Способ получения поверхностного рельефа в стекле

 

Использование: изготовление дифракционных оптических элементов различного назначения, широко используемых в ряде областей оптики, лазерной техники, оптического приборостроения. Сущность изобретения: наносят на поверхность стекла слой бихромированной желатины, получают рельеф на поверхности слоя и переносят рельеф в стекло путем ионной обработки, осуществляемой в две стадии в средах Ar и CF₃Cl.

Изобретение относится к технологии изготовления рельефных структур на поверхности оптических материалов, в том числе и стекла, и может быть использовано при производстве дифракционных оптических элементов (ДОЭ) различного назначения, составляющих элементную базу дифракционной оптики.

Известен способ получения рельефа на поверхности стекла [1] включающий нанесение слоя хромированного шеллака или фоторезиста СК-17 на поверхность стекла, получение рельефа на поверхности нанесенного материала и последующую ионную обработку в одной из сред: Ar, CF₄, CHF₂Cl, CF₃Cl, SF₆.

Недостатком такого способа является низкая светочувствительность указанных материалов масок, что ограничивает область их практического применения, особенно в крупногабаритной оптике.

Известен способ получения рельефа на поверхности стекла [2] включающий нанесение тонкой (толщиной 0,3-0,5 мкм) пленки сульфида мышьяка на поверхность стекла, получение голографическим способом рельефа на поверхности этой пленки, последующее термоокисление рельефной маски при 150-170^оС в течение 20-30 ч и ионную обработку в среде аргона в режиме: P 6 ˙10^-4 торр, V 4 кВ, I 80 мА (Р давление в вакуумной камере, V ускоряющее напряжение, I ток разряда).

Недостатком этого способа является его невысокая технологичность, из-за необходимости проведения дополнительной операции термоокисления рельефной маски в течение длительного времени. Длительное прогревание стеклянной подложки со слоем может привести к необратимому искажению формы поверхности, превышающему допустимый предел. При повышенных требованиях к качеству ДОЭ в определенных случаях это делает изготовление ДОЭ невозможным. Следует отметить также, что в процессе формирования маски операция проявления осуществляется в специально подобранных, не имеющих широкого распространения растворителях.

Предлагаемый способ имеет высокий уровень технологичности благодаря использованию маски из весьма распространенного материала, выгодно отличающегося простотой изготовления, а также отсутствию дополнительной обработки рельефной маски перед процессом ионного травления. Способ перспективен при переносе рельефа в стекло в случае малых глубин модуляции рельефа.

Предлагаемый способ получения поверхностного рельефа в стекле, заключающийся в том, что на поверхность стекла наносят слой материала, получают рельеф на поверхности слоя и осуществляют ионную обработку поверхности, отличается тем, что в качестве материала слоя выбирают бихpомиpованную желатину, а ионную обработку осуществляют последовательно в две стадии: в среде Ar до достижения поверхности стекла и в среде CF₃Cl до полного удаления слоя.

В предлагаемом способе перенос рельефа в стекло осуществляется путем последовательного травления в подобранных средах в особых условиях, а не путем травления с дополнительной обработкой маски.

Рельеф на поверхности защитной маски может быть сформирован разными способами: механическим, голографическим, методом вымывного рельефа после засветки через фотошаблон.

П р и м е р. На поверхность стекла (К-8, кварц) наносят слой бихромированной желатины (БХЖ) и голографическим способом по методикам [3-5] получают на поверхности слоя рельеф. Толщину слоя и глубину рельефа измеряют с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4. Контроль формы профиля осуществляют либо визуально на МИИ-4, либо по фотографиям интерферограммы рельефа, полученным с помощью микроинтерферометра.

Проводят ионную обработку полученной рельефной маски из БХЖ на вакуумной установке УРМ 3.279.029 с автономным источником ионов ИИ-4-0,15 типа "Радикал". Установка позволяет осуществлять травление материалов в инертных газах и различных активных средах.

Требовалось получить рельеф на поверхности стекла глубиной 0,14 мкм с синусоидальной формой профиля на пространственной частоте 100 лин/мм.

Для выполнения задачи задают следующие параметры маски, с учетом найденного в экспериментах коэффициента передачи рельефа для БХЖ, равного 0,7-0,8: толщину 0,8 мкм, глубину 0,20 мкм, форму профиля синусоидальную, пространственную частоту 100 лин/мм.

Проводят ионную обработку полученной рельефной маски из БХЖ в среде Ar в технологическом режиме Р 5 ˙10^-4 торр, V1,0 кВ, I 20 мА до достижения поверхности стекла, которое контролируют с помощью микроинтерферометра. Затем травление осуществляют в среде CF₃Cl в режиме Р5 ˙10^-4 торр, V 4,0 кВ, I 60 мА до полного удаления слоя БХЖ.

Измеряют глубину сформированного в стекле рельефа на микроинтерферометре. Значение глубины рельефа в стекле составляет 0,14 мкм. Форма профиля сохраняется синусоидальной, процесс ионной обработки не привел к искажению формы.

Заявляется двухстадийная ионная обработка поверхностного рельефа на БХЖ. Как было обнаружено, проведение ионного травления только в среде Ar или только в CF₃Cl, не позволяет получить поверхностный рельеф в стекле без существенных искажений его глубины и формы.

Эксперименты показали, что соотношение скоростей травления БХЖ и стекла в среде CF₃Cl равно 1,4-1,6 и является более предпочтительным по сравнению с Ar, где оно равно 9. Изначальное использование для ионной обработки среды CF₃Cl невозможно, так как в процессе травления слоя БХЖ происходит деградация профиля поверхности, выраженная в том, что элементы синусоидального профиля приобретают форму островытянутых конусов. Это объясняется более резко выраженной угловой зависимостью скорости распыления органических материалов в CF₃Cl по сравнению с инертным Ar. При обработке слоя БХЖ в среде Ar исходная топология поверхностного рельефа сохраняется. Однако большая разница скоростей распыления БХЖ и стекла в Ar делает перенос рельефа в стекло в среде Ar неэффективным, особенно при малом значении глубины рельефа. Если же обработку слоя БХЖ вести в среде Ar до достижения поверхности стекла, а затем перейти на обработку в среде CF₃Cl до полного удаления БХЖ, то форма профиля практически не претерпевает существенных искажений и сохраняется прежней.

В проведенных экспериментах был получен ряд образцов рельефа с сохранением формы профиля маски на поверхности стекла (К-8, кварц). Толщина слоя БХЖ менялась в пределах 0,54-1,34 мкм, глубина рельефа на поверхности БХЖ составляла 0,11-0,27 мкм. Значения коэффициентов передачи рельефа равны 0,7-0,8.

Предлагаемый способ получения поверхностного рельефа в стекле позволяет технологично достигнуть высокого качества переноса рельефа с поверхности маски в стекло.

Рельефная маска из БХЖ может быть изготовлена по известным технологиям. Возможности БХЖ позволяют использовать этот материал и в крупногабаритной дифракционной оптике.

Способ позволяет избежать дополнительной обработки рельефной маски перед проведением процесса ионной обработки и осуществить перенос рельефа в стекло практически без искажений. Это особенно важно в случае малых глубин модуляции рельефа. Применение же дополнительной (особенно термической) обработки рельефной маски может уменьшить глубину модуляции рельефа еще до процесса ионной обработки.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО РЕЛЬЕФА В СТЕКЛЕ путем нанесения на поверхность стекла слоя материала, получения рельефа на поверхности слоя и ионной обработки поверхности в срезе аргона, отличающийся тем, что в качестве материала слоя используют бихромированную желатину, а ионную обработку в среде аргона ведут до достижения поверхности стекла, после чего ведут обработку в среде CF₃Cl до полного удаления слоя.