Verfahren zur Kontrolle von elektronenstrahlgravierten Druckformoberflächen

Abstract

 Die Erfindung besteht darin, daß ein für die Gravur von Druckformzylinderoberflächen ausgebildeter Elektronenstrahlerzeuger in den Gravurpausen auf Mikroskopbetrieb umgeschaltet wird, um sofort und ohne zusätzliche Hilfsmittel die gravierten Näpfchen sichtbar zu machen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle von mittels elektronenstrahlgravierten Druckformoberflächen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

[0002] Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von Druckformen mittels Elektronenstrahl bekannt, bei denen das Material der Druckformoberfläche mittels des Elektronenstrahls entfernt wird, siehe beispielsweise DDR-Patentschrift Nr. 55 965, in der das Prinzip der Elektronenstrahlgravur beschrieben ist. Es ist aber wünschenswert, das Resultat der Gravur, d. h., die in die Druckformoberfläche eingravierten Näpfchen zu kontrollieren, d. h. sichtbar zu machen. Bei Geräten zur Materialbearbeitung, z. B. DE-PS 10 99 659, ist zu diesem Zweck ein Stereomikroskop in dem elektronischen Strahlerzeuger eingebaut.

[0003] Bei der DE-PS 1299 498 ist ein separater Kontrollstrahlengang vorgesehen, der auf einen Strahlungsempfänger 19 gerichtet ist. Als Strahlungsempfänger ist ein fotoelektrischer Wandler vorgesehen, dem ein Anzeigegerät nachgeschaltet ist, aus dessen Ausschlag direkt auf den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls geschlossen werden kann. Dieses Signal kann dann zur Intensitätssteuerung des Bearbeitungsstrahls verwendet werden.

[0004] Diese Einrichtungen sind zur direkten optischen Kontrolle des gravierten Näpfchens ungeeignet, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, ein Verfahren zum Herstellen von Druckformen anzugeben, bei dem eine einfachere und sichere Kontrolle der erzeugten Näpfchen möglich ist.

[0005] Die Erfindung erreicht dies durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale und wird wie folgt näher erläutert.

[0006] Um den Elektronenstrahlerzeuger zur Materialbearbeitung auf Elektronenstrahlmikroskop-Betrieb umzuschalten, wird erfindungsgemäß der Strahl auf ca. 1 _/um Durchmesser gegenüber der Betriebsartgravur verkleinert. Außerdem erfährt der Strahl eine x- und y-Ablenkung, um den darzustellenden Näpfchenbereich abzutasten. Die dabei erzeugten Sekundärelektronen werden detektiert, und als Videosignal zur Ansteuerung eines Monitors verwendet.

[0007] Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß keine besondere optische Kontrolleinrichtung oder ein separates Elektronenstrahlmikroskop vorgesehen werden muß, sondern daß mit der Elektronenstrahlkanone, die für die Materialbearbeitung ausgelegt ist, aufgrund der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise ein Elektronenstrahlmikroskop-Betrieb während der Gravurpausen ermöglicht wird. Elektronenstrahlmikroskope sind zwar an sich bekannt, aber Elektronenstrahlmikroskope wiederum können nicht zur Materialbearbeitung verwendet oder umgebaut werden. Bezüglich der bekannten Elektronenstrahlmikroskope wird auf das Buch von L. Reimer und G. Pfefferkorn, Raster-Elektronenmikroskopie, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1977, Kapitel 1 Einführung, Seiten 1, 2 und 3 verwiesen, in dem in der Figur 1.1 mit dazugehöriger Beschreibung der schaltungstechnische Aufbau für die Detektion der Sekundärelektronen sowie des Anschlusses des Monitors angegeben ist.

[0008] Bei der vorliegenden Erfindung wird von einem Elektronenstrahlerzeugungssystem ausgegangen, daß speziell für die Materialbearbeitung und Druckformherstellung entwickelt worden ist. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 den Aufbau einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Figur 2 den Aufbau des Elektronenstrahlerzeugungssystems für Gravur- und Mikroskopbetrieb.

[0009] Figur 1 zeigt einen Druckzylinder (1) mit eingravierten Näpfchen (2), welche von einem Elektronenstrahl (3) hergestellt worden sind. Solche Druckzylinder werden als Druckformen im Tiefdruck verwendet, wobei beim Druckprozeß die Näpfchen, die je nach zu druckendem Tonwert unterschiedliches Volumen haben, mit Druckfarbe gefüllt und die Druckfarbe beim Drucken auf den Bedruckstoff übertragen wird.

[0010] In Figur 1 sind im einzelnen die Elektronenoptik und der Strahlengang eines Elektronenstrahlerzeugers dargestellt, mittels dessen die Erfindung durchgeführt werden kann. Der Elektronenstrahl (3) geht von einer beheizten Kathode (4), welche in einem Heizstromkreis (41) liegt, der eine Spannungsquelle V_k (z. B. 6 Volt) aufweist. Der Strahl durchläuft den Wehnelt-Zylinder (5) und die Anode (6) und kommt zu einem ersten Linsensystem (7), das in Figur 2 näher dargestellt ist. Der Wehnelt-Zylinder (5) liegt im Stromkreis (51) mit der Spannungsquelle V (z. B. 100 Volt) und die Anode (6) in einem Stromkreis (61) mit einer Spannungsquelle V für die Anodenspannung (5 bis -50 KV).

[0011] Weiterhin ist eine Aperturblende (8) vorgesehen und der von der Blende durchgelassene Strahl durchläuft eine Ablenkeinheit (9) und ein zweites Linsensystem (10), bevor er auf den Gravurzylinder (1) auftrifft. Die Ablenkeinheit (9) dient dazu, den Ablenkstrahl zeilenförmig über die abzutastenden Näpfchen (2) zu bewegen. Diese Abtastbewegung wird gleichzeitig vom Elektronenstrahl (11) einer Bildröhre (12) mittels einer zweiten Ablenkeinheit (13) durchgeführt. Die Erzeugung der entsprechenden Ablenkströme erfolgt in einem Rastergenerator (14), und die beiden Ablenkeinheiten (9) und (13) sind über eine Einheit (15) zur Variation der Vergrößerung miteinander verbunden. Im Vakuum befindet sich seitlich der gravierten Näpfchen eine Sonde (16), welche die von der Druckformoberfläche ausgehenden Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen auffängt und an einen Videoverstärker (17) weitergibt, von dem aus die Helligkeitssteuerung der Bildröhre (12) erfolgt. Das Abtastraster ist auf dem Bildschirm der Bildröhre (12) dargestellt.

[0012] Figur 2 zeigt in detaillierterer Form das Elektronenstrahlerzeugungssystem und den Strahlengang für die verschiedenen Betriebsarten, Gravur- und Mikroskopbetrieb, wobei das eigentliche Elektronenstrahlerzeugungssystem aus Kathode, Wehnelt und Anode sowie die Ablenkspulen der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. Das erste Linsensystem (7), das eine erste Verkleinerung herbeiführt, besteht in der Praxis aus zwei Linsen (71) und (72), und für die Betriebsart Gravur ist eine weitere Linse (73) innerhalb der Linse (71) vorgesehen. Im folgenden werden anhand der eingezeichneten Strahlengänge (30), (31) und (32) drei Betriebsfälle erläutert nämlich, Strahlengang (30), Gravur eines großen Näpfchens, Strahlengang (31), Gravur eines kleinen Näpfchens und Strahlengang (32), Mikroskopbetrieb.

l. Gravurbetrieb

[0013] Das Linsensystem (71), (72) und (73) bildet eine variable _Verkleinerungsstufe, wobei die schematisch dargestellte Strahlungsquelle bei maximaler Anspannung der Linse 12mal und bei nicht angespannter Linse (73) 3mal verkleinert wird. Die Aperturblende 8 wird so dimensioniert, daß ein Winkel α₀ von 0,08 rd gegeben ist, wodurch sich ein Öffnungsfehlerscheibchen von 25 _/um Durchmesser ergibt. Die Linse (10) macht eine 4fache Verkleinerung, und die Linse (101) dient zur Fokussierung und Defokussierung des Strahls, wodurch Näpfchen erzeugt werden.

[0014] Bei fokussiertem Strahl tritt ein Bearbeitungseffekt auf, bei defokussiertem Strahl nicht. Wie bereits erwähnt, wird zur Gravur großer Näpfchen der Strahlengang (30) eingestellt, wobei der Strahl am Auftreffpunkt einen Durchmesser von etwa 100 _/um hat und einen Strahlstrom im Bearbeitungsfleck von 50 mA aufweist.

[0015] Der Strahlengang (31) dient zur Herstellung kleiner Näpfchen. Der Strahl hat am Auftreffpunkt einen Durchmesser von etwa 20 _/um, und der Strom im Fleck beträgt 3 mA. Durch unterschiedliche Anspannung der dynamischen Linse (73) wird die tonwertabhängige Variation der Näpfchengröße vorgenommen.

[0016] Bei der Betriebsart Gravur erzeugt das in Figur 1 dargestellte Ablenksystem (9) eine Strahlmitführung zur Zylinderrotation, damit der Strahl bei rotierendem Zylinder immer auf die gleiche Stelle trifft.

[0017] Beim Gravurbetrieb und auch beim Mikroskopbetrieb wird mit einer Beschleunigungsspannung von 50 KV gearbeitet, und der aus der Kathode austretende Strahl hat eine Stromstärke von ca. 50 mA.

2. Mikroskopbetrieb

[0018] Die dynamische Linse (73) ist abgeschaltet. Die statische Linse (71) ist stärker erregt, und die Verkleinerung der Strahlungsquelle beträgt ca. 250 W.

[0019] Es wird mit einer kleineren Aperturblende (8¹), die in der Figur gestrichelt gezeichnet ist, gearbeitet, welche zu diesem Zweck in den Strahlengang geschwenkt wird. Die Apertur dieser Blende beträgt α₁ = 0,025 rd. Dies ergibt ein Öffnungsfehlerscheibchen von ca. 1 _/um.

[0020] Die Linse (10) bleibt nahezu unverändert, und die dynamische Fokuslinse (101) ist abgeschaltet.

[0021] Durch diese Modifikation ergibt sich der Strahlengang (32), wobei die Linse (10) lediglich zur Scharfstellung dient. Der Sondendurchmesser auf der Zylinderoberfläche beträgt 1 bis 1,5 µm.

[0022] Das in Figur 1 gezeigte Ablenksystem (9) dient zur Erzeugung des Abtastrasters entsprechend der Zeilen-und Bildfrequenz der Bildröhre (12). Das abgetastete Feld beträgt etwa 1 mm2. Wie in Figur 1 beschrieben, ist für den Mikroskopbetrieb ein Sekundärelektronendetektor (16) vorgesehen, der beim Mikroskopbetrieb ebenfalls wie die Blende (8') eingeschwenkt wird. Die Abbildung des Näpfchens auf der Bildröhre erscheint so, als ob die Näpfchen von der Seite beleuchtet worden seien, da der Detektor (16) von einer Seite her auf die Näpfchen der Druckformoberfläche gerichtet ist und die Elektronen, die auf der im Detektor gegenüberliegenden Innenseite der Näpfchen reflektiert werden, am Detektor (16) eine bessere Ausbeute ergeben.

[0023] Bei der Durchführung des Verfahrens kann mit stillstehenden Druckformzylindern gearbeitet werden, wobei die gesamte x- und y-Ablenkung für den Scan-Vorgang durch die Ablenksysteme des Elektronenstrahlerzeugungssystems erzeugt werden. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß die Abtastung der zu untersuchenden Näpfchen bei rotierendem Druckzylinder erfolgt. Hierbei wird ebenfalls der Elektronenstrahl feinfokussiert, und die sich durch die Drehung des Druckformzylinders und den Vorschub ergebenden einzelnen Bildlinien werden zwischengespeichert und ebenfalls zur Ansteuerung des Monitors benutzt. Solche Zwischenspeicher sind als Bildwiederholspeicher oder sogenannte Refresh-Memories bekannt.

Ansprüche

Verfahren zur Kontrolle von mittels elektronenstrahlgravierten Druckformoberflächen, bei dem der Elektronenstrahl näpfchenförmige Vertiefungen aus der Durckformoberfläche graviert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle der Form der Näpfchen der Elektronenstrahlerzeuger als Rasterelektronenmikroskop betrieben wird, in dem der Elektronenstrahl bezüglich seiner Intensität und seiner Ablenkparameter auf Mikroskopbetrieb umgeschaltet und der abzubildende Näpfchenbereich gescannt wird, und daß das Videosignal zur Ansteuerung eines Monitors aus den durch den Strahl erzeugten Sekundärelektronen gewonnen wird.

Zeichnung