СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ КРУГОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ШКАЛ С УМЕНЬШЕННЫМИ УГЛОВЫМИ ПОГРЕШНОСТЯМИ
METHOD OF MANUFACTURING PRECISION CIRCULAR OPTICAL SCALES WITH DECREASED ANGLE ERRORS

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для изготовления круговых оптических шкал (штриховых или геодезических лимбов, кодовых лимбов, растров и т.п.) с высокой угловой точностью расположения элементов топологии.
В качестве ближайшего аналога выбран «Способ изготовления прецизионных оптических шкал обратной фотолитографией» (Патент RU №2370799, G02B 27/00, приоритет от 17.03.2008), включающий следующие основные операции:
- обезжиривание заготовки безворсовым материалом с органическим растворителем;
- чистку, заключающуюся в промывке вращающейся заготовки чистящим раствором, затем водой, не содержащей частицы размером более 0,2 мкм, с использованием при этом безворсового материала;
- первую термообработку заготовки, установленной на горячей плите с зазором или без зазора, в присутствии адгезива;
- нанесение позитивного фоторезиста на основе диазсоединений, при котором производят двухступенчатую регулировку по нарастающей частоте вращения центрифуги от 200 до 8000 об/мин с точностью ±10 об/мин;
- вторую термообработку;
- экспонирование заготовки на установке, обеспечивающей ширину элементов топологии 1,5 мкм;
- проявление при вращении заготовки с частотой от 1000 до 8000 об/мин;
- нанесение хромового маскирующего покрытия в вакууме;
- удаление фоторезиста органическим растворителем.
Однако указанный способ не позволяет обеспечить изготовление круговых оптических шкал с высокой точностью (порядка 2-х угловых секунд для диаметра 80 мм и более), так как в этом случае зависимости погрешностей, вносимых фотошаблонами, формируются случайным образом при синтезе каждого фотошаблона и имеют существенные значения, причем погрешности вносимые операцией экспонирования, не определены.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности нанесения штрихов на круговые оптические шкалы.
При реализации заявляемого изобретения достигаемый технический результат заключается в изготовлении высокоточных круговых оптических шкал, имеющих накопленную угловую погрешность расположения диаметров осей штрихов не более 2-х угловых секунд (для диаметра шкалы 80 мм и более).
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления прецизионных круговых оптических шкал (лимбов) с уменьшенными угловыми погрешностями включает следующие операции: обезжиривание заготовки материалом, смоченным органическим растворителем, чистку заготовки с последующей промывкой вращающейся заготовки водой, первую термообработку заготовки, нанесение на заготовку позитивного фоторезиста на основе диазосоединений, вторую термообработку, экспонирование, проявление с последующей промывкой вращающейся заготовки водой, нанесение на заготовку хромового маскирующего покрытия в вакууме, удаление защитного фоторезистивного слоя органическим растворителем.
В отличие от ближайшего аналога при экспонировании производится изменение амплитуды второй гармоники зависимости угловой погрешности расположения осей штрихов, вносимой операцией экспонирования, путем изменения угла наклона плиты установки экспонирования относительно оси падающего актиничного излучения, причем при синтезе используемого фотошаблона осуществляется изменение фазы второй гармоники зависимости угловой погрешности расположения осей штрихов, обусловленной фотошаблоном, таким образом, чтобы при размещении фотошаблона на плите установки экспонирования вторая гармоника зависимости угловой погрешности расположения диаметров осей штрихов, обусловленной фотошаблоном, находилась в противофазе второй гармоники зависимости угловой погрешности расположения диаметров осей штрихов, вносимой операцией экспонирования.
Зависимости угловых погрешностей круговых оптических шкал являются результатом взаимодействия зависимостей угловых погрешностей, вносимых фотошаблоном и операцией экспонирования. Их стабильность и повторяемость позволяют производить синтез фотошаблона и операцию экспонирования процесса обратной фотолитографии таким образом, чтобы вторые гармоники указанных зависимостей находились в противофазе и в результате их взаимодействия происходило уменьшение накопленной погрешности расположения диаметров осей штрихов лимба.
Изменение угла наклона плиты установки экспонирования относительно оси падающего актиничного излучения позволяет изменять амплитуду второй гармоники зависимости расположения диаметров осей штрихов лимба, вносимой операцией экспонирования и, следовательно, максимально снижать результирующую накопленную угловую погрешность расположения диаметров осей штрихов лимба.
Реализация заявленного изобретения раскрывается на примере изготовления круговой оптической шкалы (лимба) на полированной подложке из стекла К8 (ГОСТ3514-94), имеющей форму плоского кольца, диаметр шкалы 90 мм.
Сначала стеклянную полированную подложку обезжиривают безворсовыми салфетками, смоченными органическим растворителем. Затем производят чистку, для целей которой подложку устанавливают на центрифугу, задают центрифуге частоту вращения 3500 об/мин, на вращающуюся подложку в рабочую зону шкалы подают чистящий раствор, представляющий собой щелочной водный раствор. Одновременно в соприкосновение с рабочей зоной шкалы приводится безворсовый материал, который не повреждает полированную поверхность и не снижает ее класс чистоты. Далее в рабочую зону подают воду, причем подложка продолжает вращаться с частотой 3500 об/мин, после прекращения подачи воды подложка продолжает вращаться с указанной частотой.
После чистки подложку подвергают первой термообработке в замкнутом объеме при температуре горячей плиты 130°С в присутствии адгезива. На иглы, выступающие над горячей плитой, устанавливают оправку, которая обеспечивает зазор между обратной стороной подложки и горячей плитой с целью сохранения класса чистоты поверхности на обратной стороне полированной подложки. Подложку устанавливают на оправку, иглы опускают, оправка приходит в соприкосновение с горячей плитой.
Операцию нанесения позитивного фоторезиста на основе диазосоединений производят следующим образом. Подложку устанавливают на центрифугу и включают вращение центрифуги с частотой 1000 об/мин (первая ступень регулировки скорости). На вращающуюся подложку в рабочую зону подают дозу фоторезиста, подложку раскручивают до частоты вращения 3500 об/мин (вторая ступень регулировки скорости). Допускаемое отклонение частоты вращения центрифуги в данной операции составляет ±10 об/мин.
Вторую термообработку подложки с нанесенным слоем фоторезиста производят так же, как первую, но при температуре горячей плиты 125°С в замкнутом объеме без адгезива.
Последующую операцию экспонирования осуществляют на установке, обеспечивающей получение ширины элементов топологии 1,5 мкм. Для проведения операции используют фотошаблон, изготовленный, предпочтительно, с помощью круговой лазерной записывающей системы CLWS-300. В качестве подложки фотошаблона используют, например, пластину прецизионную хромированную ППХ127х127А. Запись фотошаблона производится на свободно лежащей подложке.
Зависимость угловой погрешности расположения диаметров осей штрихов, обусловленная фотошаблоном, представляет собой вторую гармонику, фаза которой относительно нулевого штриха установлена при синтезе фотошаблона таким образом, чтобы находиться в противофазе относительно второй гармоники зависимости угловой погрешности расположения диаметров осей штрихов, вносимой операцией экспонирования. Эта зависимость определяется экспериментально для конкретной установки экспонирования.
Фотошаблон устанавливается на плиту установки экспонирования в одно из положений, определяемых формой подложки фотошаблона (например, квадрат) и конструкцией самой плиты. Конкретное положение фотошаблона определено заранее исходя из требования по фазовому смещению вторых гармоник двух указанных зависимостей (противофаза). Перед экспонированием плиту установки экспонирования с находящимися на ней фотошаблоном и подложкой круговой шкалы (лимба) наклоняют на заранее определенный угол относительно оси актиничного излучения. Операцию проявления производят следующим образом:
- стеклянную полированную подложку с нанесенным и проэкспонированным слоем фоторезиста устанавливают на центрифугу;
- включают вращение центрифуги с частотой 3500 об/мин;
- на вращающуюся подложку в рабочую зону шкалы подают проявитель, а затем воду, после чего подложка также продолжает вращаться с указанной частотой.
Затем методом напыления в вакууме наносят хромовое маскирующее покрытие. Удаление защитного фоторезистивного покрытия производят органическим растворителем.
Таким образом, использование заявленного изобретения по сравнению с известным способом обратной фотолитографии для оптических шкал позволяет обеспечить изготовление прецизионных круговых оптических шкал, имеющих накопленную погрешность углового расположения диаметров осей штрихов не более 2-х угловых секунд(для диаметра шкалы 80 мм и более).