Способ изготовления фазовых дифракционных решеток, микроструктур и контактных масок
Владельцы патента RU 2702960:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) (RU)
Способ относится к оптическому приборостроению и может быть использован для создания дифракционных оптических элементов видимого и ультрафиолетового диапазона - линз Френеля, корректоров и др. Способ изготовления фазовых дифракционных решеток, микроструктур и контактных масок включает в себя магнетронное осаждение пленки молибдена на поверхность диэлектрической подложки, формирование топологического рисунка оптического элемента с последующей выдержкой в муфельной печи при температуре 500°С в течение 0,5-3,5 мин. Способ позволяет сократить продолжительность технологического цикла.
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 изготовления структур с субмикронными размерами по патенту DE №19544295 А1, опубл. 05.06.1997, МПК D01J 19/02, В23K 26/34, заключающийся в том, что на тонкопленочное титановые слои, напыленные на подложку из прозрачного материала, посредством растрового лазерного микроскопа воздействуют сканирующим лазерным излучением, что приводит к возникновению оксидных микроструктур титана. Полученную таким образом структуру можно использовать как микрорельеф либо как контактную маску для селективной передачи структуры в подложку.
Основным недостатком данного способа является несущественный рост высоты микрорельефа после окисления - менее, чем в 2 раза по сравнению с толщиной исходной пленки металла.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления амплитудных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур (патент RU 2556313 С2 от 14.06.2013, МПК G03F 7/00, G02D 27/42, опубл. 10.07.2015), включающий нанесение молибденовой пленки толщиной 35-45 нм на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием на нее сфокусированным лазерным излучением определенной плотности мощности, обеспечивающей полное удаление (абляцию) металлической пленки в зоне воздействия. Такую структуру можно использовать в качестве амплитудной решетки или контактной маски для изготовления фазового оптического элемента.
Основными недостатками данного способа являются большая продолжительность процесса окисления пленок при формировании контактной маски и сложность подбора режима окисления без абляции металла, особенно при применении круговых сканирующих лазерных систем.
Поставлена задача: сократить продолжительность технологического цикла при формировании контактных масок и снизить себестоимость изготовления фазового микрорельефа.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в способе изготовления амплитудных дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур, включающем нанесение пленки молибдена на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием сфокусированного лазерного излучения на пленку, согласно заявляемому изобретению, диэлектрические подложки с нанесенной на них пленкой молибдена после воздействия лазерного излучения выдерживают в муфельной печи при температуре 500°С в течение 0,5-3,5 мин, что позволяет упростить и ускорить процесс формирования фазового микрорельефа оптических элементов видимого и ультрафиолетового диапазона длин волн.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
На поверхность диэлектрической подложки методом магнетронного распыления в вакууме наносится слой молибдена толщиной не менее 15 нм. При толщинах, меньших 15 нм, возможно нарушение сплошности пленки. Верхняя граница толщины пленки определяется периодом микроструктур, рабочей длиной волны оптического элемента и, в целом, не превышает 100 нм. Затем пленка подвергается воздействию сфокусированного лазерного излучения, благодаря чему происходит локальное удаление молибдена и формирование топологического рисунка оптического элемента. После этого диэлектрическая подложка с нанесенным на нее слоем молибдена помещается в муфельную печь и выдерживается при температуре 500°С в течение 0,5-3,5 мин.
В результате термической обработки пленка молибдена окисляется, за счет чего ее толщина увеличивается и может достигать трехкратного значения. Время напыления пленки молибдена, плотность мощности лазерного луча определяются как конструктивными, так и конкретными технологическими параметрами изготавливаемого изделия. Для формирования топологического рисунка также пригодны литографические методы. Необходимо использовать подложки, не меняющие своих оптических свойств в широком диапазоне температур (например, кварц, стекло). Полученное изделие можно использовать как фазовый оптический элемент либо как контактную маску для селективной передачи микрорельефа в подложку.
Время выдержки диэлектрических подложек с нанесенной на них пленкой молибдена в муфельной печи определяет высоту микрорельефа. С увеличением времени одновременно с высотой микрорельефа растет шероховатость пленки, что является положительным эффектом, делающим соответствующие участки микроструктуры непрозрачными в случае сквозного окисления. Выдержка диэлектрической подложки с нанесенной на нее пленкой молибдена в муфельной печи свыше 3,5 мин приводит к резкому уменьшению высоты микрорельефа.
Максимальная высота наращенного слоя оксида металла определяется по формуле:
где μ - молярная масса; ρ - плотность; h - толщина (высота);
Me - металл; МехОу - оксид металла.
Способ изготовления фазовых дифракционных решеток, микроструктур и контактных масок, заключающийся в нанесении молибденовой пленки на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием на нее сфокусированным лазерным излучением, отличающийся тем, что диэлектрические подложки с нанесенной на них пленкой молибдена после воздействия лазерного излучения выдерживают в муфельной печи при температуре 500°C в течение 0,5-3,5 мин.
