NL8600253A

NL8600253A - Optisch afbeeldingssysteem voorzien van een opto-elektronisch fokusfoutdetektiestelsel.

Info

Publication number: NL8600253A
Application number: NL8600253A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1987-09-01
Also published as: JPS62191812A; DE3778042D1; EP0231977A1; US4866262A; EP0231977B1; JPH083576B2

Description

« X. it PHN 11.636 1 N.V, Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Optisch afbeeldingssysteem voorzien van een opto-elektronisch fokusfoutdetektiestelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een optisch afbeeldingssysteem voorzien van een opto-elektronisch fokusfoutdetektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingssysteem en een tweede vlak waarin een 5 afbeelding door het afbeeldingssysteem gevormd moet worden, welk detektiestelsel bevat een een hulpbundel leverende stralingsbron, twee stralingsgevoelige detektoren die zich aan dezelfde zijde van het tweede vlak bevinden als de stralingsbron, alsmede optische elementen voor het richten van de hulpbundel op het tweede vlak, voor het vormen van een 10 stralingsvlek op dit vlak en voor het afbeelden van deze stralingsvlek in het vlak van de twee detektoren, waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de twee detektoren een maat is voor de genoemde afwijking.

Lenzenstelsels waarmee kleine details afgebeeld moeten 15 worden hebben een grote Numerieke Apertuur en daardoor een kleine scherptediepte. Voor dit soort lenzenstelsels, die bijvoorbeeld gebruikt worden voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat ten behoeve van de fabrikage van geïntegreerde schakelingen, is het van belang een afwijking tussen het werkelijke vlak waarin een voorwerp, 20 bijvoorbeeld het maskerpatroon, afgebeeld wordt en het vlak waarin afgebeeld moet worden, bijvoorbeeld het substraatvlak, te kunnen detekteren om aan de hand daarvan de fokussering van het lenzenstelsel te kunnen bijregelen.

In het Amerikaanse octrooischrift no. 4.356.392 is een 25 afbeeldingssysteem dat deel uitmaakt van een apparaat voor het repeterend met een maskerpatroon belichten van een halfgeleidersubstraat, welk apparaat bekend staat onder de naam "Waferstepper", beschreven dat voorzien is van het in de aanhef beschreven fokusfoutdetektiestelsel. Dit stelsel maakt deel uit van een 30 servosysteem voor het konstant houden van de afstand tussen het projektielenzenstelsel en het substraat. Het uitgangssignaal van het fokusfoutdetektiestelsel wordt toegevoerd aan een aandrijfsysteem *·· * >* ;♦· . v ' ·/ , ¢. % PHN 11.636 2 waarmee bijvoorbeeld het projektielenzenstelsel langs zijn optische as bewogen wordt in afhankelijkheid van de grootte en het teken van de fokusfout, zodanig dat het projektielenzenstelsel steeds scherp op het substraat gefokusseerd is.

5 Het afbeeldingssysteem, samen met het fokusfoutdetektiestelsel, volgens het Amerikaanse octrooischrift no. 4.356.392 heeft bewezen zeer geschikt te zijn om gebruikt te worden bij de fabrikage van geïntegreerde schakelingen met minimale details, of lijnbreedtes, in de orde van één mikrometer of hoger. Vanwege de 10 steeds sterker wordende vraag naar meer elektronische elementen per oppervlakte-eenheid van het substraat, dus naar nog kleinere afmetingen van deze elementen, is er steeds meer behoefte aan een apparaat dat repeterende afbeeldingen kan maken waarvan de details, of lijnbreedtes, kleiner dan één mikrometer zijn.

15 Een optisch afbeeldingssysteem voor een dergelijk apparaat moet een zeer groot oplossend vermogen hebben, terwijl het beeldveld relatief groot, bijvoorbeeld in de orde van 10 X 10 mm^ moet zijn. Bij gebruik van een dergelijk afbeeldingssysteem kan een probleem dat tot nu toe niet ernstig was een grote rol gaan spelen, het probleem namelijk 20 dat het gedrag van het afbeeldingssysteem afhankelijk is van omgevingsinvloeden. Zo kan het fokusvlak van dit systeem zich verplaatsen bij veranderingen van bijvoorbeeld de druk in het medium waarin zich dit systeem bevindt, zodat een maskerpatroon niet meer scherp op het substraat wordt afgeheeld, ondanks dat de afstand tussen 25 het afbeeldingssysteem en het substraat korrekt is. De genoemde verplaatsing kan door het fokusfoutdetektiestelsel niet waargenomen worden, omdat er geen verandering in de onderlinge positie van het substraat en het afbeeldingssysteem optreedt.

Het is verder veelal gewenst dat de bedienaar van het 30 genoemde apparaat voor het maken van afbeeldingen met sub-mikrometer details beschikt over de mogelijkheid om, aan de hand van een met het apparaat belicht en daarna gekontroleerd proef-substraat, het nulpunt van de fokusregeling te kunnen verleggen, ofwel een bepaalde “off-set" in het fokusfoutsignaal aan te brengen.

35 De onderhavige uitvinding heeft ten doel een afbeeldingssysteem met een fokusfoutdetektiestelsel te verschaffen waarin aan deze wens en aan het eerder genoemde bezwaar tegemoet gekomen . J 7 ' ' * * > £ Hr PHK 11.636 3 wordt. Het afbeeldingssysteem volgens de uitvinding vertoont daartoe als kenmerk, dat het fokusfoutdetektiestelsel instelbare middelen bevat voor het, onafhankelijk van de genoemde afwijking, verplaatsen van de in het vlak van de detektoren gevormde afbeelding van de stralingsvlek ten 5 opzichte van de detektoren, waardoor een verschuiving van het nulpunt in het fokusfoutsignaal tot stand wordt gebracht.

Daardoor gaat het fokusservosysteem regelen op een referentie die bepaald wordt door de grootte van het signaal waarmee de genoemde instelbare middelen worden gestuurd. Dit signaal kan 10 bijvoorbeeld evenredig zijn met de druk van het medium waarin zich het afbeeldingssysteem bevindt, of een door de bedienaar van het apparaat ingevoerd signaal zijn.

De instelbare middelen kunnen gevormd worden door een, bijvoorbeeld elektromechanische, aandrijver voor het langs de optische 15 as van het afbeeldingssysteem verplaatsen van het gehele fokusfoutdetektiestelsel ten opzichte van het afbeeldingssysteem.

Omdat daarbij een relatief grote massa met een nauwkeurigheid in de orde van ééntiende mikrometer verplaatst moet worden, zal men in de praktijk de voorkeur geven aan een uitvoeringsvorm 20 die als kenmerk heeft, dat een van de optische elementen in het fokusfoutdetektiestelsel verplaatsbaar of kantelbaar is ten opzichte van de andere optische elementen in dit stelsel.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het optische afbeeldingssysteem vertoont als verder kenmerk, dat het 25 fokusfoutdetektiestelsel een instelbaar optisch element met geringe optische sterkte bevat.

Dit element maakt geen deel uit van het oorspronkelijke fokusfoutdetektiestelsel, maar wordt speciaal ten behoeve van de instelbaarheid van het nulpunt van het fokusfoutsignaal in het 30 fokusfoutdetektiestelsel opgenomen. Door de geringe optische sterkte van het instelbare element wordt door kanteling over een relatief grote hoek, of verplaatsing over een relatief grote afstand, van het element een relatief geringe verplaatsing van de op de détektoren herafgebeelde stralingsvlek bewerkstelligt, zodat de gewenste verplaatsing van deze 35 stralingsvlek met grote nauwkeurigheid gerealiseerd kan worden.

Een uitvoeringsvorm van het fokusfoutdetektiestelsel met een instelbaar optische element vertoont als kenmerk, dat dit element

*> V

- J - , ? % PHN 11.636 4 wordt gevormd door een dwars op de as van de hulpbundel verplaatsbare zwakke lens.

Omdat een kanteling mechanisch gemakkelijker met de gewenste nauwkeurigheid te realiseren is dan een verplaatsing vertoont 5 de voorkeursuitvoeringsvorm van het fokusfoutdetektiestelsel als kenmerk, dat het instelbare optische element wordt gevormd door een kantelbare dunne plan-parallelle plaat.

Een extra voordeel van de uitvinding wordt verkregen in een optisch afbeeldingssysteem dat als kenmerk vertoont, dat in de weg 10 van de een eerste maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel een bundelomkerend element, dat de hulpbundel gespiegeld in zichzelf reflekteert, aangebracht is en dat de twee detektoren geplaatst zijn in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel. Zoals beschreven is in het Amerikaanse octrboischrift no.

15 4.356.392, wordt door deze extra maatregel bereikt dat lokale reflektieverschillen van het tweede vlak geen invloed op het fokusfoutsignaal hebben, terwijl de gevoeligheid van het fokusfoutdetektiestelsel met een faktor twee vergroot wordt. Indien bij het verschuiven van het fokusvlak van het afbeeldingssysteem ten gevolge 20 van bijvoorbeeld een verandering van de druk in het omringende medium, niet de verschuiving van het nulpunt in het fokusfoutsignaal volgens de uitvinding zou worden toegepast, zou de stralingsvlek die door de heengaande bundel op het tweede vlak gevormd wordt niet meer samenvallen met de stralingsvlek die door de terugkerende hulpbundel op.het tweede 25 vlak gevormd wordt, en zou het fokusfoutsignaal wel weer beïnvloed worden door lokale reflektieverschillen van het tweede vlak.

De uitvinding kan met veel voordeel toegepast worden in een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, bevattende een zich tussen een maskerpatroonhouder en een 30 substraathouder bevindende afbeeldingssysteem voorzien van een fokusfoutdetektiestelsel. Dit apparaat vertoont als kenmerk, dat het fokusfoutsignaal met instelbaar nulpunt wordt toegevoerd aan een aandrijver voor een van de onderdelen: afbeeldingssysteem en substraathouder voor het ten opzichte van elkaar verschuiven van deze 35 onderdelen in de richting van de optische as van het afbeeldingssysteem.

Daarnaast is de uitvinding algemeen toepasbaar in van een fokusfoutdetektiestelsel voorziene afbeeldingssystemen waarvan het •n . . > λ , \ t y ; - - Ί ::) * *r * PHN 11.636 5 fokusvlak zich door veranderingen in het omringende medium kan verplaatsen, of door een gebruiker instelbaar moet zijn. Daarbij kan gedacht worden aan mikroskopen, zowel aan reflektie-mikroskopen als aan transmissie-mikroskopen. Vanwege de scherende inval van de hulpbundel 5 zal ook aan een doorzichtig voorwerp nog een hoeveelheid straling gereflekteerd worden die voldoende groot is om gebruikt te kunnen worden voor de fokusfoutdetektie.

De uitvinding zal nu worden toegelicht door beschrijving van haar toepassing in een apparaat voor het repeterend afbeelden van 10 een maskerpatroon op een halfgeleidersubstraat. Daarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een afbeeldingssysteem volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2 het verloop van het fokusfoutsignaal als funktie 15 van de afstand tussen het afbeeldingssysteem en het tweede vlak toont, figuur 3 de werking van het instelbare optische element in het fokusfoutdetektiestelsel verduidelijkt, de figuren 4a en 4b het verschil in werking van het bekende en het nieuwe fokusfoutdetektiestelsel bij veranderende positie 20 van het beeldvlak van het afbeeldingssysteem illustreren, en figuur 5 een tweede uitvoeringsvorm van het fokusfoutdetektiestelsel volgens de uitvinding en, schematisch, een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat laat zien.

25 In figuur 1 is L een afbeeldingssysteem dat een, niet weergegeven, voorwerp moet afbeelden in een vlak ps, dat het oppervlak van een halfgeleidersubstraat kan zijn en hierboven is aangeduid met het tweede vlak. Het afbeeldingssysteem kan een aantal lenselementen bevatten, waarvan er een in figuur 1 met L·^ is aangegeven, die 30 aangebracht zijn in een lenshouder H. Met het afbeeldingssysteem is verbonden een fokusfoutdetektiestelsel, dat bevat een stralingsbron 1, bij voorkeur een diodelaser, een aantal reflekterende elementen, bijvoorbeeld prisma's, 2, 3, 4 en 5, en twee stralingsgevoelige detektoren 6 en 7, bijvoorbeeld fotodiodes. Het fokusfoutdetektiestelsel 35 kan star met het afbeeldingssysteem L verbonden zijn, hetgeen schematisch aangegeven is met de verbindingen 8 en 9 tussen de prisma's 2 en 5 en het systeem L. De door de bron 1 uitgezonden hulpbundel b

^ * -TP

‘ ' v Λ f . ,

v ι/' V

PHN 11.636 6 wordt door de prisma's 2 en 3 naar het vlak pg gericht, en de door dit vlak gereflekteerde bundel wordt via de prisma's 4 en 5 naar de detektoren 6 en 7 geleid. Een eerste lens 10 vormt een afbeelding, in de vorm van een stralingsvlek in een vlak pF, het beeldvlak van het 5 fokusfoutdetektiestelsel, terwijl een tweede lens 11 deze stralingsvlek afbeeldt als stralingsvlek V2 in het vlak pQ van de detektoren. Het fokusfoutdetektiestelsel is ten opzichte van het afbeeldingssysteem L zó uitgericht dat de lens 11 het snijpunt van de optische as 00' met het beeldvlak p^ van het afbeeldingssysteem L, welk beeldvlak in dit 10 snijpunt horizontaal is en samenvalt met het beeldvlak pF van het fokusfoutdetektiestelsel, afbeeldt in het vlak van de detektoren 6 en 7.

Indien het beeldvlak pL samenvalt met het, meer of minder reflekterend, vlak Pg wordt de stralingsvlek afgebeeld in 15 een stralingsvlek V2 die symmetrisch ten opzichte van de detektoren 6 en 7 gelegen is. Deze detektoren ontvangen dan gelijke stralingsintensiteiten. Het uitgangssignaal, het fokusfoutsignaal Sf, van een met de detektoren 6 en 7 verbonden verschilversterker 12 is dan nul. Bij een verandering van de afstand tussen het vlak ps en het 20 afbeeldingssysteem verschuift de herafgebeelde stralingsvlek over de detektoren 6 en 7. Indien, zoals in figuur 1 aangegeven is, het vlak Ps naar beneden verschoven is, aangegeven met ps', wordt de op dit vlak gevormde stralingsvlek V^' afgebeeld in V2' volgens de met streeplijnen aangegeven stralengang. Dan ontvangt de detektor 6 een 25 kleinere stralingsintensiteit dan de detektor 7, en is het signaal bijvoorbeeld negatief. Bij een verschuiving van het vlak ps naar boven treedt het omgekeerde op en ontvangt de detektor 6 een grotere stralingsintensiteit dan de detektor 7. Dan is het signaal bijvoorbeeld positief. Het signaal wordt toegevoerd aan een 30 stuurcircuit 13 voor een aandrijver 14 waarmee de axiale positie van het substraatvlak ps, of van het afbeeldingssysteem L, kan worden bijgeregeld.

De invalshoek α waaronder de hulpbundel b op het vlak Pg invalt wordt zo groot mogelijk gekozen, bijvoorbeeld in de orde van 35 80°, om een zo groot mogelijke gevoeligheid voor positiefouten van het vlak ps ten opzichte van het afbeeldingssysteem L te verkrijgen en om een zo groot mogelijke reflektie van de hulpbundel b aan het vlak ps *·*· t \ . * ^ 't {'

iu J ’J

2- -¾ PHN 11.636 7 te bewerkstelligen.

In figuur 2 is het fokusfoutsignaal als funktie van de afstand z tussen het vlak ps en het vlak van het afbeeldingssysteem weergegeven. Dit signaal is lineair rondom het punt 5 z = 0, dat de situatie representeert dat de twee vlakken samenvallen.

Nadat het signaal een extremum heeft bereikt blijft het konstant zolang de stralingsvlek V ' zich nog boven een der detektoren bevindt, u om daarna nul te worden. Het fokusfoutdetektiestelsel is erg nauwkeurig, echter het totale lineaire regelbereik d is slechts in de orde van 10 enige, bijvoorbeeld zes, mikrometers.

Indien men verwacht dat door veranderingen in het medium waarin zich het afbeeldingssysteem bevindt, bijvoorbeeld een verandering van de druk, welke verandering een variatie van de brekingsindex tot gevolg heeft, de fokussering van dit systeem kan variëren, welke 15 variatie niet door het fokusfoutdetektiestelsel waargenomen kan worden, wil men de mogelijkheid hebben voor deze variatie te kunnen kompenseren. Verder wil men veelal kunnen beschikken over de mogelijkheid om de fokussering met de hand te kunnen instellen, aan de hand van een proefafbeelding met het afbeeldingssysteem gemaakt op een 20 test-substraat bij optimaal ingestelde afstand tussen het afbeeldingssysteem en dit substraat.

Om aan deze wensen tegemoet te komen, zou men kunnen overwegen om langs elektronische weg het nulpunt van het fokusfoutsignaal, dat wil zeggen het punt waarop het fokusservosysteem 25 regelt, te verschuiven door aan het stuurcircuit 13 een signaal evenredig met bijvoorbeeld de drukverandering, of een signaal dat bepaald wordt door de bedienaar van het systeem, toe te voeren. Dan moet echter dit signaal, vanwege het kleine lineaire regelbereik d van het signaal S£, erg klein blijven. Bovendien gaat dan in het 30 fokusfoutdetektiestelsel waarin de hulpbundel tweemaal door het tweede vlak, of substraat, wordt gereflekteerd, de voordelen van dit specifieke stelsel verloren, omdat dan de stralingsvlek die bij de eerste doorgang van de hulpbundel en de stralingsvlek die bij de tweede doorgang van deze bundel op het tweede vlak gevormd worden niet meer samenvallen.

35 Volgens de uitvinding wordt de nulpunt-verschuiving, of off-set, in het fokusfoutsignaal verkregen door de positie van de herafgebeelde stralingsvlek V2 in het vlak van de detektoren te PHN 11.636 8 verschuiven in afhankelijkheid van de genoemde drukverandering of van de grootte van het door de bedienaar van het systeem ingevoerde signaal. Deze verschuiving kan, zoals in figuur 3 getoond wordt, verkregen worden door het beeldvlak pp van het fokusfoutdetektiestelsel, dus het vlak 5 waarin een scherpe afbeelding van de stralingsbron 1 gevormd wordt te verschuiven. De verschuiving van dit beeldvlak kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door kantelen van een plan-parallelle plaat 15 om een as 16. Het verschoven beeldvlak van het fokusfoutdetektiestelsel is aangegeven met pp", PL" is het onder invloed van 10 omgevingsvariaties verschoven beeldvlak van het afbeeldingssysteem.

Omdat nu, ook bij een korrekte onderlinge afstand van het substraatvlak Ps en het afbeeldingssysteem, het vlak Pp" niet samenvalt met het vlak Pg, is de van de stralingsvlek " op het substraatvlak gevormde afbeelding V2" in het detektorvlak pD verschoven ten 15 opzichte van de afbeelding V2, en is het fokusfoutsignaal ongelijk aan nul. Onder invloed van dit signaal wordt het substraatvlak verschoven van ps naar ps" zodanig dat het fokusfoutsignaal weer nul wordt.

Aldus is de onderlinge afstand tussen het substraatvlak en het afbeeldingssysteem L aangepast aan bijvoorbeeld de drukverandering of 20 het door de bedienaar van het systeem ingevoerde signaal.

In de figuren 4a en 4b is het verschil in gedrag van het bekende fokusfoutdetektiestelsel en van het fokusfoutdetektiestelsel volgens de uitvinding bij verschuiving van het beeldvlak pL van het afbeeldingssysteem of bij het uitvoeren van een fokuskorrektie door de 25 bedienaar van het systeem, schematisch geïllustreerd. In deze figuren is slechts het gedeelte van de stralingsweg tussen de twee lenzen 10 en 11 weergegeven. Het beeldvlak van het fokusfoutdetektiestelsel is weer met pF aangegeven, en het tweede - of substraatvlak met ps. In het bekende fokusfoutdetektiestelsel, figuur 4a, waarin alleen de afstand 30 tussen het afbeeldingssysteem L en het substraat wordt bijgeregeld zodanig dat het vlak pF samenvalt met het vlak ps, wordt een verschuiving van het beeldvlak pL" van het afbeeldingssysteem niet waargenomen. Immers, deze verschuiving beïnvloedt niet de positie van de stralingsvlek op het substraatvlak ps en dus ook niet de 35 positie van de afbeelding van deze vlek op de detektoren.

In het fokusfoutdetektiestelsel volgens de uitvinding, figuur 4b, wordt het beeldvlak pp" van het fokusfoutdetektiestelsel . b, -* 7 PHN 11.636 9 verschoven evenredig met de verplaatsing van het beeldvlak pl'' van het afbeeldingssysteem. Daardoor verschuift de stralingsvlek '' op het substraatvlak ps en daarmee de afbeelding van deze vlek op de detektoren. Dientengevolge wordt het fokusfoutsignaal Sf ongelijk aan 5 nul en wordt de positie van het substraatvlak bijgeregeld zodanig dat dit vlak ps'' weer samenvalt met de verschoven beeldvlakken pF" en

De verschuiving van het beeldvlak pF van het fokusfoutdetektiestelsel kan op verschillende manieren tot stand 10 gebracht worden. Een eerste mogelijkheid is het totale fokusfoutdetektiestelsel ten opzichte van het afbeeldingssysteem L te verplaatsen, waartoe bijvoorbeeld de verbindingen 8 en 9 in figuur 1 glijdbaar uitgevoerd zouden kunnen worden. Omdat het verplaatsen met de gewenste precisie in de orde van tienden van mikrometers van de relatief 15 grote massa van het fokusfoutdetektiestelsel geen eenvoudige opgave is, geeft men er in de praktijk de voorkeur aan een licht element binnen dit stelsel te bewegen. Verreweg de voorkeur verdient daarbij het aanbrengen in het fokusfoutdetektiestelsel van een plan-parallelle plaat 15 die om een as 16 kantelbaar is. Door deze plaat te kantelen wordt de optische 20 weglengte voor de bundel b veranderd en dus de positie van het vlak pF waarin de stralingsbron 1 wordt afgeheeld. Indien de plaat dun is, bijvoorbeeld in de orde van 150 mikrometer, levert een kanteling over een hoek van bijvoorbeeld 1°, een zeer kleine verplaatsing, bijvoorbeeld 1 mikrometer, van het vlak pF op, zodat de positie van 25 het vlak pF zeer nauwkeurig ingesteld kan worden.

In plaats van een kantelbare plan-parallelle plaat kan ook een zwakke lens in het fokusfoutdetektiestelsel aangebracht worden. Door verplaatsing van een dergelijke, in figuur 1 met een streeplijn aangegeven lens 26 in de richting van de pijl 27 wordt ook de gewenste 30 verplaatsing verkregen.

Behalve door verschuiving van het beeldvlak pf kan de gewenste verplaatsing van de stralingsvlek V2 over de detektoren 6 en 7 ook gerealiseerd worden door kantelen of verplaatsen van een element in de stralingsweg tussen het substraat en het vlak pD van de 35 detektoren. De elementen 15 en 26 kunnen dus ook in het rechterdeel van het systeem volgens de figuren 1 en 3 aangebracht zijn.

Verder kan de verplaatsing van de stralingsvlek V2 over . s ^ PHN 11.636 10 de detektoren ook tot stand gebracht worden door het kantelen of verplaatsen van elementen van het fokusfoutdetektiestelsel zelf, zoals door het kantelen van de prisma's 2, 3, 4 of 5, het verplaatsen van een van de lenzen 10 en 11 of van de diodelaser 1 of van de detektoren dwars 5 op de as van de bundel b.

In figuur 5 is een fokusfoutdetektiestelsel weergegeven waarin de voordelen van de uitvoeringsvorm volgens het Amerikaanse octrooischrift no. 4.356.392 gekombineerd zijn met het voordeel van de onderhavige uitvinding.

10 In de weg van de door het vlak ps gereflekteerde bundel b is nu een bundel-omkeerelement, of retro-reflektor, aangebracht. Een dergelijke retro-reflektor kan gevormd worden door een holle spiegel, of door een zogenaamd "cats-eye" dat, zoals in figuur 5 is aangegeven, bestaat uit de lens 11 en een spiegel 17 die in het brandvlak van de 15 lens 11 is aangebracht. Door een dergelijke retro-reflektor wordt de bundel b in zichzelf gereflekteerd en weer in dezelfde stralingsvlek gefokusseerd. Zoals beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.356.392, zal daarbij een gedeelte van de bundel b dat eerst in een eerste gedeelte van de stralingsvlek terechtkomt na reflektie door 20 de spiegel 17 in een tweede, diametraal ten opzichte van het eerste gedeelte gelegen, tweede gedeelte van de stralingsvlek terecht komen. Daardoor zullen lokale reflektieverschillen, ten gevolge van bijvoorbeeld lichtverstrooiende strukturen in het vlak ps de intensiteitsverdeling binnen de op de detektoren 6 en 7 gevormde 25 stralingsvlek V2 niet kunnen beïnvloeden. Bij verplaatsen van het beeldvlak pf van het fokusfoutdetektiestelsel op de wijze volgens de uitvinding blijven de voordelen van het tweemaal op dezelfde positie in het vlak pg reflekteren van de hulpbundel b behouden.

Om ook voor kleine verplaatsingen van het vlak ps ten 30 opzichte van het afbeeldingssysteem een voldoend groot fokusfoutsignaal te verkrijgen, moet de stralingsvlek een grote helderheid hebben. Daarom wordt als stralingsbron 1 bij voorkeur een laser gebruikt die een stabiele bundel levert. De door deze laser, bij voorkeur een diodelaser, geleverde bundel b Wordt door een lens 18 in een evenwijdige 35 bundel omgezet. Een deel van deze bundel wordt naar het prisma 2 gereflekteerd door een bundeldeler 19 die kan bestaan uit een halfdoorlatende spiegel, een halfdoorlatend prisma of uit een kombinatie PHN 11.636 11 van een polarisatiegevoelig deelprisma 19 en een X/4-plaat 21, waarin λ de golflengte van de bundel b is. Van de terugkerende bundel,.die tweemaal door het vlak ps gereflekteerd is, wordt een gedeelte door de bundeldeler 19 doorgelaten naar de twee detektoren 6 en 7. Een lens 21 5 vormt in het vlak van de detektoren een afbeelding V2 van de stralingsvlek V^.

Door gebruik te maken van een polarisatiegevoelig prisma en een λ/4-plaat wordt bereikt dat de inkoppeling van de van de bron 1 afkomstige bundel en de uitkoppeling van de tweemaal door het substraat 10 gereflekteerde bundel vrijwel verliesvrij is. De van de bron afkomstige bundel is zodanig gepolariseerd dat hij vrijwel volledig door het prisma 19 wordt doorgelaten. Op zijn heen- en terugweg doorloopt deze bundel tweemaal de λ/4-plaat waardoor zijn polarisatierichting over 90° gedraaid wordt zodat de bundel vervolgens vrijwel volledig door het 15 prisma 19 wordt doorgelaten.

De λ/4-plaat is bij voorkeur geplaatst in de heengaande bundel vóór het substraat S. Dan speelt het feit dat de reflektiekoêffieiênt van het substraatvlak ps voor een bundel met een eerste polarisatierichting verschillend kan zijn van die 20 koêfficiënt voor een bundel met een tweede polarisatierichting die loodrecht de eerste richting is geen rol meer. De door de diodelaser uitgezonden lineair gepolariseerde straling wordt door de λ/4-plaat 21 omgezet in circulair gepolariseerde straling, zodat de op het susbstraatvlak ps invallende straling twee onderling loodrecht 25 gepolariseerde bundelkomponenten bevat. Dan heeft de λ/4-plaat dus een dubbele funktie.

Bij gebruik van het afbeeldingssysteem in een apparaat voor het repeterend belichten van een substraat, is dit systeem opgenomen in een projektiekolom F, zoals aangegeven in figuur 5. Dit 30 systeem dient voor het afbeelden van een, op een maskertafel 25 gelegen, maskerpatroon 24 op het vlak ps van een substraat S dat aangebracht is op een substraattafel 23. Het afbeeldingssysteem, of een gedeelte daarvan, is langs de optische as 00' beweegbaar door middel van, op zichzelf bekende en hier niet weergegeven, aandrijfmiddelen, die 35 gestuurd worden door het signaal S^. Het is ook mogelijk dat het afbeeldingssysteem stilstaat en de substraattafel 23 langs de optische as verschoven wordt, weer in afhankelijkheid van het signaal S^. In r * ^ PHN 11.636 12 richtingen loodrecht op de optische as is de projektiekolom F onbeweegbaar. Zoals in figuur 5 is aangegeven, kan de lenshouder H eventueel samen met het fokusfoutdetektiestelsel in de projektiekolom F bevestigd zijn door middel van bijvoorbeeld veren 22 of membranen. Het 5 substraat is in twee onderling loodrechte richtingen in een vlak dwars op de optische as 00' ten opzichte van de projektiekolom beweegbaar.

Voor meer bijzonderheden over het apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat wordt verwezen naar bijvoorbeeld het artikel: "Automatic Alignment System for Optical Projection 10 Printing", in: "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-26, no. 4, April 1979, pag. 723-728.

Bij het bepalen van een fokusfout met behulp van het hier beschreven fokusfoutdetektiestelsel wordt geen gebruik gemaakt van bijzondere eigenschappen van het afbeeldingssysteem of het substraat, of 15 tweede vlak. Nodig en voldoende is slechts dat dit tweede vlak enigszins reflekterend is. Het fokusfoutdetektiestelsel is daarom overal bruikbaar waar met zeer grote precisie afbeeldingen met kleine detail-grootte gemaakt moeten worden en veranderingen in de omgevingsparameters de lenswerking van het afbeeldingssysteem kunnen beïnvloeden. Een 20 voorbeeld van een dergelijk systeem is een mikroskoop.

Claims

1. Optisch afbeeldingssysteem voorzien van een opto- elektronisch fokusfoutdetektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingssysteem en een tweede vlak waarin een afbeelding door het afbeeldingssysteem gevormd moet worden, 5 welk detektiestelsel bevat een een hulpbundel leverende stralingsbron, twee stralingsgevoelige detektoren die zich aan dezelfde zijde van het tweede vlak bevinden als de stralingsbron, alsmede optische elementen voor het richten van de hulpbundel op het tweede vlak, voor het vormen van een stralingsvlek op dit vlak en voor het afbeelden van deze 10 stralingsvlek in het vlak van de twee detektoren, waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de twee detektoren een maat is voor de genoemde afwijking, met het kenmerk, dat het fokusfoutdetektiestelsel instelbare middelen bevat voor het, onafhankelijk van de genoemde afwijking, verplaatsen van de in het vlak van de detektoren gevormde 15 afbeelding van de stralingsvlek ten opzichte van de detektoren, waardoor een verschuiving van het nulpunt in het fokusfoutsignaal tot stand wordt gebracht.

2. Optisch afbeeldingssysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een van de optische elementen in het 20 fokusfoutdetektiestelsel verplaatsbaar of kantelbaar is ten opzichte van de andere elementen in dit stelsel.

3. Optisch afbeeldingssysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het fokusfoutdetektiestelsel een instelbaar optisch element met geringe optische sterkte bevat.

4. Optisch afbeeldingssysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het instelbare optische element wordt gevormd door een dwars op de as van de hulpbundel verplaatsbare zwakke lens.

5. Optisch afbeeldingssysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het instelbare optische element wordt gevormd door een 30 kantelbare dunne plan-parallelle plaat.

6. Optisch afbeeldingssysteem volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel een bundelomkerend element, dat de hulpbundel gespiegeld in zichzelf reflekteert, aangebracht is en dat de 35 twee detektoren geplaatst zijn in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel.

7. Apparaat voor het repeterend afbeelden van een PHN 11.636 14 maskerpatroon op een substraat, bevattende een zich tussen een maskerpatroonhouder en een substraathouder bevindend afbeeldingssysteem voorzien van een fokusfoutdetektiestelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het fokusfoutsignaal met instelbaar 5 nulpunt wordt toegevoerd aan een aandrijver voor een der onderdelen: afbeeldingssysteem en substraathouder voor het ten opzichte van elkaar verschuiven van deze onderdelen in de richting van de optische as van het afbeeldingssysteem. "’W ' - *.·· . J v