DE19520213C2 - Laserbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.

Dabei bezieht sich die Erfindung allgemein auf die optische Bear­ beitung oder Nachbearbeitung eines Werkstücks, beispielsweise eines mehrschichtigen Substrats für gedruckte Schaltungen, in welchem Löcher, sogenannte Kontaktlöcher und Durchgangslöcher und dergleichen unter Nutzung der Energie eines Laserstrahls erzeugt werden. Insbeson­ dere betrifft die Erfindung ein optisches Bohrverfahren sowie eine Vorrichtung zur Schaffung von Löchern mit großer Genau­ igkeit und Präzision.

Eine gattungsbildende Laserbearbeitungsvorrichtung ist be­ reits aus der JP 6-79488 A bekannt. Die dort gezeigte Laser­ bearbeitungsvorrichtung weist eine bewegliche Werkstückhalte­ rung für ein zu bearbeitendes Werkstück auf und eine Laser­ lichtquelle, die einen Laserstrahl für die Beleuchtung einer ein Muster aufweisenden Maske erzeugt. Weiterhin ist auch eine Einrichtung für die Einstellung des Abbildungsmaßstabes der Kopie und eine Beobachtungs- und Bildverarbeitungsein­ richtung für die auf dem Werkstück erzeugte Kopie vorgesehen.

Bei dieser bekannten Laserbearbeitungsvorrichtung kann jedoch nur ein gewünschter Abbildungsmaßstab eingestellt werden. Der tatsächliche Abbildungsmaßstab kann aber von dem gewünschten, eingestellten Abbildungsmaßstab differieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Laserbe­ arbeitungsvorrichtung zu schaffen, mit der ein Abbildungsmaß­ stab selbsttätig auf einen gewünschten Abbildungsmaßstab ein­ stellbar ist und dieser gewünschte Abbildungsmaßstab unverän­ dert beibehalten werden kann, auch wenn Masken und Werkstücke ausgetauscht werden. Weiterhin soll ein entsprechendes Ver­ fahren geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und in verfahrenstechni­ scher Hinsicht durch die Merkmale des Patentanspruches 20 ge­ löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß bei der hier vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung eine lange Lebensdauer der Maske sichergestellt und eine zufrie­ denstellende Maskenfunktion gewährleistet ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß ein Verfahren zur automatischen Einstellung des Abbildungs­ maßstabs in der genannten Vorrichtung geschaffen wird.

Nach einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung umfaßt die Laserbearbeitungsvorrichtung: Eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl zum Beleuchten einer ein vorherbestimmtes Muster aufweisenden Maske erzeugt; eine Abbildungslinse, die eine Musterabbildung (Kopie) der Maske auf ein Werkstück überträgt oder kopiert; eine Maskenbewegungsvorrichtung (Halterung für die Maske), welche die Maske in Richtung senkrecht zu einer optischen Achse der Ab­ bildungslinse bewegt; eine Werkstückbewegungsvorrichtung (Halterung für das Werkstück), die das Werkstück in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse bewegt; eine Abbildungsvergrößerungsände­ rungseinrichtung (Einrichtung zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs), die den Abstand zwischen Maske, Abbildungs­ linse und Werkstück ändert; und eine Zentralsteuereinheit. Die Zentralsteuereinheit weist folgende Module auf: ein Re­ chenmodul für die tatsächliche Abbildungsvergrößerung (Abbildungsmaßstab), wel­ ches arithmetisch einen tatsächlichen Abbildungsvergröße­ rungswert bestimmt, der ausgedrückt als Musterverhältnis zwi­ schen der kopierten Musterabbildung und dem vorherbestimmten Muster der Maske gegeben ist; ein Vergrößerungsentscheidungs­ modul, welches darüber entscheidet, ob eine Differenz zwi­ schen dem tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswert und einem gewünschten Abbildungsvergrößerungswert kleiner ist als ein zulässiger Wert, einschließlich desselben; ein Z-Achsen (optische Achse)-Verschiebungssteuermodul (1. Steuermodul), welches auf die Anzeige des Vergrößerungsentscheidungsmoduls, daß die Diffe­ renz den zulässigen Wert übersteigt, anspricht und entspre­ chend auf der Basis des tatsächlichen Abbildungsvergröße­ rungswertes und des gewünschten Abbildungsvergrößerungswertes arithmetisch die Entfernung zwischen Maske/Linse/Werkstück bestimmt, bei der der tatsächliche Abbildungsvergrößerungs­ wert sich dem gewünschten Abbildungsvergrößerungswert an­ gleicht, um so die Abbildungsvergrößerungsänderungsein­ richtung anzusteuern, damit die Entfernung Maske/Linse/Werk­ stück mit der arithmetisch bestimmten Entfernung zusammen­ fällt; und ein Verschiebungssteuermodul (2. Steuermodul), welches die Masken­ bewegungsvorrichtung und die Werkstückbewegungsvorrichtung steuert.

Wenn die Vorrichtung zum optischen Bearbeiten wie beschrieben aufgebaut ist, kann das Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul die Entfernung Maske/Linse/Werkstück, bei der der tatsächliche Abbildungsvergrößerungswert mit dem gewünschten Abbildungs­ vergrößerungswert zusammenfällt, arithmetisch bestimmen. Dar­ aufhin kann die Abbildungsvergrößerungsänderungseinrichtung so angesteuert werden, daß die tatsächliche Entfernung Maske/ Linse/Werkstück den berechneten Wert annimmt. Wenn sich die tatsächliche Vergrößerung der Abbildungslinse aufgrund einer Schwankung ihrer Brechzahl oder aus anderen Gründen än­ dert, kann also die gewünschte Abbildungsvergrößerung trotz­ dem im Wege der selbsttätigen Einstellung automatisch erhal­ ten werden. Folglich kann mit der Vorrichtung gemäß der Er­ findung die optische Bearbeitung mit wesentlich erhöhter Ge­ nauigkeit und Präzision im Vergleich zu bekannten Vorrichtun­ gen durchgeführt werden.

Die Vorrichtung kann ferner eine Werkstückmusterbeobachtungs- oder -betrachtungsvorrichtung (Beobachtungseinrichtung) aufweisen, mit der die auf das Werk­ stück kopierte Musterabbildung betrachtet oder beobachtet wird, sowie eine Bildverarbeitungseinheit zur Weiterverarbei­ tung der durch die Werkstückbetrachtungsvorrichtung aufgenom­ menen Musterabbildung. Dabei bestimmt das Rechenmodul für die tatsächliche Abbildungsvergrößerung arithmetisch den tatsäch­ lichen Abbildungsvergrößerungswert auf der Basis von Daten über die Musterabbildung, die die Bildverarbeitungseinheit zur Verfügung stellt.

Der tatsächliche Abbildungsvergrößerungswert kann mit einer Vorrichtung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, mit sehr großer Genauigkeit gemessen werden.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann von einer Vergröße­ rungslinse, die die Kopie vergrößert, und einer zweidimensionalen CCD-Kamera gebildet sein, mit der die ver­ größerte Kopie aufgenommen wird.

Mit dieser Anordnung kann der tatsächliche Abbildungsver­ größerungswert schnell und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfin­ dung kann die Abbildungsvergrößerungsänderungseinrichtung mindestens zwei der folgenden Vorrichtungen aufweisen: eine Z-Achsen(optische Achse)-Bewegungsvorrichtung für die Maske, mit der die Maske in Richtung der optischen Achse be­ wegbar ist, eine Z-Achsen(optische Achse)-Bewegungsvorrich­ tung für die Abbildungslinse, mit der die Abbildungslinse in Richtung der optischen Achse bewegbar ist, und eine Z-Achsen (optische Achse)-Bewegungsvorrichtung für das Werkstück, mit der das Werkstück auf der optischen Achse bewegbar ist. Je­ weils zwei der genannten Z-Achsen-Bewegungsvorrichtungen wer­ den dabei von dem Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul der Zen­ traleinheit gesteuert, damit die Entfernung Maske/Linse/ Werkstück mit dem arithmetisch bestimmten Entfernungswert zu­ sammenfällt.

Die oben beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß die Ab­ bildungsvergrößerung einstellbar ist ohne nennenswerten nach­ teiligen Einfluß auf die Bildfokussierleistung der Abbil­ dungslinse.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Maske ein Prüfmuster mit mindestens zwei Markierun­ gen aufweisen, und dann bestimmt das Rechenmodul für die tatsächliche Abbildungsvergrößerung der Zentralsteuereinheit rechnerisch das Verhältnis zwischen der Entfernung, die zwi­ schen den auf das Werkstück kopierten Abbildungen der Markie­ rungen besteht, und der tatsächlichen Entfernung (dem tatsächlichen Abstand) zwischen den Markierungen, wobei dieses Verhältnis dann den tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswert darstellt.

Mit dieser Anordnung kann der tatsächliche Abbildungsver­ größerungswert mit großer Genauigkeit gemessen werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auf der Maske ein Prüfmuster vorhanden sein, welches ein ein­ ziges Loch von vorherbestimmter Gestalt einschließt. In die­ sem Fall kann das Rechenmodul für die tatsächliche Abbil­ dungsvergrößerung der Zentralsteuereinheit als tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswert das Verhältnis zwischen der Größe einer auf das Werkstück kopierten Abbildung des Lochs und der tatsächlichen Größe des Lochs in der Maske rechnerisch be­ stimmen.

Mit dieser Anordnung läßt sich insofern ein Vorteil erzielen, als die Einstellung der Abbildungsvergrößerung mit Hilfe ei­ nes Versuchsmusters von sehr einfacher Struktur bewerkstel­ ligt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zum optischen Bearbeiten ferner minde­ stens zwei der folgenden Synchronbewegungsvorrichtungen auf­ weisen: eine Maskensynchronbewegungsvorrichtung, mit der die Maske in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbil­ dungslinse bewegt wird, eine Abbildungslinsensynchronbewe­ gungsvorrichtung, mit der die Abbildungslinse in Richtung senkrecht zu ihrer optischen Achse bewegt wird, und eine Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung, mit der das Werkstück in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse bewegt wird. Bei Beleuchtung der Maske mit dem Lichtstrahl steuert in diesem Fall das Verschiebungssteuermodul zwei der genannten Synchronbewegungsvorrichtungen, um dementsprechend eine Kombination entweder aus Maske und Abbildungslinse oder Abbildungslinse und Werkstück oder Maske und Werkstück syn­ chronisiert in entgegengesetzte Richtungen und mit einem Ge­ schwindigkeitsverhältnis entsprechend dem gewünschten Abbil­ dungsvergrößerungswert zu bewegen.

Eine Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel hat den Vorteil, daß selbst ein großflächi­ ges Werkstück zufriedenstellend bearbeitet werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die oben genannten Synchronbewegung auch in nur einer Richtung durchgeführt werden, wobei dann das Rechenmodul für die tatsächliche Abbildungsvergrößerung der Zentralsteuerein­ heit den tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswert als Verhältnis zwischen der Größe einer während der synchroni­ sierten Bewegung auf das Werkstück kopierten Musterlochabbil­ dung und der tatsächlichen Größe des Musterlochs in der Maske arithmetisch berechnet.

Mit dieser Anordnung kann die Abbildungsvergrößerung ohne Verwendung der für Testzwecke vorgesehenen Maske durchgeführt werden, sofern die Größe des Lochs in der tatsächlich zu be­ nutzenden Maske bekannt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Maskensynchronbewegungsvorrichtung auch die Funktion der Mas­ kenbewegungsvorrichtung übernehmen und die Werkstücksynchron­ bewegungsvorrichtung kann auch als Werkstückbewegungsvorrich­ tung dienen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Vor­ richtung zur optischen Bearbeitung einen vereinfachten Aufbau haben und mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auf dem Werkstück eine Fluchtungsmarkierung so vorgese­ hen sein, daß sie mit der Mitte einer Abbildungsebene der Ko­ piemusterbetrachtungsvorrichtung zusammenfällt, wenn das Werkstück von der Werkstückbewegungsvorrichtung, auf der es fest angeordnet ist, verlagert wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine für das Messen der Fluchtungsmarkierung be­ stimmte Einrichtung eingespart werden kann, so daß die Vor­ richtung zur optischen Bearbeitung preisgünstig verwirklicht werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung für das optische Bearbeiten eine Masken­ halterung, welche die Maske in solcher Lage hält, daß sich ihre mit Muster versehene Oberfläche an einer vorherbestimm­ ten Stelle befindet, und eine Werkstückhalterung aufweisen, die das Werkstück so festhält, daß die zu bearbeitende Ober­ fläche desselben sich an einer vorherbestimmten Stelle befin­ det.

Bei diesem Aufbau der Vorrichtung kann die Abbildungsver­ größerung selbst dann vor Änderungen geschützt werden, wenn die Dicke der Maske und/oder des Werkstücks sich wegen eines Austausches der Maske oder des Werkstücks ändert. Deshalb ist es unnötig, die Einstellung der Abbildungsvergrößerung nach einem Masken- und/oder Werkstückaustausch durchzuführen, und das bedeutet wiederum, daß die optische Bearbeitung glatt und rasch mit hohem Wirkungsgrad erledigt werden kann, was einen großen Vorteil bietet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Laserbearbeitungsvorrich­ tung eine Maske, die mit einem lichtdurchlässi­ gen und einem lichtreflektierenden Bereich versehen ist, und Reflexionseinrichtung aufweisen, die dem lichtdurchlässigen Bereich ge­ genüber angeordnet sind, um die am lichtreflektierenden Be­ reich reflektierten Laserlichtstrahlen zur Maske zu lenken.

Mit einer so aufgebauten Vorrichtung für optische Bearbeitung kann die Abbildungsvergrößerung selbst dann vor Veränderungen geschützt werden, wenn die Dicke der Maske und/oder des Werk­ stücks sich mit einem Austausch derselben oder desselben än­ dert. Folglich besteht keine Notwendigkeit, die Einstellung der Abbildungsvergrößerung nach dem Austauschen der Maske und/oder des Werkstücks vorzunehmen, und das wiederum bedeu­ tet, daß die optische Bearbeitung glatt und rasch mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann, was einen großen Vor­ teil bietet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung kann die Maske eine vorherbestimmte Dicke haben und in der Maskenhalterung in solcher Lage angebracht werden, daß ihre Musteroberfläche zur Abbildungslinse gewandt ist. Mit dieser Anordnung kann der Nutzungsgrad der Lichtenergie er­ höht werden, so daß die optische Bearbeitung mit erhöhter Ge­ schwindigkeit erledigt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Werkstückhalterung federnde Mittel aufweisen, die das Werkstück in Richtung zur Abbildungslinse drängen, sowie ein Halteglied, welches das Werkstück an einer zu bearbeiten­ den Oberfläche, die zur Abbildungslinse weist, festhält. Eine Werkstückhalterung, die so aufgebaut ist, kann preisgünstig hergestellt werden, und dementsprechend können die Herstel­ lungskosten der Vorrichtung für die optische Bearbeitung ent­ sprechend gesenkt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung ferner eine Meßvorrichtung aufweisen, mit der die Dicke des Werkstücks in Richtung der optischen Achse gemessen wird.

Wenn eine solche Dickenmeßvorrichtung vorhanden ist, kann die Position des Werkstücks entlang der optischen Achse selbst dann mit großer Genauigkeit gemessen werden, wenn im Werkstück eine Deformierung oder Verzerrung vorkommen sollte. Auf diese Weise läßt sich die Präzision und Genauigkeit der optischen Bearbeitung erhöhen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann diese Dickenmeßvorrichtung entweder aus einer Lasermeßvor­ richtung oder einer mechanischen Längenmeßvorrichtung bestehen. Mit einer solchen Anordnung kann die Genauigkeit bei der optischen Bearbeitung noch weiter verbes­ sert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Dickenmeßvorrichtung so gestaltet sein, daß sie den fokussierten Zustand einer auf das Werkstück proji­ zierten Musterabbildung der Maske feststellt. Dabei steuert das Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul der Zentralsteuerein­ heit die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für das Werkstück auf solche Weise, daß das Werkstück in die Position gelangt, bei der die Kopie scharf abgebildet ist.

Bei dieser Anordnung kann die Dickenmeßvorrichtung einen einfacheren Aufbau haben und infolgedessen die Herstel­ lungskosten der Vorrichtung für die optische Bearbeitung ins­ gesamt gesenkt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Lichtquelle einen Excimer-Laser aufweisen. Bei Ver­ wendung eines Excimer-Lasers als Lichtquelle ist eine feine optische Bearbeitung von Werkstücken möglich.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung kann das Werkstück aus einer unausgehärteten Folie für ein mehrschichtiges Substrat für gedruckte Schaltungen bestehen, welches Polyimid oder Keramik aufweist, die durch Beleuchtung mit dem Lichtstrahl gebrannt werden sollen. Wenn die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung diesen Aufbau hat, können sogar hochdichte, mehrschichtige gedruckte Substrate optisch bearbeitet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Positionsdetektor der Werkstückbewegungsvorrichtung zugeordnet sein, um die Verschiebung des Werkstücks zu erfas­ sen.

Wenn die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung diesen Aufbau hat, kann der Abstand zwischen den Markierungsabbildungen und die Größe der Lochabbildung mit großer Genauigkeit gemessen werden, was wiederum eine genaue Messung des tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswertes ermöglicht.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Einstellen einer Abbildungsvergrößerung in den vorstehend beschriebenen Vor­ richtungen für optische Bearbeitung gerichtet. So wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Ein­ stellen der Abbildungsvergrößerung geschaffen, bei dem fol­ gende Schritte vorgenommen werden: ein erster Bewegungs­ schritt, bei dem das Werkstück mittels der Werkstückbewe­ gungsvorrichtung bewegt wird, um Positionsmarkierungsabbil­ dungen eines Prüfmusters durch eine Beobachtungs­ vorrichtung zu erfasssen; ein erster Re­ chenschritt, bei dem die Abweichung der Markierungsabbildungen von der Mitte der Abbildungsebene der Beobachtungseinrichtung mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit arithmetisch be­ stimmt wird; ein zweiter Bewegungsschritt, bei dem das Werkstück mittels der Werkstückbewegungsvorrichtung bewegt wird, um da­ durch die Markierungsabbildungen um eine der Abweichung ent­ sprechende Strecke zur Mitte der Abbildungsebene zu verschie­ ben; ein zweiter Rechenschritt, bei dem die zur Mitte der Ab­ bildungsebene durch die Beobachtungseinrichtung bewegten Markierungsabbildungen betrachtet werden, um die Ab­ weichung der Markierungsabbildungen von der Mitte mittels der Bildverarbeitungseinheit arithmetisch zu bestimmen; ein drit­ ter Bewegungsschritt, bei dem das Werkstück mittels der Werk­ stückbewegungsvorrichtung so bewegt wird, daß die Markie­ rungsabbildungen um eine Strecke zur Mitte der Abbildungs­ ebene verschoben werden, die der im zweiten Rechenschritt be­ stimmten Abweichung entspricht; und ein dritter Rechen­ schritt, bei dem die Gesamtverschiebungen der Markierungsab­ bildungen, die jeweils von einer Positionsdetektoreinrichtung festgestellt werden, arithmetisch bestimmt werden, um auf diese Weise die Entfernung zwischen den mindestens zwei Mar­ kierungsabbildungen auf der Basis der Differenz zwischen den Gesamtverschiebungen zu bestimmen.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht es, den tatsächlichen Abbildungsvergrößerungswert mit hoher Genauig­ keit zu messen, so daß auch die Abbildungsvergrößerung mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Maske aus einem lichtdurchlässigen Substrat, einer darauf gebildeten dielektrischen Dünnschicht, die durch ab­ wechselnd niedergeschlagene, sich in der Brechzahl unter­ scheidende dielektrische Stoffe gebildet ist, und einem Mu­ ster bestehen, welches sich durch die dielektrische Dünn­ schicht erstreckt. Die Lichtquelle kann aus einer Laservor­ richtung bestehen, die die dielektrische Dünnschicht der Maske mit einem Laserstrahl beleuchten kann, dessen Ener­ giedichte in den Bereich von 300 bis 500 mJ/cm² fällt, wobei dann der Abbildungsvergrößerungswert entsprechend der optima­ len Energiedichte für eine Abriebbearbeitung des Werkstücks eingestellt wird.

Diese Anordnung stellt sicher, daß die an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks erforderliche Bearbeitungslicht­ energie optimal ist, weil mit einem Laserstrahl beleuchtet wird, der eine verhältnismäßig geringe Beleuchtungsener­ giedichte hat. Hierdurch läßt sich die Lebensdauer der Maske verlängern und trotzdem eine hohe Qualität des verarbeiteten Werkstücks gewährleisten.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das lichtdurchlässige Substrat der Maske entweder aus synthetischem Quarzglas oder Fluorit bestehen. Im Fall der beiden dielektrischen Dünnschichten kann das dielektrische Material, welches eine höhere Brechzahl hat, entweder aus Hafniumoxid oder Scandiumoxid bestehen, während das dielek­ trische Material mit der niedrigeren Brechzahl entweder aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid bestehen kann. Dabei kön­ nen die dielektrischen Stoffe mit hoher und niedriger Brech­ zahl in 20 bis 30 Schichten aufeinandergestapelt sein.

Die Mehrfachreflexion an dem stark reflektierenden Spiegel läßt sich hierbei mit hohem Wirkungsgrad erzielen, ohne daß ein nennenswerter Verlust der tatsächlich für die optische Bearbeitung des Werkstücks benutzen Laserstrahlenergie ein­ tritt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Maske einen Durchlaßbereich für einen Bezugslichtstrahl an vorher­ bestimmter Stelle der dielektrischen Dünnschicht haben, durch die ein Teil das Laserstrahls hindurchtreten kann, ferner einen ersten Laserintensitätssensor aufweisen, der die Stärke des Laserstrahls erfaßt, der den Bezugslichtdurchlaßbereich passiert hat. Bei einer so aufgebauten Vorrichtung ist nicht nur die Zuverlässigkeit der optischen Bearbeitung, sondern auch der Nutzungsgrad der hohen Strahlenergie beim optischen Bearbeiten verbessert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann einen zweiten Laserintensitätssensor aufweisen, der die Stärke des Laserstrahls erfaßt, mit dem die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks beleuchtet wird. In diesem Fall wird nicht nur die Zuverlässigkeit der optischen Bearbeitung, son­ dern auch der Nutzungsgrad der hohen Strahlenergie gleicher­ maßen verbessert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Laserstrahl von einem KrF-Laser ausgesandt werden und eine Wellenlänge von 248 nm haben. Bei Benutzung des KrF- Lasers als Lichtquelle läßt sich die Absorption der Licht­ strahlenergie im Verlauf der Transmission in Luft auf ein Mi­ nimum herabdrücken, so daß die optische Bearbeitung ohne Ein­ schränkungen durch Umgebungsbedingungen durchgeführt werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrich­ tung zur optischen Bearbeitung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Maskenhalterung in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Konfiguration einer Zen­ traleinheit der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Vergrößerungseinstellver­ fahrens bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 5 eine bildliche Darstellung des Fokussiervorganges bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf Bilder eines auf ein Werkstück kopierten Lochs;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur schematischen Dar­ stellung des Meßvorganges eines tatsächlichen Abbil­ dungsvergrößerungswertes;

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Aufbau einer Werkstück­ halterung;

Fig. 9 eine allgemeine Ansicht der Anordnung einer Vorrich­ tung zur optischen Bearbeitung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 eine Übersicht des molekularen Aufbaus von Werk­ stücken zur optischen Bearbeitung mit der Vorrich­ tung gemäß der Erfindung;

Fig. 11 eine Schnittansicht des Aufbaus einer Maske für die Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine Tabelle der Brechzahlen verschiedener dielek­ trischer Stoffe;

Fig. 13 einen Querschnitt durch einen abgewandelten Masken­ aufbau;

Fig. 14 eine graphische Darstellung von Änderungen oder Schwankungen im Oberflächenzustand einer dielektri­ schen Dünnschicht der Maske;

Fig. 15 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen der Beleuchtungsenergiedichte eines KrF-Laser­ strahls und der Ätzgeschwindigkeit;

Fig. 16 eine tabellenförmige Darstellung der Verhältnisse zwischen optischen Bearbeitungsenergiedichten, an­ geforderten Abbildungsvergrößerungen und empfehlens­ werten Abbildungsvergrößerungen;

Fig. 17 ein Ablaufdiagramm eines Einstellverfahrens für die Laserintensität in einer Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum op­ tischen Bearbeiten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, gehört zu diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Bearbeitung eine Lichtquelle 1 (die ihrerseits aus einem Excimer-Laseroszilla­ tor 11, einer Strahlengangeinstelleinrichtung 12, einer Strahlformgebungsoptik 13 und einem Einfallswinkeleinstell­ spiegel 14 zusammengesetzt ist), zur Beleuchtung einer Maske 3 mit einem durch entsprechende Gestaltung des vom Excimer- Laseroszillator 11 abgestrahlten Laserstrahls erhaltenen Laserstrahl B, eine Maskenbewegungsvorrichtung 4 und eine Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 zum Bewegen der Maske 3 in Richtung senkrecht zu einer optischen Achse L (d. h. in X-Richtung), eine Abbildungslinse 5 zum Kopieren eines Musters der Maske 3 auf ein Werkstück 7, eine Werk­ stückbewegungsvorrichtung 6 und eine Werkstücksynchronbewe­ gungsvorrichtung 62 zum Bewegen des Werkstücks 7 in Richtung senkrecht zur optischen Achse L (d. h. in X-Richtung), eine Abbildungsänderungseinrichtung 51; 61 zum Än­ dern des Abstandes zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 durch Bewegen der Abbildungslinse 5 und des Werkstücks 7 in Richtung parallel zur optischen Achse L (auch bezeichnet als Z-Achse), eine im folgenden auch Kopiemusterbetrachtungsvorrichtung genannte Beobachtungseinrichtung 8 zum Beob­ achten oder Betrachten und/oder Aufnehmen eines auf dem Werk­ stück 7 gebildeten Musters zwecks visueller Inspek­ tion derselben, eine Bildverarbeitungseinheit 83 zum Verar­ beiten der durch die Kopiemusterbetrachtungsvorrichtung 8 aufgenommenen Musterabbildung und eine Zentralsteuereinheit 9, die den Arbeitsvorgang der Vorrichtung als Ganzes steuert und eine Datenverarbeitung und arithmetische Operationen nach Bedarf ausführen kann. Hierzu kann ein Rechner als Zentral­ steuereinheit dienen.

Die Maske 3 wird von einer Maskenhalterung 30 festgehalten, die aus einem an der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 fest anzubringenden unteren Halteglied 31 und einem oberen Deckel 32 besteht, wie Fig. 2 zeigt. Das untere Halteglied 31 ist nach Art eines Rahmens ausgestanzt, so daß die Maske 3 eingepaßt und ein Laserstrahl B hindurch gelangen kann. Im einzelnen wird die Maske 3 in Oberflächenberührung so auf das untere Halteglied 31 aufgelegt, daß ihre mit Muster versehene Oberfläche 3d nach unten weist (d. h. in Richtung entgegenge­ setzt zu der Seite, an der ein Spiegel 2 mit hohem Reflexi­ onsvermögen angeordnet ist). Danach wird der obere Deckel 32 auf der Maske 3 angebracht und mittels Schrauben 33 befe­ stigt.

Bei dem beschriebenen Aufbau der Maskenhalterung ist der Ab­ stand zwischen der Maske 3 und der Abbildungslinse 5 in der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß Fig. 1 durch den Abstand bestimmt, der zwischen der gemusterten Oberfläche 3d und einer Hauptebene der Abbildungslinse 5 besteht. Wenn also die Maske 3 so angeordnet wird, daß ihre gemusterte Oberflä­ che 3d nach oben weist, wird es schwierig, das Maskenmuster mit hoher Präzision oder Genauigkeit zu kopieren, weil sich der Abstand zwischen der Maske 3 und der Abbildungslinse 5 in Abhängigkeit von einer Dickenänderung eines lichtdurchlässi­ gen Substrats 3a ändert, die bei einem Austausch der Maske 3 auftreten kann.

Im Gegensatz dazu kann bei einer Anbringung der Maske 3 auf der Maskenhalterung 30 mit nach unten weisender gemusterter Oberfläche 3d, wie vorstehend beschrieben, der Abstand zwi­ schen der Maske 3 und der Abbildungslinse 5 immer konstant ge­ halten werden, so daß das Kopieren oder Übertragen des Mu­ sters immer mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann, gleichgültig ob Masken 3 mit unterschiedlichen lichtdurchläs­ sigen Substraten 3a benutzt werden, weil ja die gemusterte Oberfläche 3d immer durch das untere Halteglied 31 in ihrer Lage bestimmt ist.

Die Maskenhalterung 30 ihrerseits ist mittels der Maskensyn­ chronbewegungsvorrichtung 42, deren Funktion noch näher er­ läutert wird, an der Maskenbewegungsvorrichtung 4 fest ange­ bracht.

Zu der Maskenbewegungsvorrichtung 4 gehört ein X-Y-Tisch, der auf einer Oberseite 111 einer ortsfesten Stütze 110 senkrecht ausgerichtet zur optischen Achse der Abbildungslinse ange­ bracht ist, wie Fig. 1 zeigt, und die Maskenhalterung 30 ge­ meinsam mit der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 52 und ge­ steuert durch die Zentralsteuereinheit 9 in X- und Y-Richtung bewegen kann. Übrigens wird bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung davon ausgegangen, daß die Richtung der Z-Achse mit der der optischen Achse L zusammenfällt.

Andererseits ist die Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 so gestaltet, daß sie die Maske 3 synchron mit der Verlagerung des Werkstücks 7 in X- und Y-Richtung bewegt und dazu dient, Feineinstellungen der Lage der Maske 3 vorzunehmen. Dement­ sprechend wird die optische Achse manchmal auch als Z-Achse bezeichnet.

Die Abbildungslinse 5 besteht aus einem Linsensystem zum Ko­ pieren oder Projizieren einer Musterabbildung der Maske 3 auf das Werkstück 7 und ist auf der ortsfesten Stütze 110 über eine Z-Achsen-Linsenbewegungsvorrichtung 51 angebracht, die dazu ausgelegt ist, die Abbildungslinse in Richtung der Z- Achse zu bewegen, welche mit der optischen Achse L zusammen­ fällt oder zu dieser parallel ist. Es sei noch erwähnt, daß die Abbildungslinse 5 eine Brennweite f = 150 mm und eine wirksame Öffnung von 20 mm aufweist, und daß der Vergrößerungsmaßstab M = 0,5000 (= 1/2) beträgt.

Die Abbildungsänderungseinrichtung be­ steht aus der schon genannten Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse und einer Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück, die zum Bewegen des Werkstücks 7 in der mit der optischen Achse L zusammenfallenden Z-Richtung ausge­ legt und auf einer unteren Wand 112 der ortsfesten Stütze 110 angebracht ist. Die zuvor erwähnte Werkstückbewegungsvorrich­ tung 6 ist auf der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück angebracht.

Im einzelnen gehört zu der Werkstückbewegungsvorrichtung 6 ein X-Y-Tisch, der auf der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück in einer Ausrichtung senkrecht zur opti­ schen Achse L der Abbildungslinse angebracht ist und das Werkstück 7 gemeinsam mit der Werkstücksynchronbewegungsvor­ richtung 62 und gesteuert durch die Zentralsteuereinheit 9 in X- und Y-Richtung bewegen kann.

Die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 hat einen hier nicht ge­ zeigten Positionsdetektor, der die Verschiebung des Werk­ stücks 7 erfaßt. Der Positionsdetektor kann preisgünstig in Form eines Drehcodierers vorgesehen sein, der auf einer Aus­ gangswelle eines Elektromotors sitzt, welcher als Antriebs­ quelle zum Bewegen der Werkstückbewegungsvorrichtung 6 dient. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß der Erfindung ist der Positi­ onsdetektor jedoch in Form eines Präzisionsinstrumentes vorgesehen, beispielsweise als lineare Skala oder derglei­ chen, die auf dem X-Y-Tisch angebracht ist, welcher die Werk­ stückbewegungsvorrichtung 6 bildet, damit die Verlagerung des Werkstücks 7 mit einer hohen Auflösung im Größenordnungsbe­ reich von 1 µm oder weniger gemessen werden kann.

Die Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung 62 ist so konstru­ iert, daß sie eine Feineinstellung des Werkstücks 7 in X- und/oder Y-Richtung synchron mit der Verlagerung der Maske 3 durchführt. Das Werkstück 7 ist mittels einer Werkstückfixie­ rung 74 festgehalten, die ihrerseits auf der Werkstücksyn­ chronbewegungsvorrichtung 62 angebracht ist. Das auf das Werkstück 7 kopierte oder übertragene Muster kann durch die schon kurz erwähnte Beobachtungsvorrich­ tung 8 beobachtet werden.

Die Beobachtungsvorrichtung 8 weist eine Vergröße­ rungslinse 81 zum Vergrößern des auf das Werkstück 7 proji­ zierten Musters und eine Kamera mit zweidimensionaler CCD 82 zur Aufnahme der ver­ größerten Musterabbildung auf.

Andererseits ist der Maske 3 eine Maskenmusterbe­ trachtungsvorrichtung 20 zugeordnet, die aus einer Vergröße­ rungslinse 21 zum Vergrößern des Musters der Maske 3 und ei­ ner Kamera mit zweidimensionaler CCD zur Aufnahme der vergrößerten Musterabbildung zusammengesetzt ist.

Die Bildverarbeitungseinheit 83 ist für die Weiterverarbei­ tung der von den Kameras 22 und 82 ge­ lieferten Signale ausgelegt und gibt die aus der Bildverar­ beitung resultierende Bildinformation an die Zentral­ steuereinheit 9 weiter.

Die Zentralsteuereinheit 9 ist für die Steuerung des Excimer- Laseroszillators 11 der Lichtquelle 1, der Maskenbewegungs­ vorrichtung 4 und der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42, der Abbildungsänderungseinrichtung 51; 61, der Werkstückbewegungsvorrichtung 6 und der Werkstücksynchronbe­ wegungsvorrichtung 62 sowie der Bildverarbeitungseinheit 83 verantwortlich.

Im einzelnen ist in der Zentralsteuereinheit, wie Fig. 3 zeigt, ein Rechenmodul 91 für die tatsächliche Ver­ größerung, ein Entscheidungsmodul 92 und ein erstes, nachfolgend auch Z- Achsen-Verschiebungssteuermodul genanntes Steuermodul 93 enthalten.

Das Rechenmodul 91 für die tatsächliche Vergröße­ rung ist so ausgelegt, daß es einen tatsächlichen Vergrößerungswert M′ arithmetisch bestimmt, der ein Verhält­ nis der Musterabbildung auf dem Werkstück 7 und der der Maske 3 auf der Basis der von der Bildverarbeitungseinheit 83 ge­ lieferten Musterabbildungsinformation wiedergibt. Das Entscheidungsmodul 92 seinerseits entscheidet, ob ein Unterschied zwischen dem tatsächlichen Ver­ größerungswert M′, wie ihn das Rechenmodul 91 bestimmt hat, und einem gewünschten Vergrößerungswert M in einen Bereich erlaubter Differenzwerte δ fällt.

Wenn das Entscheidungsmodul 92 entscheidet, daß die vorstehend genannte Differenz den Bereich erlaubter Werte δ überschreitet, bestimmt das Z-Achsen-Verschiebungssteuermo­ dul 93 arithmetisch oder berechnet die Entfernungen zwischen der Maske, der Abbildungslinse und dem Werkstück, so daß der tatsächliche Vergrößerungswert M′ dem gewünschten Vergrößerungswert M auf der Basis des laufenden tatsächlichen Vergrößerungswertes M′ gleich wird, um auf diese Weise die Abbildungssänderungsein­ richtung 51; 61 so zu steuern, daß die tatsächlichen Ab­ stände zwischen der Maske 3, der Abbildungslinse 5 und dem Werkstück 7 mit den arithmetisch festgestellten Entfernungs­ werten zusammenfallen. Genauer gesagt wird unter Hinweis auf Fig. 2 vom Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 eine Entfer­ nung Maske/Linse Δa zwischen der Maske 3 und der Abbildungs­ linse 5 errechnet und die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Linse 51 so gesteuert, daß der tatsächliche Abstand zwi­ schen der Maske 3 und der Abbildungslinse 5 mit der errechne­ ten Entfernung Maske/Linse Δa zusammenfällt. Außerdem errech­ net das Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 eine Entfernung Maske/Werkstück Δw zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 und steuert die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück so, daß der tatsächliche Abstand zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 mit der errechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw zusammenfällt.

Ein in der Zentralsteuereinheit 9 vorgesehenes Verschiebungs­ steuermodul 94 ist, wie Fig. 3 zeigt, für das Steuern der Maskenbewegungsvorrichtung 4 und der Maskensynchronbewegungs­ vorrichtung 42 einerseits und der Werkstückbewegungsvorrich­ tung 6 sowie der Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung 62 an­ dererseits zuständig. Ferner erfüllt, wie Fig. 1 zeigt, das Verschiebungssteuermodul 94 eine Steuerfunktion für die Mas­ kenbewegungsvorrichtung 4 und die Werkstückbewegungsvorrich­ tung 6, so daß Fluchtungsmarkierungen auf der Maske 3 und dem Werkstück 7 sich in der Mitte von Abbildungen befinden, die auf der Maskenmusterbetrachtungsvorrichtung 20 und der Beobachtungsvorrichtung 8 erzeugt werden, wenn die Maske 3 und das Werkstück 7 um eine vorherbestimmte Entfer­ nung zur Maskenbetrachtungsvorrichtung 20 bzw. der Beobachtungsvorrichtung 8 aus ihrer Lage verschoben wer­ den. Wenn die Fluchtungsmarkierungen von den Mitten der auf der Maskenmusterbetrachtungsvorrichtung 20 und der Beobachtungsvorrichtung 8 erzeugten Abbildungen abweichen bedeutet dies folglich, daß die Maske 3 und das Werkstück 7 sich nicht exakt in der richtigen Lage befinden. Wenn bei der optischen Bearbeitung zum Beispiel in einem mehrschichtigen, bedruckten Substrat Löcher gebildet werden sollen, müssen die Masken 3 und die Werkstücke 7 nach einem Austausch exakt in der richtigen Lage angeordnet werden, weil die Positionen der Löcher unter den einzelnen Schichten mit hoher Genauigkeit ausgerichtet sein müssen.

In diesem Zusammenhang wird bei der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung davon ausgegangen, daß die Fluchtungsmarkierungen auf der Maske 3 und dem Werkstück 7 mit den Vergrößerungslinsen 21 und 81, die jeweils eine Vergrößerung von "5" haben, und mit den CCD-Kameras 22 und 82 festgestellt wer­ den, jeweils 1,3 mm betragen. Da der Abstand zwischen Bildelementen in den CCD-Kameras 22 und 82 etwa 2 µm beträgt, ist dementsprechend der Abstand zwischen Bildelementen etwa 10 µm, wenn die jeweils eine Ver­ größerung von "5" aufweisenden Vergrößerungslinsen 21 und 81 benutzt werden.

Wenn in der Bildverarbeitungseinheit 83 eine Verarbeitung der von den CCD-Kameras 22 und 82 ausgegebenen Signale vorgenommen wird, nimmt die Fluchtungsauflösung einen Wert in der Größenordnung von 0,2 µm an, d. h. einen Wert der kleiner ist als der Ab­ stand zwischen Bildelementen. So kann mit Hilfe der Maskenmu­ sterbetrachtungsvorrichtung 20 und der Beobach­ tungsvorrichtung 8 festgestellt werden, ob die Maske 3 und das Werkstück 7 mit großer Präzision in ihre Lage gebracht sind.

Ferner ist bei der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung ge­ mäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Werkstückdicken­ meßvorrichtung 10 vorgesehen, welche die Dicke des Werk­ stücks 7 in der mit der optischen Achse L zusammenfallenden Richtung mißt. Die Werkstückdickenmeßvorrichtung 10 ist als Laser- Längenmesser verwirklicht. Anhand der von der Werkstückdickenmeßvorrichtung 10 ausgegebe­ nen Meßdaten steuert das in der Zentralsteuereinheit 9 ent­ haltene Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 die Z-Achsen-Be­ wegungsvorrichtung 61 für das Werkstück.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Vorrichtung zum opti­ schen Bearbeiten gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beschrieben werden.

Die selbsttätige Einstellung der Vergrößerung der Abbil­ dungslinse auf einen Zielwert oder einen gewünschten Abbil­ dungsvergrößerungswert wird zunächst mit Hilfe einer in Fig. 5 gezeigten, für einen Ver­ such bestimmten Maske 3-1 durchgeführt.

Die Versuchsmaske 3-1 hat ein einziges Durchgangsloch 3-2 und ein Versuchsmuster, welches aus einem Paar Fadenkreuzen 3-3 und 3-4 besteht, wie in Fig. 5 erkennbar. Das Durchgangsloch 3-2 ist ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von 20 µm. Ferner hat jedes Fadenkreuz 3-3 und 3-4 eine Faden­ länge von 0,5 mm und eine Fadenbreite von 100 µm, wobei der Fadenkreuzabstand L₁ zwischen den Fadenkreuzen 3-3 und 3-4 10,000 mm beträgt.

Die Versuchsmaske 3-1 ist auf der Maskenhalterung 30 in der in Fig. 2 dargestellten Weise angebracht, während das Werk­ stück 7 in der Werkstückfixierung 74 festgehalten ist.

Anschließend erfolgt die Fokussiereinstellarbeit für die Ab­ bildungslinse 5. Zunächst wird die Maskenbewegungsvorrichtung 4 so gesteuert, daß das Durchgangsloch 3-2 auf die optische Achse L gelangt, wie in Fig. 5 gezeigt, woraufhin die Ver­ suchsmaske 3-1 mit dem Laserstrahl B beleuchtet wird, der von dem den Hauptteil der Lichtquelle 1 bildenden Excimer-Laser­ oszillator 11 abgestrahlt wird.

Anschließend wird die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für das Werkstück 61 schrittweise, gesteuert durch das Z-Achsen-Ver­ schiebungssteuermodul 93 der Zentralsteuereinheit 9 in die Nähe des Brennpunktes der Abbildungslinse 5 gebracht, um auf diese Weise bei jeder schrittweisen Verlagerung der Z-Achsen- Bewegungsvorrichtung für das Werkstück 61 Abbildungen des Durchgangsloches 3-2 im Werkstück 7 zu schaffen. Dann werden die Abbildungen der durch die optische Bearbeitung im Werk­ stück 7 erzeugten Löcher von der CCD-Kamera 82 mittels der Vergrößerungslinse 81 aufgenommen, um es der Abbildungsverarbeitungseinheit 83 zu ermöglichen, die Durch­ messer der Lochabbildungen zu berechnen. Danach wird die Dicke des Werkstücks 7 an der Stelle bestimmt, an der das Loch mit dem kleinsten Durchmesser gebildet ist.

Im einzelnen wird, wie Fig. 6 zeigt, unter den im Werkstück 7 gebildeten kreisförmigen Löchern 7-1 bis 7-5 das kreisförmige Loch 7-3 mit dem kleinsten Durchmesser als Positionsanzeige des Werkstücks 7 in Richtung der optischen Achse L ausge­ wählt, welche dem Brennpunkt der Abbildungslinse 5 ent­ spricht, woraufhin die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück so gesteuert wird, daß das Werkstück 7 die zu­ vor genannte Stellung einnimmt.

Anschließend wird ein Abbildungseinstellvorgang durchgeführt, der anhand von Fig. 4 erläutert werden soll, welche als Ablaufdiagramm die Arbeit des Einstellens der Ver­ größerung zeigt.

In einem in Fig. 4 gezeigten Schritt S1 wird ein neues Werk­ stück 7 auf der Werkstückfixierung 74 plaziert, woraufhin die Maskenbewegungsvorrichtung 4 vom Verschiebungssteuermodul 94 so gesteuert wird, daß ein Punkt in der Mitte zwischen den Fadenkreuzen 3-3 und 3-4 auf die optische Achse L zu liegen kommt, wie Fig. 7 zeigt. In diesem Zustand wird der Excimer- Laseroszillator 11 der Lichtquelle 1 angesteuert, um die Ver­ suchsmaske 3-1 mit dem Laserstrahl B zu beleuchten und da­ durch Abbildungen der Fadenkreuze 3-3 und 3-4 gleichzeitig auf dem Werkstück 7 zu erzeugen, und zwar in einem Schritt S2 gemäß Fig. 4.

Jede der auf dem Werkstück 7 geschaffenen Fadenkreuzabbildun­ gen 7-6 und 7-7 wird durch die Beobachtungsvor­ richtung 8 gelesen und daraufhin wird der Abstand zwischen den Fadenkreuzabbildungen 7-6 und 7-7 von der Zentralsteuereinheit auf der Basis der von der Bild­ verarbeitungseinheit 83 gelieferten Informationen arithme­ tisch bestimmt.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß bei Betrachtung der auf dem Werkstück 7 gebildeten Fadenkreuzabbildung 7-6 (7-7) durch die CCD-Kamera 82 ein Fehler bei der Positi­ onsmessung unter dem Einfluß von Aberrationen der Vergröße­ rungslinse 81 vorkommen kann, wenn die Fadenkreuzabbildung 7-6 an einer Stelle im Abstand von der optischen Achse der Ver­ größerungslinse 81 betrachtet wird. Deshalb ist es zum Messen der Position der Abbildung der Fadenkreuzmeßmarke 7-6 mit ho­ her Präzision wünschenswert, das Werkstück 7 so zu bewegen, daß sich die Fadenkreuzabbildung 7-6 in der Nähe der opti­ schen Achse der Vergrößerungslinse 81 befindet (d. h. anders ausgedrückt in der Nähe der Mitte der zweidimensionalen CCD- Kamera 82, weil diese mit der optischen Achse der Vergröße­ rungslinse 81 zusammenfällt), wo der Einfluß von Aberrationen der Vergrößerungslinse 81 auf ein Minimum reduziert werden kann.

Aus den obigen Gründen wird das Positionseinstellverfahren folgendermaßen durchgeführt:
Zunächst wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 so bewegt, daß die Fadenkreuzabbildung 7-6 des Fadenkreuzabbildungspaa­ res 7-6 und 7-7 mit der Vergrößerungslinse 81 beobachtet (Schritt S3 in Fig. 4) und die Abweichung der Fadenkreuzabbildung 7-6 von der Mitteposition der zweidimen­ sionalen CCD-Kamera 82 mittels der Bildverarbeitungseinheit 83 arithmetisch bestimmt (Schritt S4 in Fig. 4) werden kann.

Die Information über die Abweichung wird von der Bildverar­ beitungseinheit 83 an die Zentralsteuereinheit 9 übertragen und dadurch die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 vom Verschie­ bungssteuermodul 94 so angesteuert, daß das Werkstück 7 um eine Entfernung entsprechend der genannten Abweichung in Richtung zur Mitteposition der CCD-Kamera 82 verschoben wird (Schritt S5 in Fig. 4). In diesem Fall wird die Verlagerung des Werkstücks 7 von dem genannten Posi­ tionsdetektor erfaßt.

Hierbei kann sich möglicherweise auch ergeben, daß die Mitte der Fadenkreuzabbildung 7-6 leicht von der Mitte der CCD-Kamera 82 abweicht. Dementsprechend wird die Fadenkreuzabbildung 7-6 erneut durch die CCD-Kamera 82 betrachtet, um eine mögliche Positionsabwei­ chung der Mitte der Fadenkreuzabbildung 7-6 von der der CCD-Kamera 82 mittels der Bildverarbeitungsein­ heit 83 arithmetisch feststellen zu lassen (Schritt S6 in Fig. 4).

Falls vorhanden, wird dies Information über die geringfügige Abweichung von der Bildverarbeitungseinheit 83 an die Zen­ tralsteuereinheit 9 geliefert, woraufhin das Verschiebungs­ steuermodul 94 die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 derart steuert, daß die Fadenkreuzabbildung 7-6 in Richtung zur Mitte der CCD-Kamera 82 um ein Stück verla­ gert wird, welches der erneut erfaßten Abweichung entspricht (Schritt S7 in Fig. 4).

So gelangt die Fadenkreuzabbildung 7-6 zu der Position, an der ihr Mittelpunkt im wesentlichen mit dem der CCD-Kamera 82 zusammenfällt. In diesem Zustand wird die Gesamtverschiebung der Fadenkreuzabbildung 7-6 bestimmt.

Die Gesamtverschiebung der wie vorstehend beschrieben zweimal bewegten Fadenkreuzabbildung 7-6 wird mit Hilfe des erwähnten Positionsdetektors erfaßt. So kann die Gesamtverschiebung der Fadenkreuzabbildung 7-6 von der Zentralsteuereinheit 9 auf der Basis der vom Positionsdetektor gelieferten Daten be­ stimmt werden, was wiederum bedeutet, daß die Mitteposition der Fadenkreuzabbildung 7-6 mit hoher Genauigkeit festge­ stellt werden kann.

Zur exakten Bestimmung der Mitteposition der Fadenkreuzabbil­ dung 7-7 wird dann ein ähnliches Positionierverfahren durch­ geführt.

Die Zentralsteuereinheit 9 bestimmt außerdem einen Bildab­ stand L₂ zwischen der Fadenkreuzabbildung 7-6 und der Faden­ kreuzabbildung 7-7 auf der Basis einer Differenz in der Ge­ samtverschiebung der Fadenkreuzabbildungen 7-6 und 7-7, wobei die so festgestellte Differenz in das Rechenmodul 91 für die tatsächliche Abbildungsvergrößerung eingegeben wird (Schritt S8 in Fig. 4).

Das Rechenmodul 91 für die tatsächliche Abbildungsvergröße­ rung bestimmt durch Kalkulation einen tatsächlichen Abbil­ dungsmaßstab M′ (= L₂/L₁), der für das Verhältnis zwischen dem festgestellten Bildabstand L₂ und dem bereits bekannten Abstand L₁ zwischen Fadenkreuzen repräsentativ ist. Die Information über den tatsächlichen Abbildungsvergröße­ rungswert M′ wird dann an das Vergrößerungsentscheidungsmodul 92 ausgegeben (Schritt S9 in Fig. 4).

Das Vergrößerungsentscheidungsmodul 92 ist so ausgelegt, daß es entscheidet, ob ein Unterschied zwischen dem tatsächlichen Abbildungsmaßstab M′ und dem gewünschten Abbil­ dungsmaßstab M in einen Bereich erlaubter Differenwerte δ fällt (Schritt S10 in Fig. 4).

Wenn der Entscheidungsschritt S10 eine positive Antwort er­ gibt, ist der Vergrößerungseinstellvorgang beendet, woraufhin der Vorgang der optischen Bearbeitung aktiviert wird (Schritt S11 in Fig. 4). Ist das nicht der Fall (d. h. wenn die Antwort beim Entscheidungsschritt S10 negativ ist), wird ein entspre­ chendes Signal an das Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 83 ausgegeben, um eine Vergrößerungseinstellung vorzunehmen (Schritt S12 in Fig. 4).

In dem Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 wird auf der Ba­ sis des gewünschten Abbildungsmaßstabs M, des tatsächlichen Abbildungsmaßstabs M′ und der Brenn­ weite f der Abbildungslinse entsprechend den folgenden Aus­ drücken (1) und (2) eine berechnete Entfernung Maske/Linse Δa zwischen der Maske und der Abbildungslinse sowie eine berech­ nete Entfernung Maske/Werkstück Δw zwischen der Maske und dem Werkstück arithmetisch bestimmt:

Δa = f×((1/M′) - (1/M)) (1)

Δw = f×((M′-M + (1/M′) - (1/M)) (2)

Anschließend wird so gesteuert, daß Koinzidenz zwischen der tatsächlichen Entfernung zwischen der Maske 3 und der Abbil­ dungslinse 5 und der errechneten Entfernung Maske/Linse Δa erzielt wird, während die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück so gesteuert wird, daß der tatsächliche Ab­ stand zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 mit der er­ rechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw zusammenfällt. Auf diese Weise kann eine selbsttätige Einstellung der Vergröße­ rung erzielt werden.

Nach dem automatischen Einstellen der Vergrößerung wird das vorstehend beschriebene Verfahren erneut durchgeführt, um Be­ stätigung zu erhalten, ob die automatisch eingestellte Ver­ größerung mit dem gewünschten Abbildungsmaßstab M übereinstimmt (Schritt S13 in Fig. 4).

Anhand eines experimentellen numerischen Beispiels soll die selbsttätige Einstellung der Vergrößerung noch näher erläu­ tert werden.

Es wurde eine Versuchsmaske 3-1 mit einem Abstand L₁ zwischen Fadenkreuzen von 10,000 mm benutzt. Der Abstand L₂ zwischen Abbildungen betrug dann 5,001 mm. Die Auflösung der Messung des Abstands L₂ zwischen Abbildungen war etwa 0,5 µm. Folg­ lich war der tatsächliche Abbildungsvergrößerungswert M′ 0,5001. Anhand der Ausdrücke (1) und (2) wurde die errechnete Entfernung Maske/Linse Δa dann mit -60 µm und die errechnete Entfernung Maske/Werkstück Δw mit -45 µm bestimmt. Die Posi­ tion der Abbildungslinse 5 und des Werkstücks 7 wurde dann auf der Basis der errechneten Entfernung Maske/Linse Δa und der errechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw durchgeführt. Anschließend wurde die Vergrößerung erneut gemessen, und es zeigte sich, daß der tatsächliche Abbildungsmaßstab M′ auf den gewünschten Wert M von 0,5000 korrigiert war.

Wie schon gesagt, erleidet das Material oder die Zusammenset­ zung der Abbildungslinse 5 im Verlauf der Zeit unter dem Ein­ fluß des Excimer-Laserstrahls eine mehr oder weniger starke Verschlechterung und eine damit einhergehende Änderung der Brechzahl. Trotzdem kann mit der Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung für optisches Bearbeiten ein Präzisionskopier- und Ver­ arbeitungsvorgang ohne problematischen Fehler gewährleistet werden, weil die errechnete Entfernung Maske/Linse Δa und die errechnete Entfernung Maske/Werkstück Δw vom Z-Achsen-Ver­ schiebungssteuermodul 93 in Übereinstimmung mit den Aus­ drücken (1) und (2) festgestellt werden, und weil der tatsächliche Abbildungsmaßstab M′ so korrigiert wird, daß er mit dem gewünschten Wert M zusammenfällt.

Für die Be­ arbeitung wird eine Maske 3 in der Maskenhalterung 30 angebracht, während ein mit dem Laserstrahl optisch zu bear­ beitendes oder maschinell nachzubearbeitendes Werkstück 7 auf der Werkstückfixierung 74 befestigt wird. Um das optische Ko­ pieren und Bearbeiten (Nachbearbeiten) mit großer Genauigkeit durchführen zu können, muß die in der Maskenhalterung 3 be­ findliche Maske und das in der Werkstückfixierung 74 gehal­ tene Werkstück 7 sowohl in X- als auch in Y-Richtung exakt positioniert werden.

Dieser Vorgang der genauen Lagebestimmung wird in der nach­ folgend beschriebenen Weise durchgeführt.

Das Verschiebungssteuermodul 94 der Zentralsteuereinheit 9 steuert die Maskenbewegungsvorrichtung 4 und die Werkstückbe­ wegungsvorrichtung 6, um die Maske 3 und das Werkstück 7 um jeweils vorherbestimmte Entfernungen zur Maskenmusterbetrach­ tungsvorrichtung 20 bzw. zur Beobachtungsvorrich­ tung 8 zu bewegen.

Durch die Maskenmusterbetrachtungsvorrichtung 20 und die Beobachtungsvorrichtung 8 werden Positionen der Fluchtungsmarkierungen auf der Maske 3 bzw. dem Werkstück 7 erfaßt. Wenn die Positionen dieser Fluchtungsmarkierungen von den Bezugspositionen in den Abbildungsebenen der Maskenmu­ sterbetrachtungsvorrichtung 20 und der Beobach­ tungsvorrichtung 8 abweichen, wird die Maskenbewegungsvor­ richtung 4 und die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 angesteu­ ert, um Koinzidenz zwischen den Fluchtungsmarkierungen und den Bezugspunkten herzustellen.

Außerdem muß für das optische Kopieren und Bearbeiten (maschinelles Nachbearbeiten) der Abstand zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7, die beide wie erwähnt in X- und Y-Richtung in ihre Lage gebracht wurden, auf diejenige Entfer­ nung in Z-Richtung eingestellt werden (d. h. entlang der opti­ schen Achse L), die durch das beschriebene Vergrößerungsein­ stellverfahren bestimmt wurde. Die Einstellung in Z-Richtung kann in der unten beschriebenen Weise vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß das optische Kopie­ ren und Bearbeiten zur maschinellen Bearbeitung eines Werk­ stücks mit einem Austausch verschiedener Masken 3 durchge­ führt werden kann. In diesem Fall können sich die Dicken der Masken unterscheiden.

Allerdings wird bei dem hier beschriebenen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung die Maske 3 ja so in der Maskenhalterung 30 angebracht, daß ihre gemusterte Oberfläche 3d nach unten weist, wie Fig. 2 zeigt. Deshalb bleibt die mit Muster ausge­ stattete Oberfläche 3d, selbst wenn sich das lichtdurchläs­ sige Substrat 3a von einer Maske zur nächsten unterscheidet, immer in vorherbestimmter Stellung, die das untere Halteglied 31 festlegt. Trotz eines Austausches der Masken 3 bleibt also der Abstand zwischen der in der Halterung 30 aufgenommenen Maske 3 und der Abbildungslinse 5 entsprechend der errechne­ ten Entfernung Maske/Linse Δa erhalten, wie er durch das be­ schriebene Verfahren der selbsttätigen Einstellung erhalten wurde.

Nach Beendigung des optischen Kopiervorganges an einem Werk­ stück 7 muß dieses gegen ein neues ausgetauscht werden. Hier­ bei zeigen sich oft unterschiedliche Dicken der Werkstücke 7.

Insbesondere wenn das Werkstück 7 ein mehrschichtiges be­ drucktes Substrat ist, nimmt die Dicke des Substrats bei je­ dem Hinzufügen einer neuen Schicht um etwa 50 µm zu. Ande­ rerseits muß nach dem Einstellen der Vergrößerung der Abbil­ dungslinse 5 der Abstand zwischen der Oberseite (d. h. der zu bearbeitenden Oberfläche) des Werkstücks 7 und der Abbil­ dungslinse 5 unverändert beibehalten werden. Daher wird der Abstand bis zu der zu bearbeitenden Oberseite des Werkstücks 7 mit der Werkstückdickenmeßvorrichtung 10 ge­ messen, und der gemessene Abstand in der Zentralsteuereinheit 9 gespeichert, um später als Bezugswert herangezogen zu werden.

Wenn ein bearbeitetes Werkstück 7 gegen ein neues ausge­ tauscht wird, wird der Abstand zum angebrachten jungfräuli­ chen Werkstück gemessen und daraufhin die Position der Z-Ach­ sen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück vom Z-Achsen- Verschiebungssteuermodul 93 so angesteuert, daß der gemessene neue Abstand dem Bezugswert gleich wird. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 un­ abhängig vom Austausch des Werkstücks 7 gegen ein neues auf der berechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw gehalten wer­ den, die mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Ver­ größerungseinstellung festgesetzt wurde.

Bei dem optischen Kopiervorgang für das Werkstück 7 mit Hilfe der Maske 3 mittels Lagebestimmung in X-, Y- und Z-Richtung erfolgt das Verschieben zwischen der Maske 3 und dem Werk­ stück 7 synchronisiert.

Im einzelnen wird zunächst die Maske 3 mit einem großflächi­ gen Muster auf der Oberfläche 3d auf der Maskenhalterung 30 angebracht. Danach wird durch Steuern der Maskensynchronbewe­ gungsvorrichtung 42 und der Werkstücksynchronbewegungsvor­ richtung 62 mit Hilfe des Verschiebungssteuermoduls 94 in der Zentralsteuereinheit 9 die Maske 3 und das Werkstück 7 syn­ chron in entgegengesetzten Richtungen mit dem Laserstrahl ab­ getastet, und zwar in einem Geschwindigkeitsverhältnis, wel­ ches dem zuvor genannten gewünschten Abbildungsmaßstab M entspricht, um so die großflächige Musterabbildung der Maske 3 auf das Werkstück 7 zu übertragen.

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung kann mit Vorteil und Ge­ winn für die optische Bearbeitung einer sogenannten unausge­ härteten Folie vor dem Brennen von Polyimid und Keramiken be­ nutzt werden, die als Isolierstoffe zwischen den Schichten eines mehrlagigen Substrats für gedruckte Schaltungen dienen. Beim optischen Kopieren der unausgehärteten Folie ist es ab­ solut wesentlich, daß der Abstand zwischen den Löchern mit hoher Präzision eingehalten wird. Außerdem muß der Austausch der unausgehärteten Folien mit hoher Frequenz erfolgen, obwohl sich die Dicke der unausgehärteten Folien bei jedem Austausch ändert. Infolgedessen muß jedes Mal beim Aus­ tausch der unausgehärteten Folien eine Ausrichtung der Muster zwischen den einzelnen Schichten durchgeführt werden. Diese Ausrichtung kann mit hohem Durchsatz automatisch durchgeführt werden, wenn die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung für das optische Bearbeiten der unausgehärteten Folien benutzt wird.

Die oben beschriebene Vorrichtung zum optischen Bearbeiten kann in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden, was nach­ folgend kurz beschrieben werden soll.

Es wurde erwähnt, daß im Zusammenhang mit der Versuchsmaske 3-1 ein Paar Fadenkreuzmeßmarken 3-3 und 3-4 benutzt wird. Allerdings sei darauf hingewiesen, daß auch drei oder mehr Fadenkreuzmeßmarken als Versuchsmuster dienen können. Dadurch läßt sich die Meßgenauigkeit noch weiter verbessern, weil eine größere Menge Daten verfügbar ist.

Außerdem können die Fadenkreuzmeßmarken 3-3 und 3-4 aber auch durch ein rechteckiges Versuchsmuster einer Größe von 10 mm×10 mm ersetzt werden. Wenn hierbei die Seitenlängen des Rechteckmusters mittels der Beobachtungsvorrich­ tung 8 und der Bildverarbeitungseinheit 83 gemessen werden, läßt sich der tatsächliche Abbildungsmaßstab M′ ähnlich wie bei Benutzung der Fadenkreuzmeßmarken 3-3 und 3-4 arithmetisch bestimmen. In diesem Fall werden die Positionen der Seiten des rechteckigen Versuchsmusters auf der X-Achse, die sich parallel zur Y-Achse erstrecken, gemessen, und dar­ aufhin wird der tatsächliche Abbildungsmaßstab M′ auf der Basis der Positionsdifferenz zwischen den beiden Sei­ ten in X-Richtung errechnet. Es versteht sich von selbst, daß auch andere Muster als ein Rechteck mit im wesentlichen dem gleichen Effekt verwendet werden können.

Außerdem kann das Durchgangsloch 3-2 der Versuchsmaske 3-1 zur Bestimmung der Vergrößerung für das optische Kopieren statt der oben beschriebenen Bestimmung des Brennpunktes be­ nutzt werden. In diesem Fall wird zur optischen Kopierbear­ beitung die Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 und die Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung 62 angetrieben, um die Maske 3 und das Werkstück 7 synchron mit dem Laserstrahl ab­ zutasten. Als Beispiel sei angenommen, daß der gewünschte Ab­ bildungsmaßstab M mittels der Abbildungslinse 5 auf 0,5 eingestellt werden soll, dann wird das Werkstück 7 durch die Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung 62 mit einer Ge­ schwindigkeit von 1/2 v in X-Richtung bewegt, während die Maske 3 von der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 mit ei­ ner Geschwindigkeit v in entgegengesetzter X-Richtung bewegt wird, und zwar durch entsprechende Steuerung der Werk­ stücksynchronbewegungsvorrichtung 52 und der Maskensynchron­ bewegungsvorrichtung 42 mittels der Zentralsteuereinheit 9. Danach wird die Länge eines im Werkstück 7 mittels der ge­ nannten synchronen optischen Kopierbearbeitung erzeugten, sich in Abtastrichtung (d. h. in X-Richtung) erstreckenden länglichen Schlitzes gemessen.

Wenn hier der Durchmesser des länglichen Schlitzes mit d1 und die Länge mit d2 angenommen wird, während die wirksame Eingangsöff­ nung der Abbildungslinse 5 durch D dargestellt ist, kann das Rechenmodul für die tatsächliche Abbil­ dungsvergrößerung 91 den tatsächlichen Abbildungsmaßstab M′ in Übereinstimmung mit folgendem Ausdruck (3) bestimmen:

M′-M = M×M×(d2-d1)/(D-M×(d2-d1)) (3)

Bei der oben beschriebenen Vorrichtung für das optische Bear­ beiten wird die Versuchsmaske 3-1 für das Einstellen der Ab­ bildungsvergrößerung benutzt, während die Maske 3 bei der op­ tischen Kopierbearbeitung herangezogen wird. Wenn aber die Maskenhalterung 30 so aufgebaut ist, daß sie sowohl die Maske 3 als auch die Versuchsmaske 3-1 aufnehmen kann, kann das Einstellen der Abbildungsvergrößerung auf vollautomatisierte Weise erfolgen. Ferner kann mit im wesentlichen der gleichen Wirkung eine Maske 3 benutzt werden, die sowohl das Durch­ gangsloch 3-2 als auch die Fadenkreuzmeßmarken 3-3 und 3-4 aufweist.

In der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Maske 3 in der Maskenhalterung 30 mit der gemusterten Oberfläche 3d nach un­ ten weisend dem stark reflektierenden Spiegel 2 gegenüber an­ gebracht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung einer Ultraviolettlichtquelle wie dem Excimer- Laser der Energieverlust des Laserstrahls B aufgrund von Ab­ sorption im Verlauf der gegenseitigen Rückstrahlungen zwi­ schen der Maske 3 und dem Spiegel 2 mit hohem Reflexionsver­ mögen vernachlässigbar wird. Dies Problem läßt sich aller­ dings lösen, wenn man die Maske 3 mit der gemusterten Ober­ fläche 3d nach oben (d. h. zum stark reflektierenden Spiegel 2 gewandt) anbringt. In diesem Fall wird die Maske 3 vorzugs­ weise mit einem lichtdurchlässigen Substrat 3a von im wesent­ lichen konstanter Dicke benutzt, damit der Abstand zwischen dem lichtdurchlässigen Substrat 3a und der Abbildungslinse 5 unverändert gehalten werden kann. Wenn zum Beispiel die Ab­ bildungsvergrößerung 0,5 ist, kann die Streuung oder Ablen­ kung bei Benutzung einer Maske 3 mit einer Dickentoleranz von ± 30 µm auf einen Bereich von ± 0,001 unterdrückt werden.

Ausführungsbeispiel 2

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß als Werkstückdicken­ meßvorrichtung 10 eine nicht gezeigte, mit Kontakt arbeitende Längenmeßvorrichtung vorgesehen ist. Diese Längenmeßvorrich­ tung wird als Meßvorrichtung 10 einge­ setzt, um die Dicke des Werkstücks 7 in Richtung parallel zur optischen Achse L zu messen. Das in die Zentralsteuereinheit 9 eingebaute Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 ist so ge­ staltet, daß es die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück (optische Achse) steuert. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung einer Lasermeßvorrichtung wie beim ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ein mehr oder weniger großer Fehler mit der Messung nicht vermieden werden kann, wenn das Werkstück 7 transparent ist. Wird aber eine mechanische Meßvorrichtung verwendet, so kann ein solcher Fehler im wesentli­ chen auch dann vermieden werden, wenn das Werkstück 7 licht­ durchlässig ist. So kann eine hohe Genauigkeit für die opti­ sche Kopierbearbeitung sichergestellt werden.

Ausführungsbeispiel 3

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel insofern, als die Vergrößerungs­ linse 81 und die CCD-Kamera 82, welche die Beobachtungsvorrichtung 8 bilden, gleichzeitig die Funktion der Werkstückdickenmeßvorrichtung 10 erfüllen.

Im einzelnen ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Linse mit geringer Tiefenschärfe als Vergrößerungslinse 81 vorgesehen, um die auf das Werkstück 7 projizierte Abbil­ dung zu vergrößern, die von der CCD-Kamera 82 aufgenommen und der Bildverarbeitungseinheit 83 zugeleitet wird. Dabei bestimmt die Bildverarbeitungseinheit 83, ob die aufgenommene Abbildung scharf eingestellt ist oder nicht. Wird festgestellt, daß die aufgenommene Abbildung nicht fokussiert ist, wird die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werk­ stück vom Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 der Zentral­ steuereinheit 9 so angesteuert, daß das Werkstück 7 in die fokussierte Stellung gelangt. Allerdings sei in diesem Zusam­ menhang darauf hingewiesen, daß im wesentlichen die gleiche Wirkung auch erhalten werden kann, wenn eine andere photo­ elektrische Wahrnehmungseinrichtung als die CCD-Kamera benutzt wird. Im übrigen ist die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung im wesentlichen die gleiche wie das schon beschriebene erste und zweite Ausfüh­ rungsbeispiel.

Ausführungsbeispiel 4

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von den ersten drei Ausführungsbeispielen insofern, als eine Werk­ stückhalterung 70 anstelle der Werkstückhöhenmeßvorrichtung 10 benutzt ist. Wie Fig. 18 zeigt, ist die Werkstückhalte­ rung 70 auf einer auch Grundplatte genannten Werkstückfixierung 74 angebracht. Die Fig. zeigt auch, daß die Werkstückhalterung 70 ein Halteglied 71, auf dem das Werkstück 7 angeordnet ist, eine Vielzahl von Federn 72, die das schwimmend angebrachte Halteglied 71 federnd gegen die Begrenzungsfläche 73a des Halterahmens 73 drän­ gen, der an der Grundplatte 74 fest montiert ist.

So befinden sich selbst bei Werkstücken 7 unterschiedlicher Dicke deren zu bearbeitende Oberflächen immer in einer vor­ herbestimmten Position, die von der Begrenzungsfläche 73a be­ stimmt ist, und infolgedessen können sich die Abstände zwi­ schen den Werkstücken 7 und der Abbildungslinse 5 selbst dann nicht ändern, wenn die Dicke der Werkstücke 7 unterschiedlich ist. Folglich wird der Abstand zwischen der Maske 3 und dem Werkstück 7 auf der errechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw gehalten, die durch das vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren der automa­ tischen Einstellung festgelegt wurde, und zwar unabhängig von jeder möglichen Dickenschwankung der Werkstücke 7, die je­ weils nach Beendigung der optischen Bearbeitung ausgetauscht werden.

Nebenbei bemerkt ist auch das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung für Abwandlungen geeignet. So können die Druck­ federn 72 durch Gummielemente oder ähnliche federnd nachgie­ bige Teile ersetzt sein. Außerdem kann eine Anordnung vorge­ sehen sein, mittels der das Halteglied 71 für das Werkstück mittels Schrauben in Richtung zur Abbildungslinse 5 geschoben wird.

Ausführungsbeispiel 5

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von den ersten vier Ausführungsbeispielen dadurch, daß für das Bewe­ gen oder Verschieben der Maske 3 in Richtung parallel zur op­ tischen Achse L eine hier nicht gezeigte Maskenbewegungsvor­ richtung zum Bewegen in der Z-Achse (optische Achse) vorgese­ hen ist.

Diese Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Maske kann an der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 angebracht sein, und dann ist die Maskenhalterung 30 an der Z-Achsen-Bewegungsvor­ richtung für die Maske befestigt.

Die Maske 3 kann folglich gesteuert durch das in die Zentral­ steuereinheit 9 eingebaute Z-Achsen-Steuerverschiebungsmodul 93 in Richtung parallel zur optischen Achse L mittels der zu­ vor genannten Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Maske be­ wegt werden.

So kann mit der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Bildvergröße­ rungswechselvorrichtung in Form einer Kombination aus Z-Ach­ sen-Bewegungsvorrichtung für die Maske und Z-Achsen-Bewe­ gungsvorrichtung 61 für das Werkstück oder eine Kombination aus Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Maske und Z-Achsen- Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse ersetzt sein.

Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann der gewünschte Abbildungsmaßstab M beim Fokussieren, bei der auto­ matischen Vergrößerungseinstellung und bei der Dickenmessung des Werkstücks ebenso wie beim Austausch von Werkstücken bei­ behalten werden.

Ausführungsbeispiel 6

Bei der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich eine Linsensynchronbewegungsvorrichtung vorgesehen (die in der Zeichnung nicht dargestellt ist), mittels der die Abbil­ dungslinse 5 in Richtung orthogonal zur optischen Achse L be­ wegbar ist. In dieser Hinsicht unterscheidet sich das vorlie­ gende Ausführungsbeispiel von den oben beschriebenen ersten fünf Ausführungsbeispielen.

Die besagte Linsensynchronbewegungsvorrichtung ist zwischen der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse und der Abbildungslinse 5 angebracht. Durch das Steuern der zusätzli­ chen Linsensynchronbewegungsvorrichtung mittels eines Ver­ schiebungssteuermoduls 94 in der Zentralsteuereinheit 9 kann die Abbildungslinse 5 in einer Richtung orthogonal zur opti­ schen Achse L verlagert werden.

Bei Beleuchtung der Maske 3 mit dem Laserstrahl B wird entwe­ der die zusätzliche Linsensynchronbewegungsvorrichtung und die Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 oder alternativ die zuerst genannte Vorrichtung und die Werkstücksynchronbewe­ gungsvorrichtung 62 synchronisiert gesteuert durch das Verschiebungssteuermodul 94 in entgegengesetzten Richtungen bewegt, und zwar in einem Geschwindigkeitsverhältnis, welches dem gewünschten Abbildungsmaßstab M entspricht.

Ausführungsbeispiel 7

Bei der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Maskenbewe­ gungsvorrichtung 4 so angeordnet, daß sie die Funktion der Maskensynchronbewegungsvorrichtung 42 erfüllt, während die Werkstückbewegungsvorrichtung 6 die Funktion der Werk­ stücksynchronbewegungsvorrichtung 62 übernimmt.

Mit dieser Anordnung kann der ganze Aufbau der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung preisgünstig in einer vereinfachten Form verwirklicht werden.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 9 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zur optischen Be­ arbeitung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung. Elemente, die denen der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gleichen oder entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es sei auch noch hinzugefügt, daß die Masken­ synchronbewegungsvorrichtung 42, die Werkstücksynchronbewe­ gungsvorrichtung 62 und weitere Teile in der Darstellung in Fig. 9 aus Gründen der Klarheit wesentlicher Teile der Vor­ richtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel weggelassen sind.

Zunächst sei darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung so verwirklicht ist, daß sie für die Massenfertigung eingesetzt werden kann, bei der die Funktion der Maske über eine längere Zeitdauer auf­ rechterhalten bleiben muß. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Zu der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung zum optischen Bear­ beiten gehört der Excimer-Laseroszillator 11, die Strahlform­ gebungsoptik 13, der Einfallswinkeleinstellspiegel 14 und der Spiegel 2 mit hohem Reflexionsvermögen, und der vom Excimer-Laseroszillator 11 abgestrahlte Laserstrahl B wird von einem lichtdurchlässigen Bereich 100a einer Maske 100 durchgelassen und bildet durch die Abbildungslinse 5 auf einem Werkstück 7 ein verkleinertes Muster der Maske 100 ab. Der Maskenabbildungsbereich auf der zu bearbeitenden Oberflä­ che des Werkstücks 7 wird folglich impulsartig mit Impulslängen im Bereich von Nanosekunden beaufschlagt und dort das Material des Werkstücks 7 von der obersten bis zur untersten Schicht entfernt.

Durch die Anordnung des stark reflektierenden Spiegels 2 oberhalb der Maske 100 und ihr gegenüberliegend, wird der La­ serstrahl B wiederholt zwischen dem Spiegel 2 und der Maske 100 reflektiert (d. h. es kommt zu einer Mehrfachrückstrahlung des Laserstrahls B). Hierdurch kann der Wirkungsgrad des teu­ ren Excimer-Lasers auch in wirtschaftlich vorteilhafter Weise erhöht werden.

Das Werk­ stück 7 besteht aus einem hochmolekularen Werkstoff (Polymer), beispielsweise Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polyurethan (PUR), Polyvinylchlorid (PVC) oder dergleichen oder einem Werkstück oder einer unausgehär­ teten Folie aus einem Material der Aluminiumdioxidreihe oder Zirkonreihe. So hat zum Beispiel die Molekularstruktur der Polyimidfolie (PI) C-C-Bindungen und C-H-Bindungen, wie aus Fig. 10 zu entnehmen ist. Folglich muß zur Schaffung von Löchern, Nuten, Markierungen und/oder dergleichen ein Laserstrahl eines En­ ergiepegels benutzt werden, der die genannten Bindungen auf­ brechen kann. Die C-C-Bindungsenergie beträgt hier 3,5 eV, während die C-H-Bindungsenergie 4,3 eV beträgt. Um die opti­ sche Bearbeitung eines Werkstücks aus Polyimidfolie durchfüh­ ren zu können, muß also entweder ein KrF-Laserstrahl (mit 5 eV) oder ein ArF (Argon-Fluor) Laserstrahl benutzt werden, der ein höheres Energieniveau hat als die genannte Bindungs­ energie.

Allerdings erfährt der ArF-Laserstrahl eine starke Absorption bei der Übertragung durch die Luft und die optischen Ele­ mente. Die Be­ nutzung des ArF-Laserstrahls ist also auf einen evakuierten Raum begrenzt, was wiederum bedeutet, daß die optische Bear­ beitung mit dem ArF-Laserstrahl einer starken, nachteiligen Begrenzung unterliegt. Der KrF-Laserstrahl hingegen ist für die genannten Probleme im wesentlichen immun. Der KrF-Laser­ strahl erfährt nur wenig Absorption in der Luft. Aus diesen Gründen wird in der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung ge­ mäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein KrF-Laser­ strahl B mit einer Wellenlänge von 248 nm benutzt, um das ge­ nannte Abtragungsverfahren mit Erfolg durchführen zu können.

Da die Beleuchtung mit dem KrF-Laserstrahl eine so hohe Ener­ gie hat, muß andererseits die Maske 100 so ausgeführt sein, daß sie eine Anzahl von Laserbelichtungen in der Größenord­ nung von 106 bis 107 Schüssen aushält. Ein für diesen Zweck geeigneter Maskenaufbau soll nun im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 11 zeigt den Aufbau einer solchen Maske 100 im Schnitt, und Fig. 12 ist eine Tabelle, die die Brechzahlen der für die Herstellung der Maske verwendeten dielektrischen Stoffe an­ gibt.

Wie aus Fig. 11 hervorgeht, weist die Maske 100 ein licht­ durchlässiges Substrat 101 und eine insgesamt mit 102 be­ zeichnete dielektrische Dünnschicht auf.

Das lichtdurchlässige Substrat 101 ist aus synthetischem Quarzglas, Fluorit (zum Beispiel Kalziumfluorid) oder der­ gleichen hergestellt, so daß der von der Dünnschicht 102 durchgelassene KrF-Laserstrahl B kaum Übertragungsverlust er­ leidet und das Durchlaßvermögen des lichtdurchlässigen Sub­ strats 101 trotz einer Beleuchtung mit dem KrF-Laserstrahl während ausgedehnter Perioden vor einer Verschlechterung oder Schwankung geschützt ist.

Die dielektrische Dünnschicht 102 andererseits ist aus di­ elektrischen Schichten 103 mit hoher Brechzahl und dielektri­ schen Schichten 104 mit niedriger Brechzahl aufgebaut, die abwechselnd aufeinandergestapelt sind. Durch die dielektri­ schen Schichten 103 mit hoher Brechzahl und die dielektri­ schen Schichten 104 mit niedriger Brechzahl hindurch sind lichtdurchlässige Bereiche 100a in einem vorherbestimmten Mu­ ster gebildet.

Um die Mehrfachreflexion das Laserstrahls zwischen dem in Fig. 9 gezeigten Spiegel 2 von hohem Reflexionsvermögen und der Maske 100 zu verwirklichen, ist es übrigens nötig, daß der stark reflektierende Spiegel 2 und die dielektrische Dünnschicht 102 der Maske ein Reflexionsvermögen von nicht weniger als 99% haben.

Aus den oben genannten Gründen ist die dielektrische Schicht 103 mit hoher Brechzahl entweder aus Hafniumoxid (HfO₂), Scandiumoxid (Sc₂O₃) oder Aluminiumoxid gebildet, während die dielektrische Schicht 104 mit niedriger Brechzahl entweder aus Siliziumoxid (SiO₂) oder Magnesiumfluorid (MgF₂) gebildet ist. Dadurch, daß die dielektrische Dünnschicht 102 durch das abwechselnde Aufeinanderstapeln dielektrischer Schichten 103 von hoher Brechzahl und dielektrischer Schichten 104 von niedriger Brechzahl gebildet ist, wobei die Zahl der einander abwechselnden Schichten in einem Bereich von 20 bis 30 liegt, kann eine Maske 100 erzielt werden, deren Reflexionsvermögen 99% oder mehr beträgt und die der Energiedichte von 1 J/cm² oder mehr des KrF-Laserstrahls standhält.

Um eine dielektrische Dünnschicht 102 zu erhalten, die gegen eine hohe Laserenergiedichte beständig ist, müssen andererseits die di­ elektrischen Schichten 103 von hoher Brechzahl und die di­ elektrischen Schichten 104 von niedriger Brechzahl so gleich­ förmig wie möglich ausgebildet und ihre Anzahl auf das nötige Minimum eingeschränkt sein, um zu verhindern, daß in der di­ elektrischen Dünnschicht 102 interne Spannungen auftreten, während gleichzeitig die Absorption der KrF-Laserstrahlener­ gie auf einen möglichst kleinen Wert herabgedrückt wird.

Um eine dielektrische Dünnschicht 102 zu schaffen, die den genannten Bedingungen entspricht, sollten die Ausgangsstoffe für die dielektrischen Schichten 103 mit hoher Brechzahl und die dielektrischen Schichten 104 mit niedriger Brechzahl so ausgewählt sein, daß sich ein großer Unterschied in der Brechzahl zwischen den dielektrischen Schichten 103 und 104 ergibt.

Die dielektrischen Schichten 103 und 104 haben jeweils die in der Tabelle der Fig. 12 genannten Brechungsindices n.

Durch die Wahl der Werkstoffe für die dielektrische Schicht 103 mit hoher Brechzahl und die dielektrische Schicht 104 mit niedriger Brechzahl anhand der in Fig. 12 angegebenen Tabelle zur Erzielung eines großen Unterschiedes zwischen den Brech­ zahlen und den Aufbau der dielektrischen Dünnschicht 102 aus diesen Schichten kann eine Maske 100 erhalten we 27379 00070 552 001000280000000200012000285912726800040 0002019520213 00004 27260rden, die ein hohes Reflexionsvermögen und große Beständigkeit gegen große Laserenergiedichten hat.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde für die di­ elektrische Schicht 103 mit hoher Brechzahl Hafniumoxid (HfO₂) gewählt, welches die maximale Brechzahl n hat, während Siliziumoxid (SiO₂) von hoher Reinheit, welches ohne weiteres im Handel erhältlich ist, für die dielektrische Schicht 104 mit niedriger Brechzahl benutzt wurde. Hierdurch konnte eine Maske 100 erhalten werden, deren Reflexionsvermögen 99% oder mehr betrug und die gegen Laserenergiedichten von nicht unter 1 J/cm² beständig war.

Unter nochmaligem Hinweis auf Fig. 11 ist auf der Oberseite der dielektrischen Dünnschicht eine Testoberflä­ chenzone 105 mit einem Durchlaßbereich (Durchgangs­ loch) 100b für einen Bezugslichtstrahl vorgesehen, so daß der vom Durchlaßbereich 100b hindurchge­ lassene Laserstrahl als Bezugslaserstrahl B1 für Versuchs­ zwecke verwendet werden kann.

Es sei noch angemerkt, daß der Aufbau der Maske 100 nicht auf den in Fig. 11 dargestellten beschränkt ist, sondern in viel­ facher Hinsicht abgewandelt sein kann. So kann zum Beispiel (Fig. 13) zwischen das lichtdurchlässige Substrat 101 und die dielek­ trische Dünnschicht 102 ein Antireflexionsfilm 106 und ein metallischer Film 107 angeordnet werden, um auf diese Weise die optischen Eigenschaften der Maske 100 zu verbessern.

Fig. 14 zeigt anhand einer graphischen Darstellung Änderungen oder Schwankungen im Oberflächenzustand oder in der Oberflä­ chenbedingung der dielektrischen Dünnschicht 102 der Maske 100. In der Fig. ist die Beleuchtungsenergiedichte auf der dielektrischen Dünnschicht 102 längs der Ordinate aufgetragen und die Anzahl der impulsartigen Beleuchtung mit dem KrF-Laser­ strahl B auf der Abszisse.

Wie aus Fig. 14 zu entnehmen ist, kann bei einer Beleuchtung der dielektrischen Dünnschicht 102 mit 1×10⁷ Impulsen des KrF-Laserstrahls B mit einer Beleuchtungsenergiedichte von 0,8 J/cm² keine Änderung im Oberflächenzustand der dielektri­ schen Dünnschicht 102 beobachtet werden. Eine Beleuchtung der dielektrischen Dünnschicht 102 mit 1×10⁸ Impulsen des KrF- Laserstrahls B mit einer Beleuchtungsenergiedichte von 1 J/cm² hingegen führt zur Ausbildung von Teilchen eines Durchmessers von nicht mehr als 1 µm auf der Oberfläche der dielektrischen Dünnschicht 102. Allerdings ist keine Änderung im Reflexionsvermögen der dielektrischen Dünnschicht 102 zu beobachten. Außerdem ruft eine Beleuchtung mit 2×10⁶ Impulsen des KrF-Laserstrahls B einer Beleuchtungsenergiedichte von 1,15 J/cm² keine Änderung in dem Oberflächenzustand der dielektrischen Dünnschicht 102 hervor. Das gleiche gilt für eine Beleuchtung mit 1×10⁶ Impulsen des KrF-Laserstrahls B einer Energiedichte von 1,3 J/cm².

Anhand der obigen Analysen ist verständlich, daß die Bestän­ digkeit der dielektrischen Dünnschicht 102 gegen Laserenergie von der Beleuchtungsenergiedichte abhängt. In diesem Zusam­ menhang ist ferner anzumerken, daß im Bereich der Beleuch­ tungsenergiedichte von 1,5 bis 1,6 J/cm² in der Nähe und oberhalb einer Zerstörungsschwelle (einer in Fig. 14 gezeig­ ten Region A), die Beständigkeit der dielektrischen Dünn­ schicht 102 gegen Laserkraft steil abfällt, und infolgedessen eine Trübung in weiß auf der Oberfläche der dielektrischen Dünnschicht 102 erscheint.

Daraus läßt sich der Schluß ziehen, daß bei Verwendung des KrF-Laserstrahls B mit einer Beleuchtungsenergiedichte, die etwa der Hälfte der Beständigkeit gegen Laserenergie entspricht (siehe Region B in Fig. 16), die Zahl der impulsartigen Beleuchtung um einen Faktor von 1 bis 2 erhöht werden kann. Damit kann die Lebensdauer der Maske 100 gewiß auf mehr als 1×10⁹ Impulse verlängert werden, wenn der Maximalwert der Beleuchtungsenergiedichte für die dielektri­ sche Dünnschicht 102 auf einen Wert eingestellt wird, der nicht größer ist als 500 mJ/cm².

Wird allerdings die Beleuchtungsenergiedichte auf einen so kleinen Wert eingestellt wie oben erwähnt, verschlechtert sich die Produktionsleistung, wenn nicht eine große Maske 100 benutzt wird, auch wenn die Lebensdauer der Maske verlängert werden kann. Unter Berücksichtigung der Produktionsleistung ebenso wie der noch zu beschreibenden Einstellbedingungen für die Abbildungsvergrößerung wird die Beleuchtungsenergiedichte des KrF-Laserstrahls B beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung so eingestellt, daß sie in einen Bereich von 300 bis 500 mJ/cm² fällt (siehe Region C in Fig. 14).

Als nächstes soll das Verhältnis zwischen der optimalen Ar­ beitsenergiedichte und der Abbildungsvergrößerung unter der Annahme beschrieben werden, daß das Werkstück 7 einer Bearbeitung mit Hilfe des KrF-Laserstrahls B unterzogen wird.

In Fig. 15 ist das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsener­ giedichte des KrF-Laserstrahls B und Abtrag für den Fall graphisch dargestellt, daß das zu bearbeitende Werkstück 7 aus einem Polyimidfilm (PI) besteht. Wie in die­ ser Fig. erkennbar ist, beträgt die optimale Beleuchtungs­ energiedichte zur optischen Bearbeitung des Werkstücks 7 aus dem zuvor genannten Werkstoff 0,4 bis 1,2 J/cm². Bei einer Beleuchtungsenergiedichte unterhalb dieses Bereichs sinkt die Abtragsrate, was eine Produktivitätsverschlechterung zur Folge hat. Wenn umgekehrt die Beleuchtungsenergiedichte den oben genannten Bereich übersteigt, erleiden die Dimensio­ nen ebenso wie die Geometrie des gebildeten Musters eine Ver­ schlechterung durch die Wärmewirkung des KrF-Laserstrahls B.

Insgesamt ist das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsener­ giedichte Rm des Laserstrahls, der Arbeitsenergiedichte (d. h. der auf die Oberfläche des Werkstücks 7 einwirkende Laser­ energiedichte) Rw und dem Abbildungsmaßstab M durch den folgenden Ausdruck (4) gegeben:

Rw/Rm = 1/M² (4)

Anhand dieses Ausdrucks (4) ist zu verstehen, daß der erforderliche Abbildungsmaßstab M in einem Bereich von 1/0,9 bis 1/2,0 liegen muß, um die Maske 100 mit dem KrF- Laserstrahl B einer Beleuchtungsenergiedichte Rm von 300 bis 500 mJ/cm² zu beleuchten und dadurch die Oberfläche des Werk­ stücks 7 mit dem KrF-Laserstrahl B von optimaler Arbeitsener­ giedichte in einem Bereich von 0,4 bis 1,2 J/cm² zu bearbei­ ten.

Um allerdings die Bearbeitung stabil über eine längere Zeit hinweg ohne Verschlechterung der Maske 100 durchführen zu können, muß die Maske 100 mit dem KrF-Laserstrahl B von geringerer Beleuchtungsenergiedichte Rm beleuchtet werden. In diesem Zusammenhang sollte der Abbildungsmaßstab M vor­ zugsweise auf einen Bereich von 1/1,3 bis 1/2,0 eingestellt werden, um eine optimale Arbeitsenergiedichte von 0,4 bis 1,2 J/cm² bei minimaler Beleuchtungsenergiedichte Rm von 300 mJ/cm² zu verwirklichen. Der oben genannte Abbildungsmaßstab wird nachfolgend als empfehlenswerter Abbildungsmaßstab bezeichnet.

Wenn also das Werkstück 7 aus einem Polyimidfilm (PI) be­ steht, liegt die optimale Beleuchtungsenergiedichte in einem Bereich von 0,4 bis 1,2 J/cm², wobei der erforderliche Abbil­ dungsmaßstab von 1/0,9 bis 1/2,0 und der empfehlenswerte Abbildungsmaßstab von 1/1,3 bis 1/2,0 reicht.

Auf entsprechende Weise sind die Beziehungen zwischen der op­ timalen Arbeitsenergiedichte, dem erforderlichen Abbildungsmaßstab und dem empfehlenswerten Abbildungsmaßstab für Werkstücke 7 bestimmt worden, die aus unausgehärteten Fo­ lien aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Po­ lyurethan (PUR), Polyvinylchlorid (PVC), sowie unausgehärteten Aluminiumdioxid- und Zirkonfolien gebildet sind. Die Ergebnisse sind in der in Fig. 16 wiedergegebenen Tabelle zusammengefaßt.

Um den erforderlichen Abbildungsmaßstab und den empfeh­ lenswerten Abbildungsmaßstab praktisch zu verwirklichen, muß die Optik verstellbar sein, die aus der Maske 100, der Abbildungslinse 5 und dem Werkstück 7 besteht. Deshalb ist die Vorrichtung zur opti­ schen Bearbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung mit der Beobachtungsvorrichtung 8, der Bild­ verarbeitungseinheit 83, der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse, der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück und der Zentralsteuereinheit 9 versehen, wobei die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtungen 51 und 61 für die Linse bzw. das Werkstück von der Zentraleinheit 9 auf der Basis der von der Bildverarbeitungseinheit 83 zur Verfügung gestellten Bildinformationen gesteuert werden können, wie schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel be­ schrieben.

Ein auf einem Werkstück 7 durch den optischen Kopiervorgang geschaffenes Muster wird durch die Beobachtungs­ vorrichtung 8 angesehen. Von der Bildverarbeitungseinheit 83 bereitgestellte Daten werden in das Rechenmodul 91 für den tatsächlichen Abbildungsmaßstab der Zentralsteuereinheit 9 eingegeben. Das genannte Rechenmodul 91 berechnet dann den momentanen Abbildungsmaßstab M′. Das Rechenergebnis wird in das Entscheidungsmodul 92 der Zentral­ steuereinheit 9 eingegeben, welches dann entscheidet, ob der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Abbildungsmaßstab M′ und dem erforderlichen Abbildungsmaßstab M (oder emp­ fehlenswerten Abbildungsmaßstab M) innerhalb eines Bereiches zulässi­ ger Differenzwerte δ liegt. Wenn der Unterschied nicht in den zulässigen Wertebereich δ fällt, wird ein diese Tatsache anzeigendes Signal an das Z-Achsen-Verschiebungssteuermodul 93 weitergeleitet, welches darauf reagiert, indem es die be­ rechnete Entfernung Maske/Linse Δa und die berechnete Entfer­ nung Maske/Werkstück Δw in Übereinstimmung mit den vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gegebenen Ausdrücken (1) und (2) bestimmt. Danach steuert die Zentral­ steuereinheit 9 die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse so, daß der tatsächliche Abstand zwischen der Maske 100 und der Abbildungslinse 5 mit der berechneten Entfernung Maske/Linse Δa zusammenfällt, während die Z-Achsen-Bewegungs­ vorrichtung 61 für das Werkstück von der Zentraleinheit 9 so angesteuert wird, daß die tatsächliche Entfernung zwischen der Maske 100 und dem Werkstück 7 mit der berechneten Entfer­ nung Maske/Werkstück Δw zusammenfällt. Auf diese Weise er­ folgt eine selbsttätige Einstellung des Abbildungsmaßstabs.

Wenn die Bewegungsstrecke der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse und der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück aus baulichen oder betrieblichen Gründen be­ grenzt ist, kann der erforderliche Abbildungsmaßstab (oder empfehlenswerte Abbildungsmaßstab) durch Austausch der Abbildungslinse 5 eingestellt werden.

Theoretisch gelten die folgenden Ausdrücke (5) und (6):

Δa + Δb = Δw = f(M + 1)²/M (5)

f = Δw + M/(M + 1)² (6)

worin Δa die Entfernung zwischen der Maske 100 und der Abbil­ dungslinse 5 bezeichnet, Δb den Abstand zwischen der Abbil­ dungslinse 5 und dem Werkstück 7 (d. h. Δb = Δw-Δa), f die Brennweite der Abbildungslinse 5 und M der erforderliche Ab­ bildungsmaßstab (oder empfehlenswerte Abbildungsmaßstab).

Die Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung ist ferner mit Laserintensi­ tätssensoren 120 und 121 als erste und zweite Laserintensi­ tätssensoreinrichtung versehen. Der erste Laserintensitäts­ sensor 120 dient zur Feststellung der Stärke eines Sonden­ lichtstrahls B1, der den Bezugslichtstrahldurchlaßbereich 100b der Maske 100 durchdrungen hat. Dabei wird das vom er­ sten Laserintensitätssensor 120 abgegebene Erfassungssignal an die Zentralsteuereinheit 9 abgegeben. Hierzu ist der erste Laserintensitätssensor 120 an der Maskenhalterung 30 der Mas­ kenbewegungsvorrichtung 4 angebracht. Der zweite Laserinten­ sitätssensor 121 hingegen dient zur Wahrnehmung der Stärke des auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 7 auftreffen­ den KrF-Laserstrahls B. Das vom zweiten Laserintensi­ tätssensor 121 ausgegebene Signal geht gleichermaßen an die Zentralsteuereinheit 9. Der zweite Laserintensitätssensor 121 ist an der Werkstückhalterung 70 der Werkstückbewegungs­ vorrichtung 6 angebracht.

Die Zentralsteuereinheit 9 spricht auf das ihr vom ersten La­ serintensitätssensor 120 gelieferte Erfassungssignal unter Bestimmung der laufenden Beleuchtungsenergiedichte anhand der durch das Eingabesignal angezeigten Intensität an und ent­ scheidet dann, ob die gegenwärtige Beleuchtungsenergiedichte innerhalb des Bereichs von 300 bis 500 mJ/cm² liegt. Mit Hilfe dieser Anordnung kann das Vorhandensein ei­ ner Anomalität in der Intensitätsverteilung festgestellt wer­ den, indem der erste Laserintensitätssensor 120 in horizonta­ ler Richtung bewegt wird, während gleichzeitig die Stärke des KrF-Laserstrahls B über die gesamte Oberfläche der Maske 100 durch entsprechende Steuerung der Maskenbewegungsvorrichtung 4 erfaßt wird. Zeigt sich dabei, daß die Intensität des KrF-Laserstrahls B örtlich den Energiebereich von 300 bis 500 mJ/cm² übersteigt, wird die Ausgangsleistung des Excimer-Laseroszillators 11 so geregelt, daß die Anomalität in der Intensitätsverteilung behoben wird. Auf diese Weise kann die Maske 100 vor vorzeitiger Qualitätsverschlechterung geschützt werden.

Ähnlich wird die laufende Arbeitsenergiedichte auf der Basis der Intensität bestimmt, die das vom zweiten Laserintensi­ tätssensor 121 gelieferte Signal anzeigt, woraufhin entschie­ den wird, ob die festgestellte Energiedichte innerhalb des optimalen Bereichs der Arbeitsenergiedichte liegt. Durch Be­ wegen des zweiten Laserintensitätssensors 121 in horizontaler Richtung mittels Ansteuerung der Werkstückbewegungsvorrich­ tung 6 kann das mögliche Vorhandensein einer Anomalität in der Intensitätsverteilung des KrF-Laserstrahls B über die ge­ samte Oberfläche des zu verteilenden Werkstücks 7 erfaßt wer­ den. Wenn der KrF-Laserstrahl B örtlich den Bereich der opti­ malen Arbeitsenergiedichte übersteigt, wird die Ausgangslei­ stung des Excimer-Laseroszillators 11 entsprechend geregelt. So kann das Werkstück 7 vor dem Auftreten eines Defektes geschützt werden.

Es soll nun die Arbeitsweise der Vorrichtung zum optischen Bearbeiten gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nä­ her beschrieben werden.

Fig. 17 zeigt ein Einstellverfahren für die Laserintensität an­ hand eines Ablaufdiagramms. Zur Vereinfachung der Beschrei­ bung wird angenommen, daß der gewünschte Abbildungsmaßstab der erforderliche Abbildungsmaßstab ist.

In Fig. 17 wird in einem Schritt S1 das Werkstück 7 ausgewählt. Wird ein Werkstück aus einem Polyimidfilm bearbeitet, so wird die optimale Arbeitsenergiedichte unter Rück­ griff auf die in Fig. 16 gezeigte Tabelle in einem Schritt S2 auf einen Wert im Bereich von 0,4 bis 1,2 J/cm² festgelegt. Außerdem wird die Beleuchtungsenergiedichte des KrF-Laser­ strahls B der Maske 100 auf 300 bis 500 mJ/cm² eingestellt, während der Abbildungsmaßstab M unter Bezugnahme auf die in Fig. 16 gezeigte Datentabelle (siehe Schritt S3 in Fig. 17) so festgelegt wird, daß er inner­ halb des Bereichs von 1/0,9 bis 1/2,0 liegt.

Nach dem Festlegen des Maßstabs M wird in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (6) die Brennweite f berechnet. Anschließend wird die Abbildungslinse 5 mit dieser Brennweite f ausgewählt und an der Z-Achsen-Be­ wegungsvorrichtung 51 für die Linse angebracht. Danach wird die Maske 100 in der Maskenhalterung 30 in solcher Lage fest angebracht, daß die dielektrische Dünnschicht 102 dem stark reflektierenden Spiegel 2 gegenüber zu liegen kommt, und das Werkstück 7 wird in der Werkstückhalterung 70 fest ange­ bracht (siehe Schritt S4 in Fig. 17).

In diesem Zustand wird die Maske 100 mit dem KrF-Laserstrahl B beleuchtet. Der KrF-Laserstrahl B erfährt dabei mehrfache Reflexionen zwischen dem Spiegel 2 mit hohem Reflexionsvermö­ gen und der dielektrischen Dünnschicht 102 der Maske 100, was schließlich dazu führt, daß der KrF-Laserstrahl B eine Be­ leuchtungsenergiedichte von 300 bis 500 mJ/cm² vom licht­ durchlässigen Bereich 100a hindurchgelassen wird. Unter der optischen Wirkung der Abbildungslinse 5 tritt der Laser­ strahl, der die optimale Arbeitsenergiedichte hat, die theo­ retisch von 0,4 bis 1,2 J/cm² ist, auf das Werkstück 7 auf. Bei praktischen Anwendungsfällen kann es jedoch vorkom­ men, daß der tatsächliche Abbildungsmaßstab M′ mit dem er­ forderlichen Abbildungsmaßstab M nicht zusammenfällt. Infolgedessen wird mit Hilfe der Z-Achsen-Bewegungsvorrich­ tung 51 für die Linse und der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 61 für das Werkstück eine Feineinstellung der Abbildungsver­ größerung vorgenommen, um so die endgültige Abbildungsgröße zu erhalten (siehe Schritt S5 in Fig. 17).

Genauer gesagt, wird das Muster der Maske 100 mit dem KrF-La­ serstrahl B auf das Werkstück 7 kopiert. Das kopierte Muster wird dann durch die Beobachtungsvorrichtung 8 angesehen. Die entsprechende Information wird anschließend von der Bildverarbeitungseinheit 83 in das Rechenmodul 91 für den tatsächlichen Abbildungsmaßstab der Zentralsteuerein­ heit 9 eingegeben, um den tatsächlichen Abbildungsmaßstab M′ zu bestimmen. Im Entscheidungsmodul 92 wird darüber entschieden, ob der Unterschied zwischen dem tatsäch­ lichen und dem erforderlichen Abbil­ dungsmaßstab M zulässig ist. Wenn der Unterschied nicht über den zulässigen Differenzwertebereich δ hinausgeht, wird die berechnete Entfernung Maske/Linse Δa und die berechnete Entfernung Maske/Werkstück Δw mittels des Z-Achsen-Verschiebungssteuermoduls 93 auf der Basis von M, M′ und der Brennweite f der Abbildungslinse 5 in Übereinstimmung mit den oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel angegebenen Ausdrücken (1) und (2) bestimmt. Der Reihe nach wird die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse so gesteuert, daß der tatsächliche Abstand zwischen der Maske 100 und der Abbildungslinse 5 mit der berechneten Entfernung Maske/Linse Δa zusammenfällt, während die Z-Achsen-Bewegungs­ vorrichtung 61 für das Werkstück so angesteuert wird, daß der tatsächliche Abstand zwischen der Maske 100 und dem Werkstück 7 mit der berechneten Entfernung Maske/Werkstück Δw zusammen­ fällt.

Nach dem Feineinstellen des Abbildungsmaßstabs in der oben beschriebenen Weise bestimmt die Zentralsteuereinheit 9 die Beleuchtungsenergiedichte auf der Basis der Laserintensi­ tät, die das Signal anzeigt, welches der erste Laserintensi­ tätssensor 120 ausgibt, und entscheidet dann, ob die Beleuch­ tungsenergiedichte in den Bereich von 300 bis 500 mJ/cm² fällt (Schritt S6 in Fig. 17).

Sieht die Entscheidung so aus, daß die Beleuchtungsener­ giedichte außerhalb des Bereichs von 300 bis 500 mJ/cm² liegt, wird der genannte Entscheidungsschritt nach einer oder mehreren weiteren Einstellungen der Laserausgangsleistung des Excimer- Laseroszillators 11 erneut durchgeführt (siehe Schritt S7 in Fig. 17, der auf Schritt S6 folgt, wenn dort die Antwort "NEIN" ist).

Wird andererseits entschieden, daß die Beleuchtungsener­ giedichte innerhalb des Bereichs von 300 bis 500 mJ/cm² liegt, wird die Arbeitsenergiedichte für das Werkstück 7 nach dem Einstellen auf der Basis der Laserintensität bestimmt, die das Signal vom zweiten Laserintensitätssensor 121 an­ zeigt, um dann zu entscheiden, ob die festgestellte Arbeits­ energiedichte in den optimalen Arbeitsenergiedichtebereich fällt (siehe Schritt S8 in Fig. 17).

Wenn die Entscheidung fällt, daß die fragliche Arbeitsener­ giedichte außerhalb des Energiedichtebereichs für die opti­ sche Bearbeitung liegt, erfolgt eine entsprechende Auswahl der Abbildungslinse 5 und deren Austausch (siehe Schritt S4 im Anschluß an den Schritt S8, wenn die Antwort "NEIN" ist). Wird andererseits entschieden, daß die fragliche Arbeitsener­ giedichte innerhalb des optimalen Arbeitsenergiedichtebe­ reichs liegt, wird die Einstellung der Laserbeleuchtungs­ stärke beendet (d. h. Schritt S8 in Fig. 17 führt zur Bestäti­ gung "JA"), woraufhin der Bearbeitungsvorgang der Abtragung in Gang gesetzt wird (siehe Schritt S11 in Fig. 4, ausgeführt in Abhängigkeit von der bestätigenden Ausgabe beim Schritt S10).

Besteht das Werkstück 7 aus einem anderen Werkstoff als dem Polyimidfilm, kann man natürlich die optimale Arbeitsener­ giedichte und die angeforderte Abbildungsvergrößerung M durch Bezugnahme auf die in Fig. 16 gezeigte Datentabelle bestim­ men, woraufhin der erforderliche Abbildungsmaßstab M mit dem zuvor beschriebenen Einstellverfahren erhalten werden kann.

Mit der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine verlängerte Le­ bensdauer der Maske 100 ebenso wie eine hohe Qualität des verarbeiteten Werkstücks 7 dadurch gewährleistet werden, daß die Beleuchtungsenergiedichte der Maske 100 auf ein Niveau innerhalb des Bereichs von 300 bis 500 mJ/cm² eingestellt wird, während die für die Bearbeitung des Werkstücks 7 erforderliche optimale Arbeitsenergiedichte dadurch sicherge­ stellt wird, daß der Abbildungsmaßstab der Optik geän­ dert wird.

Bei den ersten sieben Ausführungsbei­ spielen wird ein Excimer-Laseroszillator 11 verwendet. Der Grund dafür ist der, daß der Excimer-Laser eine Feinbearbeitung im Größenordnungsbereich von 50 µm oder weniger ausführen kann. Allerdings liegt auf der Hand, daß bei Anwendungsfällen, die keine so feine Bearbeitung erfordern, andere Laservorrich­ tungen, beispielsweise ein YAG-Laser oder ein CO₂-Laser mit großer Emissionswellenlänge ebenso verwendbar ist. Zur Feineinstellung des Abbildungsmaßstabs werden bei den ersten sieben Ausführungsbeispielen zum Beispiel die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung 51 für die Linse (optische Achse) und die Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für das Werkstück benutzt. Diese Anordnung ist sehr wirksam zur Her­ stellung winziger Löcher mit einem Durchmesser von weniger als 20 µm oder zur Erzielung von Positionstoleranzen inner­ halb ± 5 µm. Die genannten Vor­ richtungen können eingespart werden, wenn die Anwendungsfälle keine so strengen Anforde­ rungen an die Dimension stellen. Ferner ist in der Vorrich­ tung zum optischen Bearbeiten gemäß den sieben hier beschrie­ benen Ausführungsbeispielen die Beobachtungsvor­ richtung 8 als eine Kombination aus Vergrößerungslinse 81 und CCD-Kamera 82 verwirklicht. Es liegt aber auf der Hand, daß zur Verwirklichung der Beobach­ tungsvorrichtung 8 auch ein anderer Aufbau möglich ist. Bei der Vorrichtung zur optischen Bearbeitung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Abbildungsmaßstab in Abhängigkeit von den Werkstoffen eingestellt, aus denen das Werkstück 7 besteht. Ebenso kann eine Einstellung der emp­ fehlenswerten Abbildungsvergrößerung angewandt werden, wie in Fig. 18 gezeigt. In diesem Fall reicht die Beleuch­ tungsenergiedichte von 300 mJ/cm² aus für den auf die Maske 1 projizierten KrF-Laserstrahl B. Damit kann die Lebensdauer der Maske 100 weiter verlängert werden. Ferner kann in der Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel eine Z-Ach­ sen-Bewegungsvorrichtung für die Maske (längs der optischen Achse) zum Verschieben der Maske 100 in Richtung parallel zur optischen Achse L vorgesehen werden, so daß der Me­ chanismus aus einer Kombina­ tion der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Maske und der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für das Werkstück 61 oder al­ ternativ aus einer Kombination der Z-Achsen-Bewegungsvorrich­ tung für die Maske und der Z-Achsen-Bewegungsvorrichtung für die Linse 51 aufgebaut wäre. Mit einer solchen Anordnung kann die Entfernung Δw zwischen der Maske 100 und dem Werkstück 7 geändert werden, was wiederum bedeutet, daß der Abbildungsmaßstab allein mit dieser Anordnung eingestellt werden kann, ohne daß die Fokussierleistung der Optik beeinträchtigt wird. Ferner sei im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur op­ tischen Bearbeitung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung noch hinzugefügt, daß die in Fig. 17 gezeigten Schritte S6 bis S8 eingespart werden können, wenn auf der Ba­ sis der Beleuchtungsenergiedichte des KrF-Laserstrahls B, der auf die Maske 100 fällt, und des Abbildungsmaßstabs empi­ risch festgestellt wird, daß die Energiedichte von 300 bis 500 mJ/cm² die optimale Arbeitsenergiedichte ist. In diesem Fall kann der erste Laserintensitätssensor 120 und der zweite Laserintensitätssensor 121 ebenso wie die entsprechende Funk­ tion in der Zentralsteuereinheit 9 eingespart werden.

Claims (25)

1. Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer bewegbaren Halte­ rung für ein zu bear­ beitendes Werkstück (7) und mit

• - einer Laserlichtquelle (1), die einen Laserlichtstrahl zur Beleuchtung einer Maske (3) erzeugt, wobei die Maske (3) ein Muster bereitstellt,
• - einer Abbildungslinse (5), die eine Kopie des Musters auf dem zu bearbeitenden Werkstück (7) erzeugt,
• - einer Einrichtung zum Einstellen des Abbildungsmaß­ stabs der Kopie auf dem Werkstück (7), wobei die Ein­ richtung eine entlang der optischen Achse der Abbil­ dungslinse (5) bewegbare Halterung (30) für die Maske und eine Beobachtungs- und Bildverarbeitungseinrichtung (8, 83) für die auf dem Werkstück (7) erzeugte Kopie um­ faßt,
  gekennzeichnet durch
• - eine zentrale Steuereinheit (9) mit
• - einem Rechenmodul (91) zur Bestimmung des tatsächli­ chen Abbildungsmaßstabs auf der Basis von Informationen, welche die Bildverarbeitungseinrichtung (83) zur Ver­ fügung stellt sowie
  mit einem Entscheidungsmodul (92), welches entscheidet, ob die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem ge­ wünschten Abbildungsmaßstab kleiner oder gleich einem zulässigen Wert ist,
  mit einem ersten Steuermodul (93), das bei Überschreiten des zulässigen Wertes auf der Basis des tatsächlichen und des gewünschten Abbildungsmaßstabs die Entfernungen zwischen der Maske (3), der Abbildungslinse (5) und dem Werkstück (7) arithmetisch bestimmt, bei denen der tat­ sächliche dem gewünschten Abbildungsmaßstab entspricht, und das die Einrichtung zur Einstellung des Abbildungs­ maßstabs (51, 61) so ansteuert, daß die tatsächlichen Entfernungen mit den arithmetisch bestimmten überein­ stimmen
  und mit einem zweiten Steuermodul (94), welches die Mas­ ken- und die Werkstückhalterung steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungseinrichtung (8) eine Vergröße­ rungslinse (81), mit der die Kopie vergrößert wird, und eine Kamera (82) mit zweidimensionalem CCD aufweist, mit der die vergrößerte Kopie aufgenommen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (51; 61) zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs mindestens zwei der folgenden Bewe­ gungsvorrichtungen aufweist, nämlich eine zum Bewegen der Maske (3) längs der optischen Achse, eine zum Bewegen der Abbildungslinse (5) längs der optischen Achse und eine zum Bewegen des Werkstücks (7) längs der optischen Achse, und daß das 1. Steuermodul (93) zwei der Bewegungsvorrichtungen steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein Versuchsmuster mit minde­ stens zwei Markierungen hat, und daß das Rechenmodul (91) den tatsächlichen Abbildungsmaßstab aus dem Verhältnis der Abstände der Markierungen in der Kopie und den tatsächlichen Abständen der Markierungen auf der Maske als den tatsächlichen Abbildungsmaßstab arithmetisch be­ stimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein Versuchsmuster mit einem einzigen Loch aufweist, und daß das Rechenmodul (91) den tatsächlichen Abbildungs­ maßstab aus dem Verhältnis der Lochgröße in der Kopie und der tatsäch­ lichen Lochgröße in der Maske arithmetisch bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch mindestens zwei der folgenden Vorrichtungen:

• - eine Maskensynchronbewegungsvorrichtung (42) zum Bewegen der Maske in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse;
• - eine Abbildungslinsensynchronbewegungsvorrichtung zum Bewegen der Abbildungslinse in Richtung senkrecht zu ih­ rer optischen Achse, und
• - eine Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung (62) zum Bewegen des Werkstücks in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse,
  wobei das 2. Steuermodul (94) entweder Maske und Abbildungslinse oder Abbildungslinse und Werkstück oder Maske und Werkstück synchronisiert jeweils in entge­ gengesetzten Richtungen bewegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens zwei der folgenden Vorrichtungen:

• - eine Maskensynchronbewegungsvorrichtung (42) zum Bewegen der Maske in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse;
• - eine Abbildungslinsensynchronbewegungsvorrichtung zum Bewegen der Abbildungslinse in Richtung senkrecht zu ih­ rer optischen Achse, und
• - eine Werkstücksynchronbewegungsvorrichtung (62) zum Bewegen des Werkstücks in Richtung senkrecht zur optischen Achse der Abbildungslinse,
  wobei das 2. Steuermodul die synchronisierte Bewegung nur in eine Richtung vornimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Maskensynchronbewegungsvorrichtung auch als Halterung für die Mas­ kenvorrichtung dient, und daß die Werkstücksynchron­ bewegungsvorrichtung (62) auch als Halterung für das Werkstück dient.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Fluchtungsmar­ kierung besitzt, die so angeordnet ist, daß sie mit der Mitte der Abbildungsebene der Beobachtungseinrichtung zusammenfällt, wenn das Werkstück mittels der Halterung verschoben ist, wobei sich das Werkstück in fester Anordnung befindet.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maske in der Maskenhal­ terung so festgehalten wird, daß das Muster sich in einer vorherbestimmten Lage befindet, und daß die Werkstückhalterung (6) das Werkstück so festhält, daß die zu bearbeitende Oberfläche des Werk­ stücks sich an einer vorherbestimmten Stelle befindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch

• - eine Maske (31), die mit einem lichtdurchlässigen und einem lichtreflektierenden Bereich und
• - Reflexionsmittel, die dem lichtdurchlässigen Be­ reich gegenüber so angeordnet sind, daß sie die am lichtre­ flektierenden Bereich reflektierten Laserstrahlen zu der Maske lenken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske eine vorherbestimmte Dicke hat und in der Mas­ kenhalterung so angebracht ist, daß ihre gemusterte Oberflä­ che zur Abbildungslinse weist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterung ein Halteglied (73) auf­ weist, welches das Werkstück an der Ober­ fläche festhält, die bearbeitet werden soll und in Richtung zur Abbildungslinse weist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Dickenmeßvorrichtung, die das Werkstück in Richtung der optischen Achse aus­ mißt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenmeßvorrichtung entweder als Lasermeßvorrichtung oder als mechanische Meßvorrichtung ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenmeßvorrichtung die Bildschärfe eines auf das Werkstück projizierten Musters der Maske erfaßt, und daß das 1. Steuermodul (93) die Werkstückhalterung so steuert, daß das Werkstück in eine Position gelangt, in der das Muster scharf abgebildet wird.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle ein Excimer-Laser ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Polyimid oder Keramik enthaltende, unausgehärtete Folie für ein mehrschich­ tiges Substrat einer gedruckten Schaltung ist, welches durch den Laserlichtstrahl gebrannt wird.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalterung (6) ein Positionsdetektor zugeordnet ist, der die Verschie­ bung des Werkstücks (7) erfaßt.

20. Verfahren zum optischen Bearbeiten mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abbildungsmaßstab in fol­ genden Schritten bestimmt wird:

• - einem ersten Bewegungsschritt, bei dem das Werk­ stück mittels der Werkstückhalterung so bewegt wird, daß die Kopie von Positionsmarkierungen eines Prüfmusters auf dem Werkstück von der Beobachtungseinrichtung erfaßt wird;
• - einem ersten Rechenschritt, bei dem eine Abweichung der Markie­ rungen auf dem Werkstück von der Mitte der Abbildungsebene der Beobachtungseinrichtung mit Hilfe der Bildverarbei­ tungseinheit arithmetisch bestimmt wird;
• - einem zweiten Bewegungsschritt, bei dem das Werk­ stück mittels der Werkstückhalterung so bewegt wird, daß die Markierungen um eine Strecke, die der Ab­ weichung entspricht, zu der Mitte der Abbildungsebene verla­ gert werden;
• - einem zweiten Rechenschritt, bei dem die zur Mitte der Abbildungsebene bewegten Markierungen durch die Beobachtungseinrichtung erfaßt werden, und eine Abweichung der Markierungen von der Mitte mittels der Bildverarbeitungseinheit arithmetisch bestimmt wird;
• - einem dritten Bewegungsschritt, bei dem das Werk­ stück mittels der Werkstückhalterung so bewegt wird, daß die Markierungen um eine Strecke zur Mitte der Abbildungsebene verschoben werden, die der im zwei­ ten Rechenschritt bestimmten Abweichung entspricht; und
• - einem dritten Rechenschritt, bei dem die Gesamt­ verschiebungen der Markierungen, die jeweils mit­ tels einer Positionsdetektoreinrichtung festgestellt werden, arithmetisch bestimmt werden, um so eine Entfernung zwischen den mindestens zwei Markierungen auf der Basis der Differenz zwischen den Gesamtverschiebungen zu bestimmen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein lichtdurchlässiges Substrat aufweist, auf dem ein Muster durch abwechselnden Niederschlag von zwei sich in ihrer Brechzahl unterscheidenden dielektri­ schen Materialien in Form einer dielektrischen Dünnschicht ausgebildet ist, und daß der Laserstrahl die dielektrische Dünnschicht der Maske mit einer Energiedichte beleuchtet, die in den Bereich von 300 bis 500 mJ/cm² fällt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Substrat der Maske aus synthetischem Quarzglas oder Fluorit besteht, daß das dielektrische Material der beiden dielektrischen Dünnschichten, welches eine höhere Brechzahl hat, entweder aus Hafniumoxid oder Scandiumoxid besteht, und daß das di­ elektrische Material, welches eine niedrigere Brechzahl hat, entweder aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid besteht, und daß 20 bis 30 Schichten aus dielektrischem Material von hoher Brechzahl und niedriger Brechzahl aufeinandergestapelt sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske an einer vorherbestimmten Stelle der dielektrischen Dünnschicht einen Teil des Laserstrahls hindurchläßt, und daß ein erster Laserinten­ sitätssensor vorgesehen ist, der die Stärke des Laserstrahls nach dem Passieren der Maske erfaßt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Laserintensitätssensor die Stärke des Laserstrahls erfaßt, mit dem die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks beleuchtet wird.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem KrF-Laser aus­ gestrahlt wird und eine Wellenlänge von 248 nm hat.