Способ изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур



Способ изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур
Способ изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур

 


Владельцы патента RU 2556313:

Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) (RU)

Способ относится к оптическому приборостроению и касается способа изготовления дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур. Способ включает нанесение молибденовой пленки толщиной 35-45 нм на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием на нее сфокусированным лазерным излучением. Плотность мощности лазерного излучения составляет (0,8-1,2)·107 Вт/см2, что обеспечивает полное удаление (абляцию) металлической пленки в зоне воздействия. Технический результат заключается в сокращении количества технологических операций и уменьшении длительности технологического цикла. 2 ил.

 

Способ относится к оптическому приборостроению и может быть использован для создания дифракционных оптических элементов видимого и ультрафиолетового диапазона - линз Френеля, фокусаторов, корректоров и др.

Известен способ микроструктурирования по технологии лазерной записи, где в качестве основного маскирующего слоя используется полимерный ароматический акрилат, который представляет собой продукт реакции олигомера и отверждающего разбавителя (патент США №2009/023154, МПК G02C 7/06, опубл. 17.09.2009 г.). В качестве подложек использовался алюминиевый лист толщиной 508 мкм с гальванически нанесенным поверх слоем никеля. Для удаления (абляции) материала использовалась лазерная система с длиной волны лазера 248 нм с частотой 150 импульсов в секунду.

Недостатками данного способа является низкое разрешение, а также низкая стойкость полимерного акрилата в случае формирования микрорельефа в плазме.

Известен способ, в котором фотолитография сочетается с оплавлением полученных резистных структур, в результате чего происходит уменьшение их размера и увеличивается разрешающая способность метода (патент RU 2400790, МПК G03F 7/00, B82B 3/00, опубл. 27.09.2010).

Недостатками данного способа является воздействие химических растворов на подложки, использование дорогостоящего литографического оборудования, многократное повторение одних и тех же операций литографии, что приводит к усложнению производственного процесса, снижению выхода годных элементов и увеличению общего времени технологического цикла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ лазероиндуцированного окисления тонких пленок титана толщиной 3-60 нм, благодаря чему были созданы структуры субмикронных размеров, а также размеров меньших дифракционного предела (200-400 нм). В области воздействия лазерного луча пленка титана окисляется, что дает возможность формировать маску путем последующего селективного травления (Патент DE №19544295, МПК D01J 9/02, B23K 26/34, опубл. 05.06.1997 г.).

Основным недостатком способа является то, что элементы с размерами ниже дифракционного предела могли быть получены только на очень тонких пленках (~6-8 нм), стабильность нанесения и толщину которых трудно контролировать в лабораторных условиях, а также необходимость дополнительной операции по формированию рельефа в маске.

В основу изобретения поставлена задача прямым воздействием сфокусированного лазерного излучения формировать маску на поверхности субстрата, сократить количество операций и тем самым снизить время технологического цикла и себестоимость изготовления ДОЭ.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур, включающем нанесение металлической пленки на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием сфокусированного лазерного излучения на пленку, согласно изобретению пленку молибдена наносят толщиной 35-45 нм, а воздействие сфокусированного лазерного излучения осуществляют с плотностью мощности (0,8-1,2)·107 Вт/см2, обеспечивая полное удаление (абляцию) металлической пленки в зоне воздействия.

Другим достоинством этого метода наряду с повышением разрешающей способности является его универсальность. Полученное изделие можно использовать как амплитудный оптический элемент, литографический шаблон, а также полуфабрикат для последующего изготовления бинарного оптического элемента.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На поверхность диэлектрической подложки методом магнетронного распыления в вакууме наносится слой молибдена толщиной 35-45 нм. При толщинах меньше 35 нм уменьшается плазмостойкость маскирующего покрытия, при более 45 нм уменьшается разрешающая способность метода за счет распространения энергии лазерного излучения по ширине трека. Затем пленка подвергается воздействию сфокусированного лазерного излучения с плотностью мощности, превосходящей энергию испарения материала, благодаря чему происходит локальное удаление молибдена.

Энергетическим условием начала интенсивного испарения металла E2 является превышение значения над некоторой величиной E1. Однако, учитывая непрерывность воздействия, это превышение должно быть таково, чтобы испарение носило взрывной характер. При этих значениях процесс протекает с образованием узкой глубокой лунки и выбросом части расплавленного металла.

За основу оценки критической плотности мощности E1 перехода к интенсивному испарению можно брать характерное время энергонакопления τ, приводящее к взрывному вскипанию некоторого объема материала. Определить время энергонакопления сложно, поскольку это требует рассмотрения динамики всего процесса с учетом испарения. Приближенно это время можно определить с помощью простейшей теплофизической оценки по формуле:

где x - характерный размер зоны, охваченной вскипанием;

a - коэффициент температуропроводности.

Выражение для E1 имеет вид:

где ρ - плотность материала;

A - коэффициент поглощения материала;

Lисп - удельная теплота испарения.

Для молибдена значение E1=1,32·106 Вт/см2 [А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов. Лазерная сварка металлов. - М.: Высшая школа, 1988, 207 с.].

В результате на поверхности субстрата формируется топологический рисунок элемента. Время напыления металлической пленки молибдена указанной ранее толщины, плотность мощности лазерного луча определяются как конструктивными, так и конкретными технологическими параметрами изготавливаемого изделия. Полученное изделие можно использовать как амплитудный оптический элемент, литографический шаблон, а также полуфабрикат для последующего изготовления бинарного оптического элемента.

Пример конкретного выполнения

На оптически гладкие подложки из плавленого кварца (марка KB) размером 50×50×3 мм магнетронным способом наносились пленки молибдена толщиной 35-45 нм на установке ″Каролина Д12-А″. Затем подложки структурировались на круговой станции лазерной записи CLWS-200. Длина волны лазерного излучения - 488 нм, режим воздействия непрерывный, диаметр лазерного пятна - 0,5 мкм с гауссовым распределением плотности мощности в сечении. На пленках молибдена определялись кольцевые структуры с периодом 3 мкм. Внешний диаметр структур - 2 мм. Мощность лазерного луча уменьшалась от 100 мВт к 0 с шагом 0,5% для каждого кольца. Для проведенных нами исследований диапазон изменения плотности мощности лазерного излучения E=(0,05…2)·107 Вт/см2. Исследования показали, что минимальная ширина трека (элемента) достигается при плотности мощности излучения 1·107 Вт/см2. Последующее формирование рельефа проводилось на установке ионно-реактивного травления в ICP плазме ″Каролина РЕ15″ с частотой возбуждающего тока 13,56 МГц и мощностью 1 кВт в среде CF4 при следующих условиях: расход CF4 - 3 л/час, мощность, подводимая к ICP источнику - 400 Вт, мощность, подводимая к столику с субстратом - 150 Вт, продолжительность травления - 10 мин.

На фиг. 1 представлен снимок поверхности пленки молибдена после лазерной записи.

На фиг. 2 - сечение (профиль) бинарного рельефа, сформированного с применением молибденовой маски.

Измерения параметров микрорельефа проводились на сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) Solver-pro и сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) Supra 25 фирмы Karl Zeiss.

В результате были получены кольцевые структуры с минимальной шириной линии 250-300 нм и глубиной, превышающей 100 нм.

Способ позволяет прямым воздействием формировать маску на поверхности субстрата, сократить количество операций и тем самым снизить время технологического цикла и себестоимость изготовления ДОЭ.

Способ изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур, включающий нанесение металлической пленки на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием сфокусированного лазерного излучения на пленку, отличающийся тем, что пленку молибдена наносят толщиной 35-45 нм, а воздействие сфокусированного лазерного излучения осуществляют с плотностью мощности (0,8-1,2)·107 Вт/см2, обеспечивая полное удаление (абляцию) металлической пленки в зоне воздействия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вариантам способа проявления светоотверждающейся заготовки печатной формы с целью формирования рельефной структуры, содержащей множество рельефных точек.

Изобретение относится к области литографии и касается опорной структуры подложки. Прижатие подложки к поверхности опорной структуры осуществляется посредством капиллярного слоя жидкости.

Использование: для изготовления рельефных поверхностей. Сущность изобретения заключается в том, что фотолитографический интерференционный способ включает в себя формирование трех когерентных пучков света и получение их двумерно-периодической картины интерференции, первые два когерентных пучка формируют в одной плоскости падения, а третий пучок формируют в плоскости, перпендикулярной первой, интенсивность первых двух пучков одинаковая, а интенсивность третьего пучка в два раза больше, чем интенсивность первого пучка.
Изобретение относится к области микролитографии. Рисунок преобразуют в растр в цифровой форме и записывают информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и касается способа формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа записи изображений. Способ включает в себя формирование на подложке светочувствительного слоя из наноалмазной пленки и облучение наноалмазной пленки сфокусированным излучением лазера по заданной программе с целью получения нужного изображения.

Изобретение относится к носителям информации. Предложен носитель информации, последовательно включающий в себя подложку, выбранную из покрытой полимером бумаги, синтетической бумаги и пластмассовых пленок, первый краскоприемный слой и второй краскоприемный слой, причем первый краскоприемный слой содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из оксида алюминия, гидрата оксида алюминия и высокодисперсного диоксида кремния, поливиниловый спирт и борную кислоту, причем массовое соотношение содержания борной кислоты и поливинилового спирта в первом краскоприемном слое составляет 2,0% масс.

Изобретение относится к светочувствительным негативным полимерным композициям, подходящим для образования тонкой структуры фотолитографическим способом. Предложена светочувствительная негативная полимерная композиция, содержащая (a) содержащее эпоксидные группы соединение, (b) первую ониевую соль, содержащую структуру катионной части, представленную формулой (b1), и структуру анионной части, представленную формулой (b2), и (c) вторую ониевую соль, содержащую структуру катионной части, представленную формулой (c1), и структуру анионной части, представленную формулой (c2).

Настоящее изобретение относится к полиуретановому составу для получения голографических сред, включающему: (A) полиизоцианатную компоненту, содержащую по крайней мере один полиуретановый форполимер с концевой изоцианатной группой с функциональностью по изоцианатным группам от 1,9 до 5,0, у которого изоцианатная группа связана с первичным алифатическим остатком и который основан на соединениях с гидроксильными функциональными группами с функциональностью по гидроксильным группам от 1,6 до 2,05, (Б) реагирующие с изоцианатами простые полиэфирные полиолы, (B) уретановые акрилаты и/или уретановые метакрилаты с по меньшей мере одной ароматической структурной единицей и с коэффициентом преломления более 1,50 при 405 нм, которые свободны от изоцианатных групп и гидроксильных групп, (Г) радикальные стабилизаторы, (Д) фотоинициаторы на основе сочетаний боратных солей и одного или нескольких красителей с полосами поглощения, которые по крайней мере частично покрывают область спектра от 400 до 800 нм, (Е) в случае необходимости катализаторы и (Ж) в случае необходимости вспомогательные вещества и добавки.

Изобретение относится к области нанотехнологии, описывает способ электрохимического структурирования поверхности материалов и может быть использовано при изготовлении элементов микроэлектроники, однослойных и многослойных печатных плат, оптических элементов, а также других тонкопленочных структур.

Изобретение относится к области лазерной оптики, а именно к острой фокусировке когерентного излучения, и может быть использовано для высокоразрешающей оптической записи и сканирующей оптической микроскопии.

Изобретение относится к способу управления распределением интенсивности поля волны или волн частично когерентного или некогерентного оптического излучения на конечном расстоянии от его источника или в дальней зоне и устройству, реализующему заявленный способ.

Изобретение относится к световой панели, содержащей источник света и панельный элемент. .

Изобретение относится к световым индикаторам, подсвечиваемым источником света. .

Изобретение относится к области оптических измерений с применением дифракционной оптики и может найти применение при поиске, определении пространственного положения и ориентации группы рассеивающих частиц в различных оптических элементах, а также при получении достоверных измерений пространственно-частотных спектров этих рассеивающих частиц с целью их точной идентификации, повышения точности в определении их размеров и расстояний между ними.

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано для измерения расстояния до излучающего объекта, в частности для определения расстояния до точечного источника света.

Изобретение относится к методам и средствам преобразования оптического излучения для формирования изображения объектов в некогерентном свете. .

Изобретение относится к способам лазерного наноструктурирования поверхности. Способ включает в себя формирование ближнепольной маски на поверхности диэлектрической подложки и облучение полученной структуры импульсом фемтосекундного лазера. Излучение лазера предварительно пропускают через нелинейно-оптический кристалл с коэффициентом преобразования во вторую гармонику, равным 5÷7%. Облучение диэлектрической подложки с нанесенной ближнепольной маской осуществляют полученным бихроматическим фемтосекундным импульсом с плотностью энергии в пределах 25÷40 мДж/см2, которая меньше обычно используемой плотности энергии излучения лазера при сходном наноструктурировании. Технический результат заключается в увеличении разрешающей способности и уменьшении используемой энергии лазерного излучения. 6 ил.
Наверх