Исследование технологии плазменного травления для получения многоуровневых дифракционных оптических элементов

На современном этапе существует большое количество технологий изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Например, технология литографического травления, технология на жидких фотополимеризующихся композициях, технология изготовления непрерывного профиля на низкоконтрастных фоторезистах и т.д. После изготовления первичной рельефной матрицы встает вопрос о тиражировании.

При тираживании ДОЭ, как правило, необходимо снимать промежуточную копию с обратным профилем рельефа. Для этой цели обычно используют термо или фотоотверждасмые композиции, полимеризующиеся по радикальному механизму. Фото-отверждаемые композиции, использовать удобнее, чем термоотверждаемые, т.к требуются меньшие временные затраты (процесс фотоотверждения можно провести в пределах 15 минут, в то время как термоотверждение, как правило, длится более суток).

Для копирования ДОЭ [1] нами использовались олигоэфиры со средней молекулярной массой (5004-1000). При этом было замечено, что обычное копирование на жидких олигомерах, сенсибилизированных к УФ, дает рябь на поверхности в пределах 0,14-1 мкм в зависимости от высоты копируемого рельефа (1-1 Омкм) - см. рис.1.

Практически бороться с этим явлением можно только, используя для копирования олигомеры с большей молекулярной массой, у которых усадка (контракция) снижена до 1% и менее.

В данной работе предлагается метод нейтрализации эффектов контракции при копировании ДОЭ. Суть состоит в использовании эффекта массоперс-носа в процессе экспонирования образца [2-4]. Достигается нейтрализация тем, что начальное экспонирование проводится через бинарный растр (в данном случае, при мощности УФ на Х=365 нм 1 мвт/см экспонирование через растр длилось 1 мин). Период растра связан с шириной минимальной зоны копируемого ДОЭ. Далее образец экспонируется тем же источником без растра. В итоге получается копия без ряби на поверхности (рис. 2).

Нейтрализация контракции объясняется следующим. В процессе экспонирования образца через растр область выделенной напряженной зоны разбивается на малые участки, размер которых определяется периодом растра, через который происходит начальное экспонирование. В пределах каждого участка (во время экспонирования через растр в начальный период и в период полной засветки без растра) идет процесс массопереноса и, таким образом, перераспределение внутреннего давления, а, следовательно, внутренних напряжении в пределах зоны. В данном случае также происходит процесс автоматического выравнивания внутреннего давления, т.к. реализуется процесс течения вещества. В процессе экспонирования через растр, выравнивание происходит как процесс возрастания объема в светлых участках (в отличии от тривиального случая копирования, когда объем в более светлых участках всегда становится меньше из-за контракции) за счет массопепечоса из темных участков

Рис, 1. Микрофотография фрагмента зоны ДОЗ Копия изготовлена обычным способом фотоотверу едения.

Увеличениех500

Рис 2. Микрофотография фрагмента эоны ДОЗ Копия изготовлена с использованием растра на начальном этапе фотоотверждения. Увеличение х 500

Таким образом, по окончании экспонирования через растр, мы имеем выделенную область ДОЭ, разбитую на зоны, определяемые черно-белым растром. В светлых местах имеем области уплотнения олигомера с повышенной конверсией, когда степень подвижности ограничена, но в то же время в этих зонах достаточно много вещества в жидкой фазе Таким образом, две ограничивающие слой поверхности сверху и снизу (2 подложки из стекла) после экспонирования через растр имеют сцепление только в местах локализации этих зон. При дальнейшей полной засветке без растра процесс полимеризации идет быстрее в бывших светлых зонах, где область давления уже была больше, в силу законов трехмерной полимеризации сетчатых олигоэфиров [5].

Следовательно, происходит стягивание ограничивающих поверхностей именно ’ ’бывшими” светлыми зонами. Так как в этих зонах локализуется достаточное количество жидкой фазы вещества, то происходит обратное движение олигомера или мас-соперснос в противоположном направлении тому, которое было в процессе экспонирования через растр. Таким образом происходит выдавливание ” лишней” жидкой фазы из '’бывших” светлых участков и заполнение ей ’’бывших” темных участков. В результате имеем эффект сглаживания внутренних напряжений при копировании рельефных поверхностей композициями с усадкой. Если объемная усадка не превышает 5т7% происходит практически идеальное копирование рельефной поверхности. В пределах разрешающей способности интерференционного микроскопа (0,03мкм) “ряби” на поверхности обнаружить не удалось.

Эффект сглаживания ясно виден при сопоставлении рис.1 и рис.2, на которых приведены микрофотографии поверхности одной зоны дифракционной линзы с высотой зон 10 мкм и шириной 300 мкм. Результаты дальнейших экспериментов показали, что для любых зон с периодом от 50 до 2000 мкм также происходит полное исчезновение “ряби”.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 96-15-96026)