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Verfahren #ur Kontrolle des Belichtungszustandes lichtempfindlicher
Materialien.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des
Belichtungszustandes lichtempfindlicher Materialien ohne Beeinflussung des fotografischen
Prozesses.
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Bei allen Anwendungen der Fotografie ist es nötig, die Auswirkung
der Belichtung und der Weiterverarbeitung auf das lichtempfindliche Material zu
kennen. In Fällen, bei denen entweder die Belichtung oder die Empfindlichkeit oder
das Verhalten bei der Verarbeitung des Materials nicht genau bekannt sind, ist es
wünschenswert, ohne Beeinflussung des fotografischen Prozesses, diese Größen während
der Belichtung und der Weiterverarbeitung zu messen und zur Steuerung des Prozesses
zu verwenden.
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Als Anwendungsgebiet können sowohl die Holografie als auch die konventionelle
Fotografie, z.B. hochwertige Reproduktionen, genannt werden.
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Es ist bekannt, daß bei bestimmten Materialien, z.B.
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LiNbO3-Kristallen, eine Änderung der Brechungsindices auftritt. Diese
Brechungsindexänderung kann aus der Beugungsintensität eines Lichtstrahles bestimmt
werden (siehe Appl. Phys. Letters, Band 13, Nr. 7 vom 1. Okt.
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1968, S. 223).
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Dieses Verfahren gestattet es jedoch nicht, den Beliciltungszustand
lichtempfindlicher Materialien bei nichtholografischen Aufnahmen oder in Fällen,
in denen ein Bild durch Rekonstruktion aus einem Hologramm auf einem lichtempfindlichen
Material erzeugt wird, zu kontrollieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zligrunde, ein Verfahren
anzugeben, das es ermöglicht, den Belichtungszustand lichtempfindlicher Materialien,
die schon bei der Belichtung ihre optischen Eigenschaften ändern, ohne Beeinflussung
des fotografischen Prozesses zu messen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei
fotografischen Aufnahmen außer dem abzubildenden Gegenstand gleichzeitig ein Gitter
auf dem lichtempfindlichen Material zu erzeugen, und den Belichtungszustand des
lichtempfindlichen Materials aus der Intensität eines an diesem Gitter gebeugtem
Lichtstrahles zu ermitteln.
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Vorzugsweise wird das Gitter durch Interferenz zweier kohärenter Lichtstrahlen
auf dem lichtempfindlichen Material erzeugt.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Gitter durch
Projektion einer Gittervorlage auf das lichtempfindliche Material erzeugt.
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Soll das gewünschte Bild durch Rekonstruktion aus einem Hologramm
erzeugt werden, so wird vorzugsweise das durch die Interferenz der beiden kohärenten
Lichtstrahlen erzeugte Gitter zusammen mit dem abzubildenden Gegenstand aus einem
Hologramm gespeichert und bei der Belichtung des lichtempfindlichen Materials zusammen
mit der im Hologramm enthaltenen Information rekonstruiert.
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Um eine möglichst große Intensität des am Gitter gebeugten Lichtstrahles
zu erzielen, läßt man ihn unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise dem Braggwinkel,
auf dieses Gitter fallen.
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Zur eigentlichen Kontrolle der Belichtung wird die Intensität des
sbgebeugten Lichtstrahles mit einem Detektor gemessen,
dessen Ausgangssignal
vorzugsweise über ein Steuergerät die Belichtung regelt.
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Als bevorzugte Anwendungsgebiete des erfindungsgemä#en Verfahrens
können die Bestimmung des Gerbungsgrades sensibilisierter Gelatine und das holografische
Ätzmaskenprojekticnsverfahren genannt werden.
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Bei allen bekannten lichtempfindlichen Materialien hangt die Empfindlichkeit
gegenüber der Belichtung von der Wellenlänge der belichtenden Strahlung ab. Deshalb
gibt es stets Wellenlängenbereiche, in denen sie wesentlich unempfindhoher sind,
als bei der zur Belichtung geeigneten Wellenlänge. Eine bestimmte Kategorie von
Materialien (z.B. Fotolacke, fctochrome Gläser und Filme, Alkalihalogenidkristalle,
LiNbO3-Kristal#e, dichromatisierte Gelatine) besitzen darüber hinaus die Eigenschaft,
bereits während der Belichtung ihre optischen Eigenschaften zu ändern. Dies bietet
die Möglichkeit, mit einer nicht belichtenden Wellenlänge die Entstehung der Aufnahme
zu beobachten, zu überwachen und bei Erreichen der optimalen Belichtung zu beenden
Als Beobachtungsstrahl wird ein Laserstrahl verwendet, da damit auch bei groben
Gittern eine Trennung von ungebeugtem und gebeugtem Strahl möglich ist.
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Für die Erzielung einer möglichst großen Intensität des gebeugten
Lichts ist der Einfallssinkel des Becbachtungsstrahles zu beachten. Er muß so gewählt
werden, daß die Bragg'sche Bedingung erfüllt wird: 2 d sinn= u A (u = 1,2,3...)
(1) d: Gitterkonstante e: Einfallswinkel A: Wellenlänge des Beobachsungsstra es
Dann ist gewährleistet, daß auch bei dicken lichtempfindlichen Schichten und bei
kleiner Gitterkonstante der
größtmögliche Teil des Lichtes gebeugt
wird.
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Im Folgenden werden einige Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand der Figuren erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Aufbau zur Bestimmung des Gerbungsgrades sensibilisierter
Gelatire.
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Figur 2 zeigt einen Aufbau zur automatischen Belichtungssteuerung
bei der Ätzmaskenprojektion.
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Figur 3 zeigt einen Aufbau der Aufnahineanordnung von Hologrammen
ftlr holografische Ätzmaskenprojektion mit automatischer Belichtungssteuerung.
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Eine mögliche Anordnung zur Bestimmung des Gerbungsgrades sensibiiisiertgr
Gelatine ist in Figur 1 dargestellt. Sensibilisierte Gelatine wird für verschiedene
Druckverfahren verwendet. Da diese Gelatine durch die Belichtung gegerbt wird, ist
für die Verarbeitung und filr die Qualität der Drucke der Gerbungsgrad entScheidend.
Das Gitter wird als Kontaktkopie oder durch Abbildung einer Gittervorlage auf der
Gelatine hergestellt. Die Beobachtung erfolgt während oder nach der Weiterverarbeitung.
Scll während der Belichtung beobachtet werden, dann muß das Gitter auf das Material
projiziert werden, da bei Kontaktkopien von Gittern das Licht schon an der Vorlage
gebeugt wird. Als Beobachtungslichtquelle eignet sich ein Helium-Neon-Laser, wobei
der Laserstrahl unter den Braggwinkel auf das Gitter fallen muß.
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Der Zusammenhang zwischen Beugungswirkungsgrad und Druckqualität muß
vor Anwendung des Verfahrens ein für alle mal experitentell ermittelt werden. Änderungen
des Gerbungsgrades durch Lagerung der Gelatineschichten (Dunkelgerbung) können an
der Abnahme des Beugungswirkungsgrades quantitativ bestimmt werden. Dadurch ist
es möglich, gelagerte
Gelat:i nec:'chi chter ohne Herstellung eines
Probedruckes auf ihre Eignung als Druckunterlage zu prüfen.
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Außer durch konventionelle Projektion kann das Gitter auch holografisch
hergestellt werden. Dies empfiehlt sich immer, wenn kohärentes Licht zur Ätzmaskenprojektion
verwendet wird, da dann ohne wesentlichen Aufwand sehr feine Gitter hergestellt
werden können.
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Eine weitere Anwendungsn#öglichkeit ist die autouatische Steuerung
der Belichtung von Fotolack bei der Halbleiterproduktion, wie sie in Figur 2 dargestellt
ist. Dabei ist der Umstand wesentlich, daß die beschriebenen Beugungsgitter auch
in Reflektion arbeiten. An die optischen Eigenschaften der Unterlage (z.B. Siliciumwafer3
brauchen daher keinerlei Anforderungen gestellt zu werden. Das in Figur 2 wiedergegebene
Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung, dic mit Projektion durch Linsen 1 1 bis
L 4 arbeitet. Sie kann jedoch auch ohne wesentliche Änderung bei anderen Projektionsverfahren
angewandt werden. Der die Lichtquelle Q 1 verlassende kohärente Lichtstrahl wird
mittels der Spiegel S 1 und S 3 in drej Teilstrahlen aufgespa)#tet. Der mittlere
Lichtstrahl dient zur Projektion der ätzmaske V, die beiden anderen treffen sich
wieder in der auf dem Siliciumwafer W angebrachten Fot(-lackschicht und interferieren
dort. Abweichend in der in Figur 2 gezeigten Strahlenführung können die beiden interferierenden
Strahlen auch durch die Projektionsoptik laufen. Der Treffpunkt kann z.B. mit einer
Justiermarke auf der Ätzmaske zusammenfallen. Es ist darauf zu achten, daß die Intensität
der beiden Strahlen zusammen gleich der Intensität im Atzmaskenbild ist. In das
Interferenzfeld wird gleichzeitig ein nicht be#5chtender, langwelliger, von der
Becbachtungslichtquelle Q 2 stammender Laserstrahl (z.B. EIeliunl-Necn-Laser) gelenkt.
Der Einfaliswinkel wird durch die Braggebedingung bestimmt.
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Bei symmetrischer Führung der interferierenden Strahlen
(Einfallswinkel
e 1 = Einfallswinkel 8 2) fällt der direkte Reflex des Beobachtungsstrahles mit
einer der ersten Beugungsordnung zusammen. Deswegen muß entweder die andere erste
Beugungsordnung, die in dem einfallenden Beobachtungsstiahl zurückläuft, verwendet
werden, oder es ist ein asymmetrischer Strahlengang (& 1 $ @,) zu wählen.
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Dieser Fall ist in Figur 2 dargestellt. Der gebeugte Beobachtungsstrahl
fällt auf einen Fotodetektor B, der die Belichtung der Lichtquelle Q 1 übei ein
Steuergerät und einen optischen Schalter A steuert.
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Wird ein holografisches Ätzmaskenprojektionsverfahren angewandt, so
können die beiden interferierenden Strahlen entsprechend der in Figur 3 dargestellten
Anordnung schon als Hologramm gespeichert werden. Der die Belichtungsquelle Q verlassende
Laserstrahl wird durch die Spiegel S 1 , S K und S 3 in vier verschiedene Teilstrahlen
aufgespalten. er die Linsen L 1 und L 2 durchlaufende Teilstrahl erzeugt bei Ä ein
Bild der Ätzmaskenvor#age-V. Durch die Linse L 3 und den Diffusor D wird dieses
Ätzmaskenbild in der Hologrammebene H abgebildet. Als Referenzwelle dient der durch
den Spiegel S 4 umgelenkte und durch die Linse L 4 aufgeweitete Teilstrahl. Die
durch die beiden Spiegel S 5 und S 6 umgelenkten Teilstrahlen St 1 und St 2 erzeugen
durch ihre Interferenz das Gitter, welches ebenfalls in der Hologrammebene abgebildet
wird. Bei Projektionsverfahren, die ohne Diffusor arbeiten, ist es zweckmäßig, die
Strahlen St t und St 2 von der gleichen Seite der Linse L 3 einfallen zu lassen.
Wird ein beschichteter Wafer mit einem nach diesem Verfahren hergestellten Hologramm
belichtet, so kann das Interferenzfeld ahnlich wie in Figur 2 mit Hilfe eines Helium-Neon-Laser-Strahles
zur automatischen Belichtungasteuerung abgefragt werden.
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Dieses Verfahren ist bei der holografischen Ätzmaskenprojektion aus
folgenden Gründen vorteilhaft. Einmal muß auf
Konstanz von Bildhelligkeit
und Intensität des Interferenzfeldes nur bei der Aufnahme geachtet werden. Zum anderen
werden Unterschiede im Rekonstruktionswirkungsgrad von Hologramm zu Hologramm und
ein eventuelles Absinken durch Alterungserecheinungen bei der Belichtung automatisch
korrigiert. Solche Unterschiede können durch verschiedenartige Aufnahme- und Wiedergabebedingungen
(z.B. leichte Deju8tierungen) verursacht werden. Auch Schwankungen der Empfindlichkeit
der verwendeten Fotolacke spielen keine Rolle mehr.
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9 Patentansprüche 3 Figuren