NL8101668A - Inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp. - Google Patents

Description

m ft * % ΈΗΝ 9996 1 N.V. Philips * Gloeilanpenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting vcor bet detekteren van de positie van een voorwerp,

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp, welke inrichting bevat een stralïngsbron en een stralingsgevoelig detektiestelsel, dat minstens twee detekteren bevat die in een bewegingsrichting van het voorwerp 5 achter elkaar geplaatst zijn, waarbij de stralingsverdeling over het detektiestelsel een maat is voor een afwijking tussen de werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.207.904 is een inrichting voor het positioneren van de kontaktstrippen van een transistor 10 beschreven. Daarbij worden de, reflékterende, strippen belicht door een stralingsbundel en net behulp van een mikroskoop-obj ektief op een stralingsgevoelig detektiestelsel afgebeeld. Dit detektiestelsel bestaat uit vier gedeelten waarbij elk deel bestaat uit een masker met een daarachter geplaatst stralingsgevoelig element, zoals een fotogeleider 15 of een stralingsgevoelig halfgeleidend element. Door vergelijken van de uitgangssignalen van deze stralingsgevoelige elsrenten kan de positie van de kontaktstrippen in twee, onderling loodrechte, richtingen gemeten warden, alsmede de hoeks tand van de transistor gedetekteerd worden.

Optische positie-detektieïnrichtingen kunnen cp vele 20 plaatsen toegepast warden, onder andere in een apparaat voor:het projekteren van een maskerpatreon op een substraat, welk apparaat gebruikt wordt bij de fabrikage van geïntegreerde schakelingen. Dit apparaat bevat een draaibare maskertafel waarop verschillende maskers, die tijdens de opeenvolgende processtappen afgebeeld moeten warden, 25 aangebracht kunnen warden. Verder bevat het apparaat een zogenaamde substraatwisselaar, waarmee een belicht substraat uit het apparaat verwijderd, en een nog te belichten substraat in het apparaat geplaatst kan warden. Voor het positioneren van zowel de substraatwisselaar als de maskertafel kan een optische pos it ie-detekt ieïnricht ing gebruikt 30 warden.

Bij deze en andere toepassingen van een optische positie-detektieïnrichting, waarbij snel bewegende voorwerpen met grote nauwkeurigheid gepositioneerd moeten warden, bestaat de behoefte on cp 81016 68 i i t EHN 9996 2 een vroeg tijdstip een. indikatie te hebben dat het te positioneren voorwerp zijn gewenste positie of hoeks tand nadert, zodat de snelheid waarmee het voorwerp bewogen wordt aangepast kan warden en de gewenste positie of hoekstand met voldoende afgenonen snelheid bereikt wordt, g De onderhavige; uitvinding heeft ten doel een dergelijke inrichting, te verschaffen. De inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een, de stralingsverdeüng over het detektie-stelsel, in afhankelijkheid van de positie van het voorwerp, bepalend, optisch prisma met minstens één brekende ribbe die dwars op de bewe-10 gingsrichting van het voorwerp is, waarbij de hoek tussen de prismavlakken die deze ribbe insluiten aanzienlijk groter dan 90° is.

Door de grote tophoek, die bijvoorbeeld in de orde van 165° is, wordt bereikt dat^een verplaatsing van het prisma en de stralingsbundel. -ten opzichte van elkaar een aanzienlijk kleinere 15 verplaatsing van de bundel over het stralingsgevoelige detektie-stelsel tot gevolg heeft, zodat ook bij grotere verplaatsingen van het prisma ten opzichte van de stralingsbundel nog voldoende straling op het detektiestelsel terecht komt. Aangetoond kan worden dat bij gebruik van een stralingsdoorlatend, respektievelijk een reflekterend, 20 prisma ander bepaalde omstandighedeneen vergroting van het invang-bereik mogelijk is met een faktor 2/o( respektievelijk , waarin «4 de basishoek van het. prisma,uitgedrukt in radiaien, is.

Voor het bepalen van de positie van een voorwerp in één richting warden een prisma met twee schuin-opstaande vlakken en 2g twee stralingsgevoelige detektoren gebruikt. Moet de positie van een voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen bepaald worden, dan moeten een prisma met vier schuin ópstaande vlakken en vier detektoren gebruikt worden.

Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift 30 2 .703.505 het op zichzelf bekend is in een inrichting voor het positioneren van een. voorwerp een reflekterend prisma te gebruiken voor het splitsen van. een stralingsbundel in twee deelbundels die elk naar een detektor gereflekteerd worden, en waarbij de stralings-verdeling over de detektoren een maat is voor de afwijking tussen de 35 werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp. Dit prisma heeft echter niet ten doel een vergroting van het invangbereik te bewerkstelligen. De detektoren, die bijvoorbeeld fotobuizen zijn, hebben een relatief groot stralingsgevoelig oppervlak, De tophoek van het 81016 6 8 ΕΒΝ 9996 3 Λ 9 χ prisma in de bekende inrichting is ongeveer 90° en de basishoek van dit prisrra ongeveer 45°.

Ben inrichting voor het detekteren van de hoeks tand van een roteerbaar voorwerp vertoont als verder kenmerk, dat tussen de 5 stralingstrcn en het prisma een lens is aangebracht, waarvan de brandpuntsafstand gelijk is aan de afstand tussen de rotatie-as en de lens. De leis zorgt ervoor dat de hoofdstraal van de bundel steeds onder dezelfde hoek op het prisma invalt. Deze lens kan een cylinder-* lens zijn waarvan de optische as evenwijdig is aan de rotatie-as 10 van het voorwerp.

Bij voorkeur is het prisma verbonden met het voorwerp waarvan de positie gedetekteerd moet worden en zijn de overige elementen van de detektieïnrichting stationair opgesteld.

Cta een zo kenpakt mogelijke cpbouw van de detektie-15 inrichting te verkrijgen is het prisma bij voorkeur een reflekterend prisma.

Ben maximaal invangbereik en een zo kenpakt mogelijke optouw worden, in het geval van een reflekterend prisma, verkregen indien de hoofdstraal van de door de stralingsbran uitgezonden bundel een van 20 90° afwijkende hoek met de brekende ribbe van het prisma maakt.

Voor het kencentreren van de door het prisma gereflekteerde bundels kunnen afzonderlijke optische elementen, zoals lichtgeleidende vezels, lenzen en dergelijke gebruikt werden. Bij voorkeur vertoont de inrichting volgens de uitvinding als verder kenmerk, dat tussen een 25 verlichtingslenzenstelsel, dat een stralingsvlek pp het prisma vormt, en het prisma spiegels aangetracht zijn, die de door het prisma gereflekteerde bundels naar de pupil van het lenzenstelsel reflekteren.

Dan wordt het verlichtingslenzenstelsel tevens gebruikt voor het fokusseren van de gereflekteerde bundels op de detektaren.

30 Indien ook tussen de stralingstrcn en het lenzenstelsel spiegels aangebracht zijn, warden afbeeldingen van de stralingsbron dicht bij die bron zelf gevormd, en kunnen de detekteren en de bron, die een lichtemitterende diode (LED) kan zijn, op één drager aangebracht zijn.

35 Als elk der detektaren van het detektiestelsel verdeeld is in twae deeldetektcren en de uitgangssignalen van deze deeldetektaren van elkaar warden afgetrokken, kan een kanteling van bijvoorbeeld het prisma cm de optische as van het lenzenstelsel gedetekteerd warden, 8101668 ; \ EHN 9998 4 zodat voor deze kanteling gekanpenseerd kan worden.

De inrichting volgens de uitvinding kan met veel voordeel toegepast worden in een apparaat voor het afbeelden van een masker-patroon qp een substraat, welk apparaat een. maskertafel en een 5 substraatwisselaar bevat die snel en nauwkeurig gepositioneerd moeten worden. Ben dergelijk. apparaat vertoont als kenmerk, dat elementen van een eerste positie-detektienurichting verbonden zijn met de maskertafel en elementen van een tweede positie^etéktieïnrichting met de substraatwisselaar.

10 De uitvinding zal nu warden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: FIGUUR 1 een, bekende, inrichting voor het. detekteren van de positie van een voorwerp, FIGUUR 2 het in deze inrichting gebruikte stralingsgevoelige detektie-15 stelsel, FIGUUR 3 het verloop van het positiesignaal als. funktie van de verplaatsing van het voorwerp in deze inrichting, de FIGUREN 4 en 5 inrichtingen volgens de uitvinding met. een stralings-doorlatend, respektievelijk reflekterend, prisma, 20 FIGUUR 6 een reflekterend prisma met schuin ópstaande vlakken voor gebruik in een inrichting volgens de. uitvinding, de FIGUREN 7 en 8 de bundelafbuiging als funktie van de verplaatsing van het voorwerp voor een stralingsdoorlatend, respektievelijk een reflekterend, prisma, 25 FIGUUR 9 het verloop van. het positiesignaal als funktie van de verplaatsing, in een inrichting volgens de uitvinding, de FIGUREN 10a, 10b en 10c verschillende optische elementen voor het koncentreren van de door een prisma gereflekteerde straling op de detektoren, 30 de FIGUREN 11 en 12 uitvoeringsvormen van een inrichting voor het detekteren van de stand van een roteerbaar voorwerp, FIGUUR 13 een apparaat voor het projekteren van een maskerpatroon op een substraat, de FIGUREN 14a en 14b de stralengang bij een reflekterend prisma indien 35 de hoofdstraal van de verlichtingsbundel loodrecht, respek tievelijk onder een van 90° afwijkende hoek, op de brekende ribbe invalt, FIGUUR 15 een uitvoeringsvorm van een positie-detektieïnrichting met 8101668 EHN 9996 5 t i ♦ extra spiegels voor de gereflekteerde bundels, FIGUUR 16 de rangschikking van de detektoren ten opzichte van de stralingsbron in een uitvoeringsvorm van de positie-detektieïnrichting, en 5 FIGUUR 17 een uitvoeringsvorm van de positie-detektieïnrichting waarin één element de funkties van het verlichtingslenzenstelsel en de spiegels vervult.

In FIGUUR 1 is het principe van een békende inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp ten opzichte van 10 een referentie-positie aangegeven. Deze inrichting bevat een bron B die een bundel b uitzendt. Een lenzenstelsel L koncentreert de straling van de bron in het vlak van een detektiestelsel D. Het lenzenstelsel L kan een scherpe afbeelding B' van de bron B vormen doch noodzakelijk is dit niet. Indien slechts de positie in één richting, 15 de richting x in FIGUUR 1, van het voorwerp bepaald moet worden, bestaat het detektiestelsel D uit twee detektoren en D2, bijvoorbeeld fotcdicden, waarvan de scheidingslijn dwars op de richting x is. De uitgangssignalen van deze detektoren warden toegevoegd aan de ingangen van een verschilversterker A, waarvan het uitgangs-20 signaal een maat is voor de afwijking tussen de gewenste en de werkelijke positie van het voorwerp, dat in FIGUUR 1 met V is aangeduid. Dit voorwerp is verbanden met een of meerdere elementen van de positie-detektieïnrichting, bijvoorbeeld, zoals in FIGUUR 1 is aangegeven, met het lenzenstelsel L. Het uitgangssignaal van de 25 verschilversterker A wordt toegevoerd aan een, in FIGUUR 1 schematisch met het blok C aangegeven, stuurinrichting voor het voorwerp.

Indien het voorwerp zich in de juiste positie bevindt, dan ligt de afbeelding B' van de bron B syirmetrisch ten opzichte van de detektoren D^ en D2 en zijn de uitgangssignalen van deze 30 detektoren gelijk. Is het voorwerp naar links of naar rechts ten opzichte van de gewenste positie verschoven, dan zijn de uitgangssignalen van de detektoren D^ en D2 ongelijk. Als gevolg daarvan zal de stuurinrichting het voorwerp naar rechts of naar links hewagen totdat de detektorsignalen gelijk zijn.

35 Als de positie van het voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen bepaald moet worden, moet het detektiestelsel D bestaan uit vier detektoren Dy d2, d3 en d4# zoals FIGUUR 2 laat zien.

De detektoren D^ en D4 zijn verbonden met een tweede, niet getekende, 81016 68 ï ΐ PE3N 9996 6 verschilversterker waarvan liet uitgangssignaal wordt toegevoerd aan een tweede, niet getékende, stuurinrichting voor het bewegen van het voorwerp dwars qp de richting x.

In FIGUUR 3 is het verloop van het uitgangssignaal E van 5 de verschilversterker A als funktie van de positie S weergegeven.

De positie SQ is de gewenste positie van het voorwerp.. Bevindt het voorwerp zich in de positie of S2, dan bevindt de afbeelding B' zich geheel boven één der detektoren. De grootte van het positioneer-bereik p is ongeveer gelijk aan Mxe waarin M de vergroting van 10 het lenzenstelsel L en e de diameter van de stralingsbron B is. Neemt het voorwerp de positie of S4 in, dan valt. de hoofdstraal van de bundel b op de rand van een detektor. Beweegt het voorwerp zich verder naar buiten, dan valt de bundel b geheel buiten de detektoren en is geen positie-detéktie meer mogelijk. Het gebied tussen en 15 S4 is het invangbereik,

In een aantal toepassingen, in het algemeen daar waar snel bewegende voorwerpen of voorwerpen met een grote massa met grote nauwkeurigheid gepositioneerd moeten worden, wil. men, on een stabiele regeling te kunnen bewerkstelligen en een te ver doorschieten van het 20 voorwerp te voorkomen, vroegtijdig kunnen konstateren dat het voorwerp het positioneergebied nadert. Dan kunnen maatregelen getroffen warden om tijdig de snelheid van het. voorwerp aan te passen zodanig dat het positioneergebied met de gewensts, relatief kleine, snelheid bereikt wordt. Daarbij wordt gedetekteerd of een der begrenzingen 25 van het invangbereik, dus een der flanken rond de punten en in FIGUUR 3 van de kroune voor E , gepasseerd wordt. In de b genoemde gevallen is er dus behoefte aan een zo groot mogelijk invangbereik I.

Het invangbereik van de bekende inrichting wordt bepaald 30 door de breedte d van de detektoren of door de vignettering die bij grotere verplaatsingen kan optreden. In de gevallen waarin de bron B of het detektiestelsel D met het beweegbare voorwerp verbonden zijn is het invangbereik I gelijk aan 2d. Zijn de detektoren D^ en D^ fotodioden, dan is d relatief klein, bijvoorbeeld 2 mm, en zal de 35 bundel b al snel bulten het detektiestelsel D vallen. In het geval het lenzenstelsel L met het voorwerp verbonden is wordt het invangbereik I (aannemende dat er geen vignettering optreedt) gegeven door: I = 2d/M, waarin M de vergroting van het lenzenstelsel is. In dit geval 8101668 •i « PHN 9996 7 zou het invangbereik vergroot kunnen worden door M kleiner te kiezen.

Echter het verkleinen van M heeft nadelen, met name als. de inrichting karpakt moet zijn, en dus de brandpuntsafstand van het lenzenstelsel klein moet blijven.

5 In een inrichting waarin door het lenzenstelsel L een 1 op 1 afbeelding van de bron in het vlak van het detektiestelsel wordt gevormd is de afstand tussen de bron en genoemd vlak gelijk aan vier maal de brandpuntsafstand. Wordt, bij gelijkblijvende totale lengte van de inrichting, M verkleind dan wordt de beeldafstand kleiner en de 10 voorwerpsafstand groter, en moet, cm vignettering te voorkomen, het lenzenstelsel een grote diameter hebben. In dit geval is een lenzenstelsel met relatief kleine brandpuntsafstand en relatief grote diameter nodig, dus een stelsel met grote numerieke apertuur. Daardoor is deze oplossing voor de praktijk weinig bruikbaar.

15 Vblgens de onderhavige uitvinding kan, bij gelijkblijvend positianeerbereik, het invangbereik warden vergroot door in de stralingsweg een prisma P met kleine basishoek en grote tophoek β op te nemen. De FIGUREN 4 en 5 tenen, schematisch, uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding met een stralingsdoorlatend, 20 respektievelijk een stralingsreflekterend, prisma. Daarbij heeft een re-flekterend prisma ten opzichte van een stralingsdoorlatend prisma het voerdeel dat de detektieïnrichting kleiner kan blijven en dat er geen optische eisen aan het voorwerp gesteld behoeven te worden.

De opdeling van de door het stelsel gevormde stralingsvlek 25 wordt in de inrichtingen volgens de FIGUREN 4 en 5 verzorgd door het prisma P. De gevormde deelbundels b^ en warden opgevangen door de fotodioden D^ en D^. De plaats waar de deelbundels de fotodioden treffen is nu van geen belang meer. Zolang de hoofdstraal van deze bundels maar door de fotodioden opgevangen wordt.

30 Wanneer van een voorwerp de positie in twee onderling lood rechte richtingen bepaald moet worden, moet een prisma volgens FIGUUR 6, dus een prisma met vier schuin opstaande vlakken gebruikt worden.

Elk van deze vlakken reflekteert een deelbundel (bj ,b2,b3 en b4) naar een bijbehorende detektor (D^,D2,D3 en D^).

35 Bij voorkeur is het prisma P verbonden met het beweegbare voorwerp en zijn de bron B, het lenzenstelsel L en het detektiestelsel D stationair opgesteld, het is echter ook mogelijk dat bet prisma P stationair is opgesteld en de overige elementen, B, L en D, net het 8101668 ΡΗΝ 9996 8 i c beweegbare voorwerp zijn verbonden.

m de inrichting volgens de. uitvinding wordt ervan gébruik gemaakt dat bij een bepaalde· lineaire verplaatsing van het prisma P ten opzichte van de bundel b, waarbij de hoek waaronder de deelbundels 5 afgebogen worden konstant blijft, de deelbundels een veel geringere zijwaartse verplaatsing ondergaan. Daardoor zullen ook bij grotere afwijkingen tussen de. werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp de deelbundels op de. detektaren blijven invallen. Doordat de verplaatsing van de deelbundels kleiner is dan de verplaatsing van 10 het prisma ten opzichte van de verlichtungsbundel b zullen minder snel problemen ontstaan met vignettering, met opvangen van de bundels door de detektoren of met her afbeelden op deze detektaren.

In FIGUUR 7 is aangegeven hoeveel, in het geval van een stralingsdoorlatend. prisma, een deelbundel verplaatst wordt bij 15 verplaatsing van. het prisma over een afstand s, De deviate S', of het hoekverschil tussen de op het prisma P invallende bundel en de door de wig afgebogen bundel} wordt gegeven door de bekende brekingswet! n.sinV = sin*^ waarin et de invalshoek van de bundel op. een schuin vlak van het prisma 20 is en ei de hoek tussen, de afgebogen bundel en de normaal op dat vlak terwijl n, respectievelijk n^, de brekingsindex van bet prisma-materiaal, respektievelijk van lucht is. Voor kleine hoeken en <X ^ geldt dan: ne< (voor n^ = 1).

25 De deviatie £ = (o^ ^ - «O is dan - (n-1) ά .

Voor een glazen prisma met n = 1,5, is Σ = 0,5 o£.

Uit FIGUUR 7’ is duidelijk dat voor de bundelverschuiving Δ geldt: Δ = h.sinoC waarin h = s.tan 30 zodat voor kleine hoeken ^ en ^ geldt: 2 ^ Δ - sM . = 0,5e<2s, dus s * .

In bet geval van een 1 qp 1 afbeelding van de bron mag de verschuiving A maximaal gelijk zijn aan de breedte d van een fotodiode, zodat de maximale verplaatsing van het voorwerp naar links of rechts 35 die nog goed gedetekteerd kan worden gelijk is aan: s = 2-~ . max αέ 2

In een positienietektieïnrichting zonder prisma was de maximale verschuiving die nog gemeten kon warden gelijk aan d. De vergroting van 81 01668 mt 9996 9 τ > het invangbereik is derhalve ongeveer 2/J? waarin in radialen is uitgedrukt. Omdat voor een (km prisma, een wig, de deviatie £ praktisch kanstant is, onafhankelijk van de stand van het prisma, geldt het bovenstaande ook voor de situatie waarin de bundel b eerst op 5 de schuine vlakken van het prism invalt.

In FIGUUR 8 is aangegeven hoeveel, in het geval van een reflekterend prism, een deelhundel verschuift bij verplaatsing van het prism ten opzichte van de verlichtingsbundel over een afstand s. Voor de verschuiving 4 geldt nu: 10 4*h' sin 2«t waarin h' - s.tane*, zodat voor een kleine hoek ^ geldt: A = s.2«i ^ en s-= —~r 2 ei 2

De vergroting van het invangbereik is, in het geval van een 1 op 1 15 afbeelding van de fcrcn, ongeveer ·

In FIGUUR 9 is de vergroting van het invangbereik schematisch aangegeven. 1^ is het invangbereik van een inrichting zonder prism en l2 dat van een inrichting met een prism, In een uitvoeringsvorm met een reflekterend prism waarvan de basishoek o4 ongeveer 6,5° is, 20 kan, in principe, I2 ongeveer 37 x 1^ zijn.

In de FIGUREN 7 en 8 zijn slechts de boofdstralen van de bundels getekend. De invallende bundel is een konvergerende bundel die ter plaatse van het prism een stralingsvlek vormt. Het prism vormt van deze bundel, twee of vier divergerende bundels. Om een 25 te grote bundeldiameter ter plaatse van de detektoren, waardoor grote detektcroppervlakken nodig zouden zijn, te vermijden, kunnen verschillende maatregelen genomen worden. Bij voorkeur zijn, zoals in FIGUUR 10a aangegeven is, twee extra lenzen L·^ en tussen het prism en de fotodioden aangebracht, welke lenzen de gevormde stralingsvlek qp 30 de fotodioden afheelden.

Het is ook mogelijk cm de deelbundels hj en b2 qp te vangen in twee dicht bij het prism geplaatste lichtgeleidende vezels F^ en F2 die bijvoorbeeld ter plaatse van het prism een grote opening hebben en ter plaatse van de fotodioden een kleine opening. Een uitvoeringsvorm 35 met lichtgeleidende vezels is in FIGUUR 10b weergegeven.

Verder kunnen, zoals in FIGUUR 10c getoond wordt, achter het prism twee lichtverstrooiers en N2 aangebracht zijn die er voor zorgen dat, zoalng zij door een deelbundel getroffen worden, er enige 81016 68 EHN 9996 10 1 straling op de bijbehorende detektor terecht kant. Ou de hoeveelheid straling op de detektoren en d2 te vergroten, kunnen· tussen de stralingsverstrooiers en N2 en de detektoren en Dj lenzen en l4 aangebracht zijn.. Er kan voor gezorgd worden dat in de opstel-5 lingen volgens de FIGUREN 10a, 10b en 10c de deelbundels de pupillen slechts gedeeltelijk vullen. Bij een verplaatsing van het. prisma bedraagt de verplaatsing van de deelbundels over de bijbehorende pupillen slechts een fraktie van de pupildiameter.

Tot nu toe is aangenomen dat het te positioneren voorwerp 10 zich langs een lijn verplaatst. De inrichting kan echter ook gebruikt worden voor het detekteren van de hoekstand van een roterend voorwerp. Er moet dan een extra maatregel genomen worden om te verzekeren dat de verlichtingstundel steeds onder dezelfde hoek op het prisma invalt. Daartoe wordt in de tuurt van het prisma een lens aangebracht die 15 er voor zorgt dat de hoofdstraal van de verlichtingsbundel steeds evenwijdig is met de, denkbeeldige, verbindingslijn tussen de as waarop het prisma draait en de brekende ribbe van het prisma. Omdat slechts een lenswerking in één richting nodig is kan de lens een cylinderlens zijn.

20 In de FIGUREN 11 en 12 zijn twee uitvoeringsvorm van een inrichting met een reflekterend prisma, voor het detekteren van de hoekstand van een roterend voorwerp weergegeven. In deze FIGUREN is de draaiïngsas van het voorwerp V met RA. aangegeven. R is de verbindingslijn tussen deze draaiïngsas en de top van het prisma p 25 en Cl is een cylinderlens. De optische as CA van deze lens moet evenwijdig zijn met RA. De brandpuntsafstand f^ van deze lens dient gelijk te zijn aan de afstand r tussen het midden van de cylinderlens en de as RA.

Indien, zoals in FIGUUR 11 aangegeven is, het prisma op 30 het voorwerp V aangetracht is en de rest van het optische systeem, dus de stralingsbron, het lenzenstelsel en de detektoren in een stationair qpgesteld huis H aangebracht zijn, is de cylinderlens een negatieve lens waarvoor: f^ - -r. Voor het geval het prisma P stationair is qpgesteld en de rest van het optische systeem met het 35 voorwerp beweegt, zoals in FIGUUR 12, is de cylinderlens een positieve lens waarvan de brandpuntsafstand = +r.

De uitvoeringsvorm volgens FIGUUR 11 kan toegepast worden in een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon 8101668 PHN 9996 11 op een substraat ten behoeve van de fabrikage van geïntegreerde schakelingen. Daarbij wordt het substraat een groot aantal malen via het maskerpatrocn belicht, waarbij tussen twee opeenvolgende belichtingen het substraat ten opzichte van . het projektiesysteem over een 5 gewenste afstand verschoven wordt. Nadat het gehele substraat met het maskerpatrocn belicht is wordt het substraat uit het apparaat verwijderd cm verdere bewerkingen te ondergaan. Daarna kan een nieuw substraat in het apparaat aangebracht worden dat met hetzelfde of een ander maskerpatrocn belicht kan worden. Voer het verwijderen 10 van een beschreven substraat uit, en het aanbrengen van een onbeschreven substraat in, het apparaat, wordt een zogenaamde substraatwisselaar gebruikt.

Een geïntegreerde schakeling wordt in een aantal processtappen opgebouwd, waarbij achtereenvolgens verschillende masker-15 patronen op een substraat af geheeld werden. Cm de verschillende maskerpatronen in het apparaat aan te brengen wordt een zogenaamde maskertafel gebruikt, waarin een aantal, bijvoorbeeld twee, masker-patrenen aangebracht kunnen worden. Zcwel de substraatwisselaar als . de maskertafel kunnen gepositioneerd worden met behulp van de 20 inrichting volgens de uitvinding.

In FIGUUR 13 is een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon pp een substraat aangegeven. Een verlichtingsstelsel, bestaande uit bijvoorbeeld een kwik-lamp IA, een elliptische spiegel EM, een element In dat een homogene 25 stralingsverdeling binnen de projektiebundel bewerkstelligt en een condenscrlens 00, verlicht een maskerpatrocn dat aangetracht is pp een maskertafel ΜΓ. Op deze tafel kan nog een tweede maskerpatroon aangebracht zijn. Door draaien van de tafel au de as MA kan het tweede maskerpatroon in de projektiebundel gebracht worden. De door het 30 maskerpatroon vallende bundel doorloopt een, schematisch aangegeven, projektielenzenstelsel EL dat een afbeelding van het maskerpatroon op het substraat vormt. Het substraat W rust op een luchtgelagerde substraattafel WT. Het projektielenzenstelsel EL en de substraattafel zijn aangebracht in een huis HO dat aan de onderkant afgesloten wordt 35 door een, bijvoorbeeld granieten, grondplaat BP en aan de bovenkant door de maskertafel. Het apparaat bevat verder nog een substraatwisselaar WC die draaibaar is cm de as WA. en bovendien in hoogte instel baar is. Voor verdere bijzonderheden betreffende de optouw en de werking 8101668 t PHN 9996 12 van liet projektie-apparaat wordt verwezen naar het artikel: "Step-and-Repeat Wafer' Imaging" in: "Solid State Technology"

Juni 1980, pag. 80-84.

On bij bet aanbrengen van een masker in de projektiebundel g de maskertafel te kunnen positioneren, zijn volgens de uitvinding op de maskertafel een reflekterend prisma en een negatieve lens aangebracht. Het prisma, reflékteert. een door een stralingsbrondetektie-eenheid uitgezonden bundel naar deze eenheid, waarin de bundel wordt opgevangen door een detektiestelsel bestaande uit twee detek-to toren, qp de wijze zoals in het voorgaande beschreven is. Het verschilsignaal van de twee detektoren wordt gebruikt cm, met op zichzelf bekende en hier niet beschreven middelen, de maskertafel in de juiste stand te plaatsen. Door gebruik van het beschreven positie-detektiestelsel {P^ ,L5 en H^) wordt op een vroeg tijdstip 15 gesignaleerd dat de maskertafel de gewenste positie nadert, zodat de draaisnelheid van de tafel verminderd kan worden, en de gewenste positie met voldoend af genomen snelheid bereikt wordt. Diametraal ten opzichte van het eerste prisma lens-paar (P^ ,L^) kan een tweede prisma-lens-paar (P^/L^) aangebracht zijn voor het positioneren 20 van het tweede maskerpatroon iX^.

Voor het positioneren van de substraatwisselaar WC is een analoog positiedetektiestelsel, bestaande uit een prisma P^, een lens Ιίη en een stralingsbron-detektieëenheid H2» aanwezig. Het prisma P^ en de lens L_,, zijn stationair opgesteld terwijl de stralingsbron-25 detektieëenheid op de bewegende wisselaar bevestigd is, om ruimte te besparen. De lens is een positieve lens.

In een positie-detektieïnrichting met een reflekterend prisma waarin de hoofdstraal van de verlichtingsbundel loodrecht op de brekende ribbe van het prisma Invalt, liggen, zoals FIGÜUR 14a laat 30 zim, de toofdstraJ.ee van de gereflekteerde tondels b, en b2 aan «eers-zijden van de heengaande bundel b, terwijl bovendien de hoofdstralen van alle bundels in één vlak liggen. Er moet voor gezorgd worden dat de gereflekteerde bundels de verlichtungsbundels niet overlappen. Willen de bundels gescheiden zijn dan moet de basishoek ^ van het reflek-35 terende prisma voldoen aan: sin ^ sino^, waarin «f f de apertuurhoek, aan de zijde van het prisma, van het verlichtingsstelsel is. Voor een groot invangbereik moet ei zo klein mogelijk zijn, zodat in de praktijk oi. ongeveer gelijk aan oi zal zijn.

8101668 EHN 9996 13

Ctti een kctipaktere optouw en een groter invangbereik van de positiedetektieïnrichting mogelijk te naken, wordt bij voorkeur het prisma P iets gekanteld ten opzichte van de boofdstraal van de verlichtingsbundel b. Zoals FIGUUR 14b laat zien, liggen dan de 5 hoofdstralen van de gereflekteerde bundels in een ander vlak dan de boofdstraal van de verlichtingstundel b. Den mogen de gereflekteerde bundels hj en b2 veel dichter bij elkaar liggen en mag de basisboek oÜ kleiner zijn dan de basisboek t/L in FIGUUR 10a.

De gereflekteerde bundels bj en b2 kunnen door lenzen op 10 de fotodioden gefokusseerd worden, waarbij een lens en de bijbehorende fotodiode één geheel kunnen vormen.

In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van een inrichting volgens FIGUUR 14b was het Invangbereik ongeveer + 10 irm, welk bereik bepaald wordt door de afmetingen van het prisma P.

15 In een positie^etektieïnrichting met een reflekterend prisma kan het verlichtingslenzenstelsel L tevens gebruikt worden voor het fckusseren van de door het prisma P gereflekteerde bundels cp de detektaren. Daartoe moet voor elke gereflekteerde bundel een extra spiegel AM tussen het prisma P en het lenzenstelsel L aange-20 bracht worden, zoals in FIGUUR 15 getoond wordt. Duidelijkheidshalve is in deze FIGUUR slechts de stralengang van de bundel bj die door bet bovenste deel van het prisma P gereflekteerd wordt en vervolgens door de spiegel AM naar de detektar D^ gericht wordt, getekend.

De hoofdstralen van de bundels b en hj zijn met streeplijnen aangegeven. 25 De stralingsvlekken, die met behulp van het prisma P en de spiegels AM warden gevormd, zijn gescheiden van de bron B, zodat de detektaren randan deze bron kunnen worden gemonteerd. In het geval van een prisma met vier schuin opstaande vlakken en vier hulpspiegels AM, zijn de vier detektaren D^, D2, D^ en D^ in het vlak van de 30 stralingsbrcn B gepositioneerd zoals in FIGUUR 16 aangegeven is.

De schending tussen de bron ai de beelden van deze bron wordt bepaald door de hoek Θ. De hoek Y waaronder de spiegels AM geplaatst moeten worden wordt bepaald door de apertuur, aan de beeldzijde, van het lenzenstelsel L volgens - -j , voor het geval 35 de bundels elkaar net niet overlappen. Ter plaatse van het lenzenstelsel L is in dat geval de afstand tussen de spiegels AM en de optische as gelijk aan 1, waarbij 1 de maximale pupildiameter van het stelsel L is.

De spiegels AM moeten voldoende ver doorlopen om de gerefek- 8101668 ( PHN 9996 14 teerde bundels op te kunnen vangen, ook wanneer deze bundels zich evenwijdig aan zichzelf verplaatsen bij een verplaatsing van het prisma. Daarbij zullen de deelbundels b^ en b2 zich ook over de pupil van het verlichtingsstelsel L kunnen verplaatsen. Daar deze pupil 5 volledig gevuld wordt door de deelbundels als het prisma zijn middenpositie Inneemt, zal deze verplaatsing stralingsverlies tot gevolg kunnen hebben. Om een. dergelijk verlies tegen te gaan kan tussen de spiegels AM en het prisma P een veldleus EL, in Figuur 15 met streep-lijnen aangegeven, aangebracht zijn. De brandpuntsafstand van de 10 lens EL is gelijk aan de afstand van deze lens tot de pupil van het verlichtingsstelsel L. De gereflekteerde bundels gaan dan altijd door het centrum van de pupil, van L.

Door ook tussen de. bran B en het lenzenstelsel L hulpspiegels, AM' in FIGUUR 15, aan te brengen, kan bereikt worden dat de beelden van 15 de bron zeer dicht bij de bron zelf kanen te liggen. Dan kunnen de stralingshron B, in de vorm van een lichtemitterênde diode, en de fotodioden op één drager aangebracht warden. De spiegels AM* staan onder een hoek met de optische as die gelijk of ongeveer gelijk is aan de hoek y .

20 De spiegels AM.kunnen gevormd worden door een blok materiaal, bijvoorbeeld glas, dat een vierkante dwarsdoorsnede kan hebben. De twee, of vier, gereflekteerde deelbundels worden door de zijvlakken van dit blok gereflecteerd, waarbij, indien de deelbundels onder grote hoeken qp deze vlakken invallen van totale refléktie gebruik genaakt 25 kan worden. De zijvlakken kunnen inwendig of uitwendig verspiegeld zijn. Aan het ene einde.: van het blok bevindt zich het verlichtingsstelsel L en aan het andere einde de veldleus EL.

Bij voorkeur zijn, zoals in FIGUUR 17 aangegeven is de eindvlakken LS^ en LS2 van het blek ML gekromd, zodat deze vlakken 30 een lenswerking vertonen. Het oppervlak LS^ fungeert als verlichtings-lens L en het oppervlak LS2 als veldlens (EL). Het lenselement LS2 heeft een positieve sterkte en haar brandpuntsafstand is gelijk aan de lengte van het blok.

Tot nu toe is aangenomen dat de detektoren enkelvoudige 35 fotodioden zijn. Door gebruik te maken van zogenaamde duocellen, dat wil zeggen in tweeën gedeelte fotocellen waarbij elk gedeelte een aparte uitgang heeft, kan ook een kanteling van bijvoorbeeld het prisma P oude optische as gedetekteerd worden. In de FIGUREN 5 8101668 EHN 9996 15 en 16 zijn dergelijke duccellen weergegeven. Een kanteling heeft tot gevolg dat de stralingsvlakken die gevormd woorden qp twee tegenover elkaar liggende duocellen, en of en in FIGUUR 16/ zich in tegengestelde richtingen verplaatsen. Voor de opstelling 5 volgens FIGUUR 16 wordt een kantelsignaal gegeven door: b * ^°11+012+015+016^ ” ^10^13^14^17^ waarin 0^ t/m 0^ de uitgangssignalen van de deeldetektoren 11 t/m 17 zijn.

10 15 20 t 25 30 1 8101668

Claims (10)

1. Inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp, welke inrichting bevat een stralingsbron, en een stralingsgevoelig detektiestelsel, dat minstens twee detektoren bevat, die in een bewegingsrichting van het voorwerp achter elkaar geplaatst zijn, waarbij 5 de stralingsverdeling over het detektiestelsel een maat is voor een afwijking tussen de werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp, gekenmerkt door een de stralingsverdeling over het detektiestelsel in afhankelijkheid van de positie van het voorwerp bepalend optisch prisma met minstens één brekende ribbe die dwars 10 op de bewegingsrichting van het voorwerp is, waarbij de hoek tussen de prismavlakken die deze ribbe insluiten aanzienlijk groter dan 90° is.

2. Inrichting volgens conclusie 1 voor het bepalen van de hoeks tand van een roteerbaar voorwerp, met het kenmerk, dat tussen 15 de stralingsbron en het prisma een lens is aangebracht, waarvan de brandpuntsafstand gelijk is aan de afstand tussen de rotatieas en de lens.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het prisma verbonden is met het voorwerp.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het prisma een reflekterend prisma is.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de hoofdstraal van de door de stralingsbron uitgezonden bundel een van 90° afwijkende, hoek met de brekende ribbe van het prisma maakt.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, met. het kenmerk, dat tussen een verlichtingslenzenstelsel, dat een stralingsvlek qp het prisma vormt, en het prisma spiegels aangébracht zijn die de door het prisma gereflekteerde bundels, naar de pupil van het lenzenstelsel reflekteren.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat tussen de stralingsbron en het verlichtingslenzenstelsel spiegels aangebracht zijn, die de door het lenzenstelsel tredende geref lekteerde bundels reflekteren naar de cmgeving van de. stralingsbron, waarbij de stralingsgevoelige detektoren cm deze bron gegroepeerd zijn.

8. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat tussen de stralingsbron en het prisma een hol, reflekterend, lichaam met een vierkante dwarsdoorsnede aangebracht is, van welk lichaam de eindvlakken als lenzen fungeren. 8101668 EHN 9996 17

9. Inrichting volgens conclusie 1, roet het kenmerk, dat elk der stralingsgevoelige detektoren verdeeld is in twee deeldetektoren.

10. Apparaat voor het afheelden van een roaskerpatrocn op een substraat welk apparaat bevat een maskertafel, een belichtingsstelsel, 5 een proj ektielenzenstelsel, een substraattafel en een substraat- wisselaar en verder voorzien is van positie-detektieïnrichtingen volgens een der voorgaande conclusies, roet het kenmerk, dat elementen van een eerste positie-detektieïnrichting verbonden zijn met de maskertafel en elementen van een tweede positie-detektieïnrichting net 10 de substraatwisselaar. 15 20 25 30 1 8101668