DE1572805C - Verfahren zur Bildvervielfachung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung überlappen. Auf diese Weise kann das beugungseines beleuchteten bzw. selbstleuchtenden Gegen- begrenzte Auflösungsvermögen unabhängig vom Abstandes, dessen Bild gleichzeitig an beliebig vielen, stand der einzelnen Bilder sehr wesentlich verin ihrer Lage vorgegebenen Stellen des Raumes er- größert werden.

zeugt wird. 5 Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Verfahren Es sind verschiedene Verfahren der Bildverviel- zur Bildvervielfachung trägt bei der Bilderzeugung fachung bekannt. Sie haben in jüngster Zeit im Zu- mit dem Hologramm einer Punktstruktur die gesammenhang mit der Herstellung von Masken für samte Fläche des Hologramms zur Abbildung bei, integrierte Schaltkreise in der Halbleitertechnologie wenn zur Aufnahme Kugelwellen mit hinreichend eine große Bedeutung gewonnen. Bei dem zur Zeit io großer Öffnung verwendet wurden, da sich die HoIoam häufigsten angewandten Verfahren wird das Bild gramme der einzelnen Punkte (Fresnelsche Zonen) der einzelnen Schaltkreismaske mit einem hochauf- im Gegensatz zu klassischen Linsen durchdringen lösenden Objektiv verkleinert auf die photographische können, ohne sich zu stören. Das beugungsbegrenzte Schicht abgebildet. Nach dem Belichten wird diese Auflösungsvermögen eines solchen Hologramms ist zeilenweise um eine Bildbreite verschoben und erneut 15 also um Größenordnungen höher als ein vergleichbelichtet. So wird in vielen hundert Einzelschritten bares Verfahren, wo die maximale Öffnung etwa das Bild der Maske für entsprechend viele Schalt- gleich dem Bildabstand ist. Gegenüber der Bildverkreise aufgebaut. Da zur Herstellung eines integrier- vielfachung durch schrittweises Verschieben und ten Schaltkreises mehrere Masken benötigt werden, wiederholtes Belichten bietet das erfindungsgemäße muß die Position der Einzelbilder auf jeder Maske 20 Verfahren den Vorteil, mit wesentlich geringerem bis auf die Bruchteile eines μτα reproduzierbar sein. Aufwand an Material und Zeit auszukommen. Außer-Um die hieraus sich ergebenden sehr hohen An- dem ist ohne zusätzliche Maßnahmen sichergestellt, forderungen an die mechanische Präzision zu um- daß die Position der Einzelbilder bei aufeinandergehen und um das zeitraubende Herstellungsverfah- folgenden Abbildungen exakt übereinstimmt,
ren abzukürzen, sind verschiedene optische Verfah- 25 Auf Grund dieser starken Vereinfachung und Verren bekannt, die direkt eine Bildvervielfachung er- billigung bei nahezu gleichbleibender Qualität der möglichen. Wie von J. J. Murray, R. E. Maurer vervielfachten Bilder, ist es möglich, bei der Herin »Arrays of Microphotographs for Microelectro- stellung von Halbleiterschaltkreisen den Umweg nie !Components«, Semiconductor Products, 5, S. 30 über das problematische Kopieren von Masken zu (1962), und Ph. Newman, V. E. Ribble in 30 sparen. Vielmehr kann man in einem einzigen Schritt »Pinhole Array Camera for integrated Circuits«, mit Hilfe des beschriebenen Hologramms das Appl. Optics, 5, S. 1225 (1966), beschrieben, hat Maskenbild verkleinert und vervielfacht auf die z. B. man versucht, Schaltkreismasken mit Hilfe einer mit Photolack versehene Halbleiterscheibe abbilden. Lochkamera herzustellen, die eine Vielzahl von Wie im folgenden erläutert werden wird, dient in Lochblenden enthält, deren periodische Anordnung 35 der vorliegenden Erfindung das Hologramm eines der der Bilder auf der späteren Maske entspricht. Punktrasters als Abbildungssystem. Dabei bestimmt Jede Lochblende erzeugt dabei in bekannter Weise die Lage und die Anzahl der Punkte im Raum die ein Bild des einzelnen Schaltkreises. Der Nachteil Position und die Zahl der bei der Abbildung erzeugdieses Verfahrens ist, daß man selbst bei optimaler ten Bilder.

Wahl des Lochdurchmessers kein hinreichendes Auf- 40 In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von

lösungsverfahren erreicht. Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Nach E. E. Rudge, W. E. Harding, Das Hologramm der Punktstruktur kann als W.E.Mutter: »Fly's Eye Lens Technique for Gene- Amplituden- oder Phasenhologramm unter Anwenrating Semiconductor Device Fabrication Maske«, dung an sich bekannter Verfahren, z. B. entsprechend IBM Journal, 2, S. 146 (1963), wurde eine Verbes- 45 Fig. 1, aufgenommen werden, indem Kugelwellen, serung des Auflösungsvermögens mit einer Fliegen- die von einer vorgegebenen Lochblenden-Anordaugenlinse erzielt, bei der viele Linsen nebeneinander nung 1, z. B. Punktraster, ausgehen, kohärent mit angeordnet sind. Da sich diese nicht überlappen einer Referenzwelle überlagert werden, die aus einer dürfen, ist mit dem seitlichen Abstand der Bilder Lochblende 2 austritt und deren punktförmige Quelle auch der Abstand der optischen Achsen der Einzel- 50 seitlich gegenüber dem Punktraster verschoben im linsen und damit deren Öffnung vorgegeben. Das Endlichen oder Unendlichen hegt. Obwohl prinzipiell beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen ist also nicht erforderlich, empfiehlt es sich, mit einem Refeebenfalls sehr gering. renzstrahl zu arbeiten, der zu den Lochblenden-Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine stellen etwas geneigt ist, da auf diese Weise die vom vom Auflösungsvermögen weitgehend unabhängige 55 Hologramm 3 bei der späteren Abbildung gleich-Vervielf achung eines Gegenstandsbildes an vorbe- zeitig erzeugten Bilder anderer Ordnung räumlich von stimmten Stellen im Raum zu bewirken, und diese den gewünschten reellen Bildern getrennt sind und Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das da- damit deren Kontrast verbessert wird. Bei Beleuchdurch gekennzeichnet ist, daß ein Hologramm eines rung der Lochblenden 1 und 2 mit kohärentem Licht, der gewünschten räumlichen Verteilung entsprechen- 60 das z. B. mit Hilfe eines Strahlenteilers 4 und eines den Punktrasters erzeugt und in der Austrittspupille Umlenkspiegels 5 aus einem Laserstrahl 6 abgeleitet eines Abbildungssystems als Abbildungsmittel ver- werden kann, entstehen in bekannter Weise Interwendet und bei der Rekonstruktion eine — auch im ferenzmuster, die auf einer photographischen Schicht Unendlichen liegende — punktförmige Referenz- 3' registriert werden. Die Einzelheiten der Aufnahme quelle durch einen optisch zu vervielfachenden 65 des Hologramms sind dabei für die Erfindung ohne Gegenstand oder dessen reelles Bild ersetzt wird. Bedeutung. Es ist ohne weiteres möglich zu entschei-Bei dem neuen Abbildungsverfahren können sich den, wie in einem speziellen Fall die Lochblenden 1 die einzelnen abbildenden Elemente beliebig weit und 2 mit Hilfe zusätzlicher Linsen 6 bzw. 7, 8, 9

optimal angeleuchtet oder ob zweckmäßig die Lochblenden durch ein System von Lichtleitern ersetzt werden, die an der Eintrittsstelle des Lichtes dicht gebündelt sind und an der Austrittsstelle entsprechend der Punktstruktur aufgefiedert sind. Bei einer solchen Beleuchtungsart nutzt man die Intensität des Lasers in optimaler Weise bei der Aufnahme aus. Schließlich kann man an Stelle der Lochblendenstruktur 1 mit einer einzelnen Lochblende oder einem Lichtleiter arbeiten und das Hologramm quasi aufbauen, indem man diese schrittweise bewegt und die photographische Schicht 3' mehrfach belichtet. Das so gewonnene Amplitudenhologramm kann zweckmäßig z. B. durch Ausbleichen des Silberkorns in ein Phasenhologramm umgewandelt werden, um später einen höheren Wirkungsgrad der Abbildung zu erreichen. Selbstverständlich kann das Phasenhologramm der Punktstruktur auch auf andere Weise, z. B. durch Kopieren oder direkte Aufnahme, z. B. auf Photolack, hergestellt werden. Außerdem bietet es sich bei diesem sehr einfachen Objekt an, das Hologramm in an sich bekannter Weise zu berechnen und synthetisch herzustellen, d. h. strukturell aufzubauen.

Ein bezüglich seiner Abbildungseigenschaft besonders lichtstarkes Hologramm erhält man, wenn man es in bekannter Weise in einem dreidimensionalen Medium aufnimmt, so daß bei der Rekonstruktion die durch die Bragg-Bedingung gegebene Ausbreitungsrichtung mit der Richtung zusammenfällt, in der die reellen Bilder liegen.

Beleuchtet man ein so direkt oder synthetisch hergesteltes Hologramm 3 mit der konjugierten Referenzwelle, so erhält man bekanntlich das reelle Bild des vorgegebenen Punktrasters 1. Die vorliegende Erfindung nutzt nun die Eigenschaft aus, daß die Lage des Bildpunktes mit der der Quelle der Referenzwelle durch eine Abbildungsgleichung verknüpft ist, die der klassischen Linsenformel entspricht. Erzeugt man also entsprechend F i g. 2 mittels einer monochromatischen Lichtquelle 10 am Ort der Quelle der konjugierten Referenzwelle das reelle Bild 13 eines Objektes 14, z. B. eines Halbleiterschaltkreises, indem man dieses mit Hilfe eines beliebigen optischen Abbildungssystems 11, 12 durch das Hologramm 3 hindurch abbildet, so erhält man ein Raster 15, bei dem jeder Punkt durch das reelle Bild 13 des Objektes 14 ersetzt ist. Das Hologramm wird in der Austrittspupille eines Abbildungssystems als Abbildungsmittel verwendet. Objekt 14 und Abbildungssystem 11, 12 können dabei auch durch ein passend gewähltes Hologramm des Objektes ersetzt werden. Insbesondere kann die Quelle 10 der konjugierten Referenzwelle auch im Unendlichen liegen. Die maximale Bildgröße ist durch den Bildabstand begrenzt. Die Abbildungsfehler sind für die unmittelbare Umgebung der ursprünglichen Referenzquelle verschwindend klein, wenn bei der Abbildung Licht der gleichen Wellenlänge wie bei der Aufnahme des Hologramms verwendet wird. Anderenfalls muß das Hologramm im Verhältnis der Wellenlängen maßstäblich vergrößert oder verkleinert werden. Nimmt man größere Abbildungsfehler in Kauf, so kann man unter geeigneten Bedingungen bei hinreichend großem Abstand der Referenzquelle auch ohne zusatzliches Abbildungssystem das quasi selbstleuchtende Objekt direkt mit Hilfe des Hologramms der Lochblendenstruktur abbilden oder vervielfachen.

Die Erfindung umfaßt den Fall, daß durch geeignete Aufnahmeverfahren, bei denen z.B. die Lochblendenstruktur oder deren Bild und die Referenzquelle oder deren Bild auf entgegengesetzten Seiten der Photoplatte liegen, Hologramme hergestellt werden, die bei Beleuchtung mit der Referenzwelle direkt das reelle Bild der Punktstruktur erzeugen. Bei solchen Hologrammen kann man dann ohne Einschränkungen auf das zusätzliche Abbildungssystem verzichten.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abbildung eines beleuchteten bzw. selbstleuchtenden Gegenstandes, dessen Bild gleichzeitig an beliebig vielen, in ihrer Lage vorgegebenen Stellen des Raumes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hologramm eines der gewünschten räumlichen Verteilung entsprechenden Punktrasters erzeugt und in der Austrittspupille eines Abbildungssystems als Abbildungsmittel verwendet und bei der Rekonstruktion eine — auch im Unendlichen liegende — punktförmige Referenzquelle durch einen optisch zu vervielfachenden Gegenstand oder dessen reelles Bild ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Hologramms des Punktrasters Kugelwellen verwendet werden, deren minimales Öffnungsverhältnis durch das gewünschte beugungsbedingte Auflösungsvermögen bei der späteren Abbildung gegeben ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Abbildungsfehler der abzubildende Gegenstand oder dessen reelles Bild in der Umgebung der Quelle der Referenzwelle oder der konjugierten Referenzwelle angeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Abbildungsfehler Licht gleicher Wellenlänge für die Erzeugung des Hologramms und für die Abbildung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Licht ungleicher Wellenlänge das Hologramm im Verhältnis der beiden Wellenlängen vergrößert bzw. verkleinert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Hologramms eine schräg einfallende Referenzwelle benutzt wird, so daß sich bei der Abbildung die Bilder anderer Ordnungen nicht mit den gewünschten Bildern überlagern.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Lichtstärke ein Phasenhologramm verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hologramm verwendet wird, bei dem bei der Aufnahme des Hologramms die Punktstruktur oder deren Bild und die Referenzwelle oder deren Bild auf entgegengesetzten Seiten der Photoplatte liegen.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der

folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung von Maskenbildern von integrierten Schaltungen verwendet wird, die in einem Schritt vervielfacht und auf eine geeignet präparierte Halbleiterscheibe abgebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen