CS214436B1

CS214436B1 - A method for producing a diffraction grating with a sinusoidal relief in a positive SCR 11 photoresist

Info

Publication number: CS214436B1
Application number: CS66581A
Authority: CS
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Vynález se týká způsobu výroby difrakční mřížky se sinusovým reliéfem v pozitivním fotorezistu SCR 11. Uvedený způsob zajišťuje lineární proces záznamu sinusového interferenčního pole, vytvořeného laserem (argonový, He-C<) o vlnové délce pro kterou je fotorezist citlivý. Mřížky mohou být realizovány na ploše několika desítek centimetrů a optimalizovány pro požadované vlnové pásmo. Geometrický rozměr mřížky může být až několik desítek centimetrů. Maximální hodnota difrakční účinnosti 30 až 33 %.The present invention relates to a method for producing a sinusoidal relief diffraction grating in a positive photoresist SCR 11. Said method provides a linear process of recording a sinusoidal interference field produced by a laser (argon, He-C <) with a wavelength for which the photoresist is sensitive. The grids can be realized over an area of several tens of centimeters and optimized for the desired waveband. The geometric dimension of the grid can be up to several tens of centimeters. Maximum diffraction efficiency of 30 to 33%.

Description

Vynález ее týká způsobu výroby difrakční mřížky ее sinusovým relieřem v pozitivním fotorezistuSCR 11. První úvahy o možnosti vytvářet difrakční mřížky záznamem interferenčního pole do vhodného materiálu publikoval již v roce 1927 A. A. Uichelson* Studios in Optics, Ghlcago University Prese, 1927· Experimentální tuto myšlenku ovéřil až v roce 1960 J. M. Burch* Research, 13 No· 2, 1960. Tehdy ještě nebyl к disposici výkonný zdroj koherentního sváti#· S objevem laseru, výkonného koherentního zdroje světla, byly splněny základní předpoklady к uskutečnění Michelsonových myšlenek. Mnohem později A. Labeyrie, J. Plamand* Optice Communlcation 16, No. 1, v r. 1969 a D. Rudollf a 0· Schmahl v r. 1970 (anglický patent 1206035) realizovali mřížky do vhodnějších záznamových materiálů jeko jsou dichromovaná želatina a fotorezisty. Takto vyrobené reliéfní difrakční mřížky vykazovaly nové kvalitativní vlastnosti oproti mřížkám mechanicky rytým do optických povrchů a v mnohých parametrech převyšovaly ryté mřížky.The invention ее relates to a method for producing a diffraction grating by a sinusoidal relief in a positive photoresistSCR 11. The first reflections on the possibility of creating diffraction gratings by recording an interference field into a suitable material were published in 1927 by AA Uichelson * Studios in Optics, Ghlcago University. only in 1960 JM Burch * Research, 13 No · 2, 1960. At that time, there was not yet a powerful source of coherent holy #. With the discovery of a laser, a powerful coherent light source, the basic prerequisites for the realization of Michelson's ideas were met. Much later A. Labeyrie, J. Plamand * Optice Communlcation 16, No. 1, p. 1, in 1969 and D. Rudollf and 0 · Schmahl in 1970 (English patent 1206035) implemented grids into more suitable recording materials such as dichromated gelatin and photoresists. The relief diffraction gratings thus produced exhibited new qualitative properties over grids mechanically engraved on optical surfaces and in many parameters exceeded the engraved gratings.

Expozicí interferenčního pole do pozitivního fotorezistu a dalším zpracováním této vrstvy je zaznamenáno toto pole jako modulace reliéfu. Podstatnou charakteristikou záznamu je převodní charakteristika, která vyjadřuje závislost hloubky odleptání vrstvy fotorezistu na plošné hustotě světelné energie (platí-li reciproční zákon u záznamového media) pro dané parametry dalšího zpracování. Při vhodném způsobu expozice a dalšího zpracování exponované vrstvy lze měnit tvar profilu reliéfního záznamu·Exposure of the interference field to a positive photoresist and further processing of this layer is recorded as a relief modulation. An essential characteristic of the recording is the conversion characteristic, which expresses the dependence of the etching depth of the photoresist layer on the surface density of light energy (if the reciprocal law applies to the recording medium) for given parameters of further processing. The shape of the relief profile can be changed by suitable exposure and further processing of the exposed layer ·

Prostorovou frekvenci interferenčních mřížek lze snadno řídit úhlem, který svírají dva interferující svazky s vlnovou délkou.The spatial frequency of the interference gratings can be easily controlled by the angle between the two interfering beams of wavelength.

Rozdělení intenzity interferenčního pole dvou rovinných vln má sinusový charakter.The distribution of the intensity of the interference field of two plane waves has a sinusoidal character.

Tvar profilu reliéfní mřížky podstatně ovlivňuje zejména jeden z nej důležitějších parametrů difrakční mřížky, a to difrakční účinnost· Předpokládá-li se, že h< λ , аД>Л , kde h je amplituda reliéfu mřížky, Λ periody mřížky a λ vlnová délka dopadající na mřížku, lze v?/jádřit difrakční účinnost reflexní difrakční mřížky v závislosti na profilu reliéfu mřížky, vlnové délce a úhlu dopadu v analytickém tvaru·In particular, one of the most important parameters of the diffraction grating, namely diffraction efficiency, significantly affects the shape of the relief grating profile. · If h <λ, аД> Л, where h is the amplitude of the grating relief, Λ grating periods and λ wavelength diffraction efficiency of reflective diffraction grating depending on grid relief profile, wavelength and incidence angle in analytical form ·

Pro obdélníkový symetrický profil je teoretická difrakční účinnost v i 1. řádu 40 %.For a rectangular symmetrical profile, the theoretical first order diffraction efficiency is 40%.

Pro sinusový profil je teoretická difrakční účinnost v - 1. řádu 33 %·For the sinusoidal profile, the theoretical first order diffraction efficiency is 33% ·

Vzhledem к tomu, že z fyzikálního hlediska není reálné vytvořit symetrický obdélníkový profil reliéfu, pak je nejvhodnější realizovat sinusový profil reliéfu. To však vyžaduje, aby převodní charakteristika byla alespoň v určitém rozsahu lineární·Since it is not physically realistic to create a symmetrical rectangular relief profile, it is best to realize a sinusoidal relief profile. However, this requires that the conversion characteristic be at least to a certain extent linear.

К výrobě mřížek se sinusovým profilem reliéfu byl patentován způsob podle francouzského patentu 7437484 a anglického patentu 1280625, který využívá předexpozioi konstantní světelnou intenzitou, aby užitečná expozice byla posunuta do lineární oblasti převodní charakteristiky· Nevýhodou tohoto způsobu je složitý postup předexpozice, dávkování konstantní světelné energie, obvykle z dalšího zdroje na příklad výbojky·French patent 7437484 and English patent 1280625 have been patented for producing sinusoidal relief grids, which utilize constant light intensity preexposure to shift the useful exposure to the linear area of the transfer characteristic. usually from another source such as discharge lamps ·

Výše uvedené nevýhody nemá způsob výroby difrakční mřížky se sinusovým reliéfem v positivním fotorezistu SCR 11, jehož podstata spočívá v tom, že po expozici vrstvy foto214 436 rezistu ' v sinusovém interferenčním' ’ poli vytvořeného argonovým He-Cd-laserem se dále vrstva zpracovává ve vývojce, tvořené vodním roztokem NaOH o konceetraci 0,5 až 2,5 %, s výhodou 1,5 %, při teploté 16 až 24 °C, s výhodou 21 °C, a dobš vyvolávání 10 až 50 sekund, s výhodou 30 sekund. Při způsobu podle vynálezu se optimlní arnppituda sinuaového reliéfu ho pro požadované vlnové pásmo s výhodou ureí ze vztahu h° » J”“ , načež maaimáání energie záření obou interferujících svazků se určí * pro optimlní amppitudu ho z . lineární převodní chaaaateeistiky. Vlnová délka Aodpovídá středu požadov váného vlnového pásma. Uvedený způsob zajiátuje, že převodní chaaaateeastika je linearizována už od nulové hodnoty plošné hustoty energie.The above-mentioned disadvantages have no method of producing a diffraction grating with a sinusoidal relief in a positive photoresist SCR 11, which is based on the fact that after exposure of the photo214 436 resist layer in the sinusoidal interference field created by the argon He-Cd laser comprising an aqueous solution of NaOH with a concentration of 0.5 to 2.5%, preferably 1.5%, at a temperature of 16 to 24 ° C, preferably 21 ° C, and a development time of 10 to 50 seconds, preferably 30 seconds. In the method according to the invention, the optimum sinusoidal relief for the desired waveband is preferably determined from the h-J, and then the radiation energy of both interfering beams is determined for the optimum amplitude. linear conversion chaaaateeistiky. Wavelength A Corresponds to the center of the desired waveband. Said method ensures that the conversion chaaaeasteastics is linearized from zero value of the area energy density.

Výhoda způsobu podle vynálezu je v tom, že je odstraněn složitý postup předesqnooice, vyžadující přesné dávkování světelné energie, obvykle z dalšího světelného zdroje na příklad výboj ky.An advantage of the method according to the invention is that the complex pre-diagnosis process, requiring accurate dosing of light energy, is usually removed from another light source, for example a discharge lamp.

Další přednootí způsobu podle vynálezu je jednodušší a snažší proces výroby ^frakční mížky se sinusovým reléfeem pro libovolné vlnové pásmo zejména pak v W-oUaasi spektra.Another advantage of the method according to the invention is the simpler and easier process of producing a sinusoidal relief fractionation grid for any wavelength band, especially in the W-oaasi spectrum.

Na při^í^ejenj^^^m obrázku je zobrazena závislost účinnoosi G)) reflexní difrakční mížky se sinusovým reléfeem vyrobené podle vynálezu ve foeoreziseu SCR 11 na vlnové délce. Spojité křivky OolPβují teoretickou závislost difrakční účinnosti mížky na vlnové délce pro ampOieudu sinusového reliéfu 41,3 nm a prostorovou frekvenci 600 čar/mm. Vyznačené body jsou pak naměřené hodnoty Uifaakční účinnoosi vyaobené mížky proReferring now to the figure, the sinusoidal reflective diffraction grating of the reflective diffraction grating made according to the invention in foil resision of the SCR 11 is depicted on the wavelength. OolPβ continuous curves depend on the theoretical dependence of the diffraction efficiency of the grating on the wavelength for the sinusoidal relief of 41.3 nm and the spatial frequency of 600 lines / mm. The marked points are then the measured values of the UIFAaction efficiency of the grating for

2 2 nultý, první i druhý řád (J_Q, J J a J₂). Výsledky měření se dobře shodní s teoretickýmiL křivkami, což dokazuje, že prooil vyrobené * mřížky je sinusový.2 2 zero, first and second order (J _Q , JJ and J ₂ ). The measurement results are well consistent with the theoretical L curves, demonstrating that the prooil of the produced grid is sinusoidal.

PříkladExample

Způsoby výroby difiakční mřížky se sinusovým reléfeem v pozitivním fotorezistu SCR 11 podle vynálezu byl experimentálně odzkoušen pri výrobě 10 ks reflexních mížek o ploše 30x35 mm* s prostorovou frekvencí 599,3 čar/nm - 0,7 čar/mm s ^Τι-ο! účinnoosi 30 až 33 % ve vlnovém pásmu 200 až 300 nm·Methods for producing a sinusoidal relief diffraction grating in a positive photoresist SCR 11 according to the invention have been experimentally tested in the production of 10 pieces of reflective grids with an area of 30x35 mm * with a spatial frequency of 599.3 lines / nm - 0.7 lines / mm. 30 to 33% efficiency in the 200 to 300 nm wavelength band

Bylo použito vývojky tvořené vodním roztokem * NaOH o koncennaaci 1,5 % při teplotě 21 °C a době vyvolání 30 sekund. Získané difrakční mřížky ш/Ií shodnou kvalitu s mížka/í, vyráběnými dosud známými postupy.A developer consisting of an aqueous solution of NaOH with a concentration of 1.5% at 21 ° C and a development time of 30 seconds was used. The diffraction gratings obtained have the same quality as the grating (s) produced by the known methods.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Production method ϋη-Ο! sinusoidal grating with SCR 11 photoresist, characterized in that after exposure of the photoresist layer in a sinusoidal interference array formed by an argon He-Cd laser the layer is further processed in a developer consisting of an aqueous solution of NaOH having a concealtion of 0.5 to 2.5%, preferably 1.5%, at a temperature of 16 to 24 ° C, preferably 21 ° C, and a developing time of 10 to 50 seconds , preferably 30 seconds.

2. Method of claim 1 vyznaluUící said optimum and / pOieuUa sinus relief H _Q

214 436 ~ for the desired wavelength center D is determined from the relation h _A ---—— · ₉ whereupon maxi ⁰ 3,412 m of laser energy of both interfering beams to reach the relief amplitude h _Q is further determined from linearized transfer characteristic ·