DE4426070C2 - Laser-Zeicheneinrichtung und Verfahren zum Justieren einer Laser-Zeicheneinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laser-Zeicheneinrichtung, die ge­ eignet ist, ein vorbestimmtes Schaltungsmuster auf einem Schaltungssubstrat zu erzeugen. Weiterhin betrifft die Erfin­ dung ein Verfahren zum Justieren der Laser-Zeicheneinrich­ tung.

Bei einem bekannten Verfahren zum Erzeugen eines Schaltungs­ musters auf einem Schaltungssubstrat wird ein Fotopolymer o. ä. gleichmäßig auf das Substrat aufgebracht, das mit einer dünnen Schicht aus elektrisch leitendem Material, beispiels­ weise Kupfer, überzogen ist. Danach wird das Substrat mit ul­ traviolettem Licht belichtet, beispielsweise während das Sub­ strat mit einer Belichtungsmaske (Fotomaske) mit einer vorge­ gebenen Struktur maskiert ist, so daß ein Schaltungsmuster entsprechend der Fotomaske auf dem Substrat ausgebildet wird.

Das belichtete Fotopolymer auf dem Substrat wird durch ein Lösungsmittel gelöst und einer vorbestimmten Behandlung mit flüssigen Chemikalien unterzogen, so daß das belichtete lei­ tende Metall herausgelöst wird. An Stellen des Substrats, an denen die nicht belichtete Fotopolymerschicht noch vorhanden ist, tritt keine Korrosion ein. Dadurch wird ein Schaltungs­ muster auf dem Substrat erzeugt, das dem Muster der Fotomaske entspricht.

Beim bekannten Herstellungsverfahren erfordert es eine lange Zeit und eine große Anzahl von Prozeßschritten, um die Foto­ maske zu prüfen. Weiterhin ist es erforderlich, nicht nur ei­ ne bestimmte Umgebung für die Fotomaske zu erzeugen, in der die Temperatur und die Feuchtigkeit konstant gehalten werden, um ein thermisches Schrumpfen oder Expandieren der Fotomaske zu vermeiden, sondern es muß auch die Fotomaske vor Schmutz oder einer möglichen Zerstörung geschützt werden. Folglich ist das Hantieren und der Umgang mit der Fotomaske relativ aufwendig und schwierig.

Es ist ebenfalls bekannt, das Schaltungsmuster direkt auf das Substrat zu zeichnen, wobei ein Abtastlaserstrahl verwendet wird, der das Substrat mit Hilfe eines Polygonspiegels o. ä. überstreicht. Hierbei ist es nicht erforderlich, eine Belich­ tungs-Fotomaske zu verwenden. Bei diesem bekannten Verfahren werden zwar die Nachteile der weiter oben beschriebenen Her­ stellmethode mit einer Fotomaske vermieden, jedoch ist die Zeichengeschwindigkeit sehr langsam.

Eine Laser-Zeicheneinrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 ist in der US 4 896 169 offenbart. Diese Laser- Zeicheneinrichtung zeichnet ein Binärbild eines gedruckten Schaltungsmusters auf einem lichtempfindlichen Material auf. Sie erzeugt zwei Strahlbündel, mit denen das lichtempfindli­ che Material abgetastet wird. Aus der US 5 043 566 ist eine Laser-Zeicheneinrichtung bekannt, in der ein Laserstrahl in drei Strahlen unterteilt wird, von denen zwei Strahlen als Zeichenstrahlen genutzt werden. Schließlich wird auf die US 3 820 123 verwiesen. Dort ist eine Laser-Zeicheneinrichtung of­ fenbart, die einen Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen auf­ spaltet, um mehrere Zeilen gleichzeitig schreiben zu können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Laser-Zeicheneinrichtung und ein Verfahren zum Justieren derselben anzugeben, die ein einfaches Einstellen der Zeichenqualität ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird auf eine Fotomaske verzichtet. Dies bedeutet, daß die aufwendigen Prüfschritte zum Inspizieren der Fotomaske sowie verschiedene Herstellschritte für die Fo­ tomaske entfallen können. Durch die Aufteilung in Strahlgrup­ pen kann die Zeichengeschwindigkeit der Laser- Zeicheneinrichtung nach der Erfindung erhöht werden. Da ver­ schiedene Justiervorrichtungen vorgesehen sind, die einfach betätigt werden können, wird eine hohe Zeichenqualität er­ reicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Laser-Zeicheneinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Laser-Zei­ cheneinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die wesentlichen Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Laser-Zeichen­ einrichtung,

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Strah­ lenteilers,

Fig. 5 einen Querschnitt des in Fig. 4 gezeigten Strahlen­ teilers,

Fig. 6 einen Querschnitt eines Strahlenumlenkers,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines akustooptischen Modulators,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Einstell-Ziel­ scheibe, die zum Einstellen der Lage einer Gruppe von Zeichenstrahlen dient, die vom Argonlaser (Ar- Laser) emittiert werden,

Fig. 9 eine Vorderansicht einer Schwenkeinstellvorrich­ tung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Einstellvorrichtung für die Einstellung des Strahls in Richtung der Y-Achse (Y-Einstellvorrichtung),

Fig. 11 eine Ansicht eines Polarisations-Strahlteilers, der in Richtung der Y-Achse durch die Y-Einstellvorrichtung verschiebbar ist,

Fig. 12 einen Querschnitt einer Einstellvorrichtung für Einstellungen in Richtung der X-Achse (X-Einstellvorrichtung),

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines optischen Sam­ melsystems zur Änderung des Teilungsabstandes, welches die X-Einstellvorrrichtung bildet,

Fig. 14 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Polygonspiegels,

Fig. 15 eine Ansicht zweier Gruppen von Zeichenstrahlen, die verdreht werden,

Fig. 16 eine Darstellung einer der beiden Gruppen von Zei­ chenstrahlen, die in Hauptabtastrichtung des Poly­ gonspiegels verschoben wird,

Fig. 17 einer der zwei Gruppen von Zeichenstrahlen, die in einer Nebenabtastrichtung des Polygonspiegels ver­ schoben wird,

Fig. 18 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen so­ wie einer Linie, die durch die Zeichenstrahlen ge­ zeichnet ist, bevor eine Justierung vorgenommen worden ist,

Fig. 19 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, nachdem eine Justierung vorgenommen worden ist,

Fig. 20 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, bevor eine Ju­ stierung vorgenommen worden ist, und

Fig. 21 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, nachdem eine Justierung vorgenommen worden ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine schematische Draufsicht auf eine Laser-Zeicheneinrich­ tung nach der Erfindung. Fig. 3 zeigt schematisch die Hauptkomponenten der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Laser-Zeicheneinrichtung.

Die Laser-Zeicheneinrichtung 11 enthält einen Argonlaser (Ar-Laser) 12, Strahlenumlenker 13, 23 bis 25, 28 bis 30, 35, 41, 44, 45 und 54, Einstell-Zielscheiben 15, 17 und 33, ein teildurchlässiges Prisma 16 (half/prism), einen teil­ durchlässigen Strahlteiler (Halbspiegel) 14, sowie Linsen 52, 53, 65, 71 auf einem Tisch 10. Die Laser-Zeichenein­ richtung 11 enthält ferner akustooptische Modulatoren 19 und 20, Strahlenaufteiler 21 und 22, optische Sammellinsen­ systeme 26, 31, 27 und 32 zur Änderung des Teilungsabstan­ des, akustooptische Modulatoren mit acht Kanälen 36 und 37, einen Strahlumlenker 38, ein optisches Sammellinsensystem 34, eine λ/2-Platte 39, einen Polariationsstrahlteiler 40, eine Bilddrehvorrichtung 43, einen Polygonspiegel 46, eine fθ-Linse 47, eine Sammellinse 48 für eine X-Maßeinteilung, eine Sammellinse 49, einen X-Maßstab 50, einen Spiegel 60, Beobachtungsspiegel 51a und 51b, sowie einen Fotodetektor 62 für den X-Maßstab. Die Einstell-Zielscheiben 15, 17 und 33 dienen als Bezugsmarkierungen (Fig. 8), die zum Überprü­ fen und Erstellen der optischen Bahnen der Strahlgruppen L2 und L3 und des Beobachtungsstrahls Lm dienen, wenn der Ar-Laser 12 ausgetauscht wird.

Weiterhin ist eine Substrat-Einstellvorrichtung (nicht dar­ gestellt) nahe der Laser-Zeicheneinrichtung 11 vorgesehen, um ein Substrat S auf einem Zeichentisch T zu halten (vgl. die zweigepunktete gestrichelte Linie in Fig. 1). Die Substrateinstellvorrichtung hat einen Y-Tisch (nicht darge­ stellt), der in Y-Richtung, d. h. in eine Nebenabtastrich­ tung des Polygonspiegels 46 entsprechend der Querrichtung in Fig. 1 bewegbar ist, und eine Schwenkvorrichtung (nicht dargestellt), die um eine Drehwelle (nicht dargestellt) in vertikaler Richtung in Fig. 1 verschwenkbar ist.

Der Ar-Laser 12 ist vom wassergekühlten Typ mit einer Aus­ gangsleistung von 1,8 W, der einen Laserstrahl L1 mit einer Wellenlänge von 488 nm emittiert. Die akustooptischen Modu­ latoren 19 und 20 dienen zum Einstellen der Intensität bzw. der Leistung der Strahlen L2 und L3, die durch das teil­ durchlässige Prisma 16, welches als Strahlteiler wirkt, er­ zeugt werden, so daß die Leistungen der Strahlen L2 und L3 identisch sind. Die akustooptischen Modulatoren 19 und 20 ermöglichen auch die Feineinstellung bezüglich der Neigung der Reflexionsflächen 46a (Fig. 14) des Polygonspiegels 46 abhängig von Daten über die Neigung jeder reflektierenden Fläche 46a, die in einem Speicher (nicht dargestellt) einer Steuerung 8 abgespeichert sind. Damit die akustooptischen Modulatoren 19 und 20 nicht überlastet werden, werden ihnen die Strahlen L2 und L3 zugeführt, die sich durch Aufteilen des Laserstrahls L1 ergeben.

Die von den akustooptischen Modulatoren 19 und 20 ausgesen­ deten Stahlen L2 und L3 fallen auf die Strahlaufteiler (erste Einstellmittel) 21 und 22 auf, in denen die Strahlen L2 und L3 jeweils in acht erste Zeichenstrahlen L5 und acht zweite Zeichenstrahlen L6 aufgeteilt werden. Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, haben die Strahlaufteiler 21 und 22 jeweils acht Emissionslöcher h, die in Längsrichtung, d. h. in ver­ tikaler Richtung in Fig. 4, ausgerichtet sind. Die Strahl­ aufteiler 21 und 22 sind durch die Schwenkeinstellvorrich­ tung 79 (Fig. 7) schwenkbar gelagert und können um jewei­ lige Schwenkwellen koaxial zu den jeweils obersten Emissi­ onslöchern h in die durch den Pfeil θ bezeichnete Richtung verdreht werden.

Die Strahl aufteiler 21 und 22 enthalten jeweils eine Viel­ zahl optischer Elemente 100 (Fig. 5) in Plattenform, die durch Klebetrennflächen 101 miteinander verklebt oder ver­ kittet sind und dann unter einem Winkel von 45° in bezug auf die Klebetrennflächen geschnitten und danach in Rahmen 102 eingeschlossen sind. Die Trennflächen 101 lassen teil­ weise die Strahlen L2 bzw. L3, welche auf die obersten Ein­ fallöcher ha einfallen, die auf den Rückflächen der Strahl­ aufteiler 21 und 22 ausgebildet sind durch und reflektieren sie teilweise.

Die Schwenkeinstellvorrichtung 79 enthält ein Basisteil 80 (Fig. 9), das auf einem Tisch 10 der Laser-Zeicheneinrich­ tung 11 befestigt ist, eine feststehende Wand 81, die von dem Basisteil 80 nach oben ragt, und einen Halter 82, der vom oberen Ende der Wand 81 ausgeht und parallel zum Basis­ teil 80 verläuft, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Die Wand 81 hat einen Mikrometerkopf 84, der sich in Querrichtung in Fig. 9 erstreckt, d. h. in Y-Richtung in Fig. 1. Der Halter 82 ist mit einer Schwenkwelle 83 versehen, die koaxial zum obersten Emissionsloch h des Stahlaufteilers 21 bzw. 22 verläuft. Der Strahlaufteiler 21 bzw. 22 ist im Gegenuhr­ zeigersinn in Fig. 9 um die Schwenkachse 83 durch ein Vor­ spannmittel (nicht dargestellt) vorgespannt. Eine Spindel 85 des Mikrometerkopfes 84 liegt mit ihrem vorderen Ende am unteren Ende des Strahlaufteilers 21 bzw. 22 an, so daß, wenn die Spindel 85 in Längsrichtung hin und herbewegt wird, eine Schwenkbewegung des Strahlaufteilers 21 bzw. 22 um die Schwenkachse 83 in Richtung A stattfindet und die ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 bzw. L6 um die Achse der Schwenkwelle 83 (Fig. 15) verschwenkt werden, wodurch die Zeichenstrahlen L5 und L6 parallel zueinander ausgerichtet werden.

Die Gruppe der ersten Zeichenstrahlen L5, die vom Strahl­ aufteiler 21 ausgesendet werden, fällt auf zwei optische Sammelsysteme 26 und 31, die zur Änderung des Teilungsab­ standes dienen. Die Gruppe der zweiten Zeichenstrahlen L6, die vom Strahlaufteiler 22 ausgesendet werden, fällt auf die optischen Sammelsysteme 27 und 32. Die optischen Syste­ me 26, 31 und 27, 32 ändern die Teilungsabstände der acht ersten Zeichenstrahlen L5 sowie der acht zweiten Zeichen­ strahlen L6, so daß die jeweiligen Teilungsabstände den Teilungsabständen der akustooptischen 8-Kanal-Modulatoren 36 und 37 entsprechen.

Die optischen Systeme 26 und 31 zum Ändern des Teilungsab­ standes sind in der X-Richtung (Fig. 1, 12, 13) durch die X-Einstellvorrichtung 91 (Fig. 12) bewegbar und einstell­ bar, um die erste Gruppe der ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 in Richtung der zweiten Gruppe der ausgerichteten Zei­ chenstrahlen L6 (Fig. 16) zu bewegen. Somit bilden die op­ tischen Systeme 26 und 31 eine zweite Einstellvorrichtung, um die Abweichung der Gruppen von Strahlen in X-Richtung abzugleichen.

Die X-Einstellvorrichtung 91 enthält eine stationäre Wand 93, die von der Basis 92 nach oben ragt, sowie eine beweg­ liche Wand 94, die in vertikaler Richtung, d. h. in X-Richtung in Fig. 12 bewegbar ist. Der Mikrometerkopf 95 ist im oberen Teil der beweglichen Wand 94 montiert und verläuft in vertikaler Richtung. Durch die Wand 94 verläuft ein Loch 94a, in welchem das optische System 26 (31) befe­ stigt ist. Die Wand 93 hat ein Loch 93a, in welchem ein ringförmiges Teil 26a (31a) des optischen Systems 26 (31) beweglich eingesetzt ist.

Das Loch 93a hat einen größeren Durchmesser als das ring­ förmige Teil 26a (31a), so daß es möglich ist, daß sich letzteres darin mit der beweglichen Wand 94 bewegen kann. Die Wand 94 ist durch ein Vorspannmittel (nicht darge­ stellt) in vertikaler Richtung vorgespannt, um das optische System 26 (31) und den Mikrometerkopf 95 in dieselbe Rich­ tung vorzuspannen. Demzufolge wird die Spindel 26 des Mikrometerkopfes 95 an ihrem vorderen Ende gegen das obere Teil der stationären Wand 93 gedrückt. Durch den Aufbau der X-Einstellvorrichtung 91 kann das optische System 26 (31) in vertikaler Richtung (X-Richtung) durch die bewegliche Wand 94 verschoben und justiert werden, wenn die Spindel 96 durch den Mikrometerkopf 95 hin und her bewegt wird.

Der Strahlumlenker 38 und der Polarisations-Strahlteiler 40, die eine Y-Einstellvorrichtung (dritte Einstellvorrich­ tung) bilden, werden bewegt, um die ersten Zeichenstrahlen L5 in Y-Richtung, d. h. hin zu den zweiten Zeichenstrahlen L6 (Fig. 17) zu verstellen, wodurch die Lagebeziehung zwi­ schen den beiden Zeichenstrahlen L5, L6 justierbar wird. Der Strahlumlenker 38 wird um die Schwenkachse 38a (Fig. 2) verdreht, die in X-Richtung verläuft, um die ersten Zei­ chenstrahlen L5 in Y-Richtung zu verstellen. Der Polarisa­ tions-Strahlteiler 40 ist durch die Y-Einstellvorrichtung 85 (Fig. 10) gelagert, so daß er in Y-Richtung bewegt wer­ den kann.

Die Y-Einstellvorrichtung 85 enthält eine Basis 86, die auf dem Tisch 10 der Laser-Zeicheneinrichtung 11 befestigt ist, ein bewegliches Teil 87, das in Y-Richtung relativ zur Ba­ sis 86 bewegt werden kann, und einen Mikrometerkopf 89, der auf der Basis 86 gelagert ist und sich in Y-Richtung er­ streckt. Der Polarisations-Strahlteiler 40 ist auf dem be­ weglichen Teil 87 befestigt, so daß die teildurchlässige Spiegeloberfläche 40a unter einem Winkel von 45° in Y-Richtung geneigt ist. Das bewegliche Teil 87 ist durch Vorspannmittel (nicht dargestellt) in Richtung des Mikrome­ terkopfes 89, d. h. in Richtung links in Fig. 10, vorge­ spannt, so daß eine Seitenfläche gegen das vordere Ende der Spindel 90 des Mikrometerkopfes 89 gedrückt wird. Wenn die Spindel 90 in Längsrichtung durch Betätigen des Mikrometer­ kopfes 89 bewegt wird, so bewegt sich der Polarisations- Strahlteiler 40 in Y-Richtung und verstellt die ersten Zei­ chenstrahlen L5 in Y-Richtung (Fig. 11).

Der Polarisations-Strahlteiler 40 bildet ein Strahlenkombi­ nationsmittel, um die erste Gruppe von ausgerichteten Zei­ chenstrahlen L5, die durch den Strahlumlenker 38 abgelenkt sind, und die zweite Gruppe von ausgerichteten Zeichen­ strahlen L6, die durch die λ/2-Platte 39 mit einem vorgege­ benen Teilungsabstand in X-Richtung geleitet werden, auszu­ richten. Die Polarisationsrichtung der ersten Zeichenstrah­ len L5 wird nicht geändert. Sie werden durch die teildurch­ lässige Spiegelfläche 40a um 90° abgelenkt. Die Polarisati­ onsrichtung der zweiten Zeichenstrahlen L6 wird um 90° in bezug auf die Polarisationsrichtung der ersten Zeichen­ strahlen L5 durch die λ/2-Platte 39 geändert, um sie dann durch die teildurchlässige Spiegeloberfläche 40a hindurch­ zuleiten. Somit werden die Zeichenstrahlen L5 und L6 mit einer Differenz von 90° in der Polarisationsrichtung durch den Polarisations-Strahlteiler 40 kombiniert, um einander abwechselnd längs einer Linie in X-Richtung ausgerichtet zu werden.

Die akustooptischen 8-Kanal-Modulatoren 36 und 37 dienen dazu, den Unterschied in der Intensität bzw. Lichtleistung zwischen den acht ersten Zeichenstrahlen L5 und den acht zweiten Zeichenstrahlen L6 auszugleichen. Die Modulatoren 36 und 37 dienen auch dazu, die Zeichenstrahlen L5 und L6 durch die Steuerung 8 abhängig von vorbestimmten Daten un­ abhängig voneinander zu steuern. Dadurch werden die ersten und die zweiten Zeichenstrahlen L5 und L6 unabhängig von­ einander mit EIN/AUS-Zeichendaten versehen. Die Modulatoren 36 und 37 bestehen beispielsweise jeweils aus einem Kri­ stall aus Telluriumdioxid, welches einen akustooptischen Effekt zeigt, bei dem der Brechungsindex des Kristalls ge­ ringfügig proportional zur Frequenz einer Ultraschallwelle geändert wird, die auf den Kristall einwirkt.

Die akustooptischen Modulatoren 36 und 37 erzeugen eine be­ stimmte Ausbreitungswellenform einer Ultraschallwelle in­ nerhalb des Kristalls, um den Laserstrahl zu beugen, wenn ein hochfrequentes elektrisches Feld an Wandlern angelegt wird, die an einander gegenüberliegenden Enden des Kri­ stalls vorgesehen sind. Wenn kein hochfrequentes elektri­ sches Feld angelegt wird, wird der Laserstrahl, der auf dem Kristall unter einem Bragg-Winkel einfällt, durch die aku­ stooptischen Modulatoren übertragen. Demzufolge kann eine EIN/AUS-Steuerung der einfallenden Strahlen L5 und L6 auf einfache Weise durch Einschalten eines hochfrequenten elek­ trischen Feldes an die akustooptischen Modulatoren 36 und 37 erfolgen. Jeder akustooptische Modulator 36 und 37 hat acht Kanäle, die so ausgerichtet sind, daß sie die ausge­ richteten Zeichenstrahlen L5 (L6) empfangen und die einfal­ lenden Strahlen in Querrichtung (Y-Richtung in Fig. 1) mo­ dulieren. Darüber hinaus ist jeder Modulator 36 und 37 mit einem Spalt 78 versehen (Fig. 7), der sich in vertikaler Richtung, d. h. in X-Richtung in Fig. 1, so erstreckt, daß er mit den acht Kanälen übereinstimmt.

Der Monitorstrahl Lm ist unabhängig von den Strahlen L2, L5 und L3, L6 und hat einen optischen Pfad, der um einen vor­ bestimmten Abstand von den optischen Pfaden der Zeichen­ strahlen L5 und L6 beabstandet ist. Der Monitorstrahl Lm wird durch die Spiegel 54 und 25 abgelenkt und breitet sich längs eines optischen Pfads aus, der, wie erwähnt, von den optischen Pfaden der Zeichenstrahlen L5 und L6 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist. Danach wird der Mo­ nitorstrahl durch die Spiegel 35 und 60 abgelenkt und nä­ hert sich den Zeichenstrahlen L5 und L6. Der Monitorstrahl Lm verläuft dann entlang eines optischen Pfads nahe den op­ tischen Pfaden der Zeichenstrahlen L5 und L6 durch die Linse 71, den Strahlenablenker 41 und den Linsen 52 etc.

Die Bilddrehvorrichtung 43 enthält ein Spiegelsystem, wel­ ches die 16 ausgerichteten Strahlen der Zeichenstrahlen L5 und L6 auf das Substrat S. das auf der Zeichentischoberflä­ che T angeordnet ist, beim Scannen durch den Polygonspiegel 46 unter einem vorbestimmten schrägen Winkel richtet. Ob­ wohl die 16 Strahlen der ersten Zeichenstrahlen L5 und der zweiten Zeichenstrahlen L6 längs einer Linie in der Haupt- Abtastrichtung, d. h. in der X-Richtung, des Polygonspiegels 46, bevor sie auf die Bilddrehvorrichtung 43 auffallen, ausgerichtet sind, werden sie in bezug auf die X-Richtung im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel gedreht, wenn sie von der Bilddrehvorrichtung 43 ausgesendet werden, wie beispielsweise in Fig. 15 zu sehen ist.

Die Zeichenstrahlen L5 und L6 und der Monitorstrahl Lm wer­ den durch die Strahlumlenker 44 und 45 abgelenkt und fallen danach auf die Reflexionsflächen 46a des Polygonspiegels 46 auf. Wenn der Polygonspiegel 46 um seine Drehwelle 73 im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 14 sich dreht, so wird der Ablenkwinkel θ kontinuierlich geändert, um die Zeichen­ strahlen L5 und L6 und den Monitorstrahl Lm durch die Re­ flexionsflächen 46a in der Abtastrichtung zu bewegen. Die Zeichenstrahlen L5 und L6 werden durch die fθ-Linse 47 und die Kondensorlinse 49 geleitet und dann auf das Substrat 5 gerichtet, das auf der Tischoberfläche T angeordnet ist. Die Drehwelle 73 des Polygonspiegels 46 wird durch ein Lager (nicht dargestellt) gelagert, so daß seine Neigung in der Y-Richtung um einen Winkel β verschoben werden kann. Die Einhaltung eines rechten Winkels zwischen der Hauptab­ tastlinie in bezug auf die Nebenabtastlinie beim Poly­ gonspiegel 46 kann somit einfach und bei Bedarf eingestellt werden.

Die fθ-Linse 47 trägt dazu bei, daß das Problem eliminiert wird, daß die Position des Punktbildes der Zeichenstrahlen auf der Abtastoberfläche der Tischfläche T (Fig. 1) nicht proportional dem Ablenkwinkel θ ist, sondern durch tanθ be­ stimmt ist, und die Abtastgeschwindigkeit im oberen Ab­ schnitt der Abtastoberfläche erhöht ist. Die fθ-Linse 47 enthält mehrere konvexe und konkave Linsen, wobei die Bild­ höhe des Punktbildes auf der Abtastoberfläche proportional dem Ablenkwinkel θ, definiert durch den reflektierten Strahl und die optische Achse der fθ-Linse, ist, so daß die Zeichenstrahlen mit gleicher Abtastgeschwindigkeit bzw. Zeichengeschwindigkeit bewegt werden können.

Der durch die fθ-Linse 47 und die Kondensorlinse 49 zusam­ men mit den Zeichenstrahlen L5 und L6 übertragene Monitor­ strahl Lm wird nachfolgend durch die Spiegel 51a und 51b reflektiert, um seine Richtung um 180° zu ändern, und fällt auf den X-Maßstab 50 auf, der in der gleichen Position wie die Bildfläche der Tischfläche T angeordnet ist. Der X-Maßstab 50 besteht aus einer Glasplatte, die mit einem oder mehreren Schlitzen versehen ist, um die Funktion eines Lineardekoders zu übernehmen. Der durch den X-Maßstab 50 übertragene Monitorstrahl Lm wird reflektiert und durch längliche Spiegel 63 und 64 gebündelt und trifft dann ge­ bündelt durch die Kondensorlinse 48 auf den Fotodetektor 62 auf. Wenn die Positionen der 16 Strahlen der Zeichenstrah­ len L5 und L6 in Übereinstimmung mit der Position des Moni­ torstrahls Lm, detektiert durch den Fotodetektor 62, erfaßt werden, wird ein Steuerungssignal von der Steuerung 8 (z. B. einem Mikrocomputer) in Übereinstimmung mit den erhaltenen Detektionsdaten ausgesandt. Demzufolge werden die 16 Strah­ len der ersten und der zweiten Zeichenstrahlen L5 und L6 unabhängig voneinander gesteuert (d. h. ein- und ausgeschal­ tet), abhängig vom Steuersignal.

Die punktförmigen Strahlflecken der Zeichenstrahlen L5 und L6, die auf die Oberfläche T des Zeichentisches unter einem geringfügig schrägen Winkel auftreffen, werden durch die akustooptischen Modulatoren mit jeweils acht Kanälen so eingestellt, daß jeder Fleckdurchmesser beispielsweise 30 µm beträgt. Demzufolge kann eine Unregelmäßigkeit in der Strahlleistung unter den Strahlflecken, wie in Fig. 20 dar­ gestellt ist, eliminiert werden, wie aus Fig. 21 zu erken­ nen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilungsabstand zwischen den Strahlflecken, d. h. der Ab­ stand a in Fig. 18, so durch die Modulatoren 36 und 37 ein­ gestellt, daß er beispielsweise 5 µm beträgt.

Die in den Fig. 18 bis 21 gezeigte Linie L, die durch die längs der Nebenabtastrichtung ausgerichteten Strahlflecken gezeichnet worden ist, wird durch geeignetes Ein- und Aus­ schalten der akustooptischen Modulatoren 36 und 37 erzeugt. Beim Zeichnen der Linie L ist es erforderlich, einen Ab­ stand c (Fig. 21) zwischen benachbarten Strahlflecken der Zeichenstrahlen L5 und L6 vorzusehen, um ein gegenseitiges Stören zu unterbinden. Wenn beispielsweise die Belichtung durch den Zeichenstrahl L6, der dem untersten Zeichenstrahl L5 benachbart ist, sofort nach Abschluß der Belichtung des untersten Zeichenstrahls L5 in Fig. 21 stattfindet, kann eine gerade Zeichenlinie L nicht erhalten werden. Die Steuerung 8 verzögert daher die Belichtung des nachfolgen­ den Zeichenstrahls L5 um eine vorbestimmte Verzögerungs­ zeit. Demzufolge kann der nachfolgende Strahlfleck des zweiten Zeichenstrahls L6 sich ordnungsgemäß dem vorange­ gangenen Strahlfleck des ersten Zeichenstrahls L5 anschlie­ ßen. Die in Fig. 21 gezeigte gerade Linie kann durch mehr­ faches Durchführen des Steuerprozesses erzeugt werden, wie oben erwähnt ist. Wenn beim Steuervorgang die Linie L wegen ungleichen Stellungen der Strahlflecken nicht gerade ist, wie in Fig. 18 zu sehen ist, wird die zeitliche Modulation der akustooptischen Modulatoren 36 und 37 abhängig vom Steuersignal variiert, das von der Steuerung 8 ausgegeben wird, um die Zeichenlinie L zu korrigieren, wie in Fig. 19 zu sehen ist.

Die Strahlablenker 13, 14, 23 bis 25, 28 bis 30, 35, 38, 41, 44, 45 und 54 sind jeweils mit einem ringförmigen Spie­ gellager 74 ausgestattet. Jedes Spiegellager 74 hat an sei­ ner Vorderfläche (rechts in Fig. 6) einen am Innenumfang umlaufenden Flansch 74a, der eine Anlagefläche bildet, wie in Fig. 6 zu sehen ist. Der Spiegel 75, der in das Spiegel­ lager 74 eingesetzt ist, liegt an der rückseitigen Fläche des Flansches 74a an. Ein Haltering 77 ist in das Spiegel­ lager 74 unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Teils 76 eingeschraubt, das stoßabsorbierend wirkt. Dadurch ist es möglich, nicht nur den Spiegel 75 auf einfache Weise auszutauschen, sondern der Spiegel 75 kann in einer Refe­ renzsstellung positioniert werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Laser-Zeichenein­ richtung 11 erläutert. Zunächst wird das Substrat 5, auf dem das Schaltungsmuster erzeugt werden soll, in eine ge­ eignete Lage gebracht, in der das Positionsloch (nicht dar­ gestellt) des Substrats mit einem entsprechenden Abschnitt der Substrateinstellvorrichtung (nicht dargestellt) ausge­ richtet ist. Wenn das Substrat 5 in diese Referenzposition gebracht worden ist, ist es in Y-Richtung bewegbar und um die Schwenkwelle (nicht dargestellt) durch den Y-Tisch und den Schwenkmechanismus (nicht dargestellt) der Substratein­ stellvorrichtung verschwenkbar.

In diesem Zustand wird der Ar-Laser 12 aktiviert, um einen Laserstrahl L1 auszusenden. Dieser Laserstrahl L1 wird durch den Strahlumlenker 13 abgelenkt, durch die Einstell- Zielscheiben 15 geleitet und fällt dann auf das teildurch­ lässige Prisma 16 auf, durch das der Laserstrahl in den Strahl L2, der geradeaus weiterläuft, und den Zeichenstrahl aufgeteilt wird, der um 90° in Richtung des Halbspiegels 14 abgelenkt wird. Der abgelenkte Strahl wird dann durch den Halbspiegel 14 in den Strahl L3, der um 90° abgelenkt wird und parallel zum zweiten Strahl L2 verläuft, und den Moni­ torstrahl Lm aufgeteilt, der auf den Spiegel 54 fällt und um 90° abgelenkt wird.

Der Strahl L2 fällt nach Durchlaufen der Linse 65, der Ein­ stell-Zielscheibe 17 und der Linse 67 auf den akustoopti­ schen Modulator 19. Der Strahl L3 wird durch die Linsen 66 und 68 übertragen und fällt dann auf den akustooptischen Modulator 20. Durch die akustooptischen Modulatoren 19 und 20 wird der Unterschied in der Lichtmenge bzw. der Licht­ leistung zwischen den Strahlen L2 und L3 eliminiert. Die Strahlen L2 und L3 werden in acht erste Zeichenstrahlen L5 und acht zweite Zeichenstrahlen L6 durch die Strahlauftei­ ler 21 bzw. 22 aufgeteilt. Die Zeichenstrahlen L5 und L6 verlaufen parallel in X-Richtung. Die Zeichenstrahlen L5 und L6 werden durch die optischen Bündelsysteme 26 und 27 zum Ändern des Teilungsabstandes geleitet, um 90° durch die Strahlumlenker 28 und 29 abgelenkt und dann auf die aku­ stooptischen Modulatoren 36 und 37 über die optischen Bün­ delungssysteme 31 und 32 zum Ändern des Teilungsabstandes geleitet.

Der Unterschied in der Lichtleistung zwischen den acht Strahlen des ersten und des zweiten Zeichenstrahls L5 und L6 wird durch den akustooptischen Effekt der Modulatoren 36 und 37 mit je acht Kanälen eliminiert. Die Zeichenstrahlen L5 und L6 werden durch die Steuerung 8 abhängig vom ge­ trennten Anlegen eines hochfrequenten elektrischen Feldes an die Modulatoren 36 und 37 moduliert bzw. ein- und ausge­ schaltet.

Die vom Modulator 36 ausgesendeten ersten Zeichenstrahlen L5 werden durch den Strahlablenker 38 um 90° abgelenkt. Die ersten Zeichenstrahlen L5 fallen dann auf den Polarisati­ ons-Strahlenteiler 40 auf und werden durch die teildurch­ lässige Spiegelfläche 40a um 90° abgelenkt. Die vom Modula­ tor 37 ausgesendeten zweiten Zeichenstrahlen L6 werden durch die λ/2-Platte 39 übertragen, wobei ihre Polarisati­ onsrichtung geändert wird. Die zweiten Zeichenstrahlen L6 fallen dann auf den Polarisations-Strahlenteiler 40 auf und werden durch die teildurchlässige Spiegeloberfläche 40a hindurchgelassen. Die Zeichenstrahlen L5 und L6 werden dann nacheinander durch den Polarisations-Strahlenteiler 40 zu­ sammengesetzt, so daß die 16 Strahlen längs einer Linie in X-Richtung ausgerichtet sind.

Die Steuerung 8 betätigt die Substrat-Einstellvorrichtung (nicht dargestellt) in Synchronisation mit dem Abtastvor­ gang der Zeichenstrahlen L5 und L6 durch den Polygonspiegel 46, um das Substrat S auf der Fläche T des Zeichentisches in Y-Richtung zu verschieben. Auf dem Substrat 5 wird ein zweidimensionales vorbestimmtes Schaltungsmuster durch die 16 Strahlen der Zeichenstrahlen L5 und L6 erzeugt (d. h. ge­ zeichnet oder belichtet), die wahlweise in einem leicht schrägen Winkel in bezug auf die X-Richtung ausgesendet werden. Die Zeichengeschwindigkeit beträgt theoretisch das 16fache derjenigen, die beim Zeichnen eines Schaltungsmu­ sters durch einen einzigen Zeichenstrahl erreicht wird.

Die im folgenden beschriebene Justierung der Zeichenstrah­ len kann vor dem Ausführen des Zeichenvorgangs durch die Laser-Zeicheneinrichtung 11 durchgeführt werden. Beispiels­ weise wird auf die Fläche T des Zeichentisches ein Detektor 9, beispielsweise ein CCD-Detektor aufgebracht. Auf ähnli­ che Weise wie beim Zeichnen eines Schaltungsmusters auf dem Substrat 5 wird der Laserstrahl L1 durch den Ar-Laser 12 ausgesendet, so daß die aufgeteilten Strahlen L5 und L6 auf den Detektor 9 einfallen. Der Mikrometerkopf 84 der Schwenkeinstellvorrichtung 79 wird betätigt, während das durch den Detektor 9 erfaßte Zeichenbild beobachtet wird. Der Strahlaufteiler 22 wird um die Welle 83 in Richtung A in Fig. 9 geschwenkt, um die ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 beispielsweise in Richtung α in Fig. 15 zu verdrehen, wodurch die Zeichenstrahlen L5 parallel zu den Zeichen­ strahlen L6 ausgerichtet werden. Alternativ ist es möglich, den Strahlaufteiler 21 um die Welle 83 zu verschwenken, um die Zeichenstrahlen L6 in Richtung entgegengesetzt der Richtung α in Fig. 15 zu verdrehen, wodurch die Zeichen­ strahlen L6 parallel zu den Zeichenstrahlen L5 ausgerichtet werden.

Danach wird die X-Einstellvorrichtung 91 betätigt, während das durch den Detektor 9 erfaßte Zeichenbild beobachtet wird. Die optischen Systeme 26 und 31 zum Einstellen des Teilungsabstandes werden entsprechend in X-Richtung, d. h. in die Hauptabtastrichtung des Polygonspiegels 46 bewegt, um ausschließlich die Zeichenstrahlen L5 in X-Richtung zu verschieben, die auf die Oberfläche des Zeichentisches un­ ter einem schrägen Einfallswinkel einfallen (Fig. 16). Wei­ terhin wird der Mikrometerkopf 89 der Y-Einstellvorrichtung 85 betätigt, um den Polarisations-Strahlteiler 40 in Y-Richtung zu bewegen, um dadurch die Zeichenstrahlen L5 in Y-Richtung, d. h. in der Nebenabtastrichtung des Poly­ gonspiegels 46 zu verschieben. Dadurch werden die Strahl­ flecken der Zeichenstrahlen L5 und L6 in einen vorbestimm­ ten Teilungsabstand zueinander ausgerichtet (Fig. 17). Zu beachten ist, daß die Justierung durch die Schwenkeinstell­ vorrichtung 79, die X-Einstellvorrichtung 91 und die Y-Einstellvorrichtung 85 in einer von der oben beschriebe­ nen Reihenfolge abweichenden Reihenfolge ausgeführt werden kann.

Claims (13)

1. Laser-Zeicheneinrichtung mit
einer Laserlichtquelle (12),
einem Strahlteiler (16) zum Aufteilen des von der Laserlichtquelle (12) aus­ gesendeten Laserlichtes (L1) in mindestens zwei Laserstrahlen (L2, L3),
einem ersten Strahlaufspaltelement (21) zum Aufspalten eines der Laser­ strahlen (L2) in ein erstes Strahlbündel von in einer ersten Ebene ausge­ richteten Zeichenstrahlen (L5), und
einem zweiten Strahlaufspaltelement (22) zum Aufspalten des anderen La­ serstrahl (L3) in ein zweites Strahlbündel von in einer zweiten Ebene ausge­ richteten Zeichenstrahlen (L6),
gekennzeichnet durch
ein Mittel (40) zum Kombinieren der beiden Strahlbündel zu einem zusam­ mengesetzten Strahlbündel derart, daß in dem zusammengesetzten Strahl­ bündel die Zeichenstrahlen (L5, L6) des ersten Strahlbündels und des zwei­ ten Strahlbündels alternierend angeordnet sind,
eine erste Einstellvorrichtung (79) zum Schwenken mindestens eines der Strahlaufspaltelemente (21) um eine zu den Zeichenstrahlen (L5) parallel verlaufende Achse derart, daß das entsprechende Strahlbündel um diese Achse geschwenkt wird,
eine zweite Einstellvorrichtung (91, 26, 31) zum Bewegen mindestens eines der Strahlbündel in einer zu einer Hauptabtastrichtung (X) parallelen Rich­ tung, und
eine dritte Einstellvorrichtung (38, 40) zum Bewegen mindestens eines der Strahlbündel in einer zur Hauptabtastrichtung (X) senkrechten Richtung (Y).

2. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die erste Einstellvorrichtung (79) mindestens eines der Strahlaufspal­ telemente (21, 22) so gelagert ist, daß es um die zu den Zeichenstrahlen (L5, L6) parallele Achse schwenkbar ist.

3. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einstellvorrichtung eine Welle (83), die das Strahlaufspaltelement (21, 22) um die Achse drehbar lagert, und eine Schwenkeinstellvorrichtung (79) mit einer Mikrometerschraube (84) hat, welche das Strahlaufspaltele­ ment (21, 22) so verschiebt, daß es um die Welle (83) geschwenkt wird.

4. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Einstellvorrichtung (91) eine Optik (26, 31, 27, 32) enthält, die zum Ändern des Teilungsabstands (a) minde­ stens eines der Strahlbündel in einer zur Hauptabtastrichtung (X) parallelen Richtung bewegbar ist.

5. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik zwei optische Sammelsysteme (26, 31, 27, 32) hat, die längs des Lichtwegs des Strahlbündels angeordnet und in einer zur Hauptabtastrich­ tung (X) parallelen Richtung bewegbar sind.

6. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik für jedes Strahlbündel zwei Sammelsysteme (26, 31, 27, 32) hat.

7. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Einstellvorrichtung (91) eine auf einem Tisch (10) der Laser-Zeicheneinrichtung befestigte Basis (92) und ein gegenüber der Basis (92) bewegbares Teil (94) hat, das eines der Sammelsysteme (26, 31) zum Ändern des Teilungsabstandes (a) lagert.

8. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Kombinieren der Strahlbündel einen Polarisations-Strahlteiler (40) enthält, auf den das erste Strahlbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung und das zweite Strahlbündel mit einer zweiten Polarisationsrichtung trifft, wobei der Polarisations-Strahlteiler (40) das erste Strahlbündel reflektiert und das zweite Strahlbündel durchläßt.

9. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einstellvorrichtung eine Vorrichtung (85) hat, die den Polarisations- Strahlteiler (40) derart in Richtung (Y) senkrecht zur Hauptabtastrichtung (X) bewegt, daß beide Strahlbündel nach dem Verlassen des Polarisations- Strahlteilers (40) in einer Ebene liegen.

10. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die dritte Einstellvorrichtung einen Strahlumlenker (38) hat, der den Einfallswinkel eines der beiden Strahlbündel in bezug auf den Polarisations- Strahlteiler (40) ändert.

11. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dritte Einstellvorrichtung versehen ist mit einer auf dem Tisch (10) der Laser-Zeicheneinrichtung befestigten Basis (85), einem beweglichen Teil, das den Polarisations-Strahlteiler (40) lagert, und einer Mi­ krometerschraube (89), durch die das bewegliche Teil in Richtung (Y) senk­ recht zur Hauptabtastrichtung (X) bewegbar ist.

12. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch Modulatoren (36, 37) zum Modulieren der in den Strahlbün­ deln enthaltenen Zeichenstrahlen (L5, L6).

13. Verfahren zum Justieren einer Laser-Zeicheneinrichtung, bei dem
das von einer Laserlichtquelle (12) ausgesendete Laserlicht (L1) in minde­ stens zwei Laserstrahlen (L2, L3) aufgeteilt wird,
einer der Laserstrahlen (L2) in ein erstes Strahlbündel von in einer ersten Ebene ausgerichteten Zeichenstrahlen (L5) aufgespaltet wird,
der andere Laserstrahl (L3) in ein zweites Strahlbündel von in einer zweiten Ebene ausgerichteten Zeichenstrahlen (L6) aufgespaltet wird und
die beiden Strahlbündel derart zu einem zusammengesetzten Strahlbündel kombiniert werden, daß in dem zusammengesetzten Strahlbündel die Zei­ chenstrahlen (L5, L6) des ersten Strahlbündel und des zweiten Strahlbün­ dels alternierend angeordnet sind, wobei
unter Beobachtung eines von dem zusammengesetzten Strahlbündel auf ei­ ner Zeichenoberfläche (T) erzeugten Zeichenbildes mindestens eines der Strahlbündel um eine zu den Zeichenstrahlen dieses Strahlbündels parallele Achse geschwenkt, in einer zu einer Hauptabtastrichtung (X) parallelen Richtung bewegt und in einer zur Hauptabtastrichtung (X) senkrechten Richtung (Y) bewegt wird, bis das Zeichenbild auf der Zeichenoberfläche (T) justiert ist.