DE2603879A1 - Symmetrical reflector lighting system - has reflector rotation symmetrical to optical axis with light source located on axis - Google Patents
Symmetrical reflector lighting system - has reflector rotation symmetrical to optical axis with light source located on axisInfo
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Abstract
Description
SIEHEMS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSEHEMS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark
Berlin und München I, VPA 76 P 7007 BRDBerlin and Munich I, VPA 76 P 7007 FRG
BelichtungsanordnungExposure arrangement
Die Erfindung betrifft eine Belichtungsanordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist.The invention relates to an exposure arrangement as in The preamble of claim 1 is described.
Bei Verfahren der Fotolithografie v/erden Belichtungsanordnungen benötigt, die eine Fotolackschicht in einer Belichtungsebene überall mit gleicher Intensität beleuchten können. Dazu werden üblicherweise Kondensor-Linsensysteme verwendet. Diese haben die Eigenschaft, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Strahlenkegel der Belichtungslampe ausgenützt werden kann. Dadurch wird die Intensität der Bestrahlung der Fotolackschicht unnötig begrenzt, die Belichtungszeiten sind verhältnismäßig lang.In methods of photolithography, exposure arrangements are required which have a photoresist layer in an exposure plane can illuminate everywhere with the same intensity. Condenser lens systems are usually used for this purpose. Have this the property that only a relatively small cone of rays from the exposure lamp can be used. This will the intensity of the irradiation of the photoresist layer is unnecessarily limited, and the exposure times are relatively long.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Belichtungsanordnung aufzuzeigen, bei der die von der Lichtquelle abgestrahlte Leistung optimal ausgenutzt werden kann.The object of the invention is to show an exposure arrangement, in which the power emitted by the light source can be optimally used.
Diese Aufgabe wird durch eine Belichtungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, wobei diese Belichtungsanordnung die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 aufweist.This object is achieved by an exposure arrangement of the type mentioned at the outset, this exposure arrangement being the Features of the characterizing part of claim 1 has.
Die erfindungsgemäße Belichtungsanordnung besitzt also den Vorteil, daß ein Linsensystem entfällt. Aus diesem Grunde ist vorteilhafterweise die erfindungsgemäße Belichtungsapparatur besonders preiswürdig. Außerdem vermindern Linsensysteme die Intensität eines hindurchgehenden Lichtstrahles.The exposure arrangement according to the invention thus has the advantage that a lens system is omitted. For this reason it is advantageous the exposure apparatus according to the invention is particularly inexpensive. In addition, lens systems reduce the intensity of one light beam passing through.
Vorteilhafterweise können für die erfindungsgemäße Belichtungsapparatur handelsübliche Quecksilber-Hochdruck-Lampen benutzt werden.Commercially available high-pressure mercury lamps can advantageously be used for the exposure apparatus according to the invention will.
Im folgenden wird anhand der Figuren dargestellt, wie die FormIn the following it is shown with reference to the figures how the shape
VPA 75 E 7193 709831/0964VPA 75 E 7193 709831/0964
21.1.1976-Rtd 17 Htr21.1.1976-Rtd 17 Htr
des Reflektors berechnet werden kann. °0'of the reflector can be calculated. ° 0 '
In Fig. 1 ist die Lichtquelle 1 auf der optischen Achse 2 angeordnet. Von der Lichtquelle ausgehende Strahlen werden vom Reflektor 4 auf die Belichtungsebene J5 geworfen. Dabei wird ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle gegenüber der optischen Achse unter einem Azimut-Winkel von θ ο ausgeht, auf der Belichtungsebene am Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Belichtungsebene abgebildet. Ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle unter einem Azimut-Winkel von 180° - θ ο ausgeht, wird auf der Belichtungsebene in einem Abstand R von diesem Durchstoßpunkt abgebildet. Allgemein wird ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle unter einem Azimut-Winkel θ ausgeht, in einem Abstand r von diesem Durchstoßpunkt auf der Belichtungsebene abgebildet. Gemäß der Figur hat der Doppelkegel, in dessen Bereich die Lichtquelle abgeschattet ist, einen Öffnungswinkel von 2 öo. Die Belichtungsebene wird also nur von solchen Lichtstrahlen erreicht, die vom Reflektor auf die Belichtungsebene geworfen werden.In FIG. 1, the light source 1 is arranged on the optical axis 2. Rays emanating from the light source are thrown by the reflector 4 onto the exposure plane J5. In this case, a light beam that emanates from the light source with respect to the optical axis at an azimuth angle of θ ο is imaged on the exposure plane at the point where the optical axis pierces through the exposure plane. A light beam that emanates from the light source at an azimuth angle of 180 ° - θ ο is imaged on the exposure plane at a distance R from this piercing point. In general, a light beam emanating from the light source at an azimuth angle θ is imaged on the exposure plane at a distance r from this penetration point. According to the figure, the double cone, in the area of which the light source is shaded, has an opening angle of 20 °. The exposure plane is only reached by those light rays that are thrown from the reflector onto the exposure plane.
Damit die Belichtungsebene gleichmäßig beleuchtet wird, muß die folgende notwendige und hinreichende Bedingung erfüllt sein:In order for the exposure plane to be evenly illuminated, the following necessary and sufficient condition must be met:
TT ν ^ X Jd-Ω- = 2ttJ (cosöo - COS0), (1) TT ν ^ X Jd-Ω- = 2ttJ (cosöo - COS0), (1)
dabei ist J die von der Lichtquelle abgestrahlte Intensität, -Ω-ist der Raumwinkel. Die Formel bedeutet, daß jedem Teil der belichteten Fläche auf der Belichtungsebene eineindeutig ein Raumwinkel zugeordnet ist, durch den die Lichtstrahlen von der Lichtquelle ausgehend hindurchtreten müssen, um diesen Teil der belichteten Fläche zu beleuchten. Dabei ist die Größe des Raumwinkels direkt proportional zur Größe des beleuchteten Teiles der Belichtungsebene.where J is the intensity emitted by the light source, -Ω-ist the solid angle. The formula means that each part of the exposed area on the exposure plane has a one-to-one solid angle is assigned through which the light rays from the light source must pass through to this part of the exposed Illuminate surface. The size of the solid angle is directly proportional to the size of the illuminated part of the Exposure level.
Die obige Bedingung ist gleichbedeutend mit:The above condition is equivalent to:
r = R (2cos60)"1/2 (cos©0 - cos£)1/2 . (2)r = R (2cos6 0 ) " 1/2 (cos © 0 - cos £) 1/2 . (2)
Gemäß Fig. 2 sei ein kartesisches xy-Koordinatensystem so angeordnet,
daß die x-Achse mit der optischen Achse zusammenfällt,
und daß die Lichtquelle einen Abstand e vom Koordinatenursprung und die Belichtungsebene einen Abstand a vom Koordinatenursprung
haben. Damit läßt sich cos θ wie folgt in kartesisehen Koordinaten
ausdrücken:
VPA 75 E 7193 709831/096iAccording to FIG. 2, a Cartesian xy coordinate system is arranged so that the x axis coincides with the optical axis, and that the light source is a distance e from the coordinate origin and the exposure plane is a distance a from the coordinate origin. With this, cos θ can be expressed in Cartesian coordinates as follows:
VPA 75 E 7193 709831 / 096i
COS0= (e-x) (y* + (e - χ)* ) ''^. (3)COS0 = (e-x) (y * + (e - χ) *) '' ^. (3)
Für den Lichtweg gilt:The following applies to the light path:
1 = I1 + I2 = (y2 + (x - e)2)1/2 +((y - r)2 + (x - a)2)1/2. (4) Aufgrund des Fermatischen Prinzipes muß gelten:1 = I 1 + I 2 = (y 2 + (x - e) 2) 1/2 + ((y - r) 2 + (x - a) 2) 1/2. (4) Due to the Fermatic principle, the following must apply:
dl/dx (x,y (x) ) = O. (5)dl / dx (x, y (x)) = O. (5)
Diese Minimumsbedingung führt auf die folgende Differentialgleichung:
dy/dx = f (x,y) = F (x,y) + (1+ F2 (x,y) )1/2 (6)This minimum condition leads to the following differential equation:
dy / dx = f (x, y) = F (x, y) + (1+ F 2 (x, y)) 1/2 (6)
wobei ρ (χ τ) - (r-y) .y + (x-a) (y-e) wooei * ^x,y; _ (r_y) (x_ej _ {Χ1α) y.where ρ (χ τ) - (ry) .y + (xa) (ye) wooei * ^ x, y; _ ( r _y) ( x _ e j _ { Χ 1 α) y.
Diese Differentialgleichung kann numerisch gelöst werden, wenn ein Anfangspunkt der Spiegelkontur bekannt ist.This differential equation can be solved numerically if a The starting point of the mirror contour is known.
Dieser Anfangspunkt läßt sich wie folgt bestimmen: Der die Lichtquelle unter einem Azimut-Winkel θ verlassende Strahl trifft die Belichtungsebene genau am Durchstoßpunkt der optischen Achse. D.h. der Reflektor muß am Orte der Reflexion dieses Lichtstrahles die Form einer Ellipse haben, deren Brennpunkte in der Lichtquelle und in dem Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Belichtungsebene liegen. Die Ellipse kann nun so gewählt werden, daß ein Scheitelpunkt der Ellipse von der Belichtungsquelle den Abstand e und von dem Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Belichtungsebene den Abstand a besitzt. Dies stellt keine Beschränkung dar, da diese Abstände e und.a frei gewählt werden können. Mit der Wahl die.ser Abstände sind die Koordinaten des Anfangspunktes (xQ, yQ) bestimmt. Ausgehend von diesem Anfangspunkt können nun die Koordinaten der Spiegelkontur numerisch nach einem beliebigen Verfahren bestimmt werden.This starting point can be determined as follows: The beam leaving the light source at an azimuth angle θ hits the exposure plane exactly at the point of intersection of the optical axis. That is, the reflector must have the shape of an ellipse at the point of reflection of this light beam, the focal points of which lie in the light source and in the point of penetration of the optical axis through the exposure plane. The ellipse can now be selected so that a vertex of the ellipse is at the distance e from the exposure source and the distance a from the point where the optical axis passes through the exposure plane. This is not a restriction, since these distances e and a can be freely selected. With the choice of these distances, the coordinates of the starting point (x Q , y Q ) are determined. Starting from this starting point, the coordinates of the mirror contour can now be determined numerically using any method.
Nun ist also nur noch die Lösung der Differentialgleichung (6) mit
den Anfangskoordinaten (x0>
yQ) zu bestimmen. Dies kann beispielsweise nach dem Verfahren von Runge-Kutta erfolgen. Dieses Verfahren
ist beispielsweise in dem Lehrbuch G.N. Poloshi (Herausgeber) Zürich/Frankfurt a Main (1964) S. 233 ff beschrieben. Dabei
wird die Differentialgleichung
dy/dx = f (x,y) mit den Anfangsbedingungen y / = yn in folgender Weise gelöst:Now only the solution of the differential equation (6) with the initial coordinates (x 0> y Q ) has to be determined. This can be done, for example, according to the Runge-Kutta method. This method is described, for example, in the textbook GN Poloshi (editor) Zurich / Frankfurt a Main (1964) p. 233 ff. Thereby the differential equation
dy / dx = f (x, y) with the initial conditions y / = y n solved in the following way:
O
Für χ werden nacheinander die Werte Xq,... χ , χ .., ....eingesetzt,O
For χ the values Xq, ... χ, χ .., .... are used one after the other,
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dabei ist η.eine positive ganze Zahl, wobei Xn = xQ + nh mit einer vorzugebenden Schrittweite h ist. Die zugehörigen Näherungswerte für die exakten Werte y (* +1) sind:where η. is a positive whole number, where X n = x Q + nh with a specified step size h. The corresponding approximate values for the exact values y (* +1 ) are:
ν Λ = y + (k„ + 2 K0 +2L + k, ) / 6. (?)ν Λ = y + (k "+ 2 K 0 + 2L + k,) / 6. (?)
Jn+1 -*n v 1,n 2,η 3,η 4,ny ' wy J n + 1 - * n v 1, n 2, η 3, η 4, n y ' wy
Dabei gilt: ^1n = -if (x n'yny The following applies: ^ 1n = -if ( x n ' y n y
k2'n = hf (xn + h/2, yn + ^ k3|n = hf (xn + h/2, yn + k2/2)k 2 'n = hf (x n + h / 2, y n + k ^ 3 | n = hf (x n + h / 2, y n + k 2/2)
k4',n - hf <xn + h' yn + V * k 4 ', n - hf < x n + h ' y n + V *
Auf diese Weise lassen sich also die Koordinaten der Spiegelkontur berechnen, zwischen den berechneten Vierten muß interpoliert werden. Die Berechnung ist umso genauer, je kleiner die Schrittweite h gewählt wird. Bei den obigen Formeln handelt es sich um die Formeln 4. Ordnung des Verfahrens Runge-Kutta. Dieses Verfahren ist sehr genau, jedoch erfordert es einen hohen Rechenaufwand, deshalb ist es vornehmlich für elektronische Rechner geeignet.In this way, the coordinates of the mirror contour can be determined calculate, between the calculated fourths must be interpolated. The calculation is more accurate the smaller the selected step size h will. The above formulas are 4th order formulas of the Runge-Kutta method. This procedure is very accurate, but it requires a lot of computation, so it is primarily suitable for electronic computers.
Der Reflektor kann galvanoplastisch durch galvanische Abscheidung einer Nickelschicht auf einem Spiegelkern hergestellt werden. Dies wird anhand der Fig. 3 erläutert: Der Spiegelkern 10, der ein negatives Abbild des Reflektors darstellt, kann mit Hilfe dieser numerisch gesteuerten Drehmaschine hergestellt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde er mit der Drehmaschine mit einer Genauigkeit von 10 /um hergestellt und von Hand auf eine Oberflächengüte von besser als 0,1 /Um poliert. Als Material für den Spiegelkern kann beispielsweise V2A-Stahl dienen.The reflector can be produced by electroplating by electroplating a nickel layer on a mirror core. this is explained with reference to FIG. 3: The mirror core 10, which represents a negative image of the reflector, can with the help of this numerically controlled lathe. In one embodiment it was made with the lathe with an accuracy of 10 / µm and made by hand to a surface finish polished of better than 0.1 / um. As a material for the mirror core V2A steel can be used, for example.
Danach erfolgt in einem Nickelbad, z.B. einem Niekel-SuIfamat-Bad, das Aufbringen einer Nickelschicht 11. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde eine Nickelschicht mit einer Dicke zwischen 1 und 1,5 mm erzeugt, dazu wurde eine Stromstärke von 6 A und eine Abscheidungszeit von 10 Tagen benötigt.This is followed by a nickel bath, e.g. a Niekel SuIfamat bath, the application of a nickel layer 11. In one embodiment, a nickel layer with a thickness between 1 and 1.5 mm, a current of 6 A and a deposition time of 10 days were required.
Bei der Abscheidung des Nickels wird der Spiegelkern in ein Bad eingebracht, dabei stellt der Spiegelkern die Kathode dar, das Gehäuse des Bades kann die Anode sein.When the nickel is deposited, the mirror core is placed in a bath; the mirror core represents the cathode, the Housing of the bath can be the anode.
Da galvanisch abgeschiedener Nickel auf V2A-Stahl verhältnismäßig schlecht haftet, läßt sich die fertige Nickelschicht, d.h. derSince electrodeposited nickel adheres relatively poorly to V2A steel, the finished nickel layer, i.e. the
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Reflektor, leicht vom Spiegelkern absprengen,beispielsweise dadurch, daß die Nickelschicht erwärmt wird.Reflector, easily blasted off the mirror core, for example by that the nickel layer is heated.
Die Präzision des hergestellten Reflektors wurde mit einer Lichtquelle vom Typ HBO 100 W/2 der Firma Osram überprüft, diese Lichtquelle ist nahezu punktförmig. Mit einem Fotoelement wurde die Bestrahlungsstärke auf der Belichtungsebene in Abhängigkeit vom Abstand vom Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die- Belichtungsebene gemessen. Es stellte sich heraus, daß die Verteilung der Strahlungsstärke auf der Belichtungsebene symmetrisch ist in Bezug auf diesen Durchstoßpunkt. Es traten Intensitätsschwankungen von maximal _+ 8 % auf. The precision of the reflector produced was checked with a light source of the type HBO 100 W / 2 from Osram; this light source is almost punctiform. With a photo element, the irradiance on the exposure plane was measured as a function of the distance from the point of penetration of the optical axis through the exposure plane. It was found that the distribution of the radiation intensity on the exposure plane is symmetrical with respect to this point of penetration. There were intensity fluctuations of a maximum of _ + 8 % .
Eine genaue Analyse der Ursache der Schwankungen hat ergeben, daß die Spiegelkontur leicht wellig war, wobei diese helligkeit durch die Steuerung der Drehbank, mit der der SpiegeTkern hergestellt wurde, bedingt war.A precise analysis of the cause of the fluctuations has shown that the mirror contour was slightly wavy, this brightness through the control of the lathe with which the mirror core was made was conditional.
Die festgestellten Schwankungen sind jedoch bei Verfahren der Fotolithografie nicht störend.However, the fluctuations found are in the photolithography method not disturbing.
Gegebenenfalls kann durch Drehmaschinen mit genauerer Steuerung die Welligkeit des Spiegelkerns vermieden bzv/. stark vermindert werden.If necessary, the Waviness of the mirror core avoided or /. can be greatly reduced.
Wird als Belichtungsquelle der Typ HBO 500 W benutzt, so werden die Intensitätsschwankungen auf der Belichtungsebene stark vermindert, da das größere Leuchtfeld dieser Lichtquelle die Welligkeit des Reflektors zum großen Teil ausgleicht. Aufgrund der hohen Lichtleistung ist diese Belichtungsquelle für die Fotolithografie besonders geeignet.If the type HBO 500 W is used as the exposure source, the Intensity fluctuations on the exposure level are greatly reduced, since the larger luminous field of this light source reduces the waviness of the Largely compensates for the reflector. Due to the high light output, this exposure source is suitable for photolithography particularly suitable.
Die erreichten Beleuchtungsstärken auf der Belichtungsebene waren ca. 10 mal höher als bei bekannten Belichtungsanordnungen mit gleich starken Lichtquellen.The illuminance levels achieved on the exposure plane were approx. 10 times higher than with known exposure arrangements equally strong light sources.
Der Reflektorspiegel bündelt auch die Wärmestrahlung. Um zu vermeiden, daß diese Wärmestrahlung auf die Belichtungsebene geworfen wird, ist es zweckmäßig, den Strahlengang der Lichtstrahlen zwischenThe reflector mirror also bundles the thermal radiation. In order to avoid, that this thermal radiation is thrown onto the exposure plane, it is expedient, the beam path of the light rays between
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Reflektor und Belichtungsebene mit Planspiegeln umzulenken, die als sogenannte Kaltlicht-Spiegel ausgebildet sind. Dadurch kann die Wärmestrahlung im wesentlichen ausgeblendet werden.Deflecting the reflector and exposure plane with plane mirrors, which are designed as so-called cold light mirrors. This can the thermal radiation are essentially masked out.
Der Doppelkegel, in dessen Bereich die Lichtquelle abgeschattet ist, wird bei Quecksilber-Hochdrucklampen im allgemeinen bereits durch die Form der Hauptelektroden dieser Lampen erzeugt. Die Hauptelektroden dieser Lampen müssen parallel zur optischen Achse der Anordnung liegen. Bei anderen Lampentypen kann dieser Doppelkegel durch entsprechende Abdeckungen der Lichtquelle erzeugt werden.The double cone, in the area of which the light source is shaded, In the case of high-pressure mercury lamps, this is generally already generated by the shape of the main electrodes of these lamps. The main electrodes these lamps must be parallel to the optical axis of the arrangement. This double cone can be used with other lamp types can be generated by appropriate covers of the light source.
Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Kontur des Reflektors, wobei e = 25 mm, a = 1025 mm und R = 75 mm gewählt wurde. Die übrigen Maße sind aus der Figur ersichtlich.4 shows an example of a contour of the reflector, where e = 25 mm, a = 1025 mm and R = 75 mm was chosen. the other dimensions can be seen from the figure.
2 Patentansprüche
4 Figuren2 claims
4 figures
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Claims (1)
r f cos θ~ - cos θ . Exposure arrangement with a reflector rotationally symmetrical to an optical axis and a light source arranged on this optical axis, characterized in that the light source (1) has a spherically symmetrical light intensity distribution of the emitted light and in the area of a double cone, the cone axis of which coincides with the optical axis, and the has an opening angle of 2 Θ , is shaded, and that the reflector has such a shape that a light beam leaving the light source at an azimuth angle θ with respect to the optical axis, on an exposure plane perpendicular to the optical axis, which is in a predetermined Distance to the reflector is arranged at a distance r from the point of penetration of the optical axis through the exposure plane, where:
r f cos θ ~ - cos θ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2603879A DE2603879A1 (en) | 1976-02-02 | 1976-02-02 | Symmetrical reflector lighting system - has reflector rotation symmetrical to optical axis with light source located on axis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2603879A DE2603879A1 (en) | 1976-02-02 | 1976-02-02 | Symmetrical reflector lighting system - has reflector rotation symmetrical to optical axis with light source located on axis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2603879A1 true DE2603879A1 (en) | 1977-08-04 |
Family
ID=5968833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2603879A Pending DE2603879A1 (en) | 1976-02-02 | 1976-02-02 | Symmetrical reflector lighting system - has reflector rotation symmetrical to optical axis with light source located on axis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2603879A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0086410A1 (en) * | 1982-02-08 | 1983-08-24 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Apparatus and method for exposing a substrate |
| US4618771A (en) * | 1983-11-14 | 1986-10-21 | Beckman Industrial Corporation | Non-dispersive infrared analyzer having improved infrared source and detecting assemblies |
| EP1245998A3 (en) * | 2001-03-28 | 2007-06-13 | Automa-Tech | Device for the exposure of a printed circuit board |
-
1976
- 1976-02-02 DE DE2603879A patent/DE2603879A1/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0086410A1 (en) * | 1982-02-08 | 1983-08-24 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Apparatus and method for exposing a substrate |
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| EP1245998A3 (en) * | 2001-03-28 | 2007-06-13 | Automa-Tech | Device for the exposure of a printed circuit board |
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