DE4426107A1

DE4426107A1 - Laser-Zeicheneinrichtung

Info

Publication number: DE4426107A1
Application number: DE4426107A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iizuka
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1995-02-16
Also published as: US5892611A

Description

Die Erfindung betrifft eine Laser-Zeicheneinrichtung, die geeignet ist, z. B. ein vorbestimmtes Schaltungsmuster auf einem Schaltungssubstrat zu erzeugen.

Bei einem bekannten Verfahren zum Erzeugen eines Schal tungsmusters auf einem Schaltungssubstrat wird ein Foto polymer 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 Schaltungsmu ster 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 Fotomaske zu prüfen. Weiterhin ist es erforderlich, nicht nur eine bestimmte Umgebung für die Fotomaske zu er zeugen, in der die Temperatur und die Feuchtigkeit konstant gehalten wird, um ein thermisches Schrumpfen oder Expandie ren der Fotomaske zu vermeiden, sondern es muß auch die Fotomaske vor Schmutz oder einer möglichen Zerstörung ge schützt 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, wozu ein Abtastlaserstrahl ver wendet wird, der das Substrat mit Hilfe eines Polygonspie gels o. ä. abtastet. Bei diesem Verfahren wird eine Belich tungs-Fotomaske nicht benötigt. Jedoch tritt im Zusammen hang mit der Reflexion des Laserstrahls am Polygonspiegel und der Bündelung des Laserstrahls auf das Substrat durch eine Linse ein weiteres Problem auf. Solange der Laser strahl die Linse in ihrer Meridianebene beim Abtasten durchsetzt, ist dies unproblematisch. Wenn jedoch der Laserstrahl Abschnitte der Linse außerhalb der Meridian ebene durchsetzt, ist der durchgegangene Laserstrahl in seiner Richtung verändert, wodurch ein verzerrtes Bild ent steht. Die Abweichung oder die Verzerrung nimmt zu, wenn der Abstand des Auftreffpunktes von der Meridianebene oder der Meridianlinie zunimmt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Laser-Zeicheneinrichtung anzugeben, die keine Fotomaske benötigt, bei hoher Zeichen geschwindigkeit arbeitet und bei der die Bildverzerrung mi nimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird auf eine Fotomaske verzichtet. Dies bedeutet, daß die aufwendigen Prüfschritte zum Inspizieren der Fotomaske sowie verschiedene Herstellschritte für die Fotomaske entfallen können. Durch die Aufteilung in Strahl gruppen kann die Zeichengeschwindigkeit der Laser-Zeichen einrichtung nach der Erfindung erhöht werden. Da verschie dene Justiervorrichtungen vorgesehen sind, die einfach be tätigt werden können, wird eine hohe Zeichenqualität er reicht.

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

Fig. F1 eine Laser-Zeicheneinrichtung nach der Erfin dung,

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

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die wesentli chen Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Laser-Zeicheneinrichtung,

Fig. 4 bis 7 Darstellungen, anhand denen das Prinzip der Abtastung durch einen Polygonspiegel zum Zeichnen eines Bildes erläutert wird,

Fig. 8 ein Beispiel eines gezeichneten Bildes,

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Abtastung unter Verwendung eines Poly gonspiegels,

Fig. 10 eine Vorderansicht einer Schwenkeinstellvor richtung,

Fig. 11 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Strahlenteilers,

Fig. 12 einen Querschnitt des in Fig. 11 gezeigten Strahlenteilers,

Fig. 13 einen Querschnitt einer Einstellvorrichtung für Einstellungen in Richtung der Y-Achse (Y-Einstellvorrichtung),

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines optischen Sammelsystems zur Änderung des Teilungsab standes, welches die Y-Einstellvorrrichtung bildet,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine Einstellvorrichtung für die Einstellung des Strahls in Richtung der Z-Achse (Z-Einstellvorrichtung),

Fig. 16 eine Ansicht eines Polarisations-Strahltei lers, der in Richtung der Z-Achse durch die Z-Einstellvorrichtung verschiebbar ist,

Fig. 17 eine Perspektivische Ansicht eines akustoopti schen Modulators,

Fig. 18 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Polygonspiegels,

Fig. 19 eine Ansicht zweier Gruppen von Zeichenstrah len, die verdreht werden,

Fig. 20 eine Darstellung einer der beiden Gruppen von Zeichenstrahlen, die in Hauptabtastrichtung des Polygonspiegels verschoben wird,

Fig. 21 einer der zwei Gruppen von Zeichenstrahlen, die in einer Nebenabtastrichtung des Poly gonspiegels verschoben wird,

Fig. 22 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen sowie einer Linie, die durch die Zeichen strahlen gezeichnet ist, bevor eine Justierung vorgenommen worden ist,

Fig. 23 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, nach dem eine Justierung vorgenommen worden ist,

Fig. 24 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, bevor eine Justierung vorgenommen worden ist, und

Fig. 25 eine Ansicht einer Gruppe von Zeichenstrahlen und eine durch diese gezeichnete Linie, nach dem eine Justierung vorgenommen worden ist,

Fig. 26 und 27 Darstellungen, anhand denen der nachteilige Effekt erläutert wird, der durch einen Poly gonspiegel und einer fR-Linse hervorgerufen wird.

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 fR-Linse 47, eine Sammellinse 48 für eine Y-Maßeinteilung, eine Sammellinse 49, einen Y-Maßstab 50, einen Spiegel 60, Beobachtungsspiegel 51a und 51b, sowie einen Fotodetektor 62 für den Y-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 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 Z-Tisch (nicht darge stellt), der in Z-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 eine Feinjustierung bezüglich der Neigung der Reflexionsflächen 46a (Fig. 18) 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 Strahlen 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. 12 zu sehen ist, haben die Strahlaufteiler 21 und 22 jeweils acht Emissionslöcher h, die in Längsrichtung, d. h. in vertikaler Richtung in Fig. 12, ausgerichtet sind. Die Strahlaufteiler 21 und 22 sind durch die Schwenkeinstell vorrichtung 79 (Fig. 10) schwenkbar gelagert und können um jeweilige Schwenkwellen koaxial zu den jeweils obersten Emissionslöchern h in die durch den Pfeil A bezeichnete Richtung verdreht werden.

Die Strahlaufteiler 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. 10), 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. 10 gezeigt ist. Die Wand 81 hat einen Mikrometerkopf 84, der sich in Querrichtung in Fig. 10 erstreckt, d. h. in Z-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. 10 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. 19) 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 Y-Richtung (Fig. 1, 13, 14) durch die Y-Einstellvorrichtung 91 (Fig. 13) bewegbar und einstell bar, um die erste Gruppe der ausgerichteten Zeichenstrahlen L5 in Richtung der zweiten Gruppe der ausgerichteten Zei chenstrahlen L6 (Fig. 20) zu bewegen. Somit bilden die op tischen Systeme 26 und 31 eine zweite Einstellvorrichtung, um die Abweichung der Gruppen von Strahlen in Y-Richtung abzugleichen.

Die Y-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 Y-Richtung in Fig. 13 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 Y-Einstellvorrichtung 91 kann das optische System 26 (31) in vertikaler Richtung (Y-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 Z-Einstellvorrichtung (dritte Einstellvorrich tung) bilden, werden bewegt, um die ersten Zeichenstrahlen L5 in Z-Richtung, d. h. hin zu den zweiten Zeichenstrahlen L6 (Fig. 21) 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 Y-Richtung verläuft, um die ersten Zei chenstrahlen L5 in Z-Richtung zu verstellen. Der Polarisa tions-Strahlteiler 40 ist durch die Z-Einstellvorrichtung 85 (Fig. 15) gelagert, so daß er in Z-Richtung bewegt wer den kann.

Die Z-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 Z-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. 15, 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 Z-Richtung und verstellt die ersten Zei chenstrahlen L5 in Z-Richtung (Fig. 16).

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 Y-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 Y-Richtung ausgerichtet zu werden.

Die Modulatoren 36 und 37 bestehen beispielsweise jeweils aus einem Kristall aus Telluriumdioxid, welches einen aku stooptischen Effekt zeigt, bei dem der Brechungsindex des Kristalls geringfügig proportional zur Frequenz einer Ultraschallwelle geändert wird, die auf den Kristall ein wirkt.

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 (Z-Richtung in Fig. 1) mo dulieren.

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, wie noch weiter unten beschrieben wird.

Die fR-Linse dient dazu, eine gleiche Zeichengeschwindig keit für die Zeichenstrahlen einzustellen, mit denen die Zeichenfläche unter Verwendung des Polygonspiegels 46 abge tastet wird. Die fR-Linse 47 trägt dazu bei, daß das Pro blem eliminiert wird, daß die Position des Punktbildes der Zeichenstrahlen auf der Abtastoberfläche der Tischfläche T (Fig. 1) nicht proportional dem Ablenkwinkel R ist, sondern durch tanR bestimmt ist, und die Abtastgeschwindigkeit im oberen Abschnitt der Abtastoberfläche erhöht ist. Die fR-Linse 47 enthält mehrere konvexe und konkave Linsen, wobei die Bildhöhe des Punktbildes auf der Abtastoberfläche pro portional dem Ablenkwinkel o, definiert durch den reflek tierten Strahl und die optische Achse der fR-Linse, ist, so daß die Zeichenstrahlen mit gleicher Abtastgeschwindigkeit bzw. Zeichengeschwindigkeit bewegt werden können.

Daraus folgt, daß es möglich ist, das Substrat mit den Zei chenstrahlen mit gleicher Geschwindigkeit abzutasten. Es besteht jedoch das folgende Problem: Da die durch den Poly gonspiegel 46 reflektierten Zeichenstrahlen in der Neben- Abtastrichtung (Z-Richtung) des Polygonspiegels 46 während des Abtastens ausgerichtet sind, wie in Fig. 26 dargestellt ist, wird der Abstand des Ortes von der optischen Achse, an dem die Zeichenstrahlen durch die fR-Linse 47 hindurchge hen, größer, wenn die Höhe der Zeichenstrahlen in der Neben-Abtastrichtung zunimmt, so daß das gezeichnete Bild i in Fig. 27 verzerrt sein kann.

Um dieses Problem zu lösen, werden folgende Verbesserungen bei der Zeicheneinrichtung 11 nach der vorliegenden Erfin dung vorgenommen.

Es wird die folgende Beziehung (1) eingehalten:

y = f×δ cosγ
z = f×δ sinγ
δ = cos^-1 {2cosα×cos²ω-cosα}
γ = tan^-1 {sinα/(2cosα×sinω×cosω)} (δsinγ-α) < p/f.

Darin ist f die Brennweite der fR-Linse 47, y die Bildhöhe in der Haupt-Abtastrichtung Y des Polygonspiegels 46, z die Bildhöhe in der Neben-Abtastrichtung Z des Polygonspiegels 46, α der Einfallswinkel des Zeichenstrahls auf die Refle xionsfläche 46a des Polygonspiegels 46 in der Neben-Ab tastrichtung Z senkrecht zur Haupt-Abtastrichtung Y, ω der Winkel der Linie m senkrecht zur Reflexionsfläche 46a des Polygonspiegels 46 in bezug auf die Halbierende zwischen der optischen Achse O der fR-Linse 47 und der Achse R des einfallenden Strahls, p der Teilungsabstand der ausgerich teten Zeichenstrahlen L5 und L6 (Fig. 7), δ der Winkel zwi schen dem durch die Reflexionsfläche 46a reflektierten Zei chenstrahl L5, L6 und der optischen Achse O der fR-Linse 47, und γ der Winkel zwischen einer Linie, die einen Bild erzeugungspunkt der durch die Reflexionsfläche 46a reflek tierten Zeichenstrahlen L5, L6 auf der Zeichenoberfläche mit einem Schnittpunkt auf der optischen Achse O der fR-Linse 47 der Zeichenoberfläche verbindet, und der Neben-Ab tastrichtung Y (vgl. Fig. 4 bis 7).

Zu beachten ist, daß der Winkel ω durch die Normale m auf der Reflexionsfläche 46a und der optischen Achse O der fR-Linse 47 definiert ist, d. h. die Bezugsgröße des Drehwin kels ω des Polygonspiegels 46 ist dann gegeben, wenn die Normale m den Winkel β halbiert, der durch die einfallenden Zeichenstrahlen L5 und L6 und der optischen Achse O der fR-Linse 47 definiert ist, wie aus Fig. 9 zu erkennen ist.

Demzufolge kann durch Verwenden eines Polygonspiegels 46 als Abtastvorrichtung und einer fR-Linse (optisches Ab tastsystem) als Strahlbündelungsvorrichtung für die Zei chenstrahlen L5 und L6 die Verzerrung des gezeichneten Bil des i in der Neben-Abtastrichtung kleiner ausfallen als ein Teilungsabstand p der Zeichenstrahlen (vgl. Fig. 7).

Da ein Abschnitt der fR-Linse 47, der nahe der optischen Achse O liegt, zum Zeichnen verwendet wird, oder mit ande ren Worten, da Randteile der Linse, die Verzerrungen her vorrufen können, zum Zeichnen nicht genutzt werden, wird die Verzerrung des gezeichneten Bildes i minimal. Somit kann ein Bild mit hoher Qualität erzeugt werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Wie der oben angegebenen Beziehung zu entnehmen ist, ist es vorzuziehen, eine fR-Linse 47 mit langer Brennweite f zu verwenden, um die Verzerrungen des gezeichneten Bildes i so klein wie möglich zu machen.

Obwohl die fR-Linse 47 in den Figuren als eine einzelne Linse dargestellt ist, besteht sie in Wirklichkeit aus meh reren miteinander verkitteten konvexen und konkaven Linsen, wie bereits weiter oben erwähnt worden ist.

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 Y-Richtung, des Polygonspiegels 46, bevor sie auf die Bilddrehvorrichtung 43 auffallen, ausgerichtet sind, werden sie in bezug auf die Y-Richtung im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel gedreht, wenn sie von der Bilddrehvorrichtung 43 ausgesendet werden, wie beispielsweise in Fig. 19 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. 18 sich dreht, so wird der Ablenkwinkel R 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 fR-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 Z-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.

Der durch die fR-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 Y-Maßstab 50 auf, der in der gleichen Position wie die Bildfläche der Tischfläche T angeordnet ist. Der Y-Maßstab 50 besteht aus einer Glasplatte, die mit einem oder mehreren Schlitzen versehen ist, um die Funktion eines Lineardekoders zu übernehmen. Der durch den Y-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. 24 dar gestellt ist, eliminiert werden, wie aus Fig. 25 zu erken nen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilungsabstand zwischen den Strahlflecken, d. h. der Abtand a in Fig. 22, so durch die Modulatoren 36 und 37 einge stellt, daß er beispielsweise 5 µm beträgt.

Die in den Fig. 22 bis 25 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. 25) 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. 25 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. 25 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. 22 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. 23 zu sehen ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Laser-Zeichenein richtung 11 erläutert. Zunächst wird das Substrat S, 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 S in diese Referenzposition gebracht worden ist, ist es in Z-Richtung bewegbar und um die Schwenkwelle (nicht dargestellt) durch den Z-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 Y-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 Y-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 Z-Richtung zu verschieben. Auf dem Substrat S 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 Y-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 S 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. 10 geschwenkt, um die ausgerichteten Zeichenstrah len L5 beispielsweise in Richtung α in Fig. 19 zu verdre hen, wodurch die Zeichenstrahlen L5 parallel zu den Zei chenstrahlen L6 ausgerichtet werden. Alternativ ist es möglich, den Strahlaufteiler 21 um die Welle 83 zu ver schwenken, um die Zeichenstrahlen L6 in Richtung entgegen gesetzt der Richtung α in Fig. 15 zu verdrehen, wodurch die Zeichenstrahlen L6 parallel zu den Zeichenstrahlen L5 aus gerichtet werden.

Danach wird die Y-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 Y-Richtung, d. h. in die Hauptabtastrichtung des Polygonspiegels 46 bewegt, um ausschließlich die Zeichenstrahlen L5 in Y-Richtung zu verschieben, die auf die Oberfläche des Zeichentisches un ter einem schrägen Einfallswinkel einfallen (Fig. 20). Wei terhin wird der Mikrometerkopf 89 der Z-Einstellvorrichtung 85 betätigt, um den Polarisations-Strahlteiler 40 in Z-Richtung zu bewegen, um dadurch die Zeichenstrahlen L5 in Z-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. 21). Zu beachten ist, daß die Justierung durch die Schwenkeinstell vorrichtung 79, die Y-Einstellvorrichtung 91 und die Z-Einstellvorrichtung 85 in einer von der oben beschriebe nen Reihenfolge abweichenden Reihenfolge ausgeführt werden kann.

Claims

1. Laser-Zeicheneinrichtung, gekennzeichnet durch
eine Strahlteilervorrichtung (16, 21, 22) zum Aufteilen des von einer Laserlichtquelle (12) ausgesendeten Laserlichtes (L1) in mehrere Zeichenstrahlen (L5, L6), die in einer gemeinsamen Ebene liegen,
einen Ablenkspiegel (46) mit einer Reflexionsfläche, die die Zeichenstrahlen (L5, L6) reflektiert und ab lenkt, um eine Zeichenfläche in einer Haupt-Abtastrich tung (X) abzutasten, und durch
ein optisches Abtastsystem (47), die die von der Refle xionsfläche (46a) reflektierten Zeichenstrahlen (L5, L6) auf die Zeichenoberfläche lenkt,
wobei die Höhe der Zeichenstrahlen (L5, L6) auf der Zeichenoberfläche in der Haupt-Abtastrichtung von der optischen Achse des optischen Abtastsystems (47) pro portional dem Ablenkwinkel (0) ist,
und wobei die folgende Bedingung gilt:
δ = cos^-1 {2cosα×cos²ω-cosα}
γ = tan^-1 {sinα/(2cosα×sinω×cosω)} (δ sinγ-α) < p/f,
worin f die Brennweite des optischen Abtastsystems (47),
α der Einfallswinkel der Zeichenstrahlen (L5, L6) auf die Reflexionsfläche (46a) in einer Neben-Abtastrich tung senkrecht zur Haupt-Abtastrichtung,
ω der Winkel zwischen einer Linie (m) senkrecht zur Re flexionsfläche (46a) und einer Halbierenden der opti schen Achse des optischen Abtastsystems (47) und der Achse des einfallenden Strahls,
p der Teilungsabstand der ausgerichteten Zeichenstrah len (L5, L6),
δ der Winkel zwischen den von der Reflexionsfläche (46a) reflektierten Zeichenstrahlen (L5, L6) und der optischen Achse des optischen Abtastsystems (47), und
γ der Winkel zwischen der Neben-Abtastrichtung und ei ner Linie ist, die einen Bilderzeugungspunkt der von der Reflexionsfläche (46a) auf die Zeichenoberfläche reflektierten Zeichenstrahlen (L5, L6) und einen Schnittpunkt auf der optischen Achse des optischen Ab tastsystems (47) mit der Zeichenoberfläche verbindet.

2. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ablenkspiegel (46) als drehbarer Polygonspiegel (46) mit mehreren Reflexionsflächen (46a) ausgebildet ist, wobei, wenn der Polygonspiegel (46) rotiert, die Zeichenoberfläche durch die Zeichen strahlen in der Haupt-Abtastrichtung (Y) abgetastet wird.

3. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Winkel ω durch den Drehwinkel des Polygonspiegels (46) definiert ist und eine Referenzli nie hat, die durch eine Linie senkrecht zur Ablenkflä che des Ablenkspiegels (46) definiert ist und die den Winkel β zwischen der optischen Achse des optischen Ab tastsystems (47) und den einfallenden Zeichenstrahlen (L5, L6) halbiert.

4. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonspie gel (46) drehbar durch eine Welle gelagert ist, die in der Neben-Abtastrichtung (Z) innerhalb eines vorgegebe nen Winkelbereichs geneigt werden kann.

5. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahltei lervorrichtung einen Strahlteiler (16), der das Laser licht (L1) in zwei Strahlen (L2, L3) teilt, und einen Strahlaufteiler (21, 22) hat, der jeden Strahl (L2, L3) in mehrere Zeichenstrahlen (L5, L6) aufteilt.

6. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Strahlaufteiler (21, 22) derart gelagert ist, daß er um eine Achse parallel zu den Zei chenstrahlen (L5, L6) in der gemeinsamen Ebene schwenk bar ist.

7. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, daß der Strahlaufteiler (21, 22) mehrere optische Elemente (100) hat, die miteinander durch Trennflächen (101) verklebt oder verkittet sind, so daß der auf den Strahlaufteiler (21, 22) auftref fende Strahl (L2, L3) durch aufeinanderfolgende Refle xionen und Transmissionen in mehrere Zeichenstrahlen (L5, L6) aufgeteilt wird.

8. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Ab tastsystem eine fR-Linse (47) hat, um die Zeichenstrah len (L5, L6) mit derselben Zeichengeschwindigkeit zu bewegen, wobei die Bildhöhe des Bildpunktes auf der Zeichenoberfläche proportional dem Ablenkwinkel R ist, der durch die optische Achse und die reflektierten Zei chenstrahlen (L5, L6) definiert ist.

9. Laser-Zeicheneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung zum Steuern des akustooptischen Modulators (36, 37) ab hängig von vorbestimmten Steuerdaten vorgesehen ist, so daß das Aussenden der Zeichenstrahlen (L5, L6) unabhän gig voneinander gesteuert werden kann, wodurch indivi duelle Zeichendaten den jeweiligen Zeichenstrahlen (L5, L6) zugeordnet werden können.

10. Laser-Zeicheneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder akustooptische Modulator (36, 37) mehrere Kanäle hat, die längs einer Linie entspre chend den Zeichenstrahlen (L5, L6) ausgerichtet sind.