Лазерная запись амплитудных масок и бинарных голограмм на пленках Si/Cr с послойным селективным травлением

Белоусов Д.А., Куц Р.И., Корольков В.П., Малышев А.И., Капустина Д.Е.

Ссылка для цитирования:

Белоусов Д.А., Куц Р.И., Корольков В.П., Малышев А.И., Капустина Д.Е. Лазерная запись амплитудных масок и бинарных голограмм на пленках Si/Cr с послойным селективным травлением // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 38–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-38-49

Belousov D.A., Kuts R.I., Korolkov V.P., Malyshev A.I., Kapustina D.E. Laser writing of amplitude masks and binary holograms on Si/Cr films with layer-by-layer selective etching [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 5. P. 38–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-38-49

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Метод изготовления масок и голограмм, основанный на термохимической лазерной записи на пленках Si/Cr и послойном селективном травлении. Цель работы. Устранение недостатков термохимической лазерной записи на пленках хрома за счет напыления покровного слоя кремния и введения дополнительного этапа селективного травления. Метод. При обычной термохимической лазерной записи на хроме формируется скрытое оксидное изображение, которое проявляется в селективном травителе. Слой Si на пленке Cr при термохимической лазерной записи приводит к образованию металлосилицидной маски, для проявления которой добавляется травление неэкспонированных участков пленки Si. Основные результаты. Показано, что напыление Si позволяет до 3,3 раза расширить диапазон мощности лазерного пучка для записи маски на пленке Cr, а также повысить пространственное разрешение на 20% по сравнению с однослойной пленкой Cr. Cформированные металлосилицидные маски проявляются двухэтапным травлением, что обеспечивает уникально высокую селективность по отношению к кремнию и хрому. Практическая значимость. Высокая селективность модифицированных участков пленки Si/Cr позволяет минимизировать ошибки при проявлении масок в травителе хрома. Значительное изменение отражения света от модифицированной пленки Si/Cr позволяет реализовать контроль формируемого рисунка до его проявления.

Ключевые слова:

термохимическая технология, прямая лазерная запись, многослойные пленки, селективное травление, металлосилицидные маски, бинарные голограммы, пленка хрома, покровный слой кремния

Благодарность:

работа выполнена за счет средств субсидии на финансовую поддержку государственного задания ИАиЭ СО РАН (гос. регистрационный № 124041700107-9) с использованием оборудования ЦКП «Спектроскопия и оптика» ИАиЭ СО РАН и ЦКП «Высокие технологии и аналитика наносистем» НГУ

Коды OCIS: 050.1950, 050.6875, 110.4235

Список источников:

1. Poleshchuk A.G., Korolkov V.P. Laser writing systems and technologies for fabrication of binary and continuous relief diffractive optical elements // Proc. SPIE. 2007. V. 6732. P. 130–139. https://doi.org/10.1117/12.751930
2. Poleshchuk A.G., Korolkov V.P., Nasyrov R.K., et al. Computer-generated holograms: Fabrication and application for precision optical testing // Proc. SPIE. 2008. V. 7102. Р. 96–104. https://doi.org/10.1117/12.797816
3. Wie H., Zhang Z., Cheng Q., et al. Fabrication of a large computer-generated hologram with high diffraction efficiency and high accuracy by scanning homogenization etching // Opt. Exp. 2024. V. 32. Р. 825–834. https://doi.org/10.1364/OE.511026
4. Swanson G.J., Veldkamp W.B. Diractive optical elements for use in infrared system // Opt. Eng. 1989. V. 28. № 6. P. 605–608. https://doi.org/10.1117/12.7977008
5. Pruss C., Reichelt S., Tiziani H.J., et al. Metrological features of diffractive high-efficiency objectives for laser interferometry // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 873–884. https://doi.org/10.1117/12.484473
6. Вейко В.П., Корольков В.П., Полещук А.Г. и др. Лазерные технологии в микрооптике. Ч. 1. Изготовление дифракционных оптических элементов и фотошаблонов с амплитудным пропусканием // Автометрия. 2017. Т. 53. № 5. С. 66–77. https://doi.org/10.15372/AUT20170507
Veiko V.P., Korolkov V.P., Poleshchuk A.G., et al. Laser technologies in micro-optics. Part 1. Fabrication of diffractive optical elements and photomasks with amplitude transmission // Optoelectron. Instrum. Proc. 2017. V. 53. P. 474–483. http://doi.org/10.3103/S8756699017050077
7. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г. и др. Лазерная термохимическая технология синтеза дифракционных оптических элементов на пленках хрома // Квант. электрон. 1985. Т. 12. № 4. С. 755–761. https://doi.org/10.1070/QE1985v015n04ABEH006969
Koronkevich V.P., Poleshchuk A.G., Churin E.G., et al. Laser thermochemical technology for the synthesis of diffractive optical elements on chromium films [in Russian] // Quant. Electron. 1985. V. 12. № 4. P. 755–761. https://doi.org/10.1070/QE1985v015n04ABEH006969
8. Корольков В.П., Насыров Р.К., Седухин А.Г. и др. Новые методы изготовления высокоапертурных компьютерно-синтезированных голограмм для формирования эталонных волновых фронтов в интерферометрии // Автометрия. 2020. Т. 56. № 2. С. 42–54. http://doi.org/10.15372/AUT20200204
Korolkov V.P., Nasyrov R.K., Sedukhin A.G., et al. New methods of manufacturing high-aperture computer-synthesized holograms for the formation of reference wavefronts in interferometry // Optoelectron. Instrum. Proc. 2020. V. 56. P. 140–149. http://oi.org/10.3103/S8756699020020119
9. Veiko V.P., Poleshchuk A.G. Laser-induced local oxidation of thin metal films: Physical fundamentals and applications // Fundamentals of Laser-Assisted Microand Nanotechnologies / Eds. Veiko V.P., Konov V.I. Cham: Springer, 2014. P. 149–171. http://doi.org/10.1007/978-3-319-05987-7
10. Bialuschewski D. Laser-assisted modification of metals and metal oxide semiconductors as photoactive materials. München: Dr. Hut Verlag, 2020. 127 p.
11. Шахно Е.А., Синев Д.А., Кулажкин А.М. Особенности лазерного окисления тонких пленок титана // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 5. С. 93–98.
Shakhno E.A., Sinev D.A., Kulazhkin A.M. Features of laser oxidation of thin films of titanium // J. Opt. Technol. 2014. V. 81. № 5. P. 298–302. http://doi.org/10.1364/JOT.81.000298
12. Xia F., Jiao L., Wu D., et al. Mechanism of pulsedlaser-induced oxidation of titanium films // Opt. Mater. Exp. 2019. V. 9. № 10. P. 4097–4103. http://doi.org/10.1364/OME.9.004097
13. Korolkov V.P., Sedukhin A.G., Belousov D.A., et al. Increasing the spatial resolution of direct laser writing of diffractive structures on thin films of titanium group metals // Proc. SPIE. 2019. V. 11030. P. 110300A. http://doi.org/10.1117/12.2520978
14. Куц Р.И., Корольков В.П., Микерин С.Л. и др. Объемная термохимическая лазерная запись наноструктурированных отражающих дифракционных решеток на двухслойном материале Zr/SiO2 // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 5–17. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2023-90-04-05-17

Kuts R., Korolkov V., Mikerin S., et al. Volumetric thermochemical laser writing of nanostructured reflective diffraction gratings on a dual-layer Zr/SiO2 material // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 4. P. 163–169. http://doi.org/10.1364/JOT.90.000163
15. Belousov D.A., Kuts R.I., Okotrub K.A., et al. Direct laser writing of diffractive structures on bi-layer Si/Ti films coated on fused silica substrates // Photonics. 2023. V. 10. № 7. P. 771. http://doi.org/10.3390/ photonics10070771
16. Nava F., Majni G., Luches A., et al. Laser and electronbeam induced formation of metal-silicides // J. Phys., Colloq. 1980. V. 41. № C4. P. C4-97–C4-100. https://doi.org/10.1051/jphyscol:1980417
17. D'Anna E., Drigo A.V., Leggieri G., et al. Synthesis of chromium silicide with laser pulses // Appl. Phys. A. 1990. V. 50. P. 411–415. https://doi.org/10.1007/BF00323599
18. Belousov D.A., Kuts R.I., Korolkov V.P. Thermochemical laser writing of silicide masks on dual-layer films a-Si/Cr // Proc. SPIE. 2023. V. 12762. P. 127620W. http://doi.org/10.1117/12.2687545io
19. Korolkov V.P., Kuts R.I., Malyshev A.I., et al. Dry method for the formation of reflective phase DOEs using direct laser writing on thin Zr films // Proc. SPIE. 2020. V. 11551. P. 211–217. http://doi.org/10.1117/12.2574196
20. Poleshchuk A.G., Churin E.G., Koronkevich V.P., et al. Polar coordinate laser pattern generator for fabrication of diffractive optical elements with arbitrary structure // Appl. Opt. 1999. V. 38. № 8. P. 1295–1301. http://doi.org/10.1364/AO.38.001295