DE4007069C2 - Vorrichtung zur optischen Abbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Abbildung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beispielsweise zur Verwendung in Verkleinerungsgeräten oder anderen optischen Abbildungsgeräten, wobei eine Mustervorlage auf ein zu belichtendes Material übertragen wird.

Bislang wurde üblicherweise für Lithographieverfahren ein Mustergenerator mit variabler Apertur verwendet, der ein nicht rechtwinkliges Muster auf ein Belichtungsmaterial kopierte. Solche bekannten Mustergeneratoren liefern ein rechtwinkliges Muster, das normalerweise von zwei Paaren sich gegenüberliegender Blendenflügel vorgesehen wird, wobei beide Paare gemeinsam eine Vorrichtung zur Definition einer variablen Apertur bilden. Ein solcher Mustergenerator projiziert das rechtwinklige Muster schrittweise nach Art eines Kopier- und Repetiervorgangs durch ein optisches Linsensystem auf ein belichtetes Material, um auf diese Weise ein wahlweise belichtetes Muster in Form eines geeigneten Kreises, eines geeigneten Dreiecks, Quadrates oder anderen Formen zu erzeugen.

Bekannte Musterlithographien mit solchen Mustergeneratoren benötigen einen relativ großen Zeitaufwand, da mit einer einzigen Belichtung die beliebigen Muster nicht erstellbar sind. Zudem ist eine zweidimensionale Bewegung des belichteten Materials erforderlich.

Um diese Probleme zu lösen, hat die vorliegende Anmelderin eine Vorrichtung zur Definition einer variablen Apertur vorgeschlagen, die zumindest ein Paar zwei sich gegenüberliegender Blenden umfaßt, die jeweils relativ zueinander bewegbar sind, wobei zumindest eine der beiden sich gegenüberliegenden Blenden einen V-förmigen Schlitz aufweist, so daß ein wahlfreies polygonales Muster erzeugt werden kann (japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. SHO 36-42799). In dieser Auslegung besteht jedoch noch ein Problem darin, daß diese Vorrichtung zur Definition einer variablen Apertur lediglich ein angenähert kreisförmiges Muster erzeugen kann und die Dimensionen eines polygonalen Musters zwar schrittweise, jedoch nicht stufenlos geändert werden können. [Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. SHO 61-220895 beschreibt eine vergleichbare Vorrichtung mittels zweier solcher Blenden, wobei auch diese zum Zeichnen eines geeigneten Kreises dienende Vorrichtung die gleichen Nachteile beinhaltet.]

Die vorliegende Anmelderin schlug daraufhin ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung vor, in der ein Musterbild der die Apertur definierenden Vorrichtung nicht mechanisch geändert wurde, sondern die Vergrößerung eines Musterbildes optisch geändert wurde (japanische Patentanmeldung Nr. SHO 63-24629). Die Lehre dieser Anmeldung besteht darin, daß Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle auf eine Mustervorlage projiziert wird, ein optisches Linsensystem das resultierende Projektionsbild der Mustervorlage auf einem belichteten Material hervorruft, daß zumindest die Mustervorlage oder das belichtete Material oder beide entlang einer optischen Achse bewegt wird bzw. werden oder daß zwischen der Mustervorlage und dem optischen Linsensystem eine Vergrößerungskorrekturlinse vorgesehen wird, wobei entweder die Mustervorlage oder die Vergrößerungskorrekturlinse oder beide auf der optischen Achse bewegt werden und daraufhin die Mustervorlage und die Vergrößerungskorrekturlinse bewegt werden, während die Bewegungspositionen so beibehalten werden, daß die Abbildungsposition der Vergrößerungskorrekturlinse mit einer vorbestimmten Position zusammenfällt, wodurch die Vergrößerung des projizierten Musters auf dem belichteten Material stufenlos geändert wird.

In diesem früheren Verfahren bzw. in der entsprechenden Vorrichtung der obigen japanischen Patentanmeldung besteht jedoch ein Problem darin, daß zur Variation der Vergrößerung zwischen der Mustervorlage und dem abgebildeten Muster auf dem belichteten Material jede der einzelnen Komponenten, die Mustervorlage, das belichtete Material und die Vergrößerungskorrekturlinse entlang der optischen Achse bewegt werden müssen, und daß, da die Abbildungsposition des projizierten Musters auf das belichtete Material durch jede dieser Bewegungen verschoben wird, entsprechende Verschiebungen kompensiert werden müssen, so daß die Einstellungen zur Änderung der Vergrößerung kompliziert sind und die Auflösung des abgebildeten Musters herabgesetzt ist.

In der US-PS 4 737 823 sind sowohl Beleuchtungslinsen als auch zwei Abbildungslinsen vorgesehen, von denen eine zur Projektion einer Maske oder Mustervorlage auf eine Substratvorlage in verkleinertem Maßstab dient. Eine Bewegung der Linsen beinhaltet gleichzeitig eine Bewegung der Maske, wobei die Maske mittels ihres Halters und das zwei Linsen umfassende Abbildungssystem mittels seines Halters gegenüber einander und einem Rahmen so bewegt werden, daß durch den Abstand zwischen dem Linsenabbildungssystem und der Maske eine variable Vergrößerung eingestellt wird und dann eine Fokussierung erfolgt, indem der Abstand zwischen der projizierenden Linse des Linsenabbildungssystems und dem Substrat und damit der Maskenabbildung ebenfalls verändert wird. Letzteres ist notwendig, da sich bei der Veränderung der Vergrößerung die Fokuslage des Linsenabbildungssystems bezüglich des Substrats ändert und daher der Abstand zwischen der einen projizierenden Linse und dem Substrat bei jeder Vergrößerungseinstellung entsprechend korrigiert werden muß. Die der Maske vorgeschalteten Beleuchtungslinsen sind fixiert.

Ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur optischen Abbildung anzugeben, bei der die Vergrößerung mit möglichst geringem Aufwand variierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Beleuchtungs- und Abbildungslinsen auf der optischen Achse zur Ausbildung eines optischen Systems in der im Anspruch definierten Weise angeordnet, wobei zwei (eine zweite Beleuchtungslinse und eine erste Abbildungslinse) Linsen des optischen Systems eine Mustervorlage sandwichartig zwischen sich einschließen und diese beiden Linsen relativ zur Mustervorlage so bewegt werden, daß der Abstand zwischen dem Linsenpaar unverändert bleibt. Diese Bewegung wird derart gesteuert, daß die Größe eines von den Abbildungslinsen abgebildeten zweiten Musterbildes sich ändert, wobei der Bewegungsbereich so gewählt wird, daß die Bildpunktverschiebung von diesem zweiten Musterbild innerhalb des objektseitigen Fokusbereichs der Projektionslinse fällt. Auf diese Weise garantiert eine Bildpunktverschiebung des zweiten Musterbildes, das von der Projektionslinse aufgenommen und projiziert wird, um beispielsweise bis zu etwa 0,4 mm noch, daß die Brennweite der Projektionslinse nicht eingestellt werden muß, um ein scharfes Musterbild auf dem Belichtungsmaterial zu entwerfen. Somit erübrigen sich erfindungsgemäß eine Verschiebung der zweiten Abbildungslinse und der Projektionslinse. Allein durch die gemeinsame Verschiebung der zweiten Beleuchtungslinse und der ersten Abbildungslinse kann man ein vergrößertes oder verkleinertes zweites Musterbild innerhalb des objektseitigen Fokusbereichs der Projektionslinse gewinnen, das ohne weitere Nachjustierung der Projektionslinse scharf abgebildet wird. Mit anderen Worten erzeugt nicht die Projektionslinse selbst die gewünschte Variation der Vergrößerung, sondern ihr wird bereits die gewünschte Vergrößerung in Form des entsprechend variierten zweiten Musterbildes angeboten - und zwar innerhalb einer vorbestimmten Projektionslinsen-Brennweitenposition. Im Stand der Technik hingegen müssen stets sowohl die Mustervorlage als auch die der Belichtungsvorlage direkt vorgeschaltete Projektionslinse verstellt werden, wenn die Vergrößerung modifiziert werden soll. Erfindungsgemäß bleibt die Lage sowohl der Mustervorlage als auch der zweiten Abbildungslinse unverändert.

Erfindungsgemäß sind die Beleuchtungslinsen relativ zu den Abbildungslinsen in bestimmter Weise gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs positioniert. So entwirft die zweite Beleuchtungslinse ein erstes Beleuchtungsbild außerhalb des objektraumseitigen Brennpunktes der ersten Abbildungslinse, die ein zweites Beleuchtungsbild außerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes der ersten Beleuchtungslinse entwirft. Ein viertes Beleuchtungsbild wird durch die weiteren Abbildungen so entworfen, daß es mit vorteilhafter Größe und Lage der Eintrittspupillenlage der Projektionslinse erzeugt wird. Das Verhältnis aus dem Durchmesser des Beleuchtungsbildes zum Durchmesser der Eintrittspupille der Projektionslinse (im folgenden als Öffnungsverhältnis bezeichnet) kann dabei innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches gehalten werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Abbildung mit hohem Kontrast und guter Telezentrizität erzeugt werden. Bei der Vergrößerungseinstellung des Musterbildes braucht die Distanz zwischen der zweiten Abbildungslinse und der Projektionslinse nicht korrigiert zu werden. Statt dessen können die zweite Beleuchtungslinse und die erste Abbildungslinse in einfacher Weise als eine Einheit bewegt werden. Infolgedessen ist die Steuerung der Bewegung der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse und der ersten Abbildungslinse einfach und mit hoher Genauigkeit ausführbar.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Abbildungsvorrichtung,

Fig. 2(a) einen Grundriß eines Mechanismus zur Definition einer variablen Apertur aus dieser Vorrichtung,

Fig. 2(b) einen Schnitt durch den Mechanismus aus Fig. 2(a) entlang der Linie B-B,

Fig. 2(c) einen Schnitt durch den Mechanismus aus Fig. 2(a) entlang der Linie C-C,

Fig. 2(d) einen Schnitt durch den Mechanismus aus Fig. 2(a) entlang der Linie D-D,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Mustersteuervorrichtung, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, und

Fig. 4 bis 11 schematische Darstellungen des Strahlenganges optischer Systeme zur Veranschaulichtung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verkleinerungsgerätes, auf das die Erfindung angewandt ist.

Ein XYZ-Objekttisch, der zu belichtendes Material 2, beispielsweise ein Master für eine Schattenmaske, trägt, ist durch die Bezugszahl 1 angedeutet und ist in XYZ- Richtungen bewegbar. Ein optisches Linsensystem 4 mit einem Mechanismus 12 zur Definition einer variablen Apertur ist oberhalb des XYZ-Objekttisches 1 angeordnet. Eine Lichtquelle 5 mit einer Xenonlampe 5a und einer Facettenaugenlinse 5b (fly array lense) ist über Reflexion mittels eines Reflektors 7 oberhalb des optischen Linsensystems 4 angeordnet. Beleuchtungs- oder Belichtungslicht von der Lichtquelle 5 wird über den Reflektor 7 und das optische Linsensystem 4 auf das Material 2 übertragen, welches auf dem XYZ- Objekttisch 1 angeordnet ist, um ein Projektionsmuster, das am Mechanismus 12 zur Definition einer variablen Apertur des optischen Linsensystems 4 vorgesehen ist, auf dem Material 2 verkleinert zu projizieren und abzubilden.

Der XYZ-Objekttisch bzw. die XYZ-Stufe 1 umfaßt eine Basis 1b, die eine schräge obere Führungsfläche 1a aufweist, die zur rechten Seite der Abbildung hin fortschreitend abfällt, ferner einen Z-Achsentisch 1f, dessen untere schräge Fläche 1c sich der schrägen Führungsfläche 1a der Basis 1b anpaßt und der eine horizontale obere Fläche 1d aufweist und von links nach rechts und umgekehrt mit Hilfe eines linearen Antriebsmechanismus 1e, der einen Antriebsmotor und beispielsweise eine Kugelumlaufspindel usw. umfaßt, bewegbar ist. Ferner umfaßt der XYZ-Objekttisch einen X-Achsentisch 1h, der auf Wälzelementen 1g, beispielsweise Kugeln, auf dem Z-Achsentisch 1f zwischen der linken und rechten Seite gleitend angebracht ist. Ferner ist auf dem X- Achsentisch 1h ein Y-Achsentisch 1i angebracht und in Richtung von vorn nach hinten gleitbar. Der lineare Antriebsmechanismus 1e läßt den Z-Achsentisch 1f entlang der schrägen Führungsfläche 1a in Fig. 1 von rechts nach links und umgekehrt gleiten, um das belichtete Material 2, das auf dem Y-Achsentisch 1i plaziert ist, längs einer optischen Achse 6 zu bewegen.

Das optische Linsensystem 4 umfaßt eine erste Be­ leuchtungslinse L_{L 1}, die der Lichtquelle 5 über die Reflexion über den Reflektor 7 gegenüberliegt, ferner eine zweite Beleuchtungslinse L_{L 2} und eine erste Abbildungslinse L_{I 1}, die beide vor oder innerhalb des Bildpunktes O_{L 1} der ersten Beleuchtungslinse L_{L 1} liegen. Ein Fadenkreuz oder eine Strichplatte 11 sind zwischen den beiden Linsen L_{L 2} und L_{I 1} vorgesehen und bilden eine Mustervorlage, beispielsweise für ein kreisrundes Muster. Eine zweite Abbildungslinse L_{I 2} ist außerhalb des Bildpunktes O_{L 1} der ersten Beleuchtungslinse L_{L 1} angeordnet und eine Verkleinerungs­ linse L_R, die eine Projektionslinse darstellt, ist so vorgesehen, daß ein Bildpunkt O_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} in die objektseitige Brennweite der Linse L_R fällt. Die obengenannten Elemente des optischen Linsensystems 4 sind auf der optischen Achse 6 hintereinander angeordnet.

Eine Distanz l zwischen der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} ist so ausgewählt, daß sie kürzer als die Summe (f_{L 2}+f_{I 1}) der Brennweite oder des Brennpunktabstandes f_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der Brennweite f_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} ist, so daß die Strichplatte 11 und ein virtuelles Bild i₂, das, wie später näher erläutert wird, von der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} geliefert wird, in die bildseitige Brennweite f_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und außerhalb der objektseitigen Brennweite f_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} fallen, wie in der Zeichnung durch die entsprechenden Brennpunkte F_{I 1} und F_{L 2}′ angedeutet ist. Das Paar aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} ist entlang der optischen Achse 6 relativ zur Strichplatte 11 so bewegbar, daß die Länge l konstant gehalten wird.

Die Linsen L_{L 2} und L_{I 1} sowie die Strichplatte 11 werden von einem Trag- oder Halterungsmechanismus 13 [Fig. 2(a) bis 2(d) ] gehaltert, der am Mechanismus 12 zur Definition einer variablen Apertur entfernbar angebracht ist. Der Aperturdefinitionsmechanismus 12 umfaßt: eine Führung 14 mit einem Querschnitt, der einer rechtwinkligen U-Form entspricht und an einem fixierten Rahmentragwerk befestigt ist, wobei sich die Führung entlang der X-Achse erstreckt und eine quadratische oder rechtwinklige Öffnung 14a in der Mitte der Führung 14 aufweist; ein Paar von Gleitplatten 15a und 15b, die von der Führung 14 gleitend geführt werden; ein Paar Blendenflügel 16a und 16b, jeweils mit einer Schneidkante an ihren vorderen Enden, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Öffnungsenden 14a der Gleitplatten 15a und 15b befestigt sind; eine weitere Führung 17 mit einem Querschnitt, der der Form eines umgekehrten rechtwinkligen U's entspricht, wobei die Führung 17 am Zentrum der Führung 14 befestigt ist, sich entlang der Y-Achse erstreckt und eine quadratische oder rechtwinklige Öffnung 17a im Zentrum der Führung 17 aufweist; ein weiteres Paar von Gleitplatten 18a und 18b, das in der in Fig. 2(c) gezeigten Weise gleitend von der Führung 17 bewegt wird; und ein weiteres Paar von Blendenflügeln 19a und 19b, die jeweils wiederum Schneidkantenvorderenden aufweisen und an den jeweiligen sich gegenüberliegenden Öffnungsseitenenden 14a der Gleitplatten 18a und 18b angebracht sind. Auf diese Weise bilden die beiden Paare von Blendenflügeln oder Abdeckflügeln 16a, 16b, 19a und 19b gemeinsam ein rechtwinkliges bzw. quadratisches Blendenmuster. Ein Kugelumlaufspindelmechanismus (Fig. 3) umfaßt einen Antriebsmotor 20, eine Gewindespindel oder eine Gewindestange 21, die vom Antriebsmotor 20 angetrieben wird, und eine Kugelmutter 22, die auf die Spindel 21 paßt und jeweils an jedem Blendenflügel 16a, 16b, 19a und 19b befestigt ist und diesen an ihr befestigten Blendenflügel bewegt. In den Fig. 2(a) bis 2(d) sind die Antriebsmechanismen für die Blendenflügel 16b, 19a und 19b nicht dargetellt, und es ist statt dessen nur der Mechanismus für den Blendenflügel 16a bzw. dessen Gleitplatte 15a zu sehen.

Der Halterungsmechanismus 13 umfaßt einen Rahmentragwerk 23, dessen mittlerer Abschnitt lösbar innerhalb der Öffnung 17a in der Führung 17 des Aperturdefinitionsmechanismus 12 angebracht ist und die Strichplatte 11 hält. Ferner umfaßt der Halterungsmechanismus 13 einen oberen Halter 25, der an den oberen Enden von Schiebewellen 24a und 24b befestigt ist, welche mittels linearer Kugellager 23a und 23b vertikal geführt werden, welche innerhalb des Rahmentragwerks 23 befestigt sind, und hält die zweite Beleuchtungslinse L_{L 2}. Ein unterer Halter 26 ist an den unteren Enden der Schiebewellen oder Gleitstücke 24a und 24b befestigt und hält die erste Abbildungslinse L_{I 1}. Ferner umfaßt der Mechanismus 13 ein Paar von Kompressions- oder Druckschraubenfedern 27a und 27b, die jeweils um die Schiebewellen 24a und 24b herum angeordnet zwischen der Unterseite des Rahmentragwerks 23 und der Oberseite des unteren Halters 26 liegen. Darüber hinaus weist der Mechanismus 13 einen Vertilantriebsmechanismus 28 auf, der den oberen Halter 24 vertikal bewegt.

Das Rahmentragwerk 23 umfaßt einen horizontalen Plattenabschnitt 23c und einen vertikalen Abschnitt 23d in Form eines umgekehrten rechtwinkligen U's, der integral an die Unterseite des horizontalen Plattenabschnitts 23c angefügt ist. Eine Durchbohrung oder durchgehende Öffnung 23e erstreckt sich durch den Mittelpunkt des horizontalen Plattenabschnitts 23 und des Abschnitts 23d in Form eines auf dem Kopf stehenden rechtwinkligen U's. Ein Zwischenbereich der Oberfläche der inneren Wandung der durchgehenden Öffnung 23e weist eine Öffnung oder Aussparung auf, die einen Flansch definiert, dessen Unterseite die ein kreisrundes Muster liefernde Strichplatte 11 lösbar hält. Links und rechts von der durchgehenden Aussparung 23e liegende Durchgangslöcher 23f und 23g erstrecken sich durch den horizontalen Plattenabschnitt 23c und den Abschnitt 23d in Form eines vertikalen umgedrehten rechtwinkligen U's. Die entsprechenden Linearkugellager 23a und 23b sind innerhalb der Durchgangslöcher 23f und 23g angeordnet.

Wie aus den Fig. 2(a) und 2(d) hervorgeht, erstreckt sich entsprechend einem vertikalen Antriebsmechanismus 28 ein Paar von Schiebewellen 29a und 29b zwischen der rechten und linken Seite durch die Zentren von Vorder/Hinter-Achsen von im Rahmentragwerk 23 definierten rechtwinkligen Ausnehmungen oder Einstichen 23h und 23i symmetrisch auf der Vorder- und Rückseite der durchgehenden Öffnung 23e, die im horizontalen Plattenabschnitt des Rahmentragwerks 23 definiert ist, eine Verbindungsstange 30a verbindet die linksseitigen, sich außerhalb des Rahmentragwerks 23 erstreckenden Enden der Schiebewellen 29a und 29b, eine weitere Verbindungsstange 23b verbindet die rechtsseitigen, sich außerhalb des Rahmentragwerks 23 erstreckenden Enden der Schiebewellen 29a und 29b, ein Paar von Nocken 31a und 31b, die jeweils eine sich nach rechts fortschreitend absenkende Nockensteuerfläche aufweisen, sind jeweils an Abschnitten der Schiebewellen 29a und 29b befestigt, welche Abschnitte den Aussparungen 23h und 23i entsprechen. Ein Paar von Nockenstößeln 32a und 32b, die jeweils mit Wälzlagern, deren äußere Laufflächen in Kontakt mit den Nockensteuerflächen der Nocken 31a und 31b sind, ausgestattet sind, sind am oberen Halter 25 befestigt, ein Paar von Zug- oder Spannfedern 34a und 34b verbindet die Verbindungsstange 30a mit einem Ständer oder einer Stütze 33, die an der oberen Fläche der Gleitplatte 15a befestigt ist, und ferner können in diesem vertikalen Antriebsmechanismus 28 ein Vorsprung 35a, der an der Verbindungsstange 30a vorgesehen ist, und ein Anschlag 35b, der am Ständer 33 vorgesehen ist und ein einstellbares Vorsprungausmaß aufweist, in Kontakt miteinander sein. Eine Bewegung der Gleitplatte 15a bewegt die Schiebewellen 29a und 29b so, daß der obere und untere Halter 25 und 26 als eine Einheit vertikal bewegt werden.

Ein Träger 36, der auf der Unterseite der Führung 14 des Aperturdefinitionsmechanismus 12 angebracht ist, geht in eine Blendenflügelhalterungsstütze über. Das Zentrum des Trägers 36 hält die zweite Abbildungslinse L_{I 1}. Die Position der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} ist derart ausgewählt, daß der Bildpunkt O_{I 2}′, bei dem das zweite Musterbild I₂ des ring- oder kreisförmigen Musters der Strichplatte 11 durch die zweite Abbildungslinse L_{I 2} hervorgerufen wird, mit einer Position zusammenfällt, an der die beiden Blendenpaare 16a, 16b und 19a, 19b gemeinsam ein quadratisches oder rechteckiges Muster definieren.

Eine Mustersteuervorrichtung 37 (Fig. 3) steuert den Antriebsmotor 20 des Mechanismus 12 zur Definition einer variablen Apertur.

Die Mustersteuervorrichtung 37 umfaßt: einen Mikrocomputer 38, der zumindest ein Eingangs/Ausgangs-Interface 38a, einen Prozessor 38b und einen Speicher 38c umfaßt; eine Motorantriebsschaltung 39 und eine Musterauswahleingabeeinheit 40 zur Eingabe von Projektionsvergrößerungswerten eines projizierten Musters in den Mikrocomputer 38.

Wenn die Musterauswahleingabeeinheit 40 Daten, die die Projektionsvergrößerung festlegen, eingibt, so nimmt der Prozessor 38b des Mikrocomputers ansprechend auf die eingegebenen, die Projektionsvergrößerung festlegenden Daten auf eine gespeicherte Tabelle Bezug, die vorab im Speicher 38c gespeichert worden ist, berechnet eine Zielverschiebung der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1}, die der gewünschten Projektionsvergrößerung entspricht, und erzeugt eine Verschiebungsanweisung für die Motorantriebsschaltung 39 in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Zielverschiebung bzw. dem Verschiebungszielpunkt und einer gerade vorliegenden Position der Einheit aus den Linsen L_{L 2} und L_{I 1}, um den Antriebsmotor 20 zu steuern, so daß auf diese Weise die Projektionsvergrößerung festgelegt wird.

In der Fig. 1 weist die dem belichteten Material 2 gegenüberliegende Unterseite eines feststehenden die Linse L_R halternden hohlen Zylinders 41 eine Aperturöffnung 42 auf, die Belichtungslicht hindurchläßt, und es sind vier Luftzuführdüsen 43 um den Umfang dieser Öffnung 42 in gleichen Intervallen beabstandet angeordnet. Jede der Düsen 43 ist mit einer gemeinsamen Lufteinspeisungsquelle 44 über eine Verengung 45 und mit einer Einlaßöffnung eines gemeinsamen Differentialdruckwandlers 46 verbunden. Der andere Eingangsanschluß des Differentialdruckwandlers 46 steht mit der Lufteinspeisungsquelle 44 über eine weitere Verengung oder Drosselstelle 47 und mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Düsen 43, die Lufteinspeisungsquelle 44, die Verengungen 45 und 47 und der Differentialdruckwandler 46 bilden gemeinsam ein Luftmikrometer 48.

Ein Detektorsignal des Differentialdruckwandlers 46 wird zu einer Brennpunkteinstellsteuervorrichtung oder -stufe 50 geleitet. Die Brennpunkteinstellsteuervorrichtung 50 vergleicht das Detektorsignal des Differentialwandlers 46 mit einem Zielwert, der von einer Zielwertbestimmungseinheit 50a bestimmt worden ist, und erzeugt ein Abweichungssignal, das einen Differenzwert aus diesem Vergleich darstellt und einer Antriebsschaltung 50b, die einen Verstärker usw. umfaßt, zugeführt wird. Die Antriebsschaltung 50b erzeugt ein Antriebsausgangssignal, das eine Betätigungseinheit, beispielsweise einen Motor für den linearen Antriebsmechanismus 1e des XYZ-Objekttisches 1 so steuert, daß der lineare Antriebsmechanismus 1e die Distanz zwischen den Düsen 43 und dem belichteten Material 2 auf einen geeigneten Wert einstellt.

Die XYZ-Achsenbewegungen des XYZ-Objekttisches 1 werden mit Hilfe von Meßwertrückkopplungssignalen von einem Detektor 52 in aufeinanderfolgender Kopier- und Repetiervorgangsweise (step-and-repeat manner) derart gesteuert bzw. geregelt, daß eine ursprüngliche (nicht dargestellte) Markierung, die auf dem Belichtungsmaterial 2 vorgesehen ist, optisch ausgelesen wird, ein Steuerausgangspunkt auf der Grundlage der ausgelesenen ursprünglichen Markierung bestimmt wird der der Detektor 52, beispielsweise eine Laserlängenmeßeinrichtung, die die absoluten Distanzen entlang der XY-Achsen, ansprechend auf einen Belichtungszyklus des projizierten Musters, erfaßt, die auf den gemessenen Wert zurückgehenden Rückkopplungssignale erzeugt.

Im folgenden wird die Funktionsweise des oben erläuterten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird Belichtungslicht vom Austrittsende der Facettenaugenlinse 5b der Lichtquelle 5 vom Reflektor 7 zur ersten Beleuchtungslinse L_{L 1} reflektiert. Die erste Beleuchtungslinse L_{L 1} erzeugt das erste Beleuchtungsbild i₁ an ihrem entsprechenden Bildpunkt O_{L 1}. Die zweite Beleuchtungslinse L_{L 2} erzeugt das zweite Beleuchtungsbild i₂ vom ersten Bild i₁ innerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes F′_{L 2} und außerhalb des objekt- oder gegenstandsraumseitigen Brennpunktes F_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1}, um auf diese Weise das erste Bild i₁ als virtuelles Bild aufzunehmen. Die erste Abbildungslinse L_{I 1} erzeugt das dritte Beleuchtungsbild i₃ so groß wie das erste Beleuchtungsbild i₁ aus dem zweiten Beleuchtungsbild i₂ bei einer Position, die mit der der ersten Abbildung der Lichtquelle i₁ zusammenfällt. Die zweite Abbildungslinse L_{I 2} erzeugt das vierte Beleuchtungsbild i₄ aus dem dritten Beleuchtungsbild i₃ an der Eintrittspupillenposition der Verkleinerungslinse L_R. (Mit Eintrittspupille ist das dingseitige, den Strahlenraum der optischen Abbildung begrenzende Blendenbild gemeint.)

Andererseits erzeugt, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die erste Abbildungslinse L_{I 1} das erste Musterbild I₁ an ihrem Bildpunkt O′_{I 1} vom kreis- oder ringförmigen Muster der Strichplatte 11, die innerhalb des bildseitigen Brennpunktes F′_{L 2}, d. h. der Brennweite, der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} vorgesehen ist. Die zweite Abbildungslinse L_{I 2} erzeugt ein zweites Musterbild I₂ aus dem ersten Musterbild I₁ am Bildpunkt O′_{I 2} innerhalb des objektraumseitigen Fokusbereichs der Reduktionslinse L_R. Die Reduktionslinse L_R reduziert das zweite Musterbild I₂, um dieses auf dem belichteten Material 2 vorzusehen, das auf dem XYZ-Objekttisch 1 plaziert ist. Da das ring- oder kreisförmige Muster der Strichplatte 11 am Bildpunkt O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} abgebildet wird, der innerhalb der zulässigen Objektraumbrennweite der Reduktionslinse L_R fällt, wird die Strichplatte 11 gleichermaßen am Bildpunkt O′_{I 2} plaziert, so daß die Linsen L_{L 1}, L_{L 2}, L_{I 1} und L_{I 2} gemeinsam eine einzige Kondensorlinse zu bilden scheinen.

Entsprechend dieser Anordnung ändert die gleichzeitige Bewegung der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} bezüglich der Strichplatte 11 mittels der Mustersteuervorrichtung 37 die Vergrößerung des Musterbildes, das am Bildpunkt O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} erzeugt wird, in der Weise, daß das Öffnungsverhältnis des Beleuchtungslichtbildes der Lichtquelle 5, das auf die Eintrittspupille der Reduktionslinse L_R einfällt, innerhalb eines zulässigen Bereiches fallen kann.

Im folgenden wird das Prinzip, daß die Änderung der Distanz der Einheit der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} von der Strichplatte 11 die Vergrößerung des zweiten Musterbildes I₂ ändert, näher erläutert.

Zunächst wird die Beziehung zwischen einer Verschiebung Δ eines Objektpunktes O einer einzigen dünnen Linse und einer Verschiebung Δ′ eines entsprechenden Bildpunktes O′ der einzigen dünnen Linse erläutert, wobei diese Beziehung der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt.

In der Fig. 6 ist die objektseitige Brennweite einer dünnen Linse mit f angedeutet, die bildseitige Brennweite ist mit f′ angedeutet, die Distanz vom Hauptpunkt H der dünnen Linse zum Objektpunkt O ist mit S angezeigt, die Distanz vom Hauptpunkt H zum Bildpunkt O′ ist mit S′ angezeigt, die Größe eines Objektes, das am Objektpunkt O liegt, ist mit A angedeutet, die Größe eines entsprechenden Bildes, das am Bildpunkt O′ erzeugt wird, ist mit B angedeutet, und die Vergrößerung wird mit m bezeichnet. Damit ergibt sich die folgende Abbildungsgleichung:

1/S′ = 1/S + 1/f′ (1)

Die Vergrößerung m wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

m = S′/S = B/A. (2)

Infolgedessen werden die Distanzen S und S′ aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt abgeleitet:

S′ = f′ [1/m-1] (3)

S′ = f′ [1-m]. (4)

Die Beziehung zwischen der Verschiebung Δ des Objektpunktes O und der Verschiebung Δ′ des Bildpunktes O′ wird aus Gleichung (1) wie folgt abgeleitet:

In diesem Fall ist das Verhältnis K einer Vergrößerung m* nach einer Verschiebung zur Vergrößerung m vor der Verschiebung durch die folgende Gleichung ausdrückbar:

K = m*/m. (7)

Substitution der Gleichungen (1), (3) und (5) für m* und m aus Gleichung (7) und darauffolgende Umformung der resultierenden Gleichung ergeben die folgende Gleichung:

Die Bildpunktverschiebung Δ′ wird wie folgt ausgedrückt:

Δ′ = mf′ (1-K ). (9)

In ähnlicher Weise wird das Verhältnis K, bezogen auf die Objektverschiebung Δ, wie folgt ausgedrückt:

Die Objektverschiebung Δ ergibt sich wie folgt:

Subtraktion der Gleichung (11) von Gleichung (9) liefert die folgende Gleichung:

Infolgedessen kann die Beziehung zwischen der Bildpunktverschiebung Δ′ und Objektpunktverschiebung Δ wie folgt ausgedrückt werden:

Δ′ = Δ (m²K-1) + Δ = Δm²K. (13)

Da, wenn die erste Abbildungslinse L_{I 1} um eine Verschiebung Δ₁ so verschoben wird, daß das kreisrunde Muster der Strichplatte 11 am Bildpunkt O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} abgebildet wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Beziehung zwischen der Verschiebung Δ₁ der ersten Abbildungslinse L_{I 1} und einer Verschiebung Δ″_I des Bildpunktes O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} mit Bezug auf die erste Abbildungslinse L_{I 1} äquivalent zu der Beziehung zwischen einer Verschiebung Δ₁, um die die Strichplatte 11 in einer bezüglich der Verschiebung der ersten Abbildungslinse L_{I 1} entgegengesetzten Richtung verschoben wird, und der Verschiebung Δ″_I des Bildpunktes O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} ist, so wird folglich eine Verschiebung des ersten Musterbildes I₁, die von der ersten Abbildungslinse L_{I 1} hervorgerufen wird, durch den Ausdruck Δ′_I-Δ_I ausgedrückt. Wird eine Vergrößerung vor der Verschiebung durch m_{I 1} ausgedrückt, eine Vergrößerung nach einer Verschiebung durch m_{I 1}* ausgedrückt und das Verhältnis in der Vergrößerung durch K_{I 1} (=m_{I 1}*/m_{I 1}) ausgedrückt, so wird aus Gleichung (12) die folgende Gleichung abgeleitet:

Δ′_I - Δ_I = Δ_I(m²_{I 1}K_{I 1}-1). (14)

Eine Bildpunktverschiebung Δ″_I der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} wird folgendermaßen ausgedrückt, wenn eine Vergrößerung vor der Verschiebung durch m_{I 2}, eine Vergrößerung nach der Verschiebung durch m_{I 2}* ausgedrückt werden und das Verhältnis der Vergrößerung K_{I 2} (=m_{I 2}*/m_{I 2}) dargestellt wird, wobei die folgende Gleichung aus Gleichung (13) abgeleitet wird:

Δ″_I = (Δ′_I-Δ_Im²_{I 2}K_{I 2} = Δ_I(m²_{I 1}K_{I 1}-1) m²_{I 2}K_{I 2} (15)

Andererseits kann die Objektpunktverschiebung Δ_I der ersten Abbildungslinse L_{I 1} aus Gleichung (11) wie folgt abgeleitet werden:

Eine Objektpunktverschiebung (Δ′_I-Δ_I) der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} kann ebenfalls aus Gleichung (11) wie folgt abgeleitet werden:

Ein Verhältnis der Vergrößerung K_{I 1} kann aus Gleichung (10) wie folgt abgeleitet werden:

Ein Verhältnis der Vergrößerung K_{I 1} kann ebenfalls aus Gleichung (10) wie folgt abgeleitet werden:

Wird die erste Abbildungslinse L_{I 1} um die Verschiebung Δ_I verschoben, wird eine generelle Vergrößerung K_I, die am Bildpunkt O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} geliefert wird, folgendermaßen ausgedrückt:

Ein Umformen dieser Gleichung (20) liefert die Verschiebung Δ_I der ersten Abbildungslinse L_{I 1}, die wie folgt ausgedrückt werden kann:

Wird der zulässige Bereich der Objektraumbrennweite der Reduktionslinse L_R beispielsweise zu 0,4 mm angenommen, so ergeben sich die folgenden Dimensionierungen für die jeweiligen Linsen: Im Fall der ersten Beleuchtungslinse L_{L 1} betragen die Brennweite f_{L 1}= 229,30 mm, der effektive Durchmesser ⌀=79 mm, die f-Zahl (Lichtstärke)=2,9, der Abstand von der Hauptebene zum Objektpunkt S_{L 1}=-1095,56 mm, der Abstand von der Hauptebene zum Bildpunkt S′_{L 1}=3290 mm und die Vergrößerung m_{L 1}=-1/3,7778; im Fall der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} betragen die Brennweite f_{L 2}=76,77 mm, der effektive Durchmesser ⌀=25 mm, die f-Zahl=3,07, der Abstand von der Hauptebene zum Objektpunkt S_{L 2}=-256,04 mm, der Abstand von der Hauptebene zum Bildpunkt S′_{L 2}=59,06 mm und die Vergrößerung m_{L 2}=1/4,3353; im Fall der ersten Abbildungslinse L_{I 1} betragen die Brennweite f_{I 1}=30 mm, der effektive Durchmesser ⌀=17 mm, die f-Zahl=1,76, der Abstand von der Hauptebene zum Objektpunkt S_{I 1}= -36,92 mm, der Abstand von der Hauptebene zum Bildpunkt S′_{I 1}=160,06 mm und die Vergrößerung m_{I 2}= -4,3353 (S_{I 1}=-60 mm, S′_{I 1}=60 mm und die Vergrößerung m_{I 1}=-1 für ein Musterbild); im Fall der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} betragen die Brennweite f_{I 2}=81 mm, der effektive Durchmesser ⌀=32 mm, die f-Zahl=2,53, der Abstand von der Hauptebene zum Objektpunkt S_{I 2}=102,44 mm, der Abstand von der Hauptebene zum Bildpunkt S′_{I 2}=387 mm, die Vergrößerung m_{I 2}=-3,7778 (S_{I 2}=-202,5 mm, S′_{I 2}=135 mm und die Vergrößerung m_{I 2}=-1/1,5 für ein Musterbild). Die Verschiebung Δ_I von L_{I 1} wird für die angegebenen Werte durch die Gleichung (21) hervorgerufen, wobei eine gewünschte allgemeine oder generelle Vergrößerung K₁ gegeben wird. Fällt die Verschiebung Δ″_I des Bildpunktes O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} innerhalb des zulässigen objektseitigen Fokusbereichs von 0,4 mm, so kann in diesem Fall ein gutes defokussiertes bzw. unscharfes freies Musterbild auf die Reduktionslinse L_R fallen.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Verschiebung Δ₁, die Änderung der Vergrößerung als Verhältnis K_{I 1} und die Bildpunktverschiebung Δ′_I-Δ_I der ersten Abbildungslinse L_{I 1} und die Änderungsrate der Vergrößerung K_{I 2} und die Bildpunktverschiebung Δ″_I der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} für verschiedene gegebene generelle oder insgesamte Vergrößerungen K_I.

Tabelle 1

Wie aus dieser Tabelle 1 hervorgeht, wird beim Verschieben der ersten Abbildungslinse L_{I 1} aus einer Position, die das zweite Musterbild des kreisförmigen Musters der Strichplatte 11 am Bildpunkt O′_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} mit einer gleichbleibenden Größe (Vergrößerung von 1) erzeugt, nach links das zweite Musterbild I₂ vergrößert, andererseits wird beim Verschieben der ersten Abbildungslinse L_{I 1} aus dieser Position nach rechts das zweite Musterbild I₂ verkleinert. Werden derartige Vergrößerungs- und Verkleinerungsbereiche mit ±15% angesetzt, so wird dafür gesorgt, daß die Bildpunktverschiebung Δ″_I in den zulässigen objektraumseitigen Fokusbreite (0,4 mm) der Reduktionslinse L_R fällt, so daß die Brennweite der Reduktionslinse L_R nicht speziell eingestellt werden muß.

Wie oben erläutert wurde, erzeugt das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle 5 das erste Beleuchtungsbild i₁ am Bildpunkt O′_{L 1} außerhalb des bildseitigen Brennpunktes F′_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} mittels der ersten Beleuchtungslinse L_{L 1}, wie in Fig. 5 und 7 gezeigt ist. Wie in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, erzeugt die zweite Beleuchtungslinse L_{L 2} das zweite Beleuchtungsbild (die zweite Abbildung des Beleuchtungslichtes) i₂, welches ein virtuelles Bild innerhalb des bildseitigen Brennpunktes F_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} außerhalb des objektraumseitigen Brennpunktes F_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} vom ersten Beleuchtungsbild i₁ darstellt. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, erzeugt die erste Abbildungslinse L_{I 1} das dritte Beleuchtungsbild i₃ ebenso groß wie das erste Bild i₁ am Bildpunkt O′_{L 1} der ersten Beleuchtungslinse L_{L 1} aus dem zweiten Bild i₂. Wie ferner aus Fig. 4 hervorgeht, erzeugt die Abbildungslinse L_{I 2} das vierte Beleuchtungsbild i₄ an der Eintrittspupillenlage der Reduktionslinse L_R aus dem dritten Bild i₃.

In diesem Fall ist die Verschiebung der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} um die Verschiebung Δ_L, wie in Fig. 9 gezeigt, äquivalent zu einer virtuellen Objektpunktverschiebung Δ_L des ersten Beleuchtungslichtbildes i₁, so daß der Bildpunkt O′_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2}, bei dem das Beleuchtungslichtbild i₂ erzeugt wird, relativ zur zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und die Verschiebung Δ′_{L 2} verschoben wird.

Infolgedessen wird die Beziehung der Objektpunktverschiebung Δ_L und der Bildpunktverschiebung Δ′_L aus Gleichung (13) wie folgt ausgedrückt:

Δ′_L = Δ_Lm²_{L 2}K_{L 2} (22)

Da das Verhältnis K_{L 2} sich aus Gleichung (10) wie folgt ergibt:

ergibt sich bei Substitution von K_{L 2} in Gleichung (23) mit Hilfe von Gleichung (22) die folgende Gleichung für die Bildpunktverschiebung Δ′_{L 2}:

Da ein Verschieben des Bildpunktes O′_{L 2}, bei dem das zweite Beleuchtungsbild i₂ erzeugt wird, um die Verschiebung Δ′_{L 2} aus der Anfangsposition der Fig. 10(a) zur Position der Fig. 10(b) äquivalent einer Verschiebung des Objektpunktes O_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} um die Verschiebung Δ_{I 1} (=Δ′_{L 2}) in der Beziehung zwischen dem zweiten Beleuchtungsbild i₂ und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} ist, so ergibt sich folglich die Beziehung zwischen der Objektpunktverschiebung Δ_{I 1} und der Bildpunktverschiebung Δ′_{I 1} aus Gleichung (13) wie folgt:

Δ′_I = Δ_{I 1}m²_{I 1}K_{I 1} (25)

Das Verhältnis K_{I 1} wird aus Gleichung (10) wie folgt abgeleitet:

Die Substitution von K_{I 1} in Gleichung (26) durch den entsprechenden Wert aus Gleichung (25) liefert die Bildpunktverschiebung Δ′_{I 1} mit folgender Gleichung:

Da die Objektverschiebung Δ_{I 1} gleich der Bildpunktverschiebung Δ′_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} ist, ergibt die Substitution der Objektpunktverschiebung Δ_{I 1} in Gleichung (24), d. h. von Δ′_{L 2}, durch die Gleichung (27) die folgende Gleichung für die Objektpunktverschiebung:

Infolgedessen ergibt sich, wie in Fig. 11 gezeigt ist, bei Verschiebung der ersten Abbildungslinse L_{I 1} um eine Verschiebung Δ_L eine Verschiebung des dritten Beleuchtungsbildes i₃, das am Bildpunkt O′_{I 1} erzeugt wird, um die Verschiebung Δ₃, in der die Verschiebung Δ_L von der Verschiebung Δ′_{I 1} subtrahiert ist.

Infolgedessen ist die Verschiebung Δ₃ durch die folgende Gleichung darstellbar:

Δ₃ = Δ′_{I 1} - Δ_L (29)

Wird in Gleichung (28) Δ′_{I 1} aus Gleichung (29) ersetzt und dann die resultierende Gleichung (29) umgeformt, so ergibt sich die Gleichung:

worin

A = Δ_Lf_{I 1}f_{L 2}m²_{I 1}m²_{L 2}
B = Δ_L[f_{I 1}f_{L 2}-_L(f_{I 1}m_{L 2}+f_{L 2}m_{I 1}m²_{L 2}) ]
C = f_{I 1}f_{L 2}-_L(f_{I 1}m_{L 2}+f_{L 2}m_{I 1}m²_{L 2})

In Gleichung (30) sind die Bedingungen, die erforderlich sind, um die Vergrößerungen des ersten Beleuchtungsbildes i₁ und dritten Beleuchtungsbildes i₃ gleich zu machen und um das erste und dritte Beleuchtungsbild i₁ und i₃ an derselben Position, jedoch umgekehrt bezüglich einander abzubilden, wie folgt:

m_{I 1} · m_{L 2} = -1 (31)

m²_{I 1} · m²_{L 2} = 1 (32)

Substituiert man in den Gleichungen (31) und (32) m_{I 1} mit Hilfe von Gleichung (30) und formt die resultierende Gleichung um, so ergibt sich die folgende Gleichung:

Da die zweite Abbildungslinse L_{I 2} das vierte Beleuchtungsbild i₄ an der Eintrittspupillenlage der Reduktionslinse L_R aus dem dritten Beleuchtungsbild i₃ erzeugt, wird die Bildpunktverschiebung Δ′_{L 4} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} mit Gleichung (13) wie folgt ausgedrückt:

Δ′_{L 4} = Δ₃ · m_{I 2} · K_{I 2} (34)

Da in diesem Fall das Verhältnis K_{I 2} mit Hilfe von Gleichung (10) wie folgt ausgedrückt werden kann:

ergibt sich beim Einsetzen von Gleichung (34) in Gleichung (35) die Bildpunktverschiebung Δ′_{L 4} in folgender Weise:

Bei Substitution von Δ₃ in Gleichung (36) mit Hilfe von Gleichung (33) und darauffolgendes Umformen der resultierenden Gleichung (36) gewinnt man die Beziehung zwischen der Bildpunktverschiebung Δ′_{L 4} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} und der Verschiebung Δ_L der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} wie folgt:

Die insgesamte Vergrößerung K_L des vierten Beleuchtungsbildes i₄, das an der Eintrittspupillenposition oder -lage der Reduktionslinse L_R erzeugt wird, wird wie folgt ausgedrückt:

Die Objektpunktverschiebung Δ_{I 1}, die gleich der Bildpunktverschiebung Δ′_{L 2} ist, wird aus der Verschiebung Δ_L der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} mit Hilfe von Gleichung (24) berechnet. Ferner wird mit Hilfe von Gleichung (33) die Bildverschiebung Δ₃ aus der Verschiebung Δ_L berechnet.

Ist folglich die Verschiebung Δ′_{L 4} des vierten Beleuchtungsbildes i₄ (in dem die objektseitige Brennweite f_{L 2} der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} -76,77 mm beträgt, die objektseitige Brennweite f_{I 1} der ersten Abbildungslinse L_{I 1} -30 mm beträgt, die objektseitige Brennweite f_{I 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} -81 mm beträgt, die Vergrößerung m_{L 2} 1/4,3353 beträgt, die Vergrößerung m_{I 1} -4,3353 (d. h. ein invertiertes Bild) und die Vergrößerung m_{I 2} -3,7778 in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Dimensionierungen betragen, für den Fall, daß der zulässige Bereich der Eintrittspupillenlage der Reduktionslinse L_R beispielsweise 2 mm beträgt) innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches (beispielsweise ±0,02), bezogen auf den Referenzwert eines Öffnungsverhältnisses, das als ein Verhältnis des Durchmessers eines Beleuchtungsbildes (Abbildung der Lichtquelle) zum Durchmesser einer Eintrittspupille definiert ist und im allgemeinen auf einen Wert von 1 oder weniger ausgewählt ist, unter dem zulässigen Eintrittspupillenlagenbereich von 2 mm, so fällt das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle 5 effektiv auf die Reduktionslinse L_R.

Die folgende Tabelle 2 zeigt Berechnungsergebnisse von Bildpunktverschiebungen Δ_{L 4} für Verschiebungen Δ_L der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} sowie Öffnungsverhältnisse σ des Durchmessers d des von der zweiten Abbildungslinse entworfenen vierten Beleuchtungsbildes i₄, das hervorgerufen wird, wenn das Musterbild I₂ mit der Vergrößerung K_I vergrößert bzw. verkleinert wird.

Tabelle 2

Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, wird, wenn die zweiten Musterbilder I₂ erzeugt werden, in denen das kreisförmige Muster der Strichplatte 11 mit gewünschten Vergrößerungswerten vergrößert bzw. verkleinert abgebildet wird, die Verschiebung Δ′_{L 4} des Beleuchtungsbildes i₄ im wesentlichen innerhalb des zulässigen Eintrittspupillenlagebereiches von 2 mm der Reduktionslinse L_R innerhalb des Toleranzbereiches von ±0,02 des Öffnungsverhältnisses eingegrenzt und auf diesen Bereich beschränkt, so daß die Eintrittspupillenlage der Verkleinerungs- oder Reduktionslinse L_R nicht in besonderer Weise eingestellt werden muß.

Infolgedessen kann durch Speichern der Verhältnisse zwischen den Vergrößerungswerten K_I der Musterbilder und der entsprechenden Verschiebungen Δ_L der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} als Tabelle im Speicher 38c der Mustersteuervorrichtung 37 die Möglichkeit gegeben werden, sofort den Vergrößerungen K_I entsprechende Verschiebungen der Einheit aus den Linsen L_{L 2} und L_{I 1} zu berechnen, wenn der Prozessor 38b die ausgewählten Vergrößerungsdaten empfängt. Diese Berechnung verursacht, daß der Antriebsmotor 20 die Vergrößerung des Musterbildes entsprechend einstellt. Unmittelbar von dieser Vergrößerungseinstellung ausgehend, kann eine einfache Verschiebung der Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} mit einer vorbestimmten fixierten Distanz zwischen den Linsen bewirken, daß das zweite Musterbild I₂ innerhalb der zulässigen objektraumseitigen Brennweite der Reduktionslinse L_R eingegrenzt wird und das vierte Beleuchtungsbild i₄ so begrenzt wird, daß es innerhalb eines zulässigen Öffnungsverhältnistoleranzbereiches in den zulässigen Eintrittspupillenlagebereich der Reduktionslinse L_R fällt, so daß die fixierte Distanz zwischen der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} und der Reduktionslinse L_R nicht korrigiert zu werden braucht.

Infolgedessen wird nach einem Abschluß der Einstellung des optischen Systems 4 eine Brennpunkteinstellung zwischen der Reduktionslinse L_R und dem belichteten Material 2 ausgeführt. Die Bewegung des XYZ-Objekttisches 1 längs der optischen Achse ruft diese Brennpunkteinstellung hervor. Da eine Distanz k zwischen dem optischen Zentrum der Reduktionslinse L_R und der Unterseite des fixierten Hohlzylinders 41 festliegt, wird zunächst mittels einer Zielwerteinstelleinheit 50a ein Zielwert festgelegt, in dem der Wert der Distanz k von einem Zielwert b subtrahiert wird. In diesem Betriebszustand führt die Lufteinspeisungsquelle 44 durch die Verengung 45 unter Druck stehende Luft zu den Düsen 43, um auf diese Weise einen Differentialdruckwandler 46 und die Brennpunkteinstellsteuervorrichtung 50 in ihre Betriebsstellungen zu bringen.

Wenn die Brennpunkteinstellsteuervorrichtung 50 sich in ihrer Betriebsstellung befindet, wird der Antriebsschaltung 50b das Abweichungssignal einer Differenz zwischen dem vorgegebenen Zielwert der Zielwerteinstelleinheit 50a und einem Differentialdruckdetektorsignal vom Differentialdruckwandler 46 zugeführt. Die Antriebsschaltung 50b erzeugt ein Antriebssignal für den linearen Antriebsmechanismus 1e zur Bewegung des XYZ-Objekttisches 1 vertikal oder längs der Z-Achse, so daß auf diese Weise das Abweichungssignal Null wird. Auf diese Weise wird die Brennpunkteinstellung zwischen der Reduktionslinse L_R und dem zu belichtenden Material 2 abgeschlossen.

Nachdem die Brennpunkteinstellung abgeschlossen ist, wird der XYZ-Objekttisch 1 längs der XY-Achsen in geeigneter Weise so verschoben, daß das Material 2 an einer vorbestimmten Musterbelichtungsposition oder -expositionsposition positioniert wird. Dann wird ein geeigneter Ausschnitt des zu belichtenden Materials 2 mit dem projizierten Muster belichtet. Daraufhin wird der XYZ-Objekttisch 1 wiederum längs der XY-Achse bewegt, um das zu belichtende Material 2 in die nächste Musterbelichtungsposition zu bewegen. Auf diese Weise wird der Kopier- und Repetiervorgang einer Belichtung des Materials 2 durch das projizierte Muster so lange wiederholt, bis sämtliche Belichtungen an sämtlichen Belichtungspositionen des Materials 2 ausgeführt worden sind. Das belichtete Material 2, das allen Belichtungsstufen unterworfen worden ist, wird vom XYZ-Objekttisch 1 abgenommen. Daraufhin wird ein nächstfolgend zu belichtendes Material 2 auf den Objekttisch 1 gelegt und wiederum dem oben erläuterten Verfahren unterzogen.

Soll die Größe des projizierten Musters, das zur Exposition des Materials 2 verwendet wird, geändert werden, so wird die gewünschte Vergrößerung K_I der Musterauswahleingabeeinheit 40 der Mustersteuervorrichtung 37 zugeführt, um dafür zu sorgen, daß der Antriebsmotor 20 die Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} um die dieser Vergrößerung K_I entsprechende Verschiebung Δ_L verschiebt, um die Vergrößerung des zweiten Musterbildes I₂ einzustellen.

Wird z. B. andererseits ein polygonales Muster, beispielsweise ein rechtwinkliges Muster vorbestimmter Ausmaße auf das belichtete Material 2 projiziert, so wird das Rahmentragwerk 23 entfernt, und die vier Blendenflügel 16a, 16b, 19a und 19b können so eingestellt werden, daß sie gemeinsam das gewünschte polygonale Muster erzeugen und dieses lediglich mittels der Reduktionslinse L_R auf das Material projizieren.

Entsprechend der oben erläuterten Erfindung kann durch Verschieben der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1}, die die Strichplatte 11 sandwichartig einschließen, in einer feststehenden Einheit die Vergrößerung des zweiten Musterbildes I₂, das am Bildpunkt O′_{L 2} der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} hervorgerufen wird, stufenlos so geändert werden, daß die Verschiebung Δ″_I des zweiten Musterbildes I₂ auf den zulässigen objektraumseitigen Brennweitenbereich der Reduktionslinse L_R beschränkt wird und die Verschiebung Δ′_{L 4} des vierten Beleuchtungslichtbildes i₄, welches an der Eintrittspupillenlage der Reduktionslinse L_R erzeugt wird, auf den zulässigen Eintrittspupillenlagebereich der Reduktionslinse L_R innerhalb des vorbestimmten Öffnungsverhältnistoleranzbereiches beschränkt wird. Auf diese Weise wird das Musterbild effektiv projiziert, eine Belichtungsungleichmäßigkeit im projizierten Muster, mit dem das belichtete Material 2 belichtet wird, wird eliminiert, so daß eine hohe Auflösung erzielt wird, und die Distanz zwischen der zweiten Abbildungslinse L_{I 2} und der Reduktionslinse L_R braucht nicht korrigiert zu werden.

Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist jede der Linsen L_{L 1}, L_{L 2}, L_{I 1} und L_{I 2} mit einer einzelnen Linse verwirklicht. Jedoch können alternativ auch mehrere Linsen zur Realisierung jeder einzelnen dieser Linsen L_{L 1}, L_{L 2}, L_{I 1} und L_{I 2} verwendet werden.

Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Teil der Einheit der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} bewegt. Jedoch ist die Art und Weise dieser Bewegung nicht auf diese Möglichkeit beschränkt, es kann jedoch auch als Bewegungsteil die Strichplatte 11 bewegt werden.

Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel bildet das kreis- oder ringförmige Muster der Strichplatte 11 die Musterquelle. Jedoch ist die Form der Musterquelle nicht auf derartige kreisförmige Muster beschränkt, sondern es können z. B. mehrere Strichplatten 11 mit Mustern unterschiedlicher Formen am Umfang eines Kreises auf einer Scheibe angeordnet werden, die rotiert, um auf diese Weise ein gewünschtes Muster auf der optischen Achse 6 zu positionieren. Auch können wahlweise andere Musterquellen, z. B. andere Masken, verwendet werden.

Entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels werden ein Paar von Nocken 31a und 31b und entsprechende Nockenstößeln 32a und 32b für den vertikalen Antriebsmechanismus 28 verwendet, mit dem die Einheit aus der zweiten Beleuchtungslinse L_{L 2} und der ersten Abbildungslinse L_{I 1} bewegt wird. Jedoch ist der vertikale Antriebsmechanismus 28 nicht auf eine solche Ausführung beschränkt, sondern es kann statt dessen z. B. auch ein Antriebsmechanismus mit einer Vorschubspindel linear die Schiebewellen 24a und 24b antreiben.

In der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels wurde die Erfindung auf ein Verkleinerungsprojektionsausrichtgerät angewandt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf solche Geräte beschränkt, sondern ist ebenfalls auf alle möglichen anderen optischen Abbildungsgeräte, beispielsweise auf Musterschreibgeräte, anwendbar, die ein Muster einer Musterquelle, beispielsweise eines Mustergenerators, auf ein belichtetes Material schreiben.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur optischen Abbildung eines Musters auf ein zu belichtendes Material, in welcher Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle auf das zu belichtende Material mittels eines optischen Systems übertragen wird, das zumindest ein Beleuchtungslinsensystem, eine Mustervorlage und ein Projektionslinsensystem aufweist, das zur Abbildung der Mustervorlage auf das zu belichtende Material diesem gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
   daß das optische System eine erste Beleuchtungslinse (L_L1), eine zweite Beleuchtungslinse (L_L2), die Mustervorlage (11), eine erste Abbildungslinse (L_I1) und eine zweite Abbildungslinse (L_I2) aufweist, die in dieser Reihenfolge zwischen der Lichtquelle (5) und einer Projektionslinse (L_R) angeordnet sind,
   daß die erste Beleuchtungslinse (L_L1) ein erstes Beleuchtungslichtbild (i₁) von der Lichtquelle außerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes (F_L1′) der ersten Beleuchtungslinse entwirft,
   daß die zweite Beleuchtungslinse (L_L2) ein zweites Beleuchtungslichtbild (i₂) vom ersten Beleuchtungslichtbild (i₁) außerhalb des objektraumseitigen Brennpunktes (F_I1) der ersten Abbildungslinse (L_I1) entwirft,
   daß die erste Abbildungslinse (L_I1) ein erstes Musterbild (I₁) der Mustervorlage (11), die innerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes (F_L2′) der zweiten Beleuchtungslinse liegt, außerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes (F_I1′) der ersten Abbildungslinse (L_I1) entwirft,
   daß der Abstand zwischen der zweiten Beleuchtungslinse (L_L2) und der ersten Abbildungslinse (L_I1) geringer als die Gesamtheit der Brennweiten der zweiten Beleuchtungslinse und der ersten Abbildungslinse ist, so daß die Mustervorlage (11) und das zweite Beleuchtungslichtbild (i₂) innerhalb des bildraumseitigen Brennpunktes (F_L2′) der zweiten Beleuchtungslinse und außerhalb des objektraumseitigen Brennpunktes (F_I1) der ersten Abbildungslinse liegen und die erste Abbildungslinse (L_I1) ein drittes Beleuchtungslichtbild (i₃) vom zweiten Beleuchtungslichtbild (i₂) mit derselben Vergrößerung wie der des ersten Beleuchtungslichtbildes (i₁) erzeugt,
   daß der zweiten Abbildungslinse (F_I2) das erste Musterbild (I₁) und das dritte Beleuchtungsbild (i₃) außerhalb des objektseitigen Brennpunktes (F_I2) der zweiten Abbildungslinse angeboten werden und die zweite Abbildungslinse ein zweites Musterbild (I₂) vom ersten Musterbild (I₁) innerhalb des vorbestimmten objektraumseitigen Fokusbereichs der Projektionslinse (L_R), und ein viertes Beleuchtungslichtbild (i₄) vom dritten Beleuchtungslichtbild (i₃) bei einer vorbestimmten Eintrittspupillenlage der Projektionslinse (L_R) entwirft,
   daß das aus der zweiten Beleuchtungslinse (L_L2) und der ersten Abbildungslinse (L_I1) gebildete Linsenpaar auf der optischen Achse relativ zur Mustervorlage (11) bewegbar ist, wobei der Abstand zwischen der zweiten Beleuchtungslinse und der ersten Abbildungslinse festbleibt, und
   daß entsprechend einer Vergrößerung des projizierten Musterbildes der Mustervorlage die Bewegung des Linsenpaars (L_L2 und L_I1) relativ zur Mustervorlage (11) gesteuert und somit die Größe des von den Abbildungslinsen (L_I1) und L_I2) abgebildeten Musterbildes I₂ geändert wird, wobei der Bewegungsbereich so gewählt wird, daß die Bildpunktverschiebung von I₂ innerhalb des objektseitigen Fokusbereichs der Projektionslinse (L_R) fällt und die Bildlage des vierten Beleuchtungslichtbildes (i₄) und dessen Größe innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Eintrittspupille der Projektionslinse (L_R) gehalten wird.