DE4302118A1

DE4302118A1 - Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur-Informationen

Info

Publication number: DE4302118A1
Application number: DE19934302118
Authority: DE
Inventors: Erich Hacker; Hubert Pohlack; Sabine Loetzsch
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik AG
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-07-28
Also published as: FR2700879A1; GB2274658A; FR2700879B1; GB2274658B; GB9401582D0

Description

Die Erfindung betrifft Dünnschicht-Anordnungen zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Informationen, wie z. B. alphanumerischen und Bild-Informationen, die in Form lateraler Mikrostrukturen codiert sind. Die Erfindung ist außerdem anwendbar bei der Herstellung geteilter Optiken wie Mikroskalen, Mikrorastermaßstäbe, Mikroschablonen sowie mikrostrukturierter Elemente der integrierten Optik und anderer Bauelemente, deren Wirkprinzipe auf lateralen Mikrostrukturen beruhen.

Vorrichtungen zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Informationen in Form von Mikrostrukturen unterschiedlicher zweidimensionaler Ausdehnung sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Ihr Grundprinzip beruht vorzugsweise auf der optischen Bestrahlung absorbierender Schichten unter Anwendung von Strahlungsbündelquerschnitten entsprechend den Strukturbreiten bzw. -durchmessern, wobei die Bestrahlung über photothermische (und/oder photochemische) Energiewandlungsprozesse laterale Inho mogenitäten erzeugt, die beim Auslesen als Abweichungen der optischen Parameter gegenüber den unbestrahlten Materialbereichen - beispielsweise in Form von Löchern, Bläschen oder Zonen gewandelter stofflicher Eigenschaften - optisch erkannt und registriert werden können.

Die optische Informationsverarbeitung durch Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostrukturen erfolgt vorzugsweise durch optisch-sequentielle Bestrahlungstechniken mit monochromatischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, wobei die photothermisch bzw. photochemisch aktiven Schichten zusammen mit weiteren optisch wirksamen Schichten und Schutzbelägen auf starren oder flexiblen Scheiben aufgebracht sind und das Einschreiben der Mikrostrukturen auf der rotierenden Scheibe durch intermittierende Bestrahlung erfolgt.

Mikrostruktur-Speicherplatten dieser Art können im "DRAW-Modus" (DRAW = Direct Read After Write, also: Playback-Bereitschaft ohne technologische Zwischenschritte) Mikrostrukturinformationen in sehr hoher Flächendichte speichern (zum Beispiel verfügt eine optische 5 1/4- Zoll-Speicherplatte über die Speicherkapazität für eine alphanumerische Informationsmenge, die auf 500 000 DIN A4-Seiten enthalten ist) und haben daher in der versuchsweise bereits betriebenen "Write-Once"-Variante (einmaliges Beschreiben durch den Nutzer) insbesondere für die hochwertige Archivierung bei raschem Zugriff wachsende Bedeutung in Wissenschaft und Technik, in der Volks- und Betriebswirtschaft, im Gesundheitswesen sowie auf zahlreichen weiteren Gebieten erlangt.

Andererseits weisen die bisher bekannten technischen Lösungen insofern noch schwerwiegende Nachteile auf, als die für eine hohe Prozeßeffektivität ausschlaggebenden Systemeigenschaften - nämlich hoher optischer Konversionswirkungsgrad der Energiewandlung, hoher optischer Signalkontrast zwischen Mikrostrukturinformation und Umfeld sowie Verschleißfreiheit der Strukturinformationen beim Auslesen und Langzeitstabilität der gespeicherten Mikrostrukturen - nicht insgesamt optimal realisiert werden können, die Optimierung jeder dieser relevanten Systemeigenschaften vielmehr nur unter Verzicht auf das optimale Niveau einer jeweils anderen Eigenschaft ermöglicht wird.

Insbesondere gelingt es mit den bisher vorgeschlagenen technischen Lösungen nicht, den erwünschten hohen optischen Konversionswirkungsgrad und den erwünschten hohen optischen Kontrast einzustellen, wenn Resonanzabsorber-Materialien mit hoher chemischer und mechanischer Stabilität und hoher Verschleißfestigkeit gegenüber Strahlungsbelastung eingesetzt werden. Dieser Verzicht wirkt sich deshalb besonders nachteilig aus, weil der optische Konversionswirkungsgrad bestimmend ist für die aufzuwendende Bestrahlungsstärke sowie für die Erzeugungsrate der Mikrostrukturen und damit unter anderem für den apparativen Aufwand der gesamten Speichervorrichtung und weil der optische Signalkontrast die Informations-Durchflußrate und die Bitfehlerrate beim Auslesen maßgeblich bestimmt.

Ziel der Erfindung sind Dünnschicht-Anordnungen zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur-Informationen, die den physikalisch höchstmöglichen optischen Konversionswirkungsgrad für den photothermischen (und/oder photochemischen) Energiewandlungsprozeß sowie einen optischen Signalkontrast nahe 100% bei Anwendung langzeitstabiler, mechanisch und chemisch widerstandsfähiger Aufzeichnungsschicht- Materialien erreichen.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus mindestens einer strahlungsabsorbierenden, photothermisch (und/oder photochemisch) reaktionsfähigen Schicht, welche zwischen einem vor dieser Schicht angebrachten, das ungehinderte Eindringen des Strahlungsflusses aus dem Superstrat in die absorbierende Schicht bewirkenden ersten Teilschichtsystem und einem hinter der absorbierenden Schicht angebrachten, den Strahlungsfluß in das Substrat sperrenden zweiten Teilschichtsystem eingeschlossen ist, wobei die absorbierende Schicht aus einer beliebigen absorbierenden Substanz besteht, vorzugsweise aus einem Material, welches mechanisch und chemisch widerstandsfähig ist und dessen optische Eigenschaften im betriebslosen sowie im Betriebszustand langzeitig stabil bleiben.

Das Ziel der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die gesamte Schichtenfolge nach dem Prinzip eines Dünnschicht-Resonanzabsorptions-System angeordnet ist, wobei die absorbierende, photothermisch (und/oder photochemisch) reaktionsfähige Schicht die Funktion des Resonanzabsorbers, das der Resonanzabsorptionsschicht vorgelagerte Teilschichtsystem gemäß den bekannten Grundlagen der Resonanzabsorption die Funktion der Resonator-Vorderwand und das hinter der Resonanzabsorberschicht angebrachte Teilschichtsystem gemäß den bekannten Grundlagen der Resonanzabsorption die Funktion der Resonator-Rückwand ausübt, wodurch bewirkt wird, daß die gesamte auf das Schichtsystem auftreffende optische Strahlung vollständig in die Resonanzabsorberschicht eindringt, in ihr konzentriert bleibt und vollständig in ihr absorbiert wird.

Die auf Grund der Absorption stattfindende vollständige Energiewandlung von optischer Strahlung in Wärme und die damit verbundene Temperaturerhöhung erzeugt in der Resonanzabsorberschicht der erfindungsgemäßen Anordnung, je nach den physikalischen und chemischen Schichtsubstanzeigenschaften, unterschiedliche strukturelle und/oder chemische Veränderungen, zum Beispiel lokale Schichtabtragungen (Ablation), Materialaufwerfungen, Bläschen, Texturveränderungen, Verfärbungen, Oxidation oder andere stoffliche Phasen- und Modifikationsänderungen, die die gespeicherten Mikrostruktur-Informationen repräsentieren und als optische Mikro-Inhomogenitäten in bekannter Weise optisch ausgelesen werden können.

Im Gegensatz zu bereits bekannten Schichtanordnungen für das Erzeugen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur-Informationen realisiert die erfindungsgemäße Anordnung den vollständigen Energiewandlungsprozeß in beliebigen Resonanzabsorberschicht-Materialien bei beliebig kleiner Schichtdicke d_r, wobei diese Dicke allein der Bedingung zu genügen hat, daß sie die bekannte "Grenzschichtdicke" für reproduzierbare physikalische Schichtparameter nicht unterschreitet. Auf Grund dieser Wesensmerkmale grenzt sich die erfindungsgemäße Anordnung vom herkömmlichen Stand der Technik insbesondere dadurch vorteilhaft ab, daß der physikalisch höchstmögliche optische Konversionswirkungsgrad des photothermischen (und/oder photochemischen) Energiewandlungsprozesses auch mit Schichtmaterialien höchster Widerstandsfähigkeit und Stabilität erreicht werden kann:

Die Auslösung des photothermischen Effektes erfordert eine Temperaturerhöhung ΔT gleich der Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Schmelztemperatur T_S des Resonanzabsorberschicht-Materials, welche proportional der zugeführten Wärmemenge ΔQ und umgekehrt proportional der photothermisch zu wandelnden Stoffmasse m sowie der spezifischen Wärme c des Resonanzabsorberschicht-Materials ist:

ΔT ∼ ΔQ/(c·m) mit m = -δ·S·d_r, δ = Dichte des Resonanzabsorberschicht-Materials,
S = Strahlungsbündelquerschnitt, welcher die Strukturbreite bestimmt, und d_r = Resonanzabsorber-Schichtdicke, so daß wegen der Proportionalität von ΔQ und der Absorption A im Inneren der Resonanzabsorberschicht bei vorgegebener Mikrostrukturbreite und mit T ≈ T_S für die photothermische Konversions-Effektivität der Schichtanordnung folgt: E_k ∼ (A/d_r)/(c·δ·T_S).

Die Konversions-Effektivität des optischen Dünnschicht-Mikrostruktur-Speichers für das jeweils festgelegte Resonanzabsorberschicht-Material und damit für festgelegte Materialparameter c, δ und T_S ist also linear abhängig allein vom "optischen Konversionswirkungsgrad" A/d_r·d_g, wobei d_g die für das betreffende Resonanzabsorberschicht-Material geltende Grenzschichtdicke ist.

Mit Bezug auf den optischen Konversionswirkungsgrad läßt sich das Wesen der Erfindung auch mit der charakteristischen Systemeigenschaft beschreiben, die darin besteht, daß in der Resonanzabsorberschicht mit der kleinsten physikalisch und technologisch noch zulässigen Schichtdicke die maximale Absorption nahe 1 (100%) erreichbar ist, und zwar unter Verwendung beliebiger Resonanzabsorberschicht-Materialien, vorzugsweise aber solcher, die eine hohe Stabilität aufweisen.

Somit sind die relevanten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung einmal die "Absorptionsdichte" A/d_r, zum anderen die physikalisch-chemischen Parameter des Resonanzabsorber-Schichtmaterials, bei dessen Auswahl erfindungsgemäß solche Materialien zu bevorzugen sind, die eine hohe Langzeitstabilität aufweisen und deren Grenzschichtdicke d_g möglichst klein ist.

Um den schichttechnologischen Aufwand für den Mikrostrukturierungsprozeß gering zu halten, soll gemäß der Erfindung das für die Resonanzabsorberschicht einzusetzende Material in dem Spektralbereich, der die Resonanzwellenlänge λ_r enthält, einen Absorptionskoeffizienten k_r größer als 0.1 und vorzugsweise größer als 1 besitzen. Darüber hinaus ist es aus Gründen einer hohen Konversions-Effektivität zweckmäßig, aus den geeigneten absorbierenden Materialien diejenigen auszuwählen, welche eine möglichst geringe spezifische Wärme und Dichte sowie eine möglichst niedrige Schmelztemperatur aufweisen.

Nachdem Material und Dicke d_r der Resonanzabsorberschicht festgelegt sind, wird gemäß der Erfindung mit Hilfe der bekannten Formel Y₁ = (K₂₁ + K₂₂·Y₂)/(K₁₁ + K₁₂·Y₂), die die Pseudobrechzahl in der (beliebigen) Ebene 1 eines Schichtsystems mit der Pseudobrechzahl in der (beliebigen) Ebene 2 des Schichtsystems verknüpft und in welcher die Koeffizienten K_ik in bekannter Weise die Elemente der Schichtmatrix für den Bereich zwischen beiden Ebenen bedeuten, die Pseudobrechzahl Y₁ = Re Y₁ + j Im Y₁ in der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht berechnet, wenn diese mit einem fiktiven Substrat der Brechzahl Y₂ = 0 hinterlegt ist.

Gemäß der Erfindung besteht das die rückseitige Resonatorwand repräsentierende, hinter der Resonanzabsorberschicht angeordnete Teilschichtsystem aus einer undurchlässigen Schicht, vorzugsweise Metallschicht, auf der mindestens eine nichtabsorbierende Interferenzschicht aufgebracht ist, oder aus mehreren nichtabsorbierenden Interferenzschichten mit abwechselnd niedriger und hoher Brechzahl, deren Dicken mit Hilfe der Pseudobrechzahlformel so festgelegt werden, daß dieses Teilschichtsystem in seiner an die Resonanzabsorberschicht angrenzenden Vorderfläche eine Pseudobrechzahl Y_h aufweist, deren Realteil Re Y_h klein gegen 1 und vorzugsweise kleiner als 0.1 und deren Imaginärteil Im Y_h = - Im Y₁ ist, wobei Im Y₁ die oben angegebene Rechengröße darstellt. Mit dieser erfindungsgemäßen Maßnahme (Re Y_h klein und Im Y_h ≈ - Im Y₁) wird erreicht, daß der Strahlungsfluß durch die Rückfläche der Resonanzabsorberschicht verschwindet und daß die Pseudobrechzahl Y_r an der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht näherungsweise reell ist (Im Y_r ≈ 0), so daß die gemäß der Erfindung vorgesehene reflexionsfreie Anpassung an das Superstrat realisierbar wird.

Fig. 1 zeigt die beschriebenen erfindungsgemäßen Schritte in der komplexen Y-Ebene an Hand eines fiktiven Beispiels, mit dem zugleich gezeigt wird, daß die erfindungsgemäße Anordnung auf geringfügige Abweichungen von der exakten Anordnung nicht empfindlich reagiert.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, welche so ausgewählt sind, daß die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik deutlich erkennbar werden.

Dazu zeigen:

Fig. 2, 3 und 4 die Darstellung der Pseudobrechzahl über die Entwicklung des Schicht systemaufbaus für ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 den spektralen Verlauf von Reflexion, Transmission und Absorption für das vollständige erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 den spektralen Verlauf von Reflexion, Transmission und Absorption für ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 die Darstellung der Pseudobrechzahl für einen Schichtsystemaufbau entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 den spektralen Verlauf von Reflexion, Transmission und Absorption für ein drittes Ausführungsbeispiel.

1. Ausführungsbeispiel

Mit diesem Ausführungsbeispiel wird ein Dünnschicht-Resonanzabsorptions-System beschrieben, das beispielhaft für eine Resonanzwellenlänge λ_r = 632.8 nm ausgelegt ist. Als Resonanzabsorberschicht-Material wurde Aluminium eingesetzt. Auf einer Aluminium- Oberfläche bildet sich an der Atmosphäre bekanntlich eine dünne porendichte Oxidhaut, die trotz ihrer extrem geringen, optisch zu vernachlässigenden Dicke das Metall vor weiteren chemischen Einflüssen an der normalen Atmosphäre zuverlässig schützt. Außerdem ist Aluminium auf Grund seiner für die Konversions-Effektivität günstigen Materialparameter (relativ geringe Dichte, relativ niedrige Schmelztemperatur) für den Mikrostruktu rierungsprozeß bei den erwünschten möglichst geringen Bestrahlungsstärken gut geeignet. Die Grenzschichtdicke von Aluminium-Schichten, welche nach konventionellen Beschichtungsverfahren unter technologisch definierten Bedingungen hergestellt sind, liegt bekanntlich bei etwa 3 nm. In dem Ausführungsbeispiel wurde die Resonanzabsorber- Schichtdicke d_r mit 3.5 nm angesetzt.

Zur Mikrostrukturerzeugung mittels optisch-sequentieller Bestrahlung wurden bisher Aluminium-Schichten mit Dicken in der Größenordnung von 50 bis 100 nm vorgeschlagen, da nach dem bisherigen Stand der Technik mit dünnen Aluminium-Schichten nur äußerst geringe optische Konversions-Wirkungsgrade erreicht werden konnten. Auf Grund dieser hohen (gegenüber dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel 10 bis 20fach höheren) Resonanzabsorber-Schichtdicken und der daraus folgenden geringen Konversions-Effektivität sind Resonanzabsorberschichten aus Aluminium trotz der günstigen Materialeigenschaften bisher auch nicht in die großtechnische Realisierung optischer Speicher einbezogen worden.

Zur Optimierung der optischen Eigenschaften des der Resonanzabsorberschicht nachgeordneten Teilschichtsystems, welches als rückseitige Resonatorwand die Sperrfunktion gegenüber dem Strahlungsfluß ausübt, also die Transmission des Strahlungsflusses durch die Resonanzabsorberschicht hindurch weitgehend verhindert, ist, wie oben beschrieben, die Pseudobrechzahl Y_h in der an die Resonanzabsorberschicht angrenzenden Vorderfläche dieses hinteren Teilschichtsystems so festzulegen, daß der Realteil Re Y_h möglichst klein (gemäß der Erfindung vorzugsweise kleiner 0.1) wird. Zusätzlich soll der Imaginärteil Im Y_h gemäß der Erfindung einen Wert einnehmen, welcher bewirkt, daß die Pseudobrechzahl Y_r an der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht im Bereich solcher Y-Werte liegt, von denen aus die in bekannter Weise zu vollziehende Anpassung von Y_r an die Brechzahl des ausgedehnten Superstrats mittels des vor der Resonanzabsorberschicht angeordneten Teilschichtsystems in möglichst einfacher Weise zu realisieren ist. Wie die Erfahrung gezeigt hat, wird dieser Anpassungsvorgang im allgemeinen dann besonders einfach und anschaulich, wenn Y_r in der komplexen Y-Ebene auf der reellen Y-Achse oder in deren Nähe liegt.

Der Imaginärteil Im Y_h wird, wie oben beschrieben, mit der bekannten Formel für die Beziehung der Pseudobrechzahlen berechnet. Fig. 2 zeigt das Ergebnis in der komplexen Y- Ebene, wo die 3.5 nm dicke Resonanzabsorberschicht zunächst hinter dem fiktiven Nullsubstrat (Y = 0) angeordnet ist. Der an der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht sich einstellende Wert für den Imaginärteil der Pseudobrechzahl Y (Im Y ≈ -1.356) wird erfindungsgemäß mit ungefähr gleichem absolutem Wert, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen auf den Imaginärteil der Pseudobrechzahl Y_h des nachgeordneten Teilschichtsystems übertragen: Im Y_h ≈ -Im Y ≈ 1.356.

Um die Strahlungsfluß-Sperrfunktion des rückwärtigen Teilschichtsystems durch Reduzierung des Realteils der Pseudobrechzahl Y_h zu erfüllen, wird dieses Teilschichtsystem zunächst als angenähertes Nullsubstrat (Y ≈ 0) ausgebildet. Das geschieht in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in bekannter Weise dadurch, daß vor eine strahlungsundurchlässige Aluminiumschicht eine Interferenzschicht mit einer Schichtdicke aufgebracht wird, welche den bei der Resonanzwellenlänge λ_r an der Aluminium-Oberfläche auftretenden Phasensprung kompensiert (im Ausführungsbeispiel wird das durch eine Magnesiumfluoridschicht der Dicke d ≈ 98 nm realisiert) und daß die weitere Annäherung der Pseudobrechzahl an den Wert Re Y = 0 im Ausführungsbeispiel durch zusätzliches Aufbringen je einer hochbrechenden und einer niedrigbrechenden Interferenzschicht mit den optischen Schichtdicken λ_r/4 erfolgt (Fig. 3).

Die Transponierung des Imaginärteils der Pseudobrechzahl Y_h von Im Y ≈ 0 auf den errechneten Wert Im Y_h geschieht in dem Ausführungsbeispiel durch eine zusätzlich aufgebrachte TiO₂-Schicht mit einer aus den Formeln für die Pseudobrechzahlbeziehungen berechneten Dicke d ≈ 23 nm.

Fig. 4 oben zeigt den Verlauf der Pseudobrechzahl Y_r in der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht, wenn diese mit wachsender Schichtdicke d_r auf dem hinteren Teilschichtsystem mit der Pseudobrechzahl Y_h aufgebracht ist. Bei der Resonanzabsorber- Schichtdicke d_r = 3.5 nm wird Y_r ≈ 0.5. Gegen das ausgedehnte Superstrat Luft mit der Brechzahl 1 entsteht die Restreflexion R ≈ 11%, welche durch eine vorgelagerte MgF₂- und eine Si₃N₄-Schicht mit den optischen Schichtdicken λ_r/4 ausgelöscht wird. Die Transmission des Strahlungsflusses durch die Rückfläche der Resonanzabsorberschicht ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf den sehr geringen Wert von etwa 5% begrenzt. Die gesamten Restverluste der Anordnung ohne vorgelagertes Teilschichtsystem zur reflexionsfreien Anpassung an das Superstrat sind der Fig. 4 unten zu entnehmen.

Fig. 5 weist für das vollständige Ausführungsbeispiel den spektralen Verlauf von Reflexion, Transmission und Absorption aus und zeigt, daß bei der Resonanzwellenlänge λ_r = 632.8 nm die Absorption in der aktiven Schicht auf etwa 0.95 (95%) ansteigt, so daß die Absorptionsdichte A/d_r der erfindungsgemäßen Anordnung den sehr hohen Wert von 0.27/ nm erreicht.

Dabei ist die reflexionsfreie Anpassung an das ausgedehnte Superstrat nicht auf Luft und nicht auf Schichten mit optischen Dicken von λ_r/4 beschränkt. Vielmehr kann die Anpassung in be kannter Weise durch eine praktisch unbegrenzte Vielzahl von Schichtkombinationen an beliebige Superstrate vorgenommen werden.

2. Ausführungsbeispiel

Eines der entscheidenden Wesensmerkmale, welche die Erfindung vom bisher bekannten Stand der Technik abhebt, ist die Ausbildung des der Resonanzabsorberschicht nachgeordneten Teilschichtsystems, welches einerseits als rückseitige Resonatorwand die Sperrfunktion bezüglich Strahlungsflußverlusten durch die Resonanzabsorberschicht hindurch ausübt und zum anderen die Pseudobrechzahl in der Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht in einen komplexen Brechzahlbereich transponiert, von dem aus die weitgehend reflexionsfreie Anpassung an das ausgedehnte Superstrat (Luft, Glas, Kunststoffe, . . . ) und/oder an dünne Schutzschichten ermöglicht wird.

Um diese erfindungsgemäßen Merkmale des hinteren Teilschichtsystems zu gewährleisten, beschränkt sich die Ausbildung dieses Teilschichtsystems nicht auf die im 1. Ausführungsbeispiel beschriebene spezielle Schichtstruktur. So können zum Beispiel, um die Transmissionsverluste beliebig klein zu halten, weitere λ/4-Wechselschichten vorgeschaltet werden. Auch kann die erfindungsgemäße Transponierung des Imaginärteils der Pseudo brechzahl in der vorderen Grenzfläche des hinteren Teilschichtsystems anstatt durch eine einfache Zusatzschicht gemäß den bekannten Formelbeziehungen auch durch geeignete Schichtdickenbemessung sämtlicher Interferenzschichten dieses Teilschichtsystems im Sinne gleicher optischer Schichtdicken erfolgen.

Auch können thermische Abschätzungen oder Meßergebnisse nachweisen, daß für thermisch ungeeignete Schichtanordnungen und -materialien des hinteren Teilschichtsystems, auf Grund einer nicht mehr vernachlässigbaren Wärmeleitung in das hinterlegte Metall, thermische Verluste auftreten, welche den durch die erfindungsgemäße Gesamtanordnung erzielten Effektivitätsvorteilen entgegenwirken. Derartige Verluste können zum Beispiel durch den Einsatz einer oder mehrerer Interferenzschichten des hinteren Teilschichtsystems aus einem Material kleiner Wärmeleitzahl verhindert werden. Thermisch und optisch günstig ist auch der Ersatz der Anordnung des hinteren Teilschichtsystems des 1. Ausführungsbeispiels durch ein dielektrisches Interferenzschichtsystem aus Schichten mit abwechselnd niedrig- und hochbrechenden Schichtsubstanzen, also die Eliminierung der undurchlässigen Aluminium schicht. Das 2. Ausführungsbeispiel realisiert eine solche Lösung. Es entspricht weitgehend dem 1. Ausführungsbeispiel, enthält jedoch ein metallfreies hinteres Teilschichtsystem, welches beispielhaft aus 4 Schichtpaaren MgF₂/TiO₂ mit den optischen Schichtdicken λ_r/4 besteht und die zusätzliche, die Transponierung auf den errechneten Im Y_h-Wert bewirkende 23 nm dicke TiO₂-Schicht enthält.

Fig. 6 zeigt für dieses Ausführungsbeispiel den spektralen Verlauf von Reflexion, Transmission und Absorption. Erreicht wird bei der Resonanzwellenlänge λ_r = 632.8 nm in der aktiven Schicht die nahezu gleich hohe Absorption und damit die etwa gleich hohe Absorptionsdichte A/d_r wie im 1. Ausführungsbeispiel.

3. Ausführungsbeispiel

Dieses Ausführungsbeispiel ist ebenfalls für die Resonanzwellenlänge λ_r = 632.8 nm ausgelegt. Als Material für die Resonanzabsorption wurde Chrom eingesetzt. Chromschichten sind be kanntlich sehr langzeitstabil sowie mechanisch und chemisch äußerst widerstandsfähig. Einige Materialeigenschaften des Chroms sind jedoch für die Konversions-Effektivität ungünstig. Insbesondere ist die relativ hohe Schmelztemperatur ein Grund, weshalb Chrom für Mikrostrukturierungsprozesse mit optisch-sequentieller Bestrahlung bei den erwünschten geringen Bestrahlungsstärken für den großtechnischen Einsatz bisher nicht in Betracht gezogen wurde. Lediglich Mischschichten aus Chrom und anderen Metallen sind für die Strukturierung durch Bestrahlung vorgeschlagen worden, wobei nach dem bisherigen Stand der Technik sehr ungünstig hohe Schichtdicken angesetzt werden mußten. Da es mit den erfindungsgemäßen Schichtsystemen gelingt, auch mit sehr geringen Chromschichtdicken hohe optische Konversionswirkungsgrade zu erzielen, kann der durch die hohe Schmelztemperatur hervorgerufene Effektivitäts-Nachteil durch die erreichbaren hohen Absorptionsdichten A/d_r weitgehend kompensiert werden. Die Grenzschichtdicke für technologisch reproduzierbare Chromschichten liegt bekanntlich noch unter 3 nm. Im Ausführungsbeispiel wurde die Resonanzabsorber-Schichtdicke mit 3 nm angesetzt.

Die Pseudobrechzahlen dünner Chromschichten liegen auf Grund der optischen Parameter des Chrom (reelle Brechzahl n ≈ Absorptionskoeffizient k) bei hinterlegtem Teilschichtsystem mit Im Y_h ≈ 0 und kleinem Re Y_h (gemäß der Erfindung: Re Y_h vorzugsweise kleiner als 0.1) bereits in dem Bereich der komplexen Brechzahlebene, von dem aus die weitgehend reflexionsfreie Anpassung an das ausgedehnte Superstrat möglich ist. Das hintere Teil schichtsystem dieses Ausführungsbeispiels wurde daher mit Y_h ≈ 0.02 wie auf Fig. 3 zusammengesetzt. Mit der Resonanzabsorber-Schichtdicke d_r = 3 nm stellt sich die Pseudobrechzahl Y_r ≈ Re Y_r ≈ 0.35 ein (Fig. 7). Der spektrale Verlauf (Fig. 8) weist bei der Resonanzwellenlänge eine Absorption über 0.95 (95%) aus und erreicht damit die sehr hohe Absorptionsdichte A/d_r ≈ 0.32.

Damit werden also auch die äußerst widerstandsfähigen Chromschichten der Mikrostrukturerzeugung zugänglich, indem sie bezüglich ihrer erreichten Konversionseffektivität den für den Strukturierungsprozeß optimal geeigneten, aber sehr instabilen Tellurschichten deutlich näher kommen.

Claims

1. Optische Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur- Informationen, bestehend aus einer Platte, Scheibe oder Folie und einer auf dieser Unterlage aufgebrachten Folge dünner optischer Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge nach dem Prinzip eines Dünnschicht-Resonanzabsorptions-Systems, mit mindestens einer Resonanzwellenlänge λ_r angeordnet ist und mindestens eine strah lungsabsorbierende, photothermisch und/oder photochemisch reaktionsfähige Resonanzabsorberschicht enthält, welche zwischen einem vor der Resonanzabsorberschicht angeordneten, das ungehinderte Eindringen des Strahlungsflusses aus dem Superstrat in die Resonanzabsorberschicht bewirkenden ersten Teilschichtsystem und einem hinter der Resonanzabsorberschicht angeordneten, den Strahlungsfluß in das Substrat sperrenden zweiten Teilschichtsystem eingeschlossen ist.

2. Optische Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur- Informationen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photothermisch (und/oder photochemisch) reaktionsfähige Resonanzabsorberschicht eine Dicke d_r aufweist, welche geringfügig, vorzugsweise bis zu 20% über der schichtmaterialabhängigen Grenzschichtdicke d_g liegt, oberhalb welcher die physikalischen Schichtparameter technologisch reproduzierbar sind.

3. Optische Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur- Informationen nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionskoeffizient k_r des Resonanzabsorber-Schichtmaterials bei der gewählten Resonanzabsorberschicht-Dicke d_r mindestens bei der Resonanzwellenlänge λ_r einen Wert größer als 0.1 und vorzugsweise größer als 1 aufweist.

4. Optische Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur- Informationen nach Punkt 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hinter der Resonanzabsorberschicht angeordnete Teilschichtsystem in seiner der Resonanzabsorberschicht anliegenden Grenzfläche die komplexe Pseudobrechzahl Y_h aufweist, deren Realteil Re Y_h klein gegen 1 und vorzugsweise kleiner als 0.1 und deren Imaginärteil Im Y_h ungefähr gleich dem Imaginärteil derjenigen Pseudobrechzahl ist, welche sich als Rechengröße für die Vorderfläche einer absorbierenden Schicht mit den optischen Parametern der gewählten Resonanzabsorberschicht ergibt, wenn diese mit dem fiktiven Nullsubstrat der Brechzahl 0 hinterlegt ist.

5. Optische Anordnung zum Aufzeichnen, Speichern und Auslesen von Mikrostruktur- Informationen nach Punkt 1, 2 ,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der Resonanzabsorberschicht angeordnete Teilschichtsystem in seiner der Resonanzabsorberschicht anliegenden Grenzfläche die komplexe Brechzahl Y_v aufweist mit einem Realteil Re Y_v, welcher näherungsweise den Wert Re Y_r und mit einem Imaginärteil Im Y_v, welcher näherungsweise den Wert Im Y_r annimmt, wobei Y_r = Re Y_r + j Im Y_r die Pseudobrechzahl ist, welche sich für die Vorderfläche der Resonanzabsorberschicht bei hinter dieser angeordnetem Teilschichtsystem der Pseudobrechzahl Y_h einstellt.