СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ РИСУНКА
METHOD OF MAKING HOLOGRAPHIC IMAGES OF DRAWING

Изобретение относится к области микролитографии и может быть промышленно реализовано, например, при изготовлении интегральных схем, бинарных голограмм или структур со сформированным по заданной программе рельефом с субмикронным разрешением, для изготовления голограммных масок, и может быть использовано в оптической промышленности, для изготовления фокусирующих, рассеивающих и корректирующих элементов оптики; например киноформов, в приборах оптического контроля формы асферических поверхностей, таких как голограммные компенсаторы.
Создание интегральных схем с характерным размером элементов 0.1-0.01 мкм является важнейшим перспективным направлением развития современной микроэлектроники. Технология высокоточного (с субмикронными и микронными допусками) изготовления прецизионных форм с трехмерным рельефом может быть промышленно использована, например, при создании массовой технологии изготовления деталей микророботов, высокоразрешающих элементов дифракционной и френелевской оптики, а также в других областях техники, где тоже необходимо получение в функциональном слое изделия трехмерного рисунка заданной глубины с высоким разрешением его структур, например при создании печатных форм для изготовления денежных знаков и иных ценных бумаг.
От разрешающей способности процесса микролитографии, определяющей уровень развития большинства отраслей современной науки и техники, в решающей степени зависит дальнейшее развитие современной микроэлектроники. Микролитография включает нанесение на поверхность твердого тела (обычно подложки из полупроводникового материала) слоя материала, чувствительного к воздействию используемого потока излучения, оптического излучения или электронных пучков, в качестве которого наиболее часто используется слой фоторезиста. Экспонирование фоторезиста через шаблон, обычно называемый маской, позволяет создать на фоторезисте рисунок, соответствующий заданной топологии, например топологии слоя создаваемой интегральной схемы.
Точность позиционирования лучших проекционных сканирующих систем (степперов), производимых мировым лидером в этой области технологического оборудования для микроэлектроники - голландской фирмой ASM-Lithography, достигает 10 нм, что явно не достаточно для создания СБИС с характерным размером элементов 20-30 нм. Отставание возможностей степперов от нужд промышленности естественно, т.к. разработка степпера для субмикронных технологий требует трех-пяти лет, а стоимость его при серийном выпуске в зависимости от обеспечиваемого разрешения составляет от 10 до 70 миллионов долларов, не говоря уж о стоимости разработки, составляющей многие сотни миллионов долларов.
1
В настоящее время в промышленности наиболее распространена фотомикролитография (или фотолитография). Обеспечиваемое ею разрешение Δx определяется длиной волны λ используемого излучения и числовой апертурой NA проекционной системы: Δx=kλ/NA (У.Моро "Микролитография": в 2-х ч. Ч.1: Пер. с англ. - М. Мир, 1990, с.478 [1]). Такая зависимость естественно стимулировала у разработчиков стремление к использованию все более коротковолновых источников излучения и все более высокоапертурных проекционных систем. В результате за последние 40 лет в промышленной проекционной фотолитографии произошел переход от ртутных ламп с характерной длиной волны излучения 330-400 нм к эксимерным лазерам с длинами волн излучения 193 и даже 157 нм. Проекционные объективы современных степперов достигли диаметра 600-700 мм, что и обуславливает быстрый рост стоимости степперов.
2
Увеличение разрешения приводит к резкому уменьшению глубины фокусировки ΔF, т.к. ΔF=±λ/2(NA) [1, с.478], что приводит к уменьшению производительности и радикальному усложнению системы фокусировки гигантских проекционных объективов, а значит опять-таки к росту стоимости степперов. К тому же краевые эффекты ограничивают возможность использования апертуры такого объектива при работе с предельным разрешением, обеспечиваемым объективом.
В процессе развития проекционной фотолитографии минимальный размер проецируемых деталей уменьшался в среднем на 30% каждые 2 года, что позволяло каждые 18 месяцев удваивать число транзисторов на интегральных схемах (закон Мура). В настоящее время в промышленности используется "0.065-микронная технология", позволяющая печатать детали с разрешением 65 нм, в то время как следующим рубежом, по мнению экспертов, является создание проекционных систем и источников излучения, обеспечивающих уверенное разрешение на уровне 22 нм. Это потребует перехода к источникам экстремального ультрафиолета (EUV-источникам) или даже перехода к мягкому рентгеновскому излучению. В настоящее время интенсивно ведутся эксперименты с микролитографией на λ=13,4 нм. Первая такая установка, как сообщалось на форуме разработчиков компании INTEL (ведущего мирового производителя СБИС), была создана и в 2002 году на ней были получены транзисторы с характерным размером 50 нм. Однако стоимость такого степпера даже при серийном производстве будет достигать, по оценке экспертов, 70 миллионов долларов, а для отладки технологии серийного производства микропроцессоров с характерным размеров элементов на уровне 30 нм потребуется по самым оптимистическим оценкам еще 3-5 лет.
Одним из наиболее существенных ограничений применения фотолитографии является ограничение, связанное с дифракцией от краев маски (дифракция от краев экрана), используемой для получения желаемого проекционного изображения на поверхности фоторезиста. Это явление по мере увеличения монохроматичности используемого излучения приводит ко все более заметному ухудшению качества получаемого изображения, вследствие появления дифракционных максимумов, располагающихся на расстояниях порядка λ от центра проецируемой линии. Если учесть, что в настоящее время ведущими производителями используется лазерное излучение с длиной волны λ=193 нм и даже (в экспериментальных степперах!) еще меньшей, то становится очевидным, насколько существенным может быть ограничение по разрешению, вносимое дифракцией на краю маски.
Таким образом, существующие проекционные устройства для создания изображения на светочувствительном слое имеют ряд существенных недостатков:
1) принципиальные трудности совмещения в одном устройстве высокого разрешения и большой глубины резкости;
2) существенное усложнение конструкции и технологии проецирующего устройства при уменьшении длины волны излучения, используемого при проецировании изображения на фоторезист;
3) радикальное усложнение оптической системы и технологии изготовления проецируемого объекта - маски - по мере уменьшения длины волны, используемой при проецировании;
4) резкое удорожание технологии и оборудования по мере роста степени интеграции производимой продукции;
5) чрезвычайно низкая технологическая гибкость производственного процесса и очень высокая стоимость его перестройки;
6) принципиальная невозможность создания диверсифицированного производства, т.е. производства различных интегральных схем на одной подложке в едином технологическом процессе.
Известен способ получения бинарной голограммы, в котором создают множество областей пропускания в пленке непрозрачного для используемого излучения материала в соответствии с их заранее заданным или рассчитанным положением таким образом, чтобы при освещении полученного множества областей пропускания топографическое изображение формировалось на заданном расстоянии от них (Л.М.Сороко "Основы голографии и когерентной оптики". - М.: Наука, 1971, с.420-434 [2]). В указанной монографии рассмотрена возможность получения "численной голограммы", называемой также синтетической, искусственной или бинарной голограммой, и изложена теория, отличающаяся лаконичностью и ясностью математического описания. Однако известный способ получения бинарных голограмм, при котором изображение областей пропускания получают, например, графически, и фотографируют со значительным уменьшением, не позволяет получить достаточно высокое качество изображения и высокое разрешение, прежде всего за счет недостаточной точности изготовления и недостаточно большого количества используемых областей пропускания.
Известен способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с использованием голограммы, в котором формируют на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки путем получения на его поверхности изображения, по крайней мере, одной голограммы, установленной перед чувствительным к используемому излучению материалом (GB 1331076 A, опубл. 19.09.1973 [2]). Однако известный способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с использованием голограммы не позволяет получить высокое качество изображения из-за взаимного перекрытия множества порядков дифракции, а высокое разрешение - из-за невозможности применения коротковолновых источников излучения. Более того, главной задачей этого способа являлось обеспечение эффективного контроля визуально контролируемых меток.
пор
пор
пор
Известен способ получения бинарной голограммы, известный из RU 2262126 С1, 10.10.2005 [3], Согласно описанию, в пленке материала, непрозрачного для излучения, используемого для восстановления изображения, получают множество областей пропускания в соответствии с их заданными или рассчитанными размерами и положением. При этом предварительно получают на чувствительном к используемому излучению материале, располагаемом на пленке непрозрачного материала, изображение указанного множества областей пропускания, изображение каждой из которых выполняют путем формирования суммарной зоны перекрытия пятен засветки, каждое из которых обеспечивает получение чувствительным материалом дозы излучения меньше Е, где Е - пороговое значение дозы излучения, соответствующее порогу чувствительности чувствительного к используемому излучению материала, а доза излучения, которую получает чувствительный к используемому излучению материал в каждой суммарной области перекрытия пятен засветки, равна или превышает Е. Пятна засветки получают с помощью расположенной перед поверхностью чувствительного к используемому излучению материала двумерной матрицы излучателей, каждый из которых выполнен с возможностью управления интенсивностью выходящего из него излучения и содержит по крайней мере один элемент для формирования потока излучения с заданными размерами и формой его поперечного сечения, взаимосвязанный с источником излучения, причем при получении каждой из суммарных областей перекрытия пятен засветки, перед экспонированием по крайней мере одного пятна засветки из образующих данную суммарную зону перекрытия пятен засветки осуществляют перемещение матрицы излучателей или/и чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях, после чего с помощью соответствующей обработки формируют в пленке непрозрачного для используемого излучения материала указанное множество областей пропускания.
Недостатком известного способа является ограничение, накладываемое на структуру получаемой бинарной голограммы: формируемые элементарные области пропускания могут располагаться только по регулярной сетке, шаги которой не могут быть меньше шагов расположения излучателей в матрице, что ограничивает, соответственно, возможность влиять на параметры качества голографического изображения путем изменения структуры голограммы. Известный метод также не учитывает возможностей создания голограммы в виде набора отверстий в среде, прозрачной для излучения, формирующего голографическое изображение, или чередующихся углублений в отражающей это излучение среде, или комбинаций части из этих вариантов, что не позволяет максимально использовать возможности, предоставляемые голографическим методом для получения высококачественного изображения. Кроме того, известный метод не рассматривает возможностей проведения до изготовления голограммы корректировок ее структуры, учитывающих физические условия получения голографического изображения и выполняемых с целью получения максимально возможного качества последнего.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления топографических изображений рисунка, известный из RU 2396584 С1, 10.08.2010 [4] Способ реализуется следующим образом. Исходный рисунок, например изображение интегральной микросхемы или топологии, преобразуют в растр в цифровой форме. Преобразование осуществляется следующим образом: исходный рисунок в виде черно-белого изображения размещается в некоторой системе координат. В частном случае рисунок может быть двухтоновый, когда изображение состоит, например, из белых элементов на черном фоне, а в общем случае - полутоновый, когда изображение состоит из деталей, имеющих один из заранее заданного количества уровней уровень яркости, например, от 0 до 255. В той же системе координат размещают мелкую сетку с заранее заданным шагом. В области, занимаемой рисунком, для каждого узла сетки записывают координаты этого узла и яркость рисунка в этой точке. Если требуется воспроизвести рисунок с заданным распределением фазы излучения по этому рисунку, то это распределение фазы также представляется в виде черно-белого, в общем случае - полутонового изображения и также размещается в той же системе координат. Перечень четырех величин: двух координат, яркости и фазы для всех узлов сетки, находящихся в области, занимаемой исходным рисунком, представленный, например, в виде списка, вектора или матрицы, и является растром в цифровой форме. Таким образом, записывают информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как точечный излучатель. Если требуется представить каждую точку растра как протяженный излучатель, например круг или квадрат, то координаты этой точки считаются координатами центра протяженного излучателя, яркость точки считается яркостью в центре протяженного излучателя, фаза точки считается фазой в центре протяженного излучателя, и дополнительно задается форма протяженного излучателя, распределение амплитуды и фазы по его поверхности. Затем рассчитывают картину дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемую от всей совокупности излучателей - элементов цифрового растра изображения рисунка. Для этого используют компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Затем рассчитывают интерференционную картину, которая будет получена от взаимодействия расчетной картины дифракции с расчетным волновым фронтом от виртуального опорного источника излучения, волновой фронт которого идентичен обращенному волновому фронту реального источника излучения, который в дальнейшем будет использоваться для восстановления изображения, записанного на голограмме. Полученные данные используют для модуляции пучка излучения, который используется для записи голограммы на носителе. В качестве источника излучения могут использоваться лазеры или источники ускоренных частиц, под воздействием которых может происходить изменение свойств отдельных участков облучаемого носителя. В качестве последнего может быть использован фоторезист какого-либо типа, чувствительный к используемому излучению.
Недостатком известного способа является сложность и трудоемкость расчета коррекций, которые необходимо вносить в голограмму для получения с нее восстановленных изображений высокого качества. Трудоемкость оптимизации голограммы может в десятки раз превосходить трудоемкость первоначального расчета голограммной маски. Кроме того, имеется готовое программное обеспечение для оптимизации проекционных масок, тогда как программное обеспечение для оптимизации цифровых голограмм отсутствует.
Заявляемый в качестве изобретения способ изготовления голографических изображений рисунка направлен на получение рисунка с высокими технологическими параметрами, включая уменьшение отклонений геометрии получаемого рисунка от заданного, повышение контраста получаемого рисунка и снижение уровня шума в засвечиваемых и незасвечиваемых областях рисунка.
Указанный результат достигается тем, что способ изготовления топографических изображений рисунка характеризуется тем, что исходный рисунок преобразуют в растр в цифровой форме, записывают информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как протяженный или точечный излучатель, рассчитывают параметры физической структуры проекционной маски, которые используют для последующего расчета оптимизированного электромагнитного поля, возникающего на поверхности фоточувствительного материала при освещении маски, и моделируют в цифровом виде процесс создания полем изображения топологии на фоточувствительном материале, оценивают совпадение модели цифрового растра изображения топологии с цифровым растром исходного рисунка и при несовпадении более заданного вносят коррекцию в параметры физической структуры проекционной маски, повторяя процедуру несколько раз до достижения заданного совпадения, полученную в результате цифровую форму электромагнитного поля, возникающего на поверхности фоточувствительного материала, используют в качестве исходной для расчета цифрового растра голограммы, который используют в качестве сигнала модуляции пучка излучения, используемого для формирования дифракционной структуры голограммы на носителе, и создают голограмму в виде набора дискретных элементов, отличающихся своими оптическими свойствами.
Указанный результат достигается также тем, что набор дискретных элементов выполняют в виде отверстий в непрозрачной или прозрачной среде.
Указанный результат достигается также тем, что отверстия выполняют одинакового размера и формы.
Указанный результат достигается также тем, что отверстия выполняют разного размера, но одинаковой формы.
Указанный результат достигается также тем, что отверстия размещают по равномерной или неравномерной сетке.
Указанный результат достигается также тем, что набор дискретных элементов выполняют в виде чередующихся углублений в отражающей среде или чередующихся отражающих и не отражающих элементов.
Указанный результат достигается также тем, что углубления в отражающей среде или отражающие элементы выполняют одинакового размера и формы.
Указанный результат достигается также тем, что углубления в отражающей среде или отражающие элементы выполняют разного размера, но одинаковой формы.
Указанный результат достигается также тем, что углубления в отражающей среде или отражающие элементы размещают по равномерной или неравномерной сетке.
Указанный результат достигается также тем, что в качестве исходной для расчета цифрового растра голограммы используют цифровую форму физической структуры проекционной маски.
Преобразование исходного рисунка в растр в цифровой форме и запись информации об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как протяженный или точечный излучатель, обеспечивает возможность произвести расчет дифракционной картины, создаваемой рисунком, как суммы дифракционных картин, создаваемых всеми его элементами, пользуясь заранее известным решением задачи дифракции (распространения электромагнитных волн) для вышеупомянутого протяженного или точечного излучателя.
Расчет параметров физической структуры проекционной маски, которые используют для последующего расчета оптимизированного электромагнитного поля, возникающего на поверхности фоточувствительного материала при освещении маски, необходим для моделирования прохождения электромагнитного излучения через проекционную систему, а также может быть непосредственно использован в качестве исходных данных для расчета структуры голограммной маски. Моделирование в цифровом виде процесса создания полем изображения топологии на фоточувствительном материале необходимо для расчета величины несовпадения с заданной топологией, необходимой для дальнейшей коррекции структуры проекционной маски.
Использование полученной в результате цифровой формы оптимизированного электромагнитного поля, возникающего на поверхности фоточувствительного материала в качестве исходной для расчета цифрового растра голограммы обеспечивает расчет цифрового растра голограммы, который используют в качестве сигнала модуляции пучка излучения, используемого для формирования дифракционной структуры голограммы на носителе, в один прием, без необходимости внесения дополнительных коррекций в цифровой растр голограммы, так как голограммная маска, полученная из некоторой цифровой формы электромагнитного поля, при освещении восстанавливающей волной дает в качестве одной из частей восстановленного изображения именно это исходное электромагнитное поле, которое, будучи уже оптимизированным, дополнительных коррекций не потребует.
Создание голограммы в виде набора дискретных элементов, отличающихся своими оптическими свойствами, позволяет, так же как и в прототипе, обеспечить возможность получения бинарных голограмм, создающих изображение высокого качества. При этом разрешающая способность синтезированных бинарных голограмм полностью соответствует классической теории дифракции: угловой диаметр имеет величину порядка отношения длины волны освещающего света или монокинетичного корпускулярного пучка к полному размеру голограммы, и, следовательно, она может быть выше, чем у традиционных оптических элементов.
Таким образом, обеспечивается возможность использовать получаемые бинарные голограммы для создания изображений на чувствительном к используемому излучению материале, что обеспечивает отсутствие каких бы то ни было фокусирующих или иных традиционных оптических элементов преобразования волновых фронтов между голограммой, содержащей информацию об изображении в виде изготовленного на подложке набора элементов необходимого размера, и пластиной, покрытой слоем материала, чувствительного к используемому типу излучения, причем формируемое на пластине голографическое изображение определяется расположением и формой элементов голограммы, взаимным расположением голограммы и пластины, а также параметрами пучка считывающего излучения, в частности спектральным составом (длиной волны) и формой волнового фронта, которые определяются источником излучения и, при необходимости, специальной формирующей пучок системой.
При этом количество информации, содержащейся в голограмме и в создаваемом при восстановлении голограммы изображении, совпадает, что позволяет заранее рассчитать необходимые размеры голограммы, ее структуру и время ее изготовления.
Для повышения точности соблюдения формы и взаимного расположения элементов восстанавливаемого изображения рисунка и существенного уменьшения его размеров по сравнению с исходным, исходный рисунок преобразуют в растр в цифровой форме, записывают информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как протяженный или точечный излучатель, рассчитывают необходимые параметры для записывающего пучка излучения, для чего переводят элементы цифрового растра изображения рисунка в цифровой растр будущей голограммы, при этом рассчитывают картину дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемую от всей совокупности излучателей - элементов цифрового растра изображения рисунка, рассчитывают интерференционную картину, полученную от взаимодействия расчетной картины дифракции с расчетным волновым фронтом от виртуального опорного точечного или протяженного источника излучения, идентичным обращенному реальному волновому фронту источника, который будет использоваться при формировании топографического изображения рисунка, используют полученный результат в качестве сигнала модуляции пучка излучения, используемого для формирования дифракционной структуры голограммы на носителе.
Перевод элементов цифрового растра изображения рисунка в цифровой растр будущей голограммы и расчет картины дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемой от всей совокупности излучателей - элементов цифрового растра изображения рисунка, обеспечивает получение волнового фронта (называемого "объектным") от заданного рисунка. Этот волновой фронт зависит только от самого заданного рисунка и от способа его подсветки, принятого при расчете дифракционной картины, и не зависит от амплитуды или распределения амплитуд, фазы или распределения фаз и расположения опорного источника излучения. Поэтому один и тот же полученный объектный волновой фронт может быть использован для расчета нескольких голограмм с разными восстанавливающими пучками и разными оптическими схемами.
В различных частных случаях реализации набор дискретных элементов выполняют в виде отверстий в непрозрачной или прозрачной среде, в зависимости от того, какого типа требуется создать голограмму - амплитудную или фазовую.
В частных случаях реализации отверстия выполняют одинакового размера и формы. Это обеспечивает возможность наиболее быстрого и точного изготовления всего набора отверстий, так как является наиболее технологичным при использовании современного оборудования (в частности, электронно-литографических установок). Кроме того, упрощается и ускоряется расчет, так как решение задачи дифракции излучения на отверстии выбранной формы достаточно произвести только один раз.
В частных случаях реализации отверстия могут быть выполнены разного размера, но одинаковой формы. Это позволяет упростить и ускорить расчет, так как решение задачи дифракции излучения на отверстии выбранной формы достаточно произвести только один раз.
Целесообразно отверстия размещать по равномерной или неравномерной сетке. Это необходимо для того, чтобы обеспечить наилучшую аппроксимацию (передачу) изготовляемой голограммой информации, заключенной в расчетном цифровом растре будущей голограммы.
В частных случаях реализации набор дискретных элементов выполняют в виде чередующихся углублений в отражающей среде или чередующихся отражающих и не отражающих элементов. Это позволяет расширить арсенал технологических средств, которые можно использовать при создании голограмм.
Выполнение углублений в отражающей среде или отражающих элементов выполняют одинакового размера и формы или разного размера, но одинаковой формы, так же как и в случае выполнения отверстий, необходимо для наиболее быстрого и точного изготовления всего набора отверстий, упрощения и ускорения расчета.
Так же, как и в случае выполнения отверстий, углубления целесообразно размещать по равномерной или неравномерной сетке. Это дает возможность выбрать наилучшую аппроксимацию (передачу) изготовляемой голограммой информации, заключенной в расчетном цифровом растре будущей голограммы.
Использование в качестве исходной для расчета цифрового растра голограммы цифровой формы физической структуры проекционной маски позволяет в некоторых случаях упростить процесс подготовки исходных данных для синтеза голограммы за счет того, что не требуется хранить и передавать информацию о фазе электромагнитного поля.
Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации.
Пример 1. В самом общем случае способ реализуется следующим образом. Исходный рисунок, например изображение интегральной микросхемы или топологии, преобразуют в растр в цифровой форме. Преобразование осуществляется следующим образом: исходный рисунок в виде черно-белого изображения размещается в некоторой системе координат. В частном случае рисунок может быть двухтоновый, когда изображение состоит, например, из белых элементов на черном фоне, а в общем случае - полутоновый, когда изображение состоит из деталей, имеющих один из заранее заданного количества уровней уровень яркости, например, от 0 до 255. В той же системе координат размещают мелкую сетку с заранее заданным шагом. В области, занимаемой рисунком, для каждого узла сетки записывают координаты этого узла и яркость рисунка в этой точке. Если требуется воспроизвести рисунок с заданным распределением фазы излучения по этому рисунку, то это распределение фазы также представляется в виде черно-белого, в общем случае - полутонового изображения и также размещается в той же системе координат. Перечень четырех величин: двух координат, яркости и фазы для всех узлов сетки, находящихся в области, занимаемой исходным рисунком, представленный, например, в виде списка, вектора или матрицы, и является растром в цифровой форме. Таким образом записывают информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как точечный излучатель. Затем рассчитывают параметры физической структуры проекционной маски (маски для проекционной технологии). Например, если требуется представить каждую точку растра как протяженный излучатель, например круг или квадрат, то координаты этой точки считаются координатами центра протяженного излучателя, яркость точки считается яркостью в центре протяженного излучателя, фаза точки считается фазой в центре протяженного излучателя, и дополнительно задается форма протяженного излучателя, распределение амплитуды и фазы по его поверхности.
Затем рисунок, заданный в цифровой форме, используют для расчета цифрового растра оптимизированного электромагнитного поля на поверхности фоторезиста, для чего используют компьютер, снабженный соответствующим программным обспечением.
Затем рассчитывают картину дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемую от всей совокупности виртуальных излучателей - элементов цифрового растра оптимизированного электромагнитного поля. Для этого используют компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Затем рассчитывают интерференционную картину, которая будет получена от взаимодействия расчетной картины дифракции с расчетным волновым фронтом от виртуального опорного источника излучения, волновой фронт которого идентичен обращенному волновому фронту реального источника излучения, который в дальнейшем будет использоваться для восстановления изображения, записанного на голограмме. Полученные данные используют для модуляции пучка излучения, который используется для записи голограммы на носителе. В качестве источника излучения могут использоваться лазеры или источники ускоренных частиц, под воздействием которых может происходить изменение свойств отдельных участков облучаемого носителя. В качестве последнего может быть использован резист какого-либо типа, чувствительный к используемому излучению.
Пример 2. В качестве исходного рисунка использовалось изображение наборов различных геометрических фигур (квадратов, треугольников, окружностей, соединенных между собой прямыми линиями). Геометрические фигуры имели различные размеры (4-6 мм), а линии, их соединяющие, различные толщины (1-1,5 мм). Исходный рисунок был преобразован в цифровой растр с помощью следующих действий. Исходный рисунок в виде черно-белого полутонового изображения размещается в некоторой системе координат. В той же системе координат размещают мелкую сетку с заранее заданным шагом. В области, занимаемой рисунком, для каждого узла сетки записывают координаты этого узла и яркость рисунка в этой точке. Если требуется воспроизвести рисунок с заданным распределением фазы излучения по этому рисунку, то это распределение фазы также представляется в виде черно-белого, в общем случае - полутонового изображения и также размещается в той же системе координат. Перечень четырех величин: двух координат, яркости и фазы для всех узлов сетки, находящихся в области, занимаемой исходным рисунком, представленный, например, в виде списка, вектора, или матрицы, и является растром в цифровой форме.
Таким образом записали информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как точечный излучатель.
Затем рисунок, заданный в цифровой форме, использовали для расчета цифрового растра оптимизированного электромагнитного поля на поверхности фоторезиста. Для этого применили метод моделирования засветки фоторезиста электромагнитным излучением, прошедшим сквозь проекционную систему, состоящую из источника когерентного излучения, конденсора, проекционной маски и проекционного объектива. Параметры маски автоматически корректировались таким образом, чтобы в конечном итоге смоделированное изображение на фоторезисте не совпадало с исходным цифровым растром рисунка не более чем на заданную величину. Для реализации этого метода использовали компьютер, снабженный соответствующим программным обспечением.
Затем рассчитали картину дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемую от всей совокупности виртуальных излучателей - элементов цифрового растра оптимизированного электромагнитного поля на поверхности фоторезиста. Для этого использовался метод вычисления сумм типа свертки с использованием преобразования Фурье и употреблением алгоритма быстрого преобразования Фурье. Для его реализации использовали персональный компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Затем рассчитывали интерференционную картину, которая будет получена от взаимодействия расчетной картины дифракции с расчетным волновым фронтом от виртуального опорного источника излучения, волновой фронт которого идентичен обращенному волновому фронту реального источника излучения, который в дальнейшем будет использоваться для восстановления изображения, записанного на голограмме. Расчет осуществлялся путем вычисления комплексной амплитуды излучения, создаваемого опорным источником в каждой точке голограммы и последующего сложения этой амплитуды с комплексной амплитудой расчетной картины дифракции.
Полученные данные использовали для модуляции пучка излучения, который использовался для записи голограммы на носителе. В качестве носителя голограммы использовался нанесенный на прозрачную подложку слой хрома толщиной 0,1 мкм, покрытый слоем электронорезиста марки ЭРП-40 толщиной 0,4 мкм, который экспонировался в электронно-лучевой установке ZBA-21. После записи голограммы в виде набора дискретных элементов электронорезист и хром последовательно подвергались обработке для удаления облученных участков.
Записанное на полученной голограмме изображение восстанавливалось с помощью источника излучения, в качестве которого использовался He-Cd лазер марки PLASMA мощностью 90 мВт с длиной волны излучения 0,442 мкм. В результате было получено восстановленное изображение исходного рисунка, уменьшенное в 1000 раз, при этом характерный размер геометрических фигур составлял 1-1,5 мкм.
Пример 3. В качестве исходного рисунка использовалось изображение наборов различных геометрических фигур (квадратов, треугольников, окружностей, соединенных между собой прямыми линиями). Геометрические фигуры имели различные размеры (4-6 мм), а линии, их соединяющие, различные толщины (1-1,5 мм). Исходный рисунок был преобразован в цифровой растр с помощью следующих действий. Исходный рисунок в виде черно-белого полутонового изображения размещается в некоторой системе координат. В той же системе координат размещают мелкую сетку с заранее заданным шагом. В области, занимаемой рисунком, для каждого узла сетки записывают координаты этого узла и яркость рисунка в этой точке. Если требуется воспроизвести рисунок с заданным распределением фазы излучения по этому рисунку, то это распределение фазы также представляется в виде черно-белого, в общем случае - полутонового изображения и также размещается в той же системе координат. Перечень четырех величин: двух координат, яркости и фазы для всех узлов сетки, находящихся в области, занимаемой исходным рисунком, представленный, например, в виде списка, вектора или матрицы, и является растром в цифровой форме.
Таким образом записали информацию об амплитуде и фазе, характеризующих каждую точку растра как точечный излучатель.
Затем рисунок, заданный в цифровой форме, использовали для расчета цифрового растра оптимизированного электромагнитного поля на поверхности фоторезиста. Для этого применили метод моделирования засветки фоторезиста электромагнитным излучением, прошедшим сквозь проекционную систему, состоящую из источника когерентного излучения, конденсора, проекционной маски и проекционного объектива, уменьшающего изображение в 5 раз. Параметры маски автоматически корректировались таким образом, чтобы в конечном итоге смоделированное изображение на фоторезисте не совпадало с исходным цифровым растром рисунка не более чем на заданную величину. Для реализации этого метода использовали компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением.
Затем рассчитали картину дифракции в каждой точке будущей голограммы, создаваемую от всей совокупности виртуальных излучателей - элементов цифрового растра оптимизированной физической структуры проекционной маски, причем форма каждого из виртуальных излучателей была принята совпадающей с формой соответствующего элемента растра, размер - в 5 раз меньше размера соответствующего элемента растра, амплитуда излучения единицы площади каждого из виртуальных излучателей была принята равной единице, а фаза - одинаковой и равной нулю. Для этого использовался метод вычисления сумм типа свертки с использованием преобразования Фурье и употреблением алгоритма быстрого преобразования Фурье. Для его реализации использовали персональный компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Затем рассчитывали интерференционную картину, которая будет получена от взаимодействия расчетной картины дифракции с расчетным волновым фронтом от виртуального опорного источника излучения, волновой фронт которого идентичен обращенному волновому фронту реального источника излучения, который в дальнейшем будет использоваться для восстановления изображения, записанного на голограмме. Расчет осуществлялся путем вычисления комплексной амплитуды излучения, создаваемого опорным источником в каждой точке голограммы и последующего сложения этой амплитуды с комплексной амплитудой расчетной картины дифракции.
Полученные данные использовали для модуляции пучка излучения, который использовался для записи голограммы на носителе. В качестве носителя голограммы использовался нанесенный на прозрачную подложку слой хрома толщиной 0,1 мкм, покрытый слоем электронорезиста марки ЭРП-40 толщиной 0,4 мкм, который экспонировался в электронно-лучевой установке ZBA-21. После записи голограммы в виде набора дискретных элементов электронорезист и хром последовательно подвергались обработке для удаления облученных участков.
Записанное на полученной голограмме изображение восстанавливалось с помощью источника излучения, в качестве которого использовался He-Cd лазер марки PLASMA мощностью 90 мВт с длиной волны излучения 0,442 мкм. В результате было получено восстановленное изображение исходного рисунка, уменьшенное в 1000 раз, при этом характерный размер геометрических фигур составлял 1-1,5 мкм.