DE3019869C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung einer Ätz- oder Druckvorlage für Leiterbahnplatten mit einem Laserstrahl auf einem Ausgabemedium, wobei der Laserstrahl mit die Vorlage repräsentierenden Daten moduliert und dabei über das Ausgabemedium hin­ weggeführt wird, wobei die Lage des Laserstrahls er­ faßt wird und dabei ein Bezugssignal erzeugt wird, das der jeweiligen Lage des Strahls auf dem Ausgabe­ medium entspricht, und wobei eine Synchronisation zwischen der Modulation des Strahles mit dem Bezugs­ signal durchgeführt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Leiterbahnplatten werden ge­ wöhnlich sogenannte Muttermasken zum Erzeugen leit­ fähiger Leitermuster auf den Platten verwendet. Solche Leitungsmuster können aus einer großen Anzahl relativ schmaler Leiterbahnen bestehen, die nur durch kleine Abstände getrennt sind. Diese Leiterbahnen müssen scharf abgegrenzt sein, und daher benötigt man Muttermasken von hoher Auslösung und Genauigkeit. Bis jetzt werden solche Muttermasken für Ätzvorlagen auf photographischem Wege hergestellt, denn die bis jetzt bekannten Lasersysteme haben es nicht ermöglicht, den hohen Genauigkeitsgrad zu erreichen, der bei der Her­ stellung solcher Ätzvorlagen erforderlich ist.

Es ist jedoch bereits eine Vorrichtung zur Herstellung von Leiterplatten bekannt, bei der eine Einrichtung zur Erzeugung eines kohärenten Laserstrahles, eine Ein­ richtung zum Modulieren des Strahles entsprechend den einem Speicher entnommenen, die Leiterbahnplatte reprä­ sentierenden Daten, eine Halterungseinrichtung für ein Ausgabemedium in einer Position zum Überstreichen durch den modulierten Strahl, eine Einrichtung zum Hinwegführen des modulierten Strahles über das Aus­ gabemedium zur Erzeugung eines Bildes der Leiter­ bahnplatte auf dem Ausgabemedium und eine Einrichtung zur Erzeugung der Lage des Strahles und zur Erzeugung eines Bezugssignals, das der jeweiligen Lage des Strah­ les auf dem Ausgabemedium entspricht, vorgesehen ist (DE-OS 23 18 133).

Auch ist vorgeschlagen worden, die Bewegungen des mo­ dulierten Strahles durch Abtastung seines Eintritts in eine Schreibzeile und seines Austritts aus der Schreibzeile zu erfassen und hieraus Signale für die Kontrolle der Modulation des Lichtstrahles zu gewin­ nen. Damit ist eine Kontrolle jeweils am Zeilenstart- und am Zeilenzielpunkt möglich (DE-OS 20 12 394).

Nicht möglich ist jedoch eine ständige Kontrolle und Verwendung von Kontrollsignalen zur ständigen Synchro­ nisation.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nach Art des durch die DE-OS 23 18 133 bekannten Verfahrens und eine Vor­ richtung hierzu so zu schaffen, daß die Synchroni­ sation der Modulation des Laserstrahles und der Lage des Laserstrahles gegenüber dem Ausgabemedium ver­ bessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Hierdurch wird jede Verzögerung zwischen der Erzeu­ gung des Bezugssignals und dem Auftreffen des modu­ lierten Strahles auf dem Ausgabemedium sicher kom­ pensiert. Dadurch wird eine Kontrolle des modulier­ ten (Schreib-)Strahles und eine Kontrolle schon vor Auftreten eines tatsächlichen Fehlers möglich.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 2 gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol­ genden anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggebrochen gezeichnete Schrägansicht einer Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Ätz- bzw. Druckvorlagen für Leiterbahnplatten,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vereinfachte, verkürzte Draufsicht des Fadennetzes der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Bezugstaktsignal­ generators und der Bildkorrekturschaltung der Vorrichtung nach Fig. 2.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die die Ätz- bzw. Druckvorlage bestimmenden Daten auf Magnetband gespeichert und dem Speicher eines Rechners eingegeben. Ein Bild der Ätzvorlage wird auf einem Ausgabemedium erzeugt, das rastermäßig durch einen Laserstrahl abgetastet wird welcher entsprechend den dem Rechner entnommenen Daten mo­ duliert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat das ausgegebene Bild eine Größe von 452 × 615 mm, die Anzahl der Abtastzeilen beträgt 394/cm, und jede Abtastzeile enthält je Zentimeter 394 Bildelemente (pixels). Somit sind in beiden Abtastrichtungen innerhalb der gesamten Bildfläche alle Punkte adres­ sierbar, die durch Abstände von 0,0254 mm getrennt sind. Zu den verwendbaren Ausgabemedien gehören Diazofilm, Silberhalogenidfilm und Glasplatten. Beim Gebrauch eines geeigneten Lasers kann es ferner möglich sein, das Bild unmittelbar auf den Leiter­ bahnplatten zu erzeugen.

Die gesamte Vorrichtung ist in ein Gehäuse 21 einge­ schlossen, zu dem ein erster Teil 22 gehört, in dem der Rechner, das Magnetbandgerät, der Netzteil und die übrigen elektronischen Teile untergebracht sind, welche mit Hilfe von Türen 23 zugänglich gemacht werden können. Ferner gehört zu dem Gehäuse ein zwei­ ter Teil 24, der den Laser, die optischen Elemente, die Abtasteinrichtung und die Schlittenbaugruppen der Vorrichtung umschließt, wobei diese Teile hinter nicht dargestellten Türen zugänglich sind. Eine Tastatur 26, die eine Verbindung zu dem Rechner her­ stellt, ist auf einer Konsole 27 angeordnet, die gegenüber dem Gehäuseteil 22 vorspringt, so daß die Tastatur außerhalb des Gehäuses zugänglich ist.

Auf der Tischplatte 31 ist gemäß Fig. 1 hinter dem Abtasttisch 37 ein Laser 51 zum Erzeugen eines Schreibstrahls aus kohärenter Strahlung angeordnet. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform zum Belichten von Diazo- und Silberhalogenidfilm wird als Laser 51 ein Argonlaser verwendet, der ohne Rücksicht auf Schwankungen der zugeführten Energiemenge eine relativ konstante Ausgangsleistung aufrechterhält.

Das Ausgangssignal des Lasers 51 wird einem akustisch- optischen Modulator 52 bekannter Bauart zugeführt, um die Intensität des Schreibstrahls entsprechend den zugeführten Eingangssignalen zu variieren. Von dem Modulator aus gelangt der Schreibstrahl zu einem nicht dargestellten, auf dem Haupttisch 29 angeordneten Umlenkspiegel, um dann nach oben durch eine Öffnung 53 des optischen Tisches 36 zu einem auf diesem angeordneten zweiten Umlenkspiegel 54 geleitet zu werden. Von dem Spiegel 54 aus pflanzt sich der Schreibstrahl in waagerechter Richtung fort, um ein Ultraviolett- und Dämpfungsfilter 56 zu durch­ laufen. Von dort aus gelangt der Schreibstrahl zu einem Kugelspiegel 57 und weiter zu einem Parabol­ spiegel 58, wo er auf die endgültige Bildpunktgröße fokussiert wird, die das Maß von 0,0254 mm nicht überschreitet. Jenseits des Spiegels 58 wird der Schreibstrahl zu einer dichroitischen Strahlenver­ einigungseinrichtung 59 geleitet, wo er mit einem Bezugsstrahl vereinigt wird, um sich dann zusammen mit letzterem längs eines gemeinsamen Weges 61 in Richtung auf die Abtasteinrichtung fortzupflanzen.

Von dem piezoelektrischen Spiegel 69 aus gelangen die beiden vereinigten Strahlen zu einem Abtaster 72. Zu diesem Abtaster gehören ein pyra­ midenförmiger Spiegel 73 und eine dachförmige Spiegeldublette mit zwei ebenen Spiegeln 74 und 76. Der pyramidenförmige Spiegel hat drei ebene, in Richtung seiner Achse geneigte reflektierende Fa­ cetten und wird durch einen Antriebsmotor 77 mit einer relativ hohen Drehzahl um seine Achse ge­ dreht. Der Abtaster 72 ist auf dem Tisch 37 orts­ fest angeordnet. Von dem Spiegel 69 aus fällt der Strahl auf die umlaufenden Facetten, so daß er in Richtung auf den Spiegel 74 reflektiert wird. Dieser Spiegel wirft den Strahl zu dem Spiegel 76 zurück, der ihn so reflektiert, daß er wieder zu der gleichen umlaufenden Facette gelangt, an der er ursprünglich reflektiert wurde. Hierauf wird der Strahl aus dem Abtaster heraus zu einer Flachfeldlinse 79 reflek­ tiert, die auf der Oberseite des Abtasttisches 37 ortsfest angeordnet ist. Der aus dem Abtaster und der Linse 79 austretende Strahl führt waagerechte Abtastbewegungen von einer Seite zur anderen aus, wobei im wesentlichen keine Winkelablenkung in senkrechter Richtung stattfindet.

Jenseits der Linse 79 fällt der Strahl auf einen dichroitischen Strahlenteiler 81, durch den der Schreibstrahl nach unten in Richtung auf die Schlittenbaugruppe 41 reflektiert wird, während der Bezugsstrahl zu einem Spiegel 82 gelangt. Der Strahlenteiler 81 und der Spiegel 82 sind orts­ fest auf einem an dem Tisch 37 befestigten Rahmen 83 angeordnet. Die relative Lage der Flachfeldlinse, des Strahlenteilers und der Schlittenbaugruppe ist so gewählt, daß die Oberseite eines auf dem Schlit­ ten angeordneten Ausgabemediums in der Brennebene der Flachfeldlinse liegt.

Jenseits des Spiegels 82 wird der Bezugsstrahl auf eine Bezugsmaske 86 geleitet. Wie im folgenden näher erläutert, wird das durch die Bezugsmaske fallende Licht durch ein faseroptisches Bündel gesammelt und durch einen Photodetektor oder eine Photoverviel­ facherröhre 88 abgefühlt, so daß man ein Bezugssi­ gnal erhält, das der Lage des Schreibstrahls auf dem Ausgabemedium entspricht. Die Bezugsmaske 86 wird auf der Unterseite des Abtasttisches 37 in der Brenn­ ebene der Linse 79 ortsfest unterstützt.

Gemäß Fig. 2 werden die Daten, durch welche die Ätz- oder Druckvorlagen festgelegt werden, auf einem Magnetband gespeichert. Bei der bevorzugten Ausfüh­ rungsform werden die Daten durch Abtasten von Ein­ gabekopien gewonnen, doch kann man sie gegebenen­ falls auch auf elektronischem Wege erzeugen. In jedem Fall sind die Daten räumlich so codiert, daß sie Elemente repräsentieren, die innerhalb des Bil­ des jeweils eine vorbestimmte räumliche Lage ein­ nehmen. Statt für jedes Element des Bildes ein ge­ sondertes Bit zu speichern, werden die Daten ver­ dichtet und in einem verdichteten Format gespeichert. Von dem Magnetband 151 aus werden die Daten dem Spei­ cher eines Rechners 152 eingegeben. An den Rechner 152 ist die Tastatur 26 nach Fig. 1 angeschlossen, und durch den Rechner werden die Dtaen einem Entkompri­ mierer 153 zugeführt, die die verdichteten Daten in ein serielles Format umwandelt, das für jedes Bild­ element ein Bit enthält.

Zusätzlich zu den Bilddaten enthalten die entkompri­ mierten Daten eine 16-Bit-Präambel, die Zustandsre­ gelungs- und Synchronisationsinformationen am Beginn jeder Abtastzeile enthält. Zu dem System gehört ein Präambelkomparator 154, dem die Daten aus dem Ent­ komprimierer 153 zugeführt werden, der die Präambel prüft und der die Bilddaten an zwei Pufferspeicher 156 und 157 weitergibt. Außerdem führt der Präambel­ komparator ein Synchronisationssignal SYNC einem Einzelbild-Bezugssignalgenerator 158 zu, der an die Pufferspeicher 156 und 157 Signale SEL BUF und ( abgibt, um die Pufferspeicherso zu steuern, daß es möglich ist, dem einen Speicher Daten einzu­ geben, während dem anderen Speicher Daten entnommen werden. Die Ausgänge der Datenpufferspeicher sind an die Eingänge eines Multiplexers 159 angeschlossen, und das Signal SEL BUF wird dem Wähleingang des Mul­ tiplexers zugeführt, um zu bestimmen, welchem Puf­ ferspeicher die Daten entommen werden sollen. Das Ausgangssignal des Multiplexers 159 wird dem Ein­ gang eines Modulators 52 zugeführt, mittels dessen der Schreibstrahl entsprechend den Bilddaten modu­ liert wird.

Die Abgabe der Daten aus dem Entkomprimierer 153 an den Präambelkomparator 154 sowie an die Pufferspei­ cher 156 und 157 wird durch einen frei laufenden Haupttaktgenerator 161 gesteuert, der z. B. mit einer Frequenz von 4,5 MHz arbeitet. Die Daten werden den Pufferspeichern taktmäßig entnommen und dem Modula­ tor 52 unter dem steuernden Einfluß eines Bezugs­ taktsignals zugeführt, das der jeweiligen Lage des Schreibstrahls gegenüber dem Ausgabemedium ent­ spricht. Dieses Bezugstaktsignal wird durch einen zugehörigen Generator 162 erzeugt, dem das Bezugs­ signal von einer Photovervielfacherröhre 88 aus zu­ geführt wird. Das Bezugssignal wird durch Licht des Bezugsstrahls erzeugt, das die Bezugsmaske durch­ dringt und durch die Photovervielfacherröhre 88 er­ faßt wird. Da sich der Bezugsstrahl und der Schreib­ strahl längs eines gemeinsamen Weges fortpflanzen und da diese Strahlen durch den Abtaster gemeinsam abgelenkt werden, ist das Bezugssignal bezüglich seiner Lage mit dem Schreibstrahl eng synchroni­ siert. Jeder Impuls des Bezugssignals entspricht einer vorbestimmten Strecke auf dem Ausgabemedium, die z. B. etwa 0,075 mm beträgt. Der Bezugstaktgene­ rator 162 erhöht die Frequenz des Bezugssignals, so daß man einen Bezugstaktimpuls für jede Bewegung des Schreibstrahls um etwa 0,025 mm erhält.

Gemäß Fig. 3 gehört zu der Bezugsmaske 86 ein Faden­ netz 164 mit undurchsichtigen Flächen 166 und licht­ undurchlässigen Flächen 167, die miteinander abwech­ selnd über die Länge der Maske verteilt sind. Bei den undurchsichtigen Flächen handelt es sich um lichtundurchlässige Streifen, die in Abständen auf einem transparenten Medium verteilt sind, um die lichtdurchlässigen Flächen abzugrenzen. Es hat sich gezeigt, daß die Linse 79 und der dichroitische Strahlenteiler 81 chromatische Aberrationen hervor­ rufen, die bewirken, daß der Bezugsstrahl nahe den Enden jeder Abtastzeile etwas weiter umgelenkt wird als der Schreibstrahl. Dieser Fehler liegt in der Größenordnung von etwa 0,025 mm an den Enden der Ab­ tastzeilen. Um diesen Fehler auszugleichen, sind die lichtdurchlässigen Flächen 167 innerhalb des Fadennetzes auf nicht-lineare Weise verteilt. Zwar haben diese Flächen innerhalb der gesamten Anord­ nung eine gleichmäßige Breite, doch nehmen ihre Abstände in Richtung auf die Enden der Anordnung zu. Mit anderen Worten, die undurchsichtigen Strei­ fen sind nahe den Seiten des Fadennetzes breiter als in der Mitte, wie es in Fig. 3 etwas übertrieben dargestellt ist. Diese Korrektur gewährleistet eine genaue Beziehung zwischen dem Bezugstaktsignal und der jeweiligen Lage des Schreibgeräts ohne Rück­ sicht auf die durch die Linse und den Strahlenteiler hervorgerufenen chromatischen Aberrationen.

Ferner hat es sich gezeigt, daß Übertragungsverzö­ gerungen sowohl bei der elektrischen Schaltung als auch bei den optischen Elementen zu Lagefehlern bei der Erzeugung des Bildes auf dem Ausgabemedium füh­ ren können. Dieser Fehler entsteht deshalb, weil das Bezugstaktsignal erzeugt wird, wenn der Schreib­ strahl die Lage einnimmt, bei welcher ein bestimm­ tes Datenbit abgebildet werden soll. Bis das Bezugs­ taktsignal die Datenpufferspeicher und den Multi­ plexer erreicht, bis die Daten zu dem Modulator ge­ langen und bis der modulierte Strahl auf dem Aus­ gabemedium eintrifft, wird sich der Strahl gegen­ über der Lage bewegt haben, die er einnahm, als der Taktimpuls erzeugt wurde. Die Wirkung dieses Fehlers wird noch durch Linearitätsfehler bezüglich der Ge­ schwindigkeit vergrößert, mit der die Strahlen längs der Abtastzeile bewegt werden. Wie nachstehend näher erläutert, nimmt die Geschwindigkeit des Strahls in Richtung auf den Mittelpunkt jeder Abtastzeile zu, und sie verringert sich in Richtung auf ihre Enden. Somit verursacht die relativ konstante Übertragungs­ verzögerung bei dem Bild nahe der Mitte jeder Ab­ tastzeile einen größeren Lagefehler als nahe den Enden der Zeile. Dieser Fehler wird dadurch vermie­ den, daß der Bezugstaktimpuls auf solche Weise er­ zeugt wird, daß er scheinbar vor dem Zeitpunkt auf­ tritt, in welchem der Strahl den Punkt erreicht, an dem das Datenbit abgebildet werden soll. Das Aus­ gabemedium wird verschoben, um den Fehler bei der niedrigsten Strahlgeschwindigkeit auszugleichen, und ein vorher erzeugter Taktimpuls wird phasenmäßig nach vorn verschoben, um die Geschwindigkeitsunter­ schiede auszugleichen. Zu dem Bezugstaktgenerator gehört eine Einrichtung zum Herbeiführen dieser Phasenverschiebung.

Gemäß Fig. 4 gehört zu dem Bezugstaktgenerator eine phasenstarre Schleife mit einem Phasendetektor 171, einem spannungsgeregelten Oszillator 172, einem durch N teilenden Zähler 173 und einem Verzögerungs­ netzwerk 174. Das Bezugssignal der Photoverviel­ facherröhre 88 wird einem Eingang des Phasenkompara­ tors 171 zugeführt, und das Ausgangssignal des Pha­ senkomparators gelangt zum Eingang des spannungsge­ regelten Oszillators 172. Der Ausgang des Oszilla­ tors ist an den Eingang des Zählers 173 angeschlos­ sen, dessen Ausgang mit dem Eingang der Verzöge­ rungsschaltung 174 verbunden ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung ist an den zweiten Eingang des Phasenkomparators 171 angeschlossen. Das Bezugs­ taktsignal erscheint am Ausgang des spannungsgere­ gelten Oszillators 172. Das Fassungsvermögen des Zählers 173 ist entsprechend der durch die Schaltung durchzuführenden Multiplikation gewählt, und die Frequenz des Bezugstaktsignals entspricht dem N-fachen der Frequenz des der Photovervielfacherröhre 88 ent­ nommenen Eingangssignals. Das Ausmaß der phasenmä­ ßigen Vorwärtsverschiebung richtet sich nach der durch die Schleife herbeigeführten Verzögerung; bei einer bevorzugten Ausführungsform liefert eine Ver­ zögerung in der Größenordnung von 0,5 bis 0,7 Mikro­ sekunden eine Phasenverschiebung in der Größenord­ nung von 14 Radian bei einer Frequenz von 4,5 MHz. Bei dieser Phasenverschiebung scheint das Bezugs­ taktsignal früher aufzutreten, als es tatsächlich der Fall ist, und trotz der in dem System auftre­ tenden elektrischen und optischen Verzögerungen wird daher jedes Datenbit in der richtigen Lage abgebildet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Ausbildung einer Ätz- oder Druckvor­ lage für Leiterbahnplatten mit einem Laserstrahl auf einem Ausgabemedium, wobei der Laserstrahl mit die Vorlage repräsentierenden Daten moduliert und dabei über das Ausgabemedium hinweggeführt wird, wobei die Lage des Laserstrahls erfaßt wir und dabei eine Bezugssignal erzeugt wird, das der je­ weiligen Lage des Strahls auf dem Ausgabemedium entspricht, und wobei eine Synchronisation zwischen der Modulation des Strahles mit dem Bezugssignal durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorverschiebung der Phase des Bezugssignals derart vorgenommen wird, daß eine zwischen der Er­ zeugung des Bezugssignals und dem Auftreffen des modulierten Strahls auf dem Ausgabemedium ent­ stehende Verzögerung ausgeglichen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer phasenstarren Regelschleife dem Phasenkomparator einerseits das Bezugssignal und andererseits über eine Verzögerungsglied das Ausgangssignal des geregelten Oszillators zugeführt wird, dessen Ausgangssignal als pha­ senverschobenes Bezugssignal dient.