journal-opt - abstr94-108

https://doi.org/10.15407/iopt.2025.60.094

Optoelektron. napìvprovìd. teh. 60, 94-108 (2025)

O. V. Shikhovets, V. M. Rubish, S. O. Kostyukevych, E. V. Belyak, D. Yu. Manko, A. A. Kryuchyn

USE OF CHROME FILMS FOR MANUFACTURING PHOTOTEMPLATES AND CODE DISCS FOR PHOTOELECTRIC MEASURING SYSTEMS

The peculiarities of applying chromium melts during the preparation of photomasks and code disks that are used in photovoltaic dimming systems were investigated. It has been noted that the procedure of applying thin chrome flakes on the lining gap can have a wide range of hardening effects in photolithography and microprocessing of the surface, which implies the relevance of improving this type of technology to ensure the possibility of equal to the technical department. In this case, the optical power of chromium melts was investigated in the context of organizing a photolithographic procedure. The presence of the transmittance coefficient of ultraviolet vibration in the chromium ball was determined, which allows us to formulate methodological recommendations for photolithographic production. The application of the chromium deposition method to its optical characteristics is examined, as well as the deposition spectra of current photomasks are aligned, with significant indicators of effectiveness for a wide range of exposures. An assessment was made of the productivity of the high-speed infrared worm gear for exposing photomasks of modulation disks of encoders. It has been shown that stagnation of infrared cores ensures stability of the exposure process and reduces the energy consumption and performance of the photolithographic complex. Nowadays, it has been identified that there is a need to increase the thickness of the chrome molten material to compensate for the reduced level of claying in the low-voltage part of the spectrum, which is confirmed by the analysis of the claying spectra for various types of spittle. The influence of the technology of deposition of thin chromium slabs on the parameters of photomasks, spectacle, microstructure, optical and electrical characteristics was also examined. The methods of physical vapor deposition, chemical vapor deposition and electron-metal deposition, which are used for forming chrome smelts of various materials, are analyzed. The integration of process parameters into the microstructure, beating coefficients, polishing and pitomy operations was observed. It is shown that chromium films can serve as an alternative to transparent conductive oxides due to better electrical conductivity, stability of properties and resistance to aggressive operating conditions. A two-stage technology for sputtering chromium films has been developed to ensure high optical density and low surface roughness. Optimal film formation modes have been determined to improve their adhesion to the glass substrate. The proposed approach provides stable coating parameters for use in photomasks. It is noted that the quality of substrate cleaning and control of technological parameters are of key importance for the formation of defects in chromium films. It is found that mechanical stresses and contamination can cause punctures, local delamination and changes in optical density. Optimal sputtering modes are proposed that minimize internal stresses and improve the quality of photomasks.

Keywords: code disks, photomasks, diffractive optical elements, direct laser recording, submicron structures, chromium deposition, optical density.

PDF

References

1. Regelskis K., Račiukaitis G., & Gedvilas M. Ripple formation in the chromium thin film during laser ablation. Applied Surface Science. 2007.253, №15. Р.6584-6587. https://doi:10.1016/j.apsusc.2007.01.048.

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.01.048

2. Rauf A., Ahmed K., Nasim F., Khan A. N., & Gul, A. Optical and structural properties of Cr and Ag thin films deposited on glass substrate. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016.146. 012013. https://doi.org/10.1088/1757-899x/ 146/1/012013.

https://doi.org/10.1088/1757-899X/146/1/012013

3. Lei L., Liang L., Liu L., Shen Y., Guan Y., Zhang Y., Zou W., Guo C., & Fu Y. A study on length traceability and diffraction efficiency of chromium gratings. Photonics. 2024.11, №3. Р.233. https://doi.org/10.3390/photonics11030233.

https://doi.org/10.3390/photonics11030233

4. Huang Y., Yang Y., Liang J., Miao Z., Zhao M., & Zheng, Y. An optical glass plane angle measuring system with photoelectric autocollimator. Nanotechnology and Precision Engineering. 2019.2, №2. Р. 71-76. https://doi.org/10.1016/j.npe.2019.06.001.

https://doi.org/10.1016/j.npe.2019.06.001

5. Wavrunek T., Ball S., Gotto Z., & White B. An Adhesion-based Alternative to Solvent Processing in Microfabrication. Proceedings of The National Conference On Undergraduate Research (NCUR) Montana State University.2020. https://libjournals. unca.edu/ncur/wp-content/uploads/2021/01/3238-Trevor-Wavrunek-FINAL.pdf.

6. Hossain N., Justice J., Lovera P., McCarthy B., O'Riordan A., & Corbett B. High aspect ratio nano-fabrication of photonic crystal structures on glass wafers using chrome as hard mask. Nanotechnology.2014.25, №35. Р.355301. https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/35/ 355301.

https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/35/355301

7. Lee S.H., Seo S.E., Kim K.H., Lee J., Park C.S., Jun B.-H., Park S. J., & Kwon O.S. Single Photomask lithography for shape modulation of micropatterns. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. 84. Р.196-201. https://doi.org/10.1016/j.jiec. 2019.12.034.

https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.034

8. Atthi N. & Jeamsaksiri W., Aramphongphun Ch., & Jantawong J., Hruanun Ch. Poyai, A. The Influence of Chromium Film Thickness on Photomask on Light Transmission for 3D-Lithography Application. Conference:German-Thai Symposium on Nanoscience and Nanotechnology (GTSNN-2007). https://www.researchgate.net/ publication.

9. Ekinci H., Soltani M., Jahed M.S.N., Zhu Cui X.B., Pushin D. Effect of annealing on the structural, optical and surface properties of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) thin films deposited by e-beam evaporation for plasma etching applications. Journal of Alloys and Compounds. 2021. 875. Р.160087. ISSN 0925-8388, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021. 160087.

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160087

10. Aydinoglu F., Saffih F., Dey R., & Cui B. Chromium oxide as a hard mask material better than metallic chromium. Journal of Vacuum Science & Technology B Nanotechnology and Microelectronics Materials Processing Measurement and Phenomena.2017. 35, №6. https://doi.org/10.1116/1.4998480.

https://doi.org/10.1116/1.4998480

11. Dey R., Ekinci H., & Cui B. Effects of mask material conductivity on lateral undercut etching in silicon nano-pillar fabrication. Journal of Vacuum Science & Technology B Nanotechnology and Microelectronics Materials Processing Measurement and Phenomena. 2020. 38, №1. https://doi.org/10.1116/1. 5123601.

https://doi.org/10.1116/1.5123601

12. Dan L. Schurz, Warren W. Flack, and Makoto Nakamura. High-optical-density photomasks for large exposure applications. Proc. SPIE 4186, 20th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology. 22 January 2001; https://doi.org/10.1117/12.410770.

https://doi.org/10.1117/12.410770

13. Sahu V., Dewangan P., Vardhan R.V. et al. A study on chromium thin film with positive photoresist as a masking layer towards the wet bulk micromachining of Borofloat glass. Micro and Nano Syst. Lett. 2024.12, №12. https://doi.org/10.1186/s40486-024-00201-5.

https://doi.org/10.1186/s40486-024-00201-5

14. Schurz D. L., Flack W. W., & Nakamura M. High-optical-density photomasks for large exposure applications. SPIE Proceedings. 2001.4186.869. https://doi.org/10.1117/12. 410770.

https://doi.org/10.1117/12.410770

15. Glenn S. Chrome Photomask specifications. JD Photo Data. 2019. https://www.jd-photodata.co.uk/chrome-photomask-specifications.

16. Tranca D. E., Sobetkii A., Hristu R., Anton S. R., Stanciu S. G., Fiorentis E., Vasile E., Banica C. K., & Stanciu G. A. Mechanical and optical investigations of CR thin films deposited on si substrate. 2023. 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). Р.1-4. https://doi.org/10.1109/icton59386.2023.10207526.

https://doi.org/10.1109/ICTON59386.2023.10207526

17. Lozanova V., Lalova A., Soserov L., & Todorov R. Optical and electrical properties of very thin chromium films for optoelectronic devices. Journal of Physics: Conference Series. 2014.514.012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/514/1/012003.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/514/1/012003

18. Katrova V., Atanasova A., Hristova-Vasileva T., & Todorov R. Application of cold clusters as a template for control of the columnar microstructure of thin silver films and their plasmonic properties. Frontiers in Optics / Laser Science. 2020. https://doi.org/10. 1364/fio.2020.jth4a.27.

https://doi.org/10.1364/FIO.2020.JTh4A.27

19. Gedvilas M., Voisiat B., Regelskis K., Raciukaitis G. Impact of capillarity forces on the steady-state self-organization in the thin chromium film on glass under laser irradiation. Thin Solid Films. 2014.571. DOI: 10.1016/j.tsf.2014.09.047.

https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.09.047

20. Ferreira A. A., Silva F. J., Pinto A. G., & Sousa V. F. Characterization of thin chromium coatings produced by PVD sputtering for optical applications. Coatings. 2021. 11, №2. Р.215. https://doi.org/10.3390/coatings11020215.

https://doi.org/10.3390/coatings11020215

21. Alkhazali A., Hamasha S., Hamasha M. M., Khaled H., & Massadeh R. Crack development and electrical degradation in chromium thin films under tensile stress on pet substrates. Coatings. 2024. 14, №11. Р. 1403. https://doi.org/10.3390/coatings14111403.

https://doi.org/10.3390/coatings14111403

22. Ivanova T., Surtchev M., & Gesheva K. Characterization of cvd chromium oxide thin films. Physica Status Solidi (A). 2001.184, №2. Р. 507-513. https://doi.org/10.1002/1521-396X(200104)184:2%3C507::AID-PSSA507%3E3.0.CO;2-O.

https://doi.org/10.1002/1521-396X(200104)184:2<507::AID-PSSA507>3.0.CO;2-O

23. Kariper I.A. Synthesis and characterization of CRSE thin film produced via Chemical Bath Deposition. Optical Review. 2017. 24, №2. Р.139-146. https://doi.org/10. 1007/s10043-017-0307-1.

https://doi.org/10.1007/s10043-017-0307-1

24. Hsia L.C. Applications of optical properties of sputtered chromium thin films in Photomask making. Journal of The Electrochemical Society. 1984. 131, №9. Р. 2133-2137. https://doi.org/10.1149/1.2116034.

https://doi.org/10.1149/1.2116034

25. Kostelak R. Analysis of "Thin chrome" on photomasks. Bay Area Chrome Users Society Symposium. 2023.7. https://doi.org/10.1117/12.3011918.

https://doi.org/10.1117/12.3011918

26. Garratt E., AlFaify S., Yoshitake T., Katamune Y., Bowden M., Nandasiri M., Ghantasala M., Mancini D. C., Thevuthasan S., & Kayani A. Effect of chromium underlayer on the properties of nano-crystalline diamond films. Applied Physics Letter. 2013. 102, №1. https://doi.org/10.1063/1.4774086.

https://doi.org/10.1063/1.4774086

27. Algirdas L., & Viktoras G. Float glass surface preparation methods for improved chromium film adhesive bonding | glassonweb.com. Glass on Web. 2013. https://www.glassonweb.com/article/float-glass-surface-preparation-methods-improved-chromium-film-adhesive-bonding .

О. В Шиховець, В. М. Рубіш, С. О. Костюкевич, Є. В. Беляк, Д. Ю. Манько, А. А. Крючин

ВИКОРИСТАННЯ ПЛІВОК ХРОМУ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ФОТОШАБЛОНІВ ТА КОДОВИХ ДИСКІВ ДЛЯ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ

Проведено дослідження особливостей нанесення плівок хрому при виготовленні фотошаблонів та кодових дисків, що використовуються у фотоелектричних вимірювальних системах. Зазначено, що процедура нанесення тонких плівок хрому на прозорі підкладки має широкий спектр застосувань у фотолітографії та мікрообробці поверхні, що зумовлює актуальність удосконалення відповідної технології для забезпечення вимог на рівні технічного завдання. При цьому було досліджено оптичні властивості хромових плівок у контексті організації фотолітографічної процедури. Визначено залежність коефіцієнта пропускання ультрафіолетового випромінювання від товщини шару хрому, що дозволяє сформувати методологічні рекомендації для фотолітографічного виробництва. Розглянуто вплив методу осадження хрому на його оптичні характеристики, а також порівняно спектри поглинання актуальних фотошаблонів, з визначенням показників ефективності для широкого діапазону довжин хвиль експонування. Проведено оцінку продуктивності використання джерел інфрачервоного випромінювання для експонування фотошаблонів модуляційних дисків енкодерів. Показано, що застосування інфрачервоних джерел забезпечує стабільність процесу експонування, знижує енергоспоживання та собівартість фотолітографічного комплексу. Водночас відзначено необхідність збільшення товщини хромової плівки для компенсації зниженого рівня поглинання у довгохвильовій частині спектра, що підтверджується аналізом спектрів поглинання для різних товщин плівки. Також було розглянуто вплив технологій осадження тонких плівок хрому на параметри фотошаблонів, зокрема, мікроструктуру, оптичні та електрофізичні характеристики. Проаналізовано методи фізичного осадження з парової фази, хімічного осадження з парової фази та електронно-променевого напилення, що використовуються для формування хромових плівок різної товщини. Досліджено вплив параметрів процесу на стовпчасту мікроструктуру, коефіцієнти відбивання, поглинання та питомий опір. Показано, що хромові плівки можуть слугувати альтернативою прозорим електропровідним оксидам завдяки кращій електропровідності, стабільності властивостей та стійкості до агресивних умов експлуатації. Розроблено двоетапну технологію напилення хромових плівок із забезпеченням високої оптичної щільності та низької шорсткості поверхні. Визначено оптимальні режими формування плівок для покращення їх адгезії до скляної підкладки. Запропонований підхід забезпечує стабільні параметри покриття для використання у фотошаблонах. Зазначено, що якість очищення підкладок та контроль технологічних параметрів мають ключове значення для формування дефектів у хромових плівках. Виявлено, що механічні напруження та забруднення можуть спричиняти проколи, локальне відшаровування та зміни оптичної щільності. Запропоновано оптимальні режими напилення, які мінімізують внутрішні напруження та покращують якість фотошаблонів.

Ключові слова: кодові диски, фотошаблони, дифракційні оптичні елементи, прямий лазерний запис, субмікронні структури, нанесення хрому, оптична щільність.

Back / Повернутися