DE102016116749A1

DE102016116749A1 - Diffraktives optisches element und verfahren zum herstellen eines diffraktiven optischen elements

Info

Publication number: DE102016116749A1
Application number: DE102016116749.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Enzmann; Hubert Halbritter
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Ein diffraktives optisches Element umfasst einen Träger, eine über dem Träger angeordnete innere dielektrische Schicht, die innere Öffnungen aufweist, und eine über der inneren dielektrischen Schicht angeordnete äußere dielektrische Schicht, die äußere Öffnungen aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element sowie ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements.
Diffraktive optische Elemente sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise zur Erzeugung von Lichtmustern eingesetzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein diffraktives optisches Element bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements anzugeben. Diese Aufgaben werden durch ein diffraktives optisches Element und durch ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein diffraktives optisches Element umfasst einen Träger, eine über dem Träger angeordnete innere dielektrische Schicht, die innere Öffnungen aufweist, und eine über der inneren dielektrischen Schicht angeordnete äußere dielektrische Schicht, die äußere Öffnungen aufweist.
Dieses diffraktive optische Element weist zwei übereinanderliegende dielektrische Schichten auf, ist also mehrstufig ausgebildet. Ein besonderer Vorteil dabei ist, dass die innere dielektrische Schicht und die äußere dielektrische Schicht dieses diffraktiven optischen Elements unterschiedlich strukturiert sein können, die inneren Öffnungen und die äußeren Öffnungen also unterschiedlich ausgebildet sein können. Dadurch kann das diffraktive optische Element vorteilhafterweise effizienter sein als ein einstufiges diffraktives optisches Element und/oder eine bessere Strahlformung ermöglichen als ein einstufiges diffraktives optisches Element. Der Träger und die dielektrischen Schichten dieses diffraktiven optischen Elements können eine hohe Temperaturstabilität aufweisen, wodurch das diffraktive optische Element vorteilhafterweise Bearbeitungsschritten unterzogen werden kann, bei denen eine hohe Temperatur auftritt. Beispielsweise kann sich das diffraktive optische Element für eine Verwendung in einem Wiederaufschmelzlötverfahren (Reflow-Löten) eignen.
In einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements weist die innere dielektrische Schicht einen ersten Brechungsindex auf. Die äußere dielektrische Schicht weist einen zweiten Brechungsindex auf. Dabei unterscheiden sich der erste Brechungsindex und der zweite Brechungsindex um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10%, bevorzugt um nicht mehr als 5%. Dadurch weisen die innere dielektrische Schicht und die äußere dielektrische Schicht dieses diffraktiven optischen Elements ähnliche optische Eigenschaften auf, wodurch an der Grenze zwischen innerer dielektrischer Schicht und äußerer dielektrischer Schicht eine Lichtbrechung und/oder eine Lichtreflexion nur in geringem Maße stattfinden. Dennoch können die innere dielektrische Schicht und die äußere dielektrische Schicht unterschiedliche Materialien aufweisen, wodurch eine getrennte Strukturierung der beiden dielektrischen Schichten ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements ist in den inneren Öffnungen und den äußeren Öffnungen ein Füllmaterial angeordnet. Vorteilhafterweise kann das diffraktive optische Element dadurch eine plane Außenseite aufweisen. Hierdurch ist das diffraktive optische Element vor einer Beschädigung oder Verschmutzung geschützt. Insbesondere kann durch das Füllmaterial verhindert werden, dass in die inneren Öffnungen und die äußeren Öffnungen des diffraktiven optischen Elements eindringende Feuchtigkeit oder in die inneren Öffnungen und die äußeren Öffnungen eindringende Lösungsmittel die Funktionsfähigkeit des diffraktiven optischen Elements beeinträchtigen.
In einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements weist das Füllmaterial einen Brechungsindex auf, der sich von dem ersten Brechungsindex um mindestens 10% unterscheidet, bevorzugt um mindestens 20%, besonders bevorzugt um mindestens 30%. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit des diffraktiven optischen Elements durch das in den inneren Öffnungen und den äußeren Öffnungen des diffraktiven optischen Elements angeordnete Füllmaterial vorteilhafterweise nicht oder nur in geringem Maße beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements weist das Füllmaterial Benzocyclobuten (BCB) auf. Vorteilhafterweise lässt sich das Füllmaterial dadurch einfach bearbeiten und weist eine hohe Beständigkeit auf.
In einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements ist zwischen der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht eine Zwischenschicht angeordnet. Diese Zwischenschicht kann vorteilhafterweise eine getrennte Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht und der inneren dielektrischen Schicht vereinfachen. Beispielsweise kann die Zwischenschicht als Ätzstoppschicht bei der Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht dienen. Die Zwischenschicht kann dabei sehr dünn ausgebildet sein, sodass sie die optische Funktion des diffraktiven optischen Elements nicht oder nur in geringem Maße beeinflusst.
Ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Trägers, zum Anordnen einer inneren dielektrischen Schicht über dem Träger, zum Anordnen einer äußeren dielektrischen Schicht über der inneren dielektrischen Schicht, zum Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht, um äußere Öffnungen in der äußeren dielektrischen Schicht auszubilden, und zum Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht, um innere Öffnungen in der inneren dielektrischen Schicht auszubilden.
Die getrennte Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht und der inneren dielektrischen Schicht ermöglicht es bei diesem Verfahren vorteilhafterweise, die äußere dielektrische Schicht und die innere dielektrische Schicht unterschiedlich zu strukturieren, die äußeren Öffnungen in der äußeren dielektrischen Schicht und die inneren Öffnungen in der inneren dielektrischen Schicht also unterschiedlich auszubilden. Dadurch ermöglicht dieses Verfahren eine Herstellung eines mehrstufigen diffraktiven optischen Elements. Das durch das Verfahren erhältliche mehrstufige diffraktive optische Element kann eine im Vergleich zu einem einstufigen diffraktiven optischen Element höhere Effizienz aufweisen und/oder eine bessere Strahlformung ermöglichen als ein einstufiges diffraktives optisches Element. Der Träger, die innere dielektrische Schicht und die äußere dielektrische Schicht des durch dieses Verfahren erhältlichen diffraktiven optischen Elements können eine hohe Temperaturstabilität aufweisen, wodurch sich das durch das Verfahren erhältliche diffraktive optische Element vorteilhafterweise für eine Verwendung in Hochtemperaturprozessen eignen kann, beispielsweise für eine Verwendung in einem Wiederaufschmelzlötverfahren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die innere dielektrische Schicht durch die äußeren Öffnungen der äußeren dielektrischen Schicht strukturiert. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache Strukturierung der inneren dielektrischen Schicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zwischen der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht eine Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht wird gemeinsam mit der inneren dielektrischen Schicht strukturiert. Vorteilhafterweise kann diese Zwischenschicht zwischen der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht die getrennte Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht und der inneren dielektrischen Schicht vereinfachen. Dabei kann die Zwischenschicht beispielsweise während des Strukturierens der äußeren dielektrischen Schicht als Ätzstoppschicht dienen. Die Verwendung der Zwischenschicht als Ätzstoppschicht kann eine größere Freiheit bei der Materialwahl der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Zwischenschicht GaAs auf. Vorteilhafterweise kann eine GaAs aufweisende Zwischenschicht als Ätzstoppschicht bei einem Ätzverfahren unter Verwendung von CF₄ und Sauerstoff dienen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht durch ein erstes Ätzverfahren. Das Ätzverfahren kann dabei ein nasschemisches oder ein trockenchemisches Ätzverfahren sein. Beispielsweise kann das Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht durch ein nasschemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Flusssäure oder ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Fluor-Gas sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens greift das erste Ätzverfahren die äußere dielektrische Schicht an, nicht jedoch die innere dielektrische Schicht. Vorteilhafterweise wird dadurch eine getrennte Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht und der inneren dielektrischen Schicht ermöglicht, ohne dass eine zwischen der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht angeordnete Ätzstoppschicht erforderlich ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens greift das erste Ätzverfahren die äußere dielektrische Schicht an, nicht jedoch die zwischen der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht angeordnete Zwischenschicht. Vorteilhafterweise wird auch dadurch eine getrennte Strukturierung der äußeren dielektrischen Schicht und der inneren dielektrischen Schicht ermöglicht. Das Vorsehen der Zwischenschicht ermöglicht dabei größere Freiheiten bei der Wahl der Materialien der inneren dielektrischen Schicht und der äußeren dielektrischen Schicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht durch ein zweites Ätzverfahren. Das zweite Ätzverfahren kann dabei beispielsweise ein nasschemisches oder ein trockenchemisches Ätzverfahren sein. Beispielsweise kann das zweite Ätzverfahren ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von SF₆/Ar oder ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Cl₂/Ar sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Anordnen eines Füllmaterials in den inneren Öffnungen und den äußeren Öffnungen. Das Anordnen des Füllmaterials in den Öffnungen der dielektrischen Schichten kann das durch das Verfahren erhältliche diffraktive optische Element vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen schützen. Beispielsweise kann durch das Anordnen des Füllmaterials in den Öffnungen des diffraktiven optischen Elements verhindert werden, dass in die Öffnungen des diffraktiven optischen Elements eindringende Feuchtigkeit die Funktionsfähigkeit des durch das Verfahren erhältlichen diffraktiven optischen Elements beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die innere dielektrische Schicht MgF₂ auf und die äußere dielektrische Schicht SiO₂ auf. Vorteilhafterweise lassen sich die innere dielektrische Schicht und die äußere dielektrische Schicht dann durch unterschiedliche Ätzverfahren getrennt voneinander strukturieren.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist die innere dielektrische Schicht TiO₂ auf und die äußere dielektrische Schicht Si₃N₄ auf. Vorteilhafterweise lassen sich auch hierbei die äußere dielektrische Schicht und die innere dielektrische Schicht durch unterschiedliche Ätzverfahren getrennt voneinander strukturieren.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht eines Trägers mit einer über dem Träger angeordneten inneren dielektrischen Schicht und einer über der inneren dielektrischen Schicht angeordneten äußeren dielektrischen Schicht;
2 eine geschnittene Seitenansicht des Trägers und der dielektrischen Schichten nach einem Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht;
3 eine geschnittene Seitenansicht des Trägers und der dielektrischen Schichten nach einem Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht;
4 eine geschnittene Seitenansicht des Trägers und der dielektrischen Schichten nach einem Anordnen eines Füllmaterials in Öffnungen der dielektrischen Schichten; und
5 eine geschnittene Seitenansicht eines Trägers und zweier über dem Träger angeordneter dielektrischer Schichten mit einer zwischen den dielektrischen Schichten angeordneten Zwischenschicht.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils eines Trägers 100. Der Träger 100 ist als flache Scheibe mit einer planen Oberseite 101 ausgebildet.
Der Träger 100 weist ein Material auf, das für elektromagnetische Strahlung zumindest einiger Wellenlängenbereiche, beispielsweise für sichtbares Licht oder für Infrarotlicht, im Wesentlichen transparent ist. Der Träger 100 kann beispielsweise Saphir oder ein Glas aufweisen.
Über der Oberseite 101 des Trägers 100 ist eine innere dielektrische Schicht 200 angeordnet worden. Die innere dielektrische Schicht 200 ist als flache Schicht mit einer Oberseite 201 und einer der Oberseite 201 gegenüberliegenden Unterseite 202 ausgebildet. Die Unterseite 202 der inneren dielektrischen Schicht 200 ist der Oberseite 101 des Trägers 100 zugewandt.
Im in 1 gezeigten Beispiel ist die innere dielektrische Schicht 200 unmittelbar auf der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet, sodass die Unterseite 202 der inneren dielektrischen Schicht 200 an die Oberseite 101 des Trägers 100 angrenzt. Es wäre jedoch auch möglich, zwischen der Oberseite 101 des Trägers 100 und der inneren dielektrischen Schicht 200 eine oder mehrere weitere Schichten vorzusehen.
Die innere dielektrische Schicht 200 weist ein dielektrisches Material mit einem ersten Brechungsindex auf. Der erste Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200 unterscheidet sich von einem Brechungsindex des Trägers 100. Es ist zweckmäßig, dass der erste Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200 größer als der Brechungsindex des Trägers 100 ist. Die innere dielektrische Schicht 200 kann beispielsweise MgF₂ oder TiO₂ aufweisen.
Die innere dielektrische Schicht 200 kann beispielsweise durch ein Kathodenzerstäubungsverfahren (Sputtern) auf dem Träger 100 angeordnet worden sein.
Über der inneren dielektrischen Schicht 200 ist eine äußere dielektrische Schicht 300 angeordnet worden. Die äußere dielektrische Schicht 300 ist eine flache Schicht mit einer Oberseite 301 und einer der Oberseite 301 gegenüberliegenden Unterseite 302. Die Unterseite 302 der äußeren dielektrischen Schicht 300 ist der Oberseite 201 der inneren dielektrischen Schicht 200 zugewandt.
Im in 1 gezeigten Beispiel ist die äußere dielektrische Schicht 300 unmittelbar auf der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordnet, sodass die Unterseite 302 der äußeren dielektrischen Schicht 300 an die Oberseite 201 der inneren dielektrischen Schicht 200 angrenzt. Alternativ ist allerdings möglich, zwischen der inneren dielektrischen Schicht 200 und der äußeren dielektrischen Schicht 300 eine oder mehrere Zwischenschichten vorzusehen, wie nachfolgend noch anhand der 5 erläutert wird.
Die äußere dielektrische Schicht 300 weist ein dielektrisches Material mit einem zweiten Brechungsindex auf. Es ist günstig, wenn der zweite Brechungsindex der äußeren dielektrischen Schicht 300 einen ähnlichen Wert aufweist wie der erste Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200. Der erste Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200 und der zweite Brechungsindex der äußeren dielektrischen Schicht 300 können sich beispielsweise um nicht mehr als 5%, um nicht mehr als 10% oder um nicht mehr als 20% unterscheiden.
Falls die innere dielektrische Schicht 200 MgF₂ aufweist, so kann die äußere dielektrische Schicht 300 beispielsweise SiO₂ aufweisen. Falls die innere dielektrische Schicht 200 TiO₂ aufweist, so kann die äußere dielektrische Schicht 300 beispielsweise Si₃N₄ aufweisen.
Die äußere dielektrische Schicht 300 kann beispielsweise durch ein Kathodenzerstäubungsverfahren über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordnet worden sein.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des Trägers 100, der über dem Träger 100 angeordneten inneren dielektrischen Schicht 200 und der über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordneten äußeren dielektrischen Schicht 300 in einem der Darstellung der 1 zeitlich nachfolgenden Bearbeitungsstand.
Die äußere dielektrische Schicht 300 ist strukturiert worden, um äußere Öffnungen 310 in der äußeren dielektrischen Schicht 300 auszubilden. Die äußeren Öffnungen 310 erstrecken sich jeweils von der Oberseite 301 der äußeren dielektrischen Schicht 300 bis zur Unterseite 302 der äußeren dielektrischen Schicht 300 durch die äußere dielektrische Schicht 300 bis zur Oberseite 201 der inneren dielektrischen Schicht 200.
Das Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht 300 kann durch ein erstes Ätzverfahren erfolgt sein. Die zwischen den äußeren Öffnungen 310 verbliebenen Abschnitte der äußeren dielektrischen Schicht 300 können während der Durchführung dieses ersten Ätzverfahrens durch eine Maske geschützt gewesen sein. Das erste Ätzverfahren kann beispielsweise ein nasschemisches Ätzverfahren oder ein trockenchemisches Ätzverfahren gewesen sein.
Das zum Anlegen der äußeren Öffnungen 310 in der äußeren dielektrischen Schicht 300 genutzte erste Ätzverfahren hat die äußere dielektrische Schicht 300 angegriffen, nicht jedoch die innere dielektrische Schicht 200. Die innere dielektrische Schicht 200 hat während der Durchführung des ersten Ätzverfahrens als Ätzstoppschicht fungiert.
Falls die äußere dielektrische Schicht 300 SiO₂ aufweist, so kann das erste Ätzverfahren beispielsweise ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Fluor-Gas gewesen sein. Falls die äußere dielektrische Schicht 300 Si₃N₄ aufweist, so kann das erste Ätzverfahren zum Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht 300 beispielsweise entweder ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Fluor-Gas oder ein nasschemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Flusssäure gewesen sein.
3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des Trägers 100, der über dem Träger 100 angeordneten inneren dielektrischen Schicht 200 und der über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordneten äußeren dielektrischen Schicht 300 in einem der Darstellung der 2 zeitlich nachfolgenden Bearbeitungsstand.
Die innere dielektrische Schicht 200 ist strukturiert worden, um innere Öffnungen 210 in der inneren dielektrischen Schicht 200 anzulegen. Die inneren Öffnungen 210 erstrecken sich jeweils vollständig durch die innere dielektrische Schicht 200, von der Oberseite 201 der inneren dielektrischen Schicht 200 bis zur Unterseite 202 der inneren dielektrischen Schicht 200.
Zum Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht 200 kann das Material der inneren dielektrischen Schicht 200 im Bereich der zu bildenden inneren Öffnungen 210 mittels eines zweiten Ätzverfahrens selektiv entfernt worden sein. Die verbleibenden Teile der inneren dielektrischen Schicht 200 können dabei durch eine Maske abgedeckt und geschützt gewesen sein.
Das Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht 200 ist dabei durch die äußeren Öffnungen 310 der äußeren dielektrischen Schicht 300 erfolgt. Das zur teilweisen Entfernung der inneren dielektrischen Schicht 200 genutzte Ätzmedium ist durch die äußeren Öffnungen 310 in der äußeren dielektrischen Schicht 300 zur inneren dielektrischen Schicht 200 vorgedrungen. Dadurch sind die inneren Öffnungen 210 unterhalb der äußeren Öffnungen 310 angeordnet. Die inneren Öffnungen 210 in der inneren dielektrischen Schicht 200 können dabei kleiner sein als die äußeren Öffnungen 310 in der äußeren dielektrischen Schicht 300, also beispielsweise kleinere Durchmesser aufweisen.
Das zum Ausbilden der inneren Öffnungen 210 in der inneren dielektrischen Schicht 200 genutzte zweite Ätzverfahren kann ein nasschemisches Ätzverfahren oder ein trockenchemisches Ätzverfahren gewesen sein. Beispielsweise kann das zweite Ätzverfahren ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von SF₆/Ar oder ein trockenchemisches Ätzverfahren unter Verwendung von Cl₂/Ar gewesen sein.
Die in 3 dargestellte Struktur mit dem Träger 100, der über dem Träger 100 angeordneten inneren dielektrischen Schicht 200 mit den inneren Öffnungen 210 und der über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordneten äußeren dielektrischen Schicht 300 mit den äußeren Öffnungen 310 bildet ein diffraktives optisches Element 10. Das diffraktive optische Element 10 kann beispielsweise zur Erzeugung eines Lichtmusters, beispielsweise eines Punktmusters, verwendet werden. Beispielsweise kann das diffraktive optische Element 10 zur Erzeugung eines Punktmusters zur Verwendung in einem Tiefenerfassungssystem genutzt werden. Das diffraktive optische Element 10 kann auch zur Abschwächung eines Lichtstrahls, beispielsweise eines Laserstrahls, verwendet werden, um beispielsweise eine Augensicherheit einer Laservorrichtung zu gewährleisten.
4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des diffraktiven optischen Elements 10 in einem der Darstellung der 3 zeitlich nachfolgenden Bearbeitungsstand.
In einem optionalen weiteren Bearbeitungsschritt ist ein Füllmaterial 400 in den inneren Öffnungen 210 und den äußeren Öffnungen 310 des diffraktiven optischen Elements 10 angeordnet worden. Das in den Öffnungen 210, 310 des diffraktiven optischen Elements 10 angeordnete Füllmaterial 400 kann einem Schutz des diffraktiven optischen Elements 10 vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen dienen. Insbesondere kann durch das in den Öffnungen 210, 310 angeordnete Füllmaterial 400 verhindert werden, dass Feuchtigkeit, beispielsweise Kondenswasser, Lösungsmittel oder andere Medien aus der Umgebung des diffraktiven optischen Elements 10 in die Öffnungen 210, 310 des diffraktiven optischen Elements 10 eindringen.
Das Füllmaterial 400 ist für elektromagnetische Strahlung zumindest einiger Wellenlängenbereiche transparent. Dabei weist das Füllmaterial einen Brechungsindex auf, der sich von dem ersten Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200 und von dem zweiten Brechungsindex der äußeren dielektrischen Schicht 300 unterscheidet. Beispielsweise kann sich der Brechungsindex des Füllmaterials 400 von dem ersten Brechungsindex der inneren dielektrischen Schicht 200 um mindestens 10%, um mindestens 20% oder um mindestens 30% unterscheiden.
Das Füllmaterial 400 kann beispielsweise Benzocyclobuten (BCB) aufweisen.
Das Füllmaterial 400 kann beispielsweise durch Aufschleudern in den inneren Öffnungen 210 und den äußeren Öffnungen 310 des diffraktiven optischen Elements 10 angeordnet worden sein. Im in 4 gezeigten Beispiel schließt das in den Öffnungen 210, 310 angeordnete Füllmaterial bündig mit der Oberseite 301 der äußeren dielektrischen Schicht 300 des diffraktiven optischen Elements 10 ab. Das Füllmaterial 400 könnte aber beispielsweise auch die Oberseite 301 der äußeren dielektrischen Schicht 300 bedecken.
5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des Trägers 100, der über dem Träger 100 angeordneten inneren dielektrischen Schicht 200 und der über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordneten äußeren dielektrischen Schicht 300 in einem der Darstellung der 1 entsprechenden Bearbeitungsstand gemäß einer alternativen Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist nach dem Anordnen der inneren dielektrischen Schicht 200 über dem Träger 100 und vor dem Anordnen der äußeren dielektrischen Schicht 300 eine Zwischenschicht 500 über der inneren dielektrischen Schicht 200 angeordnet worden. Anschließend ist die äußere dielektrische Schicht 300 über der Zwischenschicht 500 angeordnet worden. Dadurch befindet sich die Zwischenschicht 500 nun zwischen der Oberseite 201 der inneren dielektrischen Schicht 200 und der Unterseite 302 der äußeren dielektrischen Schicht 300.
Die zwischen der inneren dielektrischen Schicht 200 und der äußeren dielektrischen Schicht 300 angeordnete Zwischenschicht 500 kann nachfolgend während des Strukturierens der äußeren dielektrischen Schicht 300 als Ätzstoppschicht dienen. Das zum Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht 300 verwendete erste Ätzverfahren greift dann die äußere dielektrische Schicht 300 an, nicht jedoch die Zwischenschicht 500. Die in der äußeren dielektrischen Schicht 300 angelegten äußeren Öffnungen 310 erstrecken sich dann von der Oberseite 301 der äußeren dielektrischen Schicht 300 bis zur Zwischenschicht 500.
Anschließend wird die Zwischenschicht 500 gemeinsam mit der inneren dielektrischen Schicht 200 durch das zum Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht 200 genutzte zweite Ätzverfahren strukturiert. Das zweite Ätzverfahren greift somit die Zwischenschicht 500 und die innere dielektrische Schicht 200 an, wodurch Öffnungen in der Zwischenschicht 500 und die inneren Öffnungen 210 in der inneren dielektrischen Schicht 200 geschaffen werden. Alternativ ist es auch möglich, die Zwischenschicht 500 durch einen separaten Ätzschritt zu öffnen, der zwischen dem zum Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht 300 verwendeten ersten Ätzverfahren und dem zum Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht 200 genutzten zweiten Ätzverfahren durchgeführt wird.
Die Zwischenschicht 500 kann beispielsweise GaAs aufweisen. Falls die äußere dielektrische Schicht 300 SiO₂ aufweist, so kann das zum Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht 300 genutzte erste Ätzverfahren beispielsweise ein Ätzverfahren unter Verwendung von CF₄ und Sauerstoff sein.
Die Zwischenschicht 500 kann eine geringe Dicke von beispielsweise etwa 10 nm aufweisen.
Es ist möglich, das diffraktive optische Element 10 mit mehr als zwei dielektrischen Schichten 200, 300 auszubilden. Auch in diesem Fall werden die dielektrischen Schichten einzeln nacheinander von außen nach innen selektiv durch unterschiedliche Ätzverfahren strukturiert.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: diffraktives optisches Element
100: Träger
101: Oberseite
200: innere dielektrische Schicht
201: Oberseite
202: Unterseite
210: innere Öffnung
300: äußere dielektrische Schicht
301: Oberseite
302: Unterseite
310: äußere Öffnung
400: Füllmaterial
500: Zwischenschicht

Claims

Diffraktives optisches Element (10) mit einem Träger (100), einer über dem Träger (100) angeordneten inneren dielektrischen Schicht (200), die innere Öffnungen (210) aufweist, und einer über der inneren dielektrischen Schicht (200) angeordneten äußeren dielektrischen Schicht (300), die äußere Öffnungen (310) aufweist.
Diffraktives optisches Element (10) gemäß Anspruch 1, wobei die innere dielektrische Schicht (200) einen ersten Brechungsindex aufweist, wobei die äußere dielektrische Schicht (300) einen zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der erste Brechungsindex und der zweite Brechungsindex sich um nicht mehr als 20% unterscheiden, bevorzugt um nicht mehr als 10%, bevorzugt um nicht mehr als 5%.
Diffraktives optisches Element (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den inneren Öffnungen (210) und den äußeren Öffnungen (310) ein Füllmaterial (400) angeordnet ist.
Diffraktives optisches Element (10) gemäß Anspruch 3, wobei das Füllmaterial (400) einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem ersten Brechungsindex um mindestens 10% unterscheidet, bevorzugt um mindestens 20%, besonders bevorzugt um mindestens 30%.
Diffraktives optisches Element (10) gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, wobei das Füllmaterial (400) Benzocyclobuten aufweist.
Diffraktives optisches Element (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der inneren dielektrischen Schicht (200) und der äußeren dielektrischen Schicht (300) eine Zwischenschicht (500) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements (10) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Trägers (100); – Anordnen einer inneren dielektrischen Schicht (200) über dem Träger (100); – Anordnen einer äußeren dielektrischen Schicht (300) über der inneren dielektrischen Schicht; – Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht (300), um äußere Öffnungen (310) in der äußeren dielektrischen Schicht (300) auszubilden; – Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht (200), um innere Öffnungen (210) in der inneren dielektrischen Schicht (200) auszubilden.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die innere dielektrische Schicht (200) durch die äußeren Öffnungen (310) der äußeren dielektrischen Schicht (300) strukturiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, wobei zwischen der inneren dielektrischen Schicht (200) und der äußeren dielektrischen Schicht (300) eine Zwischenschicht (500) angeordnet wird, wobei die Zwischenschicht (500) gemeinsam mit der inneren dielektrischen Schicht (200) strukturiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Zwischenschicht (500) GaAs aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Strukturieren der äußeren dielektrischen Schicht (300) durch ein erstes Ätzverfahren erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das erste Ätzverfahren die äußere dielektrische Schicht (300) angreift, nicht jedoch die innere dielektrische Schicht (200).
Verfahren gemäß Anspruch 11 und einem der Ansprüche 9 und 10, wobei das erste Ätzverfahren die äußere dielektrische Schicht (300) angreift, nicht jedoch die Zwischenschicht (500).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei das Strukturieren der inneren dielektrischen Schicht (200) durch ein zweites Ätzverfahren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Anordnen eines Füllmaterials (400) in den inneren Öffnungen (210) und den äußeren Öffnungen (310).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei die innere dielektrische Schicht (200) MgF₂ aufweist und die äußere dielektrische Schicht (300) SiO₂ aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei die innere dielektrische Schicht (200) TiO₂ aufweist und die äußere dielektrische (300) Schicht Si₃N₄ aufweist.