Способ изготовления фазовых дифракционных микроструктур

Способ изготовления фазовых дифракционных микроструктур

Реферат

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 металлической микроструктуры по патенту RU №2528522 от 26.05.2010, опубл. 20.09.2014, МПК C25D 1/00, в котором на подложку с токопроводящим слоем наносят фоточувствительную смолу. Затем методом литографии в смоле создается топологический рисунок. Через открытые участки проводящей поверхности подложки гальваническим способом осаждают слой металла до верхней поверхности фоточувствительной смолы.

Недостатками данного способа являются наличие механической обработки наружной поверхности смолы с целью получения микроструктуры заданной высоты, а также возможность изготавливать только крупные элементы из-за низкого предельного разрешения смолы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления структур с субмикронными размерами по патенту DE 19544295 A1 от 28.11.1995, опубл. 05.06.1997, МПК D01J 19/02, B23K 26/34, заключающийся в том, что на тонкопленочные титановые слои, напыленные на подложку из прозрачного материала, посредством растрового лазерного микроскопа воздействуют сканирующим лазерным излучением, что приводит к возникновению оксидных микроструктур титана.

Основным недостатком данного способа является несущественный рост высоты микроструктуры после окисления - менее, чем в 2 раза по сравнению с толщиной исходной пленки металла.

Поставлена задача: сократить время технологического цикла и количество технологических операций, обеспечить необходимую высоту формируемых микроструктур и снизить себестоимость их изготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что в заявляемом способе микроструктуры формируются путем термического окисления пленки молибдена толщиной не менее 15 нм при температуре 450-550°C, что в отличие от трудоемкого ионно-реактивного способа травления позволяет упростить и ускорить процесс формирования микроструктур оптических элементов видимого и ультрафиолетового диапазона длин волн.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем. На поверхность диэлектрической подложки методом магнетронного распыления в вакууме наносится слой молибдена толщиной не менее 15 нм, чтобы не нарушить сплошность пленки. Верхняя граница толщины определяется необходимой высотой микроструктуры и обычно не превышает 100 нм. Затем в пленке любым способом формируется топологический рисунок оптического элемента. После этого образец помещается в печь и выдерживается при температуре 450-550°C. При температуре ниже 450°C процесс роста микроструктуры прекращается. При температуре выше 550°C оксид молибдена чрезмерно быстро испаряется и материал основания растрескивается.

В результате термической обработки пленка металла окисляется, за счет чего ее толщина увеличивается до трех раз. Необходимо использовать подложки, не меняющие своих оптических свойств в широком диапазоне температур (например, кварц, стекло). Полученное изделие можно использовать как фазовый оптический элемент, а также как контактную маску для селективной передачи микрорельефа в подложку.

Высота микроструктуры h зависит от времени выдержки в печи t и определяется по формуле:

где k_c - константа скорости химической реакции, R - универсальная газовая постоянная, C₀ - концентрация окислителя, E_a - энергия активации реакции окисления молибдена.

Пример. На стеклянные оптически гладкие подложки, размером 50×50×3 мм магнетронным способом наносятся пленки молибдена толщиной 70 нм. Затем подложки структурировались фотолитографическим способом. Фотошаблон выполнен в виде линейчатой решетки с переменным периодом. Затем образцы выдерживаются в муфельной печи при температуре 500°C. Зависимость высоты микроструктуры от времени выдержки приведена в таблице 1. Чрезмерное увеличение времени выдержки приводит к уменьшению высоты микроструктуры и появлению шероховатости. Исходя из того, что показатель преломления оксида молибдена составляет 3,7 в видимом диапазоне длин волн, полученные высоты (толщины) фазовой дифракционной микроструктуры позволяют решить большинство задач дифракционной оптики.

Способ изготовления фазовых дифракционных микроструктур, заключающийся в том, что на тонкопленочные титановые слои, напыленные на подложку из прозрачного материала, посредством растрового лазерного микроскопа воздействуют сканирующим лазерным излучением, что приводит к возникновению оксидных микроструктур титана, отличающийся тем, что на подложке с нанесенным на нее топологическим рисунком микроструктура формируется путем термического окисления пленки молибдена толщиной не менее 15 нм при температуре 450-550°С.