CH712550A2 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements. - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Grundkörper mit einer ersten Seitenfläche (113), die eine erste, optische Beschichtung aufweist, und mindestens einer zweiten Seitenfläche (115, 115´), die nicht planparallel zur ersten Seitenfläche ist und eine zweite, optische Beschichtung aufweist, vorgeschlagen mit den Schritten: – Bestimmen der durch die erste, optische Beschichtung der ersten Seitenfläche im optischen Element induzierten Spannung; – Bestimmen einer Gegenspannung, so dass die resultierende im optischen Element induzierte Gesamtspannung möglichst gering wird; – Bestimmen der zweiten, optischen Beschichtung unter Berücksichtigung der bestimmten Gegenspannung und der optischen Parameter dieser zweiten, optischen Beschichtung; – Aufbringen der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche (113); – Aufbringen der zweiten, optischen Beschichtung auf der mindestens einen zweiten Seitenfläche (115, 115´). Vorteilhafterweise werden Berechnungsmethoden der Finite-Elemente-Methode eingesetzt.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Grundkörper mit einer ersten Seitenfläche, die eine erste, optische Beschichtung aufweist, und mindestens einer zweiten Seitenfläche, die nicht planparallel zu ersten Seitenfläche ist und eine zweite, optische Beschichtung aufweist. Ferner bezieht sie sich auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes optisches Element.

[0002] Bei optischen Elementen, die eine optische Beschichtung auf ihrem Grundkörper aufweisen, ist bekannt, dass die optische Beschichtung Druck- oder Zugspannungen hervorrufen kann. Je dicker die optische Beschichtung ist und insbesondere je höher die Lagenanzahl der optischen Beschichtung ist, desto grösser ist die hervorgerufene Spannung. Diese Spannungen führen zu Verformungen des Grundkörpers, die sich beispielsweise als Wellenfrontdeformationen äussern können.

[0003] Bei quaderförmig aufgebauten optischen Elementen, wie etwa Fabry-Perot-Interferometern ist beispielsweis aus dem Artikel von Marie-Maude de Denus-Baillargeon et al., Applied Optics, Band 53, Nr. 12, S. 2616ff. bekannt, entweder die optische Beschichtung selbst dahingehend zu optimieren, dass die von ihr ausgeübte Spannung möglichst gering ist, oder auf der der beschichteten Seite gegenüberliegenden Seite im einfachsten Fall eine identische Beschichtung aufzubringen, so dass die Spannungen sich gegenseitig aufheben. Um geeignete Beschichtungen zu finden, greifen die Autoren u.a. auf Berechnungsmethoden der Finite-Elemente-Methode zurück.

[0004] Aus der DE 10 2011 079 933 A1 ist bekannt, bei optischen Elementen für die UV- oder EUV-Lithographie, die auf einer ersten Seite eines Substrats eine funktionale Beschichtung aufweisen, auf einer zweiten Seite, die mit der ersten Seite eine gemeinsame Kante aufweist, ebenfalls eine Beschichtung vorzusehen, deren Dicke und Spannung so gewählt sind, dass der Quotient aus dem Produkt der Dicke und Spannung der funktionalen Beschichtung durch das Produkt der Dicke und Spannung der Beschichtung der zweiten Seite in einem Wertebereich zwischen 0,8 und 5,0 liegt. Insbesondere werden alle Seiten, die eine gemeinsame Kante mit der ersten Kante gemeinsam haben, zur Spannungskompensation beschichtet.

[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung optischer Elemente vorzuschlagen, bei dem die Verformungen des Grundkörpers, die durch eine optische Beschichtung hervorgerufen werden, verringert werden.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Grundkörper mit einer ersten Seitenfläche, die eine erste, optische Beschichtung aufweist, und mindestens einer zweiten Seitenfläche, die nicht planparallel zur ersten Seitenfläche ist und eine zweite, optische Beschichtung aufweist, mit den Schritten: - Bestimmen der durch die erste, optische Beschichtung der ersten Seitenfläche im optischen Element induzierten Spannung; - Bestimmen einer Gegenspannung, so dass die resultierende im optischen Element induzierte Gesamtspannung möglichst gering wird; - Bestimmen der zweiten, optischen Beschichtung unter Berücksichtigung der bestimmten Gegenspannung und optischer Parameter dieser zweiten, optischen Beschichtung; -Aufbringen der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche; - Aufbringen der zweiten, optischen Beschichtung auf der mindestens einen zweiten Seitenfläche.

[0007] Bei optischen Elementen, die mindestens zwei Seitenflächen aufweisen, die nicht zueinander planparallel sind, wie dies beispielsweise bei optischen Elementen der Fall sein kann, deren Grundköper prismenförmig oder im Wesentlichen als keilförmige Platten ausgebildet ist, oder bei beliebigen Polyedern, bei denen mindestens ein Kantenwinkel ungleich 90° ist, besteht das Problem, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Ansätze, etwa auf einer gegenüberliegenden Seitenfläche eine identische Beschichtung aufzubringen oder angrenzende Seitenflächen mit beliebigen Beschichtungen zu versehen, sofern damit eine hinreichende Spannungskompensation erreicht wird, nicht ohne weiteres anwendbar sind. Verschärft wird das Problem, wenn eine oder mehrere der Seitenflächen des optischen Elements gekrümmt sind.

[0008] Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der durch die erste, optische Beschichtung der ersten Seitenfläche induzierten Spannung sowie die Gegenspannung um mechanische Spannungen handelt, insbesondere um Druck und/ oder Zugspannungen.

[0009] Es hat sich herausgestellt, dass die Komplexität der Herstellung auch solcher optischer Elemente mit komplizierterer Geometrie mit möglichst wenigen Verformungen handhabbarer wird, indem das Problem der Auswahl geeigneter optischer Beschichtungen in mehrere Teilprobleme aufgeteilt wird, die sukzessive gelöst werden. Gemäss der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise wählt man zunächst eine Seitenfläche mit ihrer optischen Beschichtung quasi als Hauptseitenfläche bzw. Hauptbeschichtung aus. Bevorzugt wird dazu die Seitenfläche gewählt, deren optische Beschichtung beispielsweise wegen ihrer Dicke oder hohen Anzahl von Einzellagen vermutlich die grössten Spannungen hervorrufen wird. Ausgehend von dieser ersten, optischen Beschichtung wird präziser ermittelt, welche Spannung tatsächlich zu erwarten ist oder auftritt. Dies kann u.a. durch Simulationsrechnungen oder Messungen an entsprechenden Prototypen des optischen Elements ermittelt werden. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse lässt sich berechnen, welche Gegenspannung notwendig wäre, um der durch die erste, optische Beschichtung hervorgerufene Spannung möglichst gut entgegenzuwirken. Die so ermittelte Gegenspannung dient neben den optischen Parametern als Randbedingung, um eine zweite, optische Be-

Schichtung auszuwählen, bevor man zunächst die erste, optische und dann die zweite, optische Beschichtung auf die jeweiligen Seitenflächen aufbringt. Bereits bei der Berechnung der Gegenspannung wird ggf. vorteilhafterweise berücksichtig, über welchen Kantenbereich und unter welchem Winkel die erste und zweite Seitenfläche aneinandergrenzen. Sollte aufgrund der optischen Parameter die Wahl der Materialien für die zweite, optische Beschichtung eingeschränkt sein, werden bevorzugt die mechanischen Eigenschaften der in Frage kommenden Materialien beim Bestimmen der zweiten, optischen Beschichtung berücksichtigt. Insgesamt kann es vorteilhaft sein, beim Bestimmen der zweiten Beschichtung nicht-optische Parameter wie beispielsweise eine mechanische Mindeststabilität o.ä. zu berücksichtigen.

[0010] Bevorzugt wird beim Bestimmen der Gegenspannung berücksichtigt, dass der RMS-Wert der ersten Seitenfläche und/oder der zweiten Seitenfläche mit jeweiliger Beschichtung auf maximal 10% der Hauptwellenlänge begrenzt wird oder ihr Strehlwert oder ihre Strehlwerte bei mindestens 0,8 liegt oder liegen. Indem einer oder beide Parameter berücksichtigt werden, kann das Ziel einer hinreichend geringen Verformung des Grundkörpers an der entsprechenden Seitenfläche für viele optische Anwendungen erreicht werden. Bei dem RMS-Wert handelt es sich um die mittlere quadratische Abweichung des tatsächlichen Oberflächenverlaufs vom idealen Oberflächenverlauf. Als Hauptwellenlänge kann beispielsweise die mittlere Wellenlänge des im Betrieb des optischen Elements auftretenden Wellenlängenbereichs gewählt werden. Ist bekannt, dass innerhalb des Wellenlängenbereichs eine bestimmte Intensitätsverteilung vorliegt, kann beispielsweise statt vom arithmetischen Mittelwert vom entsprechend gewichteten arithmetischen Mittelwert ausgegangen werden. Der Strehlwert wird ermittelt, indem man die Intensität der Beugungsscheibe eines optischen Elements mit der Intensität der Beugungsscheibe des entsprechenden idealen optischen Elements ins Verhältnis setzt. Die theoretisch bestmögliche Qualität wird dabei gleich 1 gesetzt.

[0011] Vorteilhafterweise werden zum Bestimmen der Gegenspannung und/oder der durch die erste, optische Beschichtung der ersten Seitenfläche im optischen Element induzierten Spannung und/oder der Bestimmung der zweiten, optischen Beschichtung Berechnungsmethoden der Finite-Elemente-Methode eingesetzt. Die Finite-Elemente-Methode ist eine inzwischen vielfach bewährte Methode, um mechanische Eigenschaften auch von komplexeren Gegenständen zu ermitteln.

[0012] Bevorzugt wird nach Aufbringen der ersten optischen Beschichtung auf der ersten, Seitenfläche und der zweiten, optischen Beschichtung auf der mindestens einen zweiten Seitenfläche die tatsächlich im optischen Element induzierte Gesamtspannung experimentell ermittelt, mit der angestrebten Gesamtspannung verglichen und im Falle einer zu grossen Abweichung die erste, optische Beschichtung und/oder zweite, optische Beschichtung und/oder eine weitere Seitenfläche des optischen Elements lokal bearbeitet. Auf diese Weise können Verformungseffekte, die etwa bei der Berechnung der durch die erste, optische Beschichtung und/oder zweite, optische Beschichtung erzeugten Gegenspannung eventuell nicht berücksichtigt wurden, wie z.B. Fertigungstoleranzen korrigiert werden. Bei dem lokalen Nachbearbeiten wird vorteilhafterweise bei optischen Beschichtungen darauf geachtet, dass eventuelle Materialdickenänderungen keine ungewollten Veränderungen der optischen Eigenschaften der optischen Beschichtung verursachen. Besonders bevorzugt wird das lokale Bearbeiten mittels magnetorheologischem Polieren oder lonenstrahlpolieren durchgeführt. Mithilfe dieser Methoden lässt sich besonders genau und gut steuerbar auch über kleine Flächen im Mikrometerbereich lokal Material von der Beschichtungsoberfläche abtragen.

[0013] In bevorzugten Ausführungsformen wird zudem der Grundkörper des optischen Elements modifiziert. Insbesondere in Kantenbereichen, in denen es wegen eines kleinen Winkels zwischen den beiden ggf. aneinander grenzenden Seitenflächen und der entsprechend geringen Menge an Grundkörpermaterial schwierig sein kann, durch zweite, optische Beschichtungen die durch die erste, optische Beschichtung hervorgerufene Spannung zu kompensieren, kann es zum Verringern der Verformung einer oder beider Seitenflächen hilfreich sein, dort zusätzliches Grundkörpermaterial vorzusehen.

[0014] Die optischen Beschichtungen können mittels aller bisher üblichen physikalischen und/oder chemischen Verfahren zur Abscheidung aus der Gasphase auf den Grundkörper aufgebracht werden. Im Hinblick auf eine gute Reproduzierbarkeit der Dicken der Einzellagen der optischen Beschichtung werden sie bevorzugt mittels Sputterverfahren aufgebracht. Ausserdem sind ionen- oder plasmaunterstützte physikalische Abscheidungsverfahren aus der Gasphase gut geeignet. Insbesondere kann auf ein ionen- oder plasmaunterstütztes Sputterverfahren zurückgegriffen werden.

[0015] Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches Element, das nach dem hiervorgeschlagenen Verfahren hergestellt wurde.

[0016] In bevorzugten Ausführungsformen grenzt die mindestens eine zweite Seitenfläche an die erste Seitenfläche an.

[0017] In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist dessen Grundkörper oder eine Untereinheit des Grundkörpers als Prisma oder keilförmige Platte ausgebildet. Prisma ist in diesem Zusammenhang als geometrisches Prisma zu verstehen. Bei der keilförmigen Platte kann der Abschnitt eines Keils fehlen, der dem zulaufenden Kantenbereich entspricht.

[0018] Bevorzugt weist das optische Element eine erste oder zweite, optische Beschichtung auf, die als Antireflexschicht, als Reflexionsschicht oder als Filterschicht ausgebildet ist. Bei der Filterschicht kann es sich insbesondere um ein Fluoreszenzfilter, ein Polarisationsfilter, ein Kerbfilter, ein Bandpassfilter, ein Kurzpassfilter oder ein Langpassfilter handeln.

[0019] Vorteilhafterweise ist das optische Element zum Einsatz im infraroten und/oder sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet. Optische Beschichtungen für diese Wellenlängenbereiche könnten deutlich dicker als beispielsweise für den ultravioletten oder extremen ultravioletten Wellenlängenbereich sein und dadurch viel grössere Spannungen und Verfor mungen des Grundkörpers des optischen Elementes bzw. der optisch genutzten Seitenfläche(n) hervorrufen. Somit ist eine Herstellung gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren besonders vorteilhaft.

[0020] Insgesamt kann das optische Element je nach Ausgestaltung Anwendung als u.a. Polarisator, optisches Prisma, Strahlteiler, Strahlvereiniger oder Spiegel finden.

[0021] Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

Fig. 1 schematisch einen ersten Strahlteiler in Seitenansicht;

Fig. 2 schematisch einen zweiten Strahlteiler in Seitenansicht;

Fig. 3 schematisch den zweiten Strahlteiler in Draufsicht;

Fig. 4a die Verformung einer ersten Seitenfläche eines Rhombusprismas des zweiten Strahlteilers mit erster optischer Beschichtung;

Fig. 4b die Verformung der ersten Seitenfläche des Rhombusprismas des zweiten Strahlteilers mit zusätzlich zweiter optischer Beschichtung auf einer angrenzenden zweiten Seitenfläche; und

Fig. 5 der Ablauf einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens.

[0022] In Fig. 1 ist ein erster Strahlteiler 101 schematisch in Seitenansicht dargestellt. Er ist aus einem ersten Prisma 205 und einem zweiten Prisma 103 zusammengesetzt, die als Grundfläche ein gleichseitiges Dreieck haben. Das zweite Prisma 103 weist keine optischen Beschichtungen auf. Das erste Prisma 105 weist auf seiner Seitenfläche 113 eine optische Beschichtung auf, die als Strahlteilerschicht dient und bei einem einfallenden Strahl 107 Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich transmittiert, so dass es als Teilstrahl 111 das Prisma 103 durchtritt, und Licht im infraroten Wellenlängenbereich reflektiert, so dass es als Teilstrahl 109 ausgekoppelt wird und aus dem Prisma 105 austritt. Ausserdem weisen die an die Seitenfläche 113 angrenzenden Seitenflächen 115 und 115' eine optische Beschichtung auf, die als Antireflexschicht dient, damit beim Eintritt des Strahls 107 durch die Seitenfläche 115 und Austritt des Teilstrahls 109 durch die Seitenfläche 115' möglichst wenig Intensität verloren geht.

[0023] Da die Strahlteilerschicht um ein Vielfaches dicker ist als eine übliche Antireflexschicht und somit zu erwarten ist, dass durch die Strahlteilerschicht eine grössere Spannung auf das erste Prisma 105 ausgeübt wird als durch die Antireflexschichten, wurde zunächst die Spannung ermittelt, die die Strahlteilerschicht auf das erste Prisma 105 ausübt, sowie welche Gegenspannung notwendig ist, um diese derart zu kompensieren, dass sowohl an der Seitenfläche 113 als auch an den Seitenflächen 115, 115' ein Strehlwert von 0,79 eingehalten wird. Die Seitenfläche 113 wurde somit als erste Seitenfläche behandelt. Unter Berücksichtigung der so ermittelten Gegenspannung sowie der einzuhaltenden optischen Grenzwerte für eine geringe Reflexion im sichtbaren bis infraroten Wellenlängenbereich wurde das Schichtdesign der Antireflexschichten für die Seitenflächen 115, 115' ermittelt. Die Seitenflächen 115, 115' wurden somit als zwei zweite Seitenflächen behandelt. Im hier dargestellten Beispiel wares möglich, eine herkömmliche Antireflexbeschichtung mit einer zusätzlichen, optisch neutralen Siliziumdioxidschicht zu kombinieren. Die von vornherein festgelegte Strahlteilerschicht wurde auf die Seitenfläche 113 des ersten Prismas 105 aufgebracht und anschliessend die um die Siliziumdioxidschicht ergänzten Antireflexbeschichtungen auf die angrenzenden Seitenflächen 115, 115'.

[0024] In Fig. 2 ist ein zweiter Strahlteiler 201 mit einem ersten Prisma 205 und einem zweiten Prisma 203 schematisch in Seitenansicht dargestellt. Im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten Strahlteiler ist beim Strahlteiler 201 das für die Strahlteilung optisch relevante erste Prisma als Rhombusprisma 205 ausgebildet. Das führt dazu, dass die an die Seitenfläche 213 mit Strahlteilerschicht angrenzenden Seitenflächen 215, 216 unterschiedliche Winkel mit der Seitenfläche 213 bilden. Die Seitenfläche 215 bildet mit einer Seitenfläche 213 einen Winkel α von kleiner 90°, während die Seitenfläche 216 mit der Seitenfläche 213 einen Winkel ß von grösser 90° bildet.

[0025] Im hier beschriebenen Strahlteiler 201 wird ein durch die Seitenfläche 216 einfallender Lichtstrahl 207 zunächst an der Seitenfläche 212 zu einem einfallenden Lichtstrahl 207' reflektiert, der an der Seitenfläche 213 durch die dort befindliche Strahlteilerschicht in einen transmittierten Teilstrahl 211 mit Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich aufgeteilt wird und einen reflektierten Teilstrahl 209 mit Wellenlängen im infraroten Wellenlängenbereich, der durch die Seitenfläche 215 austritt, die daher eine Antireflexschicht aufweisen soll.

[0026] Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel besteht die Strahlteilerschicht aus alternierend angeordneten Lagen aus Nioboxid und Aluminiumoxid, deren Einzellagendicken zwischen 10 nm und 200 nm variieren und sich auf eine Gesamtschichtdicke von ca. 11000 nm aufaddieren. Diese Strahlteilerschicht weist für Wellenlängen zwischen 400 nm bis 700 nm eine Transmissionrate von grösser 99% bei Einfallswinkeln von 45° ± 3° auf und für Wellenlängen zwischen 800 nm bis 900 nm eine Reflexionsrate von grösser 98%, ebenfalls bei Einfallswinkeln von 45° ± 3°. Da herkömmliche, für die Seitenfläche 215 geeignete Antireflexschichten Gesamtschichtdicken von knapp unter 1000 nm aufweisen, wurde von der Strahlteilerschicht als erster optischer Beschichtung und der Seitenfläche 213 als erster Seitenfläche ausgegangen und unter Zuhilfenahme von FEM(Finite-Elemente-Methode)-Berechnungsmethoden wurde die von der Strahlteilerschicht hervorgerufene Spannung berechnet. Es handelt sich bei ihr um eine Druckspannung von ca. 2500 GPa, die sich bei einem Substrat aus Quarzglas sehr ungleichmässig über die Fläche der Seitenfläche 213 verteilt. Die Seitenfläche 213 hat Masse von ca. 1,6 cm x 2,4 cm. Die dadurch induzierten Verformungen der Seitenfläche 213 sind in Fig. 4a als Flöhenlinienzeichnung dargestellt, und zwar für die auf der Seitenfläche 213 vom eintreffenden Strahl ausgeleuchtete Fläche 401. Die eingezeichneten Höhenlinien entsprechen Flöhenunterschieden von jeweils 40 nm, mit Ausnahme der ellipsenförmigen Höhenlinie, die einer Flöhenabweichung von 30 nm entspricht. Dabei sind die im Bereich 405 eingezeichneten zwei L-förmigen Höhenlinien die Onm-Linien. Im Bereich 403, wo die Seitenfläche 213 eine gemeinsame Kante mit der Seitenfläche 215 hat und besonders wenig Substratmaterial vorhanden ist, weicht der Oberflächenverlauf bis zu 400 nm von der Idealoberfläche ab.

[0027] Zu dieser Spannungsverteilung wurde eine geeignete Gegenspannung bei Beschichtung der Seitenfläche 215 mit der Massgabe eines RMS-Werts der Seitenfläche 213 von maximal 9% der zentralen Wellenlänge von 650 nm bestimmt. Um eine bessere Spannungskompensation zu erreichen, wurde zusätzlich eine Beschichtung mit optisch neutralem Material, hier Siliziumdioxid, auf der Seitenfläche 216 in die FEM-Berechnungen mit einbezogen. Die Seitenfläche 213 wurde somit als erste Seitenfläche behandelt und die Seitenflächen 215, 216 als zwei unterschiedliche zweite Seitenflächen.

[0028] Das Ergebnis floss in das Schichtdesign der Antireflexschicht für die Seitenfläche 215 mit ein. Es wurden alternierend angeordnete Lagen aus Nioboxid und Siliziumdioxid gewählt, deren Einzellagendicken zwischen 10 nm und 150 nm schwanken und sich zu einer Gesamtdicke von ca. 7 Mikrometern aufsummieren. Ausserdem wurde die Dicke von einigen 100 nm der Kompensationsschicht aus Siliziumdioxid auf der Seitenfläche 216 bestimmt, wobei ein Dickenverlauf von maximal an der Kante zur Seitenfläche 213 bis minimal an der gegenüberliegenden Kante gewählt wurde. In Varianten kann auch mit konstanter Dicke gearbeitet werden oder auch eine der optischen Beschichtungen einen Dickenverlauf aufweisen.

[0029] Allerdings war auch zu beachten, dass die zu den Seitenflächen 215, 216 senkrecht befindlichen Seitenflächen 217, 217', die in Fig. 3, einer schematischen Draufsicht auf das Rhombusprisma 205 dargestellt sind, aus herstellungstechnischen Gründen nicht beschichtet werden können. Um den geforderten RMS-Wert trotzdem einhalten zu können, wurde das Substrat an der Seitenfläche 213 derart modifiziert, dass an den beiden Kanten zu den Seitenflächen 217, 217' jeweils ein Materialvorhalt 219 vorgesehen ist. Über diese Massnahme konnte positiv auf die sattelförmige Verformung im Bereich 405 der ausgeleuchteten Fläche 401 in Fig. 4a Einfluss genommen werden.

[0030] Nach Aufbringen der Strahlteilerschicht auf die Seitenfläche 213 des modifizierten Prismensubstrats durch Magnetronsputtern und anschliessend der Antireflexschicht auf die Seitenfläche 215 und der Kompensationsschicht auf die Seitenfläche 216, ebenfalls durch Magnetronsputtern, wurde die Verformung der Seitenfläche 215 im Bereich des Strahlflecks 401 interferometrisch vermessen. Das Ergebnis ist in Fig. 4b dargestellt. Wie in Fig. 4a entsprechen die Höhenlinien jeweils einem Höhenunterschied von 40 nm. Nur im äussersten Randbereich des Strahlflecks 401 im Bereich 403 wird noch ein Höhenunterschied von über 100 nm erreicht. Der RMS-Wert über die Fläche des Strahlflecks 401 liegt bei ca. 8,5% der zentralen Wellenlänge.

[0031] Eine beispielhafte Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung von optischen Elementen für den aus einem Grundkörper mit einer ersten Seitenfläche, die eine erste, optische Beschichtung aufweisen, und mindestens einer angrenzenden zweiten Seitenfläche, die eine zweite, optische Beschichtung aufweisen, sei anhand von Fig. 5 erläutert.

[0032] In einem ersten Verfahrensschritt 501 «Bestimmen einer Grundspannung mittels FEM» wird mittels FEM die Grundspannung berechnet, die von der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche verursacht wird. Alternativ könnte man auch ein Testelement aus dem Grundkörper des geplanten optischen Elements und nur der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche hersteilen und die durch die von der ersten optischen Beschichtung aufgebrachte Spannung induzierte Verformung der ersten Seitenfläche experimentell bestimmen. Ausserdem wird in Schritt 503 «Bestimmen einer zweiten Fläche» festgelegt, welches die zweite(n) Seitenfläche(n) ist/sind, die mit einer zweiten, optischen Beschichtung zu versehen sind, die zumindest teilweise die von der ersten, optischen Beschichtung hervorgerufene Spannung kompensiert. Wenn aus herstellungstechnischen Gründen die Anzahl der zweiten Seitenflächen beschränkt ist, werden bevorzugt eine oder mehrere an die erste Seitenfläche angrenzende Seitenflächen gewählt, die mit der ersten Seitenfläche einen Winkel von kleiner 90° bilden.

[0033] Aus der ermittelten Grundspannung und unter Berücksichtigung der Lage der zweite(n) Seitenfläche(n) wird im vorliegenden Beispiel mittels FEM berechnet, bei welcher Gegenspannung ein RMS-Wert von kleiner als 10% der zentralen Wellenlänge für alle mit optischen Beschichtungen zu versehenden Seitenflächen sowie ggf. weiteren optisch genutzten Seitenflächen eingehalten werden kann (Schritt 505 «Bestimmen einer Gegenspannung mittels FEM, bei der RMS < 0,1 *Ac).

[0034] Auf der Grundlage dieser Informationen und unter Berücksichtigung der einzuhaltenden optischen Parameter wird das Design der zweiten, optischen Beschichtung ausgesucht (Schritt 507 «Bestimmen der zweiten Beschichtung unter Berücksichtigung der Gegenspannung und optischer Parameter») und zunächst die erste, optische Beschichtung und anschliessend die zweite, optische Beschichtung auf die jeweiligen Seitenflächen des optischen Elements bevorzugt durch Sputterverfahren aufgebracht (Schritte 509 «Aufbringen der ersten Beschichtung», Schritt 511 «Aufbringen der zweiten Beschichtung»).

[0035] Nach dem Beschichten des Grundkörpers wird in Schritt 513 «Messung der Wellenfront» die tatsächlich im optischen Element induzierte Gesamtspannung experimentell ermittelt, indem im vorliegenden Beispiel die Wellenfront der durch die optisch genutzten Seitenflächen durchtretenden oder reflektierten Lichtstrahlen vermessen wird. Daraus wird auf die tatsächlich über die jeweiligen Flächen vorliegende Gesamtspannung geschlossen und diese mit der angestrebten Gesamtspannung verglichen. Im Falle einer zu grossen Abweichung werden die optischen Beschichtungen oder ggf. die Oberfläche einer optisch genutzten, aber unbeschichteten Seitenfläche wo notwendig insbesondere mittels magne-torheologischem Polieren oder lonenstrahlpolieren lokal nachbearbeitet (Schritt 515 «ggf. lokales Nachbearbeiten»). Diese beiden Schritte sind vor allem bei komplexeren Geometrien des herzustellenden optischen Elements hilfreich, wie etwa gekrümmten Flächenverläufen. In Simulationsrechnungen lassen sich nicht immer alle Wechselwirkungen, die zu bestimmten Spannungsverläufen aufgrund von optischen Beschichtungen führen können, überhaupt oder mit hinreichender Genauigkeit berücksichtigen, so dass bei hochpräzisen optischen Elementen ein Nachprüfen und Korrigieren zu besseren Ergebnissen führen kann.

[0036] Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung zwar anhand von optischen Elementen erläutert wurde, bei denen die erste und die mindestens eine zweite Seitenfläche aneinander grenzen, aber die Bespiele ohne weiteres auf jegliche optische Elemente übertragen werden können, bei denen die erste und die mindestens eine zweite Seitenfläche nicht planparallel zueinander sind. Ausserdem können sie auf beliebige Anwendungen wie etwa Polarisator, Fluoreszenzfilter, Strahlvereiniger usw. übertragen werden. Je nach konkreter Ausbildung der optischen Element können bei mehreren zweiten Beschichtungen auch eine oder mehrere ohne optische Funktion sein.

Bezugszeichen [0037] 101 Strahlteiler 103 zweites Prisma 105 erstes Prisma 107 einfallender Strahl 109 reflektierter Teilstrahl 111 transmittierter Teilstrahl 113 Seitenfläche 115, 115' Seitenflächen 201 Strahlteiler 203 zweites Prisma 205 Rhombusprisma 207, 207' einfallender Strahl 209 reflektierter Teilstrahl 211 transmittierter Teilstrahl 212 Seitenfläche 213 Seitenfläche 215 Seitenfläche 216 Seitenfläche 217,217' Seitenfläche 219 Vorhalt 401 Strahlfleck 403 Bereich 405 Bereich

Claims (12)

1. 501-515 Verfahrensschritte α, ß Winkel Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Grundkörper mit einer ersten Seitenfläche, die eine erste, optische Beschichtung aufweist, und mindestens einer zweiten Seitenfläche, die nicht planparallel zur ersten Seitenfläche ist und eine zweite, optische Beschichtung aufweist, mit den Schritten: - Bestimmen der durch die erste, optische Beschichtung der ersten Seitenfläche im optischen Element induzierten Spannung; - Bestimmen einer Gegenspannung, so dass die resultierende im optischen Element induzierte Gesamtspannung möglichst gering wird; - Bestimmen der zweiten, optischen Beschichtung unter Berücksichtigung der bestimmten Gegenspannung und der optischen Parameter dieser zweiten, optischen Beschichtung; -Aufbringen der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche; - Aufbringen der zweiten, optischen Beschichtung auf der mindestens einen zweiten Seitenfläche.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung unter der Bedingung bestimmt wird, dass der RMS-Wert der ersten Seitenfläche und/oder der zweiten Seitenfläche mit jeweiliger Beschichtung auf maximal 10% der Hauptwellenlänge begrenzt wird und/oder ihr Strehlwert oder ihre Strehlwerte bei mindestens 0,8 liegt oder liegen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Gegenspannung und/oder der durch die optische Beschichtung der ersten Seitenfläche im optischen Element induzierten Spannung und/oder der Bestimmung der zweiten Beschichtung Berechnungsmethoden der Finite-Elemente-Methode eingesetzt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringen der ersten, optischen Beschichtung auf der ersten Seitenfläche und der zweiten, optischen Beschichtung auf der mindestens einen zweiten Seitenfläche die tatsächlich im optischen Element induzierte Gesamtspannung experimentell ermittelt wird, mit der angestrebten Gesamtspannung verglichen wird und im Falle einer zu grossen Abweichung die erste, optische Beschichtung und/oder die zweite, optische Beschichtung und/oder eine weitere Seitenfläche des optischen Elements lokal bearbeitet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Bearbeiten mittels magnetorheologischem Polieren oder lonenstrahlpolieren durchgeführt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des optischen Elements modifiziert wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Beschichtungen durch io-nen- oder plasmaunterstützte physikalische Abscheidung aus der Gasphase oder durch Sputtern aufgebracht werden.
8. 8. Optisches Element, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. 9. Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Seitenfläche an die erste Seitenfläche angrenzt.
10. 10. Optisches Element nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Grundkörper oder eine Untereinheit des Grundkörpers als Prisma (105, 205) oder keilförmige Platte ausgebildet ist.
11. 11. Optisches Element nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste oder zweite optische Beschichtung aufweist, die als Antireflexschicht, als Reflexionsschicht oder als Filterschicht ausgebildet ist.
12. 12. Optisches Element nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Einsatz im infraroten und/oder sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet ist.