NL8101668A

NL8101668A - DEVICE FOR DETECTING THE POSITION OF AN OBJECT.

Info

Publication number: NL8101668A
Application number: NL8101668A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1982-11-01
Also published as: CA1194176A; JPS6355002B2; DE3211928C2; FR2503416A1; JPS57178103A; GB2096316B; DE3211928A1; GB2096316A; FR2503416B1

Description

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

Inrichting vcor bet detekteren van de positie van een voorwerp,Device for detecting the position of an object,

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp, welke inrichting bevat een stralïngsbron en een stralingsgevoelig detektiestelsel, dat minstens twee detekteren bevat die in een bewegingsrichting van het voorwerp 5 achter elkaar geplaatst zijn, waarbij de stralingsverdeling over het detektiestelsel een maat is voor een afwijking tussen de werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp.The invention relates to a device for detecting the position of an object, which device contains a radiation source and a radiation-sensitive detection system, which contains at least two detectors which are arranged one behind the other in a direction of movement of the object 5, the radiation distribution being spread over the object. detection system is a measure of a deviation between the actual and the desired position of the object.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.207.904 is een inrichting voor het positioneren van de kontaktstrippen van een transistor 10 beschreven. Daarbij worden de, reflékterende, strippen belicht door een stralingsbundel en net behulp van een mikroskoop-obj ektief op een stralingsgevoelig detektiestelsel afgebeeld. Dit detektiestelsel bestaat uit vier gedeelten waarbij elk deel bestaat uit een masker met een daarachter geplaatst stralingsgevoelig element, zoals een fotogeleider 15 of een stralingsgevoelig halfgeleidend element. Door vergelijken van de uitgangssignalen van deze stralingsgevoelige elsrenten kan de positie van de kontaktstrippen in twee, onderling loodrechte, richtingen gemeten warden, alsmede de hoeks tand van de transistor gedetekteerd worden.U.S. Pat. No. 3,207,904 describes an arrangement for positioning the contact strips of a transistor 10. The reflecting strips are thereby exposed by a radiation beam and imaged onto a radiation-sensitive detection system by means of a microscope objective. This detection system consists of four parts, each part consisting of a mask with a radiation-sensitive element placed behind it, such as a photoconductor 15 or a radiation-sensitive semiconductor element. By comparing the output signals of these radiation-sensitive elements, the position of the contact strips can be measured in two mutually perpendicular directions, and the angular tooth of the transistor can be detected.

Optische positie-detektieïnrichtingen kunnen cp vele 20 plaatsen toegepast warden, onder andere in een apparaat voor:het projekteren van een maskerpatreon op een substraat, welk apparaat gebruikt wordt bij de fabrikage van geïntegreerde schakelingen. Dit apparaat bevat een draaibare maskertafel waarop verschillende maskers, die tijdens de opeenvolgende processtappen afgebeeld moeten warden, 25 aangebracht kunnen warden. Verder bevat het apparaat een zogenaamde substraatwisselaar, waarmee een belicht substraat uit het apparaat verwijderd, en een nog te belichten substraat in het apparaat geplaatst kan warden. Voor het positioneren van zowel de substraatwisselaar als de maskertafel kan een optische pos it ie-detekt ieïnricht ing gebruikt 30 warden.Optical position detecting devices can be used at many locations, including in an apparatus for: projecting a mask pattern onto a substrate, which apparatus is used in the manufacture of integrated circuits. This device includes a rotatable mask table on which various masks, which must be imaged during the successive process steps, can be applied. The device also contains a so-called substrate exchanger, with which an exposed substrate is removed from the device, and a substrate that is yet to be exposed can be placed in the device. An optical position detection device can be used to position both the substrate changer and the mask table.

Bij deze en andere toepassingen van een optische positie-detektieïnrichting, waarbij snel bewegende voorwerpen met grote nauwkeurigheid gepositioneerd moeten warden, bestaat de behoefte on cp 81016 68 i i t EHN 9996 2 een vroeg tijdstip een. indikatie te hebben dat het te positioneren voorwerp zijn gewenste positie of hoeks tand nadert, zodat de snelheid waarmee het voorwerp bewogen wordt aangepast kan warden en de gewenste positie of hoekstand met voldoende afgenonen snelheid bereikt wordt, g De onderhavige; uitvinding heeft ten doel een dergelijke inrichting, te verschaffen. De inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een, de stralingsverdeüng over het detektie-stelsel, in afhankelijkheid van de positie van het voorwerp, bepalend, optisch prisma met minstens één brekende ribbe die dwars op de bewe-10 gingsrichting van het voorwerp is, waarbij de hoek tussen de prismavlakken die deze ribbe insluiten aanzienlijk groter dan 90° is.In these and other applications of an optical position detecting device, in which fast moving objects must be positioned with great accuracy, there is a need for an early time at cp 81016 68 i EHN 9996 2. to have an indication that the object to be positioned is approaching its desired position or angular tooth, so that the speed with which the object is moved can be adjusted and the desired position or angular position is achieved with sufficient speed, g The present; The object of the invention is to provide such a device. The device according to the invention is characterized by an optical prism determining the radiation distribution over the detection system, depending on the position of the object, with at least one breaking rib which is transverse to the direction of movement of the object, wherein the angle between the prism planes enclosing this rib is significantly greater than 90 °.

Door de grote tophoek, die bijvoorbeeld in de orde van 165° is, wordt bereikt dat^een verplaatsing van het prisma en de stralingsbundel. -ten opzichte van elkaar een aanzienlijk kleinere 15 verplaatsing van de bundel over het stralingsgevoelige detektie-stelsel tot gevolg heeft, zodat ook bij grotere verplaatsingen van het prisma ten opzichte van de stralingsbundel nog voldoende straling op het detektiestelsel terecht komt. Aangetoond kan worden dat bij gebruik van een stralingsdoorlatend, respektievelijk een reflekterend, 20 prisma ander bepaalde omstandighedeneen vergroting van het invang-bereik mogelijk is met een faktor 2/o( respektievelijk , waarin «4 de basishoek van het. prisma,uitgedrukt in radiaien, is.Due to the large apex angle, which is, for example, of the order of 165 °, a displacement of the prism and the radiation beam is achieved. a considerably smaller displacement of the beam over the radiation-sensitive detection system relative to each other, so that even with larger displacements of the prism relative to the radiation beam, sufficient radiation still ends up on the detection system. It can be shown that when using a radiation-transmitting, or a reflecting, prism in other specific circumstances, an extension of the capture range is possible with a factor 2 / o (respectively, in which «4 is the base angle of the prism, expressed in radians, is.

Voor het bepalen van de positie van een voorwerp in één richting warden een prisma met twee schuin-opstaande vlakken en 2g twee stralingsgevoelige detektoren gebruikt. Moet de positie van een voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen bepaald worden, dan moeten een prisma met vier schuin ópstaande vlakken en vier detektoren gebruikt worden.To determine the position of an object in one direction, a prism with two inclined surfaces and 2g two radiation-sensitive detectors were used. If the position of an object is to be determined in two mutually perpendicular directions, a prism with four inclined surfaces and four detectors must be used.

Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift 30 2 .703.505 het op zichzelf bekend is in een inrichting voor het positioneren van een. voorwerp een reflekterend prisma te gebruiken voor het splitsen van. een stralingsbundel in twee deelbundels die elk naar een detektor gereflekteerd worden, en waarbij de stralings-verdeling over de detektoren een maat is voor de afwijking tussen de 35 werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp. Dit prisma heeft echter niet ten doel een vergroting van het invangbereik te bewerkstelligen. De detektoren, die bijvoorbeeld fotobuizen zijn, hebben een relatief groot stralingsgevoelig oppervlak, De tophoek van het 81016 6 8 ΕΒΝ 9996 3 Λ 9 χ prisma in de bekende inrichting is ongeveer 90° en de basishoek van dit prisrra ongeveer 45°.It is noted that it is known per se from US patent 30 2,703,505 in a device for positioning a. object to use a reflective prism for splitting. a radiation beam in two sub-beams, each of which is reflected to a detector, and wherein the radiation distribution over the detectors is a measure of the deviation between the actual and the desired position of the object. However, this prism is not intended to increase the capture range. The detectors, which are for example photo tubes, have a relatively large radiation-sensitive surface. The top angle of the 81016 6 8 ΕΒΝ 9996 3 Λ 9 χ prism in the known device is about 90 ° and the base angle of this prisrra is about 45 °.

Ben inrichting voor het detekteren van de hoeks tand van een roteerbaar voorwerp vertoont als verder kenmerk, dat tussen de 5 stralingstrcn en het prisma een lens is aangebracht, waarvan de brandpuntsafstand gelijk is aan de afstand tussen de rotatie-as en de lens. De leis zorgt ervoor dat de hoofdstraal van de bundel steeds onder dezelfde hoek op het prisma invalt. Deze lens kan een cylinder-* lens zijn waarvan de optische as evenwijdig is aan de rotatie-as 10 van het voorwerp.A device for detecting the angular tooth of a rotatable object is further characterized in that a lens is arranged between the radiation rays and the prism, the focal length of which is equal to the distance between the axis of rotation and the lens. The slate ensures that the main beam of the beam always hits the prism at the same angle. This lens can be a cylinder lens whose optical axis is parallel to the axis of rotation 10 of the object.

Bij voorkeur is het prisma verbonden met het voorwerp waarvan de positie gedetekteerd moet worden en zijn de overige elementen van de detektieïnrichting stationair opgesteld.Preferably, the prism is connected to the object whose position is to be detected and the other elements of the detection device are stationary.

Cta een zo kenpakt mogelijke cpbouw van de detektie-15 inrichting te verkrijgen is het prisma bij voorkeur een reflekterend prisma.In order to obtain the most compact construction of the detection device, the prism is preferably a reflective prism.

Ben maximaal invangbereik en een zo kenpakt mogelijke optouw worden, in het geval van een reflekterend prisma, verkregen indien de hoofdstraal van de door de stralingsbran uitgezonden bundel een van 20 90° afwijkende hoek met de brekende ribbe van het prisma maakt.In the case of a reflective prism, a maximum capture range and the most conspicuous rope are obtained if the main beam of the beam emitted by the radiation beam makes an angle deviating from 90 ° with the refracting rib of the prism.

Voor het kencentreren van de door het prisma gereflekteerde bundels kunnen afzonderlijke optische elementen, zoals lichtgeleidende vezels, lenzen en dergelijke gebruikt werden. Bij voorkeur vertoont de inrichting volgens de uitvinding als verder kenmerk, dat tussen een 25 verlichtingslenzenstelsel, dat een stralingsvlek pp het prisma vormt, en het prisma spiegels aangetracht zijn, die de door het prisma gereflekteerde bundels naar de pupil van het lenzenstelsel reflekteren.Individual optical elements such as light-conducting fibers, lenses and the like can be used to center the beams reflected by the prism. Preferably the device according to the invention has the further feature that between a lighting lens system, a radiation spot forms the prism, and the prism mirrors are applied, which reflect the beams reflected by the prism towards the pupil of the lens system.

Dan wordt het verlichtingslenzenstelsel tevens gebruikt voor het fokusseren van de gereflekteerde bundels op de detektaren.Then the illumination lens system is also used to focus the reflected beams on the detectors.

30 Indien ook tussen de stralingstrcn en het lenzenstelsel spiegels aangebracht zijn, warden afbeeldingen van de stralingsbron dicht bij die bron zelf gevormd, en kunnen de detekteren en de bron, die een lichtemitterende diode (LED) kan zijn, op één drager aangebracht zijn.If mirrors are also arranged between the radiation strands and the lens system, images of the radiation source are formed close to that source itself, and the detectors, and the source, which may be a light-emitting diode (LED), may be mounted on one support.

35 Als elk der detektaren van het detektiestelsel verdeeld is in twae deeldetektcren en de uitgangssignalen van deze deeldetektaren van elkaar warden afgetrokken, kan een kanteling van bijvoorbeeld het prisma cm de optische as van het lenzenstelsel gedetekteerd warden, 8101668 ; \ EHN 9998 4 zodat voor deze kanteling gekanpenseerd kan worden.When each of the detectors of the detection system is divided into two partial detectors and the output signals of these partial detectors are subtracted from each other, a tilt of, for example, the prism can detect the optical axis of the lens system, 8101668; \ EHN 9998 4 so that this tilting is possible.

De inrichting volgens de uitvinding kan met veel voordeel toegepast worden in een apparaat voor het afbeelden van een masker-patroon qp een substraat, welk apparaat een. maskertafel en een 5 substraatwisselaar bevat die snel en nauwkeurig gepositioneerd moeten worden. Ben dergelijk. apparaat vertoont als kenmerk, dat elementen van een eerste positie-detektienurichting verbonden zijn met de maskertafel en elementen van een tweede positie^etéktieïnrichting met de substraatwisselaar.The device according to the invention can be used with great advantage in an apparatus for imaging a mask pattern on a substrate, which apparatus is a. mask table and a substrate changer that must be positioned quickly and accurately. Be such. apparatus is characterized in that elements of a first position detection direction are connected to the mask table and elements of a second position detection device to the substrate changer.

10 De uitvinding zal nu warden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: FIGUUR 1 een, bekende, inrichting voor het. detekteren van de positie van een voorwerp, FIGUUR 2 het in deze inrichting gebruikte stralingsgevoelige detektie-15 stelsel, FIGUUR 3 het verloop van het positiesignaal als. funktie van de verplaatsing van het voorwerp in deze inrichting, de FIGUREN 4 en 5 inrichtingen volgens de uitvinding met. een stralings-doorlatend, respektievelijk reflekterend, prisma, 20 FIGUUR 6 een reflekterend prisma met schuin ópstaande vlakken voor gebruik in een inrichting volgens de. uitvinding, de FIGUREN 7 en 8 de bundelafbuiging als funktie van de verplaatsing van het voorwerp voor een stralingsdoorlatend, respektievelijk een reflekterend, prisma, 25 FIGUUR 9 het verloop van. het positiesignaal als funktie van de verplaatsing, in een inrichting volgens de uitvinding, de FIGUREN 10a, 10b en 10c verschillende optische elementen voor het koncentreren van de door een prisma gereflekteerde straling op de detektoren, 30 de FIGUREN 11 en 12 uitvoeringsvormen van een inrichting voor het detekteren van de stand van een roteerbaar voorwerp, FIGUUR 13 een apparaat voor het projekteren van een maskerpatroon op een substraat, de FIGUREN 14a en 14b de stralengang bij een reflekterend prisma indien 35 de hoofdstraal van de verlichtingsbundel loodrecht, respek tievelijk onder een van 90° afwijkende hoek, op de brekende ribbe invalt, FIGUUR 15 een uitvoeringsvorm van een positie-detektieïnrichting met 8101668 EHN 9996 5 t i ♦ extra spiegels voor de gereflekteerde bundels, FIGUUR 16 de rangschikking van de detektoren ten opzichte van de stralingsbron in een uitvoeringsvorm van de positie-detektieïnrichting, en 5 FIGUUR 17 een uitvoeringsvorm van de positie-detektieïnrichting waarin één element de funkties van het verlichtingslenzenstelsel en de spiegels vervult.The invention will now be elucidated with reference to the drawing. In the drawing: FIGURE 1 shows a known device for the. detecting the position of an object, FIGURE 2 the radiation-sensitive detection system used in this device, FIGURE 3 the course of the position signal as. function of the displacement of the object in this device, the FIGURES 4 and 5 devices according to the invention with. a radiation-transmitting and reflecting prism, FIGURE 6, a reflecting prism with oblique surfaces for use in a device according to the invention. In accordance with the invention, FIGURES 7 and 8 show the beam deflection as a function of the displacement of the object for a radiation-transmissive and a reflective prism, respectively. the position signal as a function of the displacement, in a device according to the invention, FIGURES 10a, 10b and 10c different optical elements for concentrating the radiation reflected by a prism on the detectors, FIGURES 11 and 12 embodiments of a device for detecting the position of a rotatable object, FIGURE 13 an apparatus for projecting a mask pattern onto a substrate, FIGURES 14a and 14b the beam path at a reflective prism if the main beam of the illumination beam is perpendicular and below one of 90 ° deviating angle, incident on the refracting rib, FIGURE 15 an embodiment of a position detection device with 8101668 EHN 9996 5 ti ♦ additional mirrors for the reflected beams, FIGURE 16 the arrangement of the detectors with respect to the radiation source in an embodiment of the position detection device, and FIGURE 17 shows an embodiment of the position detection device in which one element fulfills the functions of the illuminating lens system and the mirrors.

In FIGUUR 1 is het principe van een békende inrichting voor het detekteren van de positie van een voorwerp ten opzichte van 10 een referentie-positie aangegeven. Deze inrichting bevat een bron B die een bundel b uitzendt. Een lenzenstelsel L koncentreert de straling van de bron in het vlak van een detektiestelsel D. Het lenzenstelsel L kan een scherpe afbeelding B' van de bron B vormen doch noodzakelijk is dit niet. Indien slechts de positie in één richting, 15 de richting x in FIGUUR 1, van het voorwerp bepaald moet worden, bestaat het detektiestelsel D uit twee detektoren en D2, bijvoorbeeld fotcdicden, waarvan de scheidingslijn dwars op de richting x is. De uitgangssignalen van deze detektoren warden toegevoegd aan de ingangen van een verschilversterker A, waarvan het uitgangs-20 signaal een maat is voor de afwijking tussen de gewenste en de werkelijke positie van het voorwerp, dat in FIGUUR 1 met V is aangeduid. Dit voorwerp is verbanden met een of meerdere elementen van de positie-detektieïnrichting, bijvoorbeeld, zoals in FIGUUR 1 is aangegeven, met het lenzenstelsel L. Het uitgangssignaal van de 25 verschilversterker A wordt toegevoerd aan een, in FIGUUR 1 schematisch met het blok C aangegeven, stuurinrichting voor het voorwerp.In FIGURE 1, the principle of a known device for detecting the position of an object relative to a reference position is indicated. This device contains a source B which emits a beam b. A lens system L concentrates the radiation from the source in the plane of a detection system D. The lens system L can form a sharp image B 'of the source B, but this is not necessary. If only the position in one direction, the direction x in FIGURE 1, of the object is to be determined, the detection system D consists of two detectors and D2, for example photodicds, the dividing line of which is transverse to the direction x. The output signals of these detectors were added to the inputs of a differential amplifier A, the output of which is a measure of the deviation between the desired and the actual position of the object, which is indicated by V in FIGURE 1. This object is connected to one or more elements of the position detecting device, for example, as indicated in FIGURE 1, with the lens system L. The output signal of the differential amplifier A is applied to a block C schematically indicated in FIGURE 1. , steering gear for the object.

Indien het voorwerp zich in de juiste positie bevindt, dan ligt de afbeelding B' van de bron B syirmetrisch ten opzichte van de detektoren D^ en D2 en zijn de uitgangssignalen van deze 30 detektoren gelijk. Is het voorwerp naar links of naar rechts ten opzichte van de gewenste positie verschoven, dan zijn de uitgangssignalen van de detektoren D^ en D2 ongelijk. Als gevolg daarvan zal de stuurinrichting het voorwerp naar rechts of naar links hewagen totdat de detektorsignalen gelijk zijn.If the object is in the correct position, the image B 'of the source B is symmetrical with respect to the detectors D1 and D2 and the output signals of these detectors are the same. If the object has shifted left or right relative to the desired position, the output signals of the detectors D1 and D2 are uneven. As a result, the steering will tilt the object to the right or to the left until the detector signals are equal.

35 Als de positie van het voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen bepaald moet worden, moet het detektiestelsel D bestaan uit vier detektoren Dy d2, d3 en d4# zoals FIGUUR 2 laat zien.If the position of the object is to be determined in two mutually perpendicular directions, the detection system D must consist of four detectors Dy d2, d3 and d4 # as shown in FIGURE 2.

De detektoren D^ en D4 zijn verbonden met een tweede, niet getekende, 81016 68 ï ΐ PE3N 9996 6 verschilversterker waarvan liet uitgangssignaal wordt toegevoerd aan een tweede, niet getékende, stuurinrichting voor het bewegen van het voorwerp dwars qp de richting x.The detectors D1 and D4 are connected to a second differential amplifier (not shown), the output signal of which is fed to a second, not shown, control device for moving the object transverse qp in the direction x.

In FIGUUR 3 is het verloop van het uitgangssignaal E van 5 de verschilversterker A als funktie van de positie S weergegeven.In FIGURE 3, the course of the output signal E of 5 is the differential amplifier A as a function of the position S.

De positie SQ is de gewenste positie van het voorwerp.. Bevindt het voorwerp zich in de positie of S2, dan bevindt de afbeelding B' zich geheel boven één der detektoren. De grootte van het positioneer-bereik p is ongeveer gelijk aan Mxe waarin M de vergroting van 10 het lenzenstelsel L en e de diameter van de stralingsbron B is. Neemt het voorwerp de positie of S4 in, dan valt. de hoofdstraal van de bundel b op de rand van een detektor. Beweegt het voorwerp zich verder naar buiten, dan valt de bundel b geheel buiten de detektoren en is geen positie-detéktie meer mogelijk. Het gebied tussen en 15 S4 is het invangbereik,The position SQ is the desired position of the object. If the object is in the position or S2, the image B 'is completely above one of the detectors. The magnitude of the positioning range p is approximately equal to Mxe where M is the magnification of the lens system L and e is the diameter of the radiation source B. If the object takes the position or S4, it falls. the main beam of the beam b on the edge of a detector. If the object moves further outwards, the beam b falls completely outside the detectors and position detection is no longer possible. The area between and 15 S4 is the capture range,

In een aantal toepassingen, in het algemeen daar waar snel bewegende voorwerpen of voorwerpen met een grote massa met grote nauwkeurigheid gepositioneerd moeten worden, wil. men, on een stabiele regeling te kunnen bewerkstelligen en een te ver doorschieten van het 20 voorwerp te voorkomen, vroegtijdig kunnen konstateren dat het voorwerp het positioneergebied nadert. Dan kunnen maatregelen getroffen warden om tijdig de snelheid van het. voorwerp aan te passen zodanig dat het positioneergebied met de gewensts, relatief kleine, snelheid bereikt wordt. Daarbij wordt gedetekteerd of een der begrenzingen 25 van het invangbereik, dus een der flanken rond de punten en in FIGUUR 3 van de kroune voor E , gepasseerd wordt. In de b genoemde gevallen is er dus behoefte aan een zo groot mogelijk invangbereik I.In a number of applications, generally where fast moving objects or large mass objects need to be positioned with great precision, will. in order to be able to effect a stable control and to prevent the object from overshooting, it can be detected early that the object is approaching the positioning area. Then measures can be taken to speed up the action in a timely manner. adjust the object such that the positioning area is reached at the desired, relatively small, speed. It is thereby detected whether one of the boundaries of the capture range, i.e. one of the edges around the points and in FIGURE 3 of the crown for E, is passed. In the cases mentioned b there is therefore a need for the widest possible capture range I.

Het invangbereik van de bekende inrichting wordt bepaald 30 door de breedte d van de detektoren of door de vignettering die bij grotere verplaatsingen kan optreden. In de gevallen waarin de bron B of het detektiestelsel D met het beweegbare voorwerp verbonden zijn is het invangbereik I gelijk aan 2d. Zijn de detektoren D^ en D^ fotodioden, dan is d relatief klein, bijvoorbeeld 2 mm, en zal de 35 bundel b al snel bulten het detektiestelsel D vallen. In het geval het lenzenstelsel L met het voorwerp verbonden is wordt het invangbereik I (aannemende dat er geen vignettering optreedt) gegeven door: I = 2d/M, waarin M de vergroting van het lenzenstelsel is. In dit geval 8101668 •i « PHN 9996 7 zou het invangbereik vergroot kunnen worden door M kleiner te kiezen.The capture range of the known device is determined by the width d of the detectors or by the vignetting that can occur with larger displacements. In the cases where the source B or the detection system D are connected to the movable object, the capture range I is equal to 2d. If the detectors D 1 and D 1 are photodiodes, then d is relatively small, for example 2 mm, and the beam b will soon fall over the detection system D. In case the lens system L is connected to the object, the capture range I (assuming no vignetting occurs) is given by: I = 2d / M, where M is the magnification of the lens system. In this case 8101668 • i «PHN 9996 7, the capture range could be increased by choosing M smaller.

Echter het verkleinen van M heeft nadelen, met name als. de inrichting karpakt moet zijn, en dus de brandpuntsafstand van het lenzenstelsel klein moet blijven.However, reducing M has drawbacks, especially if. the device must be rigid, and thus the focal length of the lens system must remain small.

5 In een inrichting waarin door het lenzenstelsel L een 1 op 1 afbeelding van de bron in het vlak van het detektiestelsel wordt gevormd is de afstand tussen de bron en genoemd vlak gelijk aan vier maal de brandpuntsafstand. Wordt, bij gelijkblijvende totale lengte van de inrichting, M verkleind dan wordt de beeldafstand kleiner en de 10 voorwerpsafstand groter, en moet, cm vignettering te voorkomen, het lenzenstelsel een grote diameter hebben. In dit geval is een lenzenstelsel met relatief kleine brandpuntsafstand en relatief grote diameter nodig, dus een stelsel met grote numerieke apertuur. Daardoor is deze oplossing voor de praktijk weinig bruikbaar.In a device in which the lens system L forms a 1 to 1 image of the source in the plane of the detection system, the distance between the source and said plane is four times the focal length. If, with the same overall length of the device, M is reduced, the image distance becomes smaller and the object distance is larger, and the lens system must have a large diameter to prevent vignetting. In this case, a lens system with a relatively small focal length and relatively large diameter is required, i.e. a system with a large numerical aperture. As a result, this solution is not very useful in practice.

15 Vblgens de onderhavige uitvinding kan, bij gelijkblijvend positianeerbereik, het invangbereik warden vergroot door in de stralingsweg een prisma P met kleine basishoek en grote tophoek β op te nemen. De FIGUREN 4 en 5 tenen, schematisch, uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding met een stralingsdoorlatend, 20 respektievelijk een stralingsreflekterend, prisma. Daarbij heeft een re-flekterend prisma ten opzichte van een stralingsdoorlatend prisma het voerdeel dat de detektieïnrichting kleiner kan blijven en dat er geen optische eisen aan het voorwerp gesteld behoeven te worden.According to the present invention, the capture range can be increased, if the positionalization range remains the same, by including in the radiation path a prism P with a small base angle and a large apex angle β. FIGURES 4 and 5 show, schematically, embodiments of a device according to the invention with a radiation-transmitting, and a radiation-reflecting, prism, respectively. In addition, a reflective prism with respect to a radiation-transmitting prism has the feed part that the detection device can remain smaller and that no optical requirements have to be imposed on the object.

De opdeling van de door het stelsel gevormde stralingsvlek 25 wordt in de inrichtingen volgens de FIGUREN 4 en 5 verzorgd door het prisma P. De gevormde deelbundels b^ en warden opgevangen door de fotodioden D^ en D^. De plaats waar de deelbundels de fotodioden treffen is nu van geen belang meer. Zolang de hoofdstraal van deze bundels maar door de fotodioden opgevangen wordt.The division of the radiation spot 25 formed by the system is provided by the prism P in the devices according to FIGURES 4 and 5. The partial beams B 1 and 2 formed were received by the photodiodes D 1 and D 1. The place where the subbeams hit the photodiodes is no longer important. As long as the main beam of these beams is received by the photodiodes.

30 Wanneer van een voorwerp de positie in twee onderling lood rechte richtingen bepaald moet worden, moet een prisma volgens FIGUUR 6, dus een prisma met vier schuin opstaande vlakken gebruikt worden.When an object has to be determined in two mutually perpendicular directions, a prism according to FIGURE 6, ie a prism with four inclined surfaces, must be used.

Elk van deze vlakken reflekteert een deelbundel (bj ,b2,b3 en b4) naar een bijbehorende detektor (D^,D2,D3 en D^).Each of these planes reflects a partial beam (bj, b2, b3 and b4) to an associated detector (D ^, D2, D3 and D ^).

35 Bij voorkeur is het prisma P verbonden met het beweegbare voorwerp en zijn de bron B, het lenzenstelsel L en het detektiestelsel D stationair opgesteld, het is echter ook mogelijk dat bet prisma P stationair is opgesteld en de overige elementen, B, L en D, net het 8101668 ΡΗΝ 9996 8 i c beweegbare voorwerp zijn verbonden.Preferably, the prism P is connected to the movable object and the source B, the lens system L and the detection system D are stationary, however it is also possible that the prism P is stationary and the other elements, B, L and D , just the 8101668 ΡΗΝ 9996 8 ic movable object are connected.

m de inrichting volgens de. uitvinding wordt ervan gébruik gemaakt dat bij een bepaalde· lineaire verplaatsing van het prisma P ten opzichte van de bundel b, waarbij de hoek waaronder de deelbundels 5 afgebogen worden konstant blijft, de deelbundels een veel geringere zijwaartse verplaatsing ondergaan. Daardoor zullen ook bij grotere afwijkingen tussen de. werkelijke en de gewenste positie van het voorwerp de deelbundels op de. detektaren blijven invallen. Doordat de verplaatsing van de deelbundels kleiner is dan de verplaatsing van 10 het prisma ten opzichte van de verlichtungsbundel b zullen minder snel problemen ontstaan met vignettering, met opvangen van de bundels door de detektoren of met her afbeelden op deze detektaren.m the device according to the. The invention makes use of that with a certain linear displacement of the prism P with respect to the beam b, wherein the angle at which the subbeams 5 are deflected remains constant, the subbeams undergo a much smaller lateral displacement. As a result, even with larger deviations between the. actual and desired position of the object. detectives keep raiding. Because the displacement of the sub-beams is smaller than the displacement of the prism with respect to the lighting beam b, problems with vignetting, with collection of the beams by the detectors or with re-imaging on these detectors are less likely to arise.

In FIGUUR 7 is aangegeven hoeveel, in het geval van een stralingsdoorlatend. prisma, een deelbundel verplaatst wordt bij 15 verplaatsing van. het prisma over een afstand s, De deviate S', of het hoekverschil tussen de op het prisma P invallende bundel en de door de wig afgebogen bundel} wordt gegeven door de bekende brekingswet! n.sinV = sin*^ waarin et de invalshoek van de bundel op. een schuin vlak van het prisma 20 is en ei de hoek tussen, de afgebogen bundel en de normaal op dat vlak terwijl n, respectievelijk n^, de brekingsindex van bet prisma-materiaal, respektievelijk van lucht is. Voor kleine hoeken en <X ^ geldt dan: ne< (voor n^ = 1).FIGURE 7 shows how much, in the case of a radiation transmission. prism, a partial beam is displaced when displacement of. the prism over a distance s, The deviate S ', or the angular difference between the beam incident on the prism P and the beam deflected by the wedge} is given by the known refractive law! n.sinV = sin * ^ where et the angle of incidence of the beam on. is an oblique plane of the prism and e is the angle between the deflected beam and the normal on that plane, while n and n, respectively, are the refractive index of the prism material and air, respectively. For small angles and <X ^ then holds: ne <(for n ^ = 1).

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

Voor een glazen prisma met n = 1,5, is Σ = 0,5 o£.For a glass prism with n = 1.5, Σ = 0.5 o £.

Uit FIGUUR 7’ is duidelijk dat voor de bundelverschuiving Δ geldt: Δ = h.sinoC waarin h = s.tan 30 zodat voor kleine hoeken ^ en ^ geldt: 2 ^ Δ - sM . = 0,5e<2s, dus s * .From FIGURE 7 ’it is clear that for the beam shift Δ holds: Δ = h.sinoC where h = s.tan 30 so that for small angles ^ and ^ holds: 2 ^ Δ - sM. = 0.5e <2s, so s *.

In bet geval van een 1 qp 1 afbeelding van de bron mag de verschuiving A maximaal gelijk zijn aan de breedte d van een fotodiode, zodat de maximale verplaatsing van het voorwerp naar links of rechts 35 die nog goed gedetekteerd kan worden gelijk is aan: s = 2-~ . max αέ 2In the case of a 1 qp 1 image of the source, the displacement A may be at most equal to the width d of a photodiode, so that the maximum displacement of the object to the left or right 35 that can still be properly detected is equal to: s = 2- ~. max αέ 2

In een positienietektieïnrichting zonder prisma was de maximale verschuiving die nog gemeten kon warden gelijk aan d. De vergroting van 81 01668 mt 9996 9 τ > het invangbereik is derhalve ongeveer 2/J? waarin in radialen is uitgedrukt. Omdat voor een (km prisma, een wig, de deviatie £ praktisch kanstant is, onafhankelijk van de stand van het prisma, geldt het bovenstaande ook voor de situatie waarin de bundel b eerst op 5 de schuine vlakken van het prism invalt.In a position detector without a prism, the maximum shift that could still be measured was d. The magnification of 81 01 668 mt 9996 9 τ> the capture range is therefore approximately 2 / J? which is expressed in radians. Since for a (km prism, a wedge, the deviation £ is practically constant, independent of the position of the prism, the above also applies to the situation in which the beam b first incident on the oblique planes of the prism.

In FIGUUR 8 is aangegeven hoeveel, in het geval van een reflekterend prism, een deelhundel verschuift bij verplaatsing van het prism ten opzichte van de verlichtingsbundel over een afstand s. Voor de verschuiving 4 geldt nu: 10 4*h' sin 2«t waarin h' - s.tane*, zodat voor een kleine hoek ^ geldt: A = s.2«i ^ en s-= —~r 2 ei 2FIGURE 8 shows how much, in the case of a reflective prism, a sub-beam shifts as the prism moves relative to the illumination beam by a distance s. For the shift 4 the following holds: 10 4 * h 'sin 2 «t where h' - s.tane *, so that for a small angle ^ holds: A = s.2« i ^ and s- = - ~ r 2 ei 2

De vergroting van het invangbereik is, in het geval van een 1 op 1 15 afbeelding van de fcrcn, ongeveer ·The magnification of the capture range, in the case of a 1 to 1 image of the fcrcn, is approximately

In FIGUUR 9 is de vergroting van het invangbereik schematisch aangegeven. 1^ is het invangbereik van een inrichting zonder prism en l2 dat van een inrichting met een prism, In een uitvoeringsvorm met een reflekterend prism waarvan de basishoek o4 ongeveer 6,5° is, 20 kan, in principe, I2 ongeveer 37 x 1^ zijn.In FIGURE 9, the magnification of the capture range is shown schematically. 1 ^ the capture range of a device without a prism and l2 is that of a device with a prism. In an embodiment with a reflective prism whose base angle o4 is approximately 6.5 °, 20 may, in principle, I2 be approximately 37 x 1 ^ to be.

In de FIGUREN 7 en 8 zijn slechts de boofdstralen van de bundels getekend. De invallende bundel is een konvergerende bundel die ter plaatse van het prism een stralingsvlek vormt. Het prism vormt van deze bundel, twee of vier divergerende bundels. Om een 25 te grote bundeldiameter ter plaatse van de detektoren, waardoor grote detektcroppervlakken nodig zouden zijn, te vermijden, kunnen verschillende maatregelen genomen worden. Bij voorkeur zijn, zoals in FIGUUR 10a aangegeven is, twee extra lenzen L·^ en tussen het prism en de fotodioden aangebracht, welke lenzen de gevormde stralingsvlek qp 30 de fotodioden afheelden.In FIGURES 7 and 8, only the top rays of the beams are shown. The incident beam is a converging beam which forms a radiation spot at the location of the prism. The prism of this bundle forms two or four divergent bundles. Various measures can be taken to avoid an excessively large beam diameter at the location of the detectors, which would require large detection areas. Preferably, as shown in FIGURE 10a, two additional lenses 11 are disposed between the prism and the photodiodes, which lenses cover the radiation spot formed at the photodiodes.

Het is ook mogelijk cm de deelbundels hj en b2 qp te vangen in twee dicht bij het prism geplaatste lichtgeleidende vezels F^ en F2 die bijvoorbeeld ter plaatse van het prism een grote opening hebben en ter plaatse van de fotodioden een kleine opening. Een uitvoeringsvorm 35 met lichtgeleidende vezels is in FIGUUR 10b weergegeven.It is also possible to capture the sub-beams hj and b2 qp in two light-conducting fibers F1 and F2 placed close to the prism, which, for example, have a large opening at the location of the prism and a small opening at the location of the photodiodes. An embodiment 35 with light-conducting fibers is shown in FIGURE 10b.

Verder kunnen, zoals in FIGUUR 10c getoond wordt, achter het prism twee lichtverstrooiers en N2 aangebracht zijn die er voor zorgen dat, zoalng zij door een deelbundel getroffen worden, er enige 81016 68 EHN 9996 10 1 straling op de bijbehorende detektor terecht kant. Ou de hoeveelheid straling op de detektoren en d2 te vergroten, kunnen· tussen de stralingsverstrooiers en N2 en de detektoren en Dj lenzen en l4 aangebracht zijn.. Er kan voor gezorgd worden dat in de opstel-5 lingen volgens de FIGUREN 10a, 10b en 10c de deelbundels de pupillen slechts gedeeltelijk vullen. Bij een verplaatsing van het. prisma bedraagt de verplaatsing van de deelbundels over de bijbehorende pupillen slechts een fraktie van de pupildiameter.Furthermore, as shown in FIGURE 10c, two light scatterers and N2 may be provided behind the prism, which will ensure that, as hit by a sub-beam, some 81016 68 EHN 9996 10 1 radiation is deposited on the associated detector. To increase the amount of radiation on the detectors and d2, · the radiation diffusers and N2 and the detectors and Dj lenses and l4 can be arranged. It can be ensured that in the arrangements according to FIGURES 10a, 10b and 10c the partial beams only partially fill the pupils. When moving it. prism the displacement of the sub-beams over the associated pupils is only a fraction of the pupil diameter.

Tot nu toe is aangenomen dat het te positioneren voorwerp 10 zich langs een lijn verplaatst. De inrichting kan echter ook gebruikt worden voor het detekteren van de hoekstand van een roterend voorwerp. Er moet dan een extra maatregel genomen worden om te verzekeren dat de verlichtingstundel steeds onder dezelfde hoek op het prisma invalt. Daartoe wordt in de tuurt van het prisma een lens aangebracht die 15 er voor zorgt dat de hoofdstraal van de verlichtingsbundel steeds evenwijdig is met de, denkbeeldige, verbindingslijn tussen de as waarop het prisma draait en de brekende ribbe van het prisma. Omdat slechts een lenswerking in één richting nodig is kan de lens een cylinderlens zijn.It has hitherto been assumed that the object 10 to be positioned moves along a line. However, the device can also be used for detecting the angular position of a rotating object. An additional measure must then be taken to ensure that the light beam always hits the prism at the same angle. For this purpose, a lens is arranged in the prism's beam which ensures that the main beam of the illumination beam is always parallel to the imaginary connecting line between the axis on which the prism rotates and the breaking rib of the prism. Since only one direction of lens action is required, the lens can be a cylinder lens.

20 In de FIGUREN 11 en 12 zijn twee uitvoeringsvorm van een inrichting met een reflekterend prisma, voor het detekteren van de hoekstand van een roterend voorwerp weergegeven. In deze FIGUREN is de draaiïngsas van het voorwerp V met RA. aangegeven. R is de verbindingslijn tussen deze draaiïngsas en de top van het prisma p 25 en Cl is een cylinderlens. De optische as CA van deze lens moet evenwijdig zijn met RA. De brandpuntsafstand f^ van deze lens dient gelijk te zijn aan de afstand r tussen het midden van de cylinderlens en de as RA.In FIGURES 11 and 12, two embodiments of a device with a reflective prism for detecting the angular position of a rotating object are shown. In these FIGURES, the axis of rotation of the object is V with RA. indicated. R is the connecting line between this axis of rotation and the apex of the prism p 25 and Cl is a cylinder lens. The optical axis CA of this lens must be parallel to RA. The focal length f ^ of this lens should be equal to the distance r between the center of the cylinder lens and the axis RA.

Indien, zoals in FIGUUR 11 aangegeven is, het prisma op 30 het voorwerp V aangetracht is en de rest van het optische systeem, dus de stralingsbron, het lenzenstelsel en de detektoren in een stationair qpgesteld huis H aangebracht zijn, is de cylinderlens een negatieve lens waarvoor: f^ - -r. Voor het geval het prisma P stationair is qpgesteld en de rest van het optische systeem met het 35 voorwerp beweegt, zoals in FIGUUR 12, is de cylinderlens een positieve lens waarvan de brandpuntsafstand = +r.If, as shown in FIGURE 11, the prism is applied to the object V and the rest of the optical system, i.e. the radiation source, the lens system and the detectors, are arranged in a stationary housing H, the cylinder lens is a negative lens for which: f ^ - -r. In case the prism P is stationary and the rest of the optical system moves with the object, as in FIGURE 12, the cylinder lens is a positive lens whose focal length = + r.

De uitvoeringsvorm volgens FIGUUR 11 kan toegepast worden in een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon 8101668 PHN 9996 11 op een substraat ten behoeve van de fabrikage van geïntegreerde schakelingen. Daarbij wordt het substraat een groot aantal malen via het maskerpatrocn belicht, waarbij tussen twee opeenvolgende belichtingen het substraat ten opzichte van . het projektiesysteem over een 5 gewenste afstand verschoven wordt. Nadat het gehele substraat met het maskerpatrocn belicht is wordt het substraat uit het apparaat verwijderd cm verdere bewerkingen te ondergaan. Daarna kan een nieuw substraat in het apparaat aangebracht worden dat met hetzelfde of een ander maskerpatrocn belicht kan worden. Voer het verwijderen 10 van een beschreven substraat uit, en het aanbrengen van een onbeschreven substraat in, het apparaat, wordt een zogenaamde substraatwisselaar gebruikt.The embodiment of FIGURE 11 can be used in an apparatus for repetitive imaging of a mask pattern 8101668 PHN 9996 11 on a substrate for integrated circuit fabrication. The substrate is thereby exposed a large number of times via the mask pattern, the substrate being relative to one another between two successive exposures. the projection system is shifted by a desired distance. After the entire substrate has been exposed with the mask pattern, the substrate is removed from the device to undergo further processing. A new substrate can then be placed in the device which can be exposed with the same or a different mask pattern. Carry out the removal of a described substrate, and the application of an unwritten substrate, the device, a so-called substrate exchanger is used.

Een geïntegreerde schakeling wordt in een aantal processtappen opgebouwd, waarbij achtereenvolgens verschillende masker-15 patronen op een substraat af geheeld werden. Cm de verschillende maskerpatronen in het apparaat aan te brengen wordt een zogenaamde maskertafel gebruikt, waarin een aantal, bijvoorbeeld twee, masker-patrenen aangebracht kunnen worden. Zcwel de substraatwisselaar als . de maskertafel kunnen gepositioneerd worden met behulp van de 20 inrichting volgens de uitvinding.An integrated circuit is built up in a number of process steps, in which different mask patterns are successively healed on a substrate. In order to provide the various mask patterns in the device, a so-called mask table is used, in which a number, for example two, of mask patterns can be arranged. Both the substrate exchanger as. the mask table can be positioned with the aid of the device according to the invention.

In FIGUUR 13 is een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon pp een substraat aangegeven. Een verlichtingsstelsel, bestaande uit bijvoorbeeld een kwik-lamp IA, een elliptische spiegel EM, een element In dat een homogene 25 stralingsverdeling binnen de projektiebundel bewerkstelligt en een condenscrlens 00, verlicht een maskerpatrocn dat aangetracht is pp een maskertafel ΜΓ. Op deze tafel kan nog een tweede maskerpatroon aangebracht zijn. Door draaien van de tafel au de as MA kan het tweede maskerpatroon in de projektiebundel gebracht worden. De door het 30 maskerpatroon vallende bundel doorloopt een, schematisch aangegeven, projektielenzenstelsel EL dat een afbeelding van het maskerpatroon op het substraat vormt. Het substraat W rust op een luchtgelagerde substraattafel WT. Het projektielenzenstelsel EL en de substraattafel zijn aangebracht in een huis HO dat aan de onderkant afgesloten wordt 35 door een, bijvoorbeeld granieten, grondplaat BP en aan de bovenkant door de maskertafel. Het apparaat bevat verder nog een substraatwisselaar WC die draaibaar is cm de as WA. en bovendien in hoogte instel baar is. Voor verdere bijzonderheden betreffende de optouw en de werking 8101668 t PHN 9996 12 van liet projektie-apparaat wordt verwezen naar het artikel: "Step-and-Repeat Wafer' Imaging" in: "Solid State Technology"In FIGURE 13, an embodiment of an apparatus for the repetitive imaging of a mask pattern pp a substrate is indicated. A lighting system consisting of, for example, a mercury lamp IA, an elliptical mirror EM, an element In which effects a homogeneous radiation distribution within the projection beam and a condensation lens 00, illuminates a mask pattern applied to a mask table ΜΓ. A second mask pattern may also be applied to this table. The second mask pattern can be introduced into the projection beam by rotating the table in the axis MA. The beam falling through the mask pattern passes through a schematically shown projection lens system EL which forms an image of the mask pattern on the substrate. The substrate W rests on an air-bearing substrate table WT. The projection lens system EL and the substrate table are arranged in a housing HO which is closed at the bottom by a, for example granite, base plate BP and at the top by the mask table. The device further comprises a substrate exchanger WC which is rotatable about the axis WA. and is also adjustable in height. For further details regarding the projection apparatus rope and operation 8101668 t PHN 9996 12, reference is made to the article: "Step-and-Repeat Wafer 'Imaging" in: "Solid State Technology"

Juni 1980, pag. 80-84.June 1980, p. 80-84.

On bij bet aanbrengen van een masker in de projektiebundel g de maskertafel te kunnen positioneren, zijn volgens de uitvinding op de maskertafel een reflekterend prisma en een negatieve lens aangebracht. Het prisma, reflékteert. een door een stralingsbrondetektie-eenheid uitgezonden bundel naar deze eenheid, waarin de bundel wordt opgevangen door een detektiestelsel bestaande uit twee detek-to toren, qp de wijze zoals in het voorgaande beschreven is. Het verschilsignaal van de twee detektoren wordt gebruikt cm, met op zichzelf bekende en hier niet beschreven middelen, de maskertafel in de juiste stand te plaatsen. Door gebruik van het beschreven positie-detektiestelsel {P^ ,L5 en H^) wordt op een vroeg tijdstip 15 gesignaleerd dat de maskertafel de gewenste positie nadert, zodat de draaisnelheid van de tafel verminderd kan worden, en de gewenste positie met voldoend af genomen snelheid bereikt wordt. Diametraal ten opzichte van het eerste prisma lens-paar (P^ ,L^) kan een tweede prisma-lens-paar (P^/L^) aangebracht zijn voor het positioneren 20 van het tweede maskerpatroon iX^.According to the invention, when a mask is placed in the projection beam g to position the mask table, a reflective prism and a negative lens are arranged on the mask table. The prism reflects. a beam emitted by a radiation source detection unit to this unit, in which the beam is received by a detection system consisting of two detectors, in the manner described above. The difference signal from the two detectors is used to place the mask table in the correct position by means known per se and not described here. Using the described position detection system (P ^, L5 and H ^), it is signaled at an early time that the mask table is approaching the desired position, so that the rotation speed of the table can be reduced, and the desired position decreased sufficiently. speed is reached. Diametrically to the first prism lens pair (P ^, L ^), a second prism lens pair (P ^ / L ^) may be provided for positioning the second mask pattern iX ^.

Voor het positioneren van de substraatwisselaar WC is een analoog positiedetektiestelsel, bestaande uit een prisma P^, een lens Ιίη en een stralingsbron-detektieëenheid H2» aanwezig. Het prisma P^ en de lens L_,, zijn stationair opgesteld terwijl de stralingsbron-25 detektieëenheid op de bewegende wisselaar bevestigd is, om ruimte te besparen. De lens is een positieve lens.For positioning the substrate exchanger WC, an analog position detection system consisting of a prism P ^, a lens Ιίη and a radiation source detecting unit H2 »is provided. The prism P2 and the lens L1 are arranged stationary with the radiation source detection unit mounted on the moving changer to save space. The lens is a positive lens.

In een positie-detektieïnrichting met een reflekterend prisma waarin de hoofdstraal van de verlichtingsbundel loodrecht op de brekende ribbe van het prisma Invalt, liggen, zoals FIGÜUR 14a laat 30 zim, de toofdstraJ.ee van de gereflekteerde tondels b, en b2 aan «eers-zijden van de heengaande bundel b, terwijl bovendien de hoofdstralen van alle bundels in één vlak liggen. Er moet voor gezorgd worden dat de gereflekteerde bundels de verlichtungsbundels niet overlappen. Willen de bundels gescheiden zijn dan moet de basishoek ^ van het reflek-35 terende prisma voldoen aan: sin ^ sino^, waarin «f f de apertuurhoek, aan de zijde van het prisma, van het verlichtingsstelsel is. Voor een groot invangbereik moet ei zo klein mogelijk zijn, zodat in de praktijk oi. ongeveer gelijk aan oi zal zijn.In a position detecting device with a reflective prism in which the main beam of the illumination beam is perpendicular to the refracting rib of the prism, as shown in FIG. sides of the forward beam b, while in addition the main rays of all beams lie in one plane. Care must be taken to ensure that the reflected beams do not overlap the lighting beams. For the beams to be separated, the base angle of the reflective prism must meet: sin ^ sino ^, where f is the aperture angle, on the side of the prism, of the illumination system. For a large capture range, the egg should be as small as possible, so that in practice oi. will be approximately equal to oi.

8101668 EHN 9996 138101668 EHN 9996 13

Ctti een kctipaktere optouw en een groter invangbereik van de positiedetektieïnrichting mogelijk te naken, wordt bij voorkeur het prisma P iets gekanteld ten opzichte van de boofdstraal van de verlichtingsbundel b. Zoals FIGUUR 14b laat zien, liggen dan de 5 hoofdstralen van de gereflekteerde bundels in een ander vlak dan de boofdstraal van de verlichtingstundel b. Den mogen de gereflekteerde bundels hj en b2 veel dichter bij elkaar liggen en mag de basisboek oÜ kleiner zijn dan de basisboek t/L in FIGUUR 10a.In order to enable a characteristic rope and a larger capture range of the position detection device to be made, the prism P is preferably tilted slightly with respect to the head beam of the lighting beam b. As FIGURE 14b shows, then the 5 main rays of the reflected beams lie in a different plane from the main beam of the illumination beam b. Also, the reflected beams hj and b2 may be much closer together and the base book o0 may be smaller than the base book t / L in FIGURE 10a.

De gereflekteerde bundels bj en b2 kunnen door lenzen op 10 de fotodioden gefokusseerd worden, waarbij een lens en de bijbehorende fotodiode één geheel kunnen vormen.The reflected beams bj and b2 can be focused by lenses on the photodiodes, whereby a lens and the associated photodiode can form one whole.

In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van een inrichting volgens FIGUUR 14b was het Invangbereik ongeveer + 10 irm, welk bereik bepaald wordt door de afmetingen van het prisma P.In a realized embodiment of a device according to FIGURE 14b, the Capture range was approximately + 10 µm, which range is determined by the dimensions of the prism P.

15 In een positie^etektieïnrichting met een reflekterend prisma kan het verlichtingslenzenstelsel L tevens gebruikt worden voor het fckusseren van de door het prisma P gereflekteerde bundels cp de detektaren. Daartoe moet voor elke gereflekteerde bundel een extra spiegel AM tussen het prisma P en het lenzenstelsel L aange-20 bracht worden, zoals in FIGUUR 15 getoond wordt. Duidelijkheidshalve is in deze FIGUUR slechts de stralengang van de bundel bj die door bet bovenste deel van het prisma P gereflekteerd wordt en vervolgens door de spiegel AM naar de detektar D^ gericht wordt, getekend.In a position detecting device with a reflecting prism, the illumination lens system L can also be used to fuse the beams reflected by the prism P on the detectors. For this purpose, for each reflected beam, an additional mirror AM must be arranged between the prism P and the lens system L, as shown in FIGURE 15. For the sake of clarity, in this FIGURE only the beam path of the beam bj which is reflected by the upper part of the prism P and which is then directed by the mirror AM to the detector D1 is shown.

De hoofdstralen van de bundels b en hj zijn met streeplijnen aangegeven. 25 De stralingsvlekken, die met behulp van het prisma P en de spiegels AM warden gevormd, zijn gescheiden van de bron B, zodat de detektaren randan deze bron kunnen worden gemonteerd. In het geval van een prisma met vier schuin opstaande vlakken en vier hulpspiegels AM, zijn de vier detektaren D^, D2, D^ en D^ in het vlak van de 30 stralingsbrcn B gepositioneerd zoals in FIGUUR 16 aangegeven is.The principal rays of the beams b and hj are indicated by dashed lines. The radiation spots, which are formed with the aid of the prism P and the mirrors AM, are separated from the source B, so that the detectors can be mounted on this source. In the case of a prism with four inclined upright surfaces and four auxiliary mirrors AM, the four detectors D 1, D 2, D 1 and D 1 are positioned in the plane of the radiation sources B as shown in FIGURE 16.

De schending tussen de bron ai de beelden van deze bron wordt bepaald door de hoek Θ. De hoek Y waaronder de spiegels AM geplaatst moeten worden wordt bepaald door de apertuur, aan de beeldzijde, van het lenzenstelsel L volgens - -j , voor het geval 35 de bundels elkaar net niet overlappen. Ter plaatse van het lenzenstelsel L is in dat geval de afstand tussen de spiegels AM en de optische as gelijk aan 1, waarbij 1 de maximale pupildiameter van het stelsel L is.The violation between the source ai the images of this source is determined by the angle Θ. The angle Y at which the mirrors AM are to be placed is determined by the aperture, on the image side, of the lens system L according to -j, in case the beams just do not overlap. In that case, the distance between the mirrors AM and the optical axis at the location of the lens system L is 1, where 1 is the maximum pupil diameter of the system L.

De spiegels AM moeten voldoende ver doorlopen om de gerefek- 8101668 ( PHN 9996 14 teerde bundels op te kunnen vangen, ook wanneer deze bundels zich evenwijdig aan zichzelf verplaatsen bij een verplaatsing van het prisma. Daarbij zullen de deelbundels b^ en b2 zich ook over de pupil van het verlichtingsstelsel L kunnen verplaatsen. Daar deze pupil 5 volledig gevuld wordt door de deelbundels als het prisma zijn middenpositie Inneemt, zal deze verplaatsing stralingsverlies tot gevolg kunnen hebben. Om een. dergelijk verlies tegen te gaan kan tussen de spiegels AM en het prisma P een veldleus EL, in Figuur 15 met streep-lijnen aangegeven, aangebracht zijn. De brandpuntsafstand van de 10 lens EL is gelijk aan de afstand van deze lens tot de pupil van het verlichtingsstelsel L. De gereflekteerde bundels gaan dan altijd door het centrum van de pupil, van L.The mirrors AM must extend sufficiently far to receive the reflected beams, even when these beams move parallel to themselves when the prism is displaced. the pupil of the illumination system L. As this pupil 5 is completely filled by the sub-beams when the prism occupies its middle position, this displacement may result in radiation loss. In order to counteract such a loss, it is possible between the mirrors AM and the prism P a field loop EL, indicated by dashed lines in Figure 15. The focal length of the lens EL is equal to the distance from this lens to the pupil of the illumination system L. The reflected beams always pass through the center of the pupil, from L.

Door ook tussen de. bran B en het lenzenstelsel L hulpspiegels, AM' in FIGUUR 15, aan te brengen, kan bereikt worden dat de beelden van 15 de bron zeer dicht bij de bron zelf kanen te liggen. Dan kunnen de stralingshron B, in de vorm van een lichtemitterênde diode, en de fotodioden op één drager aangebracht warden. De spiegels AM* staan onder een hoek met de optische as die gelijk of ongeveer gelijk is aan de hoek y .By also between the. Bran B and the lens system L auxiliary mirrors, AM 'in FIGURE 15, it can be achieved that the images from the source may be very close to the source itself. Then, the radiation source B, in the form of a light-emitting diode, and the photodiodes can be mounted on one support. The mirrors AM * are at an angle to the optical axis which is equal to or approximately equal to the angle y.

20 De spiegels AM.kunnen gevormd worden door een blok materiaal, bijvoorbeeld glas, dat een vierkante dwarsdoorsnede kan hebben. De twee, of vier, gereflekteerde deelbundels worden door de zijvlakken van dit blok gereflecteerd, waarbij, indien de deelbundels onder grote hoeken qp deze vlakken invallen van totale refléktie gebruik genaakt 25 kan worden. De zijvlakken kunnen inwendig of uitwendig verspiegeld zijn. Aan het ene einde.: van het blok bevindt zich het verlichtingsstelsel L en aan het andere einde de veldleus EL.The mirrors AM can be formed by a block of material, for example glass, which can have a square cross-section. The two, or four, reflected subbeams are reflected by the side faces of this block, whereby if the subbeams incident at large angles qp on these planes, total reflection can be used. The side surfaces can be internally or externally mirrored. At the one end of the block is the illumination system L and at the other end the field loop EL.

Bij voorkeur zijn, zoals in FIGUUR 17 aangegeven is de eindvlakken LS^ en LS2 van het blek ML gekromd, zodat deze vlakken 30 een lenswerking vertonen. Het oppervlak LS^ fungeert als verlichtings-lens L en het oppervlak LS2 als veldlens (EL). Het lenselement LS2 heeft een positieve sterkte en haar brandpuntsafstand is gelijk aan de lengte van het blok.Preferably, as shown in FIGURE 17, the end faces LS1 and LS2 of the bleach ML are curved so that these faces 30 have a lens action. The surface LS ^ functions as a lighting lens L and the surface LS2 as a field lens (EL). The lens element LS2 has a positive strength and its focal length is equal to the length of the block.

Tot nu toe is aangenomen dat de detektoren enkelvoudige 35 fotodioden zijn. Door gebruik te maken van zogenaamde duocellen, dat wil zeggen in tweeën gedeelte fotocellen waarbij elk gedeelte een aparte uitgang heeft, kan ook een kanteling van bijvoorbeeld het prisma P oude optische as gedetekteerd worden. In de FIGUREN 5 8101668 EHN 9996 15 en 16 zijn dergelijke duccellen weergegeven. Een kanteling heeft tot gevolg dat de stralingsvlakken die gevormd woorden qp twee tegenover elkaar liggende duocellen, en of en in FIGUUR 16/ zich in tegengestelde richtingen verplaatsen. Voor de opstelling 5 volgens FIGUUR 16 wordt een kantelsignaal gegeven door: b * ^°11+012+015+016^ ” ^10^13^14^17^ waarin 0^ t/m 0^ de uitgangssignalen van de deeldetektoren 11 t/m 17 zijn.Until now it has been assumed that the detectors are single photodiodes. By using so-called duo cells, that is to say in two-part photocells in which each part has a separate output, a tilting of, for example, the prism P old optical axis can also be detected. FIGS. 5 8101668 EHN 9996 15 and 16 show such duplicate cells. A tilt causes the radiating surfaces formed by two opposing duo cells, and whether and in FIGURE 16 / to move in opposite directions. For the arrangement 5 according to FIGURE 16, a tilt signal is given by: b * ^ ° 11 + 012 + 015 + 016 ^ ”^ 10 ^ 13 ^ 14 ^ 17 ^ where 0 ^ to 0 ^ the output signals of the sub-detectors 11 t to be 17.

10 15 20 t 25 30 1 810166810 15 20 t 25 30 1 8101668

Claims

1. Device for detecting the position of an object, which device contains a radiation source, and a radiation-sensitive detection system, comprising at least two detectors, which are arranged one behind the other in a direction of movement of the object, wherein the radiation distribution over the detection system is a is a measure of a deviation between the actual and the desired position of the object, characterized by an optical prism determining the radiation distribution over the detection system depending on the position of the object, with at least one breaking rib which is transverse to the direction of movement of the object wherein the angle between the prism planes enclosing this rib is significantly greater than 90 °.

2. Device as claimed in claim 1 for determining the angular tooth of a rotatable object, characterized in that a lens is arranged between the radiation source and the prism, the focal length of which is equal to the distance between the axis of rotation and the lens.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the prism is connected to the object.

Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the prism is a reflective prism.

Device according to claim 4, characterized in that the main beam of the beam emitted by the radiation source makes an angle deviating from the angle of 90 ° from the refracting rib of the prism.

Device according to claim 4 or 5, with. characterized in that between a light lens system, which forms a radiation spot qp the prism, and the prism are arranged mirrors reflecting the beams reflected by the prism to the pupil of the lens system.

7. Device as claimed in claim 6, characterized in that mirrors are arranged between the radiation source and the illumination lens system, which reflect the refracted beams passing through the lens system to reflect the shape of the lens. radiation source, the radiation-sensitive detectors being grouped along this source.

8. Device as claimed in claim 6, characterized in that a hollow, reflecting body with a square cross section is provided between the radiation source and the prism, the end faces of which function as lenses. 8101668 EHN 9996 17

Device according to claim 1, characterized in that each of the radiation-sensitive detectors is divided into two partial detectors.

10. Apparatus for depositing a roaster pattern onto a substrate, said apparatus comprising a mask table, an exposure system, a projection lens system, a substrate table and a substrate changer and further comprising position detecting devices according to any one of the preceding claims, having the feature that elements of a first position detection device are connected to the mask table and elements of a second position detection device to the substrate exchanger. 15 20 25 30 1 8101668