DE2110073C3 - Vorrichtung zur Projektionsmaskierung einer lichtempfindlichen Schicht - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektionsmaskierung einer auf einem Plättchen aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht mittels einer Maske, mit Trägern für das Plättchen und die Maske, einer UV-Lichtquelle und einer Quelle sichtbaren Lichtes, einem so Objektiv, einer durchsichtigen, halbreflektierenden Trennscheibe, mit welcher sichtbares Licht um 90° abgelenkt werden kann, und mit einer Einrichtung zum Verstellen des Plättchenträgers in seiner Ebene und in ek nder entgegengesetzten Richtungen. Solche Vorrichtungen sind insbesondere zur Fertigung von HaIb-Jeiterelementen vorgesehen.

Der neueste bekannte Stand der Technik auf diesem Gebiet kann den nachfolgend aufgeführten, in amerikanischen Fachzeitschriften erschienenen Artikeln entnommen werden:

a) »Electronics Abroad«, Bd. 38, Mr. 25, 13.12.1965, S. 237;

b) »Electronics«, 17.2.1969, S. 13 E und 14 E.

Ein Gerät zur optischen Maskierung, das dem neuesten bekannten Stand der Technik entspricht, wie er in dem Artikel (b) beschrieben ist, wird nachfolgend in Verbindung mit der F i g. 1 der Zeichnung beschrieben.

Bei diesem Gerät wird in einem ersten Verfahrensschritt der Plättchentrlger mittels der Verstelleinrichtung so weit verstellt, bis durch das Objektiv von der lichtempfindlichen Schicht in der Ebene der Maske ein scharfes Bild mit Hilfe sichtbaren Lichtes erzielt wird Anschließend wird bei unveränderter Verstelleinrichtung durch UV-Strahlen durch das Objektiv ein Bild der Maske in der Ebene der lichtempfindlichen Schicht

gebildet

Bei den bekannten Vorrichtungen beträgt das erzielbare Auflösungsvermögen 300 Linien pro Millimeter in der Randzone und 400 Linien pro Millimeter in der Mittelzone in einem Feld von der Größenordnung von 50 Millimeter Durchmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Vorrichtungen so zu verbessern, daß sie ein besseres Auflösungsvermögen ergeben.

Die gesteilte Aufgabe wird erfindungsgemäß mil einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht daß das Objektiv in zwei Teile gegliedert ist und daß im Zwischenraum zwischen den beiden Teilen die halbreflektierende Trennscheibe angeordnet ist.

Bei einer ersten Ausführungsform sind der Maskenträger und der Plättchenträger in den äußeren Trennebenen der beiden Teile des Objektivs in einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet Diese Ausfüh rungsform hat die Besonderheit, daß in dem Zwischenraum zwischen den Objektivteilen das Licht in Parallelstrahlen auftritt, wodurch sich eine Trennscheibe entfernbar anordnen läßt. Wenn diese Scheibe optisch nicht vollkommen ist. ist es von Vorteil, wenn sie bei der zweiten Verfahrensstufe (UV-Bestrahlung) aus dem Strahlengang entfernt wird, was ohne optische Nachregelung erfolgen kann, da das Licht in Parallelstrahlen auftritt

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung werden also in den Bereichen zwischen dem Objekt und der vom Objektiv gelieferten Abbildung alle verr.ieidbaren optischen Organe entfernt die das Auflösevermögen beeinträchtigen können, und die lichtempfindliche Schicht und die Maske sind soweit wie nur möglich an die Stirnseiten des Objektivs heranbringbar, wodurch das Auflösevermögen empfindlich verbessert wird, da die durch Beugung entstehenden Bildfehler auf ein Minimum reduziert sind.

Vorteilhafterweise wird die Verstärkung so gewählt, daß sie außerhalb des ganzen Objektivs einen Wert kleiner eins (-1) hat Die beiden Teile des Objektivs sind somit einander völlig gleich. Bei diesem verbesserten Auflösevermögen läßt sich eine Maske in tatsächlicher Größe (Maßstab 1:1) wie bei einem Kontaktverfahren aufbringen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung kann in einer ersten optischen Achse das erste Teil des Objektivs, ausgehend von der UV-Lichtquelle und dem Maskenträger, von einem reflektierenden Element und einem konkavensphärischen Spiegel gefolgt sein; und entlang einer zweiten optischen Achse, die senkrecht zur ersten optischen Achse verläuft, folgen auf das halbreflektierende Element das zweite Teil des Objektivs und der Plättchenträger. Auch hier ist wieder eine Vergrößerung außerhalb des gesamten Objektivs mit einem Wert von kleiner eins (-1) gegeben, wobei die beiden Objektivteile wieder gleich ausgebildet sind.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Im einzelnen zeigt

F i g-1 einen schematischen zentralen Vertikalschnitt durch eine bekannte Vorrichtung zur optischen Maskierung,

Fig.2 einen Vertikalschnitt in axialer Richtung durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur optischen Maskierung, die mit einem Einstellmikroskop versehen ist,

F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 2 gezeigten Vorrichwng, versehen mit einer Kamera und einem Fernsehempfänger,

Fig.4 einen der Fig.2 entsprechenden Vertikalschnitt durch ein .zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Das in F i g. 1 im Prinzip dargestellte, bereits eingangs erwähnte Gerät weist folgende Hauptelemente auf:

Ein Objektiv 1, auf dessen optische- Achse unter 45° eine lichtdurchlässige, halbreflektierende Platte 2, nachfolgend Trennplatte genannt, und ein ebener Spiegel 3 angeordnet sind; ein Maskenträger 4, der vertikal über dem Spiegel 3 angeordnet und mit einer Maske M versehen ist;
einen Plättchenträger 5, der vertikal über der halbreflektierenden Platte 2 angeordnet ist und ein Plättchen P mit einer lichtempfindlichen Schicht S trägt; eine sichtbares Licht erzeugende Strahlungsquelle 6, mit welcher mit Hilfe eines optischen Systems die Schicht 8 durch die Scheibe 3 hindurch in No-malrichtung beleuchtet werden kann;

eine Strahlungsquelle 7 für ultraviolettes Licht, mit weleher anschließend unter Zwischenschaltung eines optischen Systems die Maske M in Normalrichtung und über den Spiegel 3, das Objektiv 1 und die halbreflektierende Trennscheibe 2 die Schicht 5 bestrahlt werden können.

Ein solches Gerät wird auf folgende Weise eingesetzt:

In einer ersten Verfahrensstufe wird die Schicht 5 von der Strahlungsquelle 6 aus mit sichtbarem Licht beleuchtet, und man regelt die Stellung des Plättchens P in Richtung der optischen Achse dergestalt, daß das Bild der Schicht S durch das Objektiv 1 in die Ebene der Maske M projiziert ist, und daß die Ebenen von M und 5 nun in bezug auf das Objekt!" 1 einander zugeordnet siiid, so daß das Plättchen P in seiner Ebene so ausgerichtet ist, daß die Schicht 5 genau auf M zentriert und ausgerichtet ist Dieses Einstellen kann mit Hilfe eines binokularen Mikroskops mit zwei in ihrem Abstand veränderlichen Objektiven durchgeführt werden, mit welchem festgestellt werden kann, ob das Bild so von S sich in der Ebene von M befindet. Dieser erste Verfahrensschritt ist besonders wichtig, wenn mehrere unterschiedliche Motive nacheinander projiziert werden müssen.

In einem zweiten Verfahrensschritt beleuchtet man die Schicht S mit Ultraviolettlicht aus der Strahlungsquelle 7 über die Maske M, den Spiegel 3, das Objektiv 1 und die halbreflektierende Trennplatte 2.

So ausgezeichnet auch die Qualität des verwendeten Objektivs im Hinblick auf die Korrektur von geometrisehen Bildfehlern sein mag, so bleibt doch das Auflösungsvermögen der vorstehend beschriebenen bekannten Einrichtung durch folgende Besonderheiten begrenzt:

I. Der physikalische Bildfehler, den die Beugung durch das Objektiv verursacht (Aberration) (relativ großer Durchmesser des zentralen Punktes der durch das Objektiv gegebenen Beugung), hat eine gewisse optische Bildunschärfe infolge der zu großen Abstände zur Folge, welche die Stirnseiten des Objektivs von der Oberfläche Seinerseits und von der Maske M andererseits haben. In dem häufig angestrebten Fall einer Vergrößerung von kleiner eins, sind diese Abstände gleich und ihr zu großer Wert resultiert aus dem Erfordernis, die Trennscheibe 2 zwischen das Objektiv 1 und die Ebene der Oberfläche S zu setzen.

2 Das dauernde Vorhandensein der Trennscheibe 2 hat zur Folge, daß die Qualität des optischen Bildes, das vom Objektiv geliefert wird, stark vermindert wird, und zwar sowohl durch die parasitären Reflektionen, die sich auf den Flächen. dieser Scheibe ergeben, als auch durch ihre Homogenitätsabweichungen, die verschiedene Bildfehler, wie Astigmatismus, nach sich ziehen, weil sich die Trennscheibe in einem Bereich befindet in welchem das Licht als konvergenter Strahl auftritt also nicht parallel verläuft

3. Die dauernde Anwesenheit des Spiegels 3, der sich ebenfalls in einem Bereich befindet in welchem das Licht in nichtparallelen Strahlen auftritt erzeugt nochmals verschiedene Bildfehler, wie Astigmatismus, die zu einer Verschlechterung des vom Objektiv gelieferten Bildes beitragen.
Die in F i g. 2 dargestellte neue Vorrichtung zur Projektionsmaskierung weist wie die in F i g. 1 dargestellte bekannte Vorrichtung folgende Teile auf:

Ein Objektiv 1 und eine Trennscheibe 2, die unter 45° zur optischen Achse des Objektivs angeordnet ist;
einen mit einer Maske M versehenen Maskenträger 4;
einen Plättchenträger 5, der mit einem Plättchen P mit einer lichtempfindlichen Schicht S versehen ist;
eine Strahlungsquelle 6 für sichtbares Licht mit welcher die Schicht S durch Reflexion der Strahlen an der Trennscheibe 2 beleuchtet werden kann;
eine Strahlungsquelle 7 für Ultraviolettstrahlen, mit welcher die Maske Af und über das Objektiv 1 die Schicht S beleuchtet werden können.

Gegenüber der in F i g. 1 dargestellten bekannten Vorrichtung weist die erfindungsgemäß ausgebildete und in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung folgende Besonderheiten auf:

Das Objektiv 1 ist in zwei Teile U und 12 mit dergleichen vertikalen optischen Achse aufgeteilt, und die beiden Teile 11 und 12 sind durch ein Zwischengehäuse 13 in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet, das mit erforderlichen öffnungen versehen ist. Es sei angenommen, obwohl dies nicht zwingend ist daß die Vergrößerung des Objektives kleiner 1 ist, wodurch die beiden Teile 11 und 12 gleich ausgebildet sind.

Das obere Teil 11 ist in einem Träger 11a angeordnet, der seinerseits an einer vertikalen Säule lift befestigt ist und durch einen zylindrischen Bund eine Hülse lic stützt in welcher die Fassung Wddes Objektivteils 11 fest eingesetzt ist. Die Hülse lic ist in koaxialer Richtung in ihrem oberen Teil mit einer öffnung versehen, die den Maskenträger 4 bildet, dergestalt,daß die Maske Mim Brennpunkt des Objektivteils 11 angeordnet ist.

Das Zwischengehäuse 13 in Form eines Parallelepipeds weist einen oberen zylindrischen Bund 131 und einen unteren zylindrischen Bund 132 auf, in welche die Hülse lic für das Objektivteil 11 und eine analog ausgebildete Hülse 12c für das Objektivteil 12 eingesetzt und befestigt sind. In der Hülse 12c, die in ihrem unteren Teil ganz geöffnet ist, ist die Fassung 12c/ des unte-

ren Objektivteils 12 eingesetzt, die mit leichter Reibung in der Hülse 12c verstellt werden kann. Die Passung trägt zu diesem Zweck entlang einer Mantellinie eine nicht dargestellte Zahnstange, die mit einem ebenfalls nicht dargestellten Untersetzungsritzel zusammenwirkt. Das Untersetzungsritzel kann mittels eines gerändelten Drehknopfes 12e gedreht werden, um das Objektivteil 12 bis auf ein Mikron genau entlang seiner optischen Achse zu verstellen.

Das Zwischengehäuse 13 weist außerdem einen eine seitliche öffnung begrenzenden Bund auf, in welchen die Strahlungsquelle 6 für sichtbares Licht eingesetzt und darin befestigt ist Die Strahlungsquelle 6 weist eine Glühlampe 61 auf, beispielsweise mit einem Wolframglühfaden, einen Kondensator 62 und ein optisches Filter 63 auf, welch letzteres seinen Durchlaß im Bereich der Wellenlänge des gelben Lichtes hat.

Die Seitenwandung des Zwischengehäuses 13 weist auf einer dem seitlichen Anschlußbund für die Strahlungsquelle 6 gegenüberliegenden Stelle eine große öffnung auf, die normalerweise durch einen Deckel 13a verschlossen ist und durch welche die durchsichtige, halbreflektierende Trennscheibe 2 in das Zwischengehäuse eingesetzt werden kann, wo sie unter 45° zu den optischen Achsen des Objektivs 1 und der Strahlungsquelle 6 auf einem Scheibenträger 21 angeordnet ist. Die durch das Zwischengehäuse 13 gebildete Kammer weist einen nicht dargestellten Vorraum auf, der vor der Zeichnungsebene der F i g. 2 gelegen ist und dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er den Scheibenträger 21 aufnehmen kann. Der Scheibenträger ist auf zwei Stangen 22 und 22' angeordnet, die in F i g. 2 im Schnitt dargestellt sind, und welche durch zwei in F i g. 2 nicht dargestellte Gleitlagerstellen horizontal gehalten sind, die an der Wandung des Vorraums zum Gehäuse 13 befestigt sind und außen durch einen in F i g. 2 ebenfalls nicht ersichtlichen Griff miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann man willkürlich die Trennscheibe 2 aus dem Zwischengehäuse 13 zurückziehen.

Der Plättchenträger 5 weist folgenden Aufbau auf:

Auf einem Sockel 51, der mit Hilfe einer durch einen Rändelknopf 51a betätigbaren Triebschraube gedreht werden kann, ist eine Druckdose 52 mit einer Membran 52a auf ihrer Oberseite angeordnet Die Druckdose wird über einen Schlauch 52b mit Druckluft versorgt Das mit der lichtempfindlichen Schicht S versehene Plättchen P ist auf die entspannte Membran 52a aufgelegt Nach Druckluftzufuhr wird das Plättchen gegen drei ebene Anschläge 53a gedrückt, die auf der Unter- so sehe einer Platte 53 befestigt sind, die eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist und mit dem Sockel 51 über zwei Säulen 536 fest verbunden ist Der Sockel 51 ruht seinerseits auf einer Platte 54 und kann in seiner Horizontalebene nrit Hilfe eines mit einer Mikroverstelleinrichtung bekannter Bauart verbundenen Drehknopfes 55a verstellt werden. Das Teil 12 des Objektivs soH so verstellt werden, daß die durch die Anschläge 53a bestimmte Horizontalebene im Brennpunkt dieses Objektivtefls 12 liegt «o

Unterhalb des Maskenträgers ist eine horizontale Stenge 11/mit der Saale Ub fest verbunden and dient als Gleitlagerteil beispielsweise für ein binokulares, selbstleuchtendes Pointierungsmikroskop 10 mit zwei Objektiven, deren gegenseitiger Abstand veränderlich ist Dieses Mikroskop kann beispielsweise in einer Kiene parallel zur Ebene der Maske Af versteift werden, um eine Untersuchung der gesamten verwendbaren Oberfläche der Maske (F i g. 2) zu gestatten. An Stelle eines oder neben einem Mikroskop kann auch eine Fernsehkamera 10' (F t g. 3) angeordnet sein, die im Zusammenwirken mit einem geeigneten Objektiv ein vergrößertes Bild der Ebene M auf einem Empfangsschirm 10" liefert, der auf dem Tragtisch der Vorrichtung aufgestellt ist und der die Arbeit der Bedienungsperson erleichtert.

Auf der Stange 11 fist außerdem die Strahlungsquelle 7 für die Ultraviolettstrahlung angeordnet. Diese Strahlungsquelle weist eine Quecksilberdampflampe 71 bekannter Bauart, einen Verschluß 72, beispielsweise ein Irisverschluß, und ein optisches Filter 73 auf, das nur eine Strahlung durchläßt, die der Quecksilberstrahlung charakteristisch ist und einer Wellenlänge von beispielsweise 4356 A entspricht, auf welche das Objektiv 1 ausgelegt und auf die der Bereich der Spektralsensibilität des verwendeten lichtempfindlichen Harzes abgestimmt worden ist

Die Vorrichtung wird wie die in F i g. 1 dargestellte bekannte Vorrichtung betrieben.

Nachdem die Maske M so eingelegt ist, daß das mit einer lichtempfindlichen Schicht S versehene Plättchen P auf pneumatische Weise gegen die drei Anschläge 53a gelegt und die Lampe 61 eingeschaltet ist, wird in einem ersten Verfahrensschritt mit Hilfe des Mikroskops 10 das Bild der Schicht S, das in der Ebene von M gebildet ist, beobachtet Durch Betätigen der Drehknöpfe 51a und 55a werden das Plättchen und damit die lichtempfindliche Schicht S gegenüber der Maske M in passender Weise zentriert und ausgerichtet. Gegebenenfalls wird im Falle einer Verstellung der Lage von 5 entlang der optischen Achse des Objektivs, die nur durch das Eindringen von Staub verursacht sein kann, eine Regulierung durch Drehen des Knopfes 12e vorgenommen, damit das Bild von 5 genau in die Ebene der Maske M fällt

In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Trennscheibe 2 aus dem Zwischengehäuse 13 herausgenommen, das Mikroskop 10 durch die Strahlungsquelle 7 ersetzt und der Verschluß 72 einen kurzen Augenblick geöffnet damit die Schicht S über die Maske M beleuchtet wird.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung erlaubt es, ein Objektiv mit sehr großer numerischer öffnung zu verwenden, um beispielsweise ein Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 1000 Linien pro Millimeter in einem Feld von 50 Millimeter Durchmesser mit einem erhöhten Modulationsgrad (in Koordinaten Abstand/Lichtintensität; dies ist das Verhältnis der Muldentiefe zur Spitzenstärke zweier benachbarter Bildpunkte) zu erhalten. Das Objektiv ist gleichzeitig auf die Wellenlänge des Einstellichtes und der Belichtungsstrahlung der lichtempfindlichen Schicht korrigiert

Da die Trennscheibe bei einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung das objektive Bild nicht verändern kann, braucht das Objektiv, das für ein bestimmtes Auflösevermögen erforderlich ist, kein theoretisches Auflösevermögen besitzen, das größer ist als das tatsächlich erforderliche Auflösevermögea Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt also die Verwendung eines Objektivs von einfacherer Qualität, erfordert aiso viel weniger Aufwand als bekannte Vorrichtungen, um das gleiche tatsächliche Auflösevermögen zu erhalten.

Eine erste Abwandlangsform einer erfmdungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die

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Positionen der Quelle 6 sichtbaren Lichtes und der Gesamtheit der Elemente 11, Mund 7 vertauscht werden. In diesem Fall ist die Trennplatte 2 zwangläufig bei beiden Verfahrensschritten eingesetzt, also beim Ausrichten von 5 gegenüber M und bei der anschließenden Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, und sollte daher von bestmöglicher Qualität sein. Der Vorteil dieser Abwandlungsform besteht darin, daß sich die Vorrichtung mit einer geringeren Bauhöhe ausführen läßt.

Eine zweite Abwandlungsform der Vorrichtung ist in F i g. 4 dargestellt und besteht darin, daß die Gesamtheit der Teile 12, P, 5 und 5 unter einem rechten Winkel zu ihrer vorherigen Stellung angeordnet werden — also ausgerichtet auf die Quelle 6 sichtbaren Lichtes — und daß ein zusätzlicher, leicht konkaver Spiegel 3' eingefügt wird, der in den beiden Verfahrensstufen des Ausrichtens und der Bestrahlung des von dem Objektivteil 11 kommende Licht über die Trennplatte 2 zum Objektivteil 12 zurückleitet Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin daß man die Krümmung des Spiegels 3 so wählen kann, daß die aus den Teilen It, 2,3 und 12 bestehende optische Einrichtung so gut korrigiert werden kann, wie die S vorstehend genannte optische Einrichtung, aber einen einfacheren Aufbau der Objektivteile 11 und 12 hat, so daß insgesamt bei einer unveränderten Bildqualität die Verluste, die durch Absorption in den Gläsern auftreten, wesentlich vermindert sind und folglich der Kon- trast des Bildes verbessert ist.

Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Trennplatte 2 bei beiden Verfahrensschritten im Einsatz, doch kann sie sich hier in einem Bereich befinden, in welchem das Licht nicht genau parallel ist, und es kann auch interessant sein, die Trennplatte dort durch eine Einheit 2' zu ersetzen, die aus zwei gleichschenkligen, rechtwinkligen und miteinander zusammengeklebten Prismen gebildet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Projektionsmaskierung einer auf einem Plättchen aufgebrachten lichtempfiiidli- S chen Schicht mittels einer Maske, mit Trägern für das Plättchen und die Maske, einer UV-Lichtquelle und einer Quelle sichtbaren Lichtes, einem Objektiv, einer durchsichtigen, halbreflektierenden Trennscheibe, mit welcher sichtbares Licht um 90" abgelenkt werden kann, und mit einer Einrichtung zum Verstellen des Plättchenträgers in seiner Ebene und in einander entgegengesetzten Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (1) in zwei Teile (11, 12) gegliedert ist, und daß im Zwischenraum zwischen den beiden Teilen die halbreflektierende Trennscheibe (2) angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Maskenträger und der Plättchenträger in den äußeren Trennebenen der beiden Objektivteile mit gleicher optischer Achse angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten optischen Achse das erste Teil des Objektivs, ausgehend von der UV-Lichtquelle und dem Maskenträger von einem reflektierenden Element und einem konkavensphärischen Spiegel gefolgt ist, und daß entlang einer zweiten optischen Achse, die senkrecht zur ersten optischen Achse verläuft, das halbreflektierende Element vom zweiten Teil des Objektivs und vom Plättchenträger gefolgt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Spiegel in der Nähe seines Krümmungszentrums benutzt wird, um somit eine Verstärkung gleich kleiner eins zu erhalten.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Objektivteile (11, 12) so gewählt sind, daß die Vergrößerung durch das ganze optische System kleiner eins ist.