DE4435752A1 - Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters mit einem Blaze-Oberflächenmuster, speziel­ ler ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters, wie es für einen optischen Aufnehmer in verschiedenen Arten op­ tischer Speichervorrichtungen und dergleichen verwendet wird.

In den letzten Jahren wurden tatkräftig verschiedene Arten optischer Speichervorrichtungen entwickelt, wie solche vom nur lesbaren Typ, vom einmal beschreibbaren Typ und vom überschreibbaren Typ. Für optische Aufnehmer, wie sie dazu verwendet werden, um Information auf diesen optischen Spei­ chervorrichtungen aufzuzeichnen, wird häufig ein Beugungs­ gitter mit mehreren optischen Funktionen verwendet, um einen kleineren, leichteren und hochzuverlässigen Aufnehmer da­ durch zu erhalten, daß die Anzahl zu verwendender Teile ver­ ringert wird. Es ist wohlbekannt, daß der Beugungswirkungs­ grad dann verbessert werden kann, wenn ein Beugungsgitter mit sägezahnförmigem Querschnitt verwendet wird, um ein Beu­ gungselement zu bilden.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Beu­ gungsgitters mit sägezahnförmigem Querschnitt beschrieben. Die Fig. 5A bis 5H veranschaulichen schematisch Herstell­ schritte hierfür.

Zunächst wird eine (nicht dargestellte) Strichplatte zum Festlegen eines Beugungsmusters durch ein Elektronenstrahl Abrasterverfahren auf Grundlage von Musterdaten hergestellt, die durch Computerberechnung erhalten werden. Die Strich­ platte wird dazu verwendet, eine Photomaske 23 herzustellen, wie es in Fig. 5B veranschaulicht ist.

Um die Photomaske 23 herzustellen, wird ein transparentes Substrat 21 bereitgestellt, auf dem ein lichtabschirmender Dünnfilm 22 ausgebildet ist, wie in Fig. 5A dargestellt. Nachdem auf dem lichtabschirmenden Dünnfilm 22 eine (nicht dargestellte) Photoresistschicht ausgebildet ist, wird das Beugungsmuster der Strichplatte unter Verwendung eines Photorepeaters optisch auf den Photoresist so übertragen, daß die Mustergröße des Photoresists so herunterverkleinert ist, daß sie ein Zehntel derjenigen der Strichplatte ist.

Dann wird, wie dies in Fig. 5B dargestellt ist, der licht­ abschirmende Dünnfilm 22 durch einen selektiven Ätzvorgang gemustert, um mehrere lichtdurchlässige Bereiche A und meh­ rere Lichtsperrbereiche B der Photomaske 23 auszubilden.

Inzwischen wird, wie es in Fig. 5C dargestellt ist, ein transparentes Substrat 24 für ein Beugungsgitter bereitge­ stellt. Die Oberfläche des transparenten Substrats 24 wird mit einem Reinigungsmittel, Wasser oder einem organischen Lösungsmittel gewaschen. Bei diesem Beispiel wird als trans­ parentes Substrat 24 für das Beugungsgitter ein Glassubstrat verwendet.

Danach wird, wie es in Fig. 5D dargestellt ist, die Oberflä­ che des Glassubstrats 24 unter Verwendung einer Beschich­ tungsmaschine wie einer Schleuderbeschichtungsmaschine mit einem Photoresist 25 überzogen. Dann wird, wie es in Fig. 5E dargestellt ist, die Photomaske 23 so auf das Glassubstrat 24 gelegt, daß die gemusterte Seite der Photomaske 23 in Kontakt mit der Oberfläche des Photoresists 25 auf dem Glas­ substrat 24 steht.

Der Photoresist 25 wird selektiv durch Bestrahlung mit Ul­ traviolettstrahlung durch die lichtdurchlässigen Bereiche A der Photomaske 23 belichtet. Die Ultraviolettstrahlung fällt rechtwinklig zum Glassubstrat 24 auf die Photomaske 23. Die­ ser Belichtungsschritt bildet im Photoresist 25 ein latentes Bild des Beugungsmusters auf der Photomaske 23 ab. Anschlie­ ßend wird der Photoresist 25 entwickelt, um mehrere Öffnun­ gen 26 in ihm auszubilden, wie es in Fig. 5F dargestellt ist. Der gemusterte Photoresist 25 dient als Maskenschicht bei einem Ionenstrahl-Ätzvorgang.

Anschließend wird der Oberflächenbereich des Glassubstrats 24 dadurch geätzt, daß er mit einem schräggestellten Strahl aus Argon(Ar)-Ionen bestrahlt wird, wie es in Fig. 5G darge­ stellt ist. Das Ätzen mit dem Ar-Ionenstrahl bildet mehrere Gräben auf der Oberfläche des Substrats 24 aus, wodurch ein Beugungsgitter 27 mit Blaze-Oberflächenmuster erzeugt wird, wie es in Fig. 5H dargestellt ist. Jeder der auf der Ober­ fläche des Beugungsgitters 27 ausgebildeten Gräben weist eine längere Schräge und eine kürzere Schräge auf, was zu einem sägezahnförmigen Querschnitt führt. Die Richtung des Ionenstrahls ist so eingestellt, daß sie parallel zur länge­ ren Schräge steht.

Als Substrat 24, wie es für das vorstehend genannte Beu­ gungsgitter verwendet wird, wird ein Glassubstrat angesichts der Beständigkeit gegen die Umgebung und hinsichtlich der optischen Eigenschaften als optimal angesehen. Wenn ein Glassubstrat mechanisch mit einem Ar-Ionenstrahl geätzt wird, ist die Ätzrate des Photoresists 25 viel höher als die Ätzrate des Glassubstrats. Demgemäß kann der als Masken­ schicht verwendete Photoresist 25 abgeätzt werden und ver­ schwunden sein, bevor die Oberfläche des Glassubstrats zum Ausbilden einer gewünschten Form abgeätzt wurde. Wenn der Ätzvorgang in diesem Zustand fortgeführt wird, kann keine gewünschte Querschnittsform des Beugungsgitters 27 erhalten werden, d. h., daß die Kanten stumpfer werden, die Blazewin­ kel weniger spitz werden und die Gittertiefe h kleiner wird, als es den gewünschten Werten entspricht. Infolgedessen ver­ schlechtert sich die Blazecharakteristik, die Differenz zwi­ schen den Anteilen von Beugungslicht der + ersten Ordnung und solchen der - ersten Ordnung wird kleiner und der Beu­ gungswirkungsgrad kann nicht verbessert werden.

Wenn dagegen ein Maskiermaterial mit kleinerer Ätzrate ver­ wendet wird, als sie das Glassubstrat aufweist, tritt auch eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß das einmal geätzte Maskiermaterial erneut am Glassubstrat anhaftet oder daß es schwierig wird, das Maskiermaterial nach dem Beenden des Ätzvorgangs zu entfernen.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, kann geschickter­ weise, wie es wohlbekannt ist, ein Gas auf CF-Basis, wie CF₄, CHF₃, C₂F₄, für den einzustrahlenden Ionenstrahl ver­ wendet werden, um eine zufriedenstellende Querschnittsform zu erzielen, da die Ätzrate des Glassubstrats ausreichend höher als die des Photoresists ist.

Wenn ein Gas auf CF-Basis verwendet wird, haftet eine große Anzahl von Kohlenstoffatomen, die sich beim Erzeugen der Ionenstrahlen lösten, an den Innenwänden der Bearbeitungs­ kammer im Ätzgerät an, und die Ätzrate des Glases ändert sich deutlich durch den Effekt der anhaftenden Kohlenstoff­ atome, so daß es schwierig wird, Glassubstrate mit ausge­ zeichneter Reproduzierbarkeit zu bearbeiten. Es trifft zwar zu, daß an den Innenwänden anhaftende Kohlenstoffatome durch Reinigen des Inneren der Prozeßkammer direkt nach dem Been­ den des Ätzvorgangs beseitigt werden können, jedoch nimmt in einem solchen Fall die Massenproduktivität stark ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters mit ausgezeichneter Repro­ duzierbarkeit zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Lehre von An­ spruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge­ staltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist ein größerer Quer­ schnitt des Photoresists bei der Bestrahlung durch einen Ionenstrahl gewährleistet, da die Bestrahlung rechtwinklig zu den längeren Schrägen eines sägezahnförmigen Querschnitts statt parallel dazu erfolgt.

Dieser und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Studieren der folgenden detaillierten Beschreibung un­ ter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.

Fig. 1A bis 1H sind Ansichten, die schematisch Herstell­ schritte für ein Beugungsgitter gemäß der Erfindung veran­ schaulichen.

Fig. 2A und 2B sind Ansichten, die ideale Querschnittsformen eines gemäß der Erfindung hergestellten Beugungsgitters zei­ gen.

Fig. 3A bis 3C sind Ansichten, die Ätzschritte für den Fall veranschaulichen, daß die Richtung von Ionenstrahlen paral­ lel zu den längeren Schrägen von Gräben verläuft, die auf einem Substrat auszubilden sind.

Fig. 4A bis 4C sind Ansichten, die Ätzschritte für den Fall veranschaulichen, daß die Richtung von Ionenstrahlen recht­ winklig zu den längeren Schrägen der auf einem Substrat aus­ zubildenden Gräben steht.

Fig. 5A bis 5H sind Ansichten, die schematisch herkömmliche Herstellschritte für ein Beugungsgitter veranschaulichen.

Fig. 6A ist eine Ansicht, die die Einstrahlung von Ionen­ strahlen gemäß einem herkömmlichen Verfahren zeigt, und Fig. 6B ist eine Ansicht, die die Einstrahlung von Ionenstrahlen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1H werden nun Herstell­ schritte gemäß der Erfindung für ein Beugungsgitter be­ schrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das nachfol­ gend angegebene Beispiel beschränkt.

Zunächst wird ein (nicht dargestelltes) Strichgitter zum Festlegen eines Beugungsmusters durch ein Elektronenstrahl- Abrasterverfahren auf Grundlage von durch Computerberechnung erhaltenen Musterdaten hergestellt. Das Strichgitter wird dazu verwendet, eine Photomaske 3 herzustellen, wie sie in Fig. 1B dargestellt ist.

Um die Photomaske 3 herzustellen, wird ein transparentes Substrat 1, auf dem ein lichtabschirmender Dünnfilm 3 ausge­ bildet ist, bereitgestellt, wie in Fig. 1A dargestellt. Nachdem eine (nicht dargestellte) Photoresistschicht auf dem lichtabschirmenden Dünnfilm 2 ausgebildet ist, wird das Beu­ gungsmuster des Strichgitters optisch unter Verwendung eines Photorepeaters so auf den Photoresist übertragen, daß die Mustergröße des Photoresists auf ein Zehntel derjenigen des Strichgitters verkleinert wird.

Dann wird, wie es in Fig. 1B dargestellt ist, der lichtab­ schirmende Dünnfilm 2 durch selektives Ätzen so gemustert, daß mehrere lichtabschirmende Bereiche A und mehrere Licht­ sperrbereiche B der Photomaske 3 ausgebildet werden.

Indessen wird, wie es in Fig. 1C dargestellt ist, ein trans­ parentes Substrat 4 für ein Beugungsgitter bereitgestellt. Die Oberfläche des transparenten Substrats 4 wird mit einem Reinigungsmittel, Wasser oder einem organischen Lösungsmit­ tel gewaschen. Bei diesem Beispiel wird als transparentes Substrat 4 für das Beugungsgitter ein Glassubstrat verwen­ det. (Nachfolgend wird das transparente Substrat 4 als Glas­ substrat 4 bezeichnet.)
Danach wird, wie es in Fig. 1D dargestellt ist, die Ober­ fläche des Glassubstrats 4 unter Verwendung einer Beschich­ tungsmaschine wie einer Schleuderbeschichtungsmaschine mit einem Photoresist 5 beschichtet. Danach wird, wie es in Fig. 1E dargestellt ist, die Photomaske 3 so auf das Glassubstrat 4 aufgelegt, daß die gemusterte Seite der Photomaske 3 in Kontakt mit dem Photoresist 5 auf dem Glassubstrat 4 steht.

Der Photoresist 4 wird durch die lichtdurchlassenden Berei­ che A der Photomaske 3 selektiv durch Einstrahlung von Ul­ traviolettstrahlung belichtet. Die Ultraviolettstrahlung fällt rechtwinklig zum Glassubstrat 4 auf die Photomaske 3 auf. Dieser Belichtungsschritt bildet ein latentes Bild des Beugungsmusters der Photomaske 3 auf dem Photoresist 5 aus. Anschließend wird der Photoresist 4 entwickelt, um mehrere Öffnungen 6 in ihm auszubilden, wie es in Fig. 1F darge­ stellt ist. Der gemusterte Photoresist 5 dient als Masken­ schicht gegen ein Ätzen durch Ionenstrahlen.

Anschließend wird der Oberflächenbereich des Glassubstrats 4 durch Bestrahlen mit einem Argon(Ar)-Ionenstrahl geätzt, wie es in Fig. 1G dargestellt ist. Der Ätzvorgang mit dem Ar- Ionenstrahl bildet mehrere Gräben auf der Oberfläche des Substrats aus, wodurch ein Beugungsgitter 7 mit Blaze-Ober­ flächenmuster erzeugt wird, wie in Fig. 1H dargestellt. Je­ der der auf der Oberfläche des Beugungsgitters 7 ausgebilde­ ten Gräben weist eine längere Schräge und eine kürzere Schräge auf, was zu einem sägezahnförmigen Querschnitt führt.

Der Ionenstrahl kann sowohl den Photoresist 5 als auch das Glassubstrat 4 ätzen. Der Photoresist 5 kann eine höhere Ätzrate als das Glassubstrat 4 aufweisen. Wenn ein Teil des Photoresists 5 auf dem Substrat 4 verbleibt, nachdem der Ätzvorgang mit dem Ar-Ionenstrahl beendet ist, wird der Rest des Photoresists 5 dadurch entfernt, daß er mit einem Lö­ sungsmittel wie Aceton aufgelöst wird oder daß er unter Ver­ wendung von O₂-Gas verascht wird.

Gemäß der Erfindung werden die Bestrahlungsbedingungen für den Ionenstrahl so eingestellt, daß seine Richtung im we­ sentlichen rechtwinklig zur längeren auf dem Substrat 4 aus­ zubildenden Schräge steht. Die Beziehung zwischen der Quer­ schnittsform des gemusterten Photoresists 5 während des Ionenstrahl-Ätzvorgangs und den Bestrahlungsbedingungen für den Ionenstrahl wird nachfolgend beschrieben.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine bevorzugte Sägezahnform für das Beugungsgitter. In den Fig. 2A und 2B ist ein Blazewin­ kel mit R₁ bezeichnet und die Blazetiefe ist mit d bezeich­ net. In einem gedachten Dreieck mit Sägezahnquerschnitt ist der zwischen dem längeren Schenkel (längere Schräge) und der horizontalen Linie (horizontale Ebene) gebildete Winkel mit R₁ (Blazewinkel) bezeichnet und der zwischen dem kürzeren Schenkel (kürzere Schräge) und der horizontalen Linie (Hori­ zontalebene) gebildete Winkel ist mit R₂ bezeichnet (mit R₁ < R₂). Wenn der obere Winkel Φ spitz ist und der kürzere Schenkel rechtwinklig zur horizontalen Linie steht (d. h. R₂ = 90°), wie es in Fig. 2B dargestellt ist, kann die maxi­ male Länge von Licht der + ersten Ordnung erhalten werden. Jedoch ermöglicht es die Verwendung eines Ar-Ionenstrahl- Ätzvorgangs nicht, daß der kürzere Schenkel rechtwinklig zur horizontalen Linie steht (d. h. R₂ = 90°), sondern dadurch ist ein oberer Winkel Φ von ungefähr 90° oder mehr möglich. Demgemäß gilt die Gleichung R₂ = 90° - R₁ grob für die Form des Beugungsgitters 7, wie es in Fig. 1H dargestellt ist.

Nachfolgend wird erläutert, weswegen die sich ergebenden Formen sägezahnförmiger Querschnitte so stark von der Rich­ tung des Ar-Ionenstrahls abhängen, was unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3C und 4A bis 4C erfolgt.

Fig. 3A zeigt das Glassubstrat 4 in einem Zustand vor der Einstrahlung der Ionenstrahlen. In dieser Figur ist der Ab­ stand der Gitterlinien des Beugungsmusters auf dem Glassub­ strat 4 im Zustand vor der Einstrahlung der Ionenstrahlen mit p bezeichnet, die Breite der jeweiligen Öffnungen 6 des Photoresists 5 ist mit W₁ bezeichnet und die Filmdicke des Photoresists 5 ist mit a₁ bezeichnet. Zur Vereinfachung wer­ den zwei der mehreren rechteckigen Querschnitte des gemu­ sterten Photoresists 5 dazu verwendet, mit der Erläuterung fortzufahren, und diese sind mit den Bezugszahlen 51 und 52 gekennzeichnet. Was den Photoresist 51 betrifft, werden zur Erläuterung auch Modifizierungen desselben verwendet, die mit 51′ bzw. 51′′ bezeichnet sind. Die folgende Erläuterung wird auf den anderen Teil des Photoresists 5 angewandt.

Die jeweiligen Ecken des Photoresists 51 sind mit H₁, I₁, J₁ und K₁ bezeichnet; diejenigen des Photoresists 51′ sind mit H₁′, I₁, J₁ und K₁′ bezeichnet, diejenigen des Photoresists 51′′ sind mit H₁′′, I₁, J und K₁′′ bezeichnet und diejenigen des Photoresists 52 sind mit H₂, 12, J₂ und K₂ bezeichnet. Die Einstrahlungsrichtung der Ionenstrahlen kann entweder unter einem Winkel R₁ oder einem Winkel R₂ zur Horizontalen, also zu der Oberfläche des Glassubstrats 4, erfolgen. Zu­ nächst wird der Fall beschrieben, daß die Ionenstrahlen aus der herkömmlichen Richtung R₁ eingestrahlt werden.

Zunächst wird der Ätzvorgang durch den Ionenstrahl Ar′ ent­ lang der Richtung, die um R₁ gegen das Glassubstrat 4 ge­ neigt ist, beschrieben, bei dem über die Ecke H₁′ des Photo­ resists 51′ hinweg gestrahlt wird.

Wenn der Ionenstrahl Ar′ die Seite I₁-J₂ des Photoresists 52 auf der linken Seite des Photoresists 51′ in Fig. 3A über­ streicht, fährt der Strahl parallel zum Strahl Ar¹, der über dem Strahl Ar′ verläuft, damit fort, die zwei Photoresist­ bereiche 51′ und 52 abzuätzen, selbst nachdem die Einstrah­ lung begonnen hat, und es dauert eine Zeitlang, bis der Strahl die Oberfläche des Glassubstrats 4 durch das Fort­ schreiten des Ätzvorgangs erreicht.

Infolgedessen wird die Ecke H₁′ weiter abgeätzt, und wenn der Ionenstrahl Ar′ die Oberfläche des Glassubstrats 4 aus dieser Bestrahlungsrichtung erreicht (d. h. die Ecke J₂es Photoresists 52), ist der Photoresist 52 bereits stark abge­ ätzt; im Fall der Verwendung eines Photoresists, dessen Ätz­ rate viel höher als die von Glas ist, gilt speziell, daß das Glassubstrat 4 erst dann erodiert wird, nachdem die Photo­ resistbereiche 51′ und 52 erodiert wurden.

Demgemäß verschwinden die Photoresists, wie es in Fig. 3B dargestellt ist, nach der halben Zeit des Glasätzvorgangs. Auf diese Weise werden, wenn der Ionenstrahl-Ätzvorgang wei­ ter fortgeführt wird, die oberen Winkel stumpfer als es dem gewünschten dreieckigen Querschnitt entspricht, und die For­ men der anderen Teile werden im Querschnitt abgerundet, wie es in Fig. 3C dargestellt ist. Durch diesen Ionenstrahl- Ätzvorgang ist der Blazewinkel η kleiner als der gewünschte Blazewinkel R₁, und die Blazetiefe h ist geringer als die gewünschte Blazetiefe d. Das sich ergebende Beugungsgitter, das diese Querschnittsform aufweist, zeigt schlechten Beu­ gungswirkungsgrad.

Wenn der Einstrahlungswinkel R₁, die Filmdicke a₁ und der Maskenabstand p dieselben wie beim vorigen Beispiel sind und der Ionenstrahl Ar′′ bereits zu Beginn des Ätzvorgangs über die Ecke H₁′′ des Photoresists 51′′ und die Seite I₂, J₂ läuft und sich bis in das Glassubstrat 4 erstreckt, bewegt sich die Seite H₁′′-K₁′′ des Photoresists 51′′ nach rechts ausgehend von der Anfangsseite H₁′-K₁′ in der Fig. 3A. Anders gesagt, ist der sich ergebende Zustand derselbe wie dann, wenn der Anfangsphotoresist 51′ (H₁′-I₁-J₁-K₁′) entlang der Oberflä­ chenrichtung des Glassubstrats 4 verkleinert wurde und in den Photoresist 51′′ (H₁′′-1₁-J₁-K₁′′) umgewandelt wurde. In diesem Fall wird das Glassubstrat 4 ab dem Start des Ätzvor­ gangs erodiert. Demgemäß wird ein ähnliches Ergebnis wie dem oben beschriebenen erhalten, da die Querschnittsfläche des Photoresists 51′′ (H₁′′-1₁-J₁-K₁′′) kleiner ist als diejenige des Photoresists 51′ (H₁′-I₁-J₁-K₁′) und die Ätzrate des Photoresists 5 höher ist als diejenige des Glassubstrats 4.

Demgemäß kann dann, wenn der Abstand p des Beugungsmusters des Photoresists 5, die Filmdicke a₁ des Photoresists 5 und die Einstrahlungsrichtung e₁ dieselben wie oben beschrieben sind, der zufriedenstellende Wirkungsgrad dann erzielt wer­ den, wenn der über die Ecke H₁ laufende Ionenstrahl zu Be­ ginn des Ätzvorgangs über die Ecke J₂ des benachbarten Pho­ toresists 52 läuft, d. h., wenn das Ätzen des Glassubstrats 4 unmittelbar nach dem Beginn des Ätzvorgangs beginnt und ein Photoresist 51 (H₁-1₁-J₁-K₁) verwendet wird, der eine größere Querschnittsfläche aufweist als der des letzteren Beispiels.

Nun wird die Querschnittsfläche des Photoresists 51 für den Fall betrachtet, daß der aus der Richtung e₁ eingestrahlte Ionenstrahl Ar zu Beginn des Ätzvorgangs über die Ecke H₁ des Photoresists 51 und die Ecke J₂ des Photoresists 52 läuft. Die Breite W₁ der Öffnung 6 wird auch für den vor­ stehend angegebenen Zustand betrachtet, bei dem die Quer­ schnittsfläche des Photoresists 51 als maximal gewährleistet ist.

Für die Querschnittsfläche S₁ des Photoresists 51 gilt fol­ gendes:

S₁ = (p - W₁) · a₁

und da tan R₁ = a₁/W₁ gilt, gilt ferner:

S₁ = tan R₁ · W₁ (p - W₁)

und wenn W₁ = p/2 gilt, gilt für den Maximalwert S_1max von S₁ das Folgende: S_1max = (P2/4) · tan R₁.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C wird die Quer­ schnittsfläche des Photoresists 51 für den Fall betrachtet, daß die Richtung des Ionenstrahls um den Winkel R₂ gegen das Glassubstrat 4 geneigt ist. Die Richtung des Ionenstrahls steht parallel zu den kürzeren Schrägen. Es wird derselbe Maskenstrichabstand p wie vorstehend genannt verwendet. Wenn die Filmdicke mit a₂ bezeichnet ist und die Breite der Öff­ nung 6 mit W₂ bezeichnet ist, ergibt sich das Folgende:

S₂ = (p - W₂) · a₂

und da tan R₂ = a₂/W₂ gilt, gilt ferner:

S₂ = tan O₂· W₂ (p - W₂)

und wenn W₂ = p/2 gilt, gilt für den Maximalwert S_2max von S₂ das Folgende: S_2max = (P2/4) · tan R₂.

Da R₁ < R₂ gilt, ist tan R₁ < tan R₂, d. h. S_2max < S_1max.

Wie oben beschrieben, ist die Querschnittsfläche des Photo­ resists größer, wenn die Ionenstrahlrichtung parallel zu den kürzeren Schrägen des Sägezahnquerschnitts verläuft (der zwischen dem Strahl und der horizontalen Linie gebildete Winkel ist R₂ = 90° - R₁), d. h., wenn sie rechtwinklig zur Richtung der längeren Schrägen des Sägezahnquerschnitts steht.

Demgemäß ist, wie dies in Fig. 4B dargestellt ist, sicherge­ stellt, daß der Photoresist im mittleren Stadium des Ätzvor­ gangs verbleibt. Daher liegt mit dem Beenden des Ätzvor­ gangs, wie es in Fig. 4C dargestellt ist, ein Beugungsgitter vor, das einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweist, bei dem der Blazewinkel und die Blazetiefe ungefähr auf R₁ bzw. d verbleiben.

Demgemäß verbessert sich, wenn die Menge des gebeugten Lichts + erster Ordnung beim vorliegenden Beugungselement gegenüber dem von einer optischen Speichervorrichtung re­ flektierten Licht, d. h., das zu einem Photodetektor zu lei­ tende gebeugte Licht zunimmt, verbessert sich der reziproke Beugungsgrad, wie er durch das Produkt aus dem Wirkungsgrad für das gebeugte Licht nullter Ordnung (für das durchge­ strahlte Licht), wenn der Laserstrahl auf dem optischen Pfad vom Laser durch das Beugungselement zur optischen Speicher­ vorrichtung läuft, und dem vorstehend genannten Wirkungsgrad für das Beugungslicht + erster Ordnung gegeben ist. Infolge­ dessen wird der Photodetektor aufgrund dieser erhöhten Genauigkeit und des erhöhten Wirkungsgrades wirkungsvoller.

Darüber hinaus ist der Winkel zwischen der Ionenstrahlrich­ tung und der Substratnormale bei der Erfindung kleiner als bei der herkömmlichen Technik, wie es in den Fig. 6A und 6B dargestellt ist. Genauer gesagt, fallen bei der Erfindung für eine Maskenherstellung von Beugungsgitterelementen Ionenstrahlen mit großem Durchmesser auf die Oberfläche eines großen Substrats, auf dem eine große Anzahl von Beu­ gungsgitterelementen gleichzeitig auszuätzen und zu mustern ist.

Die Fig. 6A und 6B zeigen die Beziehung zwischen der Ionen­ strahl-Einstrahlrichtung und dem Gesamtsubstrat: Fig. 6A zeigt den Fall, daß der Ionenstrahl bei der herkömmlichen Technik aus einer Richtung im wesentlichen parallel zu den längeren Schrägen der Beugungsgitter einfällt, während Fig. 6B den Fall zeigt, daß der Ionenstrahl bei der Erfindung aus der Richtung rechtwinklig zu den längeren Schrägen der Beu­ gungsgitter einfällt.

In Fig. 6A kann der wirksame Durchmesser des Strahls kleiner sein, jedoch ist der Weg von der Strahlquelle zur Oberseite des Substrats viel länger als der von der Quelle zur Unter­ seite des Substrats. Wenn der Abstand von der Strahlquelle länger wird, verschlechtert sich die Richtwirkung des Strahls stark. Daher weicht der Einfallswinkel des Ionen­ strahls auf das Beugungsgitterelement auf der Oberseite des Substrats stark vom eingestrahlten Wert ab und die Ätzrate durch den Strahl ändert sich daher deutlich. Demgemäß kann weder der gewünschte Blazewinkel noch die gewünschte Blaze­ tiefe erreicht werden, weswegen es für Massenherstellung mit großen Substraten ungünstig ist, die Richtung gemäß Fig. 6A zu wählen.

Andererseits ist bei Fig. 6B der Abstandsunterschied von der Strahlquelle zur Ober- und Unterseite des Substrats kleiner. Demgemäß kann ein Beugungsgitterelement mit gleich­ mäßigen Eigenschaften über die gesamte Fläche des Substrats erhalten werden, und es ist möglich, ein solches Beugungs­ element durch Massenherstellung zu erhalten.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters wird ein gemusterter Photoresist mit größe­ rer Querschnittsfläche als Maske für einen Ionenstrahl-Ätz­ vorgang verwendet, um ein Beugungsgitter mit sägezahnförmi­ gem Querschnitt herzustellen. Selbst wenn die Ätzrate des Photoresistfilms höher als die des Substrats ist, kann ge­ währleistet werden, daß der Photoresistfilm verbleibt, bis der Ätzvorgang abgeschlossen ist. Demgemäß kann ein Beu­ gungsgitter mit guter Blazeform und hohem Beugungswirkungs­ grad erzielt werden, bei dem die Ausbildung unscharfer Kan­ ten des Sägezahnquerschnitts, kleinerer Blazewinkel und ge­ ringerer Blazetiefe verhindert ist. Da eine Maskenschicht mit höherer Ätzrate als der des Substrats, z. B. ein Photo­ resist, verwendet werden kann, können Schwierigkeiten dahin­ gehend vermieden werden, daß die abgeätzte Maskenschicht am Substrat anhaftet. Ferner ist der Restphotoresist nach dem Beenden des Ätzvorgangs leicht entfernbar.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters mit Blaze-Oberflächenmuster, mit den folgenden Schritten:

• - Herstellen einer Maskenschicht (5) zum Festlegen eines Beugungsmusters für das Beugungsgitter auf der Oberfläche eines transparenten Substrats (4) und
• - selektives Ätzen der Oberfläche des transparenten Sub­ strats durch Bestrahlen derselben mit einem schräggestellten Ionenstrahl durch die Maskenschicht hindurch, um dadurch mehrere Gräben auf der Oberfläche des transparenten Sub­ strats auszubilden, von denen jeder eine erste Schräge und eine zweite Schräge, die kürzer als die erste Schräge ist, aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des schrägen Ionen­ strahls so eingestellt wird, daß sie rechtwinklig zur länge­ ren ersten Schräge jedes auszubildenden Grabens steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (R₂) zwischen dem transparenten Substrat (4) und der Richtung des schrägen Ionenstrahls größer als 45° ist.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht (5) über mehrere offene Bereiche besteht und die Dicke der Maskenschicht grö­ ßer als die Breite jedes offenen Bereichs ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht (5) entfernt wird, nachdem mehrere Gräben auf der Oberfläche des trans­ parenten Substrats (4) ausgebildet sind.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der schräge Ionenstrahl sowohl die Maskenschicht (5) als auch das transparente Substrat (4) ätzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht eine höhere Ätzrate beim Ätzvorgang durch den schrägen Ionenstrahl aufweist als das transparente Sub­ strat (4).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht (5) aus einem Photoresist besteht und das transparente Substrat (4) aus Glas besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Ionenstrahl Argonionen enthält.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es zum Herstellen mehrerer Beu­ gungsgitter folgende Schritte umfaßt:

• - Bereitstellen des Substrats gemeinsam für alle herzu­ stellenden Beugungsgitter
• - Ausbilden der genannten Maskenschicht (5) für alle Beu­ gungsgitter und
• - Verwenden eines schrägstehenden Ionenstrahls, der minde­ stens so groß ist wie das transparente, gemeinsame Substrat.