WO2009036941A2 - Binär geblazetes diffraktives optisches element - Google Patents

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WO2009036941A2 PCT/EP2008/007661 EP2008007661W WO2009036941A2 WO 2009036941 A2 WO2009036941 A2 WO 2009036941A2 EP 2008007661 W EP2008007661 W EP 2008007661W WO 2009036941 A2 WO2009036941 A2 WO 2009036941A2
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Ralf Arnold
Bernd Kleemann
Johannes Ruoff
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Carl Zeiss Ag
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    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power

Definitions

  • the invention relates to a binary blazed diffractive optical element according to the preamble of claim 1.
  • Figure 1 is a plan view of a binary blazed phase grating
  • the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 is elongate ribs 26 which have a rectangular cross-section which is constant in the longitudinal direction and which is periodically positioned on the outwardly facing side 28 of FIG

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

Ein binär geblazetes diffraktives optisches Element (10) weist eine Vielzahl von Beugungsstrukturen (16) auf, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung eine Breite g aufweisen, die größer als die effektive Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist, für welche das diffraktive optische Element (10) optimiert ist. Die Beugungsstrukturen (16) umfassen jeweils eine Reihe von Einzel-Substrukturen (18), die in der Draufsicht die Form einer geschlossenen geometrischen Fläche besitzen, deren parallel zur Erstreckung der Beugungsstrukturen (16) gerichtete Abmessung in Richtung senkecht zur Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen (16) variiert und deren senkrecht zur Erstreckung der Beugungsstrukturen (16) gerichtete Abmessung größer als die effektive Wellenlänge ist. Erfindungsgeimäß tragen die Einzel-Substrukturen (18) formdoppelbrechende Strukturen (26), wodurch die Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz des diffraktiven optischen Elements (10) verringert wird.

Description

BINÄR GEBLAZETES DIFFRAKTIVES OPTISCHES ELEMENT
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein binär geblazetes diffraktives optisches Element nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges optisches Element ist aus der WO 2004/025335 Al bekannt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Klassische geblazete Gitter weisen Beugungsstrukturen auf, die im Abstand der Gitterkonstanten g parallel zu- einander verlaufen und deren Querschnitt die Form eines Dreiecks hat. Die beiden dem Licht ausgesetzten Flanken der Beugungsstrukturen sind gegenüber einer Grundfläche des Gitters geneigt und werden als Blaze- und Gegenflanke bezeichnet. Die Blazeflanke besitzt dabei gegenüber der Grundfläche des Gitters eine solche Neigung, dass bei einem Winkel, der einer bestimmten Beugungsordnung zugeordnet ist, bezüglich der Blazeflanke bei in Reflexion betriebenen Gittern das Reflexionsgesetz und bei in Transmission betriebenen Gittern das Brechungsgesetz erfüllt ist. Dadurch fällt der Hauptteil der Intensität des ge- beugten Lichtes in die durch die Neigung der Blazeflanke vorgegebene Ordnung.
Früher wurden derartige geblazete Gitter hergestellt, indem die Beugungsstrukturen mit Hilfe von Diamanten in ei- nem Mastergitter eingeritzt und von diesem Mastergitter entsprechende Kopien angefertigt wurden. Dieses mechanische Verfahren ist zum einen sehr aufwendig und stößt andererseits bei sehr kurzen Wellenlängen des Lichtes, für welches das Gitter verwendet werden soll, an Grenzen, da die herzustellenden Strukturen zu klein sind.
Man hat daher zur Herstellung der Beugungsstrukturen von geblazeten Gittern auf die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzte Prozesstechnologie zurückgegriffen. Bei dieser Technologie wird ein Substrat mit einem Photolack beschichtet, der anschließend belichtet und entwickelt wird. Daran schließt sich ein Ätzvorgang an. Dieser Prozesszyklus wird gegebenenfalls mehrfach wiederholt .
Zunächst ging das Bestreben dahin, durch aufeinanderfol- gende derartige Prozesszyklen Beugungsstrukturen zu erhalten, bei denen die Blaze-Flanke durch eine gestufte Flanke angenähert ist. Werden beispielsweise vier derartige Stufen eingesetzt, können in der ersten Ordnung Beugungseffizienzen von über 80% erzielt werden. Mit einem weiteren Prozesszyklus ergeben sich acht Stufen, mit denen sich eine Beugungseffizienz der ersten Ordnung von etwa 95% erreichen lässt. Allgemein lassen sich durch Anwendung von n Prozesszyklen 2n Stufen erzeugen. Mit wachsender Zahl n der Prozesszyklen nähert sich das gestufte Profil der Flanke immer mehr dem dreieckigen Profil idea- ler geblazeter Gitter Gitter an, deren Beugungseffizienz nach skalarer Theorie in der ersten Ordnung 100% beträgt. Die Realisierung eines solchen Gitters ist jedoch durch die Notwendigkeit, den Prozesszyklus wiederholt zu durchlaufen, teuer und fehlerbehaftet.
Daher wurden Ansätze entwickelt, das Blaze-Profil der Beugungsstrukturen unter Verwendung binärer Strukturen nachzubilden, deren Dimensionen kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist, für welche das Gitter bestimmt ist. Diese Ansätze nutzen die Tatsa- che, dass Licht an den binären Strukturen nicht mehr gebeugt, sondern nur noch gestreut werden kann. Das Licht nimmt die binären Strukturen bei Phasengittern nur in Form eines lokalen, effektiven Brechungsindexes oder bei Amplitudengittern nur in Form eines lokalen Grautones wahr.
In einem Artikel von P. Laianne et al. "Design and fabri- cation of blazed binary diffractive elements with sam- pling periods smaller than the structural cut off", J. Opt. Soc. Am. A, Mai 1999, Seiten 1143 ff., werden geblazete diffraktive Elemente der eingangs genannten Art beschrieben, bei denen die Beugungsstrukturen in Einzel- Substrukturen aus Pfeilern mit rechteckiger oder quadra- - A -
tischer Grundfläche aufgelöst sind. Durch gegenläufige Variation der Pfeilerbreite und des Pfeilerabstands lassen sich unterschiedliche Füllfaktoren erzielen, was einer lokalen Variation des effektiven Brechungsindexes entspricht.
Bei derartigen binär geblazeten diffraktiven optischen
Elementen sind die Substrukturen sehr kleingliedrig und haben ein sehr hohes Aspektverhältnis, worunter man das
Verhältnis von Strukturhöhe zu Strukturbreite versteht . Daher sind sie technologisch schwer zu beherrschen, teuer und auch nicht in der ausreichenden Genauigkeit herstellbar.
In der WO 2004/025335 Al sind binär geblazete diffraktive optische Elemente beschrieben, die anstatt feingliedriger Substrukturen Einzel-Substrukturen mit geschlossenen und verhältnismäßig großen Flächen einsetzen, die ausschließlich lateral strukturiert sind. Bei einem Ausführungsbeispiel setzten sich Beugungsstrukturen entlang ihrer Erstreckungsrichtung aus einer Vielzahl von Einzel- Substrukturen mit einer dreieckigen Grundfläche zusammen. Dabei ist deren Abmessung entlang der Erststreckungsrich- tung der Beugungsstrukturen kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen ist die Abmessung der Einzel- Substrukturen größer als die Wellenlänge des verwendeten Lichts und entspricht der Gitterkonstanten g. Infolge dieses Aufbaus variiert der effektive Brechungsindex senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen.
Allerdings zeigen die so gefertigten Gitter eine relativ starke Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz,. die bei den meisten Anwendungen störend ist. Bei manchen Anwendungen wird hingegen eine besonders starke Polarisationsabhängigkeit verlangt, welche von diesen Gittern nicht erreicht wird.
Aus den US 2003/0128349 und US 2004/0257553 Al ist die Verwendung von formdoppelbrechenden Strukturen zur Doppelbrechungs-Kompensation in Linsen von Proj ektionsbe- lichtungsanlagen bekannt. Die Doppelbrechung in den Linsen kann intrinsisch sein, wie dies etwa bei CaF2 als Linsenmaterial der Fall ist, oder z.B. auf mechanische Verspannungen der Linsen zurückgehen. Die formdoppelbrechenden Strukturen werden dabei unmittelbar auf die Linsenkörper aufgebracht. Auch das Aufbringen von formdoppelbrechenden Strukturen auf Spiegeloberflächen ist in der US 2004/0257553 Al beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geblazetes diffraktives optisches Element der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz gezielt verringert oder vergrößert ist. Diese Aufgabe wird bei einem solchen Element dadurch gelöst, dass das optisches Element formdoppelbrechende Strukturen aufweist, deren Dicke kleiner ist als die Dicke der Einzel-Substrukturen .
Durch die formdoppelbrechenden Strukturen wird es möglich, die Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz zu verändern und dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Zudem ist das Aspektverhältnis der formdoppelbrechenden Strukturen aufgrund ihrer kleinern Dicke gering und die formdoppelbrechenden Strukturen lassen sich daher leicht herstellen.
Eine Ausführungsform eines solchen optischen Elements kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass die Einzel-Substrukturen die formdoppelbrechenden Strukturen tragen.
Die formdoppelbrechenden Strukturen können jedoch auch nur oder zusätzlich zwischen den Einzel-Substrukturen angeordnet sein. Dies ermöglicht es die formdoppelbrechenden Strukturen in einem einfachen Prozess auf der gesam- ten Oberfläche des optischen Elements zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die formdoppelbrechenden Strukturen länglich sind. Beispielsweise können die länglichen Strukturen als Rippen auf den Einzel- Substrukturen ausgebildet sein. Falls diese zudem entlang ihrer Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt haben, so sind die Rippen besonders einfach herzustellen, da man sie ohne weiteres mittels eines einfachen Streifenmusters in einem Lithographieprozess erzeugen kann. Die formdoppelbrechenden Strukturen können jedoch auch als kleinere Pfeiler mit rechteckiger oder insbesondere quadratischer Grundfläche ausgebildet sein, die in Reihen nebeneinander angeordnet sind.
In den meisten Fällen wird es gewünscht sein, die Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz, wie sie bei den aus der WO 2004/025335 Al bekannten diffraktiven optischen Elementen auftritt, zu verringern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass binäre Pfeiler mit einer quadratischen Grundfläche so in Reihen angeordnet werden, dass diese eine Formdoppelbrechung verursa- chen, die der formdoppelbrechenden Wirkung der Einzel- Substrukturen entgegen wirkt .
Anstatt solcher Pfeiler werden jedoch vorzugsweise längliche Strukturen zur Kompensierung der Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz verwendet. Eine Vermin- derung der Polarisationsabhängigkeit ergibt sich, wenn die Längsrichtung der länglichen Strukturen im Wesentlichen parallel zu der Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen verläuft.
Im Wesentlichen parallel bedeutet, dass die Längsrichtung der länglichen Strukturen weniger als 15° von der Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen abweicht. Da die formdoppelbrechende Wirkung der Einzel-Substrukturen in erster Nährung unabhängig von der Wirkung der länglichen Strukturen ist, tritt die gewünschte Verringerung der Polarisationsabhängigkeit auch dann ein, wenn keine exakte orthogonale Ausrichtung vorliegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die formdoppelbrechenden Strukturen unmittelbar, d.h. ohne eine Zwischenschicht, an die Einzel-Substrukturen angrenzen.
Wenn die formdoppelbrechenden Strukturen aus demselben Material wie die Einzel-Substrukturen bestehen, können die formdoppelbrechenden Strukturen einstückig aus den Einzel-Substrukturen erzeugt werden. Dazu werden in einem ersten Prozesszyklus Einzel-Substrukturen erzeugt, deren Höhe der gewünschten Höhe der Einzel-Substrukturen zuzüglich der Höhe der formdoppelbrechenden Strukturen entspricht. Danach werden in einem zweiten Prozesszyklus die formdoppelbrechenden Strukturen durch einen Belichtungsund Ätzvorgang direkt aus den überhöhten Einzel- Substrukturen gebildet.
Alternativ können formdoppelbrechende Strukturen, die aus einem anderen Material als die Einzel-Substrukturen bestehen, erzeugt werden, indem in einem zweiten Prozesszyklus eine weitere Schicht aus einem anderen Material auf die Einzel-Substrukturen aufgebracht wird. Dadurch steht dem Fachmann mit dem zweiten Material ein weiterer Designparameter zur Verfügung und sorgt damit für mehr Flexibilität während des Designprozesses.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die formdoppelbrechenden Strukturen eine Dicke auf, die so gewählt ist, dass die formdoppelbrechenden Strukturen re- flexionsmindernd wirken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei- Spiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein binär geblazetes Phasengitter;
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer Einzel- Substruktur des Phasengitters von Figur 1;
Figur 4 eine Draufsicht auf eine Zusammenstellung verschiedener Oberflächenstrukturen eines binär geblazeten Phasengitters.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Figur 1 ist eine Draufsicht auf ein geblazetes Phasengitter 10, das als Transmissionsgitter ausgelegt ist. Wie man besonders gut in der in Figur 2 gezeigten Schnittansicht entlang der Linie A-A erkennen kann, umfasst das Phasengitter 10 ein Substrat 12, das auf seiner in der
Zeichnung nach oben weisenden Fläche 14 eine Vielzahl parallel und geradlinig verlaufender länglicher Beugungsstrukturen 16 trägt, von denen in den Zeichnungen drei ausschnittsweise dargestellt sind.
Die länglichen Beugungsstrukturen 16 haben senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung eine Breite g. Da bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Beugungsstrukturen 16 unmittelbar aneinanderstoßen, ist ihre Breite g gleich der Gitterkonstante des Phasengitters 10. Um Beugungseffekte erzielen zu können, muss diese Gitterkonstante größer als die effektive Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung sein, für die das Phasengitter 10 bestimmt ist. Für die aus einem Material mit dem Brechungsindex ni bestehenden Beugungsstrukturen 16 ist die effektive Wellen- länge λ gegeben durch
λ = λv / ni,
wobei λv die Wellenlänge im Vakuum ist.
Jede Beugungsstruktur 16 setzt sich ihrerseits aus einer Vielzahl von unmittelbar aneinandergesetzten Einzel- Substrukturen zusammen, die jeweils die Gestalt eines Prismas 18 aufweisen. Wie aus der Draufsicht der Figur 1 ersichtlich ist, sind die Grundflächen der Prismen 18 durch gleichseitige Dreiecke gebildet, deren Grundseite 20 eine Länge p hat. Diese Länge p ist kleiner als die effektive Wellenlänge λ der verwendeten elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise sogar kleiner als die Hälfte dieser Wellenlänge. Die Höhe der gleichseitigen Dreiecke ist gleich der Breite g der Beugungsstrukturen 16. Die Grundseiten der Dreiecke stoßen an ihren Enden 22 un- mittelbar aneinander an und bilden so eine durchgehende Linie einer Beugungsstruktur 16. Die Spitzen 24 der Dreiecke berühren die Grundseiten 20 der Dreiecke der benachbarten Beugungsstruktur 16. Auf diese Weise ergeben sich Beugungsstrukturen 16, die auf der einen Seite, in den Figuren 1 und 2 nach links, durch eine ebene vertikale Fläche und auf der anderen Seite, in den Figuren nach rechts, durch eine zickzackförmige Lateralstruktur begrenzt sind.
Die Dicke di der Prismen 18, senkrecht zu der Ebene in der sich die Beugungsstrukturen 16 erstrecken, ergibt sich aus der Forderung nach einer vollwelligen Phasenre- tardierung, die durch die Prismen 18 erzielt wird:
(ni - nm) di = λv.
In dieser Gleichung ist λv die Vakuumwellenlänge der ver- wendeten elektromagnetischen Strahlung und nm der Brechungsindex des Mediums, das die Prismen 18 umgibt. Bei der dargestellten erhabenen Ausgestaltung der Prismen ist nm der Brechungsindex eines umgebenden Gases, z.B. Luft.
Insoweit ist das Phasengitter 10 aus der WO 2004/025335 Al bekannt; wegen weiterer Einzelheiten sei hier auf die- se verwiesen.
Da elektromagnetische Strahlung an Strukturen, deren Dimensionen kleiner als die Wellenlänge sind, nicht mehr gebeugt werden kann, nimmt die elektromagnetische Strahlung die zickzackförmige Lateralstruktur der Beugungs- strukturen 16 nur als eine Variation des effektiven Brechungsindexes wahr. Durch geeignete Auswahl der Breite g der Beugungsstrukturen 16 und der Länge p der Grundseiten 20 der gleichseitigen Dreiecke, welche die Grundflächen der Prismen 18 bilden, kann daher die Funktionsweise ei- nes klassisch geblazeten Gitters nachgebildet werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige gebla- zete Phasengitter polarisationsabhängige Beugungseffizienzen aufweisen. Dies lässt sich aus der regelmäßigen Anordnung der Prismen 18 erklären. Da jedes Prisma 18 aufgrund der Größenunterschiede zwischen der Grundseite
20 und der Höhe g der dreieckigen Grundfläche der Prismen 18 nach
g > λ > p, eine Vorzugsrichtung aufweist und diese Prismen 18 zudem regelmäßig angeordnet sind, wirken die Prismen 18 auf die elektromagnetische Strahlung formdoppelbrechend. Diese Wirkung ist ähnlich zu der Doppelbrechung in einem an- isotropen optischen Material.
Deshalb tragen die Prismen 18 längliche formdoppelbre- chende Strukturen, die senkrecht zu der Vorzugsrichtung der Prismen 18 ausgerichtet sind. Diese Strukturen sind so ausgestaltet, dass die formdoppelbrechende Wirkung der Prismen 18 im Wesentlichen kompensiert und dadurch die
Polarisationsabhängigkeit der Beugungsstrukturen 16 verringert wird. Die Prismen 18 und die formdoppelbrechenden Strukturen wirken dabei als einheitliches Material, dessen Brechzahl nicht oder nur noch geringfügig von der Po- larisationsrichtung des auftreffenden Lichts abhängt.
Bei den formdoppelbrechenden Strukturen handelt es sich bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel um längliche Rippen 26, die einen in Längsrichtung konstanten rechteckigen Querschnitt haben und periodisch auf der nach außen weisenden Seite 28 der
Prismen 18 angeordnet sind. Die Rippen 26 verlaufen dabei parallel zur Grundseite der gleichseitigen Dreiecke und somit auch parallel zur Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen 16. Die Rippen 26 erstrecken sich über die gesamte jeweilige Querabmessung der Prismen 18, so dass die Länge der Rippen 26 in Richtung der Spitzen 24 abnimmt. Die Periodizität w (siehe Figur 1) der Rippen 26 ist wie die Länge p der Grundseiten 20 der gleichseitigen Dreiecke kleiner als die effektive Wellenlänge λ der e- lektromagnetischen Strahlung, für die das Phasengitter 10 ausgelegt ist.
Das Phasengitter 10 wird mit Prozesstechnologien hergestellt, wie sie aus der Halbleiterindustrie bekannt sind. Ein ebenes Ausgangssubstrat wird dabei mit einem Photolack beschichtet und sodann mit einem Maskenschreiber belichtet. Anschließend erfolgt die Entwicklung des belich- teten Photolackes und ein Ätzvorgang, bei dem die Prismen 18 und somit die Beugungsstrukturen 16 entstehen.
In einem zweiten Prozesszyklus wird ein weiteres Material mit einem Brechungsindex n2 auf die so entstandenen Prismen 18 aufgebracht. Durch erneutes Aufbringen eines Pho- tolacks, Belichten und Ätzen werden dann die Rippen 26 auf den Prismen 18 erzeugt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die länglichen Rippen 26 aus demselben Material wie die Prismen 18 herzustellen. Dabei werden die Rippen 26 anstatt durch Materialaufbringung durch einen weiteren Ätzvorgang direkt aus den Prismen 18 erzeugt.
Die Schicht mit den Rippen 26 kann außerdem dazu verwendet werden, die Reflexion an dem Übergang zwischen dem üblicherweise hochbrechenden Material der Prismen 18 mit dem Brechungsindex ni und dem umgebenden Material mit dem Brechungsindex nm zu verringern. Das Material der Rippen 26 dabei so gewählt werden, dass dessen Brechungsindex n2 kleiner ist als der Brechungsindex r_i des Materials der Prismen 18. Durch geeignete Auswahl der Dicke d∑ der Schicht mit den Rippen 26 kann dann eine reflexionsmin- dernde λ/4 Bedingung erreicht werden. Maßgeblich sind hierbei wiederum die effektiven Brechungsindizes, die u.a. von den verwendeten Materialien abhängen.
Figur 4 ist eine der Figur 1 entsprechende Draufsicht, bei der jedoch in einer Art Zusammenschau verschiedene Ausführungsformen von Prismen 18 und formdoppelbrechenden Strukturen dargestellt sind. Das Prisma 18a beispielsweise ist ein Prisma, dessen Grundfläche aus einem gleichseitigen Dreieck aufgebaut ist, bei dem die Grundseite p verkürzt wurde. Das Prisma 18b hingegen trägt keine Struktur an der nach außen weisenden Seite 28, da es un- ter Umständen genügt, nur einzelne Prismen 18 mit form- doppelbrechenden Strukturen an der nach außen weisenden Seite 28 zu versehen.
Je nach verwendetem Herstellungsprozess kann es vorteilhaft sein, wie für die formdoppelbrechenden Strukturen 26a gezeigt, die formdoppelbrechenden Strukturen 26a nur zwischen den Prismen 18 auf dem Substrat 12 oder sogar unter den Prismen 18 aufzubringen. Bei der aus Herstellungsgründen wohl vorteilhaftesten Variante werden die formdoppelbrechenden Strukturen 26b sowohl auf als auch zwischen den Prismen 18 aufgebracht. Ein anderer für die Praxis wichtiger Fall sind die in der Figur 4 gezeigten länglichen formdoppelbrechenden Strukturen 26c, die nicht exakt parallel zu der Erstreckungs- richtung der Beugungsstrukturen 16 verlaufen. Da ein zweiter Prozessschritt zum Herstellen der länglichen, formdoppelbrechenden Strukturen 26c erforderlich ist, ist es vorteilhaft, wenn man bei der Herstellung der formdop- pelbrechenden Strukturen 26c auf eine exakte Ausrichtung während des zweiten Belichtungsprozesses verzichten kann. Bei Winkelabweichungen kleiner als 15° kommt es kaum zu größeren Auswirkungen auf die Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz des Phasengitters 10.
Des Weiteren können die aus den Figuren 1 bis 3 bekannten länglichen Rippen 26 durch einen oder mehrere Einschnitte unterbrochen sein, so dass sich unterteilte Rippen 26d ergeben. Im Grenzfall bei immer feinerer Unterteilung können die formdoppelbrechenden Strukturen 26 schließlich aus einer Vielzahl von Pfeilern 26e mit einer quadratischen Grundfläche aufgebaut sein, die in der einen Rich- tung einen kleineren und in der anderen Richtung größeren Abstand zueinander haben. Obwohl die einzelnen Pfeiler 26e als solche aufgrund ihrer Symmetrie keine formdoppel- brechende Wirkung haben, so führt deren Anordnung in Reihen doch die gewünschte Veränderung der Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz herbei.
Der Querschnitt der länglichen, formdoppelbrechenden Strukturen muss ferner entlang ihrer Längsrichtung nicht konstant sein, so dass die länglichen Strukturen 26f unregelmäßige Ränder aufweisen können, wie sie beispielsweise bei der Herstellung mit einem Ionenstrahllithogra- phieverfahren auftreten. Die länglichen, formdoppelbre- chenden Strukturen können aber auch, wie im Falle der formdoppelbrechenden Strukturen 26g, wellenförmig verlaufen, was beispielsweise durch eine holographische Belichtung erzeugt werden kann.
Die formdoppelbrechenden Strukturen können aber auch aperiodisch angeordnet sein. So kann zum Beispiel der Abstand zwischen den formdoppelbrechenden Strukturen 26h in Richtung der Spitze 24 der Dreiecke hin zu oder abnehmen, oder einzelne Strukturen 26h können eine andere Breite aufweisen als andere. Außerdem müssen die formdoppelbre- chenden Strukturen 26h entlang ihrer Längsrichtung nicht unbedingt die gesamte zur Verfügung stehende Querabmessung der Prismen 18 überdecken.
Als letztes Beispiel sei auf die länglichen, formdoppel- brechenden Strukturen 26i hingewiesen, die, wie in Figur 4 durch eine unterschiedlich dichte Schraffur angedeutet, keine formdoppelbrechende Strukturen 26 mit scharf abgegrenzten Konturen, sondern eine Wellenform haben, deren Amplitude senkrecht zu der nach außen weisenden Seite 28 der Prismen 18 steht. Für die Herstellung der formdoppel- brechenden Strukturen 26i mit Hilfe holographischer Belichtungsmethoden kann dies günstig sein. Auch bei anderen Belichtungsmethoden ergeben sich üblicherweise keine exakt senkrechten Flanken der formdoppelbrechenden Strukturen.
Selbstverständlich können all diese formdoppelbrechenden Strukturen, falls eine Verstärkung der Polarisationsab- hängigkeit der Beugungseffizienz des Phasengitters 10 gewünscht ist, um 90° gedreht, d.h. senkrecht zur Erstre- ckungsrichtung der Beugungsstrukturen 16, angeordnet werden, wie dies beispielsweise für die formdoppelbrechenden Strukturen 2βj gezeigt ist.
Ferner müssen die Einzel-Substrukturen, aus welchen die Beugungsstrukturen 16 aufgebaut sind, nicht ausschließlich ebene Seitenbegrenzungsflächen aufweisen. Je nach gewünschtem Verlauf des effektiven Brechungsindexes können auch gekrümmte Seitenbegrenzungsflächen vorgesehen sein, oder die Seitenbegrenzungsflächen können, wie in der bereits genannten WO 2004/025335 Al beschrieben, über gestufte Teilflächen angenähert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Binär geblazetes diffraktives optisches Element (10) mit einer Vielzahl von Beugungsstrukturen (16), die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und senkrecht zu ihrer Erstreckungsrich- tung eine Breite g aufweisen, die größer als die effektive Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist, für welche das diffraktive optische Element (10) optimiert ist, und die jeweils eine Vielzahl von Einzel-Substrukturen (18) aufweisen, die für die Blazewirkung sorgen und deren Form in der Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen (16) eine maximale Abmessung p aufweist, die zumindest im Mittel über eine Beugungsstruktur (16) hinweg kleiner als die effektive Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist, wobei die Beugungsstrukturen (16) jeweils eine Reihe von Einzel- Substrukturen (18) umfassen, die in der Draufsicht die Form einer geschlossenen geometrischen Fläche besitzen, deren parallel zur Erstreckung der Beu- gungsstrukturen (16) gerichtete Abmessung in Richtung senkecht zur Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen (16) variiert und deren senkrecht zur Erstreckung der Beugungsstrukturen (16) gerichtete Abmessung größer als die effektive Wellenlänge ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das optisches Element (10) formdoppelbrechende Strukturen (26) aufweist, deren Dicke kleiner ist als die Dicke der Einzel-Substrukturen (18) .
2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzel-Substrukturen (18) die formdoppelbrechenden Strukturen (26) tragen.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element formdoppelbrechenden Strukturen (26) zwischen den Einzel- Substrukturen (18) aufweist.
4. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formdoppelbrechenden Strukturen (26) länglich sind.
5. Optisches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Strukturen (26) Rippen sind.
6. Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Rippen (26) entlang ihrer Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt haben.
7. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische EIe- ment (10) eine Beugungseffizienz aufweist, die eine Polarisationsabhängigkeit hat, die kleiner ist als die Polarisationsabhängigkeit einer Beugungseffizienz eines gleichartigen optischen Vergleichsele- rnents, das sich nur durch das Fehlen der formdop- pelbrechenden Strukturen (26) unterscheidet.
8. Optisches Element nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der länglichen Strukturen (26) im Wesentlichen parallel zu der Erstreckungsrichtung der Beugungsstrukturen (16) verläuft.
9. Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der länglichen Strukturen (26) weniger als 15° von der Erstre- ckungsrichtung der Beugungsstrukturen (16) abweicht .
10. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formdoppel- brechenden Strukturen (26) unmittelbar an die Ein- zel-Substrukturen (18) angrenzen.
11. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formdoppel- brechenden Strukturen (26) aus demselben Material wie die Einzel-Substrukturen (18) bestehen.
12. Optisches Element nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die formdoppelbrechenden Strukturen (26) aus einem anderen Material als die Einzel-Substrukturen (18) bestehen.
13. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der formdoppelbrechenden Strukturen (26) so gewählt ist, dass die formdoppelbrechenden Strukturen (26) reflexionsvermindernd wirken.
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