NL9100410A - Afbeeldingsapparaat voorzien van een focusfout- en/of scheefstandsdetectie-inrichting. - Google Patents

Description

Afbeeldingsapparaat voorzien van een focusfout- en/of scheefstandsdetectie-inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een afbeeldingsapparaat voorzien van een afbeeldingsstelsel en een opto-electronisch focusdetectiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel en een tweede vlak waarop afgebeeld moet worden, welk focusdetectiestelsel bevat een stralingsbron voor het leveren van een focusdetectiebundel, een stralingsgevoelige detector die geplaatst is aan dezelfde zijde van het tweede vlak als de stralingsbron en optische elementen voor het richten van de focusdetectiebundel op het tweede vlak onder een kleine hoek met dit vlak, voor het veranderen van de vergende van deze bundel en van die van de door het tweede vlak gereflecteerde bundel en voor het richten van de laatstgenoemde bundel op de detector.

Een dergelijk afbeeldingsapparaat is bekend uit bijvoorbeeld het US octrooi-schrift 4.866.262. Het daar beschreven apparaat kan onderdeel zijn van een zogenaamde "waferstepper", dat is een machine voor het met optische straling repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, bijvoorbeeld een siliciumsubstraat, die gebruikt wordt bij de fabricage van bijvoorbeeld geïntegreerde schakelingen, kortweg aangeduid met IC’s. Daarbij wordt met een projectielenzenstelsel het patroon op een eerste deelgebied, of veld, van het substraat afgebeeld, vervolgens wordt het substraat over een nauwkeurig gedefinieerde afstand bewogen, waarna het patroon op een tweede substraatveld wordt afgebeeld, waarna het substraat weer verplaatst wordt, enzovoorts totdat het patroon op alle substraatvelden is afgebeeld.

Vanwege de fijnheid van de details die afgebeeld moeten worden moet het projectielenzenstelsel een grote numerieke apertuur hebben. Een dergelijk lenzenstelsel heeft echter een kleine scherptediepte waardoor het nodig is een afwijking tussen het beeldvlak van het projectielenzenstelsel en het substraatoppervlak nauwkeurig te meten en eventueel weg te regelen. De bedoelde meting wordt algemeen aangeduid met focusdetectie. Een ander probleem is dat het substraatoppervlak scheef kan staan, door scheefstand van het substraat als geheel of door diktevariaties van dit substraat. Bovendien kan het substraatoppervlak plaatselijke oneffenheden vertonen. Het is daarom nodig voor elk substraatveld een focusdetectie uit te voeren.

In het apparaat beschreven in het US octrooischrift 4.866.162 wordt de focusdetectie uitgevoerd met behulp van een laserbundel die op het substraatoppervlak invalt onder een grote hoek, bijvoorbeeld in de orde van 80°, met de normaal op dit oppervlak en daar een eerste stralingsvlek vormt. De bundel wordt door het substraatoppervlak gereflecteerd naar een stralingsgevoelige detector, bestaande uit twee detector-cellen en vormt in het vlak van de detector een tweede stralingsvlek die een afbeelding is van de eerste stralingsvlek. Indien het substraatoppervlak samenvalt met het beeldvlak van het projectielenzenstelsel is de tweede stralingsvlek symmetrisch gelegen ten opzichte van de detectorcellen en is het verschil tussen de uitgangssignalen van de detectorcellen gelijk aan nul. Als het substraatoppervlak niet samenvalt met het genoemde beeldvlak dan is de tweede stralingsvlek niet symmetrisch gelegen ten opzichte van de detectorcellen en is het genoemde verschilsignaal ongelijk aan nul. Uit de amplitude en het teken van dit verschilsignaal kan de grootte en de richting van een afwijking tussen het substraatoppervlak en het beeldvlak van het projectielenzenstelsel afgeleid worden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel zowel een nieuwe focusdetectie-inrichting die nauwkeuriger en betrouwbaarder is dan bestaande inrichtingen, alsook een uitgebreidere dergelijke inrichting waarmee locale scheefstand van het substraatoppervlak gedetecteerd kan worden te verschaffen. Aan deze uitvinding kunnen een aantal aspecten onderscheiden worden die op zich al nieuw zijn en aanzienlijke verbeteringen van de focusdetectie geven maar daarnaast, indien gecombineerd, resulteren in een nieuwe generatie focus- en locale scheefstand-detectie-inrichtingen.

De verschillende aspecten van de uitvinding die belichaamd zijn in verschillende klassen van uitvoeringsvormen zullen nu besproken worden in samenhang met de problemen waarvoor zij een oplossing geven.

Een eerste aspect betreft de focusdetectiebundel. In bekende focusdetectie-inrichtingen, zoals die welke beschreven is in het US octrooischrift 4.866.262 is dit een laserbundel die monochromatisch is en waarvan de golflengte zó gekozen is dat de bundel het te belichten substraatoppervlak niet beïnvloedt. Dit substraat bevat echter een, wisselend aantal, lagen waarin de focusdetectiebundel kan doordringen om dan weer gereflecteerd te worden. Door interferenties ten gevolge van het substraaüagenpak-ket treden veranderingen in de focusdetectiebundel op die onafhankelijk zijn van de afstand tussen het substraatoppervlak en het beeldveld van het projectielenzenstelsel, waardoor een foutief focusdetectiesignaal verkregen wordt. Weliswaar wordt, door de focusdetectiebundel scherend, ofwel onder een kleine hoek, op het substraatoppervlak te laten invallen, er voor gezorgd dat de reflectie aan het substraatoppervlak relatief groot is en de invloed van het substraatlagenpakket op de focusdetectiebundel relatief klein is, maar bij de thans vereiste grotere nauwkeurigheid van de focusdetectie speelt toch de resterende invloed van het substraatlagenpakket op de focusdetectiebundel een belangrijke rol.

Om deze invloed te reduceren vertoont volgens een eerste aspect van de uitvinding een eerste klasse van uitvoeringsvormen van het afbeeldingsapparaat als kenmerk, dat de focusdetectiebundel een brede golflengteband heeft en dat voorzien is in een eerste en tweede raster, waarbij het eerste raster geplaatst is in de stralingsweg tussen de stralingsbron en het tweede vlak en het tweede raster tussen dit tweede vlak en de detector.

Doordat de straling van de focusdetectiebundel een breed spectrum heeft en voor elke golflengte de genoemde interferentieverschijnselen verschillend zijn, treedt voor de totale bundel een uitmiddeling van de interferenties op zodat de focusdetectiebundel niet meer door het substraatlagenpakket beïnvloed wordt. Omdat bij gebruik van straling met een breed spectrum de afmeting van de kleinste stralingsvlek die op het substraat gevormd kan worden groter is dan die afmeting bij gebruik van monochroma-tische straling, en omdat de gevoeligheid, of oplossend vermogen, van de focusdetectie-inrichting evenredig is met de genoemde afmeting, zou zonder verdere maatregelen het oplossend vermogen afnemen. Om dat te voorkomen wordt, nog steeds volgens de uitvinding, gebruikt gemaakt van twee rasters, waarvan het ene via reflectie aan het substraat op het andere wordt afgebeeld. Daarmee is een rasterverplaatsingssysteem gecreëerd waarvan de gevoeligheid evenredig is met de periode van de rasters en waarmee zeer nauwkeurig gemeten kan worden.

Opgemerkt wordt dat in het US octrooischrift 4.650.983 een uitvoeringsvorm van een focusdetectie-inrichting voor een IC-projectieapparaat beschreven is waarin een raster op raster afbeelding gebruikt wordt. Deze inrichting bestaat echter uit twee zelfstandig opererende gedeelten die elk op zich focusinformatie leveren. Het eerste gedeelte werkt met een buiten het projectielenzenstelsel lopende en scheef op het substraatoppervlak invallende bundel, waarvan niet gezegd wordt dat het een breedbandige bundel is, en bevat geen rasters. Het tweede gedeelte van de focusdetectie-inrichting is bedoeld voor visuele waarneming, via een televisiecamera en -monitor, van de focustoestand en werkt met een bundel die via een maskerrasterken-merk het projectielenzenstelsel binnentreedt. Het maskerkenmerk wordt op het substraatoppervlak afgebeeld en vervolgens, via reflectie aan het substraatoppervlak op zichzelf herafgebeeld. Daar de genoemde bundel dezelfde golflengte heeft als de bundel die gebruikt wordt voor het projecteren van het maskerpatroon op het substraat en geen veranderingen in het substraatoppervlak mag veroorzaken, moet hij een lage intensiteit hebben waardoor de kwaliteit van het focusfoutdetectie in negatieve zin beïnvloed wordt.

Bij voorkeur vertoont de uitvoeringsvorm van de eerste klasse als kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar bewegen van de door de detector waargenomen afbeelding van het eerste raster en het tweede raster. De detectorsignalen zijn nu periodieke signalen en er wordt een dynamisch en daardoor betrouwbaarder focusfoutsignaal verkregen.

De bedoelde periodieke beweging kan verkregen worden door de hoogte van het substraat periodiek te variëren of door een van de rasters of een ander optisch element periodiek te bewegen. Bij voorkeur echter vertoont een uitvoeringsvorm van de eerste klasse van het apparaat als verder kenmerk, dat in de weg van de focusdetectie-bundel een door een periodiek electrisch signaal aangestuurd optisch element aanwezig is waarvan een optische eigenschap periodiek verandert onder invloed van het electri-sche signaal.

Dan behoeven voor het verkrijgen van een dynamisch focusfoutsignaal geen extra mechanische bewegingen uitgevoerd te worden.

Opgemerkt wordt dat in het US octrooischrift 4.614.864 een focusdetectie-inrichting voor een IC-projectieapparaat beschreven is waarin een, via het projectielenzenstelsel en reflectie aan het substraat gevormde, afbeelding van een patroon op een tweede, complementair, patroon geoscilleerd wordt voor het verkrijgen van een dynamisch focusfoutsignaal. In deze inrichting gaat de focusdetectiebundel door het projectielenzenstelsel en valt loodrecht in op het substraat. Het eerste en tweede patroon zijn echter geen aparte rasters maar respectievelijk het maskerpatroon en een daaraan complementair patroon.

De voorkeursuitvoeringsvorm van de eerste klasse kan als verder kenmerk hebben dat vóór het tweede raster een polarisatiegevoelig element aangebracht is voor het splitsen van de focusdetectiebundel in twee deelbundels die beelden van het eerste raster in het vlak van het tweede raster vormen, welke beelden onderling verschoven zijn over een afstand gelijk aan de halve rasterperiode van het tweede raster, dat tussen het tweede raster en de detector een polarisatiedraaier geplaatst is die gestuurd wordt door een periodiek signaal voor het periodiek variëren van de polarisatierichting van de deelbundels over 90°, en dat een polarisatie-analysator geplaatst is tussen de polarisatiedraaier en de detector, waarbij het periodieke signaal ook wordt toegevoerd aan een electronisch circuit voor het verwerken van het uitgangssignaal van de detector tot een focusregelsignaal.

In plaats van deze electro-optische modulator kunnen ook andere optische modulatoren zoals een magneto-optische of een acousto-optische modulator gebruikt worden.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de eerste klasse vertoont als kenmerk, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een retro-reflector is aangebracht die deze bundel langs zichzelf reflecteert en dat in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel tussen het tweede vlak en de stralingsbron een bundelscheidend element is aangebracht voor het uitkoppelen van de tweemaal gereflecteerde bundel naar het tweede raster en de daarachter opgestelde detector.

Door de dubbele reflectie van de focusdetectiebundel op dezelfde positie van het tweede vlak, of substraat, wordt bereikt dat locale verschillen in de reflectie van het substraat geen invloed hebben op het focusfoutsignaal, terwijl bovendien de gevoelig heid van de focusdetectie-inrichting met een factor twee vergroot wordt.

Bij de, onder andere uit het US octrooischrift 4.866.262, bekende afbeel-dingsapparaten wordt de hoogtepositie van het tweede vlak, of substraatoppervlak, bepaald ten opzichte van een montagedeel waarin de stralingsbron, de detector en andere onderdelen van de focusdetectie-inrichting bevestigd zijn. Dit montagedeel is verbonden met de houder van het projectielenzenstelsel. Door bewegingen van de houder ten opzichte van het montagedeel of door bewegingen van optische elementen in het montagedeel kan de door de focusdetectiebundel gevormde stralingsvlek bewegen ten opzichte van het beeldveld van het projectielenzenstelsel. Een tweede aspect van de uitvinding betreft de wijze waarop het ontstaan van een foutief focusfoutsignaal ten gevolge van de genoemde instabiliteiten kan worden voorkomen.

Een tweede klasse van uitvoeringsvormen van het beeldprojectieapparaat die daarop betrekking hebben vertonen als gemeenschappelijk kenmerk dat voorzien is in een referentiebundel die gericht is op een, tegenover het tweede vlak gelegen, oppervlak van het afbeeldingsstelsel en een kleine hoek met dit oppervlak maakt en in een tweede detector geplaatst in de weg van de door het oppervlak gereflecteerde referentiebundel, waarbij zich in de weg van de referentiebundel een eerste en tweede raster bevinden en waarbij de zich tussen het eerste raster en het tweede raster bevindende optische middelen voor het richten en het veranderen van de vergende voor beide bundels gemeenschappelijk zijn.

Door het verschil tussen de uitgangssignalen van de twee detectoren te bepalen wordt een signaal verkregen dat alleen afhankelijk is van de afstand tussen het genoemde lensoppervlak en het tweede vlak, welk signaal niet beïnvloed wordt door instabiliteiten van de detectie-inrichting omdat de focusdetectiebundel en de referentiebundel door dezelfde elementen van de detectie-inrichting gaan.

Opgemerkt wordt dat in het artikel "Chip Levelling and Focussing with Laser Interferometry" in SPIE, Vol. 1264, Optical/Laser Microlithography ΙΠ (1990), pag. 244-251 een inrichting beschreven is voor locale focus- en scheefstandsdetectie van een substraat waarin behalve een door het substraat gereflecteerde focusdetectiebundel een referentiebundel gebruikt wordt. De laatstgenoemde bundel wordt echter niet door een oppervlak van het projectielenzenstelsel gereflecteerd, zodat niet de afstand tussen dit lensoppervlak en het substraat gemeten wordt.

De tweede Masse van uitvoeringsvormen vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat voor de focusdetectiebundel en de referentiébundel middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar bewegen van de afbeelding van het eerste raster en het tweede raster zoals die waargenomen worden door de detector voor de betreffende bundel.

Dan kunnen weer de voordelen verkregen worden die genoemd zijn bij de eerste Masse van uitvoeringsvormen. De genoemde middelen kunnen uitgevoerd zijn zoals in de conclusies 7, 8 en 9 aangegeven is.

Een eerste uitvoeringsvorm van de tweede Masse vertoont als verder kenmerk, dat een aparte stralingsbron voor het leveren van de referentiebundel aanwezig is, dat een eerste bundelafbuigelement geplaatst is tussen de stralingsbronnen en het tweede vlak in de weg van zowel de focusdetectiebundel als van de referentiebundel voor het richten van deze bundels op respectievelijk het tweede vlak en het oppervlak van het afbeeldingsstelsel en dat een tweede bundelafbuigelement geplaatst is tussen het tweede oppervlak en de twee detectoren in de weg van zowel de focusdetectiebundel als van de referentiebundel voor het richten van deze bundels op respectievelijk de eerste en tweede detector.

Door gebruik van de afbuigelementen kan de inrichting compact uitgevoerd worden.

Een tweede uitvoeringsvorm van de tweede klasse vertoont als verder kenmerk, dat een aparte stralingsbron aanwezig is voor het leveren van de referentiebundel, dat een bundelafbuigelement geplaatst is tussen de stralingsbronnen en het tweede vlak in de weg van zowel de focusdetectiebundel als de referentiebundel, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel en van de een eerste maal door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde referentiebundel een retro-reflector is aangebracht en dat in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een eerste bundelschei-dend element is aangebracht voor het uitkoppelen van deze bundel naar de eerste detector terwijl in de weg van de een tweede maal door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde reflectiebundel een tweede bundelscheidend element is aangebracht voor het uitkoppelen van deze bundel naar de tweede detector.

Door de dubbele reflecties aan het tweede vlak en aan het oppervlak van het afbeeldingsstelsel wordt de focusdetectienauwkeurigheid met een factor twee verhoogd en onafhankelijk van locale reflectieverschillen van zowel het tweede vlak als het oppervlak van het afbeeldingsstelsel.

De detectie-inrichting kan ook uitgevoerd zijn met slechts één stralingsbron.

Een derde uitvoeringsvorm van de tweede klasse waarin dit het geval is vertoont als kenmerk dat in de weg van de door de stralingsbron geleverde bundel een eerste dubbelbrekend element is aangebracht voor het splitsen van deze bundel in een focusdetectiebundel met een eerste polarisatierichting en een referentiebundel met een tweede polarisatierichting en voor het richten van deze bundels op respectievelijk het tweede vlak en het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, en dat in de wegen van de door het tweede vlak, respectievelijk het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, gereflecteerde bundels een tweede dubbelbrekend element is aangebracht voor het naar elkaar toebuigen van de twee bundels en voor het richten van de bundels op respectievelijk de eerste detector en de tweede detector.

Door gébruik van de twee dubbelbrekende elementen kan niet alleen met één stralingsbron volstaan worden maar kan tevens de inrichting compact uitgevoerd worden.

Een vierde uitvoeringsvorm van de tweede klasse vertoont als kenmerk, dat in de weg van de door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een samengestelde reflector is aangebracht, dat de referentiebundel wordt gevormd door de door de reflector gereflecteerde en op het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gerichte bundel en dat de eerste en tweede detector gecombineerd zijn in één detector.

Omdat de op deze detector invallende bundel met zowel het tweede vlak als het buitenste lensoppervlak in aanraking is geweest, bevat deze bundel informatie over de onderlinge afstand van deze vlakken. Er wordt nu een optische differentiatie uitgevoerd, in plaats van een electronische zoals in de voorgaande uitvoeringsvormen. Bovendien hebben locale brekingsindexverschillen ten gevolge van bijvoorbeeld turbulenties van het medium waarin zich de bundel met de dubbele functie vooriplant geen invloed op het meetsignaal.

De vierde uitvoeringsvorm kan als verder kenmerk hebben, dat in de gezamenlijke weg van de door de stralingsbron geleverde bundel en de door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde bundel een bundelafbuigelement is aangebracht voor het afbuigen van de eerstgenoemde bundel naar het tweede vlak en voor het afbuigen van de laatstgenoemde bundel naar de detector.

Door toepassing van het bundelafbuigelement kan de inrichting compact uitgevoerd worden.

Een vijfde uitvoeringsvorm van de tweede klasse vertoont als kenmerk dat in de weg van de door de stralingsbron geleverde bundel een eerste dubbelbrekend element is aangebracht dat deze bundel als focusdetectiebundel doorlaat naar het tweede vlak, dat in de weg van de door dit vlak gereflecteerde bundel een tweede dubbelbrekend element is aangebracht dat de gereflecteerde bundel doorlaat, dat in de weg van de doorgelaten bundel een retro-reflector is aangebracht die de bundel reflecteert naar het tweede dubbelbrekend element, welk element de bundel als referentiebundel afbuigt naar het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, en dat het eerste dubbelbrekend element de door dit oppervlak gereflecteerde bundel afbuigt in de richting van de door de stralingsbron geleverde bundel.

Een zeer aantrekkelijke focusdetectie-inrichting volgens de uitvinding wordt verkregen indien kenmerken van de eerste Masse van uitvoeringsvormen worden gecombineerd met kenmerken van de tweede Masse.

Een dergelijke inrichting, die gebaseerd is op de tweede klasse van uitvoeringsvormen vertoont als kenmerk, dat de focusdetectiebundel een brede golflengte-band heeft, dat in de stralingsweg van zowel de focusdetectiebundel als de referentiebundel een eerste raster is geplaatst tussen de bron die de betreffende bundel levert en het vlak waaraan deze bundel voor de eerste maal gereflecteerd wordt en een tweede raster is geplaatst tussen de detector voor de betreffende bundel en een vlak dat deze bundel naar de detector reflecteert.

Deze inrichting kent diverse uitvoeringsvormen analoog aan de vijf uitvoeringsvormen van de tweede Masse met als extra elementen een aantal rasters op verschillende posities, zoals beschreven is in de conclusies 17 tot en met 21.

De uitvoeringsvormen van de focusdetectie-inrichting volgens de uitvinding vertonen bij voorkeur als verder kenmerk, dat in de stralingsweg van de focusdetectiebundel vddr het tweede vlak een instelbaar optisch element is aangebracht voor het verplaatsen van de in het tweede vlak gevormde stralingsvlek, onafhankelijk van een focusfout, voor het veranderen van het nulpunt van het opgewekte focusfoutsignaal.

Met het instelbaar element, dat kan bestaan uit bijvoorbeeld een kantelbare plan-parallelle plaat of een verschuifbare hulplens, kan gecompenseerd worden voor een verplaatsing van het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel die het gevolg is van een verandering in een omgevingsparameter, zoals de luchtdruk. Bovendien wordt dan de bedienaar van het afbeeldingsapparaat de mogelijkheid geboden om het nulpunt van het focusfoutsignaal handmatig in te stellen aan de hand van de resultaten van uitgevoerde experimenten.

Het gebruik van het instelbaar element is op zichzelf bekend en in detail beschreven in het US octrooischrift 4.866.262.

Een derde aspect van de onderhavige uitvinding betreft een scheefstands-detectie-inrichting voor het detecteren van een scheefstand van het tweede vlak ten opzichte van het beeldvlak van het afbeeldingslenzenstelsel, in welke inrichting gebruik gemaakt wordt van de hierboven beschreven aspecten van de uitvinding.

Een scheefstandsdetectie-inrichting die gebruik maakt van alleen het eerste aspect van de uitvinding vertoont als kenmerk, dat voorzien is in een eerste en tweede detectie-eenheid elk bestaande uit een stralingsbron, een eerste en tweede raster en een detector waarbij de optische as van de eerste eenheid in het XZ-vlak gelegen is, terwijl de optische as van de tweede eenheid in het YZ-vlak gelegen is, en dat in elke eenheid tussen het eerste raster en het tweede vlak een eerste lenzenstelsel is aangebracht voor het omzetten van de uit het raster tredende bundel in een evenwijdige bundel terwijl tussen het tweede vlak en het tweede raster een tweede lenzenstelsel is aangebracht voor het omzetten van de evenwijdige bundel in een convergerende bundel.

Doordat de bundel ter plaatse van het tweede vlak een evenwijdige bundel is, veroorzaakt een verplaatsing van het tweede vlak langs de Z-as een verschuiving van de gereflecteerde bundel evenwijdig aan zichzelf. Daardoor verschuift de afbeelding van het eerste raster ten opzichte van het tweede raster waardoor het detectorsignaal verandert.

Deze scheefstandsdetectie-inrichting vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat elke detectie-eenheid bevat middelen voor het vormen van een referentie-bundel die gericht is op een tegenover het tweede vlak gelegen oppervlak van het afbeeldingsstelsel en een kleine hoek met dit oppervlak maakt, en een tweede detector geplaatst is in de weg van de door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteer de referentiebundel.

Dan kan ook de scheefstand van het genoemde oppervlak van het afbeel-dingsstelsel bepaald worden. De middelen voor het vormen van de referentiebundel kunnen weer gevormd worden door een aparte stralingsbron of door een bundelsplitser op analoge wijze als beschreven bij de tweede klasse van uitvoeringsvormen.

Een tweede hoofduitvoeringsvorm van de scheefstandsdetectie-inrichting die werkt met op het tweede vlak gefocusseerde bundels vertoont als kenmerk, dat voor het detecteren van kantelingen van het tweede vlak om twee onderlinge loodrechte, X- en Y-, assen van het beeldvlak, voorzien is in middelen voor het leveren van minstens twee extra focusdetectiebundels soortgelijk aan de genoemde focusdetectiebundel, dat elke focusdetectiebundel gericht is op een afzonderlijk punt van het tweede vlak van welke punten er minstens twee verschillende X-posities en minstens twee verschillende Y-posities innemen.

Door gebruik te maken van een aantal nauwkeurige focusdetectie-inrichtin-gen voor het meten op verschillende punten van het tweede vlak kan ook de scheef-standsdetectie zeer nauwkeurig uitgevoerd worden.

Opgemerkt wordt dat in het US octrooischrift 4.504.144 een projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat beschreven is, waarin de scheefstand van het substraat gemeten wordt door op drie punten van het substraat een focusfoutdetectie uit te voeren en de resultaten van de drie metingen met elkaar te vergelijken. De focusdetectie zelf van het bekende apparaat, met behulp van een afbeelding van een masker via het substraat op een detector door middel van een bundel door het projectielenzenstelsel, is echter verschillend van die volgens de onderhavige uitvinding.

In de laatstgenoemde uitvoeringsvorm van het apparaat volgens de uitvinding kunnen drie aparte focusfoutdetectiestelsels gebruikt worden voor het bepalen van de scheefstand van het substraat, of het tweede vlak. Bij voorkeur echter wordt dit apparaat gekenmerkt door twee afzonderlijke focusdetectie-eenheden met elk twee focusdetectiebundels, waarbij de detectorsignalen van twee focusdetectie-eenheden samen informatie over de kanteling van het tweede vlak om de X-as en Y-as bevatten.

Daardoor kan een optimum bereikt worden voor wat betreft het aantal meetpunten versus de complexiteit van de inrichting.

Bij gebruik van breedbandige focusdetectiebundels in combinatie met rasters wordt het gebied waarbinnen focusfouten gedetecteerd kunnen worden bepaald door de periodes van de rasters, welke periodes liefst zo klein mogelijk moeten zijn om met grote nauwkeurigheid de focusfout te kunnen meten.

Een eerste mogelijkheid om dat gebied te vergroten is gerealiseerd in een uitvoeringsvorm die als kenmerkt vertoont dat elk van de rasters is opgedeeld in twee deelrasters waarvan de rasterperiodes verschillend zijn.

De rasteiperiode van een deelraster is bijvoorbeeld 10% groter dan die van het andere deelraster. Zoals beschreven is in het artikel "Automatic Alignment System for Optical Projection Printing" in IEEE Trans, on Electron Devices Vol. ED-26, No.

4, 1979, pag. 723-8 wordt met behulp van de twee rasters een signaal verkregen waarvan de periode bijvoorbeeld tien maal zo groot is als die van het signaal verkregen met een enkelvoudig raster.

Een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting met een vergroot meetgèbied, waarmee tevens testen en calibraties uitgevoerd kunnen worden vertoont als kenmerk, dat een extra, heldere stralingsbron aanwezig is voor het leveren van een extra focusde-tectiebundel voor het vormen van een extra stralingsvlek in het tweede vlak.

De extra stralinsvlek is bijvoorbeeld tussen en symmetrisch ten opzichte van de overige stralingsvlekken gelegen. Met de monochromatische bundel kan een kleine stralingsvlek gevormd worden waarmee de voor het testen benodigde hoge resolutie bereikt kan worden.

Bij voorkeur wordt de inrichting met de heldere, extra bundel gekenmerkt door een extra, heldere, referentiebundel voor het vormen van een extra stralingsvlek op het oppervlak van het afbeeldingsstelsel.

Dan wordt ook met de extra bundels de afstand tussen het afbeeldingsstelsel en het tweede vlak gemeten en wordt de invloed van instabiliteiten op het focusfoutsig-naal opgewekt met de monochromatische bundel geminimaliseerd.

Om het aantal optische elementen tussen het afbeeldingslenzenstelsel en het tweede vlak te beperken vertoont deze inrichting als kenmerk, dat in elke detectie-eenheid de optische elementen in de stralingsweg tussen de rasters voor alle focusdetectiebundels en referentiebundels gemeenschappelijk zijn.

q 1 η n 1 n ^

Deze elementen moeten vanwege de brede golflengtebanden van de focus-detectie- en referentiébundels gecorrigeerd zijn voor chromatische aberraties. Om de correctie-eisen aan deze elementen te beperken vertoont de focus- en scheefstandsdetec-tie-inrichting als verder kenmerk, dat de golflengte van de monochromatische focus-detectiebundel en referentiebundel in de golflengteband van de overige focusdetectiebun-dels en referentiebundels ligt.

De focus- en scheefstandsdetectie-inrichting met vier breedbandige en een monochromatische focusdetectie- en referentiebundels kan nog een aantal specifieke kenmerken vertonen die verwoord zijn in de conclusies 32 en 33.

De uitvinding heeft tenslotte betrekking op een projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat dat voorzien is van een afbeeldingsapparaat zoals hierboven beschreven en waarin het afbeeldingslenzenstelsel wordt gevormd door een optisch projectielenzenstelsel waarmee het patroon op het substraat wordt geprojecteerd, en het tweede vlak wordt gevormd door het oppervlak van een te belichten substraatlaag, en de signalen van het focusdetectiestelsel worden gebruikt voor het instellen van de afstand tussen het substraat en het projectielenzenstelsel en/of de hoek tussen het beeldvlak van dit lenzenstelsel en het genoemde oppervlak.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. Daarin tonen: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, en voorzien van een focusdetectie-inrichting, figuur 2 schematisch een eerste uitvoeringsvorm van een focusdetectie-imichting volgens de uitvinding met rasters en breedbandige bundels, figuur 3 deze uitvoeringsvorm met middelen voor het opwekken van een dynamisch focusfoutsignaal meer in detail, de figuren 4, 5a, 5b, 6a en 6b het principe van het in deze uitvoeringsvorm gebruikte systeem voor het opwekken van een dynamisch focusfoutsignaal, figuur 7 een uitvoeringsvorm van de focusdetectie-inrichting met rasters waarin een retro-reflector wordt gebruikt, de figuren 8, 9, 9a, 10, 11, 12, 13 en 14 uitvoeringsvormen van de focusdetectie-inrichting met een referentiebundel en al dan niet voorzien van rasters en reflectoren, figuur 15 het principe van een scheefstandsdetectie-inrichting die gebruik maakt van een raster op rasterafbeelding, de figuren 16a en 16b het principe van een scheefstandsdetectiemethode gebaseerd op multipele focusfoutdetectie, figuur 17 het principe van een inrichting voor het uitvoeren van deze methode; de figuren 18a, 18b, 19a, 19b, 20a en 20b in combinatie een uitvoeringsvorm van een dergelijke scheefstandsdetectie-inrichting, figuur 21 een uitvoeringsvorm van een in deze inrichting gebruikte raster- plaat, figuur 22 een uitvoeringsvorm van een in deze inrichting gebruikte stralingsgevoelige detector, figuur 23 de combinatie van op elkaar afgebeelde openingen en de daarbij behorende detector van een laserdetectiestelsel voor grotere focusseerfouten, figuur 24 de mechanische constructie van een deel van een patroonprojectie-apparaat met een focusfout- en scheefstandsdetectie-inrichting, en figuur 25 een gedeelte van dit apparaat met een luchtstroom voor het conditioneren van de ruimte tussen het projectielenzenstelsel en het substraat.

In figuur 1 zijn de optische elementen van een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat weergegeven. De hoofdonderdelen van dit apparaat zijn een projectiekolom waarin een af te beelden maskerpatroon C is aangebracht en een beweegbare substraattafel WT waarmee het substraat ten opzichte van het maskerpatroon C gepositioneerd kan worden. Het apparaat bevat verder een verlichtingsstelsel, dat bevat een stralingsbron LA, bijvoorbeeld een Krypton-Fluoride Excimeer Laser, een lenzenstelsel LS, een spiegel RE en een condensorlens CO. De projectiebundel verlicht het in het masker MA aanwezig maskerpatroon C, welk masker is aangebracht op een maskertafel MT.

De door het maskerpatroon C tredende bundel PB doorloopt een in de projectiekolom aangebrachte, en slechts schematisch aangegeven, projectielenzenstelsel PL dat een afbeelding van het patroon C op het substraat W vormt. Het projectielenzenstelsel heeft bijvoorbeeld een vergroting M = 1/5, een numerieke apertuur NA = 0,48 en een buigingsbegrensd beeldveld met een diameter van 21,2 mm. Het substraat wordt vastgehouden door een substraatdrager WC die onderdeel is van een, slechts schematisch weergegeven, substraattafel WT.

Het apparaat is verder voorzien van een aantal meetinrichtingen, namelijk een inrichting voor het ten opzichte van elkaar, in het XY-vlak, uitrichten van het masker MA ten opzichte van het substraat W; een interferometersysteem voor het bepalen van de positie en oriëntatie van de substraathouder, en dus van het substraat, en een focusfoutdetectie-inrichting voor het bepalen van een afwijking tussen het focus- of beeldvlak van het projectielenzenstelsel PL en het oppervlak van het substraat W. Deze meetinrichtingen zijn onderdelen van servosystemen die electronische signaalver-werkings- en regelcircuits en aandrijvers, of actuatoren, bevatten waarmee de positie en oriëntatie van het substraat en de focussering aan de hand van de door de meetinrichtingen geleverde signalen kunnen worden gecorrigeerd.

De uitrichtinrichting maakt gebruik van twee uitrichtkenmerken Mj en M2 in het masker MA die rechtsboven in figuur 1 zijn aangegeven. Deze kenmerken bestaan bij voorkeur uit diffraktierasters, maar kunnen ook gevormd worden door andere kenmerken, zoals vierkanten of stroken die zich optisch van hun omgeving onderscheiden. De uitrichtkenmerken zijn bij voorkeur tweedimensionaal, dat wil zeggen dat zij zich in twee onderling loodrechte richtingen, de X- en Y-richting in figuur 1, uitstrekken. Het substraat W, bijvoorbeeld een halfgeleidersubstraat, waarop het patroon C een aantal malen naast elkaar afgebeeld moet worden, bevat een aantal uitrichtkenmerken, bij voorkeur ook weer tweedimensionale diffraktierasters, waarvan er twee, P: en P2, in figuur 1 zijn aangegeven. De kenmerken Px en P2 zijn gelegen buiten de gebieden op het substraat W waar de afbeeldingen van het patroon C gevormd moeten worden. Bij voorkeur zijn de rasterkenmerken Pj en P2 uitgevoerd als faserasters en de rasterkenmerken M1 en M2 als amplituderasters.

Figuur 1 toont een speciale uitvoeringsvorm van een uitrichtinrichting, namelijk een dubbele uitrichtinrichting waarin twee uitrichtbundels b en b’ gebruikt worden voor het uitrichten van het substraatuitrichtkenmerk P2 op het maskeruitrichtkenmerk M2, respectievelijk het substraatuitrichtkenmerk Px op het maskeruitrichtkenmerk De bundel b wordt door een reflecterend element 30, bijvoorbeeld een spiegel, naar het reflecterend oppervlak 27 van een prisma 26 gereflecteerd. Het oppervlak 27 reflecteert de bundel b naar het substraatuitrichtkenmerk P2 dat een deel van de straling als bundel bx naar het bijbehorende maskeruitrichtkenmerk M2 zendt, waar een afbeelding van het kenmerk P2 wordt gevormd. Boven het kenmerk M2 bevindt zich een reflecterend element 11, bijvoorbeeld een prisma, dat de door het kenmerk M2 doorgelaten straling naar een stralingsgevoelige detector 13 richt.

De tweede uitrichtbundel b’ wordt door een spiegel 31 naar een reflector 29 in het projectielenzenstelsel PL gereflecteerd. Deze reflector 29 zendt de bundel b’ naar een tweede reflecterend oppervlak 28 van het prisma 26, welk oppervlak de bundel b’ op het substraatuitrichtkenmerk Pi richt. Dit kenmerk reflecteert een deel van de straling van de bundel b’ als bundel b^ naar het maskeruitrichtkenmerk waar een beeld van het kenmerk Px wordt gevormd. De door het kenmerk tredende straling van de bundel b^ wordt door een reflector 1Γ naar een stralingsgevoelige detector 13’ gericht.

De detectoren 13 en 13’ zijn bijvoorbeeld samengestelde fotodiodes met bijvoorbeeld vier afzonderlijke stralingsgevoelige gebiedjes in overeenstemming met het aantal rastergebiedjes van de kenmerken pi> p2> Mj en M2. De uitgangssignalen van deze detectoren zijn een maat voor het samenvallen van het kenmerk M2, respectievelijk M1} met de afbeelding van het substraatkenmerk P2> respectievelijk Px. Deze signalen kunnen elektronisch verwerkt worden en gebruikt worden om met behulp van, niet weergegeven, aandrijfsystemen het masker en het substraat ten opzichte van elkaar te bewegen zodanig dat de afbeelding van het kenmerk P2, respectievelijk Pl5 samenvalt met het kenmerk M2, respectievelijk Aldus is een automatisch uitrichtapparaat verkregen.

Voor bijzonderheden over de uitrichtingsprocedure met behulp van de uitrichtsystemen wordt verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275.

De uitvoeringsvorm van de uitrichtinrichting volgens de figuur 1, die niet in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275 beschreven is, is bijzonder geschikt voor een apparaat waarin een belichtingsbundel met een korte golflengte, bijvoorbeeld 248 nm, en een uitrichtbundel met een aanzienlijk grotere golflengte, bijvoorbeeld 633 nm worden gebruikt. Dit is te danken aan de correctielens 25 die, bij het uitrichten, er voor zorgt dat het projectielenzenstelsel, dat ontworpen is voor de golflengte van de projec-tiebundel PB, de uitrichtkenmerken Pl5 P2 en Ml5 M2 toch zonder focusfouten of vergrotingsfouten op elkaar afgebeeld worden door de uitrichtbundels.

Voor het nauwkeurig bepalen van de X- en Y-positie van de substraattafel WT zijn bekende projectie-apparaten voorzien van een meerassig interferometersysteem. In het US octrooischrift 4.251.160 is een twee-assig systeem en in het US octrooischrift 4.737.283 een drie-assig systeem beschreven. In figuur 1 is een dergelijk interferometersysteem schematisch door de elementen 50, 51, 52 en 53 aangeduid, waarbij slechts één meetas getoond is. Een door een stralingsbron 50, in de vorm van een laser, uitgezonden bundel b4 wordt door een bundeldeler 51 gesplitst in een meetbundel b4>m en een referentiebundel b4 r. De meetbundel bereikt een spiegelend zijvlak van de substraatdrager WC en de gereflecteerde meetbundel wordt door de bundeldeler verenigd met de door een vast opgestelde retro-reflector 52, bijvoorbeeld een zogenaamde "corner cube", gereflecteerde referentiebundel. De intensiteit van de gekombineerde bundel wordt gemeten met een detector 53 en uit het uitgangssignaal van deze detector kan de verplaatsing, in dit geval in de X-richting, van de substraatdrager WC afgeleid worden en ook een momentane positie van deze drager vastgesteld worden.

Zoals in figuur 1 schematisch is aangegeven, worden de interferometersigna-len, hier eenvoudigheidshalve door één signaal S53 voorgesteld, en de signalen S13 en S13’ van uitrichtdetectie-inrichting toegevoerd aan een signaalverwerkingseenheid SPU, bijvoorbeeld een microcomputer, die de genoemde signalen verwerkt tot stuursignalen SAc v°or een actuator AC waarmee, via de substraathouder WH, de substraatdrager in het X-Y-vlak bewogen wordt.

Door gebruik te maken van een X-Y interferometersysteem kunnen tijdens het uitrichten de posities van, en de onderlinge afstanden tussen, de uitrichtkenmerken Pj en P2 en Mj en M2 in een door het, vast opgesteld, interferometersysteem gedefinieerd coördinatenstelsel vastgelegd worden.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een interferometersysteem met vijf meetassen, zoals beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 9100215 (PHQ 91.001). Met een dergelijk systeem kunnen niet alleen de X- en Y-posities en de draaiing om de Z-as van het substraat gemeten worden maar ook kantelingen van het substraat om de X- en Y-assen. Dit interferometersysteem kan nog uitgebreid worden met een referentiemeetas, om te kunnen corrigeren voor brekingsindexveranderingen in het medium waarin de interferometerbundels zich voortplanten.

Het projectie-apparaat bevat verder een in figuur 1 schematisch weergegeven focusfoutdetectiestelsel FDS voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het projectielenzenstelsel PL en het oppervlak van het substraat W, zodat deze afwijking gecorrigeerd kan worden, door het substraat en het projectielenzenstelsel ten opzichte van elkaar te bewegen langs de Z-as. Het uitgangssignaal, of focusfoutsignaal, Sf van het stelsel FDS wordt ook toegevoerd aan de signaalverwerkingseenheid SPU, zodat een van de signalen SAC een regelsignaal is waarmee via hoogte-actuatoren de afstand tussen het lenzenstelsel PL en het substraat W ingesteld kan worden.

In figuur 2 is schematisch een eerste uitvoeringsvorm van het focusdetectie-stelsel volgens de uitvinding weergegeven, tesamen met het onderste gedeelte van het projectielenzenstelsel PL. Van dit stelsel is slechts het laatste lenselement PLE weergegeven. Het focusdetectiestelsel bevat een stralingsbron S die een focusdetectiebundel b2 levert. Deze bundel wordt door een, schematisch met het lenselement Lx weergegeven, lenzenstelsel gefocusseerd in een stralingsvlek Sp op het substraat W. De hoek van inval van de bundel b2 op het substraat is relatief groot, bijvoorbeeld in de orde van 80°. Het substraat reflecteert de bundel b2 en de gereflecteerde bundel b’2 wordt door een tweede lenzenstelsel 1^ omgezet in een convergerende bundel die opgevangen wordt door een stralingsgevoelige detector DE, die een electrisch signaal Sf levert.

Volgens de uitvinding bevat de bundel b2 een relatief breed spectrum van golflengtes. Daardoor wordt bereikt dat interferenties die kunnen ontstaan door multipele reflecties aan de verschillende lagen van het substraat, uitmiddelen, zodat dergelijke interferenties het detectorsignaal Sf niet kunnen beïnvloeden. De breedbandige stralingsbron S is bijvoorbeeld een halogeenlamp, een andere gloeilamp of een combinatie van een aantal lichtemitterende diodes, die verschillende golflengtes uitzenden. Dergelijke bronnen zijn echter minder intens dan de tot nu toe gebruikte lasers. Zodat het verkregen focusfoutsignaal een verminderde signaal-ruis-verhouding zou hebben. Bovendien is de afmeting van de kleinste stralingsvlek die op het substraat gevormd kan worden bij gebruik van straling met een breed spectrum groter dan indien een laserbun del gebruikt zou worden. Daardoor zou de gevoeligheid van de focusdetectie-inrichting, dat wil zeggen de kleinste focusfout die nog gedetecteerd kan worden, welke gevoeligheid evenredig is met de grootte van de stralingsvlek, verminderen. Om met de nieuwe inrichting toch de gewenste gevoeligheid en de verlangde signaal-ruis-verhouding te verkrijgen, wordt volgens de uitvinding een raster in de bundel geplaatst, welk raster op het substraatoppervlak WS wordt afgebeeld. Dit raster, waarvan de rasterlijnen zich bijvoorbeeld in de Y-richting uitstrekken, dus loodrecht op het vlak van tekening van figuur 2, staan is met Gx aangegeven. Aan de beeldzijde is een tweede raster G2 met dezelfde rasterperiode als die van het raster Gj geplaatst. Het raster Gj^ wordt met behulp van het lenzenstelsel L1? via reflectie aan het substraatoppervlak, en met behulp van het lenzenstelsel L2 op het raster G2 afgebeeld. Er is voor gezorgd dat indien het substraatoppervlak zich op de juiste afstand van het projectielenzenstelsel PL bevindt de lichte en donkere stroken van de afbeelding van het raster Gj precies samenvallen met die van het raster G2. Dan ontvangt de detector DE een maximale hoeveelheid straling en is het uitgangssignaal van de detector maximaal. Bij een verschuiving van het substraatoppervlak ten opzichte van het stelsel PL in de Z-richting gaan de donkere stroken van het afgebeelde raster de lichte stroken van het andere raster steeds meer afdekken en wordt het detectorsignaal steeds kleiner. Aldus kan uit het detectorsignaal de grootte van een focusfout afgeleid worden.

De nauwkeurigheid waarmee de focusfout bepaald kan worden wordt nu in principe bepaald door de periode van het raster. Deze periode is bijvoorbeeld 40 μΐη, en daarmee kunnen nog focusfouten in de orde van 0,1 μιη gemeten worden, indien interpolatietechnieken worden toegepast bij het verwerken van het detectorsignaal.

Omdat nu voor de focusdetectie een groter gebied van het substraatoppervlak gebruikt wordt zullen locale reflectieverschillen op oneffenheden van dit oppervlak een kleinere invloed op het verkregen focusfoutsignaal hebben.

Bij voorkeur wordt een dynamisch focusfoutsignaal opgewekt, dat wil zeggen een periodiek variërend signaal, waarbij de focusfout een verandering in een van de signaalparameters, zoals de amplitude of de verhouding tussen de periodehelften, introduceert. Een dergelijk signaal is onafhankelijk van eventuele driften (off-sets) in de electronische signaalverwerkmgsinrichting en maakt een nauwkeurigere detectie mogelijk. Bovendien kan dan het teken van een focusfout bepaald worden.

Een dynamisch focusfoutsignaal kan opgewekt worden door periodieke verplaatsing van een van de elementen in de stralingsweg van de focusdetectiebundel. Bijvoorbeeld kan het substraat zelf periodiek over kleine afstanden in de Z-richting bewogen worden. Het verdient echter, op practische gronden, de voorkeur electro-optische middelen te gebruiken voor het opwekken van een dynamisch focusfoutsignaal. Bi figuur 3 is een uitvoeringsvorm van de detectie-inrichting die voorzien is van dergelijke middelen weergegeven. Deze figuur toont tevens het optische stelsel meer in detail.

Dit stelsel bevat vijf lenzen L3-L7 aan de voorweipskant en vier lenzen Lg-Ln aan de beeldkant. In de figuur 3 zijn twee bundels getekend. De stralingsbron S is hier voorgesteld door de gloeidraad van een lamp. Deze lamp levert een, met doorgetrokken lijnen en enkele pijlen aangegeven bundel b5 die door de pupil ST2, gelegen tussen de lenzen L4 en L5, treedt. Deze pupil wordt herafgebeeld tussen de lenzen L6 en Lj en de bundel b5 valt als evenwijdige bundel in op het substraatoppervlak. De gereflecteerde bundel b’5 vormt een afbeelding van de pupil tussen de lenzen L8 en L9 en een tweede afbeelding tussen de lenzen L10 en Ln. Ter plaatse van het raster Gl5 respectievelijk het raster G2, is de bundel t>5> respectievelijk de bundel b’5 een evenwijdige bundel.

Door middel van de met streeplijnen en dubbele pijlen aangeduide bundel b6 is aangegeven hoe de bron S wordt afgebeeld op het eerste raster Gx en hoe dit raster wordt afgebeeld op het substraat. Verder is getoond hoe de gereflecteerde bundel b’6 een afbeelding van het eerste raster op het tweede raster vormt en hoe deze afbeelding en het raster Gr op de detector DE worden afgebeeld.

De middelen voor het opwekken van een dynamisch focusdetectiesignaal worden gevormd door een polarisator 60, een dubbelbrekend element 61, een electro-optische modulator 66 en een analysator 67. De werking van deze middelen zal worden toegelicht aan de hand van de figuren 4, 5 en 6. Figuur 4 toont de genoemde elementen in perspectivisch aanzicht alsmede enkele stralen van de aankomende bundel b’5 die gemoduleerd is door de rasterstructuur Gj, zoals met de streeplijnen is aangegeven. Het dubbelbrekend element 61 kan bestaan uit een Savart-plaat. Deze plaat is opgebouwd uit twee even dikke planparallelle kwartsplaatjes 62 en 63 waarvan de optische assen 64 en 65 een hoek van 45° met de planparallelle vlakken maken en onderling gekruist zijn.

De polarisator 60 zorgt ervoor dat van de aankomende bundel b’5 alleen de straling met een polarisatierichting die een hoek van 45° met de optische assen van de Savart-plaat maakt wordt doorgelaten naar deze plaat. De loodrecht op de planparallelle vlakken van de Savart-plaat invallende bundel b’5 wordt in de eerste kwartsplaat 62 gesplitst in een gewone bundel en een buitengewone bundel, die aan het scheidingsvlak van de eerste en de tweede kwartsplaat respectievelijk in een buitengewone en een gewone bundel worden omgezet. Immers de optische assen van de beide platen staan loodrecht op elkaar. Uit de Savart-plaat 26 treden twee onderling loodrecht gepolariseerde deelbun-dels die ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Zoals in figuur 4 schematisch is weergegeven.

Vdór de stralingsgevoelige detector DE zijn een polarisatiemodulator 66 en een analysator 67 aangebracht. De modulator wordt bestuurd door een blokvormige spanning Vb die geleverd wordt door een generator 68. Daardoor wordt de polarisatierichting van een door de modulator tredende stralingsbundel alternerend over 90° geschakeld. De doorlaatrichting van de analysator is evenwijdig met een der polarisatie-richtingen van de uit de Savart-plaat tredende gewone en buitengewone bundel. Daardoor zal op ieder moment slechts 6f de gewone öf de buitengewone bundel worden doorgelaten naar de detector. Deze detector "ziet" op een bepaald moment öf een door de gewone bundel gevormd gewoon beeld van het raster Gj öf een door de buitengewone bundel gevormd buitengewoon beeld van dit raster, waarbij het gewone en het buitengewone beeld gesuperponeerd zijn met het raster G2. De brekingsindices van de Savart-plaat en de dikten van de samenstellende planparallelle plaatjes zijn zó gekozen dat het gewone en het buitengewone beeld onderling over een halve periode van het raster verschoven zijn. Indien het raster G2 is aangebracht precies tussen het gewone en het buitengewone beeld van het raster Gj, zal de intensiteit van de door de detector DE opgevangen straling constant zijn in de tijd.

In figuur 5a is deze situatie aangegeven. De stroken van het raster G2 van het gewone beeld G’l o en van het buitengewone beeld G’l e van het raster Gj staan loodrecht op het vlak van tekening. Gedurende een tijdsinterval tx ontvangt de detector de door G’l o en G2 doorgelaten stralingsintensiteit (vergelijk figuur 5b) en gedurende een volgende tijdsinterval de door G’1>e en G2 doorgelaten stralingsintensiteit. Deze intensiteiten zijn gelijk, zodat het detectorsignaal Sd constant blijft in de tijd.

Indien het raster G2 zich niet precies tussen G’lo en G’le bevindt, vergelijk figuur 6a, dan is het detectorsignaal in de tijd niet constant, zoals figuur 6b laat zien.

De verschillen in het signaal Sd kunnen zeer nauwkeurig gedetecteerd worden. Daardoor is het mogelijk de door een focusfout veroorzaakte verplaatsing van de rasterafbeelding G’j ten opzichte van het raster G2 zeer nauwkeurig te meten. Indien gebruik gemaakt wordt van interpolatietechnieken bij de signaalverwerking kunnen focusfouten in de orde van 1/200 van de rasterperiode nog gemeten worden.

In het geval van figuur 6b, waarin het rasterbeeld G’j naar links is verschoven ten opzichte van het raster G2, is het detectorsignaal in het tijdsinterval tx groter dan het detectorsignaal in het tijdsinterval tq. Indien het rasterbeeld G’j naar rechts verschoven zou zijn ten opzichte van het raster G2, zou het detectorsignaal in het tijdsinterval tj kleiner zijn dan in het tijdsinterval t2.

Zoals figuur 3 laat zien wordt het signaal van de detector DE toegevoerd aan een electronisch verwerkingscircuit 70. Het signaal van de generator 68 wordt ook aan 70 toegevoerd. Door te vergelijken in welk van de tijdsintervallen tx en tq het detectorsignaal het grootst is kan de richting van een eventuele focusfout gedetecteerd worden. Het verkregen focusfoutsignaal wordt via een hoogspanningsversterker toegevoerd aan een actuator 73, bijvoorbeeld een of meer piëzo-electrische elementen, die de substraat-drager en dus het substraat over de gewenste afstand en in de gewenste richting langs de Z-as verplaatsen zodanig dat er geen focusfout meer optreedt.

In plaats van een Savart-plaat kan ook een prisma van Wollaston gebruikt worden zoals in figuur 3 met 61 is aangegeven. Een dergelijk prisma bestaat uit twee congruente deelprisma’s van één-assige dubbelbrekende kristallen die zijn samengesteld tot één planparallelle plaat. De optische assen van de deelprisma’s zijn onderling loodrecht. Een op een van de planparallelle grote vlakken van het prisma 61 invallende stralingsbundel wordt in het prisma gesplitst in twee deelbundels met onderling loodrechte polarisatierichtingen. Door een geschikte keuze van de parameters van het prisma 61 kan ervoor gezorgd worden dat de door de deelbundels gevormde afbeeldingen van het raster Gj ter plaatse van het raster G2 over een halve rasterperiode verschoven zijn.

Figuur 7 toont een uitvoeringsvorm van de focusdetectie-inrichting waarin een retro-reflector RR is geplaatst in de weg van de eenmaal door het substraatopper- vlak gereflecteerde focusdetectiébundel. Deze reflector kan worden gevormd door een holle spiegel, een zogenaamd "comer-cube" prisma of door, zoals in figuur 7 getoond is een combinatie van een lens L12 en een reflector RE in het brandvlak van deze lens. Deze retro-reflector reflecteert de bundel langs zichzelf, dat wil zeggen dat de hoofdas van de op de reflector invallende bundel samenvalt met die van de gereflecteerde bundel b2”. Daarbij worden de bundelhelften van de bundels verwisseld. Zoals in het US octrooischrift 4.356.392 beschreven is, is het voordeel hiervan dat locale reflectiever-schillen van het substraat de intensiteitsverdeling binnen de stralingsvlek die uiteindelijk gevormd wordt op de detector DE niet kunnen beïnvloeden. De bundel b2”’ die een tweede maal door het substraatoppervlak gereflecteerd is wordt door een bundelschei-dingselement BS naar het tweede raster G2 en de daarachter geplaatste detector DE uitgekoppeld. Door de dubbele reflectie aan het substraatoppervlak wordt de gevoeligheid van de focusdetectie-inrichting met een factor twee vergroot. Ook in de uitvoeringsvorm van figuur 7 kan een dynamisch focusfoutsignaal worden opgewekt op de wijzen zoals beschreven aan de hand van figuur 3. Dit geldt ook voor de nog te beschrijven uitvoeringsvormen.

In de uitvoeringsvormen van de figuren 2, 3 en 7 worden focusfouten op indirecte wijze gemeten, dat wil zeggen dat alleen de Z-positie van het substraat gemeten wordt waarbij er vanuit gegaan wordt dat het substraat het enige bewegend element is, zodat ook de afstand tussen het substraat en het projectielenzenstelsel bekend is. Om de daarvoor vereiste stabiliteit in de focusdetectie-inrichting en van deze inrichting ten opzichte van het projectielenzenstelsel in zekere mate te bereiken, kunnen de optische elementen in de stralingsweg van de focusdetectiebundel, vanaf de stralings-bron tot en met de detector bevestigd zijn in een houder, op analoge wijze als beschreven in het US octrooischrift 4.356.392, of in een montageplaat, welke houder of plaat met het projectielenzenstelsel verbonden is. De aldus te bereiken mate van stabiliteit kan, met name indien kleinere details afgebeeld moeten worden en dus de focussering nauwkeuriger gedetecteerd en ingesteld moet worden, te Mein zijn. De resterende instabiliteiten worden veroorzaakt door resterende spelingen van de optische elementen in hun vattingen en van deze vattingen in de houder of montageplaat en door speling in de bevestiging van de houder of montageplaat op de houder van het projectielenzenstelsel.

Het bovengenoemde probleem kan, volgens een tweede aspect van de onderhavige uitvinding, voorkomen door gébruik te maken van een referentiébundel die gericht is op een vlak aan de onderkant van het projectielenzenstelsel dat evenwijdig is aan het substraat, bijvoorbeeld het buitenoppervlak van een doorzichtige referentieplaat die speciaal voor het reflecteren van de referentiebundel in het projectielenzenstelsel is aangebracht. Het genoemde vlak reflecteert de referentiebundel naar een tweede detector. Uit het verschil van de signalen van deze tweede detector en van de eerste detector, die de focusdetectiebundel opvangt, kan dan de werkelijke afstand tussen het substraat en het projectielenzenstelsel gemeten worden. Het gebruik van de referentiebundel is niet beperkt tot de uitvoeringsvormen met rasters in de focusdetectiebundel. Ook in meer conventionele focusdetectie-inrichtingen zonder rasters kan het gébruik van de referentiebundel aanzienlijke voordelen opleveren.

Figuur 8 toont een eerste uitvoeringsvorm van een focusdetectie-inrichting met een referentiebundel br. Onder het laaste lenselement PLE van het projectielenzenstelsel is nu een referentieplaat RP aangebracht. De referentiebundel valt scherend in op deze plaat, dat wil zeggen dat de invalshoek groot is, bijvoorbeeld even groot als de invalshoek cq op het substraat W. De referentiebundel wordt door de plaat RP gereflecteerd en de gereflecteerde bundel b’r wordt opgevangen door een detector DEj, bijvoorbeeld een fotodiode. In serie met deze fotodiode kan een tweede fotodiode DEj geschakeld zijn die de door het substraat gereflecteerde focusdetectiebundel b’f opvangt. Zoals symbolisch met de meter ME is aangegeven wordt het verschil van de uitgangssignalen van de fotodiodes gemeten. Dit verschilsignaal is een maat voor de afstand tussen de plaat RP en het substraat W. In werkelijkheid wordt in een electronische signaalverwerkingsschakeling het verschilsignaal vergeleken met een referentiesignaal en wordt een stuursignaal voor een actuator, waarmee bijvoorbeeld het substraat in de Z-richting wordt bewogen, opgewekt. De stralingsbron S bevat twee stralingsemitterende elementen, bijvoorbeeld LED’s, S! en S2.

Bij voorkeur zijn in de stralingsweg van zowel de focusdetectiebundel als de referentiebundel een eerste raster, aan de voorwerpszijde, en een tweede raster, aan de beeldzijde, aangebracht, well® rasters met behulp van de lenzenstelsels Lj en L2 en reflecties aan het substraat, respectievelijk de referentieplaat, op elkaar afgebeeld worden. De door de rasters aan de beeldzijde doorgelaten stralingen worden opgevangen door de detectoren DE! en DE2. De rasters in de focusdetectiebundel en de referentie-bundel kunnen afzonderlijke elementen zijn, evenals de elementen van de lenzenstelsels Ljl en L2. Bij voorkeur echter zijn het raster, G1} aan de voorwerpszijde en dat, G2, aan de beeldzijde en de lenzenstelsels gemeenschappelijk voor beide bundels.

In de uitvoeringsvorm van figuur 8 kan ook een dynamisch focusfoutsignaal worden opgewekt door vóór het raster G2 en polarisator en een dubbelbrekend element en achter dit raster een polarisatiemodulator aan te brengen, zoals beschreven is aan de hand van de figuren 3, 4, 5 en 6.

Figuur 9 toont schematisch een uitvoeringsvorm van de focusdetectie-inrichting die compact is dankzij het gebruik van speciale optische stelsels, overzichte-lijkheidshalve aangegeven door enkelvoudige wigvormige elementen WOi en W02 waarop lenselementen zijn aangebracht. Het stelsel WOj buigt de focusdetectiebundel bf en de referentiebundel br of zodanig dat deze bundels scherend invallen op het substraat, respectievelijk de referentieplaat en zet tevens de divergerende bundels om in convergerende bundels. Het optische stelsel W02 zet de divergerende gereflecteerde bundels bf’ en br’ om in convergerende bundels en buigt deze bundels af naar de detector DEl5 respectievelijk de detector DE2. De inrichting volgens figuur 9 kan uitgevoerd zijn met of zonder rasters Gj, G2.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 9a is gebaseerd op het principe van die volgens figuur 9. Er wordt nu slechts één speciaal optisch stelsel WO met een wig en lenzen gebruikt. In de wegen van de door het substraat W, respectievelijk de referentieplaat RP, gereflecteerde focusdetectiebundel b’f, respectievelijk referentiebundel b’r is nu een retro-reflector RE, bijvoorbeeld in de vorm van een holle spiegel, aangebracht. Deze spiegel reflecteert de bundels langs zichzelf, zodat zij een tweede maal door het substraat, respectievelijk de referentieplaat, gereflecteerd worden. De focusdetectiebundel valt in op een bundelscheider 77 die de bundel naar een eerste detectieraster G21 en een daarachter geplaatste detector DEj reflecteert. De referentiebundel valt in op een bundelscheider 78 die de bundel naar een tweede detectieraster G2 2 en een daarachter geplaatste detector DE2 reflecteert.

De figuren 10 en 11 tonen uitvoeringsvormen van de focusdetectie-inrichting waarin gebruik gemaakt wordt van bundels met verschillende polarisatierichtingen. In figuur 10 is 80 een samengesteld prisma dat een polarisatiegevoelig scheidingsvlak 81 bevat. Dit vlak reflecteert een bundelcomponent met een eerste polarisatierichting, bijvoorbeeld loodrecht op het vlak van tekening, als focusdetectiebundel naar het substraat W. De tweede bundelcomponent, waarvan de polarisatierichting evenwijdig met het vlak van tekening is, wordt door het vlak 81 doorgelaten en vervolgens door het achtervlak 82 van het prisma als referentiebundel bf gereflecteerd naar de referentieplaat RP van het projectielenzenstelsel PL. Omdat de bundel bf onder een andere hoek op het vlak 81 invalt wordt deze bundel doorgelaten. In de weg van de gereflecteerde bundels b’f en b’r is een tweede samengesteld prisma 85 aangebracht dat analoog is aan het prisma 80. Het polarisatiegevoelig vlak 86 van het prisma 85 reflecteert de bundel b’f als bundel b”f naar de detector DEX terwijl het achtervlak 87 van dit prisma de bundel b’r als bundel b”r naar de detector DE2 reflecteert. De geometrie van het prisma 85 is iets verschillend van die van het prisma 80 zodat de bundels b”f en b”r ruimtelijk gescheiden zijn.

In de uitvoeringsvorm van figuur 11 wordt een samengesteld dubbelbrekend element 90, zoals een prisma van Wollaston of een prisma van Rochon gebruikt om de onderling loodrecht gepolariseerde componenten van de bundel b ruimtelijk te scheiden. Deze bundelcomponenten worden door een prisma 92 als bundels bf en br gereflecteerd naar het substraat W en de referentieplaat. In de weg van de gereflecteerde bundels b’f en b’r bevinden zich een prisma 93 analoog aan het prisma 92 en een dubbelbrekend element 91 analoog aan het element 90. Ook hier zijn de elementen zodanig verschillend dat de bundels b”f en b”r die het element 91 verlaten ruimtelijk gescheiden zijn.

De inrichtingen volgens de figuren 10 en 11 kunnen ook weer een breedbandige stralingsbron en rasters bevatten en ook voorzien zijn van middelen voor het opwekken van een dynamisch focusfoutsignaal.

Figuur 12 toont een verder alternatief voor de uitvoeringsvorm waarin verschillend gepolariseerde bundels als focusfoutdetectiebundel en referentiebundel worden gebruikt. In de weg van de door de bron S uitgezonden bundel is een samengesteld prisma 100 bestaande uit twee deelprisma’s uit dubbelbrekend materiaal gescheiden door een vlak 101 aangebracht. De bundelcomponent met een eerste polarisatierichting passeert ongehinderd het scheidingsvlak 101 en valt als focusdetectiebundel bf scheef in op het substraat W. De bundelcomponent met de tweede polarisatierichting wordt aan de overgang 101 tussen het eerste deelprisma en het tweede deelprisma afgebogen en valt als referentiebundel br scheef op de referentieplaat van het projectielenzenstelsel in. Na reflectie door respectievelijk het substraat en de referentieplaat worden de bundels b’f en b’r samengebracht door een tweede samengestelde prisma 102, ook weer bestaande uit twee dubbelbrekende deelprisma’s en een overgangsvlak 103 dat op omgekeerde wijze werkt als het prisma 100. Het prisma 102 heeft een iets andere geometrie dan het prisma 100, zodat de bundels b”f en b”r ruimtelijk voldoende gescheiden zijn om op afzonderlijke detectoren DEX en DEj te kunnen invallen. Het gebruik van een breedbandige bron S en rasters Gj en G2 is weer optioneel evenals het opwekken van een dynamisch focusfoutsignaal.

Het concept van een focusdetectie-inrichting met een focusdetectiebundel en een referentiebundel kan, in plaats van met twee afzonderlijke bundels, ook gerealiseerd worden met een enkele bundel die achtereenvolgens aan het substraat en aan de referentieplaat gereflecteerd wordt. In de figuren 13 en 14 zijn uitvoeringsvormen daarvan weergegeven.

In de inrichting van figuur 13 wordt de van de bron S afkomstige bundel bf door een optisch stelsel 110, aangeduid met een optische wig en lenzen geconvergeerd en zodanig afgebogen dat hij scherend op het substraat W invalt. De gereflecteerde bundel b’f bereikt een reflector 112 en wordt door achtereenvolgens de vlakken 113 en 114 gereflecteerd. Deze bundel fungeert nu als referentiebundel br die scherend op de referentieplaat van het projectielenzenstelsel PL invalt. De gereflecteerde referentiebundel wordt door het optische stelsel 110 afgebogen naar en geconvergeerd op de detector DE. Indien de afstand tussen de referentieplaat en het substraat correct is, is de optische weg die de bundel, waarmee de bron op de detector wordt afgebeeld, aflegt zodanig dat die afbeelding correct gepositioneerd is ten opzichte van de detector DE. Bij verandering van de afstand tussen de plaat RP en het substraat verandert de genoemde optische weglengte en verschuift de genoemde afbeelding ten opzichte van de detector.

In de uitvoeringsvorm van figuur 14 wordt gebruik gemaakt van een prisma 120 dat bestaat uit twee deelprisma’s van verschillend dubbelbrekend materiaal. De door de bron S uitgezonden bundel bf hoeft een zodanige polarisatierichting en valt onder een zodanige hoek in op het overgangsvlak 121 dat deze bundel wordt doorgelaten naar het substraat W. In de weg van de gereflecteerde bundel b’f bevindt zich een tweede prisma 122, analoog aan het prisma 120, dat deze bundel doorlaat naar een retro-reflector 125, bijvoorbeeld weer bestaande uit een lens 127 en een spiegel 128 in het brandvlak daarvan. De bundel wordt nu langs zichzelf gereflecteerd en valt op het tweede prisma in in een richting tegengesteld aan die bij de eerste doorgang. Dan wordt de bundel afgebogen naar de referentieplaat RP en fungeert als referentiébundel br. De door de plaat RP gereflecteerde bundel b’r wordt dan door het prisma 120 afgebogen zodanig dat hij samenvalt met de oorspronkelijke bundel bf. In de weg van de samenvallende bundels is een bundelscheidingselement 126 aangebracht dat een deel van de bundel b’r uitkoppelt naar de detector DE.

hi de uitvoeringsvormen kunnen weer rasters Gx en G2 in combinatie met een bundel met een grote golflengteband toegepast worden. Dan moeten de elementen 110 en 112 van figuur 13 en de elementen Ll5 120, 122 en van figuur 14 goed gecorrigeerd zijn voor de verschillende golflengtes. Ook kan dan weer een dynamisch focusfoutsignaal opgewekt worden op de wijze zoals beschreven aan de hand van de figuren 3, 4 en 5.

Met de tot nu toe beschreven inrichtingen kan voor elk veld van het substraat waarop een maskerpatroon geprojecteerd moet worden een focusfout in één punt van dit veld gemeten worden. Het substraat kan in zijn geheel wigvormig zijn of scheef staan of locale oneffenheden vertonen zodat punten van het veld buiten het punt waar de focusfout gemeten wordt gedefocusseerd kunnen blijven waardoor de afbeelding in deze punten onnauwkeurig wordt. Het is daarom wenselijk in een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat de locale scheefstand, of scheefstand per veld, te kunnen bepalen en deze scheefstand weg te regelen bijvoorbeeld met een aantal hoogte-actuatoren voor het substraat.

Voor het maken van de scheefstand kan gebruik gemaakt worden van het rasterconcept. Het principe daarvan is in figuur 15 weergegeven. De door de stralings-bron Sl geleverde en door het raster Gx tredende divergerende bundel bs wordt door een lenzenstelsel L15 omgezet in een evenwijdige bundel. Deze wordt door het substraat W gereflecteerd en vervolgens door een tweede lenzenstelsel L16 geconvergeerd. De lenzenstelsels L15 en L16 vormen samen een afbeelding van het raster Gj op het raster G2. Er is voor gezorgd dat indien het substraat horizontaal is de rasterlijnen van het afgebeelde raster samenvallen met die van het raster G2. Omdat de op het substraat W invallende bundel een evenwijdige bundel is, zal bij kanteling van het substraat de gereflecteerde bundel b’s een andere richting krijgen waardoor de afbeelding van verschuift ten opzichte van G2 en de detector meer of minder straling ontvangt.

Bij voorkeur wordt, zoals in figuur 15 is aangegeven, gebruik gemaakt van een referentiebundel br. Daarmee wordt, via reflectie aan de referentieplaat RP een raster Gx op een raster G2 afgebeeld, waarna de bundel RP op een tweede detector invalt. De positie van de afbeelding van het raster G! op het raster G2, en dus het uitgangssignaal van de detector DE2 wordt bepaald door de stand van de referentieplaat RP. Aldus kan ook de kanteling van deze plaat gemeten worden.

Opgemerkt wordt dat op de uitvoeringsvorm van figuur 15 variaties mogelijk zijn. Zo kunnen de twee afzonderlijke stralingsbronnen vervangen worden door één stralingsbron in combinatie met bundelsplitsende middelen.

Een locale scheefstandsdetectie kan uitgevoerd worden door op drie punten van het veld een focusfoutmeting uit te voeren, zoals in figuur 16a schematisch is weergegeven. Deze figuur toont een substraat W met een substraatveld Wv waarin de punten waar de focusdetectie wordt uitgevoerd met a, b en c zijn aangegeven. Voor elk van de focusmetingen kan een aparte focusdetectie-inrichting in één van de boven beschreven uitvoeringsvormen gebruikt worden. Door vergelijken van de focusmeetsig-nalen Sfa en S^, van de punten a en b, kan de kanteling θχ om de X-as bepaald worden, en door vergelijken van het focusmeetsignaal Sfc, van het punt C, met Sfa en/of Sfj, kan de kanteling 0y om de Y-as bepaald worden. De signalen van de drie meetpunten, en eventueel meerdere meetpunten kunnen ook op andere wijze worden gecombineerd en de meetpunten kunnen ook een andere onderlinge positionering hebben.

Volgens de uitvinding kunnen voor het meten van de locale scheefstand of kanteling twee focusdetectie-inrichtingen volgens de hierboven beschreven principes gebruikt welke inrichtingen elk twee focusdetectiebundels leveren. Daarmee kan op een groot aantal, namelijk vier, punten gemeten worden, terwijl de scheefstandsdetectie^ inrichting niet te complex is. In figuur 16b is de ligging van de meetpunten a, b, c en d in het substraatveld Wv aangegeven. De vierkantjes Spl, Sp2, Sp3 en Sp4 zijn de stralingsvlekken gevormd door de vier focusdetectiebundels. Deze vlekken hebben bijvoorbeeld een oppervlak van 2x2 mm2. De stralingsvlekken zijn tegen de randen van het substraatveld gelegen om de scheefstand zo nauwkeurig mogelijk te kunnen meten. De hoeken yi en γ2 zijn bijvoorbeeld 20° en 25°.

In het geval dat de focusdetectie-inrichtingen werken met breedbandige bundels en rasters zijn de stralingsvlekken Spl, Sp2, Sp3 en Sp4 groter dan in de figuren 16a en 16b is aangegeven. Bij gébruik van een breedbandige minder intense stralings-bron moet de bundeldoorsnede en dus het belichte substraatoppervlak groter zijn om toch voldoende stralingsenergie op de detector te krijgen, zodat de gevoeligheid van de inrichting voldoende groot is. Vanwege deze gevoeligheid worden ook rasters gebruikt. Om de kans op reflectie-effecten te reduceren moeten de rasters een groot aantal rasterlijnen bevatten hetgeen ook weer betekent dat de stralingsvlek op het substraat groot moet zijn.

Figuur 17 toont het principe van de scheefstandsdetectie-inrichting bestaande uit twee dubbel uitgevoerde focusdetectie-inrichtingen. De hoofdstralen hx en h2 van de eerste focusdetectie-inrichtmg zijn met getrokken lijnen aangegeven en die, h3, h4, van de tweede focusdetectie-inrichting met streeplijnen. a, b, c en d zijn de punten waar deze hoofdstralen het substraat W treffen. Van dit substraat is slechts een klein gedeelte weergegeven. De elementen die er voor zorgen dat de focusdetectiébundels scherend op het substraat invallen zijn eenvoudigheidshalve door de spiegels en M2 aangeduid. Elk van de dubbele focusdetectie-inrichtingen is opgedeeld in drie blokken: een verlichtingsblok Bls een afbeeldingsblok B2 en een detectieblok B3, welke blokken zullen worden beschreven aan de hand van de hierna te bespreken uitvoeringsvorm. Alhoewel overzichtelijkheidshalve in figuur 17 niet weergegeven, is de scheefstandsde-tectie-inrichting voorzien van rasters en/of referentiebundels, die aan de referentieplaat van het projectielenzenstelsel gereflecteerd worden, zoals in het volgende nog beschreven zal worden.

Een uitvoeringsvorm van de in figuur 17 schematisch weergegeven scheef-standsdetectie-inrichting is in de figuren 18, 19 en 20 weergegeven welke figuren in deze volgorde de blokken Bls B2 en B3 tonen die in werkelijkheid achter elkaar geplaatst zijn. De figuren met index a stellen verticale doorsneden voor en die met index b horizontale doorsneden.

In de figuren 18a en 18b is 130 de stralingsbron bij voorkeur de gloeidraad van een halogeenlamp, die een continue spectrum in het golflengtegebied van 725 nm tot 1050 nm uitzendt. De gloeidraad heeft bijvoorbeeld afmetingen van 3,6 x 1,8 mm2. De door de lamp uitgezonden bundel b wordt door een, bijvoorbeeld asferische, condensorlens 131 opgevangen en omgezet in een evenwijdige bundel. Vervolgens wordt de bundel door een tweede, bijvoorbeeld asferische, condensorlens 133 geconvergeerd. De lenzen 131 en 133 samen vormen een afbeelding van de gloeidraad.

Tussen de lenzen 131 en 133 kan een blauw filter geplaatst zijn om te voorkomen dat, eveneens door de halogeenlamp uitgezonden, blauwe straling het substraat bereikt en om te voorkomen dat dergelijke straling terecht komt in andere meetsystemen van het projectie-apparaat welke systemen werken met deze kortgolvige straling.

Er wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een optische fiber 134. Dan kan de lamp op grotere afstand, bijvoorbeeld 1,5 m van de detectie-inrichting geplaatst worden waardoor deze inrichting niet door de warmtestraling van de lamp opgewarmd kan worden. Bovendien kan door de fiber een aanpassing van de breedte-hoogte verhouding van de gloeidraad aan de rasterafmetingen gerealiseerd worden. Het ingangsvlak van de fiber 134 valt samen met het door het lenzenstelsel 131,133 gevormde beeld van de gloeidraad. Met het oog op de verder-op in het systeem te stellen eisen heeft de fiber een relatief kleine numerieke apertuur, bijvoorbeeld 0,22.

De fiber vertakt zich in twee fibereinden 135, 136 waarvan het eerste een verlichtingsbundel bi m levert en het tweede een verlichtingsbundel bi>r die bestemd zijn voor het verlichten van een meetraster 157, respectievelijk een referentieraster 158. Deze rasters zijn aangebracht op de vlakke achterkant van een doorzichtige dragerplaat 150. Voor het afbeelden van het uittreevlak van de fiber 135 op het raster 157 wordt een, bijvoorbeeld telecentrisch, lenzenstelsel bestaande uit een condensorlens 137 en een planconvexe lens 139 gebruikt. Voor het verkrijgen van een uniforme belichting van het raster 157 wordt het beeld van het fiberuittreevlak iets buiten het vlak van het raster gevormd. Het uittreevlak van de fiber 136 wordt op het raster 158 afgebeeld met een lenzenstelsel 138, 140 dat gelijk is aan het stelsel 137, 139.

In verband met de beschikbare ruimte kan het nodig zijn de optische as van het verlichtingssysteem om te buigen, waarbij er voor gezorgd moet worden dat de as loodrecht staat op het vlak van de rasters. Deze ombuiging kan tot stand gebracht worden door de schematisch weergegeven spiegel 160.

In het verticale vlak moet de verlichtingsbundel bi m een kleine hoek, bijvoorbeeld -6,5° met de optische as maken terwijl de verlichtingsbundel bi r een tegengestelde hoek, bijvoorbeeld +6,5°, met deze as moet maken. Daartoe bevat de voorkant van plaat 150 twee schuine einden 152 en 153 waardoor de plaateinden wigvormig zijn en de bundels onder de juiste hoek afbuigen. In het horizontale vlak zijn de verlichtingsbundels bi>m en bi>r evenwijdig aan de optische as.

De figuren 19a en 19b tonen hoe de rasters 157 en 158 worden afgebeeld op respectievelijk het substraat W en de referentieplaat van het projectielenzenstelsel, met behulp van een telecentrisch systeem 170. Dit systeem, dat schematisch is aangeduid door de lenselementen 171, 172 verzorgt niet alleen de rasterafbeeldingen, met behulp van de focusdetectiebundel bf en de referentiebundel br, maar buigt ook deze bundel af ten opzichte van de optische as onder hoeken die even groot doch tegengesteld zijn aan de hoeken waaronder de wigvormige einden van de rasterplaat 150 afbuigen. De door het substraat W, respectievelijk de referentieplaat RP, gereflecteerde bundels doorlopen een tweede telecentrisch systeem 175 analoog aan het systeem 170. Het systeem 175 zorgt voor een herafbeelding van de op het substraat, respectievelijk de referentieplaat, gevormde afbeelding van het meetraster, respectievelijk het referentieraster. Deze herafbeeldingen worden gevormd op een detectie-meetraster 187 en een detectie-referentieraster 188. Deze rasters bevinden zich op de vlakke voorkant 186 van een doorzichtige drager 180 en hebben, bij een 1 op 1 afbeelding, dezelfde geometrie als de rasters 157 en 158. De rasterplaat 180 heeft dezelfde vorm als de plaat 150 maar is over 180° gedraaid om een as in het vlak van tekening en loodrecht op de optische as, zodat de wiggen de bundels van de optische as wegbuigen.

Indien, in verband met de beschikbare ruimte, nodig kunnen in de weg van de focusdetectiebundel bf een eerste en tweede spiegel 190 en 191 aangebracht zijn voor het afbuigen van de bundels naar het substraat en de referentieplaat en een derde en vierde spiegel 192 en 193 voor het terug afbuigen van de bundels afkomstig van het substraat en de referentieplaat.

Vóór de rasterplaat 180 is een dubbelbrekende plaat 200, van bijvoorbeeld kwarts, aangébracht die er voor zorgt, zoals aan de hand van de figuren 3 en 4 is toegelicht, dat er "gewone" en "buitengewone" beelden van de rasters 157 en 158 gevormd worden op de rasters 187 en 188, waarbij de buitengewone beelden over een halve rasterperiode verschoven zijn ten opzichte van de rasters 187 en 188. Zoals in de figuren 3 en 4 getoond moet de dubbelbrekende plaat vooraf gegaan worden door een polarisator. Deze kan gevormd worden door een polarisatiefolie aangebracht tussen twee plan-paraUelle platen die samen één plaat 205 vormen. De platen 200 en 205 moeten loodrecht op de bundels b’f en b’r zijn, zodat elk van deze platen is opgedeeld in twee delen 201 en 202, respectievelijk 206 en 207 die loodrecht op de bijbehorende bundels zijn.

De figuren 20a en 20b tonen, in verticale en horizontale doorsneden, het detectieblok van de dubbele focusdetectie-inrichting. Dit blok bevat een lens 210 en een lens 211 die samen een telecentrisch stelsel vormen dat de rasters 187 en 188 afbeeldt op verschillende gedeeltes van een detector 215. Indien gewenst kan er een spiegel 212 aangebracht worden die de bundels naar boven (Z-richting) afbuigt en dus een functie heeft omgekeerd aan die van de spiegel 160 (figuur 18) heeft.

Tussen de lenzen 210 en 211 bevinden zich een polarisatiemodulator 220, die de polarisatierichting van de bundels over 90° schakelt, en een analysator 225 die slechts straling met een bepaalde polarisatierichting doorlaat naar de detector 215. De modulator kan gevormd worden door een kwarts kristal 221 met aan weerszijden daarvan een λ/4 plaat 222, 223. Deze modulator bevindt zich bij voorkeur in de pupil van het lenzenstelsel 210, 211.

In de figuren 18, 19 en 20 is het voorgesteld alsof de focusdetectiebundel en de referentiébundel op verschillende rasters 157, 158 respectievelijk 187 en 188 invallen. De rasters 157 en 158 respectievelijk de rasters 187 en 188 zijn bij voorkeur twee gescheiden delen van als eerste samengesteld raster respectievelijk een tweede samengesteld raster. Een dergelijk samengesteld raster 230 aangebracht op de plaat 150 is getoond in figuur 21. Het raster op de plaat 180 heeft eenzelfde geometrie. Zoals in figuur 21 getoond, kunnen de rasterdelen 157 en 158 zelf ook weer verdeeld zijn, in een linker- en rechterdeel, zodat er in totaal vier rasterdelen zijn. De rasterdelen 231 en 232 werken samen met de focusdetectiebundel en de rasterdelen 233 en 234 met de referentiebundel. De lengte 1 van het samengestelde raster 230 is zodanig dat de lengte van de afbeelding daarvan op het substraat iets kleiner is dan de lengte van een substraatveld, zodat de rasterdelen zoveel mogelijk aan de randen van dit substraatveld worden afgebeeld.

De detector 215, waarop de rasterdelen van het eerste raster (157, 158) en van het tweede raster (187, 188) worden afgebeeld, is dan verdeeld in vier kwadranten 240, 241, 242, 243 zoals in figuur 22 getoond. Door de signalen van de detectordelen 240 en 241 te vergelijken kan de kanteling van het substraat om de X-as van figuur 1 bepaald worden terwijl door vergelijken van de signalen van de detectordelen 242 en 243 de kanteling van de referentieplaat RP om de X-as bepaald kan worden. Om de kantelingen van het substraat en van de referentieplaat om de Y-as te bepalen, moet een tweede dubbele focusdetectie-inrichting analoog aan die welke in de figuren 18, 19 en 20 getoond is gebruikt worden. Deze tweede inrichting is bij voorkeur opgesteld onder een hoek van 90° met de eerste inrichting. Er worden dan in totaal twee focusdetectie-bundels en twee referentiebundels gebruikt, in plaats van de in figuur 17 getoonde vier focusdetectiebundels. Deze figuur 17 toont geen referentiebundels.

Ten gevolge van veranderingen in de omgevingsparameters, zoals luchtdruk, temperatuur, vochtigheid kan de brekingsindex van het medium, waarin zich de elementen van het projectielenzenstelsel bevinden, veranderen. Daardoor kan een variatie in de afbeeldingseigenschappen en in de positie van het beeldvlak daarvan optreden. Om daarvoor te kunnen compenseren en om de bedienaar van het apparaat de mogelijkheid te geven de genoemde positie te kunnen instellen, bijvoorbeeld aan de hand van uitgevoerde experimenten, kan de focusdetectie-inrichting voorzien zijn van een instelbare compensatieplaat 250 (figuur 19). Deze plaat is aangebracht in de focusdetectiebundel direct achter de eerste rasterplaat 150. De plaat 250 is bijvoorbeeld van glas en zijn dikte wordt mede bepaald door die van de platen 200 en 205. Door draaien van de plaat om een as loodrecht op het vlak van tekening van figuur 19a kunnen de posities van de afbeeldingen van de linker- en rechtergedeelten van het raster 157 ten opzichte van de detectorgedeelten verschoven worden onafhankelijk van de Z-positie van het substraat. Aldus kan het nulpunt van het uit de detectorsignalen afgeleide focusfoutsignaal ingesteld worden.

Voor het rastermeetsysteem wordt het gebied waarbinnen focusfouten gedetecteerd kunnen worden bepaald door de periode van het raster. Voor een rasterpe-riode van bijvoorbeeld 40 μιη strekt het invangbereik zich bijvoorbeeld uit van -20 μιη tot +20 μιη.

Om het invangbereik te vergroten kan elk raster van de focusdetectie-inrichting of de scheefstandsdetectie-inrichting, bijvoorbeeld elk van de rasters 231-234 van figuur 21, worden verdeeld in twee deelrasters waarvan de rasterperiodes bijvoor beeld 10% verschillend zijn. Op analoge wijze als voor een uitrichtsysteem beschreven in het artikel: "Automatic Alignment System for Optical Projection Printing" en IEEE Transaction on Electron Devices Vol. ED-26, No. 4, 1979, pag. 723-728, kunnen dan voor een focusdetectie-inrichting en een scheefstandsdetectie-inrichting signalen met een bijvoorbeeld tien maal grotere periode verkregen worden, die het mogelijk maken tien maal grotere fouten te detecteren.

De onderhavige uitvinding verschaft een verdere mogelijkheid om het invangbereik te vergroten waarbij tevens getest en/of gecalibreerd kan worden. Daartoe is de inrichting volgens de uitvinding voorzien van een tweede focusdetectiestelsel dat werkt zonder rasters en met een extra bundel, bijvoorbeeld een laserbundel. Met deze bundel wordt een extra stralingsvlek op het substraat gevormd, welke vlek klein is en daardoor goed geschikt voor testen. Dit stelsel wordt in het volgende aangeduid met het hulpdetectiestelsel. Dit stelsel is bij voorkeur ook weer dubbel uitgevoerd met een eerste bundel die door het substraat gereflecteerd wordt en een tweede bundel die door de referentieplaat van het projectielenzenstelsel geprojecteerd wordt. De elementen van het hulpdetectiestelsel zijn in de figuren 18, 19 en 20 aangegeven, waarbij duidelijkheidshalve in figuur 20b alleen de hoofdstralen van de twee hulpbundels ty, bj x zijn aangegeven en wel met streep-stippellijnen.

Het eerste deel van het hulpdetectiestelsel bevat een stralingsbron 260, bijvoorbeeld een diodelaser gecombineerd met een collimatorlens. De hulpbundel ty wordt vernauwd door een telescopisch lenzenstelsel 261, 262 en wordt door een wig 263 afgebogen naar de rasterplaat 150. Deze plaat bevat een spieetvormige opening voor deze bundel welke opening in figuur 21 met 264 is aangegeven. De opening 264 is kleiner dan de bundeldoorsnede ter plaatse, zodat de opening als nieuwe stralingsbron fungeert. De breedte-hoogte-verhouding van de spieetvormige opening is bijvoorbeeld zó gekozen dat de afbeelding van deze opening op het substraat vierkant is, zoals dat ook geldt voor de rasters 157, 158 en hun afbeeldingen op het substraat.

Op de rasterplaat kan nog een extra wig 154 aangebracht zijn om er voor te zorgen dat de uit de opening 264 tredende bundel onder een specifieke hoek op het substraat W invalt. Op zijn weg naar het substraat ontmoet de bundel ty dezelfde elementen 250, 170, 190, 191 als de focusdetectiebundel bf. Vanaf het substraat tot de tweede rasterplaat 180 ontmoet de bundel b’i dezelfde elementen 193, 192, 175, 205, 200 als de gereflecteerde focusdetectiebundel b’f. De hulpbundel b’j treedt door een speciale openingstructuur uit de rasterplaat en wordt door een lenzenstelsel 271, 272 afgebeeld op een detector 273. Vóór dit lenzenstelsel is een optische wig 270 aangebracht die de bundel de goede richting geeft. Eventueel kan op de rasterplaat nog een verdere wig 184 aangebracht zijn, die vergelijkbaar is met de wig 154 op de rasterplaat 150.

De speciale openingstructuur voor de bundel b\ op de rasterplaat 180 wordt gevormd door twee rechthoekige openingen 300 en 301 zoals in figuur 23 is getoond. Het daarop gevormde beeld van de opening 264 is aangegeven met 302. De door elke opening doorgelaten straling wordt opgevangen door een apart detectorgedeelte van de detector 273. Deze detectordelen 274 en 275 zijn in figuur 23 door middel van streeplijnen weergegeven. Door vergelijken van de signalen van de detectordelen 274 en 275 wordt een focusfoutsignaal verkregen. De zogenaamde bi-cel detector 273 heeft als kenmerk dat de stralingsgevoelige gebieden 274 en 275 relatief groot zijn terwijl de afstand tussen de stroken relatief klein is. Het hulpdetectiestelsel met de genoemde openingstructuur op de rasterplaat 180 en met de bi-cel detector heeft het voordeel dat geen strenge eisen aan de tolerantie of de stabiliteit van de elementen gesteld behoeven te worden.

Het tweede deel van het hulpdetectiestelsel dat werkt met een bundel bI r die door de referentieplaat van het projectielenzenstelsel gereflecteerd wordt bevat de elementen 280, 281, 282, 283, 155, 170, 175, 207, 202, 185, 290, 291, 292 en 293 die identiek zijn met en dezelfde functie vervullen als de elementen 260, 261, 262, 263, 154, 170, 175, 206, 201, 270, 271, 272 en 273 van het eerste deel van dit stelsel.

Door vergelijken van de uitgangssignalen van de twee hulpdetectiestelsels kan de afstand zelf tussen het substraat en het projectielenzenstelsel bepaald worden.

In de scheefstandsdetectie-inrichting van de figuren 18-20 kan de gemiddelde focusfout per substraatveld bepaald worden door middeling van de focusfouten gemeten op de punten a, b, c en d.

Ter aanvulling op de schematische voorstelling van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat van figuur 1 toont figuur 24 details van de mechanische constructie van de focus- en scheefstandsdetectie-inrichting en de wijze waarop deze inrichting verbonden is met het projectielenzenstelsel PL. Dit stelsel is bevestigd in een plaat PT waarin rechts en links houders 1¾ en H2 voor respectievelijk het verlichtingsgedeelte en het detectiegedeelte aangebracht zijn. hl het verlichtingsgedeelte kunnen onderscheiden worden de fibereinden 135, 136 voor de aanvoer van de breedbandige bundels, de lenzen 137, 138, 139 en 140 voor deze bundels, de diodelasers 260, 280, de lenzen 261, 262, 281, 282 en de wiggen 263, 283 voor de diodelaserbundels. Het, niet getoonde, telecentrisch lenzenstelsel 170, de ombuigspiegel 160, de rasteiplaat 150, de ombuigspiegel 160 en de spiegels 190 en 191 bevinden zich in een houder H3 die bevestigd is op een montageplaat MP die weer verbonden is op de plaat PT.

Eenzelfde houder H4 bevindt zich links en bevat de spiegels 192 en 193, het, niet weergegeven, telecentrisch lenzenstelsel 175, de rasterplaat 180 en de ombuigspiegel 212. Li de houder H4 die bevestigd is in de plaat PT bevinden zich de modulator 221, de analysator 225 en de detector voor de breedbandige bundel. Voor de laserbundels zijn aanwezig de wiggen 270, 290, de lenzen 271, 272, 291 en 292 en de detectoren 273, 293.

Het apparaat bevat nog een tweede focusfout- en scheefstandsdetectie-inrichting met een tweede stel van vier houders die vóór en achter het vlak van tekening van figuur 24 geplaatst zijn, bij voorkeur in een vlak loodrecht op het vlak van tekening. Met de tweede inrichting behoeft alleen een kanteling van het substraat, om de Y-as, gemeten te worden. De houders van de tweede inrichting behoeven alleen die optische elementen van figuur 24 die zich in de weg van de breedbandige bundels bevinden te bevatten.

In een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat kan er voor gezorgd worden dat in de ruimte tussen het projectielenzenstelsel en het substraat constante omstandigheden heersen. Dit kan gerealiseerd worden door een constante, bij voorkeur laminaire, luchtstroom door deze ruimte te sturen. Dit is geïllustreerd in figuur 25. In deze figuur zijn schematisch een gedeelte van het projectielenzenstelsel PL en de substraatdrager WC weergegeven. De substraattafel is onderdeel van een substraattafel WT die via een luchtkussen AB over een grondplaat BP kan bewegen onder controle van een, bijvoorbeeld het in het US octrooischrift 4.665.594 beschreven H-vormige actuatorsysteem waarvan in figuur 25 onderdelen met MOi en M02 zijn aangegeven. De figuur 25 toont weer de houders Hj en H2 die bevestigd zijn op de montageplaat MP op welke plaat bij voorkeur ook het, in figuur 1 weergegeven en hier slechts schematisch met IFS aangeduide interferometersysteem. De genoemde luchtstroom is aangeduid met de pijlen AF. Deze luchtstroom wordt geleid door een luchtstroomgeleidingsplaat FGP. Deze plaat kan zó gedimensioneerd zijn dat de ruimte boven het te belichten substraat bestreken wordt zodat de bundels van de focusfout- en scheefstandsdetectie-inrichting maar ook het substraat zich in een goede geconditioneerde ruimte bevinden.

Van de toegevoerde lucht kan zowel de zuiverheid als de temperatuur gecontroleerd worden. Deze lucht heeft bijvoorbeeld een zuiverheidsklasse 1 en haar temperatuur is bijvoorbeeld stabiel binnen 0,1 °C. Dit laatste kan bereikt worden door een warmtewisselaar in de directe omgeving van de substraattafel aan te brengen.

De uitvinding is beschreven aan de hand van haar toepassing in een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, ten behoeve van de vervaardiging van bijvoorbeeld geïntegreerde schakelingen (IC’s), geïntegreerde optische systemen of planaire optische stelsels, geleidings- en detectiepatronen voor magnetische domeinengeheugens of van een structuur van vloeibaar kristal beeldweer-geefpanelen. Alhoewel in eerste instantie daarvoor bedoeld is de uitvinding echter niet daartoe beperkt. Zij kan algemeen toegepast worden in optische meet- en inspectie-apparaten waarin zeer nauwkeurig de positie van een afbeeldend lenzenstelsel, of een andere referentie, en/of de kanteling van dit oppervlak bepaald moet worden. Daarbij kan gedacht worden aan apparaten voor het vervaardigen van patronen zoals IC-patronen, LCD patronen enzovoorts die werken met een laserbundel of een electronen-bundel, aan patroonprojectie-apparaten die werken met röntgenstraling, of aan nauwkeurige meetapparaten bijvoorbeeld die welke worden gebruikt voor het meten van maskers of substraten.

Claims (34)

1. Afbeeldingsapparaat voorzien van een afbeeldingsstelsel en een opto-electronisch focusdetectiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel en een tweede vlak waarop afgebeeld moet worden, welk focusdetectiestelsel bevat een stralingsbron voor het leveren van een focusdetectiebun-del, een stralingsgevoelige detector die geplaatst is aan dezelfde zijde van het tweede vlak als de stralingsbron en optische elementen voor het richten van de focusdetec-tiebundel op het tweede vlak onder een kleine hoek met dit vlak, voor het veranderen van de vergende van deze bundel en van die van de door het tweede vlak gereflecteerde bundel en voor het richten van de laatstgenoemde bundel op de detector, met het kenmerk, dat de focusdetectiebundel een brede golflengteband heeft, en dat voorzien is in een eerste en tweede raster, waarbij het eerste raster is geplaatst in de stralingsweg tussen de stralingsbron en het tweede vlak en het tweede raster tussen dit tweede vlak en de detector.

2. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar bewegen van de door de detector waargenomen afbeelding van het eerste raster en het tweede raster.

3. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in de weg van de focusdetectiebundel een door een electrisch signaal aangestuurd optisch element aanwezig is waarvan een optische eigenschap periodiek varieert onder invloed van het electrische signaal.

4. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat vóór het tweede raster een polarisatiegevoelig element is aangèbracht voor het splitsen van de focusdetectiebundel in twee deelbundels die beelden van het eerste raster in het vlak van het tweede raster vormen, welke beelden onderling verschoven zijn over een afstand gelijk aan de halve rasterperiode van het tweede raster, dat tussen het tweede raster en de detector een polarisatiedraaier geplaatst is die gestuurd wordt door een periodiek signaal voor het periodiek variëren van de polarisatierichting van de deelbundels over 90°, en dat een polarisatie-analysator geplaatst is tussen de polarisatiedraaier en de detector, waarbij het periodieke signaal ook wordt toegevoerd aan een electronisch circuit voor het verwerken van het uitgangssignaal van de detector tot een focusregelsig-naal.

5. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een retro-reflector is aangebracht die deze bundel langs zichzelf reflecteert en dat in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel tussen het tweede vlak en de stralingsbron een bundelscheidend element is aangebracht voor het uitkoppelen van deze bundel naar het tweede raster en de daarachter opgestelde detector.

6. Afbeeldingsapparaat voorzien van een afbeeldingsstelsel en een opto-electronisch focusfoutdetectiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel en een tweede vlak waarop afgebeeld moet worden, welk focusfoutdetectiestelsel bevat een stralingsbron voor het leveren van een focusdetectiebundel, een stralingsgevoelige detector die geplaatst is aan dezelfde zijde van het tweede vlak als de stralingsbron en optisch elementen voor het richten van de focusdetectiebundel op het tweede vlak onder een kleine hoek met dit vlak, voor het veranderen van de vergentie van deze bundel en van die van de door het tweede vlak gereflecteerde bundel en voor het richten van de laatstgenoemde bundel op de detector, met het kenmerk, dat voorzien is in een referentiebundel die gericht is op een, tegenover het tweede vlak gelegen, oppervlak van het afbeeldingsstelsel en een kleine hoek met dit oppervlak maakt en in een tweede detector geplaatst in de weg van de door het oppervlak gereflecteerde referentiebundel, waarbij zich in de weg van de referentiebundel een eerste en tweede raster bevinden en waarbij de zich tussen het eerste raster em het tweede raster bevindende optische middelen voor het richten en het veranderen van de vergentie voor beide bundels gemeenschappelijk zijn.

7. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat voor de focusdetectiebundel en de referentiebundel middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar bewegen van de afbeelding van het eerste raster en tweede raster zoals die waargenomen worden door de detector voor de betreffende bundel.

8. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat in de wegen van de focusdetectiebundel en de referentiebundel een door een electrisch signaal aangestuurd optisch element aanwezig is waarvan een optische eigenschap periodiek varieert onder invloed van het electrische signaal.

9. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat in de wegen van de focusdetectiebundel en de referentiébundel vóór het tweede raster een polarisatie-gevoelig element is aangebracht voor het splitsen van elk van de focusdetectiebundel en de referentiebundel in twee deelbundels die beelden van het eerste raster in het vlak van het tweede raster vormen welke beelden onderling verschoven zijn over een afstand gelijk aan de halve rasterperiode van het tweede raster, dat tussen een tweede raster en een detector een polarisatiedraaier is geplaatst voor het periodiek variëren van de polarisatierichting van de deelbundels over 90° en dat een polarisatie-analysator geplaatst is tussen de polarisatiedraaier en de detector, waarbij het periodiek signaal ook wordt toegevoerd aan een electronisch circuit voor het verwerken van het uitgangssignaal van de detectoren tot een focusfoutsignaal.

10. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat een aparte stralingsbron voor het leveren van de referentiebundel aanwezig is, dat een eerste bundelafbuigelement geplaatst is tussen de stralingsbronnen en het tweede vlak in de weg van zowel de focusdetectiebundel als van de referentiebundel voor het richten van deze bundels op respectievelijk het tweede vlak en het oppervlak van het afbeel-dingsstelsel en dat een tweede bundelafbuigelement geplaatst is tussen het tweede oppervlak en de twee detectoren in de weg van zowel de focusdetectiebundel als van de referentiebundel voor het richten van deze bundels op respectievelijk de eerste en tweede detector.

11. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat een aparte stralingsbron aanwezig is voor het leveren van de referentiebundel, dat een bundelafbuigelement geplaatst is tussen de stralingsbronnen en het tweede vlak in de weg van zowel de focusdetectiebundel als de referentiebundel, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel en van de een eerste maal door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde referentiebundel een retro-reflector is aangebracht en dat in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een eerste bundelscheidend element is aangebracht voor het uitkoppelen van deze bundel naar de eerste detector terwijl in de weg van de een tweede maal door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde reflectiebundel een tweede bundelscheidend element is aangebracht voor het uitkoppelen van deze bundel naar de tweede detector.

12. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat in de weg van de door de stralingsbron geleverde bundel een eerste dubbelbrekend element is aangebracht voor het splitsen van deze bundel in een focusdetectiebundel met een eerste polarisatierichting en een referentiebundel met een tweede polarisatierichting en voor het richten van deze bundels op respectievelijk het tweede vlak en het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, en dat in de wegen van de door het tweede vlak, respectievelijk het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, gereflecteerde bundels een tweede dubbelbrekend element is aangebracht voor het naar elkaar toebuigen van de twee bundels en voor het richten van de bundels op respectievelijk de eerste detector en de tweede detector.

13. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat in de weg van de door het tweede vlak gereflecteerde focusdetectiebundel een samengestelde reflector is aangebracht, dat de referentiebundel wordt gevormd door de door de reflector gereflecteerde en op het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gerichte bundel en dat de eerste en tweede detector gecombineerd zijn in één detector.

14. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat in de gezamenlijke weg van de door de stralingsbron geleverde bundel en de door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde bundel een bundelafbuigelement is aangebracht voor het afbuigen van de eerstgenoemde bundel naar het tweede vlak en voor het afbuigen van de laatstgenoemde bundel naar de detector.

15. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat in de weg van de door de stralingsbron geleverde bundel een eerste dubbelbrekend element is aangebracht dat deze bundel als focusdetectiebundel doorlaat naar het tweede vlak, dat in de weg van de door dit vlak gereflecteerde bundel een tweede dubbelbrekend element is aangebracht dat de gereflecteerde bundel doorlaat, dat in de weg van de doorgelaten bundel een retro-reflector is aangebracht die de bundel reflecteert naar het tweede dubbelbrekend element, welk element de bundel als referentiebundel afbuigt naar het oppervlak van het afbeeldingsstelsel, en dat het eerste dubbelbrekend element de door dit oppervlak gereflecteerde bundel afbuigt in de richting van de door de stralingsbron geleverde bundel.

16. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 5, 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat de focusdetectiebundel een brede golflengteband heeft, dat in de stralingsweg van zowel de focusdetectiebundel als de referentiebundel een eerste raster is geplaatst tussen de bron die de betreffende bundel levert en het vlak waaraan deze bundel voor de eerste maal gereflecteerd wordt en een tweede raster is geplaatst tussen de detector voor de betreffende bundel en een vlak dat deze bundel naar de detector reflecteert.

17. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de stra-lingsbron een bundel met een brede golflengteband levert, en dat tussen deze bron en het eerste afbuigelement een eerste raster en tussen het tweede afbuigelement en de detector een tweede raster is aangebracht.

18. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de focusde-tectiebundel een brede golflengteband heeft, dat tussen de stralingsbronnen en het eerste afbuigelement een eerste raster is aangebracht, dat in de stralingsweg van de gereflecteerde focusdetectiebundel tussen het bundelafbuigelement en de eerste detector een tweede raster is geplaatst en dat in de stralingsweg van de gereflecteerde referen-tiebundel tussen het bundelafbuigelement en de tweede detector een derde raster is aangebracht.

19. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de stra-lingsbron een bundel met een brede golflengteband levert, en dat tussen de stralingsbron en het eerste dubbelbrekende element een eerste raster en tussen het tweede dubbelbre-kende element en de detector een tweede raster zijn aangebracht.

20. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk dat de stralingsbron een bundel met een brede golflengteband levert en dat in de stralingsweg van deze bundel tussen de stralingsbron en het tweede vlak een eerste raster en tussen het oppervlak van het afbeeldingsstelsel en de detector een tweede raster zijn aangebracht.

21. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de stralingsbron een bundel met een brede golflengteband levert en dat in de stralingsweg van deze bundel tussen de bron en het eerste dubbelbrekend element een eerste raster en tussen dit element en de detector een tweede raster zijn aangebracht.

22. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1 of 6, met het kenmerk, dat in de stralingsweg van de focusdetectiebundel vóór het tweede vlak een instelbaar optisch element is aangebracht voor het verplaatsen van de in het tweede vlak gevormde stralingsvlek, onafhankelijk een focusfout, voor het veranderen van het nulpunt van het opgewekte focusfoutsignaal.

23. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat voor het bepalen van kantelingen van het tweede vlak om twee onderling loodrechte, X- en Y-, assen voorzien is in een eerste en tweede detectie-eenheid elk bestaande uit een stralingsbron, een eerste en tweede raster en een detector waarbij de optische as van de eerste eenheid in het XZ-vlak gelegen is, terwijl de optische as van de tweede eenheid in het YZ-vlak gelegen is, en dat in elke eenheid tussen het eerste raster en het tweede vlak een eerste lenzenstelsel is aangebracht voor het omzetten van de uit het raster tredende bundel in een evenwijdige bundel terwijl tussen het tweede vlak en het tweede raster een tweede lenzenstelsel is aangebracht voor het omzetten van de evenwijdige bundel in een convergerende bundel.

24. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat elke detectie-eenheid bevat middelen voor het vormen van een referentiebundel die gericht is op een tegenover het tweede vlak gelegen oppervlak van het afbeeldingsstelsel en een kleine hoek met dit oppervlak maakt, en een tweede detector geplaatst is in de weg van de door het oppervlak van het afbeeldingsstelsel gereflecteerde referentiebundel.

25. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1 of 6, met het kenmerk, dat, voor het detecteren van kantelingen van het tweede vlak om twee onderlinge loodrechte, X-en Y-, assen van het beeldvlak, voorzien is in middelen voor het leveren van minstens twee extra focusdetectiebundels soortgelijk aan de genoemde focusdetectiebundel, dat ) elke focusdetectiebundel gericht is op een afzonderlijk punt van het tweede vlak van welke punten er minstens twee verschillende X-posities en minstens twee verschillende Y-posities innemen.

26. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 25, gekenmerkt door twee afzonderlijke focusdetectie-eenheden met elk twee focusdetectiebundels, waarbij de detectorsig-nalen van beide focusdetectie-eenheden samen informatie over de kanteling van het tweede vlak om de X-as en de Y-as bevatten.

27. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, 6, 23, 24, 25 of 26, met het kenmerk dat elk van de rasters is opgedeeld in twee deelrasters waarvan de rasterperio-des verschillend zijn.

28. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, 6, 23, 24, 25 of 26, waarin de focusdetectiebundels breedbandig zijn en rasters doorlopen, met het kenmerk, dat een extra, heldere stralingsbron aanwezig is voor het leveren van een extra focusdetectie- bundel voor het vormen van een extra stralingsvlek in het tweede vlak.

29. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 28, gekenmerkt door een extra, heldere, referentiebundel voor het vormen van een extra stralingsvlek op het oppervlak van het afbeeldingsstelsel.

30. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 23, 24, 25, 26, 27, 28 of 29, met het kenmerk dat in elke detectie-eenheid de optische elementen in de stralingsweg tussen de rasters voor alle focusdetectiebundels en referentiebundels gemeenschappelijk zijn.

31. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 28, 29 of 30, met het kenmerk, dat de golflengte van de monochromatische focusdetectiebundel en referentiebundel in de golfïengteband van de overige focusdetectiebundels en referentiebundels ligt.

32. Afbeeldingsapparaat volgens conclusie 25, 26, 27, 28, 29, 30 of 31, met het kenmerk, dat binnen een focusdetectie-eenheid twee focusbundels gevormd worden door één bundel waarvan twee delen op twee verschillende rasterdelen invallen.

33. Afbeeldingsapparaat volgens een der conclusies 28 tot en met 32, met het kenmerk, dat twee rasterdelen van het eerste raster, respectievelijk het tweede raster, aangebracht zijn op een eerste rasterplaat, respectievelijk een tweede rasterplaat, en dat de eerste rasterplaat een eerste opening voor de monochromatische bundel heeft en de tweede rasterplaat twee tweede openingen voor deze bundel, welke tweede openingen symmetrisch gelegen zijn ten opzichte van de eerste opening.

34. Projectie-apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat voorzien van een afbeeldingsapparaat volgens conclusie 1, 6, 23, 25, 27 of 28, waarin het afbeeldingslenzenstelsel wordt gevormd door een optisch projectielenzenstelsel waarmee het patroon op het substraat wordt geprojecteerd, en het tweede vlak wordt gevormd door het oppervlak van een te belichten substraatlaag, en de signalen van het focusdetectiestelsel worden gebruikt voor het instellen van de afstand tussen het substraat en het projectielenzenstelsel en/of de hoek tussen het beeldvlak van dit lenzenstelsel en het genoemde oppervlak.