Способ управления процессом изготовления голографических дифракционных решеток

Союз Соеетскин Социапистицескин РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11) 587432 ВТОРСКОМУ СЭИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к(51) М 02 В 5/32 осударственный комитетСовета Министров СССРво делам изобретенийн открытий) Дат описания 16.01.7 лнкова 72) Авторы изобретения Л, В, Беляков, Д. Н, Горячев и О, М, Сресепи Ордена Ленинимени А. ф,ический инстит зико-фг 71) Заявител ПОСОБ УП ГОЛОГРАФ 4) ЛЕНИЯ ПРЕССОМ ИЗГОТОВЛЕНИСКИХ ДИфРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК 9 -фазовый сдвиг жении плоской воп ности решетки и п штрихов. Максима ние ДЭ, согласно пр озникаю ефной и ьный г ерхбинече%. от реп орциона жимое знно 33,ьно дост теории, равовления До очень максимапьчно вы е жа ги рельефа, об м травпени 25 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 опредепяется как отношение интенсивности света, откпоненйого решеткой в направлении дифракционного максимума К-го порядка (обычно 1-го порядка), к интенсив ности падающего на ДР света. Если пространственная частота ДР задается при ее изготовлении, то ДЭ сложным образом зависит от гпубины и профиля штрихов ДР и целиком определяется технологическим про цессом ее изготовления.В случае синусоидапьного профиля штрихов решетки ее ДЭ в первом порядке (и) равна квадрату функции Бесселя 1-го рода с индексом 1(Х,);т,е.тт,"- Х.19)., гдег Однако дпя изгот Р с новозможной ДЭ нужн то д р тьоптимальную гпубину рельефа. Недостаточная ипи избыточная глубина приводят к ухудшению свойств ДРе .Скорость образования репьефа при изготовлении ДР зависит от многих технопонеских факторов и не может быть опредепена заранее. Поэтому актуальной задачейявляется оперативный контропь глубины репьефа непосредственно в процессе изготовяения 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 разующегося при фотохимическо иполупроводников, неизвестны. Известны, однако, способы контроля глубины в процессе изготовления ДР другими, также голографическими, например косвенный способ 11контроля глубины репьефа, образующегося5пи нагреве предваритепьно экспонированногофототермоппаста, основанный на измерении копичества рассеянного света, попадающего нафотодетектор. Нагрев прекращается по достижении некоторого заданного уровня рассеянного1 Освета. При этом порог срабатывания испол-,нительного устройства подбирается экспериментально, путем проб,на аналогичныхобразцах.Недостатками этого способа являются:15отсутствие контроля на стадии экспонирования и отсутствие критериев дпя ее оптимизации; отсутсиве критеряев качества полученного рельефа,Ближайшим техническим решением к пред-оложенному явпяется.способ управпения процессом изготовления голографических,д ифракционных решеток 2 путем непрерывногоконтроля интенсивности дифрагированногосвета в процессе формирования поверхностно го рельеФа фотохимическим травлением ирегистрации времени достижения максимапьного значения.интенсивности дифрагированного светаФдс . Пока поверхность термоппастического 1 материала яладкая, без репье-.5 Офа, вспомогательный пуч отражается от неезеркально. При нагревании предваритепьноэкспонированной поверхности возникает отражение света в. направлении дифракционногомаксимума 1-го порядка. Этот сает регистрируется фотоприемником. Таким образом,регистрируется вепйчина, пропорционапьнаяДЭ. Недостатками этого способа явпяются; отсутствие контропя на стадии экспозиции, которая подбярается методом проб;невозможность определения момента достижения максимального эначеняя сигнапа до начала заметного уменьшения сягнапа я, спедоватепьно, невозможность прекращения процесса именно в тот момент времени, когда достигнута оптимапьная глубина репьефа.В процессе фотохимического травления попупроводняков первый из этих недостатков50 отсутствует,гек как экспонирование и фор-, мирование (вытравпивание) репьефа происходят одновременно. Однако экспериментальная проверка показана, что даже при прове 55 дении процесса травления строго до достижения максямума контрольного сигнала ДЭ полученных решеток составляет лишь8-12%, т. е. она ниже теоретически возможной в 3-4 раза. Это объясняется тем, что не учитывается искажение резупьтатов контроля ЙЭ, связанное с наличием на поверхности попупроводника слоя травитепи.Бель изобретения - получение максимальной дифракционной эффективности.Для достижения цели увеличивают время травления до величины 1 =1,1 И 1,дс , где И 4,показатель преломления света в, травитепе.Сущностью изобретеняя является учетискажений, вносимых условиями травлении в регистрируемую величину сигнала я установпение на этой основе критериев, позвошпощих остановить процесс точно по достижении максимального значения ДЭ.Экспериментально обнаружено, что йри продопженяи фотохимического травпеняя после достижения максимума контрольного сигнала ДЭ изготовленной решетки не только не уменьшается, но, наоборот, увепячявает ся и при опредепенной длительности травпе ния достигает величины 28-31%, т.е. вппотную приближается к теоретическому уровню (33,9%). Показано, что эта оптимапьиая длительность процесса практически пинейно зависит от показателя прелом пения. Еспя время достижения максимальной интенсивности контройьного сягнапа 1 принять за единицу, то время травпения до достижения глубины профили, /превышает это время вЬ 1 раз, где О -покаэатепь препомпения травитепя, а Ж коэффициент, учитывающий замедление скорости процесса в сиду ряда химических и оптических причин. Зкспериментапьно обнаружено, что наибопьшая ДЭ дифракционных решеток, изготавливаемых методом фотохимического травления, достигается при кщ 1,1.Предпагаемый способ управления процессом эготовдения дифракционных решеток позвопяет стабииъно . с высокой воспроизводитепьностью) изготавливать решетки с дифракционной эффективностью, достигающей 28-31%т.е. близкой к теоретической вели-, чине.фоРмУла изобретенияСпособ управления процессом изготовления голографических дифракционных решеток путем непрерывного контроляинтенсивности дифрагированного света в процессе Формирования поверхностного рельефа фотохимическим травлением и регистрации времени достижения максимапьного значения интенсив 1ности дифрагированного светаА, о тпичающийся тем,что,сцепьюполучения максимальной дифракционной эффективности, увеличивают время травления довеличины,1 "1,1 ь 1 ддд, где Й -покаватепь преломления света в травитепе. Источники информапии, принятые м внимание при експертипе;Составитель В, М. Мешаикни,Яедактор Т, Орловская Техред А. Богдан . Корректор Н. КовалеваЗаказ 130/35 Тираж Х ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/6филиал ППП Патент г. Ужгород, уп, Проектная, 4