EA027713B1 - Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра и его конструкция - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к технологии изготовления прецизионных оптических интерференционных фильтров, а именно к тонкопленочной технологии. Задачей изобретения является создание простого, надежного и технологичного многозонного оптического чип фильтра, имеющего широкие функциональные возможности и высокую технологичность способа изготовления. Поставленная задача решена тем, что способ изготовления многозонного оптического чип фильтра включает подготовку плоских материнских подложек, выполненных из оптически прозрачного материала, при которой на каждую материнскую подложку наносят метки, предназначенные для их совмещения в едином оптическом блоке, на поверхностях материнских подложек методом фотолитографии создают зоны для нанесения прозрачных и/или непрозрачных многослойных интерференционных покрытий, зону контроля за нанесением интерференционных покрытий и габаритные линии, проводят предварительную очистку каждой материнской подложки, наносят многослойные интерференционные покрытия, контролируя их нанесение, проводят окончательную очистку и высушивание каждой материнской подложки; после чего подготовленные материнские подложки совмещают друг относительно друга по всем меткам и склеивают между собой в единый оптический блок с помощью оптически прозрачного клея, затем разделяют оптический блок по габаритным линиям на многозонные оптические чип фильтры. Заявлена также конструкция многозонного оптического чип фильтра.

Description

Настоящее изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к технологии изготовления прецизионных оптических интерференционных фильтров, а именно к тонкопленочной технологии, и может быть использовано для изготовления различных оптических устройств, фильтрующих спектр излучения, например, в астрономии, в спектральных и космических исследованиях.

В настоящее время известно большое количество оптических фильтров, изготовленных по тонкопленочным технологиям и описанных, например, в авторском свидетельстве [1] и в патенте Российской Федерации [2].

В указанных источниках описаны интерференционные оптические фильтры, содержащие плоскую оптически прозрачную подложку, несущую на своей поверхности многослойные интерференционные покрытия различной конструкции. Интерференционные покрытия выполнены из чередующихся слоев с разными показателями преломления. Слои нанесены напылением или осаждением из раствора.

При этом спектральные диапазоны пропускания и поглощения обеспечиваются конструкцией интерференционных покрытий и оптическими свойствами подложки, на которую покрытия нанесены.

В настоящее время требуется создание оптических систем различных конструкций, обеспечивающих избирательное отражение в нескольких участках спектра при сохранении прозрачности вне указанных участков. Это усложняет конструкцию конечного изделия и, как следствие, приводит к сложности его изготовления.

В частности, известен аналог как заявляемому многозонному оптическому чип фильтру, так и способу его изготовления, описанный в патенте Российской Федерации [3]. В данном источнике описана конструкция фильтра с несколькими полосами пропускания лазерного излучения. На обеих сторонах прозрачной подложки расположены многослойные интерференционные покрытия.

Интерференционные покрытия состоят из чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления и являются трехкомпозиционными.

Первая композиция нанесена на внутреннюю горизонтально ориентированную сторону подложки и отражает лучи в области 510-540 нм, пропуская их в области 470-505 и 545-620 нм.

На второй, внешней стороне подложки, последовательно чередуясь, расположены две другие композиции: вторая композиция с отражением лучей в области 635-740 нм и пропусканием в области 470620 нм, а третья композиция - коротковолновый отрезающий фильтр с отражением лучей в области 380460 нм и пропусканием в области 470-620 нм.

Во все три интерференционные композиции для обеспечения требуемых оптических свойств на некоторые границы композиций нанесены дополнительные оптические слои.

Технологический процесс изготовления светофильтра состоит из очистки подложек перед нанесением интерференционных покрытий, прогрева подложек и в последовательном нанесении интерференционных слоев в соответствии с расчетом.

Для нанесения слоев используют вакуумную установку с электроннолучевым испарителем. Контроль напыления осуществляют спектрометрическим методом.

Наиболее близкий аналог (прототип) как заявляемого многозонного оптического чип фильтра, так и способа его изготовления описан в патенте США [4].

В данном источнике описана конструкция составного оптического фильтра с несколькими спектральными зонами пропускания падающего излучения.

На одной из поверхностей плоской оптически прозрачной подложки сформировано основное сплошное многослойное интерференционное покрытие. На другой или на той же поверхности подложки размещены две дополнительные неперекрывающиеся и параллельные интерференционные зоны разной конструкции, которые чередуются друг с другом и обеспечивают строгое пространственное разделение спектральных зон фильтра и спектральное дифференцирование их характеристик.

Параллельные зоны расположены либо встык друг к другу, либо на расстоянии друг от друга. Ширина параллельных зон варьируется. При этом одна из зон способна пропускать только один из интересующих диапазонов, и отражает все остальные, в то время как вторая зона способна пропускать второй из интересующих диапазонов, отличающийся от первого, и отражать все остальные.

Каждая из упомянутых зон является зоной с многослойным интерференционным покрытием, которое сформировано чередующимися слоями с высоким и низким показателями преломления.

Способ изготовления оптического фильтра по вышеописанному патенту включает в себя формирование всех интерференционных зон с применением метода фотолитографии.

Согласованное расположение параллельных интерференционных зон осуществляют с использованием специальных меток, нанесенных на внутреннюю поверхность каждой подложки любым из известных способов: скрайбированием, травлением, окраской и т.д.

Для нанесения оптических покрытий используют различные методы, причем в зависимости от стадий производственного процесса могут быть использованы разные методы нанесения многослойных интерференционных покрытий.

При этом в процессе нанесения тонкопленочных оптических покрытий осуществляют контроль их толщины.

- 1 027713

Недостатками указанных устройств и способов являются:

использование для изготовления оптического фильтра одной подложки, что приводит к сложности конструкции наносимых интерференционных покрытий и контроля границ выделяемых диапазонов спектра;

низкая технологичность процесса изготовления оптического фильтра из-за увеличения количества возможных ошибок в процессе формирования интерференционных и спектральных зон;

нанесение на одну подложку большого количества основных, дополнительных фильтрующих покрытий и соединительных слоев между ними либо увеличение их оптической толщины для достижения требуемых эксплуатационных свойств может привести к нарушению плоскостности подложек.

Для упрощения конструкции формируемых интерференционных и спектральных зон и сохранения высокой технологичности процесса производства оптических фильтров в их конструкцию вводят дополнительные подложки. При этом появляется необходимость совмещения подложек между собой с минимальным уровнем погрешности, т.к. необходимо достичь максимального совпадения границ соответствующих интерференционных зон, сформированных на поверхностях различных подложек, при их сборке в единое оптическое устройство.

Задачей настоящего изобретения является создание простого, надежного и технологичного многозонного оптического фильтра, имеющего небольшие габариты, широкие функциональные возможности и высокую технологичность способа его изготовления.

Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления многозонного оптического чип фильтра путем разделения единого оптического блока, включающего подготовку по меньшей мере двух плоских материнских подложек, выполненных из оптически прозрачного материала и входящих в состав единого оптического блока, при котором на каждую материнскую подложку наносят метки, предназначенные для совмещения и центрирования материнских подложек при их соединении в единый оптический блок; по меньшей мере на одной горизонтально ориентированной поверхности одной материнской подложки методом фотолитографии создают чистые зоны, предназначенные для нанесения прозрачных и/или непрозрачных многослойных интерференционных покрытий, зону, предназначенную для контроля за нанесением многослойных интерференционных покрытий, и габаритные линии; проводят предварительную очистку каждой материнской подложки единого оптического блока перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий; осуществляют нанесение многослойного интерференционного покрытия по меньшей мере на одну горизонтально ориентированную поверхность каждой материнской подложки; осуществляют контроль за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки через зону контроля; осуществляют окончательную очистку и высушивание каждой материнской подложки перед их склеиванием в единый оптический блок; совмещают и центрируют друг относительно друга вес подготовленные материнские подложки по всем меткам, выполненным на каждой подложке, и склеивают между собой в единый оптический блок с помощью оптически прозрачного клея; проводят разделение единого оптического блока на многозонные оптические чип фильтры по габаритным линиям, сформированным по меньшей мере на одной горизонтально ориентированной поверхности по меньшей мере одной материнской подложки, входящей в состав единого оптического блока.

Кроме того, в способе изготовления многозонного оптического чип фильтра часть каждой, отдельно взятой материнской подложки, выполненной из оптически прозрачного материала, входит в состав многозонного оптического чип фильтра, а контроль за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки осуществляют еще и в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий, причем, при необходимости, такой контроль осуществляют оптическим методом, например, с помощью монохроматора.

При этом зону контроля размещают, как правило, в центре по меньшей мере одной горизонтально ориентированной поверхности каждой материнской подложки.

В способе изготовления многозонного оптического чип фильтра нанесение многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки осуществляют методом вакуумного напыления, который проводят при температуре подложки не выше 120°С.

Причем предварительную очистку каждой материнской подложки перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий осуществляют пучком ионов в вакуумной камере, и/или химическим раствором, в качестве которого используют раствор изопропилового спирта и ацетона, и/или сжатым инертным газом, в качестве которого используют аргон или азот.

При этом для окончательной очистки каждой материнской подложки используют раствор диметилформамида.

В результате использования вышеописанного способа получают устройство, предназначенное для решения поставленной задачи.

Многозонный оптический чип фильтр, полученный путем разделения единого оптического блока и выполненный по пп.1-14, состоящий по меньшей мере из двух плоских чип подложек, выполненных из прозрачного оптического материала и склеенных между собой посредством оптически прозрачного клеевого состава, в котором горизонтально ориентированные поверхности чип подложек снабжены интер- 2 027713 ференционными зонами, которые размещены по меньшей мере на одной из горизонтально ориентированных поверхностей каждой чип подложки чип фильтра и образуют по меньшей мере две спектральные зоны, предназначенные для пропускания и отражения светового излучения, в котором границы интерференционных зон, размещенные на одной горизонтально ориентированной поверхности чип подложки, выполнены на расстоянии друг от друга; границы интерференционных зон, размещенные на одной горизонтально ориентированной поверхности чип подложки, выполнены встык друг к другу; интерференционные зоны, выполненные на горизонтально ориентированных поверхностях чип подложек, образуют спектральные зоны чип фильтра разной конструкции; при этом количество интерференционных зон на верхней и нижней горизонтально ориентированных поверхностях каждой из чип подложек может быть различным.

В многозонном оптическом чип фильтре все чип подложки, входящие в состав чип фильтра, выполнены из идентичного материала, а допустимая погрешность между границами интерференционных зон, выполненных встык друг к другу, составляет не более 10 мкм.

Кроме того, в многозонном оптическом чип фильтре, на одной из горизонтально ориентированных поверхностей одной из чип подложек, размещена непрозрачная интерференционная зона, которая входит в состав всех спектральных зон чип фильтра и образует зону черной маски, предназначенную для разделения спектральных зон чип фильтра друг от друга и для формирования контура чип фильтра, причем неравномерность покрытий в интерференционных зонах на чип подложках составляет не более 0,5%.

В результате получают чип фильтр с высокой надежностью и технологичностью. При этом высоко технологичным является как само изделие, так и его составляющие элементы, которые обеспечивают заданные эксплуатационные свойства чип фильтров. Конструкция спектральных зон фильтра характеризуется совершенством конструкций интерференционных зон, входящих в состав изделия, и простотой их компоновки.

На чертежах представлены примеры реализации заявленного изобретения.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение двухзонного оптического чип фильтра в поперечном разрезе.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение горизонтально ориентированной поверхности материнской подложки после фотолитографии.

На фиг. 3 представлены итоговые графики спектральных характеристик двухзонного чип фильтра, изготовленного в соответствии с фиг. 1.

На фиг. 4 представлено схематическое изображение трехзонного оптического чип фильтра в поперечном разрезе.

На фиг. 5 представлены итоговые графики спектральных характеристик трехзонного чип фильтра, изготовленного в соответствии с фиг. 4.

Для описания сущности настоящего изобретения, включающего способ изготовления многозонного оптического чип фильтра и его конструкцию, использованы следующие термины:

материнская подложка - пластина из прозрачного оптического материала, на большие, горизонтально ориентированные, поверхности которой наносятся многослойные интерференционные покрытия;

чип подложка - часть пластины из прозрачного материала, выделенная из материнской подложки, на горизонтально ориентированных поверхностях которой сформированы интерференционные зоны;

единый оптический блок - склеенные между собой материнские подложки, на которых нанесены метки, предназначенные для совмещения и центрирования материнских подложек при их соединении друг с другом в единый оптический блок, и на которых сформированы интерференционные зоны, зоны контроля, габаритные линии;

многозонный оптический чип фильтр - готовое изделие, заданного размера с заданными спектральными характеристиками, полученное путем разделения единого оптического блока;

интерференционные зоны - зоны на горизонтально ориентированных поверхностях подложек, сформированные фотолитографией, с нанесенными многослойными интерференционными покрытиями;

зона черной маски - интерференционная зона, сформированная на одной поверхности одной подложки с многослойным отражающим интерференционным покрытием, с помощью которой отделяют друг от друга спектральные зоны и формируют контур чип фильтра;

чистые зоны - свободные от фоторезиста зоны на поверхности материнских подложек, предназначенные для нанесения на них многослойных интерференционных покрытий;

спектральные зоны - области в готовом чип фильтре, имеющие определенную конструкцию и обладающие определенными оптическими свойствами, сформированные из интерференционных зон нескольких подложек;

зона контроля - чистая зона, сформированная фотолитографией на поверхности каждой материнской подложки и предназначенная для контроля за нанесением многослойного интерференционного покрытия;

габаритные линии - линии, сформированные фотолитографией и интерференционными покрытиями и служащие для разделения единого оптического блока на многозонные оптические чип фильтры.

На фиг. 1 представлена конструкция многозонного оптического чип фильтра, изготовленного на

- 3 027713 двух плоских чип подложках 1 и 2.

Эти чип подложки прозрачны для светового излучения и соединены между собой прозрачным клеевым составом 3.

В оптическом чип фильтре описываемой конструкции сформированы две спектральные зоны А и В.

На наружной горизонтально ориентированной поверхности чип подложки 1 размещены две интерференционные зоны 4 и 5, выполненные встык, размеры которых соответствуют размерам спектральных зон А и В.

На внутренней, горизонтально ориентированной поверхности чип подложки 1, выполнена одна интерференционная зона 6, которая перекрывает интерференционные зоны 4 и 5, размещенные на внешней поверхности чип подложки 1, и является общей для спектральных зон А и В.

В соответствии с предложенной конструкцией чип фильтра внутренняя, горизонтально ориентированная, поверхность подложки 2, ориентированная в склейку, оставлена без интерференционного покрытия, а на ее другой, внешней, поверхности выполнены две интерференционные зоны 7 и 8.

При этом размеры интерференционных зон 7 и 8 соответствуют размерам интерференционных зон 4 и 5 и размерам спектральных зон А и В соответственно.

Заявленный способ изготовления многозонного оптического чип фильтра осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций:

выбора материнских подложек, нанесения меток на материнские подложки, фотолитографии, предварительной очистки материнских подложек, нанесения интерференционных покрытий на материнские подложки, контролирования процесса нанесения покрытий на материнские подложки, окончательной очистки, сушки и хранения материнских подложек, склеивания подготовленных материнских подложек в единый оптический блок, разделение оптического блока на чип фильтры.

1. Выбор подложек.

Каждую плоскую материнскую подложку размером, например, 100x100x1 мм, изготовленную из оптически прозрачного материала, например из стекла К108, перед сборкой в единый оптический блок обрабатывают по отдельности. При этом все используемые в едином оптическом блоке материнские подложки выполнены из идентичного материала и имеют одинаковый размер.

2. Нанесение меток.

После выбора материнских подложек для формирования единого оптического блока на каждую из них наносят метки, которые в дальнейшем используют для совмещения и центрирования материнских подложек друг относительно друга при их сборке в единый оптический блок.

Метки могут быть нанесены любым известным способом, например механическими или химическими методами, красящими составами, фотолитографией.

В случае изготовления двухзонного чип фильтра, представленного на фиг. 1, такими метками служат разноразмерные базовые срезы, которые выполняют на углах каждой материнской подложки.

Базовые срезы служат для обеспечения незначительных отклонений при склейке, что могло бы привести к эффекту смазывания границ спектральных зон фильтра.

3. Фотолитография.

Для прецизионного формирования на горизонтально ориентированной поверхности материнской подложки зон различного назначения применяют стандартный процесс обратной фотолитографии, известный из микроэлектроники [5].

Процесс включает в себя такие шаги, как нанесение фоторезиста, сушку, экспонирование, проявление, задубливание.

На фиг. 2 представлено изображение горизонтально ориентированной поверхности материнской подложки после фотолитографии с базовыми срезами 9.

На поверхности материнской подложки методом фотолитографии образована фоторезистивная маска 10, с помощью которой сформированы различные свободные от фоторезиста зоны.

Например, чистые зоны 11, на которые затем наносят многослойные прозрачные и/или непрозрачные интерференционные покрытия, зона 12 контроля, предназначенная для контроля за нанесением многослойных интерференционных покрытий, а также габаритные линии 13, которые после соединения подготовленных материнских подложек в единый оптический блок служат направляющими для выделения из единого оптического блока оптических чип фильтров.

Такое выделение чип фильтров из блока осуществляют путем разделения единого оптического блока по габаритным линиям 13, нанесенным на материнские подложки.

Поскольку фоторезистивная маска обладает малыми отклонениями размеров и конфигураций ее элементов от заданных, это привносит минимальное количество дефектов в изготовление фильтров и обеспечивает их высокое качество.

Кроме того, использование метода фотолитографии предусматривает возможность изготовления

- 4 027713 фоторезистивной маски заданной толщины, которая при изготовлении интерференционных зон, из-за отсутствия при нанесении покрытий затенения, обеспечивает лучшее качество их границ.

Использованием фотолитографии при формировании интерференционных зон 4 и 5, 7 и 8 соответственно, выполненных встык друг к другу, обеспечивают погрешность между границами интерференционных зон не более 10 мкм.

4. Предварительная очистка.

Затем материнскую подложку с образованными свободными от фоторезиста зонами 11-13, т.е. с фотолитографической маской 10, отправляют на предварительную очистку.

Многослойные интерференционные покрытия должны иметь хорошую адгезию к материнской подложке. Даже мельчайшие посторонние частицы по своим размерам соизмеримые с толщиной каждого слоя интерференционных покрытий могут оказывать существенное влияние на их качество. Кроме того, загрязнения могут химически взаимодействовать с материалами наносимых слоев.

Поэтому при изготовлении фильтров одним из важнейших условий обеспечения качества является чистота материнской подложки, особенно в чистых зонах 11, предназначенных для нанесения многослойных интерференционных покрытий.

Для выбранного типа материнских подложек применяют многоступенчатую предварительную очистку.

Вначале их очищают водной суспензией оптического полирита Т:Ж=1:10, после чего обезжиривают в растворе 5-10% ХЧ изопропилового спирта С₃Н₈О и 90-95% ХЧ ацетона С₃Н₆О. Для удаления абсорбированных микрочастиц производят обдув материнской подложки потоком сжатого инертного газа аргона или азота.

Непосредственно перед процессом нанесения первого тонкопленочного слоя оптического покрытия осуществляют очистку подложек пучком ионов для удаления молекулярных частиц, адсорбированных газов, полимерных фрагментов, паров воды, а также для активации поверхностных связей материнской подложки с целью улучшения адгезии наносимого слоя к поверхности этой подложки.

Для этого после окончания химической очистки материнскую подложку с нанесенной фоторезистивной маской размещают на оснастке, которую загружают в вакуумную камеру установки типа Лкрйа 150, производителем которой является ООО Изовак РБ, где осуществляют очистку подложки ионным пучком.

5. Нанесение интерференционных покрытий.

После окончания предварительной очистки, не выгружая материнскую подложку из вакуумной камеры, производят процесс вакуумного нанесения тонкопленочных многослойных интерференционных покрытий.

Современный уровень вычислительной техники позволяет проектировать практически любые конструкции тонкопленочных многослойных оптических покрытий [6]. Для их воспроизведения известны технологии нанесение пленок в вакууме либо химическими методами [7]. Выбор метода нанесения покрытий и оборудования для его осуществления определяется требованиями к оптическим и эксплуатационным свойствам покрытий.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили методы нанесения пленок в вакууме, которые характеризуются высокой производительностью, возможностью контроля и автоматической стабилизации основных технологических параметров в процессе нанесения покрытий, что обеспечивает высокую воспроизводимость их структурных характеристик, состава, оптических и эксплуатационных свойств.

Вакуумные методы позволяют наносить покрытия из пленкообразующих материалов различного состава и природы, с широким диапазоном оптических констант.

Для изготовления двухзонного фильтра по фиг. 1 производят нанесение многослойных интерференционных покрытий на вакуумной установке типа Лкрта 150.

Нанесение осуществляют ионно-лучевым распылением, при котором температура нагрева подложки 1 _подл не превышает 120°С. Поскольку при температурах выше 140°С в слое фоторезиста происходит термореактивное превращение, в результате которого он теряет способность растворяться в органических растворителях, ионно-лучевое распыление позволяет избежать химических изменений и повреждений фоторезистивной маски.

Каждая интерференционная зона состоит из набора чередующихся тонкопленочных слоев с высоким и низким показателем преломления. Интерференционное покрытие может содержать как четное, так и нечетное количество тонкопленочных слоев. Каждая интерференционная зона содержит свой набор слоев, причем количество тонкопленочных слоев может варьироваться от одного до нескольких сот. Количество и толщины слоев рассчитываются таким образом, чтобы получить заданную спектральную характеристику.

В описываемом примере для получения тонкопленочных слоев с высоким показателем преломления используют ИЬ₂О₅, а с низким показателем преломления - δίθ₂.

- 5 027713

6. Контроль за нанесением покрытий.

Во время процесса нанесения оптических покрытий, через зону 12 контроля, расположенную, как правило, в центре горизонтально ориентированной поверхности материнской подложки, производят контроль толщины наносимых интерференционных покрытий.

В установке типа Лзриа 150 обеспечивают контроль толщины тонких пленок оптическим методом. Для этого используют монохроматор Ιηνίδίο М, производителем которого также является ООО Изовак РБ, измеряющий спектры пропускания и отражения наносимых материалов в заданном диапазоне длин волн.

Оптический контроль тонких пленок в процессе их нанесения в целом позволяет иметь очень малое расхождение оптических характеристик, полученных интерференционных покрытий с теоретически рассчитанными, что позволяет повысить их воспроизводимость при формировании.

Для воспроизводимости спектральных характеристик наносимых интерференционных покрытий важна стабильность температуры подложки, которая в указанной установке обеспечивается измерением температуры подложки термопарным методом. При этом достигается стабильность температуры подложки ±10°С.

Описанными выше действиями на материнской подложке создают интерференционные зоны 4 с допустимой неравномерностью многослойных интерференционных покрытий не более 0,5%.

7. Окончательная очистка, сушка, хранение.

После всех произведенных операций приступают к окончательной очистке материнских подложек.

Этим обеспечивают, прежде всего, удаление фоторезиста с материнской подложки, при этом многослойные интерференционные покрытия в интерференционных зонах не должны быть нарушены.

Удаление фоторезистивной маски 10 с поверхности материнской подложки проводится химическими или физическими методами [5].

Химические методы обеспечивают высокую производительность способа изготовления, а физические методы предпочтительны при формировании зон с прецизионными размерами.

Возможно использование смешанных технологий.

Поскольку нанесение покрытий осуществляют низкотемпературным вакуумным напылением, при котором фоторезистивная маска не была нагрета выше 120°С, следовательно, в слое фоторезиста не произошли термореактивные превращения, в результате которых фоторезист теряет способность растворяться в органических растворителях, окончательную очистку осуществляют способом, обладающим высокой производительностью - химическим путем в органических растворителях.

Для этого после напыления многослойных интерференционных покрытий подложку извлекают из вакуумной камеры и погружают в диметилформамид. Проводят очистку во фторопластовых ваннах, снабженных нагревателями и эжекторами для откачки реагентов после окончания очистки. При осуществлении химической очистки диметилформамид подогревают до 80°С.

После химического удаления слоя фоторезиста материнские подложки тщательно очищают от его остатков, которые могут отрицательно сказаться на последующих технологических операциях. Кроме того, необходимо качественно очищать поверхность подложек от других загрязнений, вносимых при фотолитографии. В данном случае материнские подложки вначале обрабатывают ХЧ ацетоном, затем высушивают потоком сжатого инертного газа аргона или азота.

Очищенную и высушенную таким образом материнскую подложку помещают в герметичный блок для хранения подготовленных материнских подложек.

Повторением вышеописанных этапов заявляемого способа на этой же поверхности материнской подложки формируют интерференционные зоны 5, расположенные встык с интерференционными зонами 4.

При этом оптические характеристики интерференционной зоны 5 отличны от оптических характеристик интерференционной зоны 4.

Каждую материнскую подложку считают готовой для использования в составе единого оптического блока после того, как на обеих ее горизонтально ориентированных поверхностях завершено формирование интерференционных зон в соответствии с рассчитанной конструкцией изготавливаемого оптического чип фильтра.

В данном случае способом, описанным выше, готовят две материнские подложки с интерференционными зонами 4-8. Причем размеры интерференционных зон 4 и 7, 5 и 8 и их границы совпадают между собой соответственно.

8. Склеивание в оптический блок.

После подготовки материнские подложки склеивают между собой в единый оптический блок.

Такое склеивание материнских подложек заключается в наложении горизонтально ориентированной поверхности одной подложки на горизонтально ориентированную поверхность другой подложки с прослойкой прозрачной клеевой жидкости и превращении этой клеевой жидкости в твердое вещество.

На поверхность склейки горизонтально ориентированных поверхностей материнских подложек, подготовленных описанным выше способом, наносят оптически прозрачную клеевую жидкость. После чего материнские подложки совмещают и центрируют друг относительно друга по нанесенным меткам.

- 6 027713

Совмещение осуществляют с высокой точностью, которая достигается за счет применения микроскопа или увеличительного стекла.

В данном случае используют оптический клей марки ЫОКЬЛЫО ОРТ1СЛЬ ΑΌΗΕδίνΕ, имеющий прозрачность Т более 90% в области спектра от 400 до 2500 нм, с показателем преломления η = 1,56, полимеризацию которого осуществляют под воздействием УФ-облучения в ультрафиолетовой печи в соответствии со спецификацией |1Шр5:/Лу\у\у.пог1ап<1ргоб.сот/аб11е51уе5/поа6 1р§2.Ыт1].

Для обеспечения чистоты поверхности склейки строго соблюдают требования спецификации по работе с клеем указанной марки, не нарушая плавность изменения температуры при термической обработке оптического блока. Максимальная толщина клеевого слоя 1 = 15±5 мкм.

Склеивание позволяет обеспечить надежную фиксацию правильного взаимного расположения материнских подложек.

После полимеризации оптического клея материнские подложки образуют между собой единый оптический блок, в котором суммирование оптических характеристик интерференционных зон, выполненных на горизонтально ориентированных поверхностях каждой материнской подложки, обеспечивает необходимые результирующие оптические характеристики каждой спектральной зоны оптического блока, а, следовательно, и каждого многозонного оптического чип фильтра, образованного в изготовленном едином оптическом блоке.

В описанном случае в едином оптическом блоке при наложении оптических характеристик интерференционных зон 4, 6 и 7 сформированы спектральные зоны А, а при наложении оптических характеристик интерференционных зон 5, 6 и 8 сформированы спектральные зоны В, каждая из которых граничит со спектральной зоной А.

Таким образом, в едином оптическом блоке формируют несколько двухзонных чип фильтров с заданной и рассчитанной конструкцией.

При этом количество чип фильтров в едином оптическом блоке определяется заданными размерами готовых чип фильтров и размерами выбранных материнских подложек.

9. Разделение на чип фильтры.

После склеивания осуществляют разделение оптического блока на многозонные оптические чип фильтры по габаритным линиям. Для этого используют специальную установку Ьодйесй ΑΡΌ1, которая позволяет разделить единый оптический блок на многозонные оптические чип фильтры с высокой точностью при минимальном повреждении поверхности и наименьшей потерей материала при резке.

В результате разделения единого оптического блока по габаритным линиям на многозонные чип фильтры получают готовые изделия, габаритный размер которых составляет, например, 20-0,1x70,1x1,65-0,15 мм.

Многозонный оптический чип фильтр, полученный вышеописанным способом, благодаря разработанной конструкции имеет небольшие габариты и широкие функциональные возможности: коэффициент пропускания Т более 85% и коэффициентом пропускания в зоне блокировки меньше 0,5%.

Многозонный оптический чип фильтр, изготовленный в соответствии с фиг. 1 описанным выше способом, работает следующим образом.

В соответствии с заданной и рассчитанной конструкцией многозонного оптического чип фильтра, состоящего из двух чип подложек, т.е. выполненных в соответствие с фиг. 1, при прохождении падающего светового излучения через интерференционную зону 4 спектральной зоны Α происходит выделение диапазона длин волн от 625 до 675 нм, а при прохождении интерференционной зоны 7 спектральной зоны Α происходит подавление световой области спектра, находящейся слева от 600 нм.

Когда падающее световое излучение проходит через интерференционную зону 5 спектральной зоны В, происходит выделение диапазона длин волн от 725 до 775 нм. Α при прохождении излучения через интерференционную зону 8 спектральной зоны В происходит подавление области спектра, находящейся слева от 700 нм.

Когда световое излучение проходит через интерференционную зону 6, являющуюся общей для спектральных зон Α и В, происходит подавление области, находящейся справа от 800 нм.

На фиг. 3 представлены итоговые графики спектральных характеристик двухзонного оптического чип фильтра, изготовленного в соответствии с фиг. 1.

На фиг. 4 представлено схематическое изображение трехзонного оптического чип фильтра в поперечном разрезе.

Способ изготовления трехзонного фильтра по фиг. 4 основан на использовании трех материнских подложек.

Показанный на фиг. 4 многозонный оптический чип фильтр состоит из трех чип подложек 14, 15 и 16, склеенных между собой прозрачным клеевым составом 17, который через три спектральные зоны С, Ό, Р пропускает световое излучение трех диапазонов. Способ формирования интерференционных зон чип фильтра подробно описан выше.

Все зоны - 18-24 сформированы с использованием фотолитографии и вакуумного напыления.

При этом размещенная на внутренней поверхности подложки 14 на границах спектральных зон С,

- 7 027713

Ό, Ρ интерференционная зона 22 является непрозрачной для светового излучения. Интерференционная зона 22 образует зону черной маски, которая отделяет спектральные зоны С, Ό, Ρ чип фильтра друг от друга и формирует контур готового чип фильтра.

Кроме того, при попадании оптического излучения в чип фильтр под углами, превышающими границы поля зрения, возникают боковые засветки, существенно снижающие качество изображения в приборах. В таких случаях покрытие черной маски позволяет минимизировать рассеянное излучение.

На фиг. 5 представлены итоговые графики спектральных характеристик трехзонного чип фильтра по фиг. 4.

Таким образом, разработан гибкий технологический процесс изготовления оптических чип фильтров, который позволяет изготавливать спектральные фильтры любой сложности, легко контролируется, гарантирует повторяемость и воспроизведение результатов.

Кроме того, заявляемый способ позволяет легко переходить от изготовления фильтров с одними спектральными характеристиками к изготовлению фильтров с другими спектральными характеристиками, а также с идентичными спектральными характеристиками, но измененными габаритными размерами чип фильтра или размерами спектральных зон.

В результате получают многозонный оптический чип фильтр с высокой надежностью и технологичностью. При этом высоко технологичным является как само изделие, так и его составляющие элементы, которые обеспечивают заданные эксплуатационные свойства чип фильтров.

Конструкция полученного заявленным способом многозонного оптического чип фильтра характеризуется простотой компоновки, большими функциональными возможностями.

Оба заявленных в качестве изобретений технических решения обладают высоким техническим уровнем, имеют изобретательский замысел, являются промышленно применимыми и прошли самые серьезные испытания в производственных условиях.

Источники известности:

1) СССР, а.с. № 1125588, опубл. 23.11.1984 г.;

2) РФ, патент № 2079861, опубл. 20.05.1997 г.;

3) РФ, патент № 2504805, опубл. 20.01.2014 г.;

4) США, патент № 5164858, опубл. 11.07.1991 г.;

5) Зеленцов С.В., Зеленцова П.В. Современная фотолитография: учеб.-методический материал по программе повышения квалификации Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем. - Нижний Новгород, 2006.

6) Путилин Э.С. Оптические покрытия: учеб. пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010.

7) Справочник технолога-оптика/ М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.; под ред. М.А. Окатова. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб: Политехника, 2004.

Claims (19)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра путем разделения единого оптического блока, включающий подготовку по меньшей мере двух плоских материнских подложек, выполненных из оптически прозрачного материала и входящих в состав единого оптического блока, при котором:

   a) на каждую материнскую подложку наносят метки, предназначенные для совмещения и центрирования материнских подложек при их соединении в единый оптический блок;

   b) по меньшей мере на одной горизонтально ориентированной поверхности одной материнской подложки методом фотолитографии создают чистые зоны, предназначенные для нанесения прозрачных и/или непрозрачных многослойных интерференционных покрытий, зону, предназначенную для контроля за нанесением многослойных интерференционных покрытий, и габаритные линии;

   c) проводят предварительную очистку каждой материнской подложки единого оптического блока перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий;

   ά) осуществляют нанесение многослойного интерференционного покрытия по меньшей мере на одну горизонтально ориентированную поверхность каждой материнской подложки;

   е) осуществляют контроль за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки через зону контроля;

   1) осуществляют окончательную очистку и высушивание каждой материнской подложки перед их склеиванием в единый оптический блок;

   д) все подготовленные материнские подложки совмещают и центрируют друг относительно друга по всем меткам, выполненным на каждой подложке, и склеивают между собой в единый оптический блок с помощью оптически прозрачного клея;

   й) проводят разделение единого оптического блока на многозонные оптические чип фильтры по габаритным линиям, сформированным по меньшей мере на одной горизонтально ориентированной поверхности по меньшей мере одной материнской подложки, входящей в состав единого оптического блока.

   - 8 027713
2. 2. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором контроль за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки осуществляют в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий.
3. 3. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по любому из пп.1, 2, в котором контроль за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки осуществляют оптическим методом.
4. 4. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.3, в котором в качестве устройства, предназначенного для контроля за нанесением многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную материнскую подложку оптическим методом, используют монохроматор.
5. 5. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором нанесение многослойных интерференционных покрытий на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки осуществляют методом вакуумного напыления.
6. 6. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.5, в котором вакуумное напыление многослойных интерференционных покрытий, наносимых на горизонтально ориентированную поверхность материнской подложки, осуществляют при температуре подложки не выше 120°С.
7. 7. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором предварительную очистку каждой материнской подложки перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий осуществляют химическим раствором.
8. 8. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.7, в котором в качестве химического раствора для предварительной очистки каждой материнской подложки перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий используют раствор изопропилового спирта и ацетона.
9. 9. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором для предварительной очистки каждой материнской подложки перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий используют сжатый инертный газ.
10. 10. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.9, при котором в качестве сжатого инертного газа, предназначенного для предварительной очистки каждой материнской подложки, используют аргон или азот.
11. 11. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором предварительную очистку каждой материнской подложки перед нанесением на нее многослойных интерференционных покрытий осуществляют пучком ионов в вакуумной камере.
12. 12. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором для окончательной очистки каждой материнской подложки используют раствор диметилформамида.
13. 13. Способ изготовления многозонного оптического чип фильтра по п.1, в котором зону контроля размещают в центре по меньшей мере одной горизонтально ориентированной поверхности каждой материнской подложки.
14. 14. Многозонный оптический чип фильтр, полученный путем разделения единого оптического блока и выполненный по способу пп.1-13, состоящий по меньшей мере из двух плоских чип подложек, выполненных из прозрачного оптического материала и склеенных между собой посредством оптически прозрачного клеевого состава, в котором горизонтально ориентированные поверхности чип подложек снабжены интерференционными зонами, причем интерференционные зоны размещены по меньшей мере на одной из горизонтально ориентированных поверхностей каждой чип подложки чип фильтра и образуют по меньшей мере две спектральные зоны, предназначенные для пропускания и отражения светового излучения, в котором:

    a) границы интерференционных зон, размещенные на одной горизонтально ориентированной поверхности чип подложки, выполнены на расстоянии друг от друга или встык по отношению друг к другу;

    b) интерференционные зоны, выполненные на горизонтально ориентированных поверхностях чип подложек, образуют спектральные зоны чип фильтра разной конструкции;

    c) количество интерференционных зон на верхней и нижней горизонтально ориентированных поверхностях каждой из чип подложек совпадает или различается.
15. 15. Многозонный оптический чип фильтр по п.14, в котором все чип подложки, входящие в состав чип фильтра, выполнены из идентичного материала.
16. 16. Многозонный оптический чип фильтр по п.14, в котором допустимая погрешность между границами интерференционных зон, выполненных встык по отношению друг к другу, составляет не более 10 мкм.
17. 17. Многозонный оптический чип фильтр по п.14, в котором на одной из горизонтально ориентированных поверхностей одной из чип подложек размещена непрозрачная интерференционная зона.
18. 18. Многозонный оптический чип фильтр по п.17, в котором непрозрачная интерференционная зона входит в состав всех спектральных зон чип фильтра и образует зону черной маски, предназначенную для разделения спектральных зон чип фильтра друг от друга и для формирования контура чип фильтра.

    - 9 027713
19. 19. Многозонный оптический чип фильтр по п.14, в котором допустимая неравномерность покрытий в интерференционных зонах на чип подложках составляет не более 0,5%.