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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von anisotrop nasschemisch geätzten optischen Gittern wie es dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht. Optische Gitter werden vielfältig in der Röntgentechnik und für Messungen in der Astrophysik als auch allgemein in der Optik eingesetzt.
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Stand der Technik
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Hocheffiziente, hochauflösende optische Gitter kommen in verschiedenen Bereichen wie Astrophysik oder Röntgenbeugung zum Einsatz. Die Qualität dieser Gitter wird bestimmt durch gleichmäßige Abstände im Gitter und Flächen mit einer sehr geringen Oberflächenrauigkeit.
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Eine Methode, solche Gitter herzustellen, besteht in dem Ritzen von Furchen in Oberflächen mithilfe sogenannter Gitterteilmaschinen. Üblicherweise werden hierbei Diamantstichel eingesetzt. Die entstehenden Gitter weisen eine hohe Dichte an Störungen auf.
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Eine andere Methode, die Flächen mit sehr geringer Oberflächenrauigkeit und weitestgehend störungsfreien Abständen im Gitter herzustellen, basiert auf dem sogenannten anisotropen nasschemischen Ätzen.
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In anisotropen nasschemischen Ätzverfahren wird ausgenutzt, dass die Ätzrate (abgetragene Schichtdicke pro Zeit; Einheit μm/h) eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Kristallrichtung aufweist. Das zu ätzende Material muss zur Ausnutzung dieses Effektes einkristallin sein.
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Um Flächen mit einer gewünschten Neigung zu einer Oberfläche einer zu strukturierenden Schicht herzustellen, werden die Richtungen in einem Kristall, in denen eine sehr geringe oder gar keine Ätzrate beim nasschemischen Ätzen vorliegt, gegenüber der Flächennormale der Oberfläche, auf die die Ätzlösung aufgetragen wird, geneigt. Das Resultat einer solchen Anordnung sind Flächen, die senkrecht zu der Richtung, in der eine geringe oder gar keine Ätzrate vorliegt, orientiert sind und somit eine Neigung zur Oberfläche auf die die Ätzlösung aufgetragen wird, aufweisen.
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Damit mehrere Flächen entstehen und nicht lediglich eine Oberfläche eines Kristalls geätzt wird, wird auf die Oberfläche eine Maske aufgetragen, die gegen das Ätzmittel resistent ist. An den Stellen, an denen die Maske die Oberfläche bedeckt, findet kein Ätzen (Schichtabtrag) statt und somit entstehen durch die Maske definierte Bereiche geneigter Flächen, die ein optisches Gitter bilden. Die geneigten Flächen bilden dabei ein Linienmuster.
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Optische Gitter, die aus geneigten Flächen bestehen, können sogenannte Blazegitter (von englisch funkeln, blaze) darstellen. Blazegitter zeichnen sich durch die Optimierung der Beugungseffizienz einer Beugungsordnung aus und bestehen aus äquidistanten, geneigten Flächen. Der Winkel, den die Flächen dabei mit der Substratebene einschließen, entspricht dem Blazewinkel und ist so optimiert, dass die Effizienz für eine Wellenlänge von Licht in der gewünschten Beugungsordnung maximal wird. Die Fläche selber wird als Blazefläche bezeichnet. Die Substratebene und die Oberfläche des Siliziumsubstrats sind parallel, fallen aber nicht notwendigerweise zusammen. Die Substratebene dient lediglich als Bezug zur Beschreibung der Orientierungen von Flächen im optischen Gitter.
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Der grundlegende Schritt des Verfahrens besteht aus dem Bereitstellen eines einkristallinen Siliziumsubstrats. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche, auf die die Ätzlösung aufgebracht wird, poliert ist bzw. eine möglichst geringe Oberflächenrauigkeit aufweist, um einem dadurch möglicherweise ungleichmäßigen Verhalten beim Ätzen vorzubeugen.
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Die Oberfläche des Siliziumsubstrats weist einen spitzen Winkel zu einer Netzebene einer Netzebenenschar im Kristall auf, die einen Ätzstopp darstellt. Die Flächennormalen solcher Netzebenen entsprechen den Richtungen im Siliziumkristall, die eine sehr geringe Ätzrate aufweisen. Sie fallen, da es sich um eine kubische Kristallstruktur handelt, mit den Richtungen im Kristall zusammen, die die gleichen Millerschen-Indizes aufweisen. Eine Richtung mit geringer Ätzrate schließt somit einen spitzen Winkel mit der Flächennormale der Oberfläche des Siliziumsubstrats ein. Die Flächen, die beim anisotropen nasschemischen Ätzen entstehen, sind gleich indiziert wie die Netzebenen, die einen Ätzstopp darstellen, und fallen mit einer solchen zusammen.
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Die Ätzraten und die Richtungen, in denen eine geringe Ätzrate vorliegt, d. h. die aus dem anisotropen nasschemischen Ätzen resultierenden Flächen, sind abhängig von der verwendeten Ätzlösung und von der Temperatur. Gängige Ätzlösungen sind z. B. KOH, Tetramethylammoniumhydroxid oder eine Mischung von Ethylendiamin und Pyrocatechol. Die prominenteste Richtung mit geringer Ätzrate in Silizium ist dabei die <111> Richtung, wodurch {111}-Flächen entstehen.
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Die Winkel, die die Richtungen mit geringer Ätzrate mit der Flächennormale des Siliziumsubstrats einschließen liegen für die Fertigung von optischen oder Blazegittern üblicherweise bei Winkeln < 54,74°, die sich dann eins zu eins auf die Winkel zwischen den Flächen des optischen Gitters und der Substratebene bzw. die Blazewinkel übertragen.
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Die Ätzmaske, die die Oberfläche des Siliziumsubstrats in gleich große, äquidistante Streifen aufteilt, kann durch verschiedene Verfahren auf die Oberfläche aufgebracht werden. Zwei gängige Verfahren basieren dabei auf Lithographie.
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In einem Verfahren wird zunächst eine SixNy-Ätzmaskierung gleichmäßig auf die Oberfläche des Siliziumsubstrats aufgebracht. Danach wird die Grundstruktur der Ätzmaske, die die Grundstruktur für das Gitter vorgibt, mittels eines lithographischen Verfahrens wie UV- oder Laserinterferenzlithographie in einem Schritt aufgebracht. Die unter dieser Maske freiliegende SixNy-Ätzmaskierung wird dann mit reaktivem Ionenätzen (englisch reactive ion etching, RIE) und danach die Ätzmaske aus dem Lithographieschritt entfernt. Als Folge liegt eine Ätzmaske für das anisotrope Ätzen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats vor.
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In einem anderen gängigen Verfahren, dem Lift-Off-Prozess, wird mittels Lithographie eine negative Maske der Gitterstruktur als sogenannte Opferschicht aufgebracht, die dann mit einem Material für die eigentliche Maske überzogen wird, z. B. Nickel oder Chrom. In einem sogenannten „Lift-off-Schritt” werden dann die Bereiche, in denen sich die Opferschicht und die Schicht der eigentlichen Maske überdecken, entfernt, wodurch eine Ätzmaske für das anisotrope Ätzen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats zurückbleibt.
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Die beiden hier genannten Verfahren für das Aufbringen der Ätzmasken für das anisotrope nasschemische Ätzen sind nicht limitierend. Es können auch andere Verfahren wie z. B. Elektronenstrahllithographie verwendet werden.
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Nach dem Aufbringen der Ätzmaske für das anisotrope nasschemische Ätzen, wird nasschemisch anisotrop geätzt. Vor dem anisotropen nasschemischen Ätzen werden in vorteilhafter Weise die Oberflächen des Siliziumsubstrats gereinigt. Die Tiefe der entstehenden Strukturen hängt von dem Winkel, unter dem die {111}-Ebene zur Flächennormale steht, und der Strukturbreite (Liniendichte) der Ätzmaske ab. Anschließend an den Ätzvorgang ist es vorteilhaft, das Siliziumsubstrat zu waschen (mit H2O oder geeigneten Lösemitteln) und zu trocknen (z. B. im Trockenschrank oder mit einem Gebläse).
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Beim anisotropen nasschemischen Ätzen entstehen Flächen, die eine Oberflächenrauigkeit im atomaren Bereich aufweisen. Durch das Aufbringen der Ätzmasken mittels Lithographieverfahren wird zudem eine hohe Präzision in den Gitterabständen erreicht.
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Die Ätzmaske für das anisotrope Ätzen wird nach dem anisotropen Ätzen entfernt. Dabei werden geeignete Chemikalien verwendet, die die Maskierung (SixNy bzw. Metalle) angreifen aber nicht das Silizium. Ist dieses nicht möglich, so sollte die Ätzrate der Maskierung deutlich höher liegen als die des Siliziums (Selektivität > 100).
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Unter der Ätzmaske verbleiben Grate, die aus Unterätzung der Ätzmaske entstehen und die Qualität des optischen Gitters beeinträchtigen.
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In dem Aufsatz 1 von R. K. Heilmann et al. (Advances in reflection grating technology for Constellation-X; Proceedings of SPIE Vol. 5168, 2004, S. 271–282) sind Beispiele für verschiedene Verfahren zur Herstellung von Blazegittern gegeben. In dem Aufsatz 1 wird auch die Problematik der auf der geätzten Oberfläche nach dem Entfernen der Ätzmaske zurückbleibenden Grate, die unterhalb einer Ätzmaske durch Unterätzung während des anisotropen nasschemischen Ätzen entstehen (engl. auch als „nubs” bezeichnet), angesprochen.
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In dem Aufsatz 2 von D. L. Voronov et al. (5000 groove/mm multilayer-coated blazed grating with 33% efficiency in the 3rd order in the EUV wavelength range; Proceedings of SPIE Vol. 7448; 2009; S. 74480J-1–J11) wird eine Methode zur Entfernung der Grate vorgeschlagen. Diese besteht aus mehreren Schritten, in denen das Silizium oxidiert und dann nasschemisch geätzt wird, was unter einem Verbrauch von Silizium auf der gesamten Struktur geschieht. Die Methode ist mithin aufwendig und verschont die Flächen des optischen Gitters bzw. die Blazeflächen nicht.
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In dem Aufsatz 3, der den nächsten Stand der Technik bildet, von A. E. Franke et al. (Super-smooth x-ray reflection grating fabrication; Journal of Vacuum Science and Technology B; 1997; S. 2940–2945) wird eine Methode zur Entfernung der Grate vorgeschlagen, die auf reaktivem Ionenätzen mit CF4 basiert. Vor dem Ätzen werden die Flächen des optischen Gitters mit Chrom bedampft, welches nachträglich entfernt werden muss. Diese Methode nimmt Einfluss auf alle bestehenden Strukturen ohne Rücksicht auf die Flächen und besteht aus mehreren Schritten. Sie resultiert zudem in Furchen, die z. B. in einer Verwendung der hergestellten Strukturen als Master stören können.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung von anisotrop nasschemisch geätzten optischen Gittern anzugeben, mit dem dabei entstehende Grate in einem Verfahrensschritt und ohne Beeinträchtigung der bereits gebildeten Flächen des optischen Gitters entfernt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Entfernung der Grate wird erfindungsgemäß das mechanische Ionenstrahlätzen, auch Ionendünnung oder Ionenätzen genannt, verwendet. Es handelt sich hierbei um ein Trockenätzverfahren. Definiert gebündelte hochenergetische Ionenstrahlen, meist Argonionen, werden hierbei unter einem definierten Winkel auf eine Probe gerichtet. Durch die Impulsübertragung beim Auftreffen der Ionen werden Teile der Oberfläche abgetragen.
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Der Ionenstrahl wird dabei in einer Ausführungsform so auf die Oberfläche des optischen Gitters, das nach einem der vorstehenden Verfahren hergestellt wurde und Grate aus Unterätzung aufweist, gerichtet, dass der Strahl parallel zur Oberfläche einer Fläche des optischen Gitters (die eine Blazefläche sein kann) orientiert ist und mit der Oberfläche des Siliziumsubstrats den gleichen Winkel wie diese einschließt.
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Die Ionenstrahlen streichen unter dieser Konstellation über die Flächen des optischen Gitters hinweg und beeinträchtigen nicht die durch das anisotrope nasschemische Ätzen geschaffenen Oberflächen mit geringer Oberflächenrauheit. Sie wirken bevorzugt auf die aus der Unterätzung stammenden Grate ein. Die Dauer des Ionenstrahlätzens ist auf den Moment, in dem die Grate vollständig abgetragen sind, abzustimmen. Diese Dauer ist gegebenenfalls experimentell zu ermitteln.
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Bei der Verwendung einer Kaufmann-Quelle kann der Grat auf großflächigen Substraten in einem Prozessschritt entfernt werden, da der Durchmesser des Ionenstroms eine sehr große Fläche einnimmt und die Probe zum Ionenstrom gekippt wird. Bei der Verwendung einer Elektron-Zyklotron-Resonanz(ECR)-Ionenquelle, End-Hall-Ionenquelle oder ähnlichem verfährt die Ionenquelle gleichmäßig oberhalb des Substrates und rastert dieses ab. Der Ionenstrahlwinkel kann durch das Verkippen der Ionenquelle erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt in einem Schritt und unter Erhalt der Oberflächenbeschaffenheit der Flächen des optischen Gitters, was sich positiv auf die Effizienz des Gitters auswirkt.
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Durch die Entfernung der Grate mittels mechanischen Ionenätzens kann indirekt auch die Ausbildung von Fehlstellen und Überätzungen verringert bzw. vermieden werden. Anders als bei der Gratentfernung mittels nasschemischen Ätzens müssen die Grate für das Ionenstrahlätzen nicht so schmal wie möglich sein. Breite Grate (z. B. 130 nm) lassen sich mit dem Ionenstrahlätzen ebenso gut entfernen wie schmale Grate (z. B. 40 nm). Die Ätzzeit des anisotropen nasschemischen Ätzens kann damit verringert werden, was zwar breitere Grate, aber weniger Überätzungen und Fehlstellen innerhalb des Gitters zur Folge hat. Das wirkt sich ebenfalls positiv auf die Effizienz der Gitter aus.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei nicht auf Silizium beschränkt, sondern kann auch für andere Materialien, die anisotrop nasschemisch geätzt werden können, eingesetzt werden. Bekannte Materialien außer Silizium, die eine Richtung mit geringer Ätzrate im Kristall aufweisen, sind z. B. Galliumarsenid (GaAs; Richtungen senkrecht zu den Flächen {111} mit CH3OH); Quarz (SiO2, Richtungen senkrecht zu Prismenflächen {001} mit HF), Germanium und InGaAs/InP.
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Einer Ausführungsform entspricht, dass die Flächennormale einer Oberfläche des Siliziumsubstrats mit einer <111> Richtung im Siliziumsubstrat einen spitzen Winkel einschließt. Die entstehenden Flächen des optischen Gitters entsprechen dann {111}-Ebenen im Kristall.
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In einer anderen Ausführungsform wird der Ionenstrahl während des Ionenstrahlätzens parallel zu den Graten ausgerichtet, was einer weiteren Möglichkeit zur schonenden Entfernung dieser entspricht.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Ionenstrahl des Ionenstrahlätzens unter einem beliebigen Winkel, der auch 90° sein kann, zur Substratebene auf das Gitter gerichtet. Ein Abtragen der Grate ist so auch möglich, erfolgt aber auch unter Abtrag auf den Flächen des optischen Gitters. Dies kann unter bestimmten Bedingungen erwünscht sein.
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Das optische Gitter kann nach dem nasschemischen Ätzen mit einer Chrom- oder Nickelschicht überzogen werden. Anschließend wird die Ätzmaske des nasschemischen Ätzens entfernt. Nach diesem Schritt liegen die Grate frei und die Blazeflächen sind mit Chrome bzw. Nickel bedeckt. Die Schicht bewirkt ein erleichtertes Entfernen der Grate mit mechanischem Ionenstrahlätzen, bei dem die Flächen des optischen Gitters durch die Metallschicht geschützt werden. Die Abtragung mittels Ionenstrahlätzen wirkt dabei durch die Beschichtung nur auf den Flanken der Grate, die frei von der Beschichtung sind. Bei dem Auftragen auf die Ätzmaskierung, erfolgt die Beschichtung immer mit einem Metall, das nicht in der Ätzmaske des nasschemischen Ätzens enthalten ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel und anhand von Figuren näher erläutert werden.
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Die Figuren zeigen:
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1: Schematische Darstellung eines optischen Gitters im Querschnitt senkrecht zur Substratebene mit Graten und Ätzmaske.
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2: Schematische Darstellung eines optischen Gitters im Querschnitt senkrecht zur Substratebene mit Graten (nach Entfernung der Ätzmaske) und einfallenden Ionenstrahlen.
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3: a) Rasterkraftmikroskop-Aufnahme eines optischen Gitters mit Graten und b) nach Ionenstrahlätzen parallel zu den Flächen des optischen Gitters und unter Einschluss des gleichen Winkels mit der Substratebene wie diese.
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4: Schematische Darstellung der Verfahrensschritte bis zum KOH-Ätzen mit reaktivem Ionenätzen (a) und mit einem Lift-Off-Prozess mit Metallmaskierung (b).
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Ein einkristallines Siliziumsubstrat ist so geschnitten, dass die [111]-Richtung im Siliziumsubstrat einen Winkel von 3° mit der Flächennormalen des Siliziumsubstrats einschließt.
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Die Ätzmaske aus SixNy für das anisotrope nasschemische Ätzen wird mittels CVD-Verfahren (chemical vapor deposition, chemische Gasphasenabscheidung) mit einer Dicke von ca. 60 nm auf das Siliziumsubstrat abgeschieden. Anschließend wird ein Photolack durch Rotationsbeschichtung auf das Substrat gebracht und ausgeheizt. Der Photolack wird dann z. B. mittels UV-Belichtung strukturiert. Dabei enthält die UV-Maske die später zu erzeugenden Linienstrukturen und wird zur Kristallebene {111} ausgerichtet. Anschließend wird der Photolack entwickelt. Dabei wird das darunter liegende SixNy nur an den belichteten Stellen freigelegt. Im nächsten Schritt wird das freigelegte SixNy auf dem Substrat im RIE-Verfahren (plasmaunterstützten reaktiven Ionenätzen) mit CHF3 als Ätzgas weggeätzt. Nun ist das Siliziumsubstrat wieder in den Bereichen freigelegt, wo im nächsten nasschemischen Prozessschritt das Silizium entlang der {111}-Ebene herausgelöst werden soll.
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Eine andere Prozedur für das Aufbringen der Ätzmasken für das anisotrope nasschemische Ätzen ist ein modifizierter Lift-Off-Prozess. In diesem Prozess wird ein Photolack durch Rotationsbeschichtung auf das Si-Substrat gebracht und ausgeheizt. Der Photolack wird dann z. B. mittels UV-Belichtung strukturiert. Dabei enthält die UV-Maske die später zu erzeugenden Linienstrukturen und wird zu einer Kristallebene {111} ausgerichtet. Anschließend wird der Photolack entwickelt, wodurch das Si-Substrat an den belichteten Bereichen freigelegt wird. Das Substrat wird nachfolgend mittels PVD-Verfahren (physical vapour deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) mit einer Schicht Chrom, Nickel oder anderen PVD kompatiblen Materialien, mit einer Schichtdicke von ca. 60 nm bedeckt. Im nächsten Schritt wird das Substrat in ein Lösungsmittel getaucht und in einem Ultraschallbad behandelt. Dabei wird der Photolack gelöst und mit ihm das darüber liegende Chrom entfernt. Das Siliziumsubstrat ist in Folge in den Bereichen freigelegt, in denen beim nasschemischen Ätzen das Silizium entlang einer {111}-Ebene herausgelöst wird. Die anderen Bereiche sind mit der Metallschicht (z. B. Chrom) geschützt, d. h. es liegt eine Ätzmaske aus Chrom vor.
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Vor dem anisotropen nasschemischen Ätzen werden die Oberflächen des Siliziumsubstrats in vorteilhafter Weise gereinigt, z. B. mit einer Piranha-Lösung (Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid) und die natürliche Siliziumoxidschicht wird von der Oberfläche mittels Flusssäure (damit der Ätzvorgang überall gleichzeitig startet) entfernt.
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Das anisotrope nasschemische Ätzen des Siliziums erfolgt mit einer 30prozentigen Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) für 90 Minuten. Nachdem anisotropen nasschemischen Ätzen wird das Siliziumsubstrat mit deionisiertem Wasser gewaschen und im Ofen unter Vakuum bei 100°C für 30 Minuten getrocknet.
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Das entstandene optische Gitter weist Grate auf, die durch die Unterätzung der Ätzmaskierung entstehen. In diesem Beispiel ergeben sich durch eine Linienbreite der Maskierung von 200 nm, bei einer Liniendichte von 1000 Linien/mm eine Breite der Grate von ca. 130 nm und eine Höhe von ca. 40 nm.
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Nach dem Entfernen der Ätzmaske für das anisotrope nasschemische Ätzen mittels 2%iger HF-Lösung werden die Grate mit Ionenstrahlätzen entfernt.
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Dies erfolgt in einer Ionenstrahlätzanlage die mit einer Kaufman-Quelle ausgestattet ist. Bei dieser Quelle wird ein Glühdraht mittels Gleich- oder Wechselspannung durch Stromfluss erhitzt und emittiert Elektronen. Diese werden mittels Hochspannung zur Wand beschleunigt. Befindet sich in diesem Volumen ein ionisierbares Arbeitsgas, so werden die Gasteilchen durch Stöße mit den Elektronen ionisiert. Eine Wand ist als Lochgitter ausgeführt und wird auf negative Hochspannung gelegt. So werden Ionen zum Lochgitter hin beschleunigt und treten als Ionenstrahl aus. Die Ausbreitung des Ionenstrahls ist nur im Vakuum möglich. Als Arbeitsgas wird zumeist Argon verwendet. Dieses Edelgas lässt sich leicht ionisieren und kann hinsichtlich seiner Atommasse genügend kinetische Energie übertragen, um Atome durch Impulsübertragung aus einem Festkörper zu lösen. Nach Austritt des Ionenstrahls aus der Quelle kann der Ionenstrahl vollständig oder teilweise neutralisiert werden, das Ätzverfahren muss nicht zwingend mit Ionen erfolgen, sondern ist ebenso mit neutralen Atomen möglich.
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Die Entfernung der Grate wird mit Argonionen, bei einer Ionenenergie von 550 eV und einer Ionenstromdichte von 100 μA/cm2 durchgeführt. In einer Zeitspanne von 30 Minuten werden die Grate bei einem Ioneneinfallswinkel von 90° zur Substratebene vollständig entfernt. Entsprechend dauert es 30 Minuten, die Grate bei einem Ionenstrahl parallel zum Blazewinkel oder anderen Ionenstrahlwinkeln zu entfernen. Die Entfernung der Grate kann ebenso bei anderen Energien erfolgen, dabei ist die Prozessdauer anzupassen.
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Der Durchmesser der Lochgitter (Extraktionsgitter) an der Ionenquelle beträgt 250 mm. Dieser Durchmesser entspricht ungefähr dem Ionenstrahldurchmesser, welcher erzeugt wird, und gibt auch die Größe der Fläche vor, welche maximal bearbeitet werden kann. Unter einem Winkel des Ionenstrahls von 90° zur Substratebene kann in einem Prozessschritt ein optisches Gitter dieser Fläche bearbeitet werden.
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Bei einem Ionenstrahl parallel zum Blazewinkel, z. B. bei geringen Blazewinkeln von 3° des Ausführungsbeispiels, erfolgt der Einbau des Substrates nahezu senkrecht zum Lochgitter. In diesem Fall ist die theoretische maximale Länge eines Substrates durch den Abstand zwischen Lochgitter und Substrathalterung gegeben. Die maximale Breite des Substrates ist durch den Ionenstrahldurchmesser gegeben.
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In 1 ist schematisch ein optisches Gitter im Querschnitt senkrecht zur Substratebene mit Flächen des optischen Gitters Fl, Graten Gr und Ätzmaske M für das anisotrope nasschemische Ätzen gezeigt. Ein Winkel W, den die Flächen des optischen Gitters Fl mit der Substratebene einschließen, ist ebenfalls angezeigt. Die Substratebene S ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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In 2 ist schematisch ein optisches Gitter im Querschnitt senkrecht zur Substratebene mit Graten Gr nach dem Entfernen der Ätzmaske M und einfallenden Ionenstrahlen I während des mechanischen Ionenstrahlätzens dargestellt. Die Ionenstrahlen I sind parallel zu den Flächen Fl des optischen Gitters ausgerichtet und schließen mit der Substratebene S den gleichen Winkel W wie diese ein. Die Substratebene ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Die 3 zeigt Rasterkraftmikroskop-Aufnahmen eines optischen Gitters a) vor der Entfernung der Grate und b) nach der Entfernung der Grate mit Ionenstrahlätzen unter den oben genannten Bedingungen. Der Erhalt der Oberflächenrauigkeit der Flächen und die Ausbildung von scharfen Kanten nach Abtrag der Grate durch das mechanische Ionenstrahlätzen ist deutlich zu erkennen.
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Die Schritte eines reaktiven Ionenätzens und eines Lift-Off-Prozesses, bis einschließlich dem Schritt des anisotropen Ätzens, sind in den 4a) und 4b), respektive, gezeigt. Dabei umfassen beide Prozesse als Ausgangsschritt das Bereitstellen eines Siliziumeinkristall 1.
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Beim reaktiven Ionenätzen (a) folgen die Schritte des Aufbringens einer SixNy-Ätzmaskierung auf die Oberfläche des Siliziumsubstrats a2, Aufbringen der Grundstruktur für das optische Gitter mittels eines lithographischen Verfahrens wie UV- oder Laserinterferenzlithographie a2' und Entfernung der freiliegenden SixNy-Ätzmaskierung mit reaktivem Ionenätzen und Entfernung der Ätzmaske aus dem Lithographieschritt a2''.
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Beim Lift-Off-Prozess (b) folgen die Schritte des Aufbringens einer negativen Maske der Gitterstruktur mittels Lithographie, als sogenannte Opferschicht, b2, Überziehen der Opferschicht mit einem Material für die eigentliche Maske, z. B. Nickel oder Chrom, b2' und Entfernung („Lift-off”) der Bereiche, in denen sich die Opferschicht und die Schicht der eigentlichen Maske überdecken, b2''.
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In beiden Prozessen entsteht auf dem Siliziumeinkristall eine Maske, die die Bereiche, in denen anisotrop nasschemisch geätzt (Schritt 3) wird, freigibt und so die Gitterstruktur bestimmt.
