Способ управления процессом изготовления голографических дифракционных решеток

 

Союз Советских

Социапмстимесккх

Республик

О Il И С А Н И Е !ii!587432

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (22) Заявлено 17.05.76 21)2359620/18-25 (51) М. Кл.

602 В 5/32 с присоединением заявки №

Тосударстоенный комитет

Co$BTB Мннистроа СССР

Ilo делам изобретений н открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.01.78. Бюллетень № 1 (53) УДК 772.99 (088.8) (45) Дата опубликования описания 16.01.78 (72) Авторы изобретения Л, В, Беляков, Д. Н, Горячев и О, М. Сресепи

Ордена Ленина физико- гехнический институт имени А. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕССОМ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ДИФРАК11ИОННЫХ РЕШЕТОК

Изобретение относится к технологии изготовления рельефных голографических решеток посредством фотохимического травле ния поверхности полупроводников и может быть испопьзовано при создании, например, 5 элементов интегралЬной оптики на попупроводниковых материапах.

Основными характеристиками дифракционной решетки (ДР) являются ее пространствен» ная частота (т. е. число пиний на 1 мм) 10 и дифракционная аффективность (ДЭ), которая опреденяется как отношение интенсивности света, отклоненного решеткой в направлении дифракционного максимума К-rî порядка (обычно 1-го порядка), к интенсив- 15 ности падаюшего íà llP света. Если пространственная частота ДР задается при ее изготовлении, то ДЭ сложным образом зависит от гпубины и профиля штрихов QP u ие-. ликом определяется технологическим про- 20 цессом ее изготовления.

В случае синусоидапьного профиля штрихов решетки ее l13 в первом порядке (и„) равна квадрату функции Бесселя 1-го рода с индексом 1(Х,);т,е.n,"- Х„(Ч), где 25

9 -фазовый сдвиг, возникаюший при отражении плоской волны от рельефной поверхности решетки и пропорциональный глубине штрихов. Максимапьно достижимое значение ДЭ, согласно теории, равно 33, 9%.

Однако дпя изготовления ДР с максимапьно возможной ДЭ нужно очень точно выдержать оптимальную гпубину рельефа. Недостаточная или избыточная глубина приводят к ухудшению свойств ДРе .

Скорость образования рельефа при изготовлении ДР зависит от многих технологинеских факторов и не может быть опредепена заранее. Поэтому актуальной задачей является оперативный контропь глубины репьефа непосредственно в процессе изготовнеJ ния ДР, позвопяюший управпять этим процессом, в частности> в нужный момент времени прекратить его. Эта задача оспожняется тем, что оптимальная глубина штрихов решетки составляет доли микрометра, и непосредственное измерение глубины затруднительно.

Способы контроля глубины рельефа, образующегося при фотохимическом травлении полупроводников, неизвестны. Известны, одмако, способы контроля глубины в процессе изготовления ДР другими, также голографическими, например косвенный способ )1) контроля глубины рельефа, образующегося

5 тфи нагреве предварительно экспонированного фототермоппаста, основанный на измерении ко пичества рассеянного света, попадающего на фотодетектор. Нагрев прекращается по достижении некоторого заданного уровня рассеянного о света. При этом порог срабатывания испол-, нительного устройства подбирается экспериментально, путем проб,на аналогичных образцах.

Недостатками этого способа являются:

15 отсутствие контроля на стадии экспонирования и отсутствие критериев дпя ее оптимизации; отсутсиве критеряев качества полученного рельефа.

Ближайшим техническим решением к пред- о ложенному является„способ управления процессом изготовления гонографических,д ифракционных решеток f2) путем непрерывного контропя интенсивности дифрагированного света в процессе формирования поверхностно-g5 го рельефа фотохимическим травлением и регистрации времени достижения максимапьного значенияi.èíòåíñaâíîñòa дифрагированного светаФ„ ис . Пока поверхность термопластического1материала яладкая, без репье-.5О фа, вспомогательный пуч отражается от нее зеркально. При нагревании предварительно экспонированной поверхности возникает отражение света в. направлении дифракционного максимума 1-го порядка. Этот свет реги- 55 стрируется фотоприемником. Таким образом, регистрируется велйчина, пропорциональная

ДЭ.

Недостатками этого способа являются: отсутствие контроля на стадии экспозиции, которая подбярается методом проб; невозможность определения момента достижения максимального эначеняя сигнала до начапа заметного уменьшения сигнала я, следовательно, невозможность прекращения процесса именно в тот момент времени, когда достигнута оптимальная глубина рельефа.

В процессе фотохимического травления полупроводняков первый из этих недостатков

50 отсутствует, гек как экспонирование и фор-, мирование (вытравпивание) рельефа происходят одновременно. Однако экспериментальная проверка показала, что даже при прове55 дении процесса травления строго до достижения максямума контрольного сигнала ДЭ полученных решеток составляет лишь

8-12%, т. е. она ниже теоретически возможной в 3-4 раза. Это объясняется тем, что не учитывается искажение результатов контроля ДЭ, связанное с наличием на поверхности попупроводника слоя травитепи.

11ель изобретения — получение максимальной дифракционной эффективности.

Для достижения цели увеличивают время травления до величины 1 =1,1 И 1,„д„с где И 4,показатель преломления света в, травитепе.

Сущностью изобретеняя является учет искажений, вносимых условиями травлении в регистрируемую величину сигнала я установление на этой основе критериев, позволяющих остановить процесс точно по достижении максимального значения ДЭ.

Экспериментально обнаружено, что йри продолжении фотохимического травленяя после достижения максимума контрольного сигнала ДЭ изготовленной решетки не только . не уменьшается, но, наоборот, увеличивает» ся и при опредепенной длительности травле ния достигает величины 28-31%, т.е. вплотную приближается к теоретическому уровню (33,9%). Показано, что эта оптимальная длительность процесса практически линейно зависит от показателя прелом пения. Есля время достижения максимальной интенсивности контройьного сигналами принять за единицу, то время травления до достижения глубины профиля,/превышает это время sin раз, где 8 -показатель препомпения травителя, а k коэффициент, учитывающий замедление скорости процесса в силу ряда химических и оптических причин. Экспериментально обнаружено, что наибольшая ДЭ дифракпионных решеток, изготавливаемых методом фотохимического травления, достигается при к 1,1.

Предлагаемый способ управления процессом изготовления дифракционных решеток позвопяет стабииьно .(с высокой воспроизводитепьностью) изготавливать решетки с дифракционной эффективностью, достигающей

28-31%„т.е. близкой к теоретической вели-, чине.

Фор мула изобретения

Способ управления процессом изготовления голографических дифракционных решеток путем непрерывного контропя интенсивности дифрагированного света в процессе формирования поверхностного рельефа фотохимическим травлением и регистрации времени достижения максимального значения интенсив1 ности дифрагированного света,5,,А, о тличающийся тем,что,сцепьюполучения максимальной дифракпионной эффективности, увеличивают время травления до величины, t 1,1 п1„ д д, где fl -покаватель преломления света в травитеие.

Источники информапии, принятые во внимание при експертипе..6

1. Патент США Ж 3730621, an. 3503,8, опубл. 1974. 2. Черкасов Ю. A. и др. Высокоравреаавшие фототермопластические дранки/2м

Всес. конф.:Бессеребряные и необычные фотографические процессы» Кишенев, 197 5, с. 41

Составитель В. М. Мешаикни, Йедактор Т. Орловская Техред А. Богдан . Корректор Н Ковалева

Заказ 130/35 Тираж Я Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/6

Филиал ППП Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4