Способ изготовления отражательной фазовой решетки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 02 В 5/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747835/10 (22) 01.09.89 (46) 15.12.92. Бюл, N. 46 (71) Всесоюзный научный центр Государственный оптический институт им. С,И. Вавилова" (72) Ю.И, Дымшиц, Г.В. Листратова.и Г.M. Фабро (56) Васильев.1.А и Ершов И В. "Интерферометр с дифракционной решеткой" М.: Машиностроение, 1976, с. 154-181.

Патент Ф РГ М 3412980, кл, G 02 В 5/18.

1985. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ РЕШЕТКИ (57) Использование: изготовление решеток для интерферометров с дифракционными

Изобретение относится к оптическому приборостроению, точнее, к способам изготовления отражательных фазовых решеток и интерферометров с дифракционными решетками и может быть исгользовано при создании приборов, предназначенных для научных исследований, для исследования качества поверхности оптических деталей и неоднородностей в прозрачных средах.

Известен способ изготовления отражательной фазовой решетки, заключающийся в том, что изгптовляют зеркало, нанося на плоскую nor èðoâàííóþ поверхность подложки отражающее покрытие, и отдельно— дифракционьую решетку, Пои изготовлении решетки химически програвливают ее штрихи. Изготовленные погознь зеркало и решетку устанавливают по отдельности в держатели, юстируют дру относительно друга в соответствии со сх=.мой прибора и жестко закрепляют.

Я2 1781657 А1 фазовыми решетками. Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении шайбы с регуляторной мозаичной структурой, выполненной как чередование химически стойких и химически нестойких элементов, укреплении этой шайбы на подложке на оптическом контакте или nvтем фиксирования шайбы по периметру клеем, шлифовании и полировании наружной поверхности шайбы на плоскость или в форме поверхнос ги вращения, вытравливании химически нестойких участков и напылении отражающего покрытия одновременно на наружную поверхность оставшейся матрицы и на поверхность подложки внутри протравленных участков, 3 з,п,ф-лы, 2 ил.

Ь»

Разнесение в пространстве зеркала и дифракционной решетки, раздельное крепление их в приборе приводят к усложнению д юстировки, делают устройство чувствителЬным к вибрациям, ударным и температурHblM воздействиям и тем самым снижают его надежность.

Среди известных способов наиболее близким по технической сущности является способ изготовления отражательной фазовой решетки. заключающийся в том, что на полированную поверхность подложки наносят слой фоторезиста, засвечивают его сквозь маску, протравливают, наносят отражак>щий слой, после чего излишки фоторезиста удаля-ют и на поверхность подложки наносят. сплошной однородный по толщине разделительный слой, на поверхность которого затем, используя фотолитографическую методику, аналогичную вышеописанной, наносят отра1781657

55 жательную решетку, смещенную относительно первой решетки, При работе изготовленной указанным способом фазовой отражательной решетки излучение должно проходить сквозь разделительный слой, Поэтому спектральный диапазон применения такой решетки ограничен спектральной полосой пропускания разделительного слоя, Например, если последний выполнен из кварца, то очевидно, что известный способ неприменим для изготовления фазовой решетка, предназначенной для использования как в видимой области, так и в вакуумном ультрафиолете и в длинноволновом ИК-диапазоне.

Далее, требование соблюдения однородности толщины разделительного слоя при изготовлении решетки известным способом приводит к тому, что такая фазовая решетка не может быть использовано в качестве интерферометра сдвига. Это сужает функциональные воэможности отражательной фазовой решетки.

Двукратное нанесение фоторезистивных слоев с противоположных сторон разделительного слоя. двухкратное нанесение отражающих слоев, двукратное удаление излишков фоторезиста с нанесенными на них отражательными слоями и вдобавок к этому изготовление самого разделительного слоя с высокими" требованиями к однородности толщины и иных свойств по всей площади устройства — все это усложняет процесс изготовлЕния отражательной фазовой решетки.

Целью настоящего изобретения является расширение спектральной области применения и функциональных возможностей изготовляемого устройства. а также сокращение числа тЕхнологических операций и упрощение изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления отражательной фазовой решетки. заключающемся в том, что на полированную поверхность подложки наносят разделительный слой и на его наружную поверхность и на контактирующую с ним поверхность подложки наносят смещенные друг относительно друга амплитудные отражательные дифракционные решетки, разделительный слой изготовляют отдельно в виде шайбы с регулярной мозаичной структурой, выполненной как чередование химически стойких и химически нестойких элементов, укрепляют эту шайбу на поверхности подложки, шлифуют и полируют наружную поверхность на плоскость или придают ей форму поверхности вращения, вытравливают химические участки, а затем напыляют отражающее покрытие од10

45 новременно на наружную поверхность оставшейся матрицы и на вскрывшуюся поверхность подложки внутри протравленных канавок или колодцев, Шайбу можно изготовить в виде мозаичной структуры из комбинации стекол 6Ва4 и

Х-230; ее укрепляют на подложке на оптическом контакте и после полировки наружной поверхности систему в сборке помещают в

0,1-0,2N-раствор соляной кислоты при температуре 40 — 60 С и выдерживают до полного вытравливания из шайбы элементов мозаики из стекла Х-230, вслед за счет наносят отражающее покрытие.

Шайбу на подложке можно фиксировать по периметру клеем.

Поверхность шайбы можно отполировать на плоскость под углом к поверхности контакта, а для однородного протравливания разновысоких канавок или колодцев сборку можно погружать в травитель постепенно. начиная с толстого края шайбы, со скоростью Vp = Ч,О/(H — h), где V — скорость погружения; VT — скорость травления хими-. чески нестойкого материала (стекла X-230 в кислоте), 0 — размер устройства в направлении погружения; Н и h — соответственно, толщины толстого и тонкого краев шайбы.

B качестве конкретного примера реализации предложенного способа можно привести следующий, Мозаичная шайба из стекол 6Ва4 и Х-230 — квадратная со сторонами Р = 50 х 50 мм, толщиной 1 5 мм, Посажена на оптический контакт на подложку из стекла К8. Наружную поверхность шайбы полируют на плоскость под углом к

"внутренней" поверхности так, что Н = 1 мм, а h - 0,75 мм, Сборку погружают на 1 час в

0,15M-раствор соляной кислоты при температуре 50 С, Для равномерного протравливания канавок в шайбе ее опускают в кислоту постепенно, начиная с толстого края, со скоростью 4 мм/мин, После окончания травления шайбу промывают и высушивают, а затем в вакуумной камере на систему в сборке напыляют со стороны шайбы слой алюминия толщиной 10 мкм, Изготовленное таким образом устройство закрепляют в оправе-держателе.

На фиг. 1 схематически изображено устроиство в сборке до протравливания; на фиг. 2 — то же устройство после протравливания и нанесения отражающего покрытия.

1 — подложка из химически стойкого стекла, например, К8 или кварца, 2 — матрица из стекла 6Ва4, 3 — мозаичные элементы из стекла X-230, 4, 5 — отражающие покрытия, например, слои "алюминия, 6 - падающее излучение, 7 — излучение, отраженное от дна канавки и направленное в дифракцион1781657 ныи максимум, 8 — излучение, отраженное зультате надежность интерферометра поот наружной поверхности шайбы и направ- вышается, ленное в тот же дифракционный максимум. Поскольку разделительная среда (раэБлагодаря тому, что мозаичная структу- делительный слой перед "внутренней" реь которую дважды должно ра шайбы является регулярной, элементы 5 шеткой), сквозь которую ва матрицы 3 после травления и нанесения проходить излучение, отсутствует, то отсутич ния на ра очий диапазон отражающего покрытия 4 образуют дифрак- ствуют и ограничения на абоч ционную решетку. Другую решетку образу- спектра длин волн. Т.е. предложенный споют участки 5 на поверхности подложки 1, соб изготовления позволяетсоздатьус р ен я лучеи 7 и 8, отраженных от 10 ствосрасширеннойспектральнойобластью обеих решеток и идущих в дифракционные применения. максимумы одного и того же порядка, не- Кроме того, если при известном способе, сколько отличаются друг от друга, Различие каждое устройство должно изготовляться предложенный способ возникает из-за того, что лучи, отражающи- индивидуально, то п е л еся от решетки 5 из-за двукратного прохож- 15 позволяет, после укрепления шайб на поддения внутри канавок (или колодцев) ложках, полировать, протравливать и поВ приобретают дополнительный набег фазы. крывать отражающим с результате дифракционные максимумы 7 образцов одновременно, Т.е. создается возг товления идентичных образи оказываются сдвинутыми между собой. можность изготовле б

Накладываясь друг на друга, они создают 20 цов устройств партиями, интерференционные картины — интерфе- ия спосо а также видно, что, рограммы сдвига. Смещения в максимумах в отличие от известного способ азных по я ков о а изготовлер орядков различны, Т е. данное уст- ния, в предложенном отсутствует необходиройство позволяет получить одновременно мость в двукратном после о несколько инте фе ог амм с нтерферограмм с различными 25 нанесении слоев фоторезиста, двукратном величинами сдвигов волновых фронтов из- протравлива ив нии, двукратном напылении отлучения. Иначе говоря. устройство, изготов- ражающих покр рытии, что упрощает предлоленное предложенным способом, может. женный способ по сравнению с известным, работать как интерферометр сдвига с дифракционными решетками. Юстировка эле- 30 Ф о р м у л а б мула изо ретения ментов интерферометра -- решеток 1. Способ изгоговления отражательной осуществляется в процессе изготовления фазовой решетки, заключающийся в том, (травления) один раз и задается априори . что на полированной поверхности о д ражающеи поверхности шайбы (2- ки размещают разделительный слой и íà его

3) (углом клина). 35 наружную поверхность и на контактируюПридание поверхности шайбы формы щую с ним поверхность йодложки наносят поверхности вращения позволяет сконцен- смещенные одна относительно другой амптрировать отраженную энергию в опреде- литудные отражательные дифракционные ленных дифракционных максимумах и решетки, о т л и ч а ю щ и и ч ющиися тем,что,с у нт рферограммы с переменной 40 целью расширения спектральной области пол . В величиной сдвига по интерференционному применения и функциональных возмо жноог устроиства, а также упю. Вид поверхности задается конкрет-. стей изготовляемо о нойзадачей,для решения которой предназ- рощения про я процесса изготовления, начается изготовляемый прибор. разделительный с льный слои изготавливают в виде

45 шайбы с регулярной мозаичной структурой, Таким образом, предложенный способ выполненной как чередование химически изготовления фазовой ешетки п р ки позволяет, стоиких и химически нестойких элементов, в отличие от известного, создать устройство размещение р ние разделительного слоя на пос более Широкими функциональными воз- верхности подложки осуществляют и ем можностями, т путем

50 укрепления шайбы на поверхности подложБлагодаря тому, что все элементы этого ки на оптическом контакте или путем фиксиинтерферометрасдвигасобраны исоедине- рования шайбы по перимет клеем, ны как единое целое. его юсти овк ц л е. его юстировка упро- шлифуют и полируют наружную поверхы по периметру клеем, щается и с во ится д тся только к ность на плоскость или придают ей форму ориентированию относительно падающего 55 поверхности вращения, вытравливают хикие участки, а нанесение амизлучения. Отпадает необходимость во вза- мически нестойкие ча т имной юстировке элементов, B подстройке плитудных отражательных решеток в процессе эксплуатации. Остировка ока- осуществляютпутемодновременногонапызывается нечувствительнои к ви вибрациям, ления отражающего покрытия на наружную ударам, температурным перепадам. В ре- поверхность оставшейся матрицы и на по1781657

Составитель Ю.Дымшиц

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор Т,Иванова

Заказ 4273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 верхность подложки внутри протравленных участков.

2. Способ по п. 1, от л и ч а ю шийся тем, что шайбу в виде мозаичной структуры изготавливают из комбинации стекол 6Ва4 и Х-230. а травление производят в 0,1 +

0,2N-растворе соляной кислоты при 40-60 С.

З..Способ пои. 1, отл ича ю щи йс я тем, что шлифование и полирование поверхности шайбы на плоскость под углом производят под углом к поверхности контакта., 4. Способ по и. 3, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью однородного протравливания разновысоких канавок или колодцев, сборку погружают s травитель постепенно

5 начиная с толстого края шайбы, со скоростью Чл - Чт0/(Н вЂ” h), где Чл — скорость погружения, Чт — скорость травления химически нестойких элементов, 0 — размер устройства в направлении погружения, Н и h—

10 соответственно, толщины толстого и тонко-. го краев шайбы.