Спосіб виготовлення голографічних дифракційних граток

і С *83 для гтжЕВЧогп пгуіьіовдния экз СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТЖЕСНИХ РЄСПУБЛИН 1 (5О5 G 03 Н 1/18, G 02 В 5/32 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕГГННИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР ОПИС И АВТОРСКОМУ t ( 2 1 ) Д677674/25 (22) 11.04.89 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) П.Ф.Романенко, М.Т.Костышин, А.В.Стронский, И.И.Робур, И.З.Индутный, А.В.Лукин, Ф.А.Саттаров, Н.А.Кудр я в ц е в а , Ы.Б.Камардин и И.А.Кожннова (53) 7 7 2 . 9 9 ( 0 8 8 . 8 ) (56) Костьпиин М.Т. и д р . Запись высокочастотных . гологр-афических дифракционных решеток на светочувствительной системе As^S-e^ - As^Sз ~ Ag. - Квантовая электроника. Киев, Наукова думка, 1985, в . 2 3 , с . 9 0 - 4 5 . Авторское свидетельство СССР (* 1507071, кл. G 02 В 5/18, 1987. Изобретение относится к голографии и может быть использовано для изготовления голографических дифракционных решеток, голографических зеркал, их матриц и др. Целью изобретения является уменьшение уровня рассеянного света и повышение качества формы профиля штрихов дифракционных решеток. Способ осуществляют следующим образом,На очищенную поверхность подложки (из стекла, кварца, металла или органической пленки) наносят в ва5 кууме 2,5*10** - 4*10~ Па (или другим способом) адгезионный слой (ия хрома, марганца и д р . ) , затем слой трехселенистого мышьяка. Толщину, адгезионного слоя выбирают в интерва U а (54) СПОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ РШТГГПК (57) Изобретение относится к г о л о графии и п р е д н а з н а ч е н о для и з г о т о в ления голографических дифракционных решеток. Целью изобретения я в л я е т с я уменьшение уровня р а с с е я н н о г о с в е т а и повышение к а ч е с т в а формы профиля штрихов дифракционных решеток. Для р е а л и з а ц и и цели в к а ч е с т в е с е л е к т и в ного т р а в и т е л я используют р а с т в о р этилендиамина н диметилсульфоксида. ле от 5 до 100 нм, толщнну слоя трехселенистого мышьяка выбирают из условия обеспечения необходимой глубины модуляции решетки h/d ^ 0 , 3 - 0 , 4 , где h - высота штриха, a d - постоянная решетки. Исходя из этого толщину слоя трехселенистого мышьяка выбирают равной или несколько больше h. Затем подложку со слоями репляют в держателе голографической установки и экспонируют интерференционную картину (с пространственной частотой, выбранной в интервале 600 6000 м м ~ 1 \ образованную когерентными пучками лазерного излучения. В качестве источника лазерного излучения используют аргоновые, гелий-кадмиевые, гелий-неоновые н другие па~ N3 Сл 1625239 зеры. В процессе экспонирования в • местах облучения слоя трехселенистог о мышьяка происходят фотоструктурные превращения, приводящие К тому, что скорость травления облученных и Необлученных участков становится р а з личной (облученные участки чаще травятся медленней), а это позволяет в дальнейием вытравливать рельефные изображения. После экспонирования подложку со слоями погружают в раствор, содержащий этилендиамин, полученный после однократной перегонки 70%-ного водного раствора этилендиамина 15 (ТУ 6-09-147-70), и диметилсульфоксид (ТУ 6-09-3818-77). Время т р а в л е ния выбирают от нескольких десятков секунд и до нескольких десятков минут в зависимости от соотношения ком- 20 понентов раствора и толщины слоя трехселенистого мышьяка. С увеличением содержания в растворе этилендиамина скорость селективного травления в о з р а с т а е т . Например, в растворе, с о - 25 стоящем из 12 мас.% этилендиамина и 88 мас.% диметилсульфоксида, время травления (удаления) необлученного слоя трехселенистого мышьяка толщиной 340 нм составляет 46 с . Время травле- 30 ния t в зависимости от соотношения компонент раствора п находят из условия С - t o e x p (kn) , где t 0 - время полного стравливания слоя трехселенистого мышьяка в этилендиамине, к = 0,10, a n - отношение содержания компонент диметилсульфоксида к э т и лендиамину. Справедливость применения этой формулы для нахождения времени травления t в зависимости от соотношения содержания компонент раствора п была подтверждена экспериментально и было найдено значение коэффициента к которое оказалось ранным 0,10, После промывки и сушки на решетку 45 наносят отражающей покрытие (А1 или Аи, MgF^ и д р . ) . Таким образом получают высококачественные рельефно-фазовые решетки, работающие на отражение. Опыты показали, что решетки с высоким качеством получают тогда,когда для селективного травления берут р а створ , содержащим этилендиамин и ди~ метилсульАоксид при соотношении ингредиентов , указанном в предложенном 55 техническом решении. Использование раствора с сотержанием ингредиентов, выходящих за укатанные пределы, не обеспечивает получения решеток высокого качества и увеличения выхода годных из-за наличия дефектов на поверхности. Основой для предложенного технического решения послужили следующие факты, выявленные в процессе исследований. При селективном травлении слоя трехселенистого мышьяка в растворе, содержащем этилендиамин и этиловый спирт, на поверхности решеток остаются дефекты в виде "островков" и "комет", которые приводят к увеличению уровня рассеянного света решетки. Как показали опыты, это связано с тем, что скорости травления облученных и необлученных участков отличаются между собой лишь в 1,5-2,0 раза. Такой селективности раствора недостаточно для получения высококачественных дифракционных решеток. Были проведены поиски более селективных растворов для травления слоя трехселенистого мышьяка. Опыты показали, что раствор на основе этилендиамина и диметилсульфоксида обладает большей селективностью по отношению к облученным и необлученным участкам слоя трехселенистого мышьяка.Скорость травления > облученных участков зависит от экспозиции, при экспозиции, равной 0,5 Дж/см , скорость травления обпученных участков меньше скорости травления необлученных участков в 5-6 раз. Это может быть обусловлено• следующим. При облучении светом слоев As^Se^ может происходить фотохимическое разложение на элементарный мышьяк и селен + hV = 2 As 3St . Селективное травление (растворение) засвеченных и незасвеченных участков основано на различном способности этилендиамина давать соединения с этими различными веществами: A s 2 S e 3 , As, Se. При использовании растворов этилендиамина в раэтичных по химической природе органических растворителей (этиловом спирте или диметилсульфоксиде), будет иметь место, с одной стороны, изменение концентрации этилендиамина (растворимость его в этих растворах различна), а, с другой стороны, влияние природы химического растворителя. Если сравнивать полярность растворителей, то видно, 162S23P что у Дпметнлсульфоьсїїда она аымге, чем у этилового спирта. Это позволяет получать более качественную поверхность решеток (без "островков" и "комет"). Соотношение компонент раствора для селективного травления выбиралось исходя из следуюищх соображений: травление должно обеспечивать высо10 кое качество решеток (высокую дифракционную эффективность решеток после покрытия их Аі ^ 50-70%,отсутствие подрывов штрихов, отсутствие дефектов в виде "островков", "комет" и д р . ) ; 15 времена травления должны быть удобными для реализации способа. П р и м е р 1. На стеклянные полированные подложки (8 шт.) размером 70x70x10 мм 9 з вакууме 2 , 5 ' 1 0 ~ 3 П а последовательно наносился слой хр-ома толщиной 50 нм и слой трехееленистого мышьяка ( A s £ S e 3 ) , толшин-он ЗАО нм. Затем на систему слоев проектировали интерференционную картину, образованную двумя когерентными пу"ками излучения аргонового лазера (488 нм) с пространственной частотой 1350 мм"" . При энергетической освещенности, равной 1 --10"" * Вт/см*", время 30 экспозиции составляло 5 мин. После экспонирования четыре подложки со слоями погружали в растнор, содержащий этилендиамин (CH 2 ) Z (NH 2 ) Z и диметилсульфоксид (СН 9 1 2 SO со следующим со35 держанием ингредиентоп, мас.%: Этилендиамин 12* Диметилсульфоксид 88 Время травления составляло 46 с. После травления на поверхности реше40 ток не наблюдалось дефектов ("островков", "комет" и др.). Поверхность была однородной и качественной . Решетки затем покрывались в вакууме 2,5-10" Па слоем А1, толщиной 110 нм. Дифракционные эффективности четырех полученных решеток, измеренные по схеме близкой к Литтрова на длине волны, равной 680 нм, и S-полкричации (случай, когда элек50 трический вектор падающей волны располагался перпендикулярно штрихам решетки) в первом порядке дифракции составляли 70-75%. Четыре других решетки были обработаны согласно спо- 55 собу-прототипу. Лишь одна решетка была качественной. На поверхности остальных трех решеток наблюдались дефекты в виде "островков", "комет". Статистический подсчет выхода годных изделий с учетом резулітатов опытов данного примера и других аналогичных опытов показал, что по сравнению с прототипом он увеличился в 3 раза. П р и м е р 2. Слои готовились и экспонировались аналогично приведенным в примере 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружали в раствор, содержащий этнленднамнн (CHg)^(NH^) 2 и диметилсульфоксид (СН-) 2 §0 со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: Этилендиамин 45 Диме тиле ульфок сид 55 Нремя травления составляло 24 с . Поверхность всех четырех решеток была однородной и качественной. Дифракционные эффективности решеток, измеренные аналогично примеру 1, после покрытия слоем А1 составляли 72-76%. Четыре других решетки были обработаны согласно способу-прототипу. На поверхности всех этюс решеток наблюдались дефекты н виде " о с т ровков", "комет", ряби. Р плетки были низкого качества. Статистический подсчет выхода годных изделий с учетом результатов опытов данного примера и других аналогичных опытов показал , что по сравнению с прототипом он увеличился в 2,2 р а з а . П р и м е р 3. Слои готовились и экспонировались аналогично примеру 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружали в раствор, содержащим этилендиамин и диметилсульфоксид со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: Этилендиамин 21 Диметилсульфоксид 79 Нремя травления составляло 30 с . Поверхность всех четырех решеток была однородной и качественной. Дефектов на поверхности не на-блюдалось. Дифракционные эффективности полученных решеток, измеренные аналогично примеру 1, после покрытия слоем А1 Т Л Ч Н Й МО нм составляли /5-77%. О1Н О Из четырех других решеток, обработанных согласно способу-прототипу, лить две решетки были качественными, они содержали небольшое количество д е фектов на поверхности. Статистический подсчет выхода годных изделий с учетом результатов опытов данного примера и других аналогичных опытов по 1625239 казач» "то по сряян^нию с прототипом он увеличился в 2,5 р а з а . П р и м е р 4. Слон готовились к экспонировались аналогично примеру 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружали в раствор, содержащий этилендиамин и диметилсульфоксцд со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: 10 Этил ендиамин 8 Димєтилсульфоксид 92 Время травления составляло 70 с . Поверхность трех решеток была однородной и качественной, дефектов на поверхности не наблюдалось. Лишь на одной решетке наблюдались дефекты в виде ряби. Полученные решетки были покрыты слоем А1 толщиной 110 нм. Дифракционные эффективности решеток, 20 измеренные аналогично примеру 1 ? составляли 68~70%. Из четырех решеток, обработанных согласно способупрототипу, лишь одна решетка имела количество дефектов на по- 25 ( небольшое верхности. Остальные три были низкого качества. Статистический подсчет выхода годных изделий с учетом результатов опытов данного примера и других а н а л о г и ч н о ных опытов показал, что по сравнению с прототипом он увеличился в 2,3 р а за. П р и м е р 5. Слои наносились на подложки и экспонировались аналогично 35 примеру 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружали в р а створ, содержащий этилендиамин и димєтилсульфоксид со следующим соотноше идем ингредиентов, мас,%: Этилендиамин _ 5 Диметилсульфоксид 95 Время травления составляло 162 с . Поверхность решеток была однородной и качественной. Дефектов ("островков", *с "комет") на поверхности не наблюдал о с ь . Дифракционные эффективности полученых решеток после покрытия их слоем А1 составляли 75-78%. Четьіре других решетки были обработаны согласно 50 способу-прототипу. На поверхности всех этих решеток наблюдались дефек11 ты в виде "островков" н "комет . Статистический подсчет выхода годных изделии с учетом результатов опы--55 тов данного примера и других аналогичных опытов показал,что по сравнению е прототипом он увеличился в 2,0 р а з а . 8 П р и м е р 6. Слои наносились на подложки и экспонировались анаттогнчно примеру 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружались в раствор, содержащий этилендиамин и диметилсульфоксид го следующим со- ' отношением ингредиентов, мас.%: Этилендиамин 70 Диметилсульфоксид 30 Время травления составляло 23 с . Дефектов на поверхности не наблюдал о с ь . Поверхность всех решеток была однородной и качественной. Дифракционные эффективности полученных решеток, измеренные аналогично примеру 1, после покрытия их слоем А1 толщиной 110 нм составляли 73-75%. Из четырех других решеток, обработанных согласно способу-прототипу,лишь одна решетка была качественной, она имела небольшое количество дефектов на поверхности. Остальные три решетки были низкого качества. Статистический подсчет выхода годных изделий с учетом результатов опытов данного примера и других аналогичных опытов показал, что по сравнению с прототипом он увеличился в 1,8 раза. П р и м е р 7. Слои наносились и экспожировались аналогично примеру 1 . После экспонирования четыре подложки со слоями погружались в раствор, содержащий этилендиамин и диметилсульфоксид со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: Этилендиамин 84 Диметил сульфок сид 16 Время травления составляло 22 с . На поверхности всех четырех решеток наблюдались деЛекгы в виде "островк о в " , "комет". Дифракционные эффективности, измеренные как в примере І ( после покрытия слоем А1 толщиной 110нм составляли 46-48%. Четыре других р е шетки были обработаны согласно способу-прототипу. На поверхности всех решеток наблюдались дефекты в виде "островков", "комет", ряби. П р и м е р 8 . Слои наносились и экспонировались аналогично примеру 1. После экспонирования четыре подложки со слоями погружались в р а створ, содержащий этилендиамин и диметилсульфоксид со следующим соотношением ингредиентов, мас.%: Зтилендиамин 3 * t Диметилсульфоксид 97 І625239 10 Время травления составляло 439 с . тинное травление в растворе, содерПоверхность решеток была неоднороджащем этнлендиамин и растворитель ной, имела дефекты в виде ряби. Ли- • в течение времени С = zo e x p ( k n ) , где г - время полного стравливания фракционные эффективности полученных слоя трехселенистого мышьяка, к решеток, измеренные как и в примекоэффициент пропорциональности, опре 1, после покрытия слоем АІ тол^ ределяемый экспериментально, п - "отщиМой 110 нм составляли 38-40%. Ченошение содержания компонент раствотыре других решетки были обработаны рителя к этилендиамнну, нанесение согласно способу-прототипу. На всех 10 отражающего покрытия, о т л и ч а решетках наблюдались дефекты в виде ю щ и й с я тем, что, с целью умень"островков", ряби. шения уровня рассеянного света и повышения качества формы профиля Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я штрихов дифракционных решеток, в качества растворителя используют днСпособ получения голографииеских метилсульфоксид при следующем соотнодифракционных решеток, включающий шении компонентов, мас.%: нанесение на подложку адгезионного слоя, слоя трехселеннстого мышьяка, экспонирование интерференционной картины, образованной когерентными пучками лазерного излучения, селек Редактор Н.Коляда 20 Этилендиамин Диметилсульфокснд при этом к = 0,10, Составитель Е.Халатова Техред М.Дидык 5-70 30-95 Корректор Л.Патай Заказ 470/ДСП Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ИЭО35, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10?