DE4435752C2 - Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines BeugungsgittersInfo
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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.
In der US-A-4,131,506 wird die Abhängigkeit des Verhältnisses
des Beugungswirkungsgrads der plus ersten Ordnung zur minus
ersten Ordnung untersucht (vgl. Fig. 5 von D1). Dabei ergibt
sich, daß der Winkel zwischen der Einfallsrichtung eines Ätz
strahls und der Oberfläche des zu ätzenden Gitters kleiner
als 45° sein soll, um ein günstiges Verhältnis des Beugungswir
kungsgrads zu erreichen.
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 2 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.
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 5 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 5 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 Θ₁ 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
Θ₁ (Blazewinkel) bezeichnet und der zwischen dem kürzeren
Schenkel (kürzere Schräge) und der horizontalen Linie (Hori
zontalebene) gebildete Winkel ist mit Θ₂ bezeichnet (mit
Θ1 < Θ₂). Wenn der obere Winkel Φ spitz ist und der kürzere
Schenkel rechtwinklig zur horizontalen Linie steht (d. h.
Θ₂ = 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. Θ₂ = 90°), sondern dadurch
ist ein oberer Winkel Φ von ungefähr 90° oder mehr möglich.
Demgemäß gilt die Gleichung Θ₂ = 90°-Θ₁ 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 gemus
terten 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, J₁ und K₁′′ bezeichnet und diejenigen
des Photoresists 52 sind mit H₂, I₂, J₂ und K₂ bezeichnet.
Die Einstrahlungsrichtung der Ionenstrahlen kann entweder
unter einem Winkel Θ₁ oder einem Winkel Θ₂ zur Horizontalen,
also zu der Oberfläche des Glassubstrats 4, erfolgen. Zu
nächst wird der Fall beschrieben, daß die Ionenstrahlen aus
der herkömmlichen Richtung Θ₁ eingestrahlt werden.
Zunächst wird der Ätzvorgang durch den Ionenstrahl Ar′ ent
lang der Richtung, die um Θ₁ 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 Ar′, 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 J₂ des
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 Θ₁, 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 Θ₁, 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′′-I₁-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′′-I₁-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 Θ₁ 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-I₁-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 Θ₁ 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 Θ₁ = a₁/W₁ gilt, gilt ferner:
S₁ = tan Θ₁·W₁ (p-W₁)
und wenn W₁ = p/2 gilt, gilt für den Maximalwert S1max von
S₁ das Folgende: S1max = (P2/4)·tan Θ₁.
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 Θ₂ 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 Θ₂ = a₂/W₂ gilt, gilt ferner:
S₂ = tan Θ₂·W₂ (p-W₂)
und wenn W₂ = p/2 gilt, gilt für den Maximalwert S2max von
S₂ das Folgende: S2max = (P2/4)·tan Θ₂.
Da Θ₁ < Θ₂ gilt, ist tan Θ₁ < tan Θ₂, d. h. S2max < S1max.
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 Θ₂ = 90°-Θ₁), 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 Θ₁ 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 (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters mit Blaze-
Oberflächenmuster, mit den folgenden Schritten:
- - Herstellen einer Maskenschicht (5) zum Festlegen eines Beugungsmusters für das Beugungsgitter auf einer Oberfläche eines transparenten Substrats (4), wobei die Maskenschicht eine Vielzahl von Öffnungen (6) aufweist,
- - selektives Ätzen der Oberfläche des transparenten Substrats durch Bestrahlen derselben mit einem schräggestellten Ionenstrahl durch die Maskenschicht hindurch, um dadurch eine Vielzahl von Gräben auf der Oberfläche des transparenten Substrats auszubilden, von denen jeder eine erste Schräge und eine zweite Schräge, die kürzer ist als die erste Schräge, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicke der Maskenschicht (5) größer ist als die Breite jeder Öffnung (6),
daß der Winkel zwischen dem transparenten Substrat (4) und der Richtung des schräggestellten Ionenstrahls größer ist als 45°,
und daß die Richtung des schräggestellten Ionenstrahls so eingestellt wird, daß sie rechtwinklig zur längeren ersten Schräge jedes auszubildenden Grabens steht.
die Dicke der Maskenschicht (5) größer ist als die Breite jeder Öffnung (6),
daß der Winkel zwischen dem transparenten Substrat (4) und der Richtung des schräggestellten Ionenstrahls größer ist als 45°,
und daß die Richtung des schräggestellten Ionenstrahls so eingestellt wird, daß sie rechtwinklig zur längeren ersten Schräge jedes auszubildenden Grabens steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht (5) entfernt
wird, nachdem mehrere Gräben auf der Oberfläche des trans
parenten Substrats (4) ausgebildet sind.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der schräge Ionenstrahl sowohl die
Maskenschicht (5) als auch das transparente Substrat (4)
ätzt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Maskenschicht eine höhere Ätzrate beim Ätzvorgang durch
den schrägen Ionenstrahl aufweist als das transparente Sub
strat (4).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Maskenschicht (5) aus einem Photoresist besteht und das
transparente Substrat (4) aus Glas besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der schräge Ionenstrahl Argonionen enthält.
7. 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.
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