DE1772681A1 - Kamera fuer Vielfachabbildung mit hohem Aufloesungsvermoegen - Google Patents

Description

lleUtSChlanil Internationale Büro-Matthinen Geeelhchaft mbH

Böblingen, 18. Juni 1968 pr-hn

Anmelder in: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 9-66-014

Kamera für Vielfachabbildung mit hohem Auflösungsvermögen

Die Erfindung betrifft eine Kamera für Vielfachabbildung mit hohem Auflösungsvermögen, insbesondere für die Herstellung mikro-elektronischer Schaltungsmasken,

Bei einem üblichen Verfahren zur Herstellung photolithographischer Masken in der Halbleite rfabrikation wird ein Schaltungsmueter oder Objekt der gewünschten Konstruktion in ein Verkleinerungegerät gelegt, und das

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Muster wird auf einen ersten auegewählten Bereich der lichtempfindlichen Schicht projiziert. Das Muster wird dann um einen bestimmten Abstand weiter transportiert und wieder auf die photographische Maske projiziert. Auf diese Weise entsteht eine Reihe von latenten Bildern auf der Platte. Weitere Reihen bilden eine rechteckige Bildmatrix auf der Platte. Die Platte wird dann entwickelt und als photolithographische Maske für jeden Arbeitsgang bei der Herstellung von .· mikroelektronischen Schaltungen verwendet und durch einen ähnlichen Vorgang immer wieder getrennt erzeugt. Trotz dieser recht wirksamen Technik wird es bei dem gegenwärtigen Trend zur weiteren Verkleinerung schwierig, auf einer Maske 'Bilder in der« - selben relativen Lage zu den zügehörigen Bildern auf einer anderen Maske der Serie aufzubringen. Die An forderungen de· beschriebenen Verfahrene bezüglich · des Auflösungsvermögen* an die herkömmlichen photo* graphischen Materialien begrenzen die. Anwendbarkeit wegen, der Probleme dieier Materialien, wie s. B. d%» ; Kora der iicHteMpftndUchen Schichten, f

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In der bisherigen Technik wurde auch schon eine Kamera für Vielfachabbildung für die Herstellung photolithogräphischer Masken verwendet. Eine solche sogenannte Fliegen- < augenkamera ist z. B₁ beschrieben in dem Schweizer Patent 406.444. Die durch dieses Gerät erzeugten Masken gestatten die Herstellung von etwa 1000 diskreten Transistoren auf einem Halbleiterplättchen von etwa 3 cm Durchmesser. Eine Lineenrasterplatte unterteilt die Maske in rund lOOO verschiedene elementare Zellen. Diese Optik gestattet die Wiedergabe eines Musters in jeder einzelnen dieser Zellen. Der Wunsch eur weiteren Verkleinerung wirft das Problem des Auflösungsvermögens des auf die lichtempfindliche Schicht projizierten Bildes auf, da ein einzelnes Linsenelement der Vielfachoptik aus einer einfachen

plan-konvexen Linse nur einen relativ kleinen Bereich guten Auflösungsvermögens in der Nähe der optischen Achse jeder Zelle ergibt. Das Auflösungsvermögen im Rest der Zelle ist im wesentlichen unbrauchbar zur Herstellung einer Maske mit den erforderlichen Toleranzen. Der Bereich mit zufriedenstellendem Auf-

lösungsvermögen ist zwar für verschiedene Zwecke ausreichend, geht aber nicht weit genug. Deswegen muss der Bereich des guten oder hohen Auflösungsvermögens in jeder einzelnen Zelle ausgeweitet werden, um die Komplexität oder Anzahl von Halbleitern in jeder Zelle zu erhöhen.

Ein anderes Gerät und Verfahren zur Verbesserung der Auflösung ist beschrieben im Schweizer Patent 447. 396. In diesem Patent wird eine bewegliche photographieche Platte durch Anschläge in beispielsweise vier verschiedenen Positionen festgehalten. Für jede Position wird der Reihe nach ein Muster auf der Platte aufgezeichnet. Nachdem jedes Muster aufgezeichnet ist, wird es in die jeweils nächste Position bewegt, bis da* ganze Bild fertiggestellt ist. Ein Problem bei dieser Kamera für Vielfachabbildung ist der Verlust des Auflösungsvermögens an den Rändern des in den verschiedenen Positionen aufgenommenen Photos trotz Ueberlappung der Positionen.

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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Kamera für Vielfachabbildung mit hohem Auflösungsvermögen anzugeben, die insbesondere für die Herstellung mikroelektronißcher Schaltungsmasken verwendbar ist. *

Die erfindungsgemässe Kamera ist dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, die Optik und die lichtempfindliche Schicht durch mechanische Einstellmittel quer zur optischen Achse relativ gegeneinander und in solchen proportionalen Wegen verschiebbar angeordnet sind, dass jede Aufnahme sich aus einer Folge von Teilbelichtungen des optisch abgetasteten Objektes zusammensetzt, wobei jede Teilbelichtung nur die achaennahen Strahlen der Optik für die Abbildung ausnutzt.

Der Vorteil der synchronen Abtastung besteht darin, dass das nutzbare Bildfeld des Objektes nicht begrenzt ist und durch konstante Ausnutzung des Bildfeldes der

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Optik nur in der Nähe der optischen Achse ein ·

höheres Auflösungsvermögen erreicht wird. Das Ziel ist eine relative Bewegung der lichtempfindlichen Schicht, auf der das Bild aufgezeichnet wird, geschwindigkeitssynchron mit dem Objekt, so dass die Aufzeichnung auf der lichtempfindlichen Schicht und das Objekt im Moment der Aufnahme sich nicht gegeneinander verschieben können und so keine Unscharfen auf der photographischen Platte aufgezeichnet werden. Der Abtastbereich wird dann nur durch die mechanischen oder elektrischen Verbindungen und nicht durch die Eigenschaften der Optik begrenzt. Das nutzbare Bildfeld des optischen Systems lässt sich beliebig ausblenden, um Unscharfen durch achsen· ferne Abbildung zu verhindern. Ausserdem wird da-, durch der Kontrast verbessert, dass die Bildfeldbegrenzung alles Streu- und Reflexlicht wegschneidet. Der einzige dem optischen System freigegebene Teil der lichtempfindlichen Schicht ist der Teil, der tat-

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sächlich im Moment belichtet wird und mitten in der optischen Achse liegt, wo Bildschärfe und Kontrast am stärksten sind.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus *

der folgenden'genaueren Beschreibung einiger Ausr führungsbeispiele und den zugehörigen Darstellungen hervor. ·

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung

,. . eines Abbildungsproblems mit einer

Linse bei den bisher gebräuchlichen Kameras für Vielfachabbildung!

Fig. 2A, 2B, 2C zeigen schematisch die Abbildung eines

Objektes auf eine lichtempfindliche Schicht durch die vorliegende Kamera,um eine . der bisherigen Technik überlegene · Auflösung zu erreichen,

Fig. 3 ... ist eine echematische Schnittansicht ·

eines ersten Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung,

*" " ■ ■

Fig. 4 , ist eine echematische Schnittansicht

eines anderen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 ' ist eine perspektivische Ansicht

. einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6i ist eine Schnittansicht des Oberteils

der Kamera entlang der Linie 6-6 der Fig. 5, ' .

Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Oberteile

der Kamera von unten gesehen, entlang der Linie 7-7 der Darstellung in Fig. 6,

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Fig. 8 · „-, ist eine teilweise Schnittansicht des .

Unterteils der Kamera, mit der Anordnung der verwendeten Lichtquelle,

Fig. 8A ₍ zeigt den Querschnitt der Blende im

Strahlengang« .

Fig. 9 zeigt die Weise der Abtastung zur Be

lichtung der lichtempfindlichen Schicht,

Fig. 10 zeigt schematisch die Schwenkung des

Abtastmechanismus über der lichtempfindlichen Schicht,

Fig. 11,12 zeigen Einzelheiten verschiedener Linsen

anordnungen für die optische Einrichtung und

Fig. 13 ist eine graphische Darstellung der erreich-

/. baren Auflötung in Abhängigkeit vom Ab-

stand von der optischen Achse in der Mitte des Bildfeldes für ultraviolettes Quecksilberlicht, mit verschiedenen Blendenwerten als Parameter.

Fig. 1 zeigt schematisch den Verlust an Auflösungsvermögen an den Rändern der lichtempfindlichen Schicht in Abhängigkeit von der Stellung der Optik 10 in Bezug zum Objekt. Das vom Objekt 12 aufgenommene achsen-■ nahe Bild 11 stellt eine vollkommenere Wiedergabe dar, während die Bilder 18 und 20 der achsenferneren Objekte 14 und 16 eine etwas geringere Auflösung aufweisen.

Die Fig. 2A, 2B₁ und 2C zeigen das Grundprinzip der Abtastung, wie es bei der beschriebenen Kamera verwendet wird. Die Fig. 2A zeigt den Beginn der. Abtastung des Objektes 22, das aus den Buchstaben A, B und C bestehen möge. Die bei 24 liegende lichtempfindliche Schicht sieht wegen der Blende 26 nur den Teil mit dem Buchstaben A vom Objekt 22. Die Optik 28 befindet sich

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zwischen Objekt und photographiecher Platte. Das Abtasten des Objektes 22 wird in der Fig. 2B fortge-. setzt, wo die photographische Platte 24 mit dem mit dem Buchstaben B bezeichneten Teil des Objektes 22 belichtet wird. In Fig. 2C wird der mit C gekennzeichnete Teil des Objektes 22 auf der lichtempfindlichen Schicht 24 aufgezeichnet. Auf diese Weise wird die photographieche Platte 24 nacheinander vollständig belichtet, und alle Teilbelichtungen liegen bezüglich der Optik 28 in Acheennähe. Daher weist das fertige Bild auf der lichtempfindlichen Schicht 24 auch insgesamt die höchstmögliche Auflösung auf. Bei der in den Fig. 2A₁ 2B und 2C gezeigten Weise der Belichtung wurden die lichtempfindliche Schicht und das Objekt gleichzeitig und in einander entgegengesetzten Richtungen bewegt. Selbstverständlich sind auch andere . Bewegungskombinationen der Grundelemente der Kamera möglich. Zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses erfordert der Mechaniemus die proportionale Anpassung der optischen und der mechanischen Ver-

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bindungen zwischen Objekt und lichtempfindlicher Schicht. Die mechanische Verbindung, für eine Verkleinerung oder Vergrösserung, bestimmt das nutzbare Bildfeld,und die optische Verbindung ergibt die erreichbare Auflösung. Für die mechanische Verbindung und zur zeilenweisen Abtastverschiebung können zahlreiche auf mechanischen, elektrischen und hydraulischen Mechanismen beruhende Systeme verwendet werden.

Ein erstes Aueführungsbeispiel der Kamera ist in Fig. 3 gezeigt, wo das Abtastsystem mechanisch arbeitet. Bei dieser Ausführung wird die Grosse des Objektes durch die optischen und mechanischen Verbindungen so reduziert, wie sie von der lichtempfindlichen Schicht aufgenommen wird. Die Figur zeigt eine Schnittansicht dieser Ausführung, sowie eine Ausschnittansicht des Unterteiles 50 mit dem .Lichtkasten 52, der eine geeignete Lichtquelle 54 unter der Lichtaustrittsöffnung 56 mit kleinem Durchmesser enthält. Der kleine Durchmesser dieser Oeffnung lässt einen

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Lichtstrahl nur genau in der Achse des optischen Systems aus dem Lichtkasten durch das auf der Platte 58 des Grundteiles liegende Objekt, beispielsweise ein Schaltungsmuster für die Herstellung integrierter Schaltkreise treten. Auf dem oberen Teil des Grundteiles 50 befinden sich Kugelgelenke 60, die die Drehpunkte für die von dort ausgehenden Arme 52 darstellen. Diese Arme laufen zum Oberteil 70, welches die lichtempfindliche Schicht 72 und eine zwischen dem Schaltungsmuster und der lichtempfindlichen Schicht liegende optische Einrichtung für die Vielfachabbildung 74 enthält. Diese optische Einrichtung für die Vielfachabbildung 74 ist als Schnitt durch eine Linsenrasterplatte dargestellt, die am Block 76 befestigt ist, der auf den Gelenkkugeln 78 gelagert ist. Eine lichtemptindliche Schicht 72 ruht auf dem Block 80, der die Gelenkkugeln 82 enthält und den Träger dieser Schicht · IL iturch nicht dargestellte Vorrichtungen am oberen Tüll 84 festhalt. Ein Lager 86 trägt den Block 76 mit uurn daran betätigten optischen System 74. Daher können

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die Arme 62 durch jede geeignete (nicht dargestellte) Vorrichtung so bewegt werden, dass das Schaltungen muster der Reihe nach abgetastet und die lichtempfindliche Schicht durch entsprechende Verschiebung der Platte mit dem Schaltungsmuster und des optischen Systems 74 belichtet wird, während die lichtempfindliche . Schicht 72 am Ort festgehalten wird. Die in der Stellung 6OA gestrichelt dargestellten Arme stehen in der Extremstellung nach einer Abt as t bewegung der Platte Die Linsen 88 und 90 bilden zusammen mit dem optischen System 74 die optische Verbindung dieses Ausführungsbeispiels. Die Linsen 88 und 90 sind vergrössernde Kollimatorlinsen. Die optische Verkleinerung passt zu der mechanischen Verkleinerung und führt zur Ausbildung des Bildes mit der gewünschten hohen Auf lösung auf der lichtempfindlichen Schicht.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die optischen und mechanischen Verbindungen das Objekt auf die von der lichtempfindlichen Schicht

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gesehene Grosse vergrössern; Der wesentliche Unterschied gegenüber der in Fig. 3 gezeigten Ausführung besteht im Aufbau der optischen und mechanischen Verbindungen. Aus dem Lichtkasten 94 tritt genau in der optischen Achse des Gerätes ein Lichtstrahl mit kleinem Durchmesser aus und läuft durch das Objekt, z.B. die Schaltung .100. Das Licht läuft durch die vergrössernde Optik 102, die dae Bild auf die von der lichtempfindlichen Schicht 104 ge.sehene Grosse optisch vergrössert. Die optische Verbindung passt zu der mechanischen mit dem Arm 106, der bei dieser Ausführung die lichtempfindliche Schicht 104 und das Objekt 100 in der Reihenfolge der Abtastung gegeneinander bewegen kann. Die Optik 102 und die Lichtquelle bleiben ortsfest im Gehäuse 98. Das Objekt wird der Reihe nach z.B. zeilenweise abgetastet und die' lichtempfindliche Schicht 104 in derselben Reihenfolge be- · lichtet. . - ·

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen im einzelnen eine dem Prinzip der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ähnliche Konstruktion.

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Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung dieser Ausführung im einzelnen. Das Gerät umfasst ein Haupt gehäuse 120, in dem ein Grundteil 122 mit einer nicht dargestellten Lichtquelle ruht. Das Grundteil 122 trägt ausserdem den in zwei Koordinatenrichtungen verschiebbare Kreuztisch mit dem Y-Schlitten 124 und dem X-Schlitten 126. Der X-Schlitten wird durch einen Schrittmotor 128 und der Y-Schlitten durch einen Abtast-Antriebsmotor ,getrieben, der an die Welle 130 angeschlossen ist. An dem Tisch ist ein MikroSchalter angebracht, der die Bewegung in der X-Richtung begrenzt. Auf dem Y-Schlitten sind zwei Begrenzungsechalter 134 und 136 in Form einer Photozelle angebracht, die die Bewegung des Schlittens in der Abtastrichtung Y begrenzen. Ein Schaltungsmuster 140 als Objekt liegt auf einem Ausrichtrahmen 142', der auf dem X-Schlitten 126 befestigt ist. Die kugelförmigen Endstücke der Arme 144 ruhen in zylindrischen Bohrungen im X-Schlitten 126. Es können zwei, drei oder mehr derartige Arme vorhanden s-ein. Die auf die optische

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passende mechanische Verkleinerung beträgt 50 : Eine Schmutzabdeckung 146 schützt die Kugellager vor Schmutz und Staub. In Fig. 5 sind ausaerdem die an der oberen Platte 176 für jeden Verkleinerungsarm befestigten Druckplatten 148 zu sehen.

Zum bequemen Einsetzen des lichtempfindlichen Mediums in die Kamera wird die Abdeckung 152 abgenommen.Einstellknöpfe für die Scharfeinstellung 154 ermöglichen die Einstellungen der Lage der lichtempfindlichen Schicht in bezug auf das optische System der Kamera. Ein Trägerarm 156 trägt die vergrössernde Kollimatorlinse 158 mit dem Feineinstellknopf 160. Diese Linse ist ein Teil der optischen Verbindung, zu der auch dio aus mehreren Linsen beistehende Optik 170 gehört.

Fig. 6 zeigt einen genauen Querschnitt des oberen Teiles der Kamera. Die z.B. aus einer Linsenrasterplatte be-

stehende Optik 170 ist auf dem Optikträger 172 befestigt.

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Der Optikträger befindet sich im unteren mehrschichtigen Platte 174, in der die Optik b gelagert ist. Die obere Platte 176 hält die lichtempfindliche Schicht 178 in einer festen Lage. Die obere Platte ist am oberen Teil des Hauptgehäuee« 120 durch die Gewindebolzen 180 befestigt. Die unter« Platte 174 liegt auf den gefederten Schrauben 182 auf und wird so durch die obere platte getragen. Mehrere Aufhängungsoder Lagerflächen 184, vorzugsweise drei, dienen der Bestimmung der Ebene zwischen der oberen und der unteren Platte und der Festlegung der Geometrie der unteren Platte. Hierzu kann jedes beliebige Lager* material verwendet werden, jedoch führten Wolfram-Karbidlager zu sehr . zufriedenstellenden Ergebnissen. Zur Dämpfung von Schwingungen in dem Gerät dienen die mit Viskoseöl gefüllten Hohlräume 186'in der unteren Platte 174.

Das kugelförmige Ende der Arme 144 wird in Fig. 6 im einzelnen gezeigt. Diese-a Ende hat zwei kugel-

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förmige Bereiche 190 und 192, die in zylindrischen Oeffnungen in der unteren Platte 174 und der oberen Platte 176 lagern. Der obere Kugelteil. 192 wird gegen die Druckplatte 148 gepresst, die an der oberen Platte 176 befestigt ist. Der Arm 144 wird nach oben gegen die Druckplatte 148 gepresst durch einen Luftdruck, der auf eine Druckkammer unter dem nicht dargestellten Kugelgelenk in der Platte dee X-Schlittene 126 aufgebracht wird. Ein lichtempfindliche β Medium 178, das z. B. aus einer Grundplatte mit einer daraufgezogenen Photowiderstandsechicht oder aus einer photographischen Platte bestehen kann, wird durch die Andruckplatte und diese wiederum durch die Platte 196 in einer festen Lage gehalten, die über eine Feder von dem Deckel angedrückt wird. Der Deckel wird durch die federgespannte Klinke 198 und den Klinkenstift 200 in seiner Lage gehalten. Die Scharfeinstellung erfolgt über die Einstellschraube 154 und den Hebelarm 202, der in einem Untersetzungsverhältnis von ungefähr 10 : 1 auf die Lagerung 204 der Hauptplatte wirkt.

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Ein drehbarer Scheibenrevolver 210 für Lochblenden ist an dem Hauptgehäuse direkt unter der unteren Platte 174 befestigt. Diese Blendeneinsätze sind in den Fig. 6 und 7 zu sehen, Die drehbare Einstellscheibe 210 wird durch den Einstellhebel 212 bewegt, der gegen den in jedem Blendeneinsatz 216 vorhandenen Rastbolzen 214 drückt. In der in Fig. 7 gezeigten Ansicht befindet sich keine Lochblende vor der Optik 170, so dass diese ganz im Blickfeld liegt. Die Blendeneinsätze 216 lassen sich bequem durch den Auszieher 217 entfernen.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Basis des Kreuztisches, in dem die Lichtquelle für die vorliegende Ausführung im einzelnen zu sehen ist. Das Licht tritt durch eine Blende 230 mit einer in Fig. 8A genauer gezeichneten Oeffnung 232 aus. Die Oeffnung 232 formt den Querschnitt des Lichtstrahles. Das verwendete Licht ist vorzugsweise monochromatisch und gesammelt. Durch das Rohr 234 läuft das Licht auf den schrägstehenden Spiegel 236,

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der auf der Lagerung 238 ruht. Der schmale Licht- . strahl in der Form der Blende 232 wird vom Spiegel reflektiert und durch das Gehäuse für den Kondensor geleitet, der aus drei Linsen besteht, und auf das Objekt, beispieleweise die Schaltung 140 geworfen. Der Spiegel 236 gestattet einen Lichteintritt von der

Seite des Kameragehäuses her und nicht von unten. Zwischen der Blende 230 und der Schaltung 140 findet eine Verkleinerung etwa im Verhältnis von 3 : 1 statt.

Die Arbeiteweise des in den Fig. 5 bis 8 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung ist aus den Fig. 9 und 10 zu ersehen. Die Abtastung beginnt in der äussersten X-Richtung was in Fig. 9 dem oberen Rande der zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht entspricht. Der Zyklus beginnt mit dem Einschalten der Lichtquelle. Der Abtast-Antriebsmotor läuft an,und der schmale Lichtstrahl 232 schwenkt von der rechten Kante des Bildes zur linken, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Am Ende der ersten Abtastung, die 4 mm des Objektes überstreicht,

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wobei gemäss der Darstellung in Fig. 10 die etwas weiter abgetastet wird, um sicherzustellen» dass das ganze Bild erfasst wurde, schaltet die vorher eingeschaltete Photozelle 136 einen Diskriminator ein, der den Abtast-Antriebsmotor abschaltet» ungefähr eine halbe Sekunde wartet, damit der Motor gana aur Ruhe kommen kann und dann einen zweiten Impuls gibt, wodurch dor Verschluss geschlossen und dadurch das ultraviolette Licht von der Belichtung abgeschaltet wird.

Nach einer weiteren halben Sekunde wird der Abtast-Antriebsmotor wieder eingeschaltet und der Antrieb in die Y-Richtung umgekehrt, wodurch der Lichtstrahl auf der linken Seite in den Fig. 9 und 10 wieder ins Bild.gebracht wird. Bei diesem Rücklauf ist das Licht abgeschaltet, so dass keine Belichtung stattfindet. Während dieser Zeit schaltet der Schrittmotor 128 ungefähr 4 mm in der X-Richtung weiter. Diese Bewegung ist vom Lauf in der Y-Richtung unabhängig und kann in Schritten l/l 00 mm eingestellt werden. Wenn, der Abtast-Antriebsmotor wieder ganz bis zum äussersten rechten Rand in

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der Y-Richtung zurückgelaufen ist, fühlt eine zweite Photozelle 134 seine Position ab, schaltet wieder den Diskriminator ein, der den Abtastmotor abschaltet und wartet eine weitere halbe Sekunde bis zum Stillstand dieses Motors. Dann öffnet der Diskriminator, den Licht« verschluss, so dass das ultraviolette Licht wieder durch

das System laufen kann. Es verstreicht eine weitere halbe Sekunde, während der Abtast-Antriebsmotor wie beim ersten Gang wieder in der Y-Richtung zu laufen beginnt. Grundsätzlich läuft die Abtastung über die Grenzen des Bildes hinaus, um jeden Rücklauf vornehmen zu können und eine Gleichmässigkeit -der Bewegung abzuwarten, bevor die eigentliche Belichtung

des lichtempfindlichen Materials beginnt. Wenn am Ende der Abtastung das lichtempfindliche Material ganz belichtet ist, wozu bei einem 1, 5 min-Bild ungefähr 20 Zeilen oder 40 Zeilen für ein 3 mm-Bild erforderlich sind, stoppt ein Begrenzungeschalter 132 am Kreuztisch den Vorgang, schaltet das Licht ab und lässt den Kreuztisch in die Ausgangsstellung zurücklaufen, wo er für die nächste Aufnahme bereitsteht.

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Die Abtastbreite von 4 mm wurde entsprechend den Merkmalen der Optik festgesetzt. Diese Breite wird im allgemeinen experimentell und rechnerisch festgelegt und entspricht dem Bereich von l/l000 mm Zeilenauflösung. Ein Problem bei der Abtastung besteht darin, dass nebeneinanderliegende abgetastete Bereiche mechanisch so gut zueinander passen müssen, damit das feine Muster gleichmäeeig von einem abgetasteten und belichteten Streifen zum nächsten fortlaufend ist. Das Problem wird gelöst durch entsprechende Konstruktion des Gerätes mit der nötigen mechanischen Präzision. Ein anderes Problem ist die Ueberlappung der Aufnahme einer Zeile der Abtastung mit der Aufnahme der folgenden Zeile der Abtastung. Durch diese Ueberlappung ist eine genaue Einstellung auf 4 mm nicht erforderlich. Die das Bild begrenzende Blende ist so geformt, dass die Ueberlappung über ungefähr 5/100 mm des Objektes und damit nur einen sehr kleinen Teil des Bildes auf der endgültigen fertigen Platte reicht. Auf diese Weise ändert die Schwankung um einen schmalen

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Streifen von einer Seite zur anderen die Gesamtbelichtung um nicht einmal einige wenige Prozente, was praktisch vernachlässigt worden kann·

Die Form der Blende 232 für den belichtenden Strahl würde so gewählt, um die bestmöglich Ueberlappung zu erreichen. Die gewählte Querschnitteform des Strahles führt an der oberen und unteren Spitze dea Abtastmuster«, das sich ge.mäss der Darstellung in Fig. 9 in den Strahlabtastungen 232 und 232A überdeckt, zu Doppelbelichtungen. Um jedoch eine Ueberbelichtung zu vermeiden, erfolgt bei Abtastung des Bereiches 232A eine Unterbelichtung der gestrichelt'dargestellten unteren Spitze und bei Abtastung dee Bereiches 232.eine erneute Unterbelichtung der oberen Spitze, so dass beide Belichtungen zusammen das richtig belichtete Gesamtbild ergeben. -'

In denn in den Fig. 5 bis 8 gezeigten bevorzugten Aus führungsbeiepiel bewegt sich die Optik relativ zur lichtempfindlichen Schicht. Daher kann die Optik nicht unmittel-

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bar an der Schicht anliegen, d. h. , die Optik mui«. steif genug sein, um sich selbst oJine gröasere Durchbiegung zu tragen und die lichtempfindliche Schicht muss auf einer völlig planen Fläche aufgebracht «ein.

Die Planarität des lichtempfindlichen Material« ist be« sondere kritisch, wenn dafür ein Photowider standematerial benutst wird, wie es vorzugsweise der Fall ist. Um gleichmässige Ergebnisse zu erzielen, muss das Photowiderstandsmaterial innerhalb von einem Mikron absolut plan sein. Ea erwies sich als notwendig, ein Glas solcher Güte auszuwählen, das innerhalb von ein oder zwei Beugungsetreifen absolut plan ist, und das ausserdem relativ dick sein muss, um die notwendige mechanische Steifheit zu erhalten. Die Steifheit ist wegen der 3-Punkt-Auflage des Glases erforderlich.

Das bei der in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Darstellung verwendete lichtempfindliche Material verwendet als Unterlage ein> zu wenigen Beugungsetreifen mikroplanes

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Glas. Das Glas wird sorgfältig gereinigt und ein Aluminiumüberzug wird aufgedampft. Es können natürlich auch andere Metalle, wie z. B. Chrom verwendet werden. Der Aluminiumüberzug wird dann mit einem sehr dünnen Ueberzug eines geeigneten Photowider standsmaterialß versehen und getrocknet. Anschliessend kommt die eo hergestellte Platte zur nachfolgenden Belichtung in die Kamera.

Nach erfolgter Belichtung wird das Photowiderstandsmaterial entwickelt. Das Aluminium wird dann mit herkömmlichen Techniken geätzt, um dae Zwischen-Original in Aluminium zu erstellen. Dieses Bild kann dann als Patrize zur Herstellung einer groesen Anzahl von Kopien durch den üblichen Kontaktdruck benutzt werden. '

Die herkömmliche elektronische Schaltung ist nicht in · Einzelheiten dargestellt. Die schrittweise Weiterschaltung erfolgt durch einen der üblichen Schrittmotore. Die Zeit-

ι t

Verzögerungen erreicht man durch einfache RC-Schaltungen.

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Photozellen und Diskriminatoren sind Photpdioden, bzw. Schmitt-Trigger.

Die .Lichtquelle von 3650 A wird aus verschiedenen Gründen verwendet, u. a. auch, weil das Photowider-

Standsmaterial für 3650 Abesonders empfindlich ist.

Die handelsüblichen Quecksilberlampen geben sehr

ο starke und getrennte Linien bei 3650 und 3663 A , die eigentlich eine sehr kräftige komplexe Linie ist, und die kürzere Wellenlänge gestattet ein höheres Auflösungsvermögen bei Linsen gleicher relativer Oeffnung. Es wurde keine kürzere, als die angegebene Wellenlänge ' gewählt, weil nur schwer ein allgemein verfügbares Material zu finden ist, das keine Effekte bezüglich Streuung, Absorption, Fluoreszenz oder andere unerwünschte Nebenerscheinungen aufweist. Gewöhnliche

ο Glasplatten gestatten einem Licht von 3650 A noch den Durchtritt. Der Einfachheit halber wurden als Unterlage für die Schaltung gewöhnliche photographische Glasplatten gewählt. Die Unterlage für 'das lichtempfindliche Material

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ist nicht so kritisch wie die für die das Objekt bildende Schaltung, da das Licht ja zuerst die lichtempfindliche Schicht trifft, bevor es die Unterlage durchsetzt.

Das Bildfeld eines einzelnen Linsenelementes einer Linsenplatte für die Vielfachabbildung (sogenanntes Fliegenauge), auf das wir uns in diesem Fall beschränken müsaen, ist bei einer gröeseren relativen Oeffnung der Linse grosser, obwohl die Auflösung in der Mitte des Bildfeldes dann geringer ist. Die Konstruktion der vorliegenden Linse stellt deshalb einen Kompromiss dar zwischen einem gros3en Bildfeld und der höchstmöglichen ■Auflösung, Berechnungen /.eigen, dass das Bildfeld t in Kreis mit einem Durchmesser von ungefähr 0, lrnm ι..»· ι in ; l/l w fü mm stärkt Linie bei Verwendung einet?

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. , 1"'VrSUwIUiM₃' ifi i*¹?,' 1 ■'■ -oil. nines. Grundsätzlich J₁Ii ■:!;. ». iii.:i ii tJi" cintj _ttnci:!i'': al ^ übliche Linsenform, .·. -Ii. 'tr ein.- P're &r,^e'l-Liiiiio oder tin?. Zoneiiplatte.

1 ηsa;> / mis46

Die Fig. 11 und 12 zeigen andere Ausführungen von Linsenrasterpla.tten der in den Fig.. 3 und 6 dargestellten Optik. Fig. 11 zeigt eine Linsenplatte mit linsenförmigen Elementen 250, eine Lochplatte zur Bildfeldbegrenzung 252, eine Lochplatte zur Aperturblende 254 und die lichtempfindliche Schicht 250. In der Fig. 12 wird eine Fresnel¹ sehe Phasenplatte oder Zonenplatte 260 auf dem Gl&i üuiammen mit ainet¹ Biidi'aidbäg?an&ung ZbI verwendet.

Eine Fresnel'sche Phasenplatte oder Zonenplatte hat den Vorteil der leichten Herstellbarkeit und relativen Stabilität des Systems gegenüber einer Linsenrasterplatte mit Ihirionförmigen Elementen wegen der Einflüsse von Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Fresnel^:.sehe Zonoi^ii uiK-ii oder Phasenplatten haben du» Eigenschaft, gleicn:'.t >i; ■; ■■■in π* υ lie's und ein virtuelle.:. JLi i 111 auizuweiuen. 1"> i6 virtuelle Bild seti'.t sicLVi^u hinein grossen Teil ,ms Hinter« ^ruudlicht oberhalb und in th: ί uaniittelbaren Nä.iu dt·« ι·.>ι:11ι·η BiLd.es jusammen. Du bei der vorliegenden

·³⁰-

Kamera nur ein achsennahes Bild aufgenommen wird, \ ist das sich in einem sehr grossen Umkreis ausbreitende virtuelle Bild ziemlich verschwommen und kann dadurch ausgeschaltet werden,. indem man einfach eine Bildfeldbegrenzung einführt, die nur Licht des achsennahen reellen Bildes auf das lichtempfindliche Material fallen lässt, in diesem Falle auf ein Photowiderstandsmaterial. Phasenplatten und Zonenplatten haben den weiteren Vorteil, 'dass sie zusätzliche sekundäre Brennpunkte bei r/S, Γ/Σ usw. aufweisen, die ein weit höheres Auflösungsvermögen als der Primärbrennpunkt haben und zur Erhöhung der Auflösung des Systems verwendet werden können, ohne dass ein zusätzlicher Herstellungsgang erforderlich ist. ■

Fig. 13 zeigt das Auflösungsvermögen eines Linsenelementes· der Kamera für Vielfachabbildung als minimale Linienbreite bei 30 % Kontrast in Abhängigkeit von der Bildfeldgrösse. Letztere ist als Abstand vom Bildfeldmittelpunkt in Mils, d.h. Tausendstel Zoll an-

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gegeben. Der Abszissenpunkt 4 entspricht etwa einem Bildfeldradius von 0, 1 mm. Der Parameter der Kurvenschar ist. die relative Oeffnung in Blendenzahlen, Die

ο Grenzkurve der Auflösung für UV-Licht von 3650 A

ist gestrichelt eingezeichnet.

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Claims (1)

1. - 33 - Böblingen, 18. Juni 1968

   pr-hn

   PAT E N TA NSP RÜCHE

   1. Kamera für Vielfachabbildung mit hohem Auflösungsvermögen, insbesondere für die Herstellung mikro-elektronischer Schaltungsmaske] dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (58, 100, 140), die Optik (74, 102, 170) und die lichtempfindliche Schicht (72, 104, 178) durch mechanische Einstellmittel (62, 106, 144) quer zur optischen Achse relativ gegeneinander und in solchen proportionalen Wegen verschiebbar angeordnet sind, daß jede Aufnahme sich aus einer Folge von Teilbelichtungen des optisch abgetasteten Objektes zusammensetzt, wobei jede Teiibelichtung nur die achsennahen Strahlen der Optik für die Abbildung ausnutzt.

   2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik

   (102) or ta lost angeordnet ist, daß sowohl das Objekt (100) als -nidi die Ii chtempilncllirhfi Schicht (104) je i.u ihrer Ebene quer ■■■ar opti'ii.:lifii A.inic; >■·.*. rachi- bbar gfü.igert Ki ud, und daß ein G<¹--bl.-4läge (106) die pi oporfional g£;p;<*ri] iufu'.f lU'vfgunt HiIu^-I, die λιιι¹ - U'-i.,timf/ It-:-; t )l.j -1 i.'-t; und -,ur Hyiichroueii h-.:li clitimi/, der Hch-· ■ -ι -:jiiii -.-Ib...ln-ii- SHiu-.l.i. ' i-ford-rlich i-jt H hj. %).

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   3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht (72) ortsfest angeordnet ist, daß sowohl die Optik (74) als auch das Objekt (58) je in ihrer Ebene quer zur optischen Achse verschiebbar gelagert sind, und daß ein Gestänge (62, 60A) die proportionale Bewegung führt, die zur Abtastung des Objektes und zur synchronen Belichtung der lichtempfindlichen Schicht erforderlich ist (Fig. 3).

   4. Kamera nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Objekt (140) auf einem in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren Kreuztisch (124, 126) befindet.

   5, Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (144) der mechanischen Einstellmittel Lm X-Schlitten (126) des Kreuztisches gelagert ist.

   6_a Kamera nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

   im Kameragehäuse eine Lichtc|uelle (54, 94) zum Beleuchten bzw, Dufchiitfuhlfti des Objektes vorgesehen ist,

   /. - '' haniera ririch deu . uuiprüehen 1 bit; b, dadurch ^kennzeichnet, daß

   die. Öffnungen (.1 "ί2, Fi», tiA) einer DL« nd·· (2.-5U) Un Strahlengang •,um zeilenweise!! op ti sehen Abtaal 'Hi des Objektes mit spit ζ v<-r-

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   laufenden Enden geformt ist, wodurch im Überlappungsbereich benachbarter Abtastzeilen zwei Teilbelichtungen bewirkt werden, die , sich zur Gesamtbelichtung ergänzen (Fig. 9).

   8. Kamera nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare Einstellscheibe (210) mit Blendeneinsätzen (216) im Strahlengang der Optik (170) vorgesehen ist«

   9. Kamera nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik für Vielfachabbildung eine Linsenrasterplatte (250) mit linsenförmigen Elementen enthält (Fig. 11).

   10. Kamera nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Fresnel'sche Phasenplatte (260) auf einem Glasträger enthält (Fig. 12).

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