DD287108A5 - Verfahren zur herstellung von strahlungsfesten gitterstrukturen, insbesondere fuer holografische gitter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsfesten Gitterstrukturen, insbesondere fuer holografische Gitter. Die Erfindung ist anwendbar fuer holografische Gitterstrukturen in optischen Systemen mit hohen Lichtleistungen und als Praegematrize. Das erfindungsgemaesze Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dasz die mit einer leitenden Schicht versehene Oberflaeche einer Gitterstruktur eines in bekannter Weise hergestellten Gitters in eine schichtweise aufgebrachte Metallschicht invertiert wird. Das Aufbringen der Metallschicht erfolgt mittels eines galvanischen Bades in mehreren Arbeitsgaengen. Durch das beschriebene Verfahren wird eine Verbesserung der Strahlungsfestigkeit der Gitterstrukturen bei einem relativ geringen Streulichtanteil, hoeheren Zerstoerungsschwellen und besseren Moeglichkeiten der Anpassung und Variabilitaet der Strukturtiefen erreicht. Fig. 1{holografische Gitter, strahlungsfest; Invertierung; Metallschicht, gut leitend; galvanisches Bad}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung Ist anwendbar für Gitterstrukturen, insbesondere für holografische Gitter, die in optischen Systemen mit hohen Lichtleistungen eingesetzt werden, wie z.B. in Strahlführungssystemen für lithographische Prozesse oder laserinduzierte Kernfusion, aber auch in der Werkstoffprüfung und Materialkontrolle sowie für Effektbeleuchtung und als Prägematrize.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der Anwendung von Gitterstrukturen wird die disperse und die abbildende Wirkung dieser Bauelemente ausgenutzt. Daher werden Gitterstrukturen als disperse Elemente in Spektrometern, in Laserresonatoren zur Frequenzstabilisierung und Bandbreiteneinengung und zur abbildenden Optik eingesetzt.

Gitterstrukturen können mechanisch durch Ritzen, holografisch durch Einwirkung eines Interferenzstreifensystems auf eine

Fotoresistschicht und durch Ätzen über Masken hergestellt werdon.

Geritzte und geätzte Gitterstrukturen zerstören die Oberfläche des Gitterträgers und führen daherzu hohen Streulichtanteilen im gebeugten Licht. Holografisch hergestellte Gitterstrukturen haben Sinusprofile oder sinusähnliche Profile, die Oberfläche des Gitterträgers bleibt glatt. Der Streulichtanteil dieser Gitterstrukturen liegt zwei bis drei Größenordnungen unter dem der geritzten Gitterstrukturen.

Ein weiterer Vorteil der holografisch hergestellten Gitterstrukturen liegt darin, daß ζ. B. durch Wahl ihrer Furchentiefen und die Lage ihrer Strukturen ihre Eigenschaften beeinflußt werden können.

Ein Nachteil der holografischen Gitterstrukturen besteht darin, daß schon bei mittleren Strahlungsleistungen- etwa ab

2 r ~ eine Zerstörung der Rcsistschicht auftritt. Deshalb wurden Versuche unternommen, durch Aufbringen von

dielektrischen Schichten die Strahlungsfesiigkeit zu erhöhen.

(Siehe Ausführungen von L.A. Godfrey, Opt. Comm. 34(1980|108.) Die aufgezeigte Methode führt jedoch zu einer Verringerung der Beugungseffektivität. Die erreichte Strahlungsfestigkeit dieser Strukturen liegt etwas höher als bei geritzten Gitterstrukturen vergleichbarer Linienfrequenz.

Im langwelligen Spektralbereich (um ΙΟ,βμπι) sind strahlungsfeste Gitterstrukturen von YVCN-JOBIN, Firmenkatalog, beschrieben, die in Kup'jr- oder Stahlträger geritzt oder geätzt wurden. Der Streulichtanteil ist beträchtlich, v. iz& diese Me'.iiode im sichtbaren jnd insbesondere im kurzwelligen Spvvctralberoich nicht anwendbar ist.

in der DE-PS 2715089 ζ jm Anfertigen von Geldkarten wird eir, galvanisch hergestellter Metallabzug von Beugungsgittern kleiner Linienfrequenz (200 und 300 L/mm) aufgezeigt, der auf einen Metallstempel gelötet wird. Bei diesem Verfahren werden

keine besonderen Ansprüche an die Formtreue der invertiorten Gitterstruktur gestellt. Wesentlich ist nur die Erhaltung der Linienfrequenz. Dieses Verfahren kann zur Herstellung strahlungsfester Gitterstrukturen nicht übernommen werden, da die Formtreue der Oberfläche und der Gitterstrukturen selbst dabei nicht erhalten bleibt.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, insbesondere bei holografisch hergestellten Gitterstrukturen die Strahlungsfestigkeit zu verbessern. Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es möglicht, ohne Qualitätseinbußen bei der

überflächenbeschaffenheit und Beugungseffektivität sowie dem Streulichtverhalten die Strahlungsfestigkeit an Gitterst'.ukturenzu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit einer leitenden Schicht versehene Oberfläche einer Gitterstruktur eines in bekannterweise hergestellten holografischen Gitters in eine schichtweise aufgebrachte metallische Schicht guter Wärmeleitfähigkeit invertiert wird. Die einzelnen Verfahrensschritte sind folgende: Zum Aufbringen einer ersten metallischen Schicht wird das Gitter liegend, mit nach oben gerichteter Gitterstruktur in ein

galvanisches Bad getaucht. Durch die waagerechte Lage des Gitters werden unerwünschte Strömungskonturen auf der

Oberfläche der Schicht weitestgehend vermieden. Nach Aufbringen der ersten Schicht wird das Gitter in destilliertem Wasser

gespült und trockengeschleudert. Zur Verhinderung des Ablösens dieser ersten Schicht werden die Ränder am Gitterträgerversiegelt. Zum Aufbringen einer zweiten metallischen Schicht wird das Gitter mit der bereits beschichteten Seite nach oben ineinen Behälter gelegt und zusammen mit diesem erneut in das zwischenzeitlich sorgfältig gefilterte galvanische Bad getaucht.

Die Aufnahme des Gitters in einen Behälter bewirkt einen konstanten spezifischen Leitwert des galvanischen Bades über der Gitteroberfläche und damit ein gleichmäßiges Absetzen der metallischen Schicht. Auch diese Schicht wird mit destilliertem Wasser gespült und trockengeschleudert. Danach wird die Oberfläche dieser zweiten Schicht mit einem zweiten Träger, der eine

ebene Fläche aufweist, fest verbunden und in einem letzten Verfahrensschritt die erfindungsgemäß hergestellte Schicht vomersten Träger abgetrennt.

Als Werkstoffe für die metallische Beschichtung sind beispielsweise geeignet: für die leitende Schicht Silber oder Gold und als

erste und zweite galvanisch aufgebrachte Schicht Kupfer oder als leitende Schicht Silber oder Gold und als erste und zweite

Schicht Nickel. Das erfindungsgemäße Verfahren kann für Gitterstrukturen angewandt werden, die sich sowohl auf ebenen als auch auf

gekrümmten Flächen befinden.

Bei Gitterstrukturen auf gekrümmten Flächen ist vor Ausführung des beschriebenen Verfahrens eine Kopie von der Gitterstruktur

in bekannter Weise auf einer angepaßten Unterlage anzufertigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für Gitter aus elektromechanisch-wandelbarem Material anwendbar. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die angestrebte Strahlungsfestigkeit erreicht. Die erzielten Schichtdicken liegen bei ca. 30 pm. Darüber hinaus zeigen sich folgende weitore Vorteile:

- ein geringerer Streulichtanteil im Vergleich zu geritzten oder geätzten Gitterstrukturen,

- höhere Zerstörungsschwellen infolge der defektfreien glatton Oberfläche gegenüber geritzten Gittern,

- jessere Möglichkeiten der Anpassung und Variabilität durch die Wahl der Tiefe der Gitterstrukturen und ihres Verlaufes über den Träger,

- bessere Durchstimmbarkeit der Gitterkonstanten bei Erhalt der Beugungseffektivität und Streulichtfreiheit bei Verwendung von Gittern aus elektromechanisch-wandelbarern Material.

'Ausfuhrungsbeispiel

Die erfinderische Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1: ein Gitter in einem galvanischen Bad Fig. 2: eine versiegelte Gitterstruktur Fig. 3: den Aufbau für ein erfindungsgemäß hergestelltes Gitter mit erstem und zweitem Träger. Als Beispiel wird ein holografisch hergestelltes ebenes lineares Gitter G mit einer Furchendichte von 2100 Linien/mm, einem Durchmesser von 40mm und einem sinusförmigen Furchenprofil gewählt. Die Gitterstruktur GS wird in bekannter Weise auf

einen Träger T₁, beispielsweise aus Glas, aufgetragen und abschließend mit einer leitenden Schicht SL, im Beispiel Silber, versehen.

Die Dicke der Silberschicht beträgt ca. 100 nm. Erfindungsgemäß wird die auf diese Weise erhaltene Oberfläche der Gitterstruktur GS durch weitere Verfahrensschritte in eine

schichtweise aufgetragene Metallschicht guter Wärmeleitfähigkeit invertiert. Dabei sind die wesentlichsten Verfahrensschrittefolgende:

1. Aufbringen einer ersten Cu-Schicht S₍

2. Versiegeln dieser Schicht

3. Aufbringen einer zweiten Cu-Schicht S]

4. Abtrennen der invertierten Schicht

5. Nachbehandlung

In Fig. 1 ist das galvanische Kupfersulfatbad B mit dem darin befindlichen Gitter G dargestellt. Zum Aufbringen der ersten Kupferschicht Si wird das Gitter G liegend in das galvanische Bad B eingebracht. Durch die horizontale Lage werden unerwünschte Strömungsstrukturen auf der Oberfläche des Gitters G ausgeschlossen. Es wird ein gleichmäßiges Abscheiden der Kupferschicht S₁ erzielt. Die Kupferkatode K liegt an der leitenden Schicht SL an und ist mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Die Anode A liegt am Pluspol der Spannungsquelle an. Sie ist aus Reinstkupfer. Das zum Beschichten erforderliche galvanische Kupfersulfatbad B ist immer gleich und setzt sich wie folgt zusammen:

CuSO₁ 200 g H₂SO₄ 70g

C₆H₆OH 50ml

H₂O ad 11

Die Badtemperatur liegt zwischen 20 und 30°C

Die Abscheidung erfolgt ansteigend, und zwar

15Sbei100mA/dm' 15Sbei300mA/dm* 60 S bei 5A/dm²

Es wird eine Kupferschicht S_t von ca. 1 pm abgeschieden. Nach diesem Vorgang wird das Gitter G mit destilliertem Wasser gespült und trockengeschleudert.

Um ein Abrollen der Kupferschicht Si zu vermeiden, wird diese, wie in Fig. 2 dargestellt, am Außenrand des Trägers Ti versiegelt, im Beispiel durch Tauchen in flüssigtos Paraffin P. Es kann aber auch jedes andere, die Gitterstrukturen nicht angreifende Material verwendet werden.

Zum Aufbringen einer zweiten Kupferschicht S₂ wird das Gitter mit der Kupferseite nach oben, mit daran aufgesetzter Elektrode als Katode K in einen PVC-Behälter gelegt und mit diesem zusammen in das sorgfältig gefilterte galvanische Kupfersulfatbad B gebracht. Die Anode A befindet sich außerhalb des Behälters im Kupfersulfatbad B. Es ist darauf zu achten, daß der Behälter von ca. 1 bis 3cm des Sulfatbades B bedeckt ist.

Die Aufnahme des Gitters G in einen Behälter hat sich als zweckmäßig zur Realisierung eines konstanten spezifischen Leitwertes der Kupfersulfatlösung über der Oberfläche der Gitterstruktur GS erwiesen. Damit wird ein gleichmäßiges Absetzen der zweiten Kupferschicht S₂, verbunden mit guten Schichteigenschaften, erreicht.

In einer Zeit von 25min bei einer Stromdichte von 5 A/dm² wird eine Kupferschicht S₂ bis zu einer Dicke von 30μηι erziel:.

Die fertige Schicht wird abermals in destilliertem Wasser gespült und getrocknet.

Damit ist der Vorgang der Herstellung der strahlungsfesten Schicht selbst im wesentlichen abgeschlossen.

Um diese Schicht aber verwendungsgemäß einsetzen zu können, ist ein Ablösen vom Träger T₍ notwendig.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird im Beispiel dazu an die zweite Kupferschicht S₂ unlösbar ein weiterer Träger T₂ mit einer ebenen Oberfläche (^xto) befestigt und danach der Träger Ti, in dessen Schicht die Gitterstruktur eingebracht wurde, abgetrennt. Das unlösbare Verbinden des Trägers T₂ mit der zweiten Kupferschicht S₂ kann mit einem handelsüblichen Kleber Kl, wie EGK 19 oder EP 40 im vorgeschriebenen Mischungsverhältnis im Vakuum bei einem Druck von 10~³ bis 10~⁴ Torr vorgenommen werden.

Das Ablösen des Trägers T_t erfolgt beispielsweise durch Kühlen mit flüssigem Stickstoff.

Infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Glas und Kupfer löst sich der Träger T₁ von der Gitterstruktur GS.

In einer abschließenden Behandlung wird der überstehende Teil der zweiten Kupferschicht S₂ entfernt, der Rand geschlichtet und versiegelt (z. B. EKG). Die noch anhaftende Gitterstruktur GS wird mit einem Lacklösungsmittel entfernt. Das Gitter wird mit analysenreinem Lösungsmittel gespült und trockengeschleudert.

Zur Verbesserung der Beugungseffektivität wird auf die erfindungsgemäß hergestellte leitende Schicht SL nach bewährter Methode eine für den Arbeitswellenlängenbereich vorteilhafte Reflexionsschicht aufgedampft.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von strahlungsfesten Gitterstrukturen, insbesondere für holografische Gitter durch Anfertigen von Gitterkopien mittels galvanischer Verfahren, gekennzeichnet dadurch, daß die mit einer leitenden Schicht (SL) versehene Oberfläche einer Gitterstruktur (GS) eines in bekannter Weise hergestellten holografischen Gitters (G) in eine schichtweise aufgebrachte Metallschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit in der Weise invertiert wird, daß das Gitter (G) zum Aufbringen einer ersten Metallschicht (Si) liegend, mit nach oben gerichteter Gitterstruktur (GS) in ein galvanisches Bad (B) eingebracht und anschließend mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet wird, danach die Ränder dieser ersten Metallschicht (S₁) am Träger (Ti) des Gitters (G) versiegelt werden, dann zum Aufbringen einer zweiten Schicht (S₂) das nunmehr in einem Behältnis befindliche Gitter (G) erneut in das galvanische Bad (B) getaucht, abermals gespült und getrocknet, die Oberfläche dieser zweiten Schicht (S₂) unlösbar mit einem Träger (T₂) verbunden wird und abschließend ein Abtrennen der erfindungsgemäß hergestellten Schicht vom ersten Träger (Ti) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Werkstoffe für die Beschichtung beispielsweise für die leitende Schicht (SL) Silber, Gold oder Kupfer und als erste und zweite Schicht (Si und S₂) Kupfer oder Nickel gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß es sowohl für ebene als auch gekrümmte Gitterstrukturen einsetzbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß es für Träger aus elektromechanischwandelbarem Material einsetzbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unlösbare Verbindung der zweiton Schicht (S₂) mit dem Träger (T₂) beispielsweise durch Kleben oder Löten erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Werkstoff für die erfindungsgemäße Beschichtung beispielsweise als leitende Schicht (SL) Silber oder Gold und als erste und zweite Schicht (Si und S₂) Kupfer gewählt werden.