DE2221914C2

DE2221914C2 - Anordnung zur Aufzeichnung von Motiven auf einem lichtempfindlichen Träger mittels eines Lichtbündels

Info

Publication number: DE2221914C2
Application number: DE2221914A
Authority: DE
Inventors: Raymond Paris Marcy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1972-05-04
Publication date: 1982-12-23
Also published as: JPS5752573B1; DE2221914A1; FR2135425B1; FR2135425A1; US3797935A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufzeichnung von Motiven auf einem lichtempfindlichen Träger, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Aufzeichnungsanordnung ist aus der DE-OS 20 30 468 bekannt. Darin wird eine mehrstufige digitale Ablenkvorrichtung verwendet. Jede Stufe der Ablenkvorrichtung enthält eine elektrische Doppelbrechungszelle mit einem Ablenkelement das aus einem doppelbrechenden Körper geschnitten ist Die Lagesteuerung des Lichtbündels wird dadurch erreicht daß an die Stufen der Ablenkvorrichtung binäre Signale angelegt werden, die beispielsweise von einem Binärzähler stammen. Dem Zähler werden elektrische Impulse zugeführt, die von einem optischen Sensor jedesmal dann abgegeben werden, wenn der Tisch um eine vorbestimmte Strecke verschober, worden ist, damit das abgelenkte Lichtbündel den lichtempfindlichen Träger in einer Folge von aneinanderstoßenden Zonen bestrahlt, die in Spalten aufgereiht sind. Die vollständige Abtastung eines lichtempfindlichen Trägers, der in sehr kleine Elementarzonen unterteilt ist erfordert eine digitale Ablenkvorrichtung mit einer sehr großen Anzahl von Ablenkstellungen und eine große Anzahl von elektrischen Impulsen zur Steuerung der Ablenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Verschiebung des Verstelltisches.

Die Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches in einer gegebenen Translationsrichtung hat eine begrenzte Auflösung. Diese Auflösung reicht aus, um eine ausreichend große Anzahl von Impulsen abzugeben, wenn die Größe des Lichtflecks bzw. der Elementarzone mindestens etwa 10 Mikron beträgt. Wenn der Lichtfleck jedoch kleiner gemacht wird und z. B. eine Breite in der Größenordnung von 1 Mikron hat, so kann dei optische Sensor aufgrund seiner begrenzten Auflösung nur eine geringe Anzahl von Impulsen abgeben, da das Produkt aus der Anzahl von Impulsen und dem kleinsten, durch den optischen Sensor auflösbaren Verschiebungsquantum gleich der Breite des Lichtflecks sein muß, damit die nacheinander aufgezeichneten Spalten genau nebeneinander liegen. Je kleiner die Breite des Lichtflecks wird, desto geringer ist also die Anzahl der möglichen Zählerstellungen bzw. Ablenkstellungen. Nachdem die Auflösungsgrenze des optischen Sensors erreicht ist, nimmt also die Länge der durch die optische Ablenkeinrichtung aufgezeichneten Spalten mit dem Quadrat der Abnahme der Breite des Lichtflecks ab. Unter diesen Bedingungen ist die von dem Lichtfleck bestrichene Fläche sehr klein, wodurch es unmöglich gemacht wird, größere Motive in einem Arbeitsgang aufzuzeichnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art eine wesentlich feinere Positionierung bzw. Rasterung unter Verwendung eines feineren Schreiblichtbündels zu erreichen, wobei das bei der Positionierung bzw. Rasterung verwendete Verschiebungselement wesentlich kleiner ist als diejenige Verschiebung, welche durch herkömmliche optische Verschiebungssensoren, beispielsweise interferometrische Sensoren, registriert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aus der DE-AS 11 06 401 sind start- und stoppbare (freilaufende) Impulsgeneratoren als solche bekannt. Sie sind z. B. imstande, durch Startsignal ausgelöste Impulsfolgen abzugeben. Diese Druckschrift berührt jedoch nicht das spezielle Gebiet der Aufzeichnung von Motiven auf lichtempfindlichen Trägern mittels eines Lichtbündels.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Aufzeichnungsanordnung nach der Erfindung und

F i g. 3 Diagramme aer Verteilung und der Dauer der Impulse, die in der Anordnung von Fig.2 verwendet werden.

F i g. 1 zeigt die bei einem Aufzeichr.ungssysism bekannter Art angewendete Abtastweise. Die Zeichenebene ist die Ebene des Hchtempfindlichen Trägers, auf dem ein Motiv aufgezeichnet wird.

Dieses Ergehnis wird durch eine Verschiebung des lichtempfindlichen Trägers in der Richtung der Af-Achse und durch eine Verstellung des zur Aufzeichnung dienenden Lichtstrahls in einer im wesentlichen senkrecht dazu liegenoen Richtung erhalten.

In Fig. 1 ist der Auftreffpunkt des Aufzeichnungslichtstrahls auf dem lichtempfindlichen Träger durch einen quadratischen Bereich mit der Breite /dargestellt Wenn in Fig. 1 die aufeinanderfolgenden Stellungen des Lichtflecks durch die Quadrate 1 bis 6 dargestellt sind, wird als selbstverständlich unterstellt, daß in Wirklichkeit die Anzahl der Stellungen der Ablenkvorrichtung beliebig und insbesondere sehr viel größer als 6 sein kann, weshalb in der folgenden Beschreibung die Gesamtzahl der Stellungen, die das Lichtbündel am Austritt der Ablenkvorrichtung einnehmen kann, mit dem Buchstaben η bezeichnet ist. Der Lichtfleck der Breite /wird also um das n-fache seiner eigenen Breite durch eine digitale Ablenkvorrichtung mit η Stellungen abgelenkt. Die Strecke y\, die einer Verstellung Ay des Lichtflecks in der Richtung der y-Achse entspricht, ist gleich dem Produkt (n · I). Der Übergang von jeder dieser Stellungen zur nächsten wird durch einen elektrischen Impuls gesteuert, der jedesmal dann erzeugt wird, wenn sich der Aufzeichnungsträger in der Richtung der x-Achse um einen vorbestimmten Betrag Ax verschoben hat. Dieser Impuls betätigt einen Binärzähler, dessen Ausgangssignale die aufeinanderfolgenden Ablenkstufeii der Ablenkvorrichtung steuern.

Damit das System richtig arbeitet, muß der (n+ 1 )te Lichtfleck, der von dem Aufzeichnungslichtstrahl erzeugt wird, genau neben dem ersten Lichtfleck gebildet werden. Daraus folgt, daß die Verschiebung Ax zwischen zwei in einem Ablenkzyklus aufeinanderfolgenden Lichtflecken die folgende Bedingung erfüllen muß:

π =

Ax

(D

Diese Bedingung ermöglicht die Bestimmung der Anzahl η der Stellungen einer digitalen Ablenkvorrichtung, wenn die die Abgabe eines Steuerimpulses verursachende Verschiebung Ax und die Breite /des von dem Aufzeichnungslichtstrahl erzeugten Lichtfleckc bekannt sind.

Beispielsweise gilt:

Verschiebungsquantum Ax=0,04 μίτι

Anzahl der Stellungen der Ablenkvorrichtung /7=256

Breite des Lichtflecks /= 10 μπι

Diese Zahlen entsprechen einer Ausführungsform bekannter Art, doch ist es technisch möglich, am Austritt einer Ablenkvorrichtung einen Lichtfleck zu erhalten, dessen Breite / in der Größenordnung von 1 Mikron liegt. Infolge dieser Möglichkeit kann das Zeichnen von Motiven wie der zur Fertigung der integrierten Schaltungen verwendeten Masken in Betracht gezogen werden; da die Zeichnung außerordentlich fein ist, kann ein Maskenmotiv im Maßstab 1 :1 gezeichnet werden. -

Die Anwendung der zuvor angegebenen Gleichung (1) ergibt jedoch in diesem Fall einen sehr viel kleineren Wert für n, da das Intervall Ax seinen Wert nicht geändert hat Wenn die Anzahl η der Stellungen der Ablenkvorrichtung auf diese Weise verringert wird, ist die Abtastamplitude Ay= η - / noch stärker verringert.

Mit dem nachfolgend beschriebenen System wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß neuartige Mittel zur Steuerung der digitalen Ablenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Verschiebung des den lichtempfindlichen Träger tragenden Tisches angewendet werden. Diese Mittel sind schematisch in Fig.2 dargestellt Ein von einer Laserquelle 10 gelieferter Lichtstrahl wird von einer digitalen Ablenkvorrichtung 11 in einer der beiden Koordinatenrichtungen in der Ebene des lichtempfindlichen Trägers 12 abgelenkt. Dieser Träger ist in der Bildebene eines Projektionsobjektivs 13 angeordnet und beispielsweise auf Schlittenplatten 14 und 15 befestigt, die den Verstelltisch bilden. Stellungsdetektoren 19 und 18, die mit Laser-Interferenzmessung arbeiten, ermöglichen die Bestimmung der Verstellschritte der beiden Schlittenplatten. Die von dem Stellungsdetektor 19 gelieferten Informationen werden direkt von einem Rechengerät 20 empfangen, das die Verstellung der Schlittenplatte 14 in der Richtung der y-Achse mit Hilfe des Motors 16 steuert. Da dieser Teil des Betriebs der Vorrichtung für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist, wird er bei der nachfolgenden Beschreibung unberücksichtigt gelassen.

Wenn sich die Schlittenplatte 15 mit Hilfe des Motors 17 verschiebt, gibt der Detektor 18 elektrische Impulse ab, wobei jedesmal dann ein Impuls abgegeben wird, wenn sich die Schlittenplatte um das Intervall Ax verschoben hat. Während bei den bekannten Systemen diese Impulse direkt dem Zähleingang eines der Ablenkvorrichtung 11 zugeordneten Binärzählers 100 zugeführt werden, werden bei der Anordnung von Fig. 2 diese Impulse dem Eingang eines Impulsfolgengenerators 21 zugeführt.

Dieser Generator 21 kann beispielsweise eine monostabile Kippschaltung 22 enthalten, welche durch die vom Detektor 18 abgegebenen Impulse ausgelöst wird und einen Impulsgenerator 23 steuert, der nach Art eines Taktgebers arbeitet, der eine vorbestimmte Anzahl N von Impulsen liefert. Die von dem Impulsgenerator 23 gelieferten Impulse werden von dem Zähler 100 gezählt, der die Ablenkvorrichtung 11 steuert.

Jedem vom Detektor 18 gelieferten Impuls tAx entspricht eine Impulsfolge mit N isochronen Impulsen, die in einem Zeitintervall N ■ t abgegeben werden, das geringfügig kleiner als die kleinste Folgeperiode der vom Detektor 18 gelieferten Impulse ist. In Fi g. 3a sind die Impulse U_x dargestellt, während die von der Anordnung 21 gelieferten Impulsfolgen im Diagramm von F i g. 3b gezeigt sind.

Wenn die größte Verstellgeschwindigkeit der Schlittenplatte 15 bekannt ist, wird die Anordnung so getroffen, daß die Periode T zwischen zwei vom Detektor 18 gelieferten Impulsen ^, die Dauer der Impulsfolge um einen Betrag ίο überschreitet, der gleich der Periode t der die Impulsfolge bildenden Impulse ist; zu diesem Zweck wird die Kippschaltung 22 so

eingestellt, daß ihre Kippdauer den Wert N · / hat. Es ist zu erkennen, daß die Kippschaltung 22 für eine Zeit f₀ in ihrem stabilen Zustand bleibt, bevor sie erneut für eine Dauer N ■ t ausgelöst wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn die Verschiebegeschwindigkeit unter ihren Maximalwert fällt, die Dauer ίο nicht mehr gleich der Periode t ist, sondern größer als diese wird.

Die Anzahl N der die Impulsfolge bildenden Impulse berechnet sich auf folgende Weise:

nAx

Darin sind:

η die Anzahl der Stellungen der digitalen Ablenkvorrichtung,

/ die Querabmessung des Lichtstrahls,

Δχ das Quantum der Verschiebung in der Richtung der x-Achse.

Beispielsweise kann eine digitale Ablenkvorrichtung mit 512 Stellungen, also mit 9 Stufen angewendet werden. Wenn die Breite des Lichtflecks /= 1 μιτι und das Quantum der Verschiebung /4x=O,O8 μιτι betragen, erhält man Λ/=41.

Unter diesen Bedingungen ist es also möglich, auf einem lichtempfindlichen Träger ein Motiv mit Linien von außerordentlich feinen Abmessungen in der Größenordnung von einem Mikron aufzuzeichnen.

Die verwendete Lichtquelle kann beispielsweise ein Argon-Laser mit der Wellenlänge ν = 0,458 μιτι sein. Bei einer solchen Lichtquelle verfügt man gegenwärtig über eine Leistung in der Größenordnung von 0,4 W, so daß es möglich ist, direkt im Maßstab 1 :1 die Belichtung eines bei der Herstellung der integrierten Schaltungen verwendeten Photolacks vorzunehmen. Unter diesen Bedingungen kann man zeigen, daß man bei einer Belichtungszeit von 5 μβ mit einem Lichtfleck von 1 μιτι Breite über eine Energiedichte verfügt, die 200 W/cm² beträgt. Selbst unter Berücksichtigung der verschiedenen Energieverluste und unter der Annahme eines Wirkungsgrad von nur 10% beträgt die für die Belichtung eines lichtempfindlichen Trägers verfügbare Energie noch 20 W/cm². Dieser Wert ist sehr viel größer, als für die Belichtung einer Photolackschicht unter normalen Bedingungen notwendig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Aufzeichnung von Motiven auf einem lichtempfindlichen Träger mittels eines Lichtbündels, das auf dem lichtempfindlichen Träger einen intensitätsmodulierten Lichtfleck erzeugt, dessen Breite / einem aufzuzeichnenden Motivelement entspricht, mit einem Verstelltisch, auf dem der lichtempfindliche Träger gelagert ist, einem optischen Sensor zur Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches in einer gegebenen Translationsrichtung, wobei dieser Sensor jedesmal einen Impuls abgibt, wenn der Verstelltisch um eine vorbestimmte Größe verschoben ist, mit einer optischen Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Lichtbündels, wobei die Ablenkeinrichtung durch eine Zählereinheit mit η Stellungen digitalgesteuert ist, die jeweils durch einen Impuls aus dem Sensor zur optischen Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches . ausgelöst wird, wobei das Lichtbündel durch die Ablenkeinrichtung in einer von der gegebenen Translationsrichtung verschiedenen Richtung abgelenkt wird und wobei die Verschiebung des Verstelltisches pro Zählzyklus der Zählereinheit den Wert / der Breite des Lichtflecks hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählereinheit aus einer Impulsfolge-Generatorschaltung (21) und einem Zähler (100) besteht und daß der Zähler (100) an seinem Steuereingang mit dem Ausgang der Impulsfolge-Generatorschaltung (21) verbunden ist, die für jeden von dem optischen Sensor (18,19) zur Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches gelieferten SignalimpulF eine Folge von zeitlich gleichmäßig beabstandeten Impulsen erzeugt, deren Anzahl der Anzahl π von Zählerstellungen des Zählers (100) entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daue- (nt), während der die Impulsfolge abgegeben wird, die Periode (T) der j Impulse, die von dem optischen Sensor (18, 19) zur Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches erzeugt werden, nicht überschreitet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge-Generatorschaltung j eine monostabile Kippschaltung (22), die von den Impulsen aus dem optischen Sensor (18, 19) ausgelöst wird, und eine vom Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung (22) angesteuerte astabile Impulsgeneratorschaltung (23) umfaßt, die ". während der Eigenzeit des monostabilen Multivibrators (22) zeitlich gleichmäßig beabstandete Impulse abgibt, und daß die Eigenzeit der monostabilen Kippschaltung (22) die Periode Tnicht überschreitet.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ΐ dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (18, 19) zur Erfassung der Verschiebung des Verstelltisches eine Interferometereinrichtung ist.