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Die Erfindung betrifft eine Laser-Zeicheneinrichtung,
die geeignet ist, z.B. ein vorbestimmtes Schaltungsmuster auf einem
Schaltungssubstrat zu erzeugen.
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Bei einem bekannten Verfahren zum
Erzeugen eines Schaltungsmusters auf einem Schaltungssubstrat wird
ein Fotopolymer o.ä.
gleichmäßig auf das
Substrat aufgebracht, das mit einer dünnen Schicht aus elektrisch
leitendem Material, beispielsweise Kupfer, überzogen ist. Danach wird das
Substrat mit ultraviolettem Licht belichtet, beispielsweise während das
Substrat mit einer Belichtungsmaske (Fotomaske) mit einer vorgegebenen
Struktur maskiert wird, 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 Chemikalien im flüssigen Zu stand
unterzogen, so daß das
belichtete leitende Metall herausgelöst wird. An Stellen des Substrats, an
denen die nicht belichtete Fotopolymerschicht noch vorhanden ist,
tritt keine Korrosion ein. Dadurch wird ein Schaltungsmuster auf
dem Substrat erzeugt, das dem Muster der Fotomaske entspricht.
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Beim bekannten Herstellungsverfahren
erfordert es eine lange Zeit und eine große Anzahl von Prozeßschritten,
um die Fotomaske zu prüfen.
Weiterhin ist es erforderlich, nicht nur eine bestimmte Umgebung
für die
Fotomaske zu erzeugen, in der die Temperatur und die Feuchtigkeit
konstant gehalten wird, 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.
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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 Belichtungs-Fotomaske zu verwenden.
Bei diesem bekannten Verfahren werden zwar die Nachteile der weiter
oben beschriebenen Herstellmethode mit einer Fotomaske vermieden,
jedoch ist die Zeichengeschwindigkeit sehr langsam.
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Es ist auch bekannt, das Schaltungsmuster direkt
auf das Substrat zu zeichnen bzw. dieses direkt zu belichten, wobei
ein Abtast-Laserstrahl verwendet wird, der das Substrat mittels
eines Polygonspiegels abtastet. Eine Belichtungs-Fotomaske ist bei diesem Verfahren nicht
erforderlich. Die im Zusammenhang mit der Fotomaske auftretenden
Nachteile werden also vermieden. Da für unterschiedliche Polarisationskomponenten
des Laserstrahls das Reflexionsverhalten der Linse verschieden ist,
die zwischen der Laserlichtquelle und dem Substrat angeordnet ist,
ergeben sich jedoch weitere Probleme, die im folgenden diskutiert
werden.
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Es ist unproblematisch, wenn der
Laserstrahl durch die Linse in ihrer Mittelachse hindurchgeht. Wenn
jedoch der Laserstrahl durch Abschnitte der Linse außerhalb
der Mittelachse hindurchgeht, so wird der aus der Linse austretende
Laserstrahl in Bezug auf den einfallenden Strahl wegen des Unterschieds
im Reflexionsvermögen
zwischen unterschiedlichen Polarisationskomponenten des Laserstrahls
abgelenkt oder verdreht. Dieser Effekt reduziert die von der Linse
austretende Lichtmenge.
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Eine Laser-Zeicheneinrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift
US 4 896 169 bekannt. Bei
dieser Laser-Zeicheneinrichtung wird ein Laserstrahl in zwei Strahlen
aufgeteilt und jeder dieser beiden Strahlen weiter in eine Gruppe
von Strahlen aufgeteilt. Die beiden Gruppen werden dann wieder zusammengeführt und
die zusammengeführten
Strahlen in Hauptabtastrichtung über
das Aufzeichnungsmaterial abgelenkt. Auch aus der Druckschrift
US 5 043 566 ist es bekannt,
einen Laserstrahl in zwei Strahlen aufzuteilen und nach Durchlaufen
unter anderem eines akustooptischen Modulators wieder zusammenzuführen, so
daß die beiden
Strahlen nebeneinander liegen. In dieser Druckschrift geht es in
erster Linie darum, einen Monitorstrahl in der Weise von einem Abtaststrahl
räumlich
zu trennen und mit diesem wieder zusammenzuführen, daß der räumliche Versatz zwischen Monitorstrahl
und Abtaststrahl möglichst
gering ist. Schließlich
wird auf die Druckschrift
US
3 820 123 verwiesen, aus der es bekannt ist, einen La-
serstrahl mittels eines akustooptischen Modulators in mehrere Teilstrahlen
aufzuspalten, um mehrere Zeilen gleichzeitig schreiben zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Laser-Zeicheneinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben,
bei der eine polarisationsbedingte Verringerung der Lichtmenge der
außeraxial auf
die Linse treffenden Zeichenstrahlen vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die Erfindung wird erreicht,
daß das von
der Linse ausgesendete Strahlenbündel
eine definierte Schwingungsrichtung hat. Ein Strahlungsverlust an
der Linse findet nicht statt. Gemäß der Erfindung wird der von
der Laserlichtquelle ausgesandte Laserstrahl in mehrere Gruppen
von Strahlen aufgeteilt, die in der Meridianlinie der Linse ausgerichtet sind.
Das Laserlicht ist linear polarisiert, wenn es auf die Linse fällt. Die
Schwingungsrichtung der jeweiligen aufgeteilten Strahlen ist parallel
zur Meridianlinie der Linse oder senkrecht dazu. Durch die Erfindung wird
erreicht, daß die
durch die Linse hindurchgehende Lichtmenge nicht verringert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt
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1 eine
Laser-Zeicheneinrichtung nach der Erfindung,
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2 eine
schematische Draufsicht auf die Laser-Zeicheneinrichtung nach 1,
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3 eine
schematische Draufsicht auf die wesentlichen Komponenten der in 1 gezeigten Laser-Zeicheneinrichtung,
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4 und 5 Ansichten eines optischen
Sammellinsensystems zum Ändern
des Teilungsabstandes, auf das Laserlicht einfällt und dieses wieder aussendet,
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6 eine
Vorderansicht einer Schwenkeinstellvorrichtung,
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7 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht des Strahlaufteilers,
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8 einen
Querschnitt des in 7 gezeigten
Strahlaufteilers,
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9 einen
Querschnitt einer Einstellvorrichtung für Einstellungen in Richtung
der X-Achse (X-Einstellvorrichtung),
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10 eine
perspektivische Ansicht eines optischen Sammelsystems zur Änderung
des Teilungsabstandes, welches die X-Einstellvorrrichtung bildet,
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11 eine
Draufsicht auf eine Einstellvorrichtung für die Einstellung des Strahls
in Richtung der Y-Achse (Y-Einstellvorrichtung),
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12 eine
Ansicht eines Polarisations-Strahlteilers, der in Richtung der Y-Achse
durch die Y-Einstellvorrichtung verschiebbar ist,
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13 eine
perspektivische Ansicht eines akustooptischen Modulators,
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14 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht eines Polygonspiegels,
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15 eine
Querschnitt eines Strahlenumlenkers,
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16 eine
Ansicht zweier Gruppen von Zeichenstrahlen, die verdreht werden,
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17 eine
Darstellung einer der beiden Gruppen von Zeichenstrahlen, die in
Hauptabtastrichtung des Polygonspiegels verschoben wird,
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18 einer
der zwei Gruppen von Zeichenstrahlen, die in einer Nebenabtastrichtung
des Polygonspiegels verschoben wird,
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19 eine
Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen sowie einer Linie, die
durch die Zeichenstrahlen gezeichnet ist, bevor eine Justierung vorgenommen
worden ist,
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20 eine
Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete
Linie, nachdem eine Justierung vorgenommen worden ist,
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21 eine
Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete
Linie, bevor eine Justierung vorgenommen worden ist, und
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22 eine
Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete
Linie, nachdem eine Justierung vorgenommen worden ist
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23 den
nachteiligen Effekt, wenn Licht mit einer schrägen Schwingungsrichtung auf
eine Linse einfällt,
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24 den
nachteiligen Effekt, wenn die Schwingungsrichtung des einfallenden
Lichtes geneigt ist,
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25 den
zuvor erwähnten
Effekt für
mehrere Strahlen und
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26 den
zuvor erwähnten
Effekt für
mehrere Strahlen mit geneigter Schwingungsrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht
bzw. eine schematische Draufsicht auf eine Laser-Zeicheneinrich tung
nach der Erfindung. 3 zeigt
schematisch die Hauptkomponenten der in den 1 und 2 dargestellten
Laser-Zeicheneinrichtung.
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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 teildurchlässigen Strahlteiler
(Halbspiegel) 14, sowie Linsen 52, 53, 65, 71 auf
einem Tisch 10. Die Laser-Zeicheneinrichtung 11 enthält ferner
akustooptische Modulatoren 19 und 20, Strahlaufteiler 21 und 22,
optische Sammellinsensysteme 26, 31, 27 und 32 zur Änderung
des Teilungsabstandes, akustooptische Modulatoren mit acht Kanälen 36 und 37,
einen Strahlumlenker 38, ein optisches Sammellinsensystem 34,
eine λ/2-Platte 39,
einen Polarisationsstrahlteiler 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, die zum Überprüfen und
Erstellen der optischen Bahnen der Strahlgruppen L2 und L3 und den
Beobachtungsstrahls Lm dienen, wenn der Ar-Laser 12 ausgetauscht
wird.
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Weiterhin ist eine Substrat-Einstellvorrichtung
(nicht dargestellt) nahe der Laser-Zeicheneinrichtung 11 vorgesehen,
um ein Substrat S auf einem Zeichentisch T zu halten (vgl. die zweigepunktete
gestrichelte Linie in 1).
Die Substrateinstellvorrichtung hat einen Y-Tisch (nicht dargestellt),
der in Y-Richtung, d.h. in eine Nebenabtastrichtung des Polygonspiegels 46 entsprechend
der Querrichtung in 1 bewegbar
ist, und eine Schwenkvorrichtung (nicht dargestellt), die um eine
Drehwelle (nicht dargestellt) in vertikaler Richtung in 1 verschwenkbar ist.
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Der Ar-Laser 12 ist vom
wassergekühlten Typ
mit einer Ausgangsleistung von 1,8 W, der einen Laserstrahl L1 mit
einer Wellenlänge
von 488 nm emittiert. Die akustooptischen Modulatoren 19 und 20 dienen
zum Einstellen der Intensität
bzw. der Leistung der Strahlen L2 und L3, die durch das teildurchlässige Prisma 16,
welches als Strahlteiler wirkt, erzeugt 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 (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.
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Die von den akustooptischen Modulatoren 19 und 20 ausgesendeten
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 6 zu sehen ist, haben die
Strahlaufteiler 21 und 22 jeweils acht Emissionslöcher h,
die in Längsrichtung,
d.h. in vertikaler Richtung in 6,
ausgerichtet sind. Die Strahlaufteiler 21 und 22 sind
durch die Schwenkeinstellvorrichtung 79 (6) schwenkbar gelagert und können um
jeweilige Schwenkwellen koaxial zu den jeweils obersten Emissionslöchern h
in die durch den Pfeil A bezeichnete Richtung verdreht werden (6 und 7).
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Die Strahlaufteiler 21 und 22 enthalten
jeweils eine Vielzahl optischer Elemente 100 (8) in Plattenform, die durch
Klebetrennflächen 101 miteinander
verklebt oder verkittet 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
teilweise die Strahlen L2 bzw. L3, welche auf die obersten Einfallöcher ha
einfallen, die auf den Rückflächen der Strahlaufteiler 21 und 22 ausgebildet
sind durch und reflektieren sie teilweise.
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Die Schwenkeinstellvorrichtung 79 enthält ein Basisteil 80 (6), das auf einem Tisch 10 der Laser-Zeicheneinrichtung 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 Basisteil 80 verläuft, wie in 6 gezeigt ist. Die Wand 81 hat
einen Mikrometerkopf 84, der sich in Querrichtung in 6 erstreckt, d.h. in Y-Richtung
in 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 Gegenuhrzeigersinn
in 6 um die Schwenkachse 83 durch
ein Vorspannmittel (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 (16) verschwenkt werden,
wodurch die Zeichenstrahlen L5 und L6 parallel zueinander ausgerichtet
werden.
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Die Gruppe der ersten Zeichenstrahlen
L5, die vom Strahlaufteiler 21 ausgesendet werden, fällt auf
zwei optische Sammelsysteme 26 und 31, die zur Änderung
des Teilungsabstandes 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 Zeichenstrahlen
L6, so daß die
jeweiligen Teilungsabstände
den Teilungsabständen
der akustooptischen 8-Kanal-Modulatoren 36 und 37 entsprechen.
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Die optischen Systeme 26 und 31 zum Ändern des
Teilungsabstandes sind in der X-Richtung (1, 9, 10) durch die X-Einstellvorrichtung 91 (9) bewegbar und einstellbar,
um die erste Gruppe der ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 in Richtung
der zweiten Gruppe der ausgerichteten Zeichenstrahlen L6 (17) zu bewegen. Somit bilden die
optischen Systeme 26 und 31 eine zweite Einstellvorrichtung,
um die Abweichung der Gruppen von Strahlen in X-Richtung abzugleichen.
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Die X-Einstellvorrichtung 91 enthält eine
stationäre
Wand 93, die von der Basis 92 nach oben ragt,
sowie eine bewegliche Wand 94, die in vertikaler Richtung,
d.h. in X-Richtung in 9 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)
befestigt ist. Die Wand 93 hat ein Loch 93a, in
welchem ein ringförmiges
Teil 26a (31a) des optischen Systems 26 (31)
beweglich eingesetzt ist.
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Das Loch 93a hat einen größeren Durchmesser
als das ringförmige
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 dargestellt) in vertikaler Richtung
vorgespannt, um das optische System 26 (31) und
den Mikrometerkopf 95 in dieselbe Richtung 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.
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Der Strahlumlenker 38 und
der Polarisations-Strahlteiler 40, die eine Y-Einstellvorrichtung (dritte
Einstellvorrichtung) bilden, werden bewegt, um die ersten Zeichenstrahlen
L5 in Y-Richtung, d.h. hin zu den zweiten Zeichenstrahlen L6 (17) zu verstellen, wodurch
die Lagebeziehung zwischen den beiden Zeichenstrahlen L5, L6 justierbar
wird. Der Strahlumlenker 38 wird um die Schwenkachse 38a (2) verdreht, die in X-Richtung
verläuft,
um die ersten Zeichenstrahlen L5 in Y-Richtung zu verstellen. Der
Polarisations-Strahlteiler 40 ist durch die Y-Einstellvorrichtung 85 (11) gelagert, so daß er in
Y-Richtung bewegt werden kann.
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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 Basis 86 bewegt werden kann, und einen Mikrometerkopf 89,
der auf der Basis 86 gelagert ist und sich in Y-Richtung
erstreckt. Der Polarisations-Strahlteiler 40 ist auf dem
beweglichen 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 Mikrometerkopfes 89,
d.h. in Richtung links in 11,
vorgespannt, so daß eine
Seitenfläche
gegen das vordere Ende der Spindel 90 des Mikrometerkopf
es 89 gedrückt
wird. Wenn die Spindel 90 in Längsrichtung durch Betätigen des
Mikrometerkopfes 89 bewegt wird, so bewegt sich der Polarisations-Strahlteiler 40 in
Y-Richtung und verstellt die ersten Zeichenstrahlen L5 in Y-Richtung
(12).
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Der Polarisations-Strahlteiler 40 bildet
ein Strahlenkombinationsmittel, um die erste Gruppe von ausgerichteten
Zeichenstrahlen L5, die durch den Strahlumlenker 38 abgelenkt
sind, und die zweite Gruppe von ausgerichteten Zeichenstrahlen L6,
die durch die λ/2-Platte 39 mit
einem vorgegebenen Teilungsabstand in X-Richtung geleitet werden,
auszurichten. Die Polarisationsrichtung der ersten Zeichenstrahlen
L5 wird nicht geändert.
Sie werden durch die teildurchlässige
Spiegelfläche 40a um
90° abgelenkt. Die
Polarisationsrichtung der zweiten Zeichenstrahlen L6 wird um 90° in bezug
auf die Polarisationsrichtung der ersten Zeichenstrahlen L5 durch
die λ/2-Platte 39 geändert, um
sie dann durch die teildurchlässige
Spiegeloberfläche 40a hindurchzuleiten.
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.
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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 unabhängig
voneinander zu steuern. Dadurch werden die ersten und die zweiten
Zeichenstrahlen L5 und L6 unabhängig
voneinander mit EIN/AUS-Zeichendaten versehen. Die Modulatoren 36 und 37 bestehen
beispielsweise jeweils aus einem Kristall aus Telluriumdioxid, welches
einen akustooptischen Effekt zeigt, bei dem der Brechungsindex des Kristalls
geringfügig
proportional zur Frequenz einer Ultraschallwelle geändert wird,
die auf den Kristall einwirkt.
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Die akustooptischen Modulatoren 36 und 37 erzeugen
eine bestimmte 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 Kristalls vorgesehen sind. Wenn kein hochfrequentes elektrisches
Feld angelegt wird, wird der Laserstrahl, der auf dem Kristall unter
einem Bragg-Winkel einfällt, durch
die akustooptischen Modulatoren übertragen. Demzufolge
kann eine EIN/AUS-Steuerung der einfallenden Strahlen L5 und L6
auf einfache Weise durch Einschalten eines hochfrequenten elektrischen 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
ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 (L6) empfangen und die einfallenden
Strahlen in Querrichtung (Y-Richtung in 1) modulieren. Darüber hinaus ist jeder Modulator 36 und 37 mit
einem Spalt 78 versehen (13),
der sich in vertikaler Richtung, d.h. in X-Richtung in 1, so erstreckt, daß er mit
den acht Kanälen übereinstimmt.
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Der Monitorstrahl Lm ist unabhängig von
den Strahlen L2, L5 und L3, L6 und hat einen optischen Pfad, der
um einen vorbestimmten Abstand von den optischen Pfaden der Zeichenstrahlen
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 Monitorstrahl durch die Spiegel 35 und 60 abgelenkt
und nähert
sich den Zeichenstrahlen L5 und L6. Der Monitorstrahl Lm verläuft dann
entlang eines optischen Pfads nahe den optischen Pfaden der Zeichenstrahlen
L5 und L6 durch die Linse 71, den Strahlenablenker 41 und
den Linsen 52 etc.
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Die Bilddrehvorrichtung 43 enthält ein Spiegelsystem,
welches 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. Obwohl 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 16 zu
sehen ist.
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Die Zeichenstrahlen L5 und L6 und
der Monitorstrahl Lm werden 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 14 sich dreht, so wird der
Ablenkwinkel θ kontinuierlich
geändert,
um die Zeichenstrahlen L5 und L6 und den Monitorstrahl Lm durch
die Reflexionsflächen 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 S 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 Hauptabtastlinie in
bezug auf die Nebenabtastlinie beim Polygonspiegel 46 kann
somit einfach und bei Bedarf eingestellt werden.
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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 (1) nicht proportional dem
Ablenkwinkel θ ist,
sondern durch tanθ bestimmt
ist, und die Abtastgeschwindigkeit im oberen Abschnitt der Abtastoberfläche erhöht ist.
Die fθ-Linse 47 enthält mehrere
konvexe und konkave Linsen, wobei die Bildhöhe 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.
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Der durch die fθ-Linse 47 und die
Kondensorlinse 49 zusammen mit den Zeichenstrahlen L5 und
L6 übertragene
Monitorstrahl 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 gebündelt
durch die Kondensorlinse 48 auf den Fotodetektor 62 auf.
Wenn die Positionen der 16 Strahlen der Zeichenstrahlen L5 und L6
in Übereinstimmung
mit der Position des Monitorstrahls 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 Strahlen der ersten und der zweiten Zeichenstrahlen L5 und
L6 unabhängig
voneinander gesteuert (d.h. ein- und ausgeschaltet), abhängig vom
Steuersignal.
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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 21 dar gestellt ist, eliminiert
werden, wie aus 22 zu
erkennen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilungsabstand
zwischen den Strahlflecken, d.h. der Abtand a in 18, so durch die Modulatoren 36 und 37 eingestellt,
daß er beispielsweise
5 μm beträgt.
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Die in den 19 bis 22 gezeigte
Linie L, die durch die längs
der Nebenabtastrichtung ausgerichteten Strahlflecken gezeichnet
worden ist, wird durch geeignetes Ein- und Ausschalten der akustooptischen
Modulatoren 36 und 37 erzeugt. Beim Zeichnen der
Linie L ist es erforderlich, einen Abstand c (22) 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 22 stattfindet,
kann eine gerade Zeichenlinie L nicht erhalten werden. Die Steuerung 8 verzögert daher
die Belichtung des nachfolgenden Zeichenstrahls L5 um eine vorbestimmte Verzögerungszeit.
Demzufolge kann der nachfolgende Strahlfleck des zweiten Zeichenstrahls
L6 sich ordnungsgemäß dem vorangegangenen
Strahlfleck des ersten Zeichenstrahls L5 anschließen. Die
in 22 gezeigte gerade
Linie kann durch mehrfaches 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 19 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 20 zu sehen ist.
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Die Strahlablenker 13, 14, 23 bis 25, 28 bis 30, 35, 38, 41, 44, 45 und 54 sind
jeweils mit einem ringförmigen
Spiegellager 74 ausgestattet. Jedes Spiegellager 74 hat
an sei ner Vorderfläche
(rechts in 15) einen
am Innenumfang umlaufenden Flansch 74a, der eine Anlagefläche bildet,
wie in 15 zu sehen ist.
Der Spiegel 75, der in das Spiegellager 74 eingesetzt
ist, liegt an der rückseitigen Fläche des
Flansches 74a an. Ein Haltering 77 ist in das
Spiegellager 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 Referenzsstellung positioniert
werden.
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Der Ar-Laser 12 und die
Strahlaufteiler 21, 22 richten die ersten und
zweiten Zeichenstrahlen L5 und L6 entlang der Meridianlinien der
Sammellinsen 26, 27 aus. Der Ar-Laser 12 und
die Strahlaufteiler 21 und 22 sind dabei so ausgerichtet,
daß die
Schwingungsrichtung der jeweiligen Zeichenstrahlen L5 und L6 parallel
oder senkrecht zur Meridianebene bzw. Meridianlinie M der Sammellinsen 26 und 27 beim Auftreffen
auf diese sind (4 und 5).
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Im folgenden wird die Funktionsweise
der Laser-Zeicheneinrichtung 11 erläutert. Zunächst wird das Substrat S, auf
dem das Schaltungsmuster erzeugt werden soll, in eine geeignete
Lage gebracht, in der das Positionsloch (nicht dargestellt) des
Substrats mit einem entsprechenden Abschnitt der Substrateinstellvorrichtung
(nicht dargestellt) ausgerichtet ist. Wenn das Substrat S 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 Substrateinstellvorrichtung
verschwenkbar.
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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 Monitorstrahl
Lm aufgeteilt, der auf den Spiegel 54 fällt und um 90° abgelenkt
wird.
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Der Strahl L2 fällt nach Durchlaufen der Linse 65,
der Einstell-Zielscheibe 17 und der Linse 67 auf
den akustooptischen 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 Lichtleistung 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 Strahlaufteiler 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 akustooptischen Modulatoren 36 und 37 über die
optischen Bündelungssysteme 31 und 32 zum Ändern des
Teilungsabstandes geleitet.
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Die Strahlung, die von den auf die
Linsen 26 und 27 einfallenden Zeichenstrahlen
L5 und L6, welcher durch die Mittelachse der Linsen 26 und 27 hindurchgeht,
ist unproblematisch. Jedoch tritt für andere Strahlungsteile, die
die Linsen außerhalb
der optischen Achse durchlaufen, folgendes Problem auf, welches
mit der Polarisationsrichtung der Strahlen zusammenhängt. Die
außerachsigen
Strahlen fallen auf die Linsenoberfläche der Sammellinsen 26 und 27 unter
einem Einfallswinkel ein, der von 0 abweicht. Demgemäß er gibt
sich ein Unterschied im Reflexionsvermögen zwischen der P-polarisierten
Lichtkomponente und der S-polarisierten Lichtkomponente. Wie aus 23 zu erkennen ist, ergibt
sich für
einen außerhalb
der Mittelachse auf die Sammellinsen 26, 27 einfallenden
Strahl a, dessen Schwingungsrichtung verdreht ist, im Transmissionsgrad
zwischen der P-polarisierten Lichtkomponente und der S-polarisierten
Lichtkomponente ein Unterschied, der auf den Unterschied im Reflexionsgrad
der Linse für
diese Lichtkomponenten und dieser Abweichung in der Polarisationsrichtung
zurückzuführen ist,
wie in 24 schematisch
dargestellt ist. Folglich ist die Schwingungsrichtung des resultierenden
außerachsigen
Strahls a verdreht oder umgelenkt, wenn er aus den Sammellinsen 26 und 27 austritt,
so als ob die Polarisationsrichtung gedreht worden wäre, wie durch
die Linie e in 24 angegeben
ist.
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Wenn mehrere Zeichenstrahlen durch
die Sammellinsen 26 und 27 hindurchgehen und ihre
jeweilige Polarisationsrichtung gedreht wird (vgl. 25 und 26),
so ist die von den Sammellinsen 26 und 27 ausgesendete
bzw. durch den Polarisationsstrahlteiler 40 empfangene
Lichtmenge verringert. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß, wenn
die durch die Sammellinsen 26 und 27 übertragenen
Zeichenstrahlen auf die akustooptischen Modulatoren 36 und 37 mit
unterschiedlichen Polarisationsrichtungen auftreffen, diese Zeichenstrahlen
durch die Modulatoren 36 und 37 mit unterschiedlicher
Beugungseffizienz gebeugt werden.
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Wie weiter oben erwähnt, sind
der Ar-Laser 12 und die Strahlaufteiler 21 und 22 so
angeordnet, daß die
von den Strahlaufteilern 21 und 22 ausgesendeten
Zeichenstrahlen L5 und L6 längs
der Meridianlinie M (Linie, die die optische Achse enthält) der Sammellinsen 26 und 27 ausgerichtet
sind, wie in den 4 und 5 dargestellt ist. Weiterhin
ist das vom Ar-Laser 12 ausgesendete Laserlicht linear
po larisiert und wird durch das Teilerprisma 16 in linear
polarisierte Strahlen L2 und L3 aufgeteilt, die auf die Strahlaufteiler 21 und 22 auftreffen.
Die Schwingungsrichtungen der Zeichenstrahlen L5 und L6, die auf
die Sammellinsen 26 und 27 auftreffen, liegen
parallel oder normal zur Meridianlinie M der Linsen 26 und 27 (vgl. 4 und 5). Demzufolge wird die Lichtmenge der
durch die Sammellinsen 26 und 27 hindurchtretenden
Zeichenstrahlen L5 und L6 und die durch den Polarisationsstrahlteiler 40 empfangene Lichtmenge
nicht verringert. Weiterhin ergibt sich keine Änderung der Beugungseffizienz
der Zeichenstrahlen durch die akustooptischen Modulatoren 36 und 37.
Eine solche Änderung
würde sich
ergeben, wenn sich der Polarisationszustand der Zeichenstrahlen
L5 und L6 beim Durchgang durch die Sammellinsen 26 und 27 ändern würde. Die
durch die Sammellinsen 26 und 27 hindurchgehenden
Zeichenstrahlen L5 und L6 werden durch die Strahlumlenker 28 und 29 um
90° umgelenkt
und über
die Sammellinsen 31 und 32 den akustooptischen
Modulatoren 36 und 37 zugeführt.
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Die vom Modulator 36 ausgesendeten
ersten Zeichenstrahlen L5 werden durch den Strahlablenker 38 um
90° abgelenkt.
Die ersten Zeichenstrahlen L5 fallen dann auf den Polarisations-Strahlenteiler 40 auf
und werden durch die teildurchlässige
Spiegelfläche 40a um
90° abgelenkt.
Die vom Modulator 37 ausgesendeten zweiten Zeichenstrahlen
L6 werden durch die λ/2-Platte 39 übertragen,
wobei ihre Polarisationsrichtung 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 zusammengesetzt, so daß die 16 Strahlen
längs einer
Linie in X-Richtung ausgerichtet sind.
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Die Steuerung 8 betätigt die
Substrat-Einstellvorrichtung (nicht dargestellt) in Synchronisation mit
dem Abtastvorgang 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
S wird ein zweidimensionales vorbestimmtes Schaltungsmuster durch
die 16 Strahlen der Zeichenstrahlen L5 und L6 erzeugt (d.h.
gezeichnet 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 Schaltungsmusters
durch einen einzigen Zeichenstrahl erreicht wird.