuten r den Krümmungsradius jeder Linsenfläche, D die Scheiteldicke jeder

Linse bzw. den Luftabstand zwischen den einzelnen Linsen, N den Brechungsindex jeder Linse bei der i-Linie (λ= 365,0 nm), wobei die fortlaufende Durchnumerierung in der linken Spalte die Reihenfolge von der Netzplattenseite aus angibt.

Es sei angenommen, daß bei diesem Objektiv die Atmosphärendrücke in den Luftabständen a, b, ... ο um +183,3 mbar (= 137,5 Torr) geändert worden sind, wobei sich der relative Brechungsindex jedes Luftabstandes auf 1,00005 ändert, dann ergeben sich für die Vergrößerungsänderung Δχ und die Bildebenen-Änderung ΔΖ, d. h., die Änderung in der zur Netzplatte R konjugierten Ebene die in der nachstehenden Tabelle 2 angegebenen Werte. Die in Mikrometer angegebene Vergrößerungsänderung ΔΧ bezieht sich auf die Größe der Bewegung eines Bildpunktes, der an einer von der optischen Achse um 5,66 mm entfernten Stelle abgebildet wird, wenn keine Schwankung des atmosphärischen Druckes bei der Abbildungsebene vorhanden ist, nachdem der atmosphärische Druck in jedem Luftabstand geändert worden ist. Dabei ist der Fall, daß der Bildpunkt stärker vergrößert in der Bildebene, d. h. in der vorbestimmten Waferebene abgebildet wird, wenn keine AtmoSphärendruckschwankung vorhanden ist, mit positivem Vorzeichen angedeutet. Die Änderung ΔZ der Abbildungsebene ist ebenfalls in Mikrometer angegeben und betrifft die Änderung des axialen Abbildungspunktes, wobei

eine Änderung der Bildpunktlage in Richtung vom Objektiv weg als positiver Wert angegeben ist.

Tabelle 1

No.	r	D	N	) Ll	a
		D_n=259.78958	1.000000
1	143.86900	9.97570	1.504150	L2
2	-81.46300	3.42920	1.602500		b
3	51.49700	14.02840	1.000000	L3
4	540.12700	4.98790	1.602500		C
5	62.56200	41.77340	1.000000	L4
6	-68.02600	9.66400	1.562260		d
7	-74.29500	4.05260	1.000000	L5
8	1355.17400	15.58710	1.504150		e
9	-73.55600	10.28750	1.000000	L6
10	135.96800	10.59920	1.536390		f
11	-200.04700	13.09320	1.000000	\ T "7
12	81.78000	9.35230	1.562260	}L7	g
13	160.24400	24.00410	1.000000
14	-463.01200	9.66400	1.536390	L8
15	-146.45400	2.80570	1.602500		h
16	64.24100	34.91510	1.000000	\ τ η
17	49.49500	8.41700	1.627530	) L9	i
18	30.04000	11.22270	1.000000
19	-16.99700	2.49390	1.602500	LlO
20	351.55900	11.53450	1.504150		j
21	-22.57200	1.24700	1.000000	LIl
22	-654.15900	9.97570	1.504150		k
23	-74.32800	4.75150	1.000000	L12
24	153.24500	11.53450	1.536390		1
25	-275.84600	8.72880	1.000000	L13
26	50.46800	7.17010	1.562260		m
27	144.70600	10.91100	1.000000	L14
28	41.10500	7.27400	1.562260		η
29	-387.53000	11.22270	1.000000
30	-95.33700	3.11740	1.627530	O
31	-291.36200		1.000000
		D₃₁=12.46970

Tabelle 2

Luftabstand	a	ΔΧ ( μ m )	ΔΖ ( ym )
1	b	+0.031	0.37
2	C	+0.038	-0.49
3	d	+1.164	-2.47
4	e	-1.173	3.05
5	f	-2.086	5.65
6	g	-1.388	4.19
7	h	+0.194	-0.93
8	i	+0.131	-0.03
9	j	+0.116	-4.80
10	k	+0.143	4.04
11	1	+0.127	2.06
12	m	+0.224	2.06
13	η	+0.136	0.89
14	O	-0.008	0.62
15	Gesamtsystem-	+0.012	0.65
+1.004	14.83

- 13 Erste Ausführungsform

Aus der obigen Tabelle 2 ergibt sich, daß die Werte der Vergrößerungsänderung im ersten Luftabstand a, d. h., im Abstand zwischen Netzplatte R und Projektionsobjektiv, und im fünfzehnten Luftabstand o, d. h., im Luftabstand zwischen Wafer und Projektionsobjektiv, beide positiv sind und insgesamt 0,043 betragen. Wenn demgemäß alle Luftabstände im Projektionsobjektiv, d. h., der zweite Luftabstand b bis zum vierzehnten Luftabstand n_/ vom atmosphärischen Druck abgeschirmt und hermetisch verschlossen werden, dann kann eine Vergrößerungsänderung, die diesen Zwischenräumen im Projektionsobjektiv zuzuschreiben ist, nicht auftreten. Lediglich die durch den ersten Luftabstand a und den fünfzehnten Luftabstand ο verursachte Vergrößerungsänderung tritt auf, es wird daher möglich, die Vergrößerungsänderung, die vom gesamten System erzeugt wird, auf etwa 4 % zu verringern.

Durch Abschirmen aller Luftabstände des Projektionsobjektivs vom Atmosphärendruck reduziert sich die Änderung der Bildebene auf 1,02 μπι, d. h-, auf etwa 7 % der Änderung des gesamten Systems.

Fig. 2 zeigt den Fassungsaufbau und die Drucksteuerungsein-

richtung des Projektionsobjektivs nach Tabelle 1. Die vierzehn Linsen L1, L2, ... L14 des Objektivs sind je in einem Haltezylinder 1, 2, ... 14 gehalten. Diese vierzehn Haltezylinder sind aufeinandergestapelt und bilden die innere Fassung. Der Haltezylinderstapel wird durch eine äußere Fassung als Ganzes in Stellung gehalten und durch einen Schraubring 21 fixiert. Luftkammern, die den Luftabständen b bis η in Fig. 1 entsprechen, sind zwischen den Haltezylindern gebildet. In den Haltezylindern 2 bis 13 sind durchgehende Bohrungen 32 bis 43 vorgesehen, um die jeweils benachbarten Luftkammern miteinander zu verbinden. Der Haltezylinder 14 auf der Vorderseite des Projektionsobjektivs trägt seine Linse L14 in hermetisch verschlossener Weise und wird seinerseits von der äußeren Fassung 20 hermetisch abgeschlossen gehalten, um die Luftkammer η nach außen hermetisch abzuschließen. Zu diesem Zweck wird eine Beilage, beispielsweise ein O-Ring für die hermetisch abdichtende Lagerung benutzt. Der Haltezylinder 1 trägt die Linse L1 ebenfalls in hermetischer Abdichtung. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein O-Ring als Dichtungsbeilage benutzt werden. Ein Rohr 50 ist in die Bohrung des Haltezylinders 1 eingesetzt. Zwischen Haltezylinder 1 und Fassung 20 befindet sich ebenfalls eine Dichtbeilage, um einen hermetischen Verschluß zu erreichen.

Das Projektionsobjektiv projiziert das Muster der Netz-

platte R, das von einer Beleuchtungsvorrichtung 60 gleichförmig beleuchtet wird, in verkleinertem Maßstab auf das auf einem Tisch 70 angeordnete Wafer W.

Eine barometrische Steuerung 51 steuert die Drücke in den Luftkammern b bis η über das Rohr 50 als Ganzes. Wenn die Drücke in den Luftkammern zu erhöhen sind, liefert die barometrische Steuerung komprimierte Luft von einer Druckluftguelle 52 zu den Luftkammern b bis n, und sind die Drücke in den Luftkammern zu verringern, dann entnimmt die barometrische Steuerung Luft aus den Luftkammern b bis η über einen Exhauster 53. Zwischen der barometrischen Steuerung und der Druckluftquelle befindet sich ein Filter zum Reinigen der Luft. Das Projektionsobjektiv ist mit einem Druckfühler 80 zum Feststellen des Drucks in der Kammer h versehen. Eine Stellschaltung 55 stellt den atmosphärischen Druck entsprechend der Höhe über dem Meeresspiegel des Einsatzortes des Projektionsgerätes ein. Eine Vergleichsschaltung 56 vergleicht das Ausgangssignal des Druckfühlers 80, das an einem Anschluß T erzeugt wird, mit dem Ausgangssignal der Stellschaltung 55 und liefert ein Signal, das die Differenz zwischen diesen beiden Ausgangssignalen zeigt. Die barometrische Steuerung 51 steuert die Drücke in den Luftkammern b-n mit dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung als das Eingangs-

signal derart, daß die Ausgangssignale des Druckfühlers und der Stellschaltung 55 eine vorbestimmte Beziehung zueinander annehmen, beispielsweise einander gleichen.

Zweite Ausführungsform

Die in Tabelle 2 angegebenen Werte der Vergrößerungsänderung Ax für die einzelnen Luftabstände sind in Fig. 4 graphisch wiedergegeben. Dort ist auf der Ordinate die Vergrößerungsänderung Δχ aufgetragen, und auf der Abszisse die Änderung des Druckes ΔΡ. Die einzelnen linearen Kurven sind entsprechend ihren zugehörigen Luftabständen bezeichnet.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die lediglich durch den dritten Luftspalt c verursachte Vergrößerungsänderung eine Steigung besitzt, die der Vergrößerungsänderung ΔΤΧ des gesamten Systems am nächsten liegt. Demgemäß kann durch Isolieren nur des dritten Luftabstandes c gegen die Atmosphäre die Vergrößerungsänderung des gesamten Systems bei einer Änderung des atmosphärischen Druckes auf einen praktisch vernachlässigbar kleinen Wert korrigiert werden. Das heißt, lediglich die Differenz zwischen dem Δχ-Wert von 1,164 des dritten Luftabstandes und dem ^X-Wert von 1,004 des gesamten Systems ist die effektiv auftretende Vergrößerungsänderung bei Druckänderungen. Demgemäß ergibt

sich für diesen Fall, daß die Vergrößerungsänderung -0,16 beträgt, was eine Abnahme von 16% bedeutet. Die Vergrößerungsänderung -ΔΤΧ¹ des Gesamtsystems nach Vornahme dieser Korrektur ist durch die strichpunktierte Linie in Fig. 4 dargestellt.

Es ist möglich, die durch Schwankungen des atmosphärischen Druckes verursachte Vergrößerungsänderungen auch durch hermetisches Abschließen nicht nur eines Luftabstandes sondern einer Kombination mehrerer Luftabstände gegen die Atmosphäre zu korrigieren. Wenn beispielsweise beim oben beschriebenen Projektionsobjektiv die sechs Luftabstände vom siebten Luftabstand g bis zum zwölften Luftabstand 1 gegen die Atmosphäre hermetisch als Ganzes abgeschlossen werden, dann kann die Summe der durch diese sechs Luftabstände verursachten Vergrößerungsschwankung von 0,935 auf 0 reduziert werden, so daß als restliche Vergrößerungsänderung des Gesamtsystems nur noch 0,069 verbleiben. Das heißt, die Vergrößerungsschwankung des Gesamtsystems wird auf 6,9 % korrigiert. Wenn des weiteren zusätzlich zu diesen sechs Luftabständen der dreizehnte Luftabstand m von der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen wird, dann ergibt sich eine Vergrößerungsänderung für das gesamte System von -0,067, und eine bessere Korrektur wird möglich. Wenn schließlich der vierzehnte Luftspalt η ebenfalls

gegen die Atmosphäre abgeschirmt und hermetisch verschlossen wird, um insgesamt acht hermetisch verschlossene Luftabstände zu erhalten, dann wird der Korrektionsbetrag für die Vergrößerungsänderung durch diese acht Luftabstände gleich 1,063, so daß es möglich wird, die Vergrößerungsänderung des gesamten Systems auf -0,059 zu korrigieren.

Bei dieser Ausführungsform ist zwar die Variante, nach welcher nur der dritte Luftabstand c gegen die Atmosphäre abgeschirmt und hermetisch verschlossen wird, die einfachste, hierdurch wird aber die Bildebenenänderung ΔΖ bei einer Änderung des atmosphärischen Druckes größer. Wenn andererseits die acht Luftabstände vom siebten Luftabstand g bis zum vierzehnten Luftabstand η hermetisch verschlossen werden, dann wird die Bildebenenänderung durch diese acht Luftabstände um insgesamt 3,91 korrigiert, was vorteilhafter ist.

In Fig. 5 ist der Aufbau eines Projektionsobjektivs zur Realisierung dieses zuletzt beschriebenen Beispiels dargestellt. Die Luftkammern g bis η sind durch die beiden endständigen Haltezylinder 106 und 114 hermetisch abgedichtet, wobei O-Ringe oder dergleichen zwischen den beiden Haltezylindern und der äußeren Objektivfassung 120 angeordnet sind. Die Haltezylinder 108 bis 113, die zwischen den Luft-

kammern g bis η liegen, sind mit durchgehenden Bohrungen 138 bis 143 versehen, und die Luftkammer g ist mit der
barometrischen Steuerung 51 der Fig. 3 über eine Rohrleitung 150 verbunden. Ein Druckfühler 180 ist mit der Vergleichsschaltung 56 der Fig. 3 verbunden. Die restlichen Luftkammern b bis f stehen mit der Atmosphäre in Verbindung und die Drücke hierin ändern sich mit dem Atmosphärendruck.

Dritte Ausführungsform

Eine: der Luftabstände eines Projektionsobjektivs ist als gegen die Atmosphäre abgeschirmte Luftkammer ausgebildet, und es sei angenommen, daß bei Änderung des Luftdruckes in dieser Luftkammer um eine Druckeinheit gegenüber dem bei der anfänglichen Vergrößerungseinstellung vorhandenen
Druck die Vergrößerungsänderung, d. h., die Verschiebung eines vorbestimmten außeraxialen Bildpunktes auf der Bildebene, gleich Ax₁ betrage. Weiterhin sei angenommen, daß sich die Drücke in den anderen Luftabständen als dieser Luftkammer im wesentlichen mit dem atmosphärischen Druck ändern und daß im gesamten Raum außer dieser Luftkammer die Größe der Vergrößerungsänderung bei einer Änderung des Atmosphärendruckes um eine Druckeinheit gleich Ax ist. Weiterhin sei angenommen, daß eine Druckänderung von Δ.Ρ im

Atmosphärendruck zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist, und daß der Luftdruck in der Luftkammer um AP₁ geändert wird, um die folgende Beziehung zu erfüllen

· Δχ = ο ... (i)

Hierdurch kann die Vergrößerungsänderung korrigiert werden.

Durch Steuerung des Luftdruckes in nur einer Luftkammer ist zwar eine Korrektion der Vergrößerung möglich, es ist aber schwierig, gleichzeitig auch die Schwankung der Bildebene zu korrigieren. Es ist deshalb wünschenswert, eine weitere Luftkammer, die gegen die Atmosphäre abgeschlossen ist, neu vorzusehen. Nimmt man dann an, daß die Größe der Bildebenenänderung für eine Änderung um eine Druckeinheit in der ersten Druckkammer gleich Az₁ ist und die Größe der Vergrößerungsänderung bei einer Änderung des Druckes um eine Druckeinheit in der anderen Luftkammer gleich Ax~ ist sowie die Größe der Bildebenenänderung Δζ» beträgt, dann könnnen die Drücke in der einen und der weiteren Luftkammer um Ap₁ und Ap_? so geändert werden, daß die folgenden beiden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.

Δχ. + Ap₀ · Δχ₀ + Δρ · Δχ = ο τ

¹²² Γ ··· ⁽²⁾

+ Ap₂ · Δζ₂ + Ap · Az = ο 3

Hierdurch wird es leicht möglich, die Schwankungen sowohl der Vergrößerung als auch der Bildebenenlage, die in der gesamten restlichen Luftkammer auftreten, zu korrigieren.

Sonach wird bei der dritten Ausführungsform unter Berücksichtigung des Umstandes, daß in der obigen Tabelle 2 die Änderung der Bildebene durch den achten Luftabstand h die kleinste ist und daß die Vergrößerungsänderung durch den vierzehnten Luftspalt η die kleinste ist, der achte Luftabstand h als Luftkammer zur Korrektur der Vergrößerung und der vierzehnte Luftspalt η als Luftkammer zur Korrektur der Bildebene ausgebildet werden. Es versteht sich, daß die übrigen Luftabstände nicht gegen die Atmosphäre abgeschlossen sind, sondern sich im Druck mit dem Atmosphärendruck ändern. Durch Umschreiben der obigen Gleichung 2 ergibt sich die Bedingung zur Korrektur von Vergrößerung und Bildebene des oben beschriebenen Projektionsobjektivs bei einer Schwankung des atmosphärischen Drucks wie folgt:

ÄPh · AXh + ÄPn · AXn + ΔΡ * Δχ = O ">

+ Δρ · Δζ = ο J

Hierin bedeuten ÄPh die Druckänderung im achten Luftabstand h, ÄXh die Größe der Vergrößerungsänderung bei einer Druckänderung um eine Druckeinheit im achten Luftabstand h, ÄZh

die Änderung der Bildebene bei einer Druckänderung um eine Druckeinheit im achten Luftabstand h, APn die Druckänderung im vierzehnten Spalt η, ΔΧη die Vergrößerungsänderung bei einer Druckänderung um eine Druckeinheit im vierzehnten Luftabstand η und Azn die Änderung der Bildebene bei einer Druckänderung um eine Druckeinheit im vierzehnten Luftabstand n.

Die Vergrößerungsänderung und die Änderung der Bildebenenlage sind für eine Druckänderung in jedem Luftabstand von 183,3 mbar (137,5 Torr) in Tabelle 2 dargestellt, und werden ÄXh, ÄXn, ΔΧ, AZh, ΔΖη und Az in Gleichung (3) hiervon abgeleitet, dann kann Gleichung (3) wie folgt umgeschrieben werden

9,53x10~⁴xAPh-5,82x10"⁵xAPn+6,41x10"³xÄP = 0 -2,19x10~⁴xilPh+4,51x10"³xAPn+1,04x10~¹xAP - 0

ÄPh und ÄPn, die diese Gleichung (4) erfüllen^ sind APh = -8,2AP, ΔΡη = -23,5ÄP

Als ein spezielleres Beispiel sei angenommen, daß die Schwankung des atmosphärischen Druckes -13,3 mbar (-10 Torr) betrage, der achte Luftabstand um 109,3 mbar (82 Torr) und der vierzehnte Luftabstand um 313,3 mbar (235 Torr)

unter Druck gesetzt werden. Unter diesen Bedingungen können sowohl die Vergrößerungsänderung als auch die Änderung der Bildebenenlage bei der Schwankung des atmosphärischen Druckes korrigiert werden.

Eine Steuerung zur geeigneten Steuerung der Drücke iin achten und vierzehnten Luftabstand besitzt eine erste und eine zweite barometrische Steuerung, die mit den beiden Luftkammern, die die beiden Luftabstände bilden, über Rohrleitungen verbunden sind, um den Luftzufluß von einer Druckluftquelle zu den Luftkammern zu steuern, ferner einen ersten und einen zweiten Druckfühler für die beiden Luftkammern, um deren Drücke festzustellen, ein Barometer zum Messen des Atmosphärendruckes und einen Rechner zur Steuerung der barometrischen Steuerungen entsprechend den durch die Druckfühler und das Barometer festgestellten Resultaten.

Der Rechner hat vorher die Vergrößerungsänderungsbeträge /J₁X₁ und Δχ und die Bildebenenänderungsbeträge Az₁ und Δζ₂ bei einer Druckänderung um eine Druckeinheit in jeder Luftkammer gespeichert, ebenso den Vergrößerungsänderungsbetrag ÄX und den Bildebenenänderungsbetrag Δζ pro Druckeinheit des Atmosphärendruckes. Der Rechner stellt die Größe der atmosphärischen Druckänderung Δρ mit Hilfe des Signals des Barometers fest, errechnet die in den be-

troffenen Luftkammern erforderlichen Druckänderungen ΔΡ.. und Ap₂, um die Bedingungen entsprechend Gleichung (2) zu erfüllen, und erzeugt ein Signal zum Bewirken dieser Druckänderungen in den entsprechenden barometrischen Steuerungen. In jeder barometrischen Steuerung wird die Zuflußratensteuerung mit Hilfe eines Nadelventils oder dergleichen auf der Basis des vom Rechner herrührenden Signals bewirkt, so daß die entsprechenden Druckkammern auf Echtzeitbasis oder in vorbestimmten Intervallen mit den entsprechenden Druckänderungen Δρ.. und Δρ_ beaufschlagt werden.

Durch Verbinden und Koppeln einer oder beider der erwähnten beiden Luftkammern mit einer oder mehreren weiteren hermetisch verschlossenen Luftkammern kann der Korrektionsbetrag des Projektionsobjektives erhöht werden und können des weiteren andere optische Eigenschaften, beispielsweise bestimmte Aberrationen, zugleich mitkorrigiert werden.

Zur gleichzeitigen Korrektion von drei optischen Eigenschaften können drei unabhängig voneinander arbeitende, druckgesteuerte Luftabstände vorgesehen werden. Allgemein gilt, daß druckgesteuerte Luftabstände in einer Anzahl, die gleich der Anzahl der zu korrigierenden Eigenschaften ist, vorgesehen werden können.

Die Faktoren, die Änderungen in den optischen Eigenschaften des Objektives erzeugen umfassen außer dem im obigen beschriebenen atmosphärischen Druck die Luftfeuchtigkeit, den Temperaturanstieg des Objektivs selber als Folge der in das Objektiv einfallenden Lichtenergie. Wenn ein Luftabstand, der eine wirksame Korrektion auszuüben vermag, für jeden dieser Faktoren gewählt und der Druck hierin unabhängig gesteuert wird, dann kann ein Projektionsobjektiv mit extrem stabilen Eigenschaften erhalten werden.

Vf-

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Optisches Projektionsgerät zum Projizieren eines in einer ersten Ebene befindlichen Musters auf eine zweite Ebene mit Hilfe eines zwischen den beiden Ebenen angeordneten Projektionslinsensystem^, das mehrere in Abständen angeordnete Linsenelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß ein oder mehrere von den Zwischenräumen zwischen den Linsenelementen (L1 - L14) ausgewählte Zwischenräume als von der Atmosphäre unabhängige Luftkammern ausgebildet sind.

2. Optisches Projektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftkammer oder die Luftkammern so ausgebildet sind,

Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 5212313 Telegramme Pstentconsult

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsult

daß die Vergrößerungsänderung des Projektionslinsensystems, wenn sich der Druck in dem oder den Zwischenräumen mit dem atmosphärischen Druck ändert, im wesentlichen gleich der Vergrößerungsänderung des Projektionslinsensystems ist, wenn sich der Druck im Zwischenraum zwischen der ersten Ebene und dem Projektionslinsensystem, die Drücke in den Zwischenräumen des Projektionslinsensystems und der Druck im Zwischenraum zwischen dem Projektionslinsensystem und der zweiten Ebene mit dem atmosphärischen Druck ändern.

3. Optisches Projektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der oder die Luftkammern mit einer barometrischen Steuerung gekoppelt sind, die Luft in die Luftkammern einzuführen vermag, und das Innere der Luftkammern auf einen vorbestimmten Atmosphärendruck gesteuert wird.

4. Optisches Projektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftkammern durch eine Mehrzahl, je durch ein Paar Linsenelemente definierter Zwischenräume gebildet und durch eine Kommunikationsöffnung miteinander gekoppelt sind.