DE3787955T2

DE3787955T2 - Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation, ihr Herstellungsverfahren und Herstellungsverfahren für ein Beugungsgitter.

Info

Publication number: DE3787955T2
Application number: DE3787955T
Authority: DE
Inventors: Katsuya Fujisawa; Nobuhiro Kawatsuki; Ichiro Matsuzaki; Masao Uetsuki
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2007-12-04
Also published as: KR910005879B1; US4842969A; EP0271002A3; KR880008058A; EP0271002B1; DE3787955D1; EP0271002A2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Photomaske mit einer Lichttransmission, die sich entlang des Musters des Beugungsgitters ändert. Sie betrifft auch ein Herstellungsverfahren für eine derartige Photomaske und ein Herstellungsverfahren für ein Beugungsgitter unter Verwendung der Photomaske und eines bekannten Photoresists.
Wie in der folgenden Beschreibung verwendet, bezieht sich der Begriff "Blaze-Beugungsgitter" auf ein Beugungsgitter mit örtlich wechselndem Relief bzw. mit Relief-Modulation, in dem die Querschnittsform der einzelnen periodischen Rillen relativ zur gesamten Oberfläche des Beugungsgitters geneigt ist, so daß das Beugungsgitter wirkungsvoller arbeitet. Für eine allgemeine Beschreibung von Blaze- Beugungsgittern wird zum Beispiel auf T. Aoyagi et al, Applied Physics Letters, Bd. 29, Nr. 5, Seite 303 (September 1976) verwiesen.
Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "Beugungsgitter mit Relief-Modulation" auf ein Beugungsgitter mit einer periodisch zerklüfteten Struktur auf der Oberfläche wie in Fig. 8 gezeigt. Ein Beugungsgitter mit Relief- Modulation bzw. mit örtlich wechselndem Relief unterscheidet sich von einem Beugungsgitter mit Brechungsindex-Modulation bzw. mit örtlich wechselndem Brechungsindex.
Die folgenden Verfahren zur Herstellung von Blaze- Relief-Beugungsgittern sind bekannt:
(a) Direktes Ritzen der Substratplatte mit einem Gitterteilungswerkzeug.
(b) Direkte Zeichnung auf das Resist, mit dem das Substrat beschichtet ist, mit einem Elektronenstrahl, dessen Dosis variiert wird. Siehe beispielsweise T. Fujita et al, Opt. Lett., Bd. 7, Nr. 12, Seite 578 (Dezember 1982).
(c) Beschichten des Substrats mit einem Photoresist, Belichten des Photoresists durch eine Maske, um ein periodisches Resistmuster zu bilden und Durchführung einer schrägen Ätzung mit einem aktiven oder inaktiven Ionenstrahl, wobei das Resistmuster als eine Maske verwendet wird. Siehe zum Beispiel T. Fujita et al, Applied Physics Letter, Bd. 29, Nr. 5, Seite 303 (September 1976).
(d) Belichten und Entwickeln eines dünnen Resists durch die asymmetrische Zweistrahl-Interferenz-Belichtungsmethode und dadurch direkte Bildung eines Blaze-Beugungsgitters. Siehe beispielsweise G. Schmahl et al, Progress In Optics, herausgegeben von E. Wolf, North-Holland, Amsterdam, 14, Seite 195 (1976).
Die bekannten Verfahren haben jedoch ihre jeweiligen Nachteile. Verfahren (a) braucht eine lange Herstellungszeit und führt zu hohen Herstellungskosten. Verfahren (b) erfordert eine komplexe große Vorrichtung zur Variation der Dosis, und es ist nicht zur Zeichnung auf einer großen Fläche geeignet. Mit anderen Worten kann es nur auf die Herstellung kleiner Gitter angewendet werden. Verfahren (b) und (c) erfordern eine komplexe große Vorrichtung, was zu hohen Herstellungskosten führt. Verfahren (d) kann mit einer einfacheren Vorrichtung verwendet werden und erlaubt die Herstellung größerer Gitter als Verfahren (b), aber seine Ausbeute ist schlecht, was zu hohen Herstellungskosten führt. Überdies ist Verfahren (d) in der Form der Rillen, die es herstellen kann, eingeschränkt.
Die mittels der oben erwähnten Verfahren hergestellten Beugungsgitter sind unvermeidbar teuer aufgrund ihrer geringen Ausbeute. Während die mittels jedem der oben genannten Verfahren (a bis d) hergestellten Beugungsgitter mit Relief-Modulation verwendet werden können, um ein Muster zu machen, von dem Kopien gefertigt werden, ist dieser Prozeß so komplex, daß er nur mit hohen Herstellungskosten möglich ist.
JP-A-59-172723 offenbart eine Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation, die ein erstes aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigtes Beugungsgitter und ein zweites Beugungsgitter umfaßt, das aus einem Material, welches ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält, gefertigt ist; die Oberflächen der zwei genannten Beugungsgitter sind nicht miteinander verbunden.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beugungsgitter mit Relief-Modulation mit verschiedenen Blazemustern zur Verfügung zu stellen, welches zur Massenproduktion bei niedrigen Kosten geeignet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation zu liefern, um ein Beugungsgitter mit Relief-Modulation zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beugungsgitter einer anderen Art zur Verfügung zu stellen (Typ mit Brechungsindex-Modulation), das durch Verwendung der Photomaske erhalten wird.
Diese Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gemäß der Patentansprüche gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Photomaske erzeugt, indem die Seite mit Relief-Modulation eines Beugungsgitters mit Relief-Modulation mit einer Schicht aus einem ultraviolett-absorbierenden Mittel beschichtet wird. Die Schicht aus einem ultraviolett-absorbierenden Mittel hat zumindest ungefähr den gleichen Brechungsindex wie das Substrat des Beugungsgitters mit Relief-Modulation. Unter Verwendung der sich ergebenden Photomaske wird das Beugungsmuster mit Relief-Modulation durch eine einzige Belichtung erzeugt. Somit ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einfach und erlaubt Massenproduktion.
Die Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen im Detail beschrieben, wobei
Fig. 1 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die den Hauptteil des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Blaze-Beugungsgitters zeigt,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die den Hauptteil der Photomaske des Blaze-Beugungsgitters in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem Transmissionsfaktor und der Dicke des Absorbers für ultraviolette Strahlung zeigt, welcher für die Photomaske wie in Fig. 2 gezeigt verwendet wird,
Fig. 4 ein Diagramm ist, das den Transmissionsfaktor der in Fig. 2 gezeigten Photomaske zeigt,
Fig. 5 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis an Restfilm und der Belichtung des lichtempfindlichen Harzes, das durch die in Fig. 2 gezeigte Photomaske belichtet wird, zeigt,
Fig. 6 bis 9 in einem Diagramm dargestellte Schnittansichten sind, die das Herstellungsverfahren des Beugungsgitters zeigen, wobei die Photomaske der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 10 eine Schnittansicht ist, die den Hauptteil der Photomaske in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 11 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem Transmissionsfaktor und der Dicke des Absorbers für ultraviolette Strahlung, der für die in Fig. 10 gezeigte Photomaske verwendet wird, zeigt,
Fig. 12 ein Diagramm ist, das den Transmissionsfaktor der in Fig. 10 gezeigten Photomaske zeigt,
Fig. 13 eine Schnittansicht ist, die den Hauptteil eines sinusförmigen Beugungsgitters, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt'
Fig. 14 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen der Änderung des Brechungsindex und der Belichtung des lichtempfindlichen Harzes (Photoresist) zeigt,
Fig. 15 eine schematische Zeichnung ist, die das Belichtungsverfahren zeigt, das bei der Herstellung der Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und
Fig. 16 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis an Restfilm und der Belichtung des lichtempfindlichen Harzes, das durch die in Fig. 10 gezeigte Photomaske belichtet wird, zeigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photomaske 5 mit Transmissionsfaktor-Modulation, die aus einem Blaze-Beugungsgitter 2, das aus lichtdurchlässigem Material gefertigt ist, und aus einem Blaze-Beugungsgitter 4, das aus einem Material gefertigt ist, welches ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält, besteht. Die Oberflächen der beiden Beugungsgitter passen wie in Fig. 2 gezeigt ineinander.
Im allgemeinen besteht ein Zusammenhang zwischen der Lichttransmission T und der Dicke einer Schicht, die ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält, der durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
Log (1/T) α Dicke
Dieser Zusammenhang ist in Fig. 3 dargestellt. Die wie in Fig. 2 gezeigt aufgebaute Photomaske 5 mit Transmissionsfaktor-Modulation bildet eine Photomaske, die eine sich mit dem Muster des Beugungsgitters periodisch ändernde Lichttransmission wie in Fig. 4 gezeigt verursacht.
Die Photomaske der vorliegenden Erfindung wird auf folgende Weise hergestellt.
Der erste Schritt ist, ein Ausgangs-Blaze-Beugungsgitter 1 mit der in Fig. 1 gezeigten vergrößerten Schnittansicht vorzubereiten. Es wird hergestellt, indem auf einer Seite eines Substrats, das zum Beispiel aus Pyrex-Glas zusammengesetzt ist, ein Blaze-Gittermuster 3 gebildet wird, wobei ein Gitterteilungswerkzeug oder ähnliches verwendet wird. Außer aus Pyrex-Glas kann das Substrat aus jedem Material, das Licht wie etwa ultraviolettes Licht durchläßt, gefertigt werden.
Die Oberfläche des Blaze-Beugungsgitters 2 kann außer durch Ritzen mit dem Gitterteilungswerkzeug durch jedes der folgenden Verfahren gebildet werden:
(1) Durch direktes Zeichnen des Musters auf ein Resist auf dem Substrat mit einem Strahl (wie etwa einem Elektronenstrahl, einem Ionenstrahl, einem Laserstrahl oder einem Röntgenstrahl), dessen Dosis variiert.
(2) Durch Bildung eines periodischen Resistmusters auf dem Substrat mit einem geeigneten Verfahren und darauffolgendes Richten eines Strahls durch das Resistmuster als Maske und dadurch Durchführung einer schrägen Ätzung.
(3) Durch direkte Bildung der Oberfläche des Blaze- Beugungsgitters mittels der asymmetrischen Zweistrahl- Interferenz-Belichtungsmethode, die einen parallelen Strahl und einen schräg einfallenden Strahl gemeinsam (siehe Fig. 15) oder einen parallelen Strahl und einen divergenten Strahl zusammen verwendet.
Obwohl es möglich ist, das Beugungsgitter direkt auf einem Photoresist zu bilden, ist die folgende Alternative bevorzugt, weil das Photoresist gewöhnlich eine geringe Lichtbeständigkeit, Feuchtebeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweist. Das heißt, die oben erwähnte Beugungsgitter-Oberfläche wird auf einem Substrat gebildet, das als Photomaske in der Praxis widerstandsfähig ist. Daraufhin wird die Beugungsgitter-Oberfläche aus einem Photoresist trockenen Ätzungen, wie etwa Plasmaätzen, Sputterätzen, reaktivem Ionenstrahlätzen oder ähnlichem ausgesetzt, und das geätzte Muster wird auf die Oberfläche des widerstandsfähigen Substrats übertragen (dies ist als das "Transfer- Verfahren" bekannt). Das widerstandsfähige Substrat kann aus jedem zum Ätzen geeigneten Material ausgewählt werden. Ein Beispiel ist ein organisches polymeres Material (das ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält oder nicht), das mittels einer derartigen Beschichtungsmethode auf einem Glassubstrat gebildet wird. Ein derartiges Substrat wird mühelos durch Sauerstoff-Plasma geätzt.
Ein Blaze-Gittermuster 3 des Blaze-Beugungsgitters 2 wird daraufhin mit einer Schicht beschichtet, die ein Blaze- Beugungsgitter 4 wie in Fig. 2 gezeigt bildet. Die Schicht ist aus einem strahlungsabsorbierenden Mittel oder aus einer Zusammensetzung, die es enthält, gefertigt, und das strahlungsabsorbierende Mittel hat einen Brechungsindex n, der zumindest ungefähr gleich dem Brechungsindex N des Blaze-Beugungsgitters 2 ist. Die Beschichtung wird derart gefertigt, daß die Oberfläche 4' der Beschichtung zumindest ungefähr parallel zur Oberfläche 2' des Blaze-Beugungsgitters 2 ist.
Das Blaze-Beugungsgitter 4 aus dem strahlungsabsorbierenden Mittel wird gebildet, indem ein Material mit dem gewünschten Strahlungsabsorptionsvermögen beschichtet wird. Ein Beispiel ist ein Binderharz, das ein ultraviolettlichtabsorbierendes Mittel wie etwa 2,2 Dihydroxy-4- Methoxybenzophenon enthält. Es ist wichtig, daß das Binderharz einen Brechungsindex n haben sollte, der zumindest ungefähr gleich dem Brechungsindex N des lichtdurchlässigen Blaze-Beugungsgitters 2 ist. Ein Unterschied zwischen ihnen von weniger als 0,01 ist in der Praxis akzeptabel. Jedoch sollte der Unterschied vorzugsweise kleiner als 0,001 sein. Wenn der Unterschied größer als 0,01 ist, ist das sich ergebende Beugungsgitter von schlechter Qualität, da die Beugung der Strahlen an der Grenzfläche 3' zwischen dem Ausgangs-Beugungsgitter 1 und dem Blaze- Beugungsgitter 4, das das strahlungsabsorbierende Mittel enthält, stattfindet.
Es ist wichtig, daß das Ausgangs-Beugungsgitter 1 und das Blaze-Beugungsgitter 4, das das strahlungsabsorbierende Mittel enthält, eng miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck kann die Grenzfläche mit einem geeigneten Oberflächenbehandlungsmittel oder Haftmittel behandelt werden. Außerdem ist es günstig, eine Wärmebehandlung durchzuführen, nachdem das Blaze-Beugungsgitter 4, das das strahlungsabsorbierende Mittel enthält, gebildet wurde. In dem Fall, in dem die Schicht ein Kunstharz enthält, sollte die Temperatur für die Wärmebehandlung im Bereich von (± 50ºK) des Glasübergangspunktes (Tg) sein. Die Wärmebehandlung verbessert das enge Festhaften der beiden Blaze-Beugungsgitter erheblich.
Das strahlungsabsorbierende Mittel und das Binderharz können aus einer großen Reihe von anorganischen und organischen Materialien, die lichtdurchlässig bleiben, ausgewählt werden. Die Schicht aus dem strahlungsabsorbierenden Mittel kann mittels Beschichtung, Vakuumbeschichtung oder jedem anderen geeigneten Verfahren gebildet werden. Die oberen und unteren Oberflächen der Photomaske können, nachdem die Schicht aus dem lichtabsorbierenden Mittel gefertigt wurde, zum Beispiel durch Polieren parallel gemacht werden.
In dem Fall, in dem das Ausgangs-Blaze-Beugungsgitter 1 selbst aus einem strahlungsabsorbierenden Material gefertigt ist, kann das Blaze-Beugungsgittermuster aus jedem lichtdurchlässigen Material ohne strahlungsabsorbierendes Mittel gefertigt werden. Das aus einem lichtabsorbierenden Material gefertigte Ausgangs-Baugungsgitter 1 kann problemlos mittels des oben erwähnten "Transfer-Verfahrens" präpariert werden, womit eine Trockenätzung verbunden ist, die durch das Beugungsgitter aus einem auf dem> lichtabsorbierenden Material aufgetragenen Photoresist ausgeführt wird.
Die bisher gegebene Beschreibung beschäftigt sich mit einer Photomaske 5 der Art mit Transmissionsfaktor-Modulation, bei der das Blaze-Beugungsgittermuster 3 des Blaze- Beugungsgitters 2 einen gezackten Querschnitt (wie z. B. einen dreieckigen Querschnitt) hat. Jedoch ist eine Alternative wie in Fig. 10 gezeigt möglich. In der Photomaske 20 der Art mit Transmissionsfaktor-Modulation wird das Blaze- Beugungsgitter auf einem Substrat 15 aus einem Material, das Strahlung durchläßt, gefertigt. Die Gitteroberfläche 16 hat gekrümmte Oberflächen, die durch Ritzen mit einem Gitterteilungswerkzeug oder durch jedes andere geeignete Verfahren wie in dem oben genannten Beispiel gebildet werden können.
Daraufhin wird die Gitteroberfläche 16 auf dem Substrat 15 mit einem ultraviolett-strahlungsabsorbierenden Mittel 17 beschichtet, das einen Brechungsindex n' hat, der zumindest ungefähr gleich dem Brechungsindex N' des Substrats 15 ist. Die Beschichtung wird so ausgeführt, daß die Oberfläche 17' der Beschichtung parallel zur Oberfläche 15' des Substrats 15 ist. Die so gebildete Schicht aus dem ultraviolett-strahlungsabsorbierenden Mittel 17 liefert die sich ergebende Photomaske mit einer Lichttransmission T', die sich wie in Fig. 12 gezeigt entlang des Musters des Ausgangs-Beugungsgitters periodisch ändert.
Die folgende Beschreibung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines Blaze-Beugungsgitters mittels Belichtung, gefolgt von Entwicklung, durch die Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation.
Ein aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigtes Substrat 6 wird wie in Fig. 6 gezeigt mittels Schleuderbeschichtung mit einer Lösung aus lichtempfindlichem Harz 7 beschichtet, die derart eingestellt ist, daß das Verhältnis an Restfilm sich wie in Fig. 5 gezeigt entsprechend der Dosis (Belichtungsmenge) verändert. Das heißt
Verhältnis an Restfilm = Dicke des Films (=Beschichtung) nach Belichtung und Entwicklung/Dicke des Films (=Beschichtung) vor Belichtung· 100%
Die Beschichtungsdicke beträgt etwa 1 um. Nach dem Trocknen erhält man ein beschichtetes Substrat 8. Auf dem beschichteten Substrat 8 wird eine Photomaske 5 der Art mit Transmissionsfaktor-Modulation plaziert, welche wie in Fig. 2 dargestellt hergestellt wurde. Das beschichtete Substrat 8 wird wie in Fig. 7 gezeigt gleichmäßig durch die Photomaske 5 einer angemessenen Menge von parallelem Licht 9 ausgesetzt. Nach der Belichtung wird die Entwicklung ausgeführt, um ein Blaze-Beugungsgitter 10 zu ergeben, in dem das lichtempfindliche Harz 7 wie in Fig. 8 gezeigt in einem gezackten Muster auf dem Substrat 6 gebildet wird.
Das so gewonnene Blaze-Beugungsgitter 10 ist ein lichtdurchlässiges Beugungsgitter, wenn das lichtempfindliche Harz 7 aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt ist. Das Beugungsgitter kann problemlos zu einem Beugungsgitter 12 der reflektierenden Art wie in Fig. 9 gezeigt gemacht werden, indem mittels Vakuumbeschichtung oder ähnlichem eine reflektierende Schicht 11 auf ihm gebildet wird.
Das sich ergebende Beugungsgitter kann mit der gewünschten Oberflächenendbehandlung, wie zum Beispiel der bekannten Antireflexschicht, die auf optischen Vorrichtungen aufgebracht werden kann, ausgestattet werden. In dem Fall, in dem das lichtempfindliche Harz 7 oder 7' mechanisch labil ist, kann es durch Abscheidung, Sputtern, usw. mit einer Schutzschicht aus SiO&sub2; oder TiO&sub2; versehen werden.
Die Teilung des Blaze-Beugungsgitters kann mittels gewöhnlicher Photolithographie etwa 1 um fein gemacht werden.
In dem Fall, in dem eine Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation wie in Fig. 10 gezeigt verwendet wird, sollte das lichtempfindliche Harz ein Photoresist sein, der so eingestellt ist, daß sich das Verhältnis an Restfilm nach Belichtung und Entwicklung wie in Fig. 16 gezeigt linear mit der Dosis (Belichtungsmenge) ändert. Auf diese Weise erhält man ein Blaze-Beugungsgitter 10 wie in Fig. 8 gezeigt.
Bisher wurde das Herstellungsverfahren für ein Blaze-Beugungsgitter beschrieben. Das Verfahren kann auch modifiziert werden, um ein sinusförmiges Beugungsgitter wie in Fig. 13 gezeigt zu liefern. In diesem Fall wird die Photomaske auf die gleiche Weise wie oben erwähnt hergestellt, nur daß das in Fig. 1 gezeigte Blaze-Beugungsgitter 1 durch das in Fig. 13 gezeigte sinusförmige Beugungsgitter 18 ersetzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Beugungsgitter mit jeder gewünschten Struktur herzustellen. Es ist nicht immer notwendig, daß das Beugungsgitter eine gleichmäßige Teilung und/oder Tiefe hat. Deshalb kann die vorliegende Erfindung auf die Herstellung von Beugungsgittern mit Relief-Modulation in der Form von Fresnel-Linsen, Zonenlinsen, usw. angewendet werden.
Es ist möglich, ein Beugungsgitter der Art mit Brechungsindex-Modulation unter Verwendung der Photomaske der vorliegenden Erfindung herzustellen, wenn das lichtempfindliche Harz mit einer Transmission T, die sich wie in Fig. 5 gezeigt mit der Dicke ändert, durch eines mit einem Brechungsindex, der sich wie in Fig. 14 gezeigt mit der Dosis (Belichtung) ändert, ersetzt wird. In diesem Fall kann die Teilung und/oder der Brechungsindex wie bei dem oben erwähnten Beugungsgitter der Art mit Relief-Modulation wie gewünscht ausgewählt werden.
Um die Erfindung weiter zu erläutern und nicht um sie einzuschränken, werden die folgenden Beispiele gegeben.

Herstellung der Photomaske

Beispiel 1

Ein Pyrexglassubstrat 2 mit einem Brechungsindex N von 1,470 wurde ausgestattet mit der Oberfläche des Blaze- Beugungsgitters 3 in gezackter Form mit 6 um Teilung und 1 um Tiefe, die unter Verwendung eines Gitterteilungswerkzeugs gebildet wurde. Dann wurde die Oberfläche des Blaze- Beugungsgitters 2 mittels Schleuderbeschichtung mit einer aus 0,87 Gramm Zelluloseazetat, 0,13 Gramm Methylmethacrylat-Tetrafluorethyl-Methacrylat-Copolymer, 0,01 Gramm 2,2-Hydroxy-4-Methoxybenzophenon (Ultraviolettstrahlungs-Absorber) und 20 Gramm DMF (Dimethylformamid) zusammengesetzten Lösung beschichtet. Dem Schleuderbeschichtungsprozeß folgte eine etwa zweistündige Ofentrocknung bei 50ºC, um die Haftung zwischen dem Substrat 2 und der Schicht 4 aus dem Ultraviolettstrahlungs-Absorber zu vergrößern. Die Dicke der beschichteten Schicht betrug am dicksten Teil ungefähr 6 um und am dünnsten Teil etwa 5 um. Die Oberfläche der beschichteten Schicht war glatt.
Der in diesem Beispiel verwendete Ultraviolettlicht- Absorber 4 hatte eine Transmission T (für ultraviolettes Licht), die sich mit der Dicke wie durch die folgende Gleichung definiert und wie in Fig. 3 gezeigt änderte:
log (1/T) α Dicke
Die Tatsache, daß das Glassubstrat einen Brechungsindex von 1,470 und die Absorberschicht einen Brechungsindex von 1,471 hatte, führte zu dem Vorteil, daß fast keine Beugung zwischen dem Glasgitter 2 und der Polymerschicht 4 stattfand. Daher bildete das wie in Fig. 2 gezeigt aufgebaute Blaze-Beugungsgitter 5 eine Photomaske, deren Ultraviolettstrahlungs-Transmission sich wie in Fig. 4 gezeigt periodisch gemäß dem Muster des Ausgangs-Beugungsgitters änderte.

Beispiel 2

Ein lichtdurchlässiges Substrat 19 aus Quarzglas wurde mittels Schleuderbeschichtung mit einem Methylmethacrylatglycidyl-Methacrylat-Copolymer, das 8 Gewichtsprozent 2,2-Dihydroxy-3-Methoxybenzophenon (Ultraviolettlicht-Absorber) enthielt, beschichtet. Die Beschichtung wurde einer lichtinduzierten Vernetzungsreaktion unterzogen, so daß die Überzugsschicht im Photoätzprozeß lösungsmittelbeständig wurde. Die Überzugsschicht A hatte einen Brechungsindex von 1,51.
Die Überzugsschicht A wurde weiter mit Photoresist AZ-1400 (hergestellt von Shiplay Company, Ltd.) beschichtet, um die Überzugsschicht B zu bilden. Auf der Überzugsschicht B wurde mittels Zweistrahlinterferenzverfahren, das wie in Fig. 15 gezeigt vertikal einfallendes Licht (durch durchgezogene Linien dargestellt) und schräg einfallendes Licht (durch gestrichelte Linien dargestellt) verwendet, das Muster des Blaze-Beugungsgitters gebildet. Die Überzugsschicht B wurde Sauerstoffplasmaätzung unterzogen, wodurch das Blaze-Beugungsgitter auf der Überzugsschicht B auf die Überzugsschicht A übertragen wurde. Die Überzugsschicht A mit dem Blaze-Relief wurde mittels Schleuderbeschichtung mit einem Methylmethacrylatglycidyl-Methacrylat-Copolymer mit einem Brechungsindex von 1,51 - was fast genau dem der Überzugsschicht A gleicht - beschichtet. Auf diese Weise erhielt man eine Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation, die sich periodisch ändernde Lichttransmission bereitstellt.

Beispiel 3

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 2 wurde mit den folgenden Ausnahmen wiederholt, um eine Photomaske herzustellen. Die Überzugsschicht B wurde aus einem Photoresist gebildet, dessen Verhältnis an Restfilm sich wie in Fig. 16 gezeigt abhängig von der Belichtungsmenge bei der Photolithographie änderte. Das wie in Fig. 10 gezeigte Muster von Blaze-Gittern (bei einer Teilung von 6 um) wurde mittels Bestrahlung mit einem Laserstrahl, dessen Bestrahlung geeignet kontrolliert wurde, gebildet. Das sich ergebende Blaze-Gitter mit 6 um Teilung und 1 um Höhe wurde mittels Sauerstoffplasmaätzung übertragen.
Es stellte sich heraus, daß die so erhaltene Photomaske entsprechend dem Ergebnis von Messungen der Transmission von ultraviolettem Licht von der Art mit Transmissionsfaktor-Modulation wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Herstellung des Beugungsgitters

Beispiel 4

Ein Glassubstrat wurde mit einer Dicke von ungefähr 3 um mit einer lichtempfindlichen aus 2-Butenyl-Methacrylat- Methylmethacrylat-Copolymer und m-Benzoylbenzophenon zusammengesetzten Harzmischung beschichtet, deren Schichtdicke nach der Belichtung proportional zur Belichtung war. Nach dem Trocknen wurde die Überzugsschicht durch den Teil mit 95-%iger Transmission der in Beispiel 3 hergestellten Photomaske mit ultravioletter Strahlung bestrahlt, so daß die Bestrahlungsmenge auf 10 J/cm² eingestellt war. Die bestrahlte Schicht wurde in Vakuum wärmebehandelt. Auf diese Weise erhielt man ein Blaze-Beugungsmuster mit 6 um Teilung und 1 um Höhe.
Wie oben erwähnt ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine analoge Photomaske der Art mit gesteuerter Transmissionsverteilung herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, die Blaze-Beugungsgitter auf dem Substrat unter Verwendung der erfindungsgemäßen Photomaske mittels einer einzigen Belichtung zu bilden. Deshalb vereinfacht es das Herstellungsverfahren und erlaubt Massenproduktion.

Claims

1. Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation, die ein erstes aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigtes Beugungsgitter (2; 15; 18) und ein zweites aus einem ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthaltenden Material gefertigtes Beugungsgitter (4; 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

das erste Beugungsgitter und das zweite Beugungsgitter zusammenpassen und an ihren jeweiligen Gitteroberflächen verbunden sind, wobei die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Materials, das das erste Beugungsgitter (2; 15; 18) bildet, und dem Brechungsindex des Materials, das das zweite Beugungsgitter (4; 17) bildet, kleiner als 0,01 ist und

die oberen und unteren Oberflächen der Photomaske (5) im wesentlichen flach und zumindest in etwa parallel zueinander sind.

2. Photomaske gemäß Anspruch 1, wobei der Unterschied zwischen den Brechungsindizes kleiner als 0,001 ist.

3. Photomaske gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Querschnitte der Gitteroberflächen (3') des ersten und zweiten Beugungsgitters (2; 4) gezackt sind.

4. Photomaske gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Querschnitte der Gitteroberflächen (16) des ersten und zweiten Beugungsgitters (15; 18; 17) gewellt sind.

5. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske mit Transmissionsfaktor-Modulation, insbesondere einer Photomaske gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, welches die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bilden eines ersten aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigten Beugungsgitters (2; 15; 18) und

(b) Bilden eines zweiten Beugungsgitters (4; 17), das ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält, so daß das erste und das zweite Beugungsgitter (2; 15; 18) zusammenpassen und an ihren jeweiligen Gitteroberflächen miteinander verbunden sind, wobei der Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Materials, das das erste Beugungsgitter (2; 15; 18) bildet, und dem Brechungsindex des Materials, das das zweite Beugungsgitter (4; 17) bildet, kleiner als 0,01 ist, und die oberen und unteren Oberflächen der Photomaske (5) im wesentlichen flach und zumindest in etwa parallel zueinander sind.

6. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 5, wobei der Unterschied zwischen den Brechungsindizes kleiner als 0,001 ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß den Ansprüchen 5 oder 6, wobei die Gitteroberfläche auf dem ersten Beugungsgitter (2; 15; 18) mittels Ritzen gebildet wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Gitteroberfläche auf dem ersten Beugungsgitter (2; 15; 18) mittels Photolithographie gebildet wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 8, wobei die Gitteroberfläche auf dem ersten Beugungsgitter (2; 15; 18) durch direkte Zeichnung auf einen Photoresist auf dem Substrat mittels wechselnder Dosis gebildet wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 8, wobei die Gitteroberfläche auf dem ersten Beugungsgitter (2; 15; 18) direkt mittels des asymmetrischen Zweistrahl-Interferenzbelichtungsverfahrens gebildet wird.

11. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 5, wobei das erste Beugungsgitter (2; 15; 18) durch die folgenden Schritte gebildet wird:

(a) Bilden einer Schicht aus lichtempfindlichem Harz (7) auf einem Substrat (6),

(b) Bilden der Gitteroberfläche auf dem lichtempfindlichen Harz (7) mittels Belichtung und Photolithographieentwicklung und

(c) Übertragen der Gitteroberfläche auf das Substrat (6) mittels Trockenätzung, wobei die Gitteroberfläche als Photomaske (5) verwendet wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 11, wobei das Substrat (6) durch Beschichtung einer Glasplatte mit einem lichtdurchlässigen Material gebildet wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 11, wobei das Substrat (6) durch Beschichtung einer Glasplatte mit einem lichtdurchlässigen Material, das ein strahlungsabsorbierendes Mittel enthält, gebildet wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß den Ansprüchen 11 bis 13, wobei die Übertragung mittels Sauerstoffplasmaätzung erreicht wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch 14, wobei das lichtabsorbierende Mittel ein ultraviolettlichtabsorbierendes Mittel ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters, das die folgenden Schritte umfaßt:

(b) feste Plazierung einer Photomaske mit Transmissions-Modulation (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auf dem beschichteten Substrat (8),

(c) Belichtung und Entwicklung der Schicht aus dem lichtempfindlichen Harz (7).

17. Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters gemäß Anspruch 16, wobei das lichtempfindliche Harz (7) derart ausgebildet ist, daß ein Verhältnis zwischen der Dosis (Belichtungsmenge) und dem Mengenverhältnis an restlichem Film nach Belichtung und Entwicklung besteht, das zumindest ungefähr gleich dem Verhältnis zwischen der Dicke des strahlungsabsorbierenden Mittels und dem Lichttransmissionsfaktor des lichtabsorbierenden Mittels der Beugungseinheit ist, die als Photomaske (5) verwendet wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei der Brechungsindexunterschied kleiner als 0,001 ist.

19. Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters gemäß den Ansprüchen 16 bis 18, wobei das strahlungsabsorbierende Mittel ein Ultraviolettstrahlungs-Absorber ist.