DE4305183A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung der Ge­ nauigkeit eines Abtasters durch Fehlerkompensation.

Es sind bereits Fotoplotter mit ebener und trommelförmi­ ger Trägerfläche bekannt. Diese Vorrichtungen dienen zur Herstellung gedruckter Schaltungen. Ebene Fotoplotter nach US-Patent 48 51 656 haben eine ebene Trägerfläche für ein Substrat. Ein optischer Belichtungskopf ist an einem beweglichen Führungsgestell angeordnet und wird über dem Substrat während der Belichtung rasterartig be­ wegt. Innentrommel-Fotoplotter haben eine zylindrische Trägerfläche für das Substrat. Der Belichtungsstrahl des optischen Belichtungskopfes tastet das Substrat ab. Er wird schrittweise in Richtung der Längsachse der Zylin­ derfläche bewegt, um das Substrat vollständig zu belich­ ten.

Innentrommel-Rasterfotoplotter haben Vorteile gegenüber ebenen Abtastern hinsichtlich Einfachheit des Aufbaus und niedriger Kosten. Sie können jedoch durch Toleranzen ihrer Bauteile eine gegenüber anderen Möglichkeiten ge­ ringere Genauigkeit haben. Die Trommelfläche wird bei der Herstellung Abweichungen von der perfekten Zylinder­ form haben. Ebene Fotoplotter oder Flachbett-Abtaster können gleichfalls Flächenunregelmäßigkeiten haben. Diese Abweichungen führen teilweise zu Abtastlinien un­ terschiedlicher Länge auf dem Substrat.

Ein Kompensationsverfahren für ebene Fotoplotter oder Abtaster ist durch das US-Patent 35 55 254 bekannt. Die­ ses beschreibt ein System zum Positionieren eines ange­ triebenen Teils in einer numerisch gesteuerten Positio­ niereinrichtung. Dabei wird das angetriebene Teil in verschiedene Positionen innerhalb seines Bewegungsbe­ reichs gebracht, und nach dem Erreichen der jeweiligen Position wird seine tatsächliche Position genau vermes­ sen, um den Fehler zwischen der Soll-Position und der Ist-Position zu ermitteln. Die so ermittelten Fehler­ werte werden in Form einer Fehler-Positionstabelle ge­ speichert. Wenn dann das angetriebene Teil relativ zu einem Referenzteil in unterschiedliche Positionen ge­ bracht wird, wird der Speicher abgefragt, und die Feh­ lerwerte aus der Tabelle werden zur Korrektur der den Motortreibern zugeführten Befehle verwendet, um den sich wiederholenden Fehler zu berücksichtigen, der der jewei­ ligen Position des angetriebenen Teils zugeordnet ist. Das vorbekannte System enthält ferner eine Eingabevor­ richtung für die Positionsbefehle, einen oder mehrere Motore zum Bewegen des angetriebenen Teils und einen Rechner zum Umsetzen der eingegebenen Befehle in korri­ gierte Befehle.

Es wurden auch bereits Innentrommel-Rasterfotoplotter mit Fehlerkompensation der Komponenten entwickelt. Dabei werden zunächst die Abweichungen von der genauen Zylinderform als eine Funktion der Position auf der Zylinderfläche ermittelt. Das Befehlsraster wird dann entsprechend Bildpunkten mit der Auflösung des Fotoplotters verschoben, die 6,35 * 10^-3 mm betragen kann. Dabei werden Bildpunkte (Pixel) aus dem Bild entfernt und andere je nach Erfordernis verdoppelt. Diese befehlsmäßigen Verschiebungen haben aber den nachteiligen Effekt einer Bildverzerrung und der Einführung abrupter Verschiebungen von z. B. 6,35 _* 10^-3 mm in das erzeugte Bild. Tritt eine solche Verschiebung beispielsweise genau auf einer Kreisbahn auf, so wird dadurch deren Breite um den vorstehenden Betrag verzerrt, was sich nachteilig auf die Form auswirkt.

Ein System wäre deshalb vorteilhaft, das Ungenauigkeiten bei Trommel- oder Flachbettfotoplottern und Bildaufneh­ mern beseitigt, und dadurch abrupte Verschiebungen der Aufzeichnung vermeidet. Die Erfindung ist auf ein sol­ ches System gerichtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Sy­ stem anzugeben, durch das bei einem Bilderzeuger oder Bildaufnehmer Ungenauigkeiten der Bestandteile kompen­ siert werden können. Dabei sollen Fehler der Ist-Posi­ tion auf einem Substrat gegenüber einer Soll-Position erfaßt und für ein vorgegebenes Segment einer Abtast­ zeile eliminiert werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 17. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird die Phase eines Pixel-Abtastsi­ gnals so eingestellt, daß für ein vorgegebenes Zeilen­ element ein Fehler der beschriebenen Art eliminiert wer­ den kann.

Eine Vorrichtung zur Fehlerkompensation in einem opti­ schen Abtastsystem mit einer Auflage für ein Substrat und einem Raster-Abtaster, der relativ zu dem Substrat bewegbar ist und einen Lichtstrahl zum Erzeugen einer Abtastlinie auf dem Substrat abgibt, enthält einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Taktsignals für den Vorschub des Lichtstrahls in einer ersten Richtung, ei­ nen Speicher zum Speichern von Fehlersignalen entspre­ chend Abweichungen des Substrats von vorgegebenen Werten und eine Steuerung zum Erzeugen von Steuersignalen ab­ hängig von den Fehlersignalen derart, daß die Phase des Taktsignals eingestellt wird, wodurch Oberflächenabwei­ chungen für ein Segment der jeweiligen Abtastzeile in Anrechnung gebracht werden.

Ein Verfahren zur Fehlerkompensation in einem optischen Abtastsystem vorstehend beschriebener Art besteht darin, daß Befehlssignalwerte für Registriermarken auf einem Substrat erzeugt werden, daß ein Eichsubstrat mit einem Lichtstrahl so belichtet wird, daß die Registriermarken darauf abgebildet werden, und daß Signale erzeugt wer­ den, die die gemessene Position der Registriermarken auf der Oberfläche des Substrats angeben. Bei diesem Verfah­ ren werden die Positionssignalwerte der gemessenen Regi­ striermarken mit den Befehlssignalwerten verglichen, um Fehlersignale entsprechend Abweichungen der gemessenen Registriermarkenpositionen von den Befehlssignalwerten zu erhalten und Steuersignale zu erzeugen, die die Phase der Taktsignale abhängig von dem Wert der Fehlersignale einstellen, wodurch die Fehler aus einem Segment einer Abtastzeile entfernt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung nä­ her erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils des Innentrommel-Rasterfotoplotters (Bilderzeuger) mit einer Fehlerkompensation nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Abtastweges eines Lichtstrahls auf einem Teil der Substrat­ fläche in dem Fotoplotter nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil einer Kompensationsschaltung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung phasenverschobener Taktsignale, die in der Schaltung nach Fig. 3 erzeugt werden,

Fig. 5 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils eines Innentrommel-Rasterabtasters (Bildaufnehmer) mit Fehlerkompensation nach der Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Fehlerkom­ pensationsschaltung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung von Taktsignalpha­ sen in der Schaltung nach Fig. 6, und

Fig. 8 das Flußdiagramm eines Fehlerkompensationsver­ fahrens nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist in vereinfachter schematischer Darstellung ein Teil eines Innentrommel-Rasterfotoplotters 10 mit einer Innentrommel 12 und einer teilzylindrischen Fläche 14 dargestellt. Die Innentrommel ist sorgfältig herge­ stellt und muß die Zylinderform der Fläche 14 mit großer Genauigkeit unabhängig von Änderungen der Umgebungspara­ meter wie z. B. Temperatur beibehalten. Hierzu hat die Innentrommel eine stabile Konstruktion vorzugsweise aus Gußaluminium mit einer Anzahl Versteifungsrippen (nicht dargestellt), die mit gegenseitigem Abstand an der Außenseite vorgesehen sind.

Die Fläche 14 dient zur Aufnahme eines Substrats und hat eine Vielzahl Öffnungen 16, die mit einer Vielzahl in­ terner Kanäle 18 in Verbindung stehen, durch die ein Un­ terdruck mit einer nicht dargestellten Saugvorrichtung erzeugt werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, dient der Unter­ druck zum Festhalten eines Substrats 21 während des Be­ lichtungsprozesses. Alternative Verfahren können gleich­ falls zum Festhalten des Substrats angewandt werden, da­ zu gehören elektrostatische und mechanische Halteverfah­ ren.

Der Fotoplotter hat eine Schiene 20, auf der ein an ei­ nem Schlitten befestigter Rasterabtaster 22 geführt ist, welcher einen Lichtstrahl 24 über die Oberfläche des Substrats 21 abhängig von Befehlssignalen führt, die in noch zu beschreibender Weise von einer Steuerung 26 ge­ liefert werden. Der Rasterabtaster 22 enthält einen li­ nearen Kodierer 28 zum Erzeugen von Positionssignalen, während der Rasterabtaster 22 längs der Schiene bewegt wird. Es ist ferner ein Schnellabtaster 30 vorgesehen, der vorzugsweise aus einem Motor 32 und einem Spiegel 34 besteht und den Lichtstrahl mit einer Spiegelfläche 35 von einer Strahlquelle wie z. B. einem Laser 36 empfängt und eine Anzahl Abtastzeilen 38 auf dem Substrat er­ zeugt, indem der Spiegel 34 um eine Achse 40 mit z. B. 12 000 U/Minute gedreht wird. Ein Kodierer 43 dient zum Erzeugen von Winkelsignalen der Spiegelfläche während einer Abtastung. Die Spiegelfläche ist vorzugsweise so hergestellt, daß sie eine achsverschobene parabolische Krümmung hat, so daß kleine Abweichungen der Position des Lichtstrahls von der Längsachse keine wesentlichen Abweichungen des Lichtstrahls von der vorgeschriebenen Abtastzeile bewirken. Alternativ kann auch ein 45°-Dreh­ spiegel verwendet werden.

Optische Innentrommel-Abtastsysteme wie z. B. Abtaster, die als Datensender arbeiten, oder Bilderzeuger, die als Datenempfänger arbeiten, haben höhere Anforderungen hin­ sichtlich der Genauigkeit ihrer Abtastfunktion. Zylin­ drische Abtastsysteme haben den Vorteil der Einfachheit, jedoch muß ihre Genauigkeit beibehalten werden. Dabei gibt es drei Achsen, deren Ausrichtung direkt die Ge­ nauigkeit des Systems beeinflussen, das in Fig. 1 bzw. 5 dargestellt ist. Dies sind die Zylinderachse, die Spie­ gel-Drehachse und die Lichtstrahlachse. Diese drei Ach­ sen sollten mit maximaler Genauigkeit relativ zueinander ausgerichtet sein.

Mit einem üblichen ebenen Spiegel erzeugt eine Fehlaus­ richtung des Lichtstrahls und der Zylinderachse einen Winkelfehler. Dabei liegen die Abtastzeilen nicht genau senkrecht zur Zylinderachse. Eine relative Fehlausrich­ tung kann durch Verwenden eines achsversetzten paraboli­ schen Spiegels kompensiert werden. Dieser hat einen fe­ sten Brennpunkt, der sich um die Trommel dreht und durch Fehlausrichtungen zwischen dem Lichtstrahl und der Spie­ gelachse nicht beeinflußt wird.

Wesentlich für das Verständnis der Erfindung ist der Un­ terschied zwischen Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Durch ihre Grundkonstruktion haben mechanische Komponen­ ten der in Fig. 1 gezeigten Art eine bessere Wiederhol­ barkeit als Genauigkeit. Mit anderen Worten: ein solcher Fotoplotter belichtet Substrate wiederholt mit ein und demselben Fehler. Die Geradlinigkeit der Maschinenfüh­ rungen, die Ausrichtungen, Spindelfehler und Positions­ regelfehler sowie wesentlich die Abweichung der Trommel­ fläche von der genauen Zylinderform tragen zu dem Ge­ nauigkeitsfehler bei, der wiederholt auftritt. Im Gegen­ satz dazu ist ein Fehler der Wiederholbarkeit beispiels­ weise durch Kugellagerungen oder Temperaturänderungen bedingt. Die Wiederholeigenschaften einer Maschine kön­ nen 2-10 mal besser als die Genauigkeit der Maschinen­ teile sein. Die Erfindung verbessert die Genauigkeit durch gezieltes Kompensieren von Fehlern. Diese Kompen­ sation führt dann zu einer Maschine, deren Genauigkeit theoretisch nur durch ihre Wiederholbarkeit begrenzt ist, also 2-10 mal verbessert ist.

Die wesentliche Anforderung bei der Herstellung eines optischen Systems für einen Fotoplotter der hier be­ schriebenen Art ist die Genauigkeit. Dies ist in erster Linie das Ergebnis der extremen Genauigkeitsforderung zwischen der Spiegeldrehachse und der zylindrischen Trommelfläche. Ein radialer Fehler von 7,6 * 10^-3 mm er­ zeugt einen linearen Fehler von +25,4 * 10^-3 mm in einer Aufzeichnung. Eine nach der Erfindung vorgenommene Kom­ pensation kann bei einem radialen Fehler von 127 * 10^-3 mm jedoch zu einer Genauigkeit besser als 25,4 * 10^-3 mm führen.

Zunächst wird eine Kompensationsaufzeichnung erzeugt, die aus einem regelmäßigen Liniengitter mit festem Lini­ enabstand besteht. Diese Kompensationsaufzeichnung soll­ te auf einem mechanisch stabilen Medium erzeugt werden. Eine Technik der in dem US-Patent 48 67 566 beschriebe­ nen Art kann zur weiteren Kompensation instabiler Medien benutzt werden, beispielsweise bei einem Filmsubstrat für gedruckte Schaltungen. Die Gitterteilung ist so ge­ wählt, daß sie kleiner als der Betrag ist, über den sich der Maschinenfehler wesentlich ändert. Die gemessenen Werte werden mit Werten einer fehlerfreien Trommelfläche verglichen, was zu einer Fehlertabelle für die x- und die y-Richtung für jeden Gitterschnittpunkt führt. Diese Fehlertabelle wird dann mit geeigneter Transformation zum Erzeugen einer Kompensationstabelle benutzt, die in einen der Steuerung zugeordneten Speicher eingegeben wird. Die Kompensation ist eine Einstellung des Abtast­ winkels des Drehspiegels (entweder vorwärts oder rück­ wärts) für jedes Pixel. Dies erfolgt durch Phasenver­ schiebung eines Referenztaktsignals, das die Pixelposi­ tion bestimmt, wie noch beschrieben wird. Schließlich wird eine Aufzeichnung desselben Gitters mit der aktiven Korrektur hergestellt. Diese Aufzeichnung wird wiederum gemessen und die Korrektur überprüft. Dieses Verfahren kann wiederholt angewendet werden.

Die Genauigkeit der Längsabtastung (oder Schnellabta­ stung) hängt allein vom Abtastradius ab. In der Innen­ trommel ist dies der Abstand der Achse des Abtasters zu dem Innendurchmesser bzw. der Emulsion. Es ist aber be­ kannt, daß kleine radiale Fehler wesentliche Genauig­ keitsfehler durch den großen Schwenkwinkel erzeugen kön­ nen. Für einen Halbzylinder gilt:

E = πΔR,

hierbei entspricht E dem Fehler der Längengenauigkeit und ΔR ist der Radiusfehler. Wie vorstehend erläutert, erzeugt ein Fehler von nur 7,6 * 10^-3 mm einen Genauig­ keitsfehler von 25,4 * 10^-3 mm. Im Gegensatz dazu er­ zeugt ein Innentrommel-Rasterfotoplotter mit einer Ein­ richtung nach der Erfindung eine Verschiebung von nur 1,5 * 10^-3 mm.

Dieser Schnellabtastfehler kann aber während der Bilder­ zeugung elektronisch kompensiert werden. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird ein Grundtaktsignal 44 erzeugt, das für jedes Pixel einen Impuls abgibt. Dieses Taktsignal wird erzeugt durch Multiplizieren der Drehkodierimpulse des Abtasters (1000 pro Umdrehung) mit einem Faktor von etwa 200 bis 300, um 2000 Impulse pro 2,54 cm zu erhalten. Im Fall eines Radiusfehlers muß jedoch diese Grundtaktsi­ gnalfrequenz entweder aufwärts (längerer Radius) oder abwärts (kürzerer Radius) mit sehr kleinen und genauen Beträgen eingestellt werden. Wenn der Radius sich z. B. so weit ändert, daß ein Genauigkeitsfehler von 12,7 * 10^-3 mm über 56 cm auftritt, muß sich das Taktsignal um 0,0227% ändern, um ihn zu kompensieren.

Vorbekannte Systeme stellen die Pixelposition im Rahmen einer Aufzeichnung ein, wobei die Pixelsignalerzeugung mit einer Steuerung die Kompensation bei der Erzeugung der Belichtungssignale für jedes Pixel einschließt. Die­ se Aufzeichnung führt aber zu abrupten Pixelverschiebun­ gen im Bild, die nicht erwünscht sind. Im Gegensatz dazu kompensiert die Erfindung radiale Fehler mit einer Auf­ lösung, die kleiner als ein Pixel ist (1/8 Pixel). Wie Fig. 4 zeigt, wird der bei der Schnellabtastung verwen­ dete Grundtakt mit 7 zusätzlichen Taktsignalen 46 bis 60 erzeugt, die gegeneinander um 45° phasenverschoben sind. Das Kompensationsverfahren ist dann ein Phasenverschie­ bungsverfahren in Schritten von 45° entweder vorwärts oder rückwärts. Diese kleinen Phasenschritte von 1/8 Pi­ xel sind nicht sichtbar, jedoch können durch wiederhol­ tes Schieben der Phase während der Abtastung beachtliche Fehler kompensiert werden. Das frühere Beispiel von ei­ nem Pixel (Fehler 12,7 * 10^-3 mm) kann durch 8 gleich­ mäßig beabstandete Änderungen während der Abtastung kom­ pensiert werden. Die Erfindung sieht eine nichtlineare Kompensation vor, die sich also während einer gegebenen Abtastlinie ändern kann. Dies schließt positive und ne­ gative Kompensation innerhalb einer Abtastlinie ein. Schließlich ist es möglich, den Belichtungsprozeß mit der automatischen Erzeugung der Kompensationstabelle zu kombinieren.

In Fig. 3 ist ein Teil einer Kompensationsschaltung 62 dargestellt. Sie enthält eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung 64, bei der jeder Abgriff 1/8 der Grundtakt-Signalperiode entspricht. Ein 8:1-Datenwähler 66 erlaubt die Auswahl eines jeden Abgriffs als Ausgabe- Taktsignal auf einer Leitung 68. Dieser Wähler ist mit einem Teiler-8-Zähler 70 verbunden, der bei Takt­ steuerung das Ausgabe-Taktsignal um 45° beschleunigt oder verzögert. Dieser Zähler wird durch einen Teiler-N- Zähler 72 gesteuert, bei dem N durch die jeweilige Ein­ gabe bestimmt ist. Die Frequenz des Ausgabe-Taktsignals bestimmt sich folgendermaßen:

Diese Gleichung gilt für die Phasenverzögerung und führt daher zu einer niedrigeren Frequenz als die Eingangsfre­ quenz.

Ein Korrektur- oder Aufzeichnungstabellenspeicher (RAM) 74 dient zur Bereitstellung von M Korrektursignalen für den Zähler 72. Die Adressensignale für den Speicher 74 kommen von X- und Y-Positionszählern 76, 78. Dies ermög­ licht ein Gitter aus Korrekturabschnitten, die jeweils quadratisch sind und eine Höhe von etwa 12,7 mm haben. Ein Kompensationswert für jeden Abschnitt wird mit der Bilderzeugung eigens adressiert. Der Speicher 74 hat zwei Eingangsgruppen, so daß er aus einer zentralen Ver­ arbeitungseinheit (CPU) geladen werden kann, die der Steuerung zugeordnet ist. Dieser Speicher ist ein nicht flüchtiger Speicher, so daß er nur bei einer Änderung der Kompensation eine Aktualisierung seiner Inhalte er­ fordert.

Eine weitere Kompensationsschaltung 92 ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Sie bietet eine andere Möglichkeit der Taktsignalsynthese und zeichnet sich durch sehr hohe Auflösung sowie durch Phasenänderungsschritte durch di­ gitale Eingangssignale aus. Sie enthält ein Delta-Pha­ senregister 94, das auf einer Leitung 96 Eingangssignale entsprechend der Phasendifferenz für jedes Taktsignal erhält. Das Ausgangssignal des Phasenregisters 94 wird einem N Bit-Addierer 98 zugeführt, bei dem N der Anzahl der Phasenpunkte entspricht. Das Ausgangssignal einer Verriegelungsschaltung 100 wird als Verriegelungs-Anzei­ gesignal auf einer Leitung 102 dem Addierer 98 und einer Sinussignal-Nachschlagetabelle 104 zugeführt. Das Grund­ taktsignal erscheint auf einer Leitung 106. Das erhal­ tene verkürzte Phasensignal wird dann mit einem schnel­ len D/A-Umsetzer und einem Tiefpaßfilter 108 syntheti­ siert und einer Leitung 110 zugeführt. Eine Schaltung ähnlich Fig. 6 wird als Frequenzsteuerschaltung Q2334 von der Firma Qualcomm Co. vertrieben. Diese alternative Kompensationsschaltung ist besonders dann geeignet, wenn das Ausgabe-Sinussignal eine sehr geringe Verzerrung der Harmonischen haben soll.

Das Grundkonzept der Schaltung 92 ist in Fig. 7 schema­ tisch dargestellt. Die Kurve 112 stellt die Gesamtphase für eine Taktsignalperiode dar. Die Schaltung 92 teilt die Periode in N Phasenpunkte 114, wobei M Phasenpunkte insgesamt das gewünschte Phaseninkrement zwischen den Taktsignalen darstellen. Die Taktsignalfrequenz ergibt sich durch

Hierbei sind M und N die vorstehend genannten Größen und f_in die Grundtaktfrequenz.

Die Daten für die Aufzeichnung erhält man zur Verwendung bei der Kompensation eines Fotoplotters, der ein Test­ gitter wie oben beschrieben erzeugt, wobei die Kompensa­ tionstabelle auf Null gesetzt ist. Dieses Bild wird dann mit einem Auswertesystem vermessen, wie es aus dem oben genannten US-Patent 48 67 566 bekannt ist. Die Steuerung erzeugt für diesen Fotoplotter eine eigene Aufzeich­ nungstabelle. Sind diese Daten erzeugt, so können sie in einen geeigneten Speicher eingeschrieben werden, bei­ spielsweise in eine 3,5- oder 5,25-Inch-Diskette. Die Steuerung kann ferner eine Bildverkleinerung oder -ver­ größerung vorsehen und Temperaturänderungen kompensie­ ren, indem die Aufzeichnungsdaten um einen vorbestimmten Faktor verändert werden. Beim Einschalten oder bei jeder neuen Datenerzeugung ist eine jeweils neue Eingabe in die Steuerung möglich. Die Aufzeichnungsdaten für ein normales Innentrommelgerät bestehen aus etwa 2000 Zei­ chen, für deren Übertragung über eine Standardschnitt­ stelle (RS232) bei 9600 Baud etwa 2 Sekunden nötig sind.

Die Erfindung sieht auch ein optisches System als Lese­ gerät und nicht als Bilderzeuger vor. Wie Fig. 5 zeigt, entspricht der Abtaster 82 im wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten, jedoch liest er 2-D-Pixeldaten anstelle ihrer Aufzeichnung. Ein solcher Abtaster dient zum Senden von Daten (z. B. für Faksimile), zum Halten zwecks Datenmani­ pulation (z. B. Rückumsetzung) oder zum Prüfen (z. B. AOI). Der Abtaster 82 beleuchtet das Testmuster mit ei­ nem nicht modulierten Lichtstrahl 84 und nimmt das re­ flektierte oder durchgelassene Licht auf, das von der Kopie 86 kommt. Diese optischen Signale werden mit einem Detektor 88 empfangen und dann mit 1 oder mehr Bit pro Pixel durch die Steuerung 90 digitalisiert. Ebene Substrate können gleichfalls nach einem automatischen optischen Prüfverfahren (AOI) überprüft werden. Solche Verfahren sind beispielsweise durch die US-Patente 45 00 202; 45 18 810; 46 68 982 und 47 76 022 bekannt.

Das Verfahren zum Erhöhen der Genauigkeit des Abtasters ist ähnlich dem Verfahren, das bei der Aufzeichnung ver­ wendet wird. Hier wird aber ein Eichgitter auf die In­ nentrommel gelegt und dann abgetastet. Es ist entweder hochgenau oder kalibriert, und seine Fehler sind in eine Tabelle aufgenommen. Die abgetasteten Daten werden dann mit bekannten Fehlerdaten verglichen und eine neue Feh­ lertabelle generiert, die speziell diesem Abtaster zuge­ ordnet ist. Diese Fehlertabelle wird dann in die Steuerung als Kompensationsdaten eingegeben. Bei aktivem Kompensationssystem wird das Eichgitter nochmals abge­ tastet. Die erhaltenen Fehlerdaten werden mit den Tabel­ len-Fehlerdaten verglichen. Dieses Verfahren kann wie­ derholt angewendet werden.

Fig. 8 zeigt schematisch einen Algorithmus 116 für eine Kompensationseinrichtung nach der Erfindung. Bei Schritt 118 werden Befehlssignale zum Erzeugen von Bildregi­ striermarken auf einem Substrat erzeugt. Diese Regi­ striermarken oder ein Prüfgitter müssen nicht regelmäßig über die Substratoberfläche verteilt sein, sie müssen sich nur an einer bekannten Stelle befinden. Ein Eich­ substrat wird hergestellt durch Belichten mit einem Strahl, der die Registriermarken abbildet. Dies ge­ schieht in Schritt 120.

Die Position der Registriermarken auf der Substratober­ fläche kann in Schritt 122 durch Anwenden eines der be­ kannten Prüfverfahren bestimmt werden, wie sie in US-Pa­ tent 45 89 746 beschrieben sind. Bei Schritt 124 werden die gemessenen Registriermarkenpositionen mit den Soll­ positionen verglichen, um eine Fehlersignaltabelle zu erzeugen (Schritt 126), die den Abweichungen der gemes­ senen Positionen von den Sollpositionen auf dem Substrat entspricht.

Mit dieser Fehlertabelle erzeugt die Kompensationsein­ richtung eine Datei von Fehlersignalwerten, die mit den vom Abtaster erzeugten Steuersignalen kombiniert werden, wenn der Abtaststrahl längs einer Abtastlinie relativ zum Substrat bewegt wird. Wie oben erläutert, werden die Datensignale entweder auf dem Substrat abgebildet oder im vorliegenden Gerät von dem Substrat mit einer Nenn­ frequenz gelesen, die durch ein Grundtaktsignal bestimmt ist. Die Kompensationseinrichtung erzeugt bei Schritt 128 Steuersignale, die dem Taktsignalgenerator zuzufüh­ ren sind, um die Taktsignalphase gegenüber dem Grundtakt zu verstellen. Diese Einstellung eliminiert die Abwei­ chungen zwischen Soll-Position und Ist-Position der Ab­ tastliniensegmente in nachfolgenden Abtastungen anderer Substrate.

Für den Fachmann wird erkennbar, daß die Erfindung bei der Beseitigung von Ungenauigkeiten in optischen Ab­ tastsystemen unabhängig von der Konfiguration (flach oder gekrümmt) der Auflagefläche und vom Einsatzzweck des Abtasters (Bilderzeuger oder Digitalisierer) ange­ wendet werden kann. Ferner kann sie zum Kalibrieren von Abtastsystemen eines jeden Fabrikats verwendet werden.

Die Erfindung kann auch zum Ausmessen existierender Pro­ dukte anderer Abtastsysteme durch Erzeugen einer Fehler­ tabelle aus einem Vergleich zwischen Befehlssignalen an­ gewendet werden, die beispielsweise zum Erzeugen einer interessierenden Aufzeichnung, verglichen mit der gemes­ senen Position ihrer Pixel, dienen. Daher kann die Ein­ richtung nach der Erfindung zum Ändern existierender Fehlertabellen eines vorgegebenen Systems dienen, um die Pixelerzeugung zu "verzerren" und eine Aufzeichnung zu erhalten, die vorhandenen Produkten angepaßt ist.

Das Kompensationssystem kann einem existierenden System angepaßt werden, um dessen eigene Ungenauigkeiten zu be­ seitigen. Ein Eichsubstrat wird in oben beschriebener Weise hergestellt, möglicherweise an einer vom System entfernten Stelle, um die Kompensationsdaten bereitzu­ stellen. Die Fehlerkorrekturtabelle kann generiert und dann zu dem Abtastsystem auf verschiedene Weise übertra­ gen werden, beispielsweise über Modem zu dem Systemrech­ ner. Das oben beschriebene Kalibrierverfahren kann zur wiederholten Kompensation von Maschinenabnutzung und langsamer Drift durch Umweltfaktoren dienen, wodurch sich eine Verlängerung der Lebensdauer des Abtastsystems über den normalen Wert hinaus erzielen läßt.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die Erfindung die Kor­ rektur von Fehlern in Abtastsystemen, beispielsweise bei einem Innentrommel-Rasterfotoplotter. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Genauig­ keitskompensation stattfindet, wenn das Produkt seine endgültige Form hat, d. h. wenn das Substrat flach ist. Bekanntlich sind viele Substrate eine Schichtzusammen­ setzung aus beispielsweise Emulsion, Kunststoff und Emulsion. Ein Verbiegen des Substrats beim Auflegen auf eine gekrümmte Auflage führt zu regellosen Variationen der Fehleranalyse, da die verschiedenen Schichten übli­ cherweise unterschiedlichen Elastizitätsmodul haben. Wenn das Substrat gekrümmt ist, wird es gespannt, und der Zustand seiner Schichten ändert sich zwischen Kom­ pression und Spannung abhängig von regellosen Parame­ tern, so daß eine Fehlermessung in gekrümmtem Zustand allgemein nicht wiederholbar ist. Die Erfindung bietet eine Unabhängigkeit gegenüber Spannungsunterschieden zwischen verschiedenen Schichten, da die Messung bei flachem Substrat vorgenommen wird.

Claims (21)

1. Einrichtung zur Kompensation von Ungenauigkeiten in einem optischen Abtastsystem (10), das eine Auflage (14) für ein Substrat (21) und einen Raster-Abtaster (22) enthält, wel­ cher abhängig von Steuersignalen einen optischen Strahl (24) in einer ersten Richtung über das Substrat führt und darauf eine Abtastlinie (38) erzeugt, mit einem Signalge­ nerator zum Erzeugen eines Taktsignals (44) zur Steuerung der Bewegung des optischen Strahls, und mit einem Speicher zum Speichern von Fehlersignalen, die die Abweichungen der Position der Substratoberfläche von vorgegebenen Werten angeben, gekennzeichnet durch eine Steuerung (26) zum Er­ zeugen der Steuersignale abhängig von den Fehlersignalen derart, daß die Phase des Taktsignals (44) eingestellt wird und dadurch die Abweichungen für ein Segment der je­ weiligen Abtastlinie (38) beseitigt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (14) eine Innentrommel (12) eines Raster-Fo­ toplotters (10) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel (36) zum Erzeugen des optischen Strahls (24).

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Bewegen des optischen Strahls (24) relativ zu dem Substrat (21) in einer weiteren Richtung senkrecht zu der genannten Richtung und durch einen Kodie­ rer (28) zum Erzeugen von Signalen, die die laufende Posi­ tion des Rasterabtasters (22) längs der Trommellängsachse angeben.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeich­ net durch einen Kodierer (48) zum Erzeugen von Signalen, die die laufende Position des optischen Strahls (24) längs der Abtastlinie (38) angeben.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rasterabtaster (22) einen Spiegel (34) enthält, der längs der Trommellängsachse (40) bewegt wird und den optischen Strahl (24) innerhalb eines einge­ schlossenen Winkels auf das Substrat (21) leitet und da­ durch eine Abtastlinie (38) erzeugt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (34) ein 45°-Drehspiegel ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (34) eine gekrümmte reflektierende Fläche hat, die Teil einer achsverschobenen Parabel ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator mehrere gleichartige Taktsignale (46 bis 60) erzeugt, die eine ge­ genseitige Phasenverschiebung derart haben, daß sie inner­ halb einer Grundtaktperiode gleichmäßig beabstandet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator außer einem Grundtaktsignal (44) acht weitere gleichartige Taktsignale (46 bis 60) erzeugt, die gegenüber dem Grundtaktsignal (44) sowie gegeneinander um 45° phasenverschoben sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abtastlinie (38) aus mehreren Pixeln besteht, und daß der Signalgenerator für jedes Pixel einen Taktimpuls erzeugt.

12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (26) während der Abtastung einer Abtastlinie (38) eines der weiteren, phasenverschobenen Taktsignale auswählt.

13. Optischer Fotoplotter mit einer optischen Quelle (36) zum Erzeugen eines Belichtungsstrahls (24), einer Auflage (14) für ein Substrat (21) und einem Rasterabtaster (22), der relativ zu dem Substrat (21) den Belichtungsstrahl (24) in einer ersten Richtung bewegt und dabei eine Abtastlinie (38) erzeugt und den Belichtungsstrahl (24) in einer zwei­ ten, zur ersten senkrechten Richtung bewegt, gekennzeich­ net durch eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auflage eine ebene Auflageplatte ei­ nes Raster-Fotoplotters ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das optische Abtastsystem (10) Mittel zum Empfang des optischen Strahls (24) nach Refle­ xion an dem Abtastliniensegment enthält, und daß Mittel zum Erzeugen elektrischer Signale vorgesehen sind, die In­ tensitätsvariationen des reflektierten optischen Strahls angeben.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Mittel (84) zum Beleuchten des Abtastliniensegments zwecks Erzeu­ gung des optischen Strahls.

17. Verfahren zum Kompensieren von Fehlern einer Abtastlinie in einem Fotoplotter mit einer Auflage für ein Substrat, einem Rasterabtaster zum Bewegen eines optischen Strahls relativ zu dem Substrat in einer ersten Richtung zum Er­ zeugen einer Abtastlinie, und einem Signalgenerator zum Erzeugen eines Taktsignals zur Steuerung der Bewegung des optischen Strahls in der ersten Richtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Signale erzeugt werden, die einen gemessenen Wert der Auflagengeometrie angeben, daß diese Signale mit Signalen verglichen werden, die einen vorzugsweisen Wert der Auflagengeometrie angeben, daß aus dem Vergleich Feh­ lersignale erzeugt werden, die Abweichungen der gemessenen Werte der Auflagengeometrie von den vorzugsweisen Signal­ werten entsprechen, und daß die Steuersignale abhängig von den Fehlersignalen zum Einstellen der Phase des Takt­ signals erzeugt werden, um Fehler aus einem Segment der Abtastlinie zu beseitigen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Befehlssignalwerte für Registriermarken auf der Substrat­ oberfläche erzeugt werden, daß ein Eichsubstrat mit einem optischen Strahl belichtet wird, um die Registriermarken abzubilden, daß Signale entsprechend den gemessenen Posi­ tionen der Registriermarken auf der Substratoberfläche er­ zeugt werden, daß diese Signale mit Befehlspositionssigna­ len verglichen werden, um Fehlersignale entsprechend den Abweichungen der gemessenen Positionen von den Befehlspo­ sitionen zu erzeugen, und daß Steuersignale zum Einstellen der Phase des Taktsignals abhängig von den Fehlersignalen erzeugt werden, um Fehler aus einem Segment der Abtast­ linie zu beseitigen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor der Messung der Positionen der Re­ gistriermarken auf eine flache Auflage gelegt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem Grundtaktsignal mehrere weitere Taktsignale erzeugt werden, daß das Grundtaktsignal und die weiteren Taktsignale untereinander gleichen Phasenunterschied ha­ ben, und daß eines der weiteren Taktsignale das Entfernen der Abweichungen aus dem Segment der Abtastlinie steuert.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuersignale gespeichert werden, daß Signale erzeugt werden, die eine nochmals gemessene Position der Registriermarken auf dem Substrat angeben, daß die nochmals gemessenen Signalwerte mit den Befehlspo­ sitionssignalwerten verglichen werden, um neue Fehler­ signale entsprechend den Abweichungen der nochmals gemes­ senen Registriermarkenpositionen von den Befehlspositions­ signalen erzeugt werden, und daß neue Steuersignale zum Einstellen der Phase des Taktsignals abhängig von den neuen Fehlersignalen erzeugt werden.