DE3443856A1 - Optisches projektionsgeraet - Google Patents
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Description
3443Θ56
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.
No. | r | D | N | ) Ll | a |
Dn=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 | |||||
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.
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.
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.
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
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 (4)
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.
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