DE3785090T2 - Opto-lithographische Vorrichtung mit einem verstellbaren Linsensystem und Kontrollverfahren für die Abbildungseigenschaften eines Linsensystems in einer solchen Vorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine opto-lithographische Vorrichtung mit einem Linsensystem, das zwischen einem Maskenträger und einem Substrattisch angeordnet und an der Seite des Substrattisches telezentrisch ist, wobei in der Vorrichtung der Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Substrattisch mit Hilfe eines ersten Betätigungsglieds in Zusammenarbeit mit einer ersten kreiszylindrischen Halterung einstellbar ist, die am Linsensystem befestigt und über ein erstes elastisch verformbares Koppelelement in einem fest angeordneten Rahmen aufgehängt ist, wobei das Verformungsmaß des Koppelelements durch die auf die Halterung mit Hilfe des ersten Betätigungsglieds ausgeübte Kraft bestimmt wird.
• Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Steuern vom Brennpunkt und Vergrößerung eines optischen Linsensystems in einer opto-lithographischen Vorrichtung, in der der Abstand zwischen einer Maske und dem Linsensystem zum Erreichen der erwünschten Vergrößerung auf dem gewünschten Wert eingestellt wird, wobei das Verfahren die Schritte der Erzeugung eines ersten Steuersignals durch einen Fokussierdetektor in einer ersten Steuerschleife eines Servosteuersystems, und der Lieferung des ersten Steuersignals zu einem mit einem ersten Betätigungsglied gekoppelten Fokussiermotor umfaßt, wobei das erste Betätigungsglied den Abstand zwischen dem Linsensystem und einem Substrat entsprechend dem ersten Steuersignal auf den gewünschten Wert einstellt.
• In einer bekannten opto-lithographischen Vorrichtung der eingangs - erwähnten Art (siehe "Philips Technical Review" 41, S. 268...278, 1983/84, No. 9) enthält das Linsensystem eine ortsfest angeordnete Kollimatorlinse und eine auf der optischen Achse des Linsensystems gegenüber der Kollimatorlinse ortsbewegliche Objektivlinse. Der Abstand zwischen der Objektivlinse und dem Substrattisch ist mit dem Betätigungsglied einstellbar, das mit einem Exzenter versehen ist, den ein Motor antreibt und der mit der kreiszylindrischen Halterung des Linsensystems zusammenarbeitet. Die Halterung ist in eine ortsfest angeordnete Hülse eingeschlossen, an der der Elektromotor befestigt ist. Die Halterung ist mit einer Anzahl in der Umkreisrichtung verlaufender Einschnitte versehen, wodurch sich in der Halterung integrierte, elastisch verformbare Koppelelemente bilden. Derartige Koppelelemente befinden sich an beiden Seiten des Bereichs (in der Längsrichtung der Halterung gesehen), in dem der Exzenter mit der Wand zusammenarbeitet. Das bedeutet, daß beim Drehen des Exzenters zwischen der fest angeordneten Kollimatorlinse und der Objektivlinse eine relative Verlagerung mit einer gleichzeitigen elastischen Verformung der Koppelelemente auftritt. Durch Abänderung des Abstandes zwischen der Kollimatorlinse und der Objektivlinse erfolgt eine Verlagerung der Brennpunktebene des Linsensystems und der Bildabstand wird auf den verlangten Wert eingestellt. Da das Linsensystem an der dem Substrattisch zugewandten Seite mit einem konstanten Abstand zwischen der Maske und dem Linsensystem telezentrisch ist, ist Fokussierung ohne Änderungen in der Vergrößerung möglich. Es sei bemerkt, daß das Linsensystem in der bekannten optolithographischen Vorrichtung ebenfalls an der dem Maskenträger zugewandten Seite telezentrisch ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Vergrößerung vom Abstand (Objektabstand) zwischen der Maske und dem Linsensystem unabhängig ist, so daß beispielsweise für Dickenänderungen und Unebenheiten in der Maske keine Vergrößerungskorrektur erforderlich ist. Die Vergrößerung wird in diesem Fall durch einen einmal eingestellten Abstand bei der Montage zwischen Elementen des Linsensystems bestimmt. Dieser durch Schleifen aneinander grenzender Flächen bestimmte Abstand ist im Betrieb nicht einstellbar. Aus einer Veröffentlichung von F. Sporon-Fiedler und J. Williams in "SPIE Proceedings" Heft 538, Nr. 11, 1983, S. 86...90, mit dem Titel: "Optical Micro-lithography IV" wird klar, daß atmosphärische Druckunterschiede große Vergrößerungsfehler ergeben. Es wird u. a. vorgeschlagen, den Abstand zwischen der Maske und dem Linsensystem einstellbar zu machen. Ein praktischer Aufbau, in dem Druckschwankungen auf diese Weise korrigiert werden, ist in der Veröffentlichung nicht beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß beachtet werden soll, daß der Maskenträger keine Kippung und/oder Drehung ausführt. Weiter werden ein Verfahren und ein Aufbau beschrieben, wobei die Vergrößerung durch eine kombinierte Defokussierung und anschließende Verlagerung der Lichtquelle gegenüber dem Linsensystem korrigierbar ist. Dieses Verfahren kann nur mit verhältnismäßig großem Aufwand durchgeführt werden und das Ausmaß an Korrektur wird durch die zulässige Änderung im Scharfeinstellbereich bestimmt. Außerdem wurde gefunden, daß atmosphärische Druckschwankungen auch die Korrektur der Fokussierung erforderlich macht. In den beiden bekannten Vorrichtungen wird keine Lösung für eine allgemeine Korrektur sowohl der Vergrößerung als auch der Fokussierung geboten. Im allgemein müßte es möglich sein, die Fokussierung und/oder die Vergrößerung hinsichtlich Abweichungen durch Umgebungseinflüsse, wie z. B. Temperatur und atmosphärischen Druck, und hinsichtlich Abweichungen durch Herstellungs- und Montagetoleranzen zu korrigieren. Die Abweichungen können sich sowohl auf die Vorrichtung selbst als auch auf die Maske und auf das Substrat beziehen. So sollte es beispielsweise möglich sein, Verformungen zu korrigieren, die aus der Verbindung der Belastung mit dem Masken- und Substratträger entstehen. Weiterhin soll es Freiheit geben in der Verwendung verschiedener opto-lithographischer Vorrichtungen für die jeweiligen Verarbeitungsschritte desselben Substrats oder in der Umschaltung auf eine andere opto-lithographische Vorrichtung ohne weitere Behelfslösungen bei Störungen oder Wartung. In einem derartigen Fall müssen die Abbildungseigenschaften der jeweiligen Vorrichtungen genau aufeinander abgestimmt sein. Weiterhin soll es die Möglichkeit einer Fokussierung in einer Ebene des Substrats unterhalb der oberen Fläche geben.
• Der Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, eine opto-lithographische Vorrichtung zu schaffen, bei der eine vereinzelte und/oder dauerhafte Einstellung oder Korrektur sowohl der Vergrößerung als auch der Fokussierung durch eine Konstruktion möglich ist, die gegen Kippen versteift ist und relative Verlagerungen des Masken- und Linsensystems in Ebenen senkrecht zu der optischen Achse des Linsensystems auf ein Minimum reduziert.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine zweite kreiszylindrische koaxial Halterung aufweist, die am Maskenträger befestigt und gegenüber der ersten kreiszylindrischen Halterung und zusammen mit derselben verlagerbar ist, und daß sie ein zweites Betätigungsglied enthält, das an einer der Halterungen befestigt ist und mit der anderen Halterung zusammenarbeitet, wobei eine Halterung mittels eines zweiten elastischen Koppelelements mit der anderen Halterung gekoppelt ist, und eine der Halterungen mittels des ersten elastischen Koppelelements mit dem Rahmen gekoppelt ist, wobei der Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Substrattisch, mit einem festen Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Maskenträger, mit Hilfe des ersten Betätigungsglieds durch elastische Verformung des ersten elastischen Koppelelements einstellbar ist, und der Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Maskenträger, mit einem festen Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Substrattisch, mit Hilfe des zweiten Betätigungsglieds durch elastische Verformung des zweiten Koppelelements einstellbar ist. Da sowohl der Abstand zwischen dem Substrattisch und dem Linsensystem als auch der Abstand zwischen dem Maskenträger und dem Linsensystem auf eine einfache periodische oder dauerhafte Weise einstellbar sind, während die Änderung im erstgenannten Abstand nicht zu einer gleichzeitigen Änderung des letztgenannten Abstandes führt, und umgekehrt, wird eine opto-lithographische Vorrichtung mit einer hohen Flexibilität im Ausgleich Abbildungsfehler verursachender Einflüsse, wie z. B. atmosphärischer Druckschwankungen, Herstellungstoleranzen, Aufbautoleranzen und Temperaturschwankungen, erhalten.
• Ein besonderes Ausführungsbeispiel der opto-lithographischen Vorrichtung, die gegen Kippen verhältnismäßig versteift und dynamisch stabil ist, ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halterung mittels des ersten elastischen Koppelelements mit dem Rahmen gekoppelt und wenigstens teilweise von der zweiten Halterung umgeben ist, die mittels eines dritten elastischen Koppelelements mit dem Rahmen gekoppelt ist, wobei die zweite Halterung mit der ersten Halterung mittels des zweiten elastischen Koppelelements und eines vierten elastischen Koppelelements gekoppelt ist.
• Bin weiteres Ausführungsbeispiel der opto-lithographischen Vorrichtung mit elastisch verformbaren Koppelelementen, die auf verhältnismäßig einfache und preisgünstige Weise herstellbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Koppelelemente elastisch verformbare Metallringe mit einer geraden Anzahl elastischer Zapfenpaare bilden, zwischen denen sich verhältnismäßig lange Ringabschnitte befinden, während sich verhältnismäßig kurze Ringabschnitte zwischen den elastischen Zapfen eines Paares befinden, wobei die verhältnismäßig kurzen Abschnitte des zweiten Koppelelements abwechselnd an der ersten Halterung und an der zweiten Halterung befestigt sind, und die verhältnismäßig kurzen Abschnitte des ersten Koppelelements abwechselnd am Rahmen und an der betreffenden Halterung befestigt sind.
• Wieder ein anderes Ausführungsbeispiel der opto-lithographischen Vorrichtung, in der mit unilateral angetriebenen Halterungen dennoch eine sehr hohe Wiederstandfähigkeit gegen relatives Kippen der Halterungen geboten wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine vorgespannte erste Ausgleichsfeder zwischen den Halterungen und wenigstens eine vorgespannte zweite Ausgleichsfeder zwischen dem Rahmen und der ersten Halterung angeordnet sind.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel der opto-lithographischen Vorrichtung mit einfach aufgebauten, spiel- und Hysterese-freien Betätigungsgliedern, ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Betätigungsglied aus einem ersten Exzenter besteht, der mit der ersten Halterung im Eingriff ist und von einem am Rahmen befestigten, ersten Gleichstrommotor angetrieben wird, während das zweite Betätigungsglied aus einem zweiten Exzenter besteht, der mit einer der Halterungen im Eingriff ist und von einem an der anderen Halterung befestigten, zweiten Gleichstrommotor angetrieben wird.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel der opto-lithographischen Vorrichtung, die sich insbesondere für automatische Steuerung durch einen Prozessor eignet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Servosteuersystem mit einer ersten und einer zweiten Steuerschleife enthält, wobei in der ersten Steuerschleife ein optischer Fokussierdetektor an der Halterung mit dem Linsensystem befestigt ist und einen mit dem ersten Betätigungsglied gekoppelten Fokussiermotor mit einem ersten Steuersignal versorgt, und wobei in der zweiten Steuerschleife ein optischer Vergrößerungsdetektor einen mit dem zweiten Betätigungsglied gekoppelten Vergrößerungsmotor mit einem zweiten Steuersignal versorgt.
• Ein Verfahren der im zweiten Absatz der Einführung erwähnten Art, mit dem Steuerung von Brennpunkt und Vergrößerung in einem optischen Linsensystem erreicht wird, wird in einem aus der US Patentschrift 4 140 392 bekannten optischen System zum Projizieren von Mustern angewandt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Abstand zwischen einer Linse und einer Substratoberfläche mit Hilfe eines Abstandssensors ermittelt, der zum Durchführen einer Fokussierservosteuerung einer Servosteuereinrichtung zugeordnet ist.
• Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Abbildungseigenschaften eines optischen Linsensystems in einer optolithographischen Vorrichtung zu schaffen, wobei beliebige Korrekturen in bezug auf die Fokussierung bzw. Vergrößerung des Linsensystems von Hand, halbautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden können.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Verfahrensschritte der Erzeugung eines zweiten Steuersignals durch einen Vergrößerungsdetektor in einer zweiten Steuerschleife des Servosteuersystems, und der Lieferung des zweiten Steuersignals zu einem mit einem zweiten Betätigungsglied gekoppelten Vergrößerungsmotor umfaßt, wobei das zweite Betätigungsglied den Abstand zwischen der Maske und dem Linsensystem entsprechend dem zweiten Steuersignal auf den gewünschten Wert einstellt.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das eine einfache Korrekturmöglichkeit für Abweichungen der Fokussierung und der Vergrößerung des Linsensystems durch Schwankungen im atmosphärischen Druck, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin noch die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte der Korrelation des ersten vom Fokussierdetektor gelieferten Steuersignals mit dem erwünschten Abstand zwischen dem Linsensystem und dem Substrat und mit dem atmosphärischen Druck, der Einstellung des erwünschten Abstandes zwischen dem Linsensystem und dem Substrat durch die Lieferung des ersten Steuersignals zum Fokussiermotor des ersten Betätigungsglieds, der Aktivierung der zweiten Steuerschleife im ständig aktivierten Zustand der ersten Steuerschleife, der Lieferung des zweiten Steuersignals, das vom Vergrößerungsdetektor bestimmt und mit dem atmosphärischen Druck korreliert ist, zum Vergrößerungsmotor des zweiten Betätigungsglieds zum Einstellen der gewünschten Vergrößerung, des Ersetzens des zweiten Steuersignals nach dem Einstellen der gewünschten Vergrößerung durch ein drittes Steuersignal, das mit Hilfe eines betreffenden Positionsfühlers erhalten und vom zweiten Steuersignal kalibriert wird, und des Erhaltens des aktivierten Zustandes sowohl der ersten als auch der zweiten Steuerschleife während einer Anzahl aufeinanderfolgender Belichtungen des Substrats umfaßt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optolithographischen Vorrichtung,
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1,
• Fig. 3 einen Schnitt durch das Mittel zum Befestigen der ersten und der zweiten Halterung, wie es in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird,
• Fig. 4 eine Darstellung eines elastischen Koppelelements im Aufriß und im diametralen Querschnitt,
• Fig. 5 eine Darstellung eines optischen Fokusdetektors, wie er in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird,
• Fig. 6 eine Darstellung eines optischen Vergrößerungsdetektors, wie er in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird,
• Fig. 7 ein Schaltbild des Servosteuersystems wie dies in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird.
• Die in Fig. 1 dargestellte opto-lithographische Vorrichtung (ein sog. waferstepper) enthält einen fest angeordneten Rahmen 1, in dem sich eine rechteckige Granitplatte 3 befindet, die als Träger für vier daran befestigte vertikale Säulen 5 dient. Die Säulen 5, von denen nur zwei in Fig. 1 dargestellt sind, sind nah bei den Rändern der Platte 3 in einem Rechteckmuster angeordnet. Drei Platten 7, 9 und 11 bilden weitere Teile des Rahmens 1 und diese Platten sind an den Säulen 5 befestigt. Die Metallplatte 7, die Metallplatte 9 und die Glasplatte 11 erstrecken sich in horizontalen Ebenen und verlaufen parallel zur Granitplatte 3. Die opto-lithographische Vorrichtung enthält ein optisches Linsensystem 13 mit einer Anzahl von Linsenelementen, wie z. B. den Elementen 15 und 17, von denen eine optische Achse 19 mit einer Z-Achse eines Orthogonalsystems von Achsen X, Y, Z nach Fig. 1 zusammenfällt. Das Linsensystem 13 ist in einer ersten kreiszylindrischen Metall(Linsen)halterung befestigt, die teilweise von einer koaxialen zweiten kreiszylindrischen Metall(Masken)halterung umgeben ist. Die Mittellinien der Linsenhalterung 21 und der Maskenhalterung 23 fallen mit der optischen Achse 19 und mit der Z-Achse zusammen. Auf der Maskenhalterung 23 ist ein Träger 25 nach Fig. 2 mit Auflagekissen 27 für eine Maske 29, deren Muster vom Linsensystem 13 in einem verkleinerten Maßstab (10:1) auf einem Halbleitersubstrat 23 abgebildet werden muß, das auf einem Tisch 33 liegt. Der Tisch 33 ist mittels eines aerostatisch gelagerten Fußes 35 über die Granitplatte 3 geführt und kann parallel zur X-Achse und/oder Y-Achse verlagert und um eine Achse parallel zur Z-Achse rotiert werden. Dieser mittels dreier linearer Elektromotoren (siehe Fig. 2) verlagerbare Tisch 33 ist an sich bekannt und von R.H. Munnig Schmidt und A.G. Bouwer in der Zeitschrift "De Constructeur", Oktober 1983, Nr. 10 beschrieben worden. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält der Antrieb des Tisches 33 einen Linearmotor mit einem X-Ständer 37 und einem am Tisch 33 befestigten X-Übersetzer 39 für die Übersetzung parallel zur X-Achse und zwei Linearmotoren für die Übersetzung parallel zur Y-Achse bzw. die Rotation um eine Achse parallel zur Z-Achse. Von den beiden letztgenannten Motoren besitzt der eine einen Y&sub1;-Ständer 41 und den Y&sub1;-Übersetzer 43, während der andere einen Y&sub2;-Ständer 45 und einen Y&sub2;-Übersetzer 47 besitzt. Der Tisch 33 kann äußerst genaue kontinuierliche, schrittweise oder schwingende Bewegungen u. a. durch ein aus dem US-A-4251 160 an sich im Prinzip bekanntes Meßsystem auf Basis von Laserinterferometrie durchführen. Ein beispielsweise aus einem Helium/Neonlaser 49 herrührendes Laserbündel 53 wird über ein Prisma 55 zwei halbdurchlässigen Prismen 57, 59 sowie einem Prisma 61 zugeführt, so daß sich drei Teilbündel 63, 65 und 67 bilden.
• Die an spiegelnden Seiten des Tisches 33 reflektierten Teilbündel 63, 65 und 67 werden in Interferometern 69, 71 und 73 mit Bezugsbündeln (nicht sichtbar) zu Interferenzbündeln 75, 77 und 79 zusammengefügt, deren Intensität von Photozellen in den Empfängern 81, 83 und 85 gemessen wird. Das Substrat 31 wird in einer Anzahl verschiedener Positionen des Tisches 33 in bezug auf das Linsensystem 13 belichtet, und zwar mittels einer Lichtquelle 87, deren Licht in einem Parabolspiegel 89 reflektiert wird. Über einen Spiegel 91, einen Verschluß 93, eine Blende 95, einen Spiegel 97 und eine Kondensorlinse 99 wird das Licht der Maske 29 zugeführt. Durch eine besondere nachstehend an Hand der Fig. 1, 2, 3 und 4 näher zu erläuternde Kopplung der Linsenhalterung 21 und der Maskenhalterung 23 aneinander bzw. am Rahmen 1 kann sowohl der Abstand zwischen dem Linsensystem 13 und dem Substrat 31 für die Fokussierung als der Abstand zwischen der Maske 29 und dem Linsensystem 13 für die Vergrößerung eingestellt werden.
• Aus Fig. 1, 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Linsenhalterung 21 (erste Halterung) mit der Maskenhalterung 23 (zweite Halterung) mittels eines ersten Koppelelementes 101 in Form eines elastisch verformbaren Metallrings gekoppelt ist, während die Maskenhalterung 23 mittels eines zweiten elastischen Koppelelementes 103 in Form eines elastischen verformbaren Metallrings mit dem Rahmen 1 über die Platte 7 gekoppelt ist. Die Linsenhalterung 21 ist weiterhin mittels eines dritten elastischen Koppelelements 105 am Rahmen 1 über die Glasplatte 11 befestigt, während die Maskenhalterung 23 mittels eines vierten elastischen Koppelelements 107 an der Linsenhalterung 21 befestigt ist. Auch das dritte und das vierte Koppelelement 105 bzw. 107 haben die Form eines elastisch verformbaren Rings. Die Ringe 101, 103, 105 und 107 sind prinzipiell gleich und in Fig. 4 dargestellt, obgleich sie verschiedene Abmessungen haben. Wie in Fig. 4 dargestellt, enthält jeder Ring 101, 103, 105 und 107 eine gerade Anzahl elastischer Zapfenpaare 109 und 111 mit längeren Abschnitten 113 zwischen den Paaren und kürzeren Abschnitte 115 zwischen den zwei Zapfen 109 und 111 jedes Paares. In jedem kurzen Abschnitt 115 befindet sich ein Gewindeloch 117. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, enthält die Linsenhalterung 21 einen ringförmigen Flansch 119, der gegenüber einer ringförmigen Brust 121 der Maskenhalterung 23 liegt. Die kurzen Abschnitte 115 des Ringes 101 sind mittels in Fig. 3 nicht sichtbarer Bolzen abwechselnd am Flansch 119 der Linsenhalterung 21 und an der Brust 121 der Maskenhalterung 23 befestigt. Zwischen den kurzen Abschnitten 115 und dem Flansch 119 bzw. der Brust 121 sind Distanzplättchen 123 und 125 eingeklemmt, die dafür sorgen, daß die langen Abschnitte 113 frei vom Flansch 119 und von der Brust 121 liegen. Die Maskenhalterung 23 enthält weiterhin einen ringförmigen Flansch 127, der gegenüber einem in der Platte 7 befestigten Ring 129 liegt. Die kurzen Abschnitte 115 des Ringes 103 sind mittels Bolzen 131 abwechselnd am Flansch 127 und am Ring 129 befestigt. Zwischen den kurzen Abschnitten 115 des Ringes 103 und des Flansches 127 bzw. des Ringes 129 sind die Distanzplättchen 133 und 135 eingeklemmt, die für eine freie Lage der langen Abschnitte 113 gegen den Flansch 127 und gegen den Ring 129 sorgen. Die Linsenhalterung 21 enthält eine ringförmige Brust 137, an der ein kräftiger flacher Ring 139 mit den Bolzen 141 angeschraubt ist (in Fig. 3 ist nur ein Bolzen 141 angegeben). Der Ring 139 erstreckt sich bis unter die Maskenhalterung 23 und dient zum Befestigen des Ringes 107 an der Linsenhalterung 21 mittels Bolzen 143, die durch die Löcher 117 der kurzen Abschnitte 115 des Ringes 107 hindurchgeführt und abwechselnd an der Maskenhalterung 23 und am Ring 139 befestigt sind. Zwischen den kurzen Abschnitten des Ringes 107 und der Maskenhalterung 23 bzw. des Ringes 139 sind Distanzplättchen 145 und 147 eingeklemmt, die dafür sorgen, daß die langen Abschnitte 113 des Ringes 107 von der Maskenhalterung 23 und vom Ring 139 frei liegen. Das Linsensystem 13 stützt sich auf einem flachen Ring 149 ab, der auf einer Brust 151 der Linsenhalterung 21 aufliegt. Der Ring 149 und das Linsensystem 13 sind in der Linsenhalterung 21 mittels der Bolzen 153 befestigt. Die Linsenhalterung 21 ist weiterhin noch mit einem ringförmigen Flansch 155 versehen, der für die Befestigung des Ringes 105 und der Linsenhalterung dient. Unterhalb des Ringes 105 befinden sich vier Ringe 157, 159, 161 und 163. Mit Hilfe der Bolzen 165, die durch die Löcher 117 der kurzen Abschnitte 115 des Ringes 105 geführt sind, ist der Ring abwechselnd am Flansch 155 und am Ring 157 befestigt. Zwischen den kurzen Abschnitten 115 des Ringes 105 und des Flansches 155 bzw. des Ringes 157 sind die Distanzplättchen 158 und 160 eingeklemmt, die dafür sorgen, daß die langen Abschnitte 113 des Ringes 105 vom Flansch 105 und vom Ring 157 frei liegen. Der Ring 157 ist mit Hilfe der Bolzen 167 am Ring 159 befestigt, während der Ring 161 mittels der Bolzen 169 an dem in der Glasplatte 11 angebrachten Ring 163 befestigt ist. Die Ringe 161 und 163 bilden zusammen eine U- förmige Kammer, in der der Ring 159 eingeschlossen ist. Im Ring 163 befindet sich ein Gewindeloch 171 für einen Stellbolzen, mit dem die Radiallage der Linsenhalterung 21 in bezug auf die Glasplatte 11 einstellbar ist. Dazu dient ein radialer Spielraum 173 und ein radialer Spielraum 175 zwischen den Ringen 157, 161, bzw. den Ringen 159, 163. Nachdem die Linsenhalterung 21 richtig eingestellt ist (näheres weiter unten), wird der Ring 159 auf die einfachheitshalber nicht näher angegebene Weise zwischen den Ringen 161 und 163 eingeklemmt, während der Ring 159 in radialer Richtung durch Zurückdrehen des Stellbolzens im Gewindeloch 171 entlastet wird. Auf diese Weise ist die Rundheit des Ringes 159 gewährleistet.
• Auf der Metallplatte 9 ist ein Sockel 177 montiert, in dem eine Lagerbüchse 179 für eine Antriebswelle 181 angebracht ist, die mit der austretenden Welle eines Gleichstrommotors 183 gekoppelt ist, der im weiteren als Fokusmotor 183 bezeichnet wird. Die Antriebswelle 181 ist in der Lagerbüchse 179 mit Hilfe eines Kugellagers 185 drehbar gelagert. Auf dem Ende der Antriebswelle 181 ist eine Exzenterbüchse 187 befestigt, auf der ein Kugellager 189 montiert ist, von dem ein Außenring 191 an den darüber angeordneten an der Linsenhalterung 21 und am Ring 107 befestigten Ring 139 anliegt. Die Mittellinie der Büchse 179 liegt exzentrisch in bezug auf die Mittellinie der Antriebswelle 181. Auf diese Weise wird eine von Hand durchgeführte Grobeinstellung der Halterungen 21 und 23 erhalten. Der Fokusmotor 183, die Antriebswelle 181, die Exzenterbüchse 187 und das Kugellager 189 bilden zusammen das ortsfest angeordnete erste Betätigungsglied zum Fokussieren des Linsensystems 13. In der Wand der Maskenhalterung 23 befindet sich ein rundes Loch 193, in dem eine drehbare Lagerbüchse 195 montiert ist. An dieser Lagerbüchse 195 ist das Gehäuse eines Gleichstrommotors 197 befestigt, dessen Antriebswelle in der Lagerbüchse 195 drehbar gelagert ist. Auf der Antriebswelle des Motors 197, der in der weiteren Beschreibung als Vergrößerungsmotor 197 bezeichnet wird, ist ein Exzenter 199 befestigt, der an dem Unterrand eines Lochs 201 in der Wand der Linsenhalterung 21 anliegt. Die Lagerbüchse 195 kann im Loch 193 mit Hilfe eines Bügels 203 festgeklemmt werden. Die Mittellinie des kreisförmigen Exzenters 199 ist in bezug auf die Mittellinie der Antriebswelle des Vergrößerungsmotors 197 parallel verschoben, während die Mittellinie der Lagerbüchse 195 in bezug auf die Mittellinie der im Loch 193 drehbaren kreiszylindrischen Lagerbüchse 195 parallel verschoben ist. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die relative axiale (parallel zur Z-Achse befindliche) Position der Linsenhalterung 21 und der Maskenhalterung 23 zunächst grob und danach fein einzustellen, was im weiteren näher erläutert wird. Der Vergrößerungsmotor 197 mit seiner Antriebswelle, die Lagerbüchse 195 und der Exzenter 199 bilden zusammen das erwähnte versetzbare zweite Betätigungsglied zum Einstellen der Vergrößerung des Linsensystems 13.
• Das Gesamtgewicht der Maskenhalterung 23, der Linsenhalterung 21 und aller daran befestigten und parallel zur Z-Achse verschiebbaren Teile wird, in der Umkreisrichtung gesehen, an drei Stellen aufgefangen, die nahezu auf einem Kreis senkrecht zur Z-Achse liegen und in Abschnitte von 120º verteilt sind. Der Querschnitt des Stiftes 205 in Fig. 3 ist der Einfachheit halber über 60º gedreht. Einer der erwähnten drei Punkte ist Kontaktpunkt zwischen dem Kugellager 189 und dem Ring 139, die zwei anderen Punkte werden durch zwei Stifte gebildet, die an der Unterseite des Ringes 139 anliegen. Von diesen beiden Stiften ist in Fig. 3 nur ein Stift 205 sichtbar. Der Stift 205 wird von einer vorgespannten Schraubfeder 207 (zweite Ausgleichsfeder) angedrückt, die in einer Halterung 209 angeordnet ist. Die Halterung 209 ist mit Gewinde versehen und ist mit Hilfe einer Gewindebüchse 211 einstellbar, die in der Metallplatte 9 befestigt ist. An der Wand der Linsenhalterung 21 ist mit einem Bolzen 213 eine Tragbüchse 215 für einen Stift 217 befestigt, der an der Oberseite in eine kreiszylindrische Stütze 219 eingeschraubt ist, die in einem Hohlstift 211 und an der Unterseite in der Tragbüchse 215 gleiten kann. Der Stift 221 wird von einer vorgespannten Schraubfeder 227 (ersten Ausgleichsfeder) an eine mit einem Bolzen 223 an der Wand der Maskenhalterung 23 befestigte Büchse 225 gedrückt. In der Umkreisrichtung gesehen gibt es zwei Stifte 221, die zusammen mit dem Kontaktpunkt des Exzenters 199 mit der Linsenhalterung 21 nahezu auf einem Kreis senkrecht auf die Z-Achse liegen und in Abschnitte von 120º verteilt ist. Der Querschnitt des Stiftes 221 in Fig. 3 ist der Einfachheit halber über 60º gedreht. Da die Ringe 101, 103, 105 und 107 an der Stelle der kurzen Abschnitte 115 mittels Distanzplättchen festgeklemmt sind, liegen die langen Abschnitte 113 frei und können also eine verhältnismäßig geringe elastische Verformung in zwei Richtungen durch Biegungs- und Torsionskräfte erfahren. Der größte Beitrag zur elastischen Verformung liefern die Biegungskräfte. Die elastische Verformung der Ringe 101, 103, 105 und 107 geschieht wie folgt (siehe insbesondere Fig. 2 und 3).
• Wenn bei einem stillstehenden Exzenter 199 die exzentrische Büchse 187 durch Erregen des Fokusmotors 183 rotiert wird und dadurch das Kugellager 189 sich in vertikaler Richtung auf und abbewegt, erfolgt elastische Verformung der Ringe 103 und 105, während die Ringe 101 und 107 nicht verformt werden. Es sei bemerkt, daß hier die dynamische elastische Verformung durch die exzentrische Büchse 187 und nicht die statische Verformung gemeint wird, die die Ringe 101 und 107 durch das Gewicht der Maskenhalterung 23, der Linsenhalterung 21 und der damit simultan verlagerbaren Teile erfahren haben. Die Art und Weise, wie der Exzenter 199 angehalten wird, wird im weiteren an Hand der Fig. 7 näher erläutert. Durch die Vertikal-Verlagerung des Kugellagers 189 werden die Halterungen 21 und 23 parallel zur festen Z-Achse gemeinsam verlagert, so daß eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes zwischen dem Linsensystem 13 und dem Substrat 31 erfolgt. Die beschriebene Verlagerung läßt sich also zum Fokussieren des Linsensystems 13 verwenden, da der Bildabstand durch Simultanverlagerung der beiden Halterungen regelbar ist. Der Gegenstandsabstand zwischen der Maske 29 und dem Linsensystem 13 bleibt dabei also gleich. Beim Fokussieren ändert sich die Vergrößerung nicht, weil das Linsensystem 13 an der Seite des Substrats telezentrisch ist. Es sei bemerkt, daß ein Linsensystem an einer bestimmten Seite telezentrisch ist (im vorliegenden Fall also an der Bildseite), wenn von einem Lichtbündel der Strahl (Hauptstrahl) durch die Mitte der sog. Pupille immer senkrecht auf die mit dieser Seite übereinstimmende Bildfläche oder Gegenstandsfläche steht. Das Linsensystem 13 in der optisch lithographischen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an der Gegenstandsseite bewußt nicht telezentrisch aufgebaut, um das Regeln der Vergrößerung auf einfache und praktische Weise zu ermöglichen. Nachstehend wird weiterhin erläutert, welche Einflüsse eine derartige Regelung der Vergrößerung wünschenswert machen.
• Wenn bei einer stillstehenden exzentrischen Büchse 187 der Exzenter 199 durch Erregen des Vergrößerungsmotors 197 rotiert wird und infolgedessen bei stillstehenden Linsenhalterungen 21 die Maskenhalterung in vertikaler Richtung auf- und abbewegt wird, erfolgt elastische Verformung der Ringe 101, 103 und 107, während der Ring 105 nicht verformt wird. Auch hier ist die dynamische elastische Verformung ausschließlich durch die Drehung des Exzenters und nicht durch die statische Verformung gemeint, die die Ringe 101, 103 und 107 durch das Gewicht der Maskenhalterung 23 und der damit verbundenen in bezug auf die Linsenhalterung 21 verschiebbaren Teile erfahren haben. Die Art und Weise, wie die exzentrische Büchse 187 angehalten wird, wird nachstehend anhand der Fig. 7 näher erläutert. Durch die relative vertikale Verlagerung der Maskenhalterung 23 in bezug auf die Linsenhalterung 21 vergrößert sich oder verkleinert sich der Abstand zwischen dem Linsensystem 13 und der Maske 29. Die beschriebene Verlagerung wird zum Regeln des Gegenstandsabstands bei konstantem Bildabstand benutzt, so daß damit die Vergrößerung des Linsensystems regelbar oder einstellbar ist.
• Es sei bemerkt, daß die Stifte 205 und 221, die durch die Vorspannung der Ausgleichsfedern 207 und 227 an den Ring 139 bzw. an die Büchse 225 gedrückt werden, eine doppelte Funktion besitzen. Die Stifte 205 und 221 sorgen dafür, daß die mechanische Belastung der beiden Halterungen, der elastischen Koppelelemente und des Rahmens, wenn in der Umkreisrichtung der Halterungen gesehen, möglichst regelmäßig verteilt ist. Die Stifte 205 und 221 vermeiden dabei, daß das Kugellager 189 und der Exzenter 199 zu schwer belastet werden. Die Stifte 205 und das Kugellager 189 tragen das Gewicht der beiden Halterungen 21 und 23 und der damit verbundenen simultan verlagerbaren Teile. Die Stifte 205 verhindern, daß eine Kippung der Halterungen 21 und 23 durch die einseitige Kraft auftritt, die das Kugellager 189 auf den Ring 139 ausübt. Wenn die Vorspannung der Ausgleichsfedern 207 als die zur sog. Mittelstellung des Kugellagers 189 gehörende Federspannung definiert wird, werden die Ausgleichsfedern beim Fokussieren mit der Vorspannkraft belastet, vergrößert oder verkleinert um ein Drittel der Kraft, die zum Verlagern der beiden Halterungen 21 und 23 beim Fokussieren erforderlich ist. Auf ähnliche Weise werden die Stifte 221 bzw. die Ausgleichsfedern 227 und der Exzenter 199 beim Einstellen der Vergrößerung mit der Vorspannkraft belastet, vergrößert oder verkleinert um ein Drittel der erforderlichen Kraft zum Verlagern der Maskenhalterung 23 in bezug auf die stillstehende Linsenhalterung 21. Die Stifte 221 verhindern eine Kippbewegung der Maskenhalterung 23 beim Einstellen der Vergrößerung durch das einseitige Angreifen des Exzenters 199. Die Stifte 205 und 221 verhindern übrigens auch eine Kippbewegung der Halterungen 21 und 23 im statischen Zustand, d. h. nicht bei den Fokussier- oder Vergrößerungsbewegungen.
• Das Fokussieren und das Einstellen der Vergrößerung erfolgt mit Hilfe von Aufnehmern, d. h. einem in Fig. 5 dargestellten Fokusdetektor 229 und einem in Fig. 6 dargestellten Fokusdetektor 229 und einem in Fig. 6 dargestellten Vergrößerungsdetektor 231. Der Fokusdetektor 229 und der Vergrößerungsdetektor 231 sind optische Detektoren, die ein Fokusfedersignal bzw. ein Vergrößerungsfedersignal in eine Servo-Steuerung 233 nach Fig. 7 liefern. Der an sich im Grunde in der US-A- 4.356.392 beschriebene Fokusdetektor 229, von dem ein besonderes Ausführungsbeispiel mit optischer Nullpunkteinstellung in der nicht-vorveröffentlichten Niederländischen Patentanmeldung Nr. 8600253, nun NL-A-8600253 vorgeschlagen und beschrieben ist, enthält eine Strahlungsquelle 235, wie z. B. einen Diodenlaser, einen Polarisationsteilwürfel 237, eine Anzahl Prismen 239, 241, 243, einen Spiegel 245 und zwei strahlungsempfindliche Detektoren 247 und 249. Eine Linse 251 bildet einen Strahlungsfleck S&sub1; auf dem Substrat 31, während eine Linse 253 zusammen mit einer Linse 255 den Strahlungsfleck S&sub1; als ein Strahlungsfleck S&sub2; auf den Detektoren 247 und 249 abbildet. Der Spiegel 245 liegt in der Brennebene der Linse 253. Der Reflektor 245 und die Linse 253 bilden zusammen einen sog. Retroreflektor, wodurch ein beim Spiegel 245 eintreffendes Lichtbündel in sich reflektiert und gespiegelt in dem Strahlungsfleck S&sub1; fokussiert wird, so daß ein symmetrischer Strahlungsfleck entsteht. Örtliche Reflexionsunterschiede des Substrats 31 haben dadurch keinen Einfluß auf die Intensitätsverteilung innerhalb des an den Detektoren 247 und 249 entstandenen Strahlungsflecks S&sub2;. Die mit den Bezugszeichen 235, 237, 239, 247, 249, 255 und 257 bezeichneten Teile des Fokusdetektors 229 sind fest angeordnet, während die mit den Bezugszeichen 241, 243, 245, 251, 253 und 259 bezeichneten Teile des Fokusdetektors 229 mit der Linsenhalterung 21 verbunden sind. Bei einer beispielsweise durch Dickenunterschiede des Substrats 31 ausgelösten Änderung des Abstandes zwischen dem Linsensystem 13 und dem Substrat 31 verschiebt sich der Strahlungsfleck S&sub2; gegenüber den Detektoren 247 und 249, so daß ein Detektor eine kleinere oder größere Strahlungsintensität als der andere empfangt. Die Detektoren 247 und 249 liefern dadurch ein Signal verschiedener Stärke. Das Ausgangssignal eines mit den Detektoren 247 und 249 verbundenen Differenzverstärkers 257 bildet ein Fokusfehlersignal ΔF, das in der Servo-Steuerung 233 verwendet wird (siehe Fig. 7). Wenn festgestellt wird, daß beispielsweise Schwankungen in dem atmosphärischen Druck einen zu großen Einfluß auf die Fokussierung haben, kann dies mit Hilfe einer drehbaren planparallelen Glasplatte 259 korrigiert werden, mit der die optische Weglänge einstellbar ist. Da der Fokusdetektor 229 eine Änderung der Fokussierung durch eine Schwankung des Barometerdrucks nicht mißt, kann durch eine Anpassung der optischen Weglänge mit Hilfe der drehbaren Platte 259 eine Nullpunkteinstellung oder ein sog. "Offset" und eine Korrektur des Fokusfehlersignals ΔF erhalten werden. Die Platte 259 kann sowohl von Hand als auch mit einem Motor eingestellt werden. Beispielsweise mit Hilfe einer Tabelle oder Graphik, in der der Einfluß des atmosphärischen Drucks mittels Messungen festgelegt ist, läßt sich die Größe handmäßigen Drehung der Platte 259 bestimmen. Da barometerische Änderungen meistens relativ langsame Änderungen sind, läßt sich beispielsweise eine Tageszeit oder die Zeit einiger Tage zwischen aufeinanderfolgenden Korrekturen nehmen. Korrekturen lassen sich auch ununterbrochen und automatisch durch Verwendung des Meßsignals eines Barometers in einem einzelnen Servosystem durchführen, worin ein Motorantrieb für die Platte 259 aufgenommen ist. Eine derartige ununterbrochene Fokuskorrektur hat als solche keinen Einfluß auf die Vergrößerung, dar das Linsensystem 13 an der Substratseite telezentrisch ist. Handeinstellung der Platte 259 kann bei Versuchsabbildungen auf einem Prüfsubstrat sowie bei Fokussierung auf eine Fläche, die nicht mit der Oberfläche des Substrats 31 zusammenfällt, sondern im Substrat liegt verwendet werden.
• Es sei bemerkt, daß die Aufstellung der elastischen Koppelelemente in der schematisch dargestellten opto-lithographischen Vorrichtung nach Fig. 5 sich von der der Vorrichtung nach Fig. 1.2 und 3 unterscheidet. Das elastische Koppelelement 105 (Ring 105) in den letztgenannten Figuren ist durch ein elastisches Koppelelement 261 (drittes Koppelelement) in Form einer Feder 261 zwischen der Maskenhalterung 23 und dem nicht dargestellten ortsfest angeordneten Rahmen ersetzt worden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist eine Alternative für die Konstruktion nach den Fig. 1, 2 und 3 und wird dadurch als Bestandteil der Erfindung angesehen. Der kennzeichnende Unterschied ist, daß die Maskenhalterung 23 an zwei Stellen (statt am nur einer Stelle) von elastischen Koppelelementen direkt mit dem Rahmen verbunden ist, während die Linsenhalterung 21 überhaupt nicht von elastischen Koppelelementen auf direkte Weise mit dem Rahmen, sondern an zwei Stellen mit dem Maskenhalterung 23 verbunden ist.
• Der an sich in der nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 8601278, jetzt NL-A-8601278, bereits beschriebene Vergrößerungsdetektor 231 wird von einem System gebildet, in dem eine Prüfmaske oder Schaltungsmaske 29 mit zwei Amplitudenrastern 263, 265 versehen ist, die auf zwei entsprechenden Amplitudenrastern 267, 269 im Tisch 33 abgebildet werden. Das Linsensystem 13, das in Fig. 6 schematisch durch zwei Linsen 271, 273 angegeben ist, bildet das Raster 263 auf dem Raster 260 und das Raster 265 auf dem Raster 267 ab. Von einem Lichtbündel 275, das das Raster 263 auf dem Raster 269 abbildet, ist nur ein Hauptstrahl 277 angegeben, während von einem Lichtbündel 279, das das Raster 265 auf dem Raster 267 abbildet, außer einem Hauptstrahl 281 auch Randstrahlen 283 und 285 dargestellt sind. Die Bündel 275 und 279 können Teile eines einzigen breiteren Lichtbündels 287 sein, das vorzugsweise dasselbe Bündel ist, wie das mit dem später die Schaltungsmasken 29 auf dem Substrat 31 abgebildet werden. Geringfügige Abweichungen in den Rasterabbildungen können durch einen Unterschied in der Wellenlänge dabei nicht entstehen, weil das Linsensystem 13 bei der für die späteren sich wiederholenden Belichtungen benutzten Wellenlänge für Aberrationen korrigiert ist. Im Lichtweg jedes der durch die Raster 267 und 269 fallenden Lichtbündel 279 und 277 ist ein Strahlungsdetektor 289 bzw. 291 vorgesehen. Die Detektoren 289 und 291 befinden sich im Tisch 33. Wenn die Raster 263 und 265 mit der richtigen Vergrößerung auf den Rastern 269 und 267 abgebildet werden, sind die Frequenzen der entsprechenden Rasterbilder gleich den Frequenzen der Raster 269 und 267. Die Strahlungsmenge, die die Detektoren 289 und 291 empfangen von den dabei gut aufeinander ausgerichteten Rastern 265, 267 bzw. 263, 269 ist gleich. Bei einem Vergrößerungsfehler passen das abgebildete Raster 23 und das Raster 269 bzw. das abgebildete Raster 269 und das Raster 267 nicht aufeinander und es entsteht ein Moir -Muster, dessen Periode ein Maß des Vergrößerungsfehlers ist. Zum Umsetzen dieses Vergrößerungsfehlers im ein Vergrößerungssignal, werden die Maskenraster 263, 265 und die Tischraster 267, 269 parallel zur X-Achse mittels eines mit dem Tisch 33 gekoppelten Antriebs 293 periodisch gegenüber einander verlagert. Als Antrieb 293 kann der in der opto-lithographischen Vorrichtung bereits vorhandene lineare Elektromotor mit X-Ständer 37 und dem X-Übersetzer 39 benutzt werden (siehe Fig. 2). Das bereits beschriebene Interferometersystem (63, 81) kann für die Steuerung der periodischen Verlagerung des Tisches 33 zur Vergrößerungsmessung verwendet werden. Durch die periodische Bewegung der Maskenraster gegenüber den Tischrastern tritt bei einem Vergrößerungsfehler (und folglich bei einem Moir -Muster mit endlicher Periode) ein Phasenunterschied zwischen den nahezu sinusförmigen Ausgangssignalen 295 und 297 der Detektoren 289 und 291 auf. Die Signale 295 und 297 gelangen an einen Phasenkomparator 299, der ein Vergrößerungsfehlersignal ΔM&sub1; erzeugt, das in der Servo-Steuerung 233 nach Fig. 7 verwendet wird. Da der Vergrößerungsdetektor 231 auch die Vergrößerungsfehler durch atmosphärische Druckschwankungen feststellt, kann das Vergrößerungssignal ΔM&sub1; ebenfalls dafür verwendet werden, mittels der Servo-Steuerung 233 Druckschwankungen zu korrigieren. Eine Nullpunkteinstellung oder ein sog. "Offset" gemäß der Verwendung beim Fokusdetektor 229 ist also bei Druckschwankungen für den Vergrößerungsdetektor 231 nicht notwendig. Das bedeutet, daß die durch Druckschwankungen verlangte Vergrößerungskorrektur auf direkte Weise in das Vergrößerungsfehlersignal ΔM&sub1; aufgenommen ist, und diese nicht notwendigerweise aus Tabellen oder Graphiken abgeleitet zu werden braucht, die auf Messungen und Berechnungen basieren. Die Möglichkeit von Fehlern bei der Vergrößerungskorrektur ist dadurch wesentlich verkleinert, daß Ablesefehler und Interpolationsfehler vermieden werden.
• Die in Fig. 7 veranschaulichte Servosteuerung. 233 enthält eine erste Regelschleife 301 zum Einstellen der Fokussierung und eine zweite Regelschleife 303 zum Einstellen der Vergrößerung. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, reicht eine mit Spielraum durch die Maskenhalterung 23 hindurchragende und an der Linsenhalterung 21 befestigte Büchse 350 bis außerhalb des Umrisses der Maskenhalterung 23 und wird eine relative Verlagerung parallel zur Z-Achse der Halterungen 21 und 23 in einer Translationsbewegung eines Tasters 307 umgesetzt, der in einem mit der Maskenhalterung 23 verbundenen Block 309 schiebbar gelagert ist. Die Büchse 305, der Taster 307 und der Block 309 bilden zusammen einen relativen Positionsaufnehmer, der mit dem Bezugszeichen 311 in Fig. 7 bezeichnet ist. Die erste Regelschleife 301 kann von einer Steuerschaltung 313 über einen Schalter 315 aktiviert werden. In der Regelschleife 301 befinden sich weiterhin noch ein proportional integrierender Regler 317, der Fokusmotor 183 und der Fokusdetektor 229, der das Fokusfehlersignal ΔF liefert. Die zweite Regelschleife 303 kann von der Steuerschaltung 313 über einen Schalter 319 aktiviert werden. In der Regelschleife 303 befinden sich weiterhin noch ein proportional integrierender Regler 321, der Vergrößerungsmotor 197 und in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 323 der Vergrößerungsdetektor 231 oder der Positionsaufnehmer 311. Die Translationsbewegung des Tasters 307 in dem Positionsaufnehmer 311 wird von einem Schiebepotentiometer 325 in ein elektrisches Signal umgesetzt, das einem Komparator 327 zugeführt wird. Das Vergrößerungsfehlersignal ΔM&sub1; kann über den Schalter 323 und einen Schalter 329 dem Komparator 327 zugeführt werden. Ein Spannungsmeter 331 ist mit dem Ausgang des Komparators 327 und mit der Steuerschaltung 313 verbunden. Die Schalter 323 und 329 sind miteinander gekoppelt und entgegengesetzt gepolt. Nachstehend wird erläutert, wie die Servosteuerung 233 in der Vorbereitung für ein sich wiederholendes Belichtungsverfahren und bei der Durchführung dieses Verfahrens in einer opto-lithographischen Vorrichtung verwendet wird bzw. verwendbar ist.
• Für die Herstellung integrierter Schaltungen, wie beispielsweise Halbleiterschaltungen, optischer Schaltungen und opto-elektronischer Schaltungen in optolithographischen Vorrichtungen erfolgt allgemein zunächst eine mechanische Vorausrichtung des betreffenden Substrats 31, das beispielsweise automatisch mit Hilfe eines Riementransports aus einer Kassette mit mehreren Substraten einem in der optolithographischen Vorrichtung angeordneten sog. X, Y,φ-Tisch zugeliefert wurde. Eine flache Seite des Substrats wird zum Ausrichten in bezug auf eine Referenz durch Translation und/oder Rotation des Substrats benutzt. Die richtige Vorausrichtung wird mit einem Mikroskop kontrolliert. Anschließend wird das Substrat von einem Wechsler zu dem bereits beschriebenen Tisch 33 übertragen und darauf durch Kippung um zu der X- und Y-Achse parallele Achsen und durch eine Translation parallel zur Z-Achse in eine Position gebracht, die im Bereich einer Feinfokussierungsregelung liegt. Die erwähnten Kipp- und Translationsbewegungen mit dem Tisch 33 erfolgen mit an sich bekannten und daher nicht dargestellten Hilfseinrichtungen im Tisch 33 und Referenzeinrichtungen, die auf der Glasplatte angebracht sind. In der opto-lithographischen Vorrichtung befindet sich ein Feinausrichtsystem 333 einer im Prinzip an sich bekannten und in der US-A-4.251.160 bereits beschriebenen Art. Zum Ausrichtsystem 333 gehören u. a. ein in Fig. 2 dargestellter Helium/Neonlaser 335, ein polarisationsempfindlicher Teilwürfel 337, die Prismen 339, 341, eine sog. 1/4λ-Platte 343, ein Strahlungsdetektor 345, eine Lichtquelle 347 und eine Optik 349 zum Anpassen der optischen Weglänge. Weiterhin sind die Maske 29 und das Substrat 31 mit je einem Paar Feinausrichtraster versehen, mit dem die Maske und das Substrat in bezug aufeinander ausgerichtet werden. Nach dem Fertigstellen der optischen Feinausrichtung der Maske in bezug auf das Substrat erfolgt mit Hilfe der Steuerschaltung 313 (siehe Fig. 7) das Schließen des Schalters 315, so daß die erste Regelschleife 301 aktiviert ist und das Fokusfehlersignal ΔF des Fokusdetektors 229 über den PI-Regler 317 an den Fokusmotor 183 geliefert wird, der den gewünschten Abstand zwischen dem Linsensystem 13 und dem Substrat 31 einstellt. Bei der Fokussierbewegung führen die Halterungen 21 und 23 eine gemeinsame synchrone Translationsbewegung aus, bei der der Abstand zwischen der Maske 29 und dem Linsensystem (Gegenstandsabstand) konstant gehalten wird. Bei der in der obigen Beschreibung angegebenen opto-lithographischen Vorrichtung kann der Gegenstandsabstand prinzipiell verschiedenartig beim Fokussieren konstant gehalten werden. Durch die geringe Exzentrizität (15 um) des Exzenters 199 ist das Maß der Selbstbremsung des zweiten Betätigungsglieds verhältnismäßig groß. Unter normalen Bedingungen braucht daher nicht für eine relative Verlagerung zwischen den Halterungen beim Fokussieren gefürchtet zu werden. Wenn man jedoch erwartet, daß beispielsweise Schwingungen eine relative Verlagerung zwischen den Halterungen bewirken können, kann mittels der Steuerschaltung 313 der Schalter 319 geschlossen und die zweite Regelschleife aktiviert werden. Die Wirkung der zweiten Regelschleife wird nachstehend näher erläutert. Durch Erregen des Vergrößerungsmotors mit einem verhältnismäßig kleinen Haltestrom kann der mechanischen Selbstbremsung des Exzenters 199 eine elektromechanische Bremsung zugesetzt werden. Wie bereits anhand der Fig. 5 beschrieben, kann die Nullpunkteinstellung des Fokusdetektors 229 durch Rotation der planparallelen Platte 259 geändert werden. Dies kann halbautomatisch mit einem Servoantrieb oder von Hand erfolgen. Wenn es sich herausstellt, daß beispielsweise der atmosphärische Druck eine Änderung der Nullpunkteinstellung erforderlich macht, wird bereits bei dieser Feinfokussierung ein "Offset" des Fokusdetektors bewirkt. Auch wenn man auf eine Ebene unterhalb der oberen Fläche im Substrat 31 fokussieren möchte, kann der "Offset" ausgenutzt werden. Der "Offset" für den atmosphärischen Druck kann aus Graphiken oder Tabellen bestimmt werden. Sie können in einen elektronischen Speicher eingeschrieben werden, der mit einem Meßgerät für den Atmosphärendruck gekoppelt wird. Jeder Druck liefert dabei automatisch einen "Offset", der dem Servoantrieb der planparallelen Platte 259 zugegeben wird. Möglicherweise kann eine Schwelle verwendet werden, bei der eine Korrektur nur nach dem Überschreiten der Schwelle ausgeführt wird. Nach dem Einstellen des richtigen Abstandes (Bildabstand) zwischen dem Linsensystem 13 und dem Substrat 31 wird bei einem geschlossenen Schalter 315 und also einer aktivierten ersten Regelschleife 301 der Schalter 319 geschlossen und die zweite Regelschleife 303 zum Einstellen der richtigen Vergrößerung aktiviert. Wie bereits anhand der Fig. 6 beschrieben wurde, wird beim Einstellen der Vergrößerung der Antrieb 293 (Linearmotor 37, 39) des Tisches 33 zum Erzeugen des Vergrößerungsfehlersignals ΔM&sub1; verwendet. Dies erfolgt mittels einer einpaarigen Hin- und Herbewegung des Tisches 33 parallel zur X-Achse über einen in Fig. 7 nicht näher dargestellten Umsetzer. Da die erste Regelschleife 301 hier aktiviert ist, gibt es bereits die Gewährleistung optimaler Fokussierung bei der Vergrößerung. Etwaige Dickenschwankungen des Substrats 31 können daher die Genauigkeit der bereits erhaltenen Fokussierung nicht auf eine unzulässige Weise beim Einstellen der Vergrößerung beeinflussen. Der Vergrößerungsdetektor 231 liefert über die geschlossenen Schalter 321 und 329 das Vergrößerungsfehlersignal (zweites Regelsignal) an den PI-Regler 321, dessen Ausgangssignal den Vergrößerungsmotor 197 zum Einstellen der Vergrößerung steuert. Beim Einstellen der Vergrößerung ist die mechanische Selbstbremsung des ersten Betätigungsglieds durch die geringe Exzentrizität (15 um) der exzentrischen Büchse 187 unter normalen Bedingungen groß genug, um eine gemeinsame Verlagerung der Halterungen 21 und 23 parallel zur Z-Achse zu verhindern. Wenn beispielsweise Schwingungen erwartet werden, kann eine zusätzliche elektromechanische Bremsung durch Erregen des Fokusmotors 183 beim Einstellen der Vergrößerung mit einem geringen Haltestrom erhalten werden. Dies geschieht mit Hilfe des "Offsets" des Fokusdetektors 229. Der von der Steuerschaltung 313 betätigte Schalter 323 ist mit dem Schalter 329 gekoppelt. Das bedeutet, daß das Vergrößerungsfehlersignal M&sub1; ebenfalls an den Komparator 327 gelangt. Zum Zeitpunkt der Beendung der Vergrößerungseinstellung mit dem Vergrößerungsdetektor 231 durch Anhalten des Tisches 33 wird mit Hilfe des Meßgeräts 331 das Differenzsignal des optisch gemessenen Vergrößerungsfehlersignals und des vom Positionsaufnehmer 311 erzeugten und vom Potentiometer 325 umgesetzten Signals gemessen. Das Potentiometer 325 wird jetzt so eingestellt, daß das vom Spannungsmeßgerät 331 gemessene Signal gleich Null ist. Auf diese Weise wird mit Hilfe des optischen Vergrößerungssignals ΔM&sub1; der Positionsaufnehmer 311 kalibriert und ein drittes Regelsignal erzeugt, das das zweite Regelsignal bei der anschließend durchzuführenden Belichtungsreihe auf dem Substrat ersetzt. Da der Antrieb 293 (Linearmotor 37, 39) in der Belichtungsphase nahezu ununterbrochen verwendet wird, um das Substrat 31 aus der einen in die andere Belichtungsposition zu verlagern, kann der optische Vergrößerungsdetektor 231 im Prinzip nur in bestimmten Intervallen in der Belichtungsreihe benutzt werden. Es wird daher bevorzugt, während der Belichtungsreihe nur eines Substrats ausschließlich den vom optischen Vergrößerungsdetektor bereits kalibrierten Positionsaufnehmer 311 zu verwenden. Die Schalter 323 und 329 befinden sich dabei in der in Fig. 7 gestrichelt angegebenen Lage. In Fig. 7 ist ebenfalls ein zusätzliches Signal dargestellt, das dem Komparator 327 beispielsweise für eine Korrektur atmosphärischer Druckschwankungen zugeführt wird. Dies läßt sich auf analoge Weise durchführen (automatisch oder von Hand), wie bereits im Zusammenhang mit dem Fokusfehlersignal ΔF beschrieben wurde. Das endgültig gewonnene Vergrößerungsfehlersignal ΔM&sub2; ist das Signal, das bei der Belichtungsreihe zum Korrigieren der Vergrößerung verwendet wird, die sich durch Temperatur, Druck und mechanische Schwingungen ändern kann. Es sei bemerkt, daß sowohl der Fokusdetektor 229 als auch der Vergrößerungsdetektor 231 ein Signal ΔF bzw. ΔM&sub1; erzeugt, in dem der Einfluß des atmosphärischen Drucks im Prinzip nicht berücksichtigt ist. Der Einfluß davon wird in beiden Fällen durch eine Nullpunkteinstellung oder einen "Offset" dennoch in den Regelschleifen 301 und 303 verarbeitet. Diese Regelschleifen bleiben auch in der Belichtungsphase aktiviert, so daß Fokussierung und Vergrößerung immer optimal einstellbar sind. Die beschriebene Servosteuerung kann sowohl digital als auch analog durchgeführt werden und beschränkt sich nicht auf die anhand der Fig. 6 und 7 beschriebenen Detektoren. Das Verfahren nach der Erfindung ist in opto-lithographischen Vorrichtungen anwendbar, in denen das Linsensystem getrennt angeordnet ist. In einem solchen Fall sind ein Substrattisch und ein Maskentisch vorgesehen, die in bezug auf das Linsensystem parallel zur Z-Achse verlagerbar sind.
• Die in der obigen Beschreibung angegebenen elastischen Koppelelemente in Ringform können durch an sich bekannte Schnitte in den Halterungen 21 und 23 ersetzt werden, obgleich die Ringe mit einem geschlosseneren Aufbau bevorzugt werden. Die Ringe als solche können mit Nocken, Verdickungen und Verdünnungen ausgerüstet sein, die die Verwendung von Distanzplättchen überflüssig machen. Mit einem Stellbolzen im Gewindeloch 171 (siehe Fig. 3) können die Halterungen 21 und 23 derart gekippt werden, daß eine optimale zusätzliche Vorfokussierung erhalten wird. Zum Herausfinden der besten Fokussierung wird eine Anzahl Versuchsabbildungen angefertigt und anschließend werden die Halterungen 21, 23 mit dem Ring 161 festgeklemmt. Obgleich in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der optolithographischen Vorrichtung die Linsenhalterung 21 sich wenigstens teilweise innerhalb der Maskenhalterung 23 befindet, ist dies nicht unbedingt notwendig. Die Maskenhalterung 23 kann sich auch vollständig oder teilweise in der Linsenhalterung 21 binden, wobei das Linsensystem möglicherweise bis in die Maskenhalterung reicht.

Claims (8)

1. Opto-lithographische Vorrichtung mit einem Linsensystem (13), das zwischen einem Maskenträger (25) und einem Substrattisch (33) angeordnet und an der Seite des Substrattisches (33) telezentrisch ist, wobei in der Vorrichtung der Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrattisch (33) mit Hilfe eines ersten Betätigungsglieds (183) in Zusammenarbeit mit einer ersten kreiszylindrischen Halterung (21) einstellbar ist, die am Linsensystem (13) befestigt und über ein erstes elastisch verformbares Koppelelement (103, 105) in einem fest angeordneten Rahmen (1) aufgehängt ist, wobei das Verformungsmaß des Koppelelements (103, 105) durch die auf die Halterung (21) mit Hilfe des ersten Betätigungsglieds (183) ausgeübte Kraft bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine zweite kreiszylindrische koaxiale Halterung (23), die am Maskenträger (25) befestigt und gegen die erste kreiszylindrische Halterung (21) und zusammen damit versetzbar ist, und ein zweites Betätigungsglied (197) enthält, das an einer der Halterungen (21, 23) befestigt ist und mit der anderen Halterung (21, 23) zusammenarbeitet, wobei eine Halterung (21) mittels eines zweiten elastischen Koppelelements (101, 107) mit der anderen Halterung (23) gekoppelt ist, und eine der Halterungen (21, 23) mittels des ersten elastischen Koppelelements (103, 105) mit dem Rahmen (1) gekoppelt ist, wobei der Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrattisch (33), mit einem festen Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Maskenträger (25), mit Hilfe des ersten Betätigungsglieds (183) durch elastische Verformung des ersten elastischen Koppelelements (103, 105) einstellbar ist, und der Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Maskenträger (25), mit einem festen Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrattisch (33), mit Hilfe des zweiten Betätigungsglieds (197) durch elastische Verformung des zweiten Koppelelements (107) einstellbar ist.

2. Opto-lithographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halterung (21) mittels des ersten elastischen Koppelelements (105) mit dem Rahmen (1) gekoppelt und wenigstens teilweise von der zweiten Halterung (23) umgeben ist, die mittels eines dritten elastischen Koppelelements (103) mit dem Rahmen (1) gekoppelt ist, wobei die zweite Halterung (23) mit der ersten Halterung (21) mittels des zweiten elastischen Koppelelements (101) und eines vierten elastischen Koppelelements (107) gekoppelt ist.

3. Opto-lithographische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Koppelelemente (101, 103,105, 107) elastisch verformbare Metallringe mit einer geraden Anzahl von elastischen Zapfenpaaren (109, 111) bilden, zwischen denen sich verhältnismäßig lange Ringabschnitte (113) befinden, während sich verhältnismäßig kurze Ringabschnitte (115) zwischen den elastischen Zapfen (109, 111) eines Paares befinden, wobei die verhältnismäßig kurzen Abschnitte (115) des zweiten Koppelelements (101) abwechselnd an der ersten Halterung (21) und an der zweiten Halterung (23) befestigt sind, und die verhältnismäßig kurzen Abschnitte (115) des ersten Koppelelements (105) abwechselnd am Rahmen (1) und an der betreffenden Halterung (21, 23) befestigt sind.

4. Opto-lithographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine vorgespannte erste Ausgleichsfeder (227) zwischen den Halterungen (21, 23) und wenigstens eine vorgespannte zweite Ausgleichsfeder (207) zwischen dem Rahmen (1) und der ersten Halterung (21) angeordnet sind.

5. Opto-lithographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Betätigungsglied aus einem ersten Exzenter (187) besteht, der mit der ersten Halterung (21) im Eingriff ist und von einem am Rahmen (1) befestigten, ersten Gleichstrommotor (183) angetrieben wird, während das zweite Betätigungsglied aus einem zweiten Exzenter (199) besteht, der mit einer der Halterungen (21, 23) im Eingriff ist und von einem an der anderen Halterung (21, 23) befestigten, zweiten Gleichstrommotor (197) angetrieben wird.

6. Opto-lithographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Servosteuersystem (233) mit einer ersten und einer zweiten Steuerschleife (301, 303) enthält, wobei in der ersten Steuerschleife (301) ein optischer Fokussierdetektor (229) an der Halterung (21) mit dem Linsensystem (13) befestigt ist und einen mit dem ersten Betätigungsglied gekoppelten Fokussiermotor (183) mit einem ersten Steuersignal versorgt, und in der zweiten Steuerschleife (303) ein optischer Vergrößerungsdetektor (231) einen mit dem zweiten Betätigungsglied gekoppelten Vergrößerungsmotor (197) mit einem zweiten Steuersignal versorgt.

7. Verfahren zum Steuern von Brennpunkt und Vergrößerung eines optischen Linsensystems (13) in einer opto-lithographischen Vorrichtung, in der der Abstand zwischen einer Maske (29) und dem Linsensystem (13) zum Erreichen der erwünschten Vergrößerung auf den gewünschten Wert eingestellt wird, wobei das Verfahren die Schritte der Erzeugung eines ersten Steuersignals durch einen Fokussierdetektor (229) in einer ersten Steuerschleife (301) eines Servosteuersystems (233), und der Lieferung des ersten Steuersignals zu einem mit einem ersten Betätigungsglied gekoppelten Fokussiermotor (183) umfaßt, wobei das erste Betätigungsglied den Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und einem Substrat (31) entsprechend dem ersten Steuersignal auf den gewünschten Wert einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin noch die Schritte der Erzeugung eines zweiten Steuersignals durch einen Vergrößerungsdetektor (231) in einer zweiten Steuerschleife (303) des Servosteuersystems (233), und der Lieferung des zweiten Steuersignals zu einem mit einem zweiten Betätigungsglied gekoppelten Vergrößerungsmotor (197) umfaßt, wobei das zweite Betätigungsglied den Abstand zwischen der Maske (29) und dem Linsensystem (13) entsprechend dem zweiten Steuersignal auf den gewünschten Wert einstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 7 mit dem Schritt der Messung des Abstandes zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrat (31), auf dem die Maske mit Hilfe des Fokussierdetektors (229) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin noch die aufeinanderfolgenden Schritte der Korrelation des ersten vom Fokussierdetektor (229) gelieferten Steuersignals mit dem erwünschten Abstand zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrat (31) und mit dem atmosphärischen Druck, der Einstellung des erwünschten Abstandes zwischen dem Linsensystem (13) und dem Substrat (31) durch die Lieferung des ersten Steuersignals zum Fokussiermotor (183) des ersten Betätigungsglieds, der Aktivierung der zweiten Steuerschleife (303) im ständig aktivierten Zustand der ersten Steuerschleife (301), der Lieferung des zweiten Steuersignals, das vom Vergrößerungsdetektor (231) bestimmt und mit dem atmosphärischen Druck korreliert ist, zum Vergrößerungsmotor (197) des zweiten Betätigungsglieds zum Einstellen der gewünschten Vergrößerung, des Ersetzens des zweiten Steuersignals nach dem Einstellen der gewünschten Vergrößerung durch ein drittes Steuersignal, das mit Hilfe eines betreffenden Positionsfühlers (311) erhalten und vom zweiten Steuersignal kalibriert wird, und des Erhaltens des aktivierten Zustands sowohl der ersten als auch der zweiten Steuerschleife (301, 303) während einer Anzahl aufeinanderfolgender Belichtungen des Substrats umfaßt.