DE2413551A1 - Projektionsdruckanordnung - Google Patents

Description

• Projektionsdruckanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsdruckanordnung.
• Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen mit Hilfe von fotolithografischen Verfahren wird ein Halbleiterplättchen mit einer lichtempfindlichen Schicht, die den Fotolacken zuzordnen ist, beschichtet und mit aktinischein Licht, das durch eine Maske projiziert wird, bestrahlt. Durch Entwickeln und Ätzen des selektiv belichteten Fotolackes wird auf der Plättchenoberiläche ein Muster bestimmt, das man verwenden kann, um die Fusionszonen, Halbleitermuster und dergleichen zu bilden.
• Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen sind verschiedene solcher Druckschritte erforderlich, die nacheinander ausgeführt wrden müssen, wobei jede Maskenbelichtung in genau gesteuerter Ausrichtung auf die vorher gebildeten Muster vorgenommen wird.
• Die beiden allgemein akzeptierten Maskierungsverfaliren sind als Kontaktdruckverfahren, bei dem sich die Maske im Kon# takt mit oder äußerst dicht bei der Fotolackschicht befindet, und als Projektionsdruckverfahren, bei dem die Maske auf dem Fotolack abgebildet wird, bekannt. Das Projektionsdruckverfahren hat den Vorteil, daß die Maske den Fotolack nicht kontaktiert, wodurch das Risiko vermieden wird, daß die Fotolackschicht oder die Maske zufällig abgetragen werden. Ein Nachteil besteht, allgemein gesprochen, darin, daß das Bildfeld bei größer werdender Bildlinsenauflösung kleiner wird. Das bedeutet eine Abnahme der Maskenfläche, die auf dem Plättchen abgebildet werden kann, Dieser Kompromiß zwischen Auflösungsvermögen und Bildfeld kann dazu führen, daß das Projektionsdruckverfahren nur beschränkt zur Herstellung von LSI-Schaltungen verwendet werden kann, deren komplexe und umfangreiche Muster extrem klein dimensioniert und auf einem einzelnen Halbleiterplättchen angeordnet sind.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, diese Nachteile zu beheben.
• Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von einer Anordnung der eingangs bezeichneten Art aus und ist gekennzeichnet durch ein Abbildungssystem zum Abbilden eines Teiles einer Maske auf einem Teil eines lichtempfindlichen Mediums und eine Vers chiebungseinrichtung zum gleichzeitigen Bewegen der Maske und des Mediums, wobei Maske und Medium in fixierter Beziehung zueinander stehen, damit verschiedene Teile der Maske auf verschiedenen Teilen des Mediums abgebildet werden können.
• Das Abbildungssystem ist vorzugsweise so ausgelegt, daß ein Bildteil mit derselben relativen Orientierung in Bezug auf die Bewegung von Maske und Medium wie der entsprechende Maskenteil erzeugt wird.
• Das Abbildungssystem weist vorteilhafterweise eine gerade Anzahl von Umkehrlinsen und ferner eine ungerade Anzahl von Spiegeln auf, die längs eines geknickten Strahlungsganges Licht von der Maske zum Medium lenken Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß das Abbildungssystem eine Feldlinse aufweist, wobei die erste Umkehrlinse zum Abbilden der Maske auf einer Bildebene innerhalb der Feldlinse und die zweite Umkehrlinse zum Abbilden dieser Bildebene auf das Medium vorgesehen sind.
• Die Verschiebungseinrichtung kann in geeigneter Weise dafür ausgelegt werden, daß das Medium rasterförmig abgetastet wird.
• Das Abbildungssystem weist günstigerweise eine Einrichtung auf, die ein Lichtstrahlenbündel mit ungleichmäßiger Intensitätsverteilung bei fehlender Modulation durch die Maske projiziert, wobei im Betrieb das rasterförmige Abtasten des Mediums bewirkt, daß sich die Bilder aufeinanderfolgender Abtastungen auf dem Medium überlappen.
• E-s wird vorzugsweise in der Weise überlappt, daß die Summierungen der einfallenden unmodulierten Lichtintensitäten auf allen Teilen des von dem Lichtstrahlenbündel abgetasteten Mediums im wesentlichen gleich sind.
• Die Intensitätsverteilung hat zweckmäßig eine im wesentlichen dreieckförmige Charakteristik.
• Das Abbildungssystem kann eine im wesentlichen rechtwinklige Apertur im Lichtstrahlengang zum Erzeugen der dreie ckförmigen Ve rteilungscharakteristik aufweisen.
• Die Projektionsdruckanordnung kann aufweisen: ein piezoelektrisches Bauelement, das das Medium trägt, eine Einrichtung, die ein Lichtstrahlenbündel auf das Medium richtet derart, daß das Lichtstrahlenbündel im Petrieb bei streifendem Einfall unter spitzem Winkel von der Oberfläche des Mediums reflektiert wird, und eine Einrichtung, die auf das reflektierte Lichtstrahlenbündel anspricht5 um ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen, das die Strahlenbündelposition widergibt, wobei das piezoelektrische Bauelement auf das Steuersignal ananspricht, um die Position des Mediums zu steuern.
• Die Einrichtung zum Erzeugen des Steuersignals kann eine Doppelfotodiode aufweisen.
• Die Projektionsdruckanordnung kann ferner aufweisen: eine Einrichtung zum Bestrahlen des Mediums mit nichtaktinischem Licht und eine Einrichtung zum Beobachten einer der Maske überlagerten Abbildung des Mediums.
• Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Pr#ektionsdruckverfahren zum Drucken einer Abbildung auf einem lichtempfindlichen Medium vorgesehen, bei dem ein Teil einer Maske, der den darzustellenden Teil definiert, auf dem Medium abgebildet wird und bei dem Maske und Medium bewegt werden, wobei sie in einer fixierten Beziehung zueinander stehen, damit verschiedene Teile der Maske auf verschiedenen Teilen des Mediums abgebildet werden können.
• Der abgebildete Teil hat vorzugsweise dieselbe relative Orientierung in Bezug auf die Bewegung von Maske und Medium, wie der entsprechende Maskenteil.
• Maske und Medium können sich so bewegen, daß das Medium rasterförmig abgetastet wird.
• Das von der Maske nicht moduiffiierte Licht weist zweckmäßig eine im wesentlichen dre ieckförmigt , itätsve rte ilung auf, und es werden Maske und Medium derart bewegt, daß sich die Bilder von aufeinanderfolgenden Abtastungen auf dem Medium um im wesentlichen 50% überlappen.
• Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektions -druckanordnung, Fig. 2 ein Diagramm des Abtastweges der in Fig. 1 abgebildeten Abtastdruckanordnung, Fig. 3 eine schematische Darstellung der orientierenden Wirkung der Spiegelreflektion, Fig. 4 ein Diagramm der weglängenabhängigen Lichtintensität, das die Wirkung der über lappenden Abtastung wiedergibt, Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Apertur, die eine Lichtverteilung der in der Fig. 4 gezeigten Art erlaubt und in Verbindung mit der in der Fig. 1 abgebildeten Projektions druckanordnung verwendet werden kann, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Servomechanismus zur Positionseinstellung, der in Verbindung mit der in der Fig. 1 abgebildeten Projektionsdruckanordnung verwendet werden kann, Fig. 7 ein Diagramm, anhand dessen der Abtastweg der Projektionsdruckanordnung erläutert wird, Fig. 8 ein Diagramm einer Apertur für Erläuterungszwecke, Fig. 9 ein Lichtintensitätsprofil für Erläuterungs Zwecke, und Figuren 10 und 11 Diagramme der sich überlappenden Abtastungen ftir Erläuterungszweeke.
• Die Fig. 1 zeigt eine Projektionsdruckanordnung zum Projizieren eines Bildes einer Maske 11 auf eine Fotolackschicht 12, die sich auf einem Halbleiterplättchen 13 befindet, mit einer ersten und zweiten Abbildungslinse 15 und 16, einer Feldlinse 17 und den Spiegeln 18, 19 und 20. Die Maske und das Plättchen sind gemeinsam auf einem verschieblichen Auflagetisch 22 ange bracht, der von einem Antriebsmechanismus 23 längs eines rasterförmigen Abtastweges bewegt werden kann. Der bezeichnete Antriebsmechanismus 23 kann beispielsweise den Tisch 22 zuerst in positiver x-Richtung, dann unvermittelt in negativer y-Richtung, anschließend in negativer x-Richtung und dann wieder unvermittelt in negativer x-Richtung verschieben und den genannten Vorgang anschließend wiederholen.
• Der sich ergebende und durch einen Punkt auf dem Tisch nachgezeichnete Weg ist in der Fig. 2 als rasterförmiger Linienzug 25 dargestellt.
• Der Fotolack 12 wird mit einem Abbild der Maske 11 belichtet, indem aktinisches Licht von einer Quelle 26 aus durch die Maske hindurch längs eines Strahlenganges 27 auf das Plättchen 13 projiziert wird. Die Linse 15 bildet die Maske auf einer Bildebene 28 innerhalb der Feldlinse 17 ab, während die Linse 16 die Bildebene 28 auf der Fotolackschicht 12 abbildet. Der Zweck der Feldlinse besteht in Verbindung mit den beiden Abbildungslinsen darin, effizienter Licht auf die Fotolackschicht zu projizieren und das Blickfeld zu vergrößern. Näheres über diese Funktion entnehme man beispielsweise dem Beitrag "Applied Optics: A. Guide to Modern Optical System Dcsign" von Leo Levi, doim Wiley & Sonst lnc.> 1968, Seite 459. Wie später noch näher ausgeführt und in einem Ausführungsbeispiel dargestellt wird, ist es nötig, eine gerade Anzahl von Abbildungslinsen zu verwenden, um die Auswirkungen der Bildumkehrung zu kompensieren.
• Bereits zuvor wurde erläutert, daß ein hohes Auflösungsvermögen irgendeiner Abbildungslinse in der Regel nur auf Kosten des Bildfeldes erreicht wird. Im vorliegenden Fall ist das Auflösungsvermögen der Umkehr- oder Abbildungslinsen 15 und 16 extrem hoch. Die Fläche des Bildfeldes der be zeichneten Linsen ist deshalb kleiner als die Fläche der Maske 11. Es wird also zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt nur ein kleiner Teil der Maske 11 auf der Schicht 12 abgebildet. Das ist in der Fig. 2 dargestellt, die nur einen zu einer vorgegebenen Zeit projizierten Bildteil 29 zeigt. Doch wird der Abtastweg des verschieblichen Tisches 22, wie er durch den Linienzug 25 wiedergegeben wird, so ausgewählt, das wenn die Abtastung abgeschlossen ist, alle Teile der Maske ll #auf der Schicht 12 abgebildet worden sh d. Also ist nach Beendigung des Abtastvorganges die gesamte Fläche der Maske 11 durch sukzessives Abbilden verschiedener Maskenteile auf der Fotolackschicht 12 abgebildet.
• Es ist natürlich nötig, das Bildfeld so mit dem rasterförmigen Abtastmuster in Beziehung zu setzen, daß das von der Quelle 26 ausgehende Lichtstrahlenbündel durch alle Teile der Maske 11 projiziert werden kann und daß all diese Teile auf dem Plättchen 13 abgebildet werden. Weil die Maske und das Plättchen mechanisch fest aneinander gekoppelt sind, ist es wichtig, daß das Abtastbild auf der Schicht 12 dem abtastenden Lichtstrahlenbündel auf der Maske 11 folgt. Es kann also eine gerade Anzahl von Abbildungslinsen verwendet werden; weil eine einzelne Abbildungslinse die Eigenschaft hat, das Objekt in umgekehrter Lage abzubilden, und eine zweite Abbildungslinse die bezeichnete Umkehrung wieder aufhebt Nicht ganz so deutlich ist zu erkennen, daß eine ungerade Anzahl von Spiegeln verwendet werden sollte, wenn der Strahlengang durch Reflektion abgeknickt werden soll. Das kann aus der Fig. 3 entnommen werden, in der die I(onsequenzen für den Fall dargestellt sind, daß eine gerade Anzahl von Spiegeln verwendet wird. Wenn ein von der Maske projiziertes Bild in Richtung des Pfeiles 30A orientiert ist, dann ist es nach seiner ersten Reflektion in Richtung des Pfeiles 30B und nach seiner zweiten Reflektion in Richtung des Pfeiles 30C orientiert. Wenn also nur zwei Spiegel verwendet würden, würde das Bild auf dem Plättchen entgegengesetzt zum Objekt auf der Maske orientiert sein und das Abtasten durch Bewegen von Maske und Plättchen in gleiche Richtungen ein unscharfes Bild ergeben. Dieses Problem tritt immer auf, wenn eine gerade Anzahl von Spiegeln verwendet wird. Wird hingegen eine ungerade Anzahl von Spiegeln verwendet, dann ist das Bild in derselben Richtung wie das Objekt orientiert. Es werden also bevorzugt drei Spiegel nämlich die in der Fig. 1 abgebildeten Spiegel 18, 19 und 20 verwendet. Natürlich kann die verlangte Bildorientierung auch mit anderen Linsen- und Spiegelkombinationen erreicht werden.
• Bei dem in der Fig. 1 dargestellten optischen System läßt sich die Maske durch Belichten des Plättchens mit nichtaktinischem Licht genau auf das Plättchen einstellen. Der Spiegel 20 kann ein dichroistischer Spiegel sein, der aktinisches Licht reflektiert, nichtaktinisches Licht aber teilweise durchläßt. Der Spiegel reflektiert also das von der Quelle 26 herkommende Licht wirksam, gibt aber auch ein geeignetes Verfahren an die Hand, um während des Einstellschrittes nichtaktinisches Licht von der Quelle 32 in das optische System zu leiten. Weiter sind auf einem verschieblichen Auflagetisch 34 gemeinsam eine Lichtquelle 26 und ein Mikroskop 33 befestigt. Der Auflagetisch wird vor dem Einstellschritt so eingerichtet, daß der Spiegel 35 den Strahlengang 27 unterbricht. Dann wird das Plättchen 13 mit nichtaktinischem Licht von der Quelle 32 belichtet und irgendein Muster auf dem Plättchen mit H-ilfe der Linsen 16 und 15 auf der Maske 11 abgebildet. Wenn man nun das Plättchenbild und die Maske durch ein NGkrcskop 33 betrachtet, kann die Maske 11 so eingestellt werden, daß sie genau mit dem Plättchen übereinstimmt. Nach dieser Einstellung wird die Quelle 26 in die in der Fig. 1 dargestellte Position zurückgeschoben und der Abtastvorgang wiederholt, um eine neue Maske auf dem Plättchen abzubilden.
• Es werde zunächst das Abtastmuster betrachtet, das für eine im wesentlichen gleichmäßige Belichtung der Fotolackschicht 12 erforderlich ist. Wenn der Bildteil 29 in Fig. 2 rechtwinklig wäre, der rasterförmige Abtastweg dem in der Fig. 2 dargestellten entspräche und sich die Bilder von aufeinanderfolgenden Abtastungen längs des angesprochenen Abtastweges nicht überlappen würden, dann könnte die Lichtintensität gleichmäßig verteilt sein, um den Fotolack gleichmäßig zu belichten. Doch ist leicht zu erkennen, daß es sehr schwierig sein würde, die Maske vollständig ab zum tasten, ohne daß Überlappungen und noch dazu Diskontinuitäten des durch die Abtastung wiedergegebenen Gesamtbildes auftreten.
• Um also sicherzustellen, daß alle Merkmale der Maske abgebildet werden ist es vorzuziehen, daß sich die Abbilden gen aufeinanderfolgender Abtastungen überlappen.
• Um zu verhindern, daß wegen Überlappens ungleichmäßig belichtet wird, kann die Lichtintensität des auf die Fotolackschicht projizierten Lichtes dreieckförmig verteilt sein.
• Wenn sich die aufeinanderfolgenden Bildabtastungen um 50% überlappen, dann entspricht die Gesamtverteilung der Lichtintensität der in der Fig. 4 gezeigten Charakteristik. In der Fig. 4 ist die Lichtintensität abhängig von der Weglänge y in der durch die Fig. 2 wiedergegebenen Wegrichtung aufgetragen.
• Die Kennlinie 37 läßt also erkennen, daß die Lichtverteilung für einen abgetasteten Linienzug eine dreieckförmige ist.
• Die Intensitätsverteilung der sich daran anschließenden Abtastungen wird durch die Kennlinien 38, 39, etc dargestellt. Wenn sich die Bilder nachfolgender Abtastungen um 50% überlappen, dann überlappt auch die Kennlinie 38 die Kennlinie 37 um 50%. Wenn jede Verteilungscharakteristik dieselbe dreieckförmige Form aufweist und die Überlappung, wie dargestellt, eine 50%ige ist, ist die Intensitätssumme für alle y gleich, d. h. an jeder Wegstelle gleich Eoe Die in der Fig. 4 dargestellte dreieckförmige Verteilung kann erreicht werden, wenn man eine rechtwinklige Apertur 40 des in der Fig. 5 gezeigten Typs in den Lichtstrahlenweg einfügt. Genauer gesagt, sollte eine solche rechtwinkle Apertur in der Bildebene 28 (Fig. 1) vorgesehen werden, damit sich eine Lichtintensitätsverteilung ergibt, die der Geometrie der Apertur entspricht. Es können andere Lichtverteilungen verwendet werden, um, wie zuvor beschrieben, eine gleichmäßige Gesamtverteilung zu erhalten, Es ist aber einfacher, eine rechtmiíklige Apertur zu verwenden, um dreieckförmige Verteilungen zu erhalten. Außerdem kann die Aperturstruktur maßgerecht zugeschnitten werden, um Ungleichmäßigkeiten der Lichtintensität der Quelle 26 aus zu gleichen. Auf das Thema einer gleichmäßigen Belichtung wird im Anhang noch genau eingegangen.
• Aus dem zuvor Gesagten geht hervor, daß eine relativ großflächige Maske auf ein relativ großflächiges Plättchen abgebildet werden kann, wenn Linsen mit extrem hohem Aufiö -sungsvermögen verwendet werden, die entsprechend kleine Bildfelder haben. Werden Linsen mit kleineren Bildfeldern verwendet, dann sind aufgrund der optischen Wirkun#gsweise andere Vorzüge wie etwa geringe Verzerrungen möglich.
• Schließlich kann der Fotolack gleichmäßiger belichtet werden, wenn eine geeignete Apertur oder "Feldbegrenzung" in der Feldlinse benutzt wird.
• Angesichts der beschränkten Feldlinse von Linsen mit hohem Auflösungsvermögen kann es zweckmäßig sein, einen Servomechanismus des in der Fig. 6 dargestellten Typs zu verw enden, um die Fotolackschicht 12 während des Abtastvorganges in der Bildebene der Linse 16 zu halten. Auf der Oberfläche der Fotolackschicht wird ein streifend einfallendes Strahlenbündel nichtaktinischen Lichtes, das von einem Laser 41 imitiert wird, fokusiert. Das auf der Oberfläche des Fotolacks am stärksten eingeschnürte Licbtstralilenbündel wird von einer Linse 42 auf einer Doppelfotodiode 43 abgebildet. Die Position des abgebildeten Lichtes auf der Fotodiode hängt von der Plättchenllohe ab, und es werden in bekannter Weise verschiedene Signale erzeugt, je nachdem, ob das Licht oberhalb oder unterhalb einer Bezugsstelle auf der Doppelfotodiode auftrifft. Das erzeugte Signal wird verstärkt und einem auch als Umsetzer zu bezeichnenden piezoelektrischen Bauelement 44 zugeführt, das sich unter Ansprechen auf das angelegte Signal in vertikaler Richtung ausdehnt oder zusammenzieht. Also wird die Oberfläche des Plättchens auf jedes erzeugte und angelegte Signal hin auf die richtige Höhe eingestellt. Das Plättchen 12 wird vorzugsweise mechanisch am Umsetzer befestigt und zwar mit Hilfe eines Vakuumaufspannfutters 46.
• Es wird nun darauf eingegangen, wie das Ausführungsbeispiel im einzelnen durchgebildet ist. Beim Aufbau der in der Fig. 1 dargestellten Projektionsdruckanordnung müssen hochentwickelte mechanische Verfahren angewendet werden, um die verlangte Abtastpräzision zu erreichen. So können mit Hilfe bekannter Verfahren Luftlager entworfen werden, die den Auflagetisch 22 stützen und eine Abtastlinearität bis in den Bereich von 1 - 4 Bogensekunden mit einer Reproduzierbarkeit von + 0, 05 Mikrometern über eine Spannweite von 101, 6 mm hinweg zu lassen. Wenn es gewünscht wird, können besondere Luftlager, die durch eine gemeinsame Arbeitsfläche in jeder Richtung verbunden und etwa 304, 8 mm voneinander entfernt sind, die Positionierungsfehler weiter reduzieren. Der Auflagetisch kann sekündlich um-5 cm in x-Richtung abgetastet werden, während die y-Bewegung in Schritten von 4 mm abgetastet werden kann. Jede dieser Bewegungen kann von Schrittmotoren mit geeigneten Linearbewegungs änderungen ausgeführt werden, um die Luftlagergleitführungen anzutreiben. Es können bekannte Steuersysteme verwendet werden, um eine automatische Positoi#korrektur herbeizuführen.
• Die Linsen 15 und 16 können beide Multielement 1/10 X-Linsen sein. Die Feldlinse 17 kann ebenfalls eine Multielement-Linse sein, um in der bereits zuvor beschriebenen Weise dafür zu sorgen, daß eine Feldbegrenzung (field stop) eingebaut wird.
• Das aktinische Licht kann vorwiegend eine Wellenlänge von 0,407 Mikrometern aufweisen. Im Falle des von der Quelle 32 aus gesendeten nichtaktinischen Lichtes kann die Wellenlänge überwiegend bei 0, 546 Mikrometern liegen, und es kann eine einsetzbare Linse verwendet werden, um die Wellenlängendifferenzen zu kompensieren, wie das in der US-Patentschrift 3, 528. 252 allgemein beschrieben ist.
• Was # die in dcr Fig. 6 abgebildete Fokuseinst#[Lung angeht, so kann als Laser 41 ein Helium-Neonlaser verwendet werden, der nichtaktinisches Licht bei 6328 Angström emittiert, Bei einem parallelen Laserstrahlenbündel mit 1, 5 mm Querschnitt, das von einer zylindrischen Linse mit 25 mm Brennweite fokussiert wird, und bei einer 10X-Abbildungslinse kann der Doppeldiodentyp so gewählt werden, daß auf eine Strahlengangverschiebung von 1 mm hin eine 20%ige Signaländerung entsteht. Piezoelektrische Bauelemente oder Translatoren sind im Ilandel für einen Verschiebungsbereich von 12 - 18 Mikrometern und eine axiale Belastbarkeit von 4, 54 kg erhältlich. Bauelemente mit diesen Betriebsdaten sind geeignet, um als Translator 44 verwendet zu werden. Andere Datenangaben und Betriebskennziffern für Abtastungen eines Plättchens mit ungefähr 50 mm Querschnitt sin d in der nachfolgenden Tabelle enthalten: Tabelle I Kennziffern des optischen Systems: f/ Zahlemve rt 1, 5 Maximales Bildfeld 8 mm Durchmesser Vergrößerung 1X Belichtungswellenlänge 0, 405 um Nachrichtwellenlänge 0, 546 pm (bei Verwendung einer einsetzbaren Linse Verzerrung kleiner als 0, 1 ,um Brennweite ungefähr 40 mm Lichtquelle 350 W, Quecksilberbogenlampe Beleuchtungskonstanz 3% Belichtungskonstanz 1% Geschätzte Belichtungszeit 20 - 30 Sekunden auf einem 50 mm-Plättchen Nachricht genauigkeit mit Vergleichsmarkierungen + 0, 5 um bei automatischem Nachrichten + 0, 25 pm Minimale Einwirkung auf 2, 0 Silizium Vorgeschlagene Plättchengröße 50 mm Durchmesser Maximale Plättchengröße 100 mm Durchmesser Geschwindigkeit des Auflage- 5 cm/sek. + 1% tisches Abtastschritt des Auflage- 4 mm + 1% tisches Entfernung der Mittelachsen 20 cm von Maske und Plättchen In der US-Patentschrift 3. 573. 849 werden bestimmte Verfahren erläutert, mit deren Hilfe die Bewegung eines verschieblichen Auflagetisches sehr genau gesteuert -werden kann. Diese Verfahren können grundsätzlich auch auf die vorliegende Erfindung angewendet werden. Wie ein geeigneter Antriebsmechanismus entworfen wird, der die beschriebene spezielle Art der Rasterabtastung ermöglicht, ist bekannt.
• Es ist möglich, das vorgeschlagene Ausführungsbeispiel zu ändern. Z. B. können sphärische Reflektoren in bekannter Weise anstelle von Linsen verwendet werden, um die gewünschte Abbildung herzustl len. Das kann besonders von Nutzen sein, wenn ein chromatischer Fehler und eine Bildumkehrung vermieden werden sollen.
• ANHANG Bedingung für eine konstante Beleuchtungsstärke (illumination) Es werde ein Abbildungsfeld A betrachtet, das mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung X (siehe dazu die Fig. 7) abgetastet wird. Es soll angenommen werden, daß die Abtastung N-mal längs der gleichweit entfernten Achsen y15 Y2. y3 .......
• wiederholt wird. Die Felder können sich überlappen oder nicht. Wir definieren das Bild- oder Abbildungsfeld als die von einer Apertur A überdeckte Fläche. Das Belichtungsfeld ist die gesamte Fläche, die durch das Abtasten einer Apertur A belegt wird. El folgenden leiten wir die Bedingungen für konstante Belichtung an allen Punkten p innerhalb des Abtastfeldes ab.
• Definitionen: I(x, y): Beleuchtungsintensität innerhalb des Abbildungsfeldes A(x, y): Feldfunktion = 1 innerhalb des Abbilduslgsfeldes = 0 außerhalb des Abbildungsfeld.
• Bei dem Abtastprojektionsdrucker ist A(x, y) die Feldbe -grenzung (field stop) innerhalb des Beleuchtungssystems.
• Die netzartige Belichtung E1 (y) in einem Punkte p(x,y), ten die sich aus der i Abtastung ergibt, beträgt: Eo = konstant.
• Die Netzbelichtung Et(y) im Punkte p(x, y), die aus sämtlichen N-Abtastungen re sultie rt, beträgt: Eine notwendige und hinreichende Bedingung für ein gleichmäßiges Belichtungsfeld ist: oder Das bedeutet, daß wir beim Zeichnen von Belichtungsprofilen jeder Abtastung verlangten, daß die Summe der Belichtungswerte für alle Punkte y innerhalb des Belichtungsfeldes gleich einer Konstanten ist.
• In den Beispielen, die folgen, soll angenommen werden, daß das Belichtungsfeld gleichmäßig beleuchtet ist. MTir können dann vereinfachend sagen, daß I(x, y) = konstant ist: W(y-yi) ist die Feldfunktionsweite in einem Abstand ten von der iten Abtastachse. So ist für den Fall, daß das Bildfeld konstant beleuchtet wird, die Bedingung für konstantes Belichten des Belichtungsfeldes folgende: Fall 1 Die Abtastungen überlappen sich nicht Die Summe weist jetzt nur einen Term auf: Die Apertur, die dieser Bedingung genügt, ist in der Fig. 8 dargestellt. Das Intensitätsprofil würde das in der Fig. 9 gezeigte sein. Es soll festgestellt werden, daß dieser Fall keinen Spielraum für Abtastpositionsfehler läßt. Jeder Abtastfehler, entstanden durch Abweichung von der echten Abtastachse, bewirkt, daß die Belichtung um 100% schwankt.
• Fall 2 Die Abtastungen überlappen sich um 50%. Jetzt lautet die Bedingung für die Aperturweite: Eine Lösung dieser Gleichtuig ist die in der Fig. 10 dargestellte Aperturfunktion.
• Die in der Fig. 11 gezeigten Aperturweiten können aus einer Abbildung einander überlappender Abtastungen abgeleitet werden. Das Belichtungsprofil würde dann das in der Fig. 4 gezeigte sein. Wenn die maximale Aperturweite 8 mm beträgt, dann ist der Anstieg jedes Belichtungsprofiles gleich Iol4 mm. Ein Positionsfehler von 40 um würde einen t°/+Oigen Belichtungspegelfehler bewirken.
• Wenn in einem allgemeineren Fall das Abbildungsfeld (I(x, y)) nicht konstant beleuchtet wird, dann erhält man eine gleichmäßige Belichtung durch Auflösen der Integralgleichung (4) für die Feldfunktion A.
• In den Drucker wird vorzugsweise eine Feldbegrenzung (field stop) ähnlich der im Fall 2 diskutierten Aperturfunktion eingebaut. Um eine gleichmäßige Belichtung zu erhalten, ist es vorstellbar, diese Feldbegrenzung in irgendeiner Weise zu modifizieren, um die 3%ige Änderung in der Beleuchtungskonstanz zu kompensieren.

Claims (18)

P A T E N T A N 5 P R Ü C H E

1. Projektionsdruckanordnung, gekennzeichnet durch ein Abbildnngssystem (26, 15, 19, 18, 17, 20, 16; Fig. 1) zum Abbilden eines Teiles einer Maske (11) auf einem Teil eines lichtempfindlichen Mediums (12) und eine Verschiebungseinrichtung (22, 23) zum gleichzeitigen Bewegen der Maske und des Mediums, wobei Maske und Medium in fixierter Beziehung zueinander stehen, damit verschiedene Teile der Maske auf verschiedenen Teilen des Mediums abgebildet werden können.

2. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem so ausgelegt ist, daß ein Bildteil mit derselben relativen Orientierung bezüglich der Bewegung von Maske und Medium wie der entsprechende Maskenteil erzeugt wird.

3. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Abbildungssystem eine gerade Anzahl von Umkehrlinsen (15, 16j aufweist

4. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Abbilduagssystem eine ungerade Anzahl von Spiegeln (18, 19, 20) aufweist, die längs eines geknickten Strahlenganges (27) Licht von der Maske zum Medium lenken.

5. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e daß das Abbildungssystem eine Feldlinse (17) aufweist, wobei die erste Umkehrlinse (15) zum Abbilden der Maske auf eine Bildebene innerhalb der Feldlinse und die zweite Umkehrlinse (16) zum Abbilden dieser Bildebene auf das Medium vorgesehen sind.

6. Projektionsdruckanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, daß die Verschiebungseinrichtung dafür ausgelegt ist, das Medium rasterförmig (25; Fig. 2) abzutasten.

7. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abbildungssystem eine Einrichtung (40; Fig. 5) aufweist, die ein Lichtstrahlenbündel mit ungleichmäßiger Intensitätsverteilung (37, 38, 39; Fig. 4) bei fehlender Modulation durch die Maske projiziert, und daß im Betrieb das rasterförmige Abtasten des Mediums bewirkt, daß sich die Bilder aufeinanderfolgender Abtastungen auf dem Medium überlappen.

8. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Weise überlappt wird, daß die Summierungen der einfallenden unmodulierten Lichtintensitäten auf allen Teilen des von dem Licht strahlenbündel abgetasteten Mediums im wesentlichen gleich sind.

9. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Intensitätsverteilung eine im wesentlichen dreie ckförmige Charakteristik hat.

10. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem eine im wesentlichen rechtwinklige Apertur (40; Fig. 5) im Lichtstrahlengang zum Erzeugen der dreieckförmigen Verteilungscharakteristik aufweist.

11. Projektionsdruckanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein piezoelektrisches Bauelement (44) das Medium trägt, daß eine Einrichtung (41) ein Lichtstrahlenbündel auf das Medium richtet derart, daß das Laserstrahlenbündel im Betrieb bei streifendem Einfall unter spitzem Winkel von der Oberfläche des Mediums reflektiert wird, und daß eine Einrichtung (43) auf das reflektierte Lichtstrahlenbündel anspricht, um ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen, das die Strahlenbündelposition wiedergibt, wobei das piezoelektrische Bauelement auf das Steuersgnal anspricht, um die Position des Mediums zu steuern.

12. Projektionsdruckanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Steuersignals eine Doppelfotodiode (43) aufweist.

13. Projektionsdruckanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20, 32) zum Bestrahlen des Mediums mit nichtaktinischem Licht und eine Einrichtung (33, 35) zum Beobachten einer der Maske überlagerten Abbildung des Mediums.

14. Projektionsdruckverfahren zum Drucken einer Abbildung auf einem lichtempfindlichen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer Maske (11), der den darzustellenden Teil definiert, auf dem Medium (12) abgebildet wird und daß Maske und Medium bewegt werden, wobei sie in einer fixierten Beziehung zueinander stehen, damit verschiedene Teile der Maske auf verschiedenen Teilen des Mediums abgebildet werden können.

15. Verfahren nach Anspruch 145 d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t; daß der abgebildete Teil mit derselben relativen Orientierung bezüglich der Bewegung von Maske und Medium wie der entsprechende Maskenteil erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich Maske und Medium so bewegen, daß das Medium rasterförmig (25; Fig. 2) abgetastet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Maske nicht modulierte Licht eine im wesentlichen dreieckförmige Mtensitätsverteilung (37, 38; 39; Fig. 4) aufweist, und Maske und Medium bewegt werden, daß sich die Bilder von aufeinanderfolgenden Abtastungen, auf dem Medium um im wesentlichen 50% überlappen.

18. Erzeugnis, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 - 17.

L e e r s e i t e