WO2013007790A1 - Polariser and method for producing a polariser - Google Patents

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WO2013007790A1
WO2013007790A1 PCT/EP2012/063704 EP2012063704W WO2013007790A1 WO 2013007790 A1 WO2013007790 A1 WO 2013007790A1 EP 2012063704 W EP2012063704 W EP 2012063704W WO 2013007790 A1 WO2013007790 A1 WO 2013007790A1
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polarizer
substrate
layer
layers
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PCT/EP2012/063704
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Thomas Weber
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Kley, Ernst-Bernhard
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles

Definitions

  • Embodiments of the present invention provide a polarizer such as may be used for microscope applications, semiconductor inspection, and spectroscopy. Further exemplary embodiments of the present invention provide a method for producing such a polarizer.
  • the functional principle of a metal strip polarizer is based on the fact that the transmission of TE polarized light (electric field oscillates parallel to the lattice webs) is considerably smaller than the transmission for TM polarized light (electric field oscillates perpendicular to the lattice webs).
  • the optical properties of a MetallstMailpolarisators are significantly determined by the transmission for TM polarized light and the polarization contrast (ratio of the transmission of TM to TE polarized light).
  • Wireframe polarizers for UV applications have already been presented for aluminum and iridium as a grating material (J. Wang et al .: High-performance, large area, deep ultraviolet to infrared polarizers based on 40 nm line / 78 nm space nanowire grids, Applied Physics Letters, 90, 2007, T. Weber et al .: Broadband iridium wire grid polarizer for UV applications, Optics Letters, 36, 2011), with the period of the lattice structure at 100 nm.
  • a protective layer is named, which may consist of a metal oxide, glass or resin and on the lattice webs also of an opaque material. Between the grid bars but may only be a transparent material.
  • Embodiments of the present invention provide a polarizer having a substrate and a plurality of strips disposed on a surface of the substrate.
  • a strip of the plurality of strips in this case has a core, which has a first material, and a sheath which at least partially surrounds the core, made of a second material.
  • the first material has tungsten and the second material has iridium. It has been recognized that a polarizer can be provided which has both a good optical function (deep ultraviolet DUV) and high long-term stability when the stripes of the polarizer have a core comprising tungsten and the strips have a cladding at least partially surrounding the core having iridium.
  • a polarizer Due to the combination of a tungsten-containing core with an iridium-containing cladding, the good optical properties of tungsten and the high corrosion resistance of iridium make it a polarizer with a good optical function (down to the deep UV range) and high corrosion resistance to reach.
  • An advantage of embodiments of the present invention is that a polarizer is provided which combines a good optical function with a high corrosion resistance and thus a high long-term stability.
  • the core may be completely encapsulated by the sheath and the substrate to completely protect the core from external influences.
  • corrosion of the core (eg, tungsten) by the iridium-containing cladding can be prevented, but nevertheless a good optical function can be ensured by the tungsten-containing core.
  • the casing may surround the core at surfaces of the core that are perpendicular to the surface of the substrate, and the core may have at least one region recessed from the casing on a side facing away from the substrate.
  • the optical function of the polarizer is further improved by allowing incident light to strike the tungsten core directly.
  • a high corrosion resistance is then also given by the fact that the surfaces of the core (for example side surfaces of the core), which are perpendicular to the surface of the substrate, are surrounded by the sheath.
  • the core may also comprise a plurality of layers which are formed alternately from different materials.
  • the various layers may alternately be formed of the first material (the core) and the second material (the sheath).
  • the strips of the polarizer can be formed entirely from the first material and the second material.
  • Polarizers according to embodiments of the present invention may also be referred to hereinafter as metal strip polarizers. Furthermore, strips of polarizers may also be referred to as grid bars.
  • Fig. 1 is an oblique view of a polarizer according to an embodiment of the present invention
  • 2 shows possible configurations for grid system-based grid bars of a polarizer according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows diagrams depicting the dependence of the transmission in TM and TE polarization as a function of different layer thicknesses of the sheath in the case of polarizers according to embodiments of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic structure of a layer system of tungsten and iridium according to the configuration (A) shown in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows diagrams for depicting the spectral dependence in transmission and polarization contrast for a polarizer according to one exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing a polarizer according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 are schematic representations of intermediates as may be produced in the manufacture of a polarizer using the method of Fig. 6;
  • Fig. 8 is a schematic representation of a MetallstMakepolarisators.
  • Fig. 1 shows an oblique view of a polarizer 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the polarizer 100 is also referred to below as a metal strip polarizer 100.
  • the polarizer 100 has a substrate 102.
  • the polarizer 100 has a plurality of strips 101a to 101n arranged on a surface 103 of the substrate 102.
  • the strips 101a to 10in each have a core 105a to 105n.
  • the cores 105a to 105n in this case have a first material which has tungsten. In other words, the cores 105a to 105n have tungsten.
  • the strips 101a to 101 ⁇ each have a sheath 107a to 107n of a second material.
  • the second material has iridium. In other words, the sheaths 107a to 107n have iridium.
  • the cores 105a to 105n are completely encapsulated by the cladding 107a to 107n and the substrate 102.
  • the cores 105a to 105n of the strips 101a to 101n are therefore typically not visible from the outside and visible only in a sectional view through the strips 101a to 101n, as shown in Fig. 1, because the sheaths 107a to 107n connect the cores 105a to 105n completely surrounded with the substrate 102 in order to prevent corrosion of the cores 105a to 105n, which are relevant to the optical function of the polarizer 100, to prevent.
  • the cladding 107a to 107n may surround the cores 105a to 105n at areas of the cores 105a to 105n that are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102. Furthermore, the cores 105a to 105n (as shown for example in the following by configuration (B) in FIG. 2) on a side facing away from the substrate 102 may have at least one region recessed from the sheath, for example such that incident light is incident on first material (cores 105a-105n) as well as second material (cladding 107a-107n).
  • the substrate 102 may be a transparent substrate.
  • the substrate 102 may be transparent at least for radiation having a wavelength in a range of ⁇ > 150 nm and ⁇ ⁇ 2000 nm.
  • the polarizer 100 shown in FIG. 1 can therefore be a polarizer with a spectral operating range from infrared to the deep UV range, with the strips 101 a to 10 forming a polarization grid of the polarizer 100.
  • the strips 101a to 10 In can therefore also be referred to as grid bars of the polarizer 100.
  • the substrate 102 may comprise, for example, glass, quartz glass, Plexiglas or a transparent polymer material.
  • the strips 101a-10in may be spaced apart on the surface 103 of the substrate 102 and located in a common Extending direction, indicated by an arrow 104 along the surface 103 of the substrate 102 extend.
  • the cores 105a to 105n of the strips 101a to 101n may be formed entirely of tungsten. Furthermore, the sheaths 107a to 107n may be formed entirely of iridium. Since tungsten forms a material with good properties for a polarizer and iridium is a highly corrosion-resistant material, a polarizer with a good optical function up to the deep UV range and a high long-term stability can be achieved.
  • Dimensions of the strips 101a to 101 ⁇ may be identical, for example, widths b l to b n and / or heights h l to h n and / or lengths 1 l to l n of the strips 101a to 101n (in a tolerance range ⁇ 5%) be identical.
  • the strips 101a to 101n may form a binary polarization grating of the metal strip polarizer 100, that is, at one location of the metal strip polarizer 100, either a strip 101a to 101n is formed or not. That is, an incident light beam strikes either a strip 101a to 101n or directly on the surface 103 of the substrate 102.
  • the polarization grating can be periodic, that is, the width b L to b n of the strips 101a-101 ⁇ are identical, and the widths of the grating grooves 106a-106n are also identical.
  • a period p of this periodic polarization grating is therefore a sum of a width bi to b n of one of the stripes 101a to 101n and a width of one of the mesh trenches 106a to 106n.
  • a height h l to h of the strips 101a n to 101 ⁇ example can be referred to as web height, and for example in a range from 1 nm to 1000 nm or 10 nm to 500 nm or 50 nm to 300 nm.
  • a width b 1 to b n of the stripes 101a to 101n may also be referred to as a ridge width and may be in a range of 1 nm to 500 nm or 5 nm to 250 nm or 10 nm to 80 nm.
  • a distance (a width of the mesh trenches 106a to 10 In) of the strips 101a to 101 ⁇ is small enough to a wavelength ⁇ of incident radiation due to the good conductivity of the strips 101a to 10 In a first portion of the radiation (the TE polarized portion) is reflected with electric field parallel to the direction of extension of the strips 101a to 10 In (indicated by the arrow 104) and a second portion of the radiation (the TE polarized portion) with electric field perpendicular to the direction of the strips 101a to 101 ⁇ (at least in a certain percentage) is transmitted, that is transmitted.
  • a polarizer is typically described based on its TM transmission characteristics and polarization contrast. Both TM transmission and TE transmission are typically expressed in percent, i. a value of the TM transmission or the TE transmission indicates how much of the radiation polarized in the respective direction is transmitted through the polarization filter.
  • the polarization contrast or the polarization ratio of a polarizer is typically the value of the TM transmission divided by the value of the TE transmission.
  • FIG. 2 shows two possible configurations (A) and (B) for layered grating webs 101a, 101b of a polarizer according to an embodiment of the present invention.
  • Configuration (A) shows a polarizer 201 with two strips or grid bars 101a, 101b, the strips each having a core 105a, 105b and a sheath 107a, 107b.
  • the sheaths 107a, 107b and the substrate 102 completely encapsulate the cores 105a, 105b, so that the cores 105a, 105b are protected against corrosive influences.
  • the cores 105a, 105b have at least one first tungsten-containing material.
  • the sheaths 107a, 107b have a second iridium-containing material.
  • the cores 105a, 105b have multiple layers alternately formed of different materials.
  • the cores 105a, 105b may comprise a third material, which may be different than the first material and the second material.
  • the third material may be a metallic material, such as tungsten, molybdenum, aluminum, chromium or iridium, or else a dielectric material, for example different metal oxides or fluorides.
  • the layers of the cores may be formed alternately from the first material and the second material.
  • innermost layers 205a, 205b of the cores 105a, 105b may be formed of the first material.
  • outermost layers 206a, 206b of the cores 105a, 105b can also be formed from the first material. Between these innermost layers 205a, 205b and the outermost layers 206a, 206b there may be a plurality of additional layers, for example alternately of the first material and the second material.
  • the first material may be formed entirely of tungsten and / or the second material may be formed entirely of iridium.
  • an inner layer can be completely encapsulated in each case by the next outer layer and the substrate 102.
  • Fig. 2 shows on the right side a metal strip polarizer 203 according to the configuration (B).
  • This polarizer 203 differs from the polarizer 201 in that the cores 105a, 105b are not completely encapsulated by the cladding 107a, 107b and the substrate 102, but each have at least one region 210a, 210b recessed from the encapsulation 107a, 107b , Light incident on the polarizer 203 thus impinges on these regions 210a, 210b of the cores 105a, 105b recessed by the sheaths 107a, 107b and thus on the individual layers of the cores 105a, 105b.
  • the shells 107a, 107b are both on surfaces of the cores 105a, 105b which are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 and surfaces of the cores 105a, 105b which are parallel to the surface 103 of the substrate 102, Surrounding the cores 105a, 105b, the sheaths 107a, 107b in the configuration (B) surround the cores 105a, 105b only on the surfaces of the cores 105a, 105b which are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102.
  • the surfaces of the core are perpendicular to the surface 103 when a surface normal of these surfaces is perpendicular to a surface normal of the surface 103 of the substrate 102. Further, in both the configuration (A) and configuration (B), the individual layers extend along a common extending direction of the stripes 101a, 101b (as shown by the arrow 104 in FIG. 1, for example).
  • the individual layers extend in configuration (A) both perpendicular (layer stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102 as well as parallel (layer stacking direction parallel to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102nd
  • configuration (B) the individual layers extend only perpendicularly (layer stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102.
  • the individual layers of the cores 105a , 105b are stacked both in a stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 and in a stacking direction parallel to the surface 103 of the substrate 102, whereas in the polarizer 203 of the configuration (B), the individual layers of the cores 105a, 105b are perpendicular only in the stacking direction to the surface 103 of the substrate 102 are stacked.
  • a stacking direction is perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 when the stacking direction is perpendicular to the surface normal of the surface 103 of the substrate 102. Further, a stacking direction is parallel to the surface 103 of the substrate 102 when the stacking direction is parallel to the surface normal of the surface 103 of the substrate 102.
  • Configuration (A) excludes a possibly slightly corrosive layer (the cores 105a, 105b) having a central optical function (provided by the first material) from external influences, while in configuration (B) the layer (cores 105a, 105b) does not is completely completed (are).
  • FIG. 3 shows in two diagrams the simulated optical properties of a metal strip polarizer according to an exemplary embodiment based on a layer system of configuration (A) with respect to transmission in TE polarization (a) and TM polarization (b) for different compositions of the layer system.
  • the calculation was based on a layer system that contains tungsten as a central material (as material for the cores 105a to 105n) and is enclosed by iridium (as material for the sheaths 107a to 107b).
  • a sketch of the layer structure is shown both in FIG. 1 and in FIG. 4.
  • the parameters of the example grid are a period p of 100 nm and a grid height h l to h n of 150 nm.
  • the layer thickness of the layer material (iridium), ie the layer thickness of the sheaths 107a to 107n, is hereby varied between 1 nm, 5 nm and 10 ⁇ m.
  • TM transmission and TE polarization are also shown for a polarizer with pure tungsten stripes.
  • the material used for the graphs in Fig. 3 Metallst Shapepolarisa- tor (the cores 105a, 105b) has a width tungsten b l b n of 30 nm
  • the optical properties of a thicker layer match the optical properties of the layer material, which becomes clear on the characteristic course of transmission in TM polarization.
  • a polarizer with the optical properties of tungsten and the excellent corrosion resistance can be used (see M. El Khakani et al., Nano-porous iridium thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering, Journal of Vacuum Science & Technology A , 16, 1998) of iridium.
  • the layer structure but can be significantly more complex and consist of several materials. Also from a mixture of metallic and dielectric layers.
  • Suitable metals include tungsten, molybdenum, aluminum, chromium or iridium, while dielectric layers may consist of different metal oxides or fluorides. It is important to note that a material in configuration (A) can be completely encapsulated. The structure of the layer system is largely determined by the optical objective function of the element. Here, parameters such as transmission, polarization contrast, reflection, absorption and the acceptance angle can be set specifically.
  • Fig. 3 is a diagram showing TM transmission (a) and TE polarization (b) versus wavelength for a sample grating.
  • US 2004/0070829 A1 describes a polarizer consisting of a horizontal layer stack for applications in the visible spectral range, which is intended to enable the optical properties of the element to be set in a targeted manner.
  • a layer it is not possible, as shown in configuration (A), for a layer to act as a protective layer and to protect and completely enclose a material of the layer system from external influences.
  • the approach of the sequence of thin layers on a substrate is dealt with in EP 1387190 AI.
  • no vertical lattice structure as in the shown configuration (B) can be achieved.
  • conductive (metallic) layers in the grid trenches would significantly affect the optical function.
  • Anticorrosive properties are shown for the elements in US 2004/0070829 AI and EP 1387190 AI.
  • the target structure in US 2004/0070829 AI can not do this fulfill, because no layer is completely completed.
  • a simple configuration is shown in EP 1775607 AI, where a dielectric layer is applied to a patterned (lattice) resin substrate, which is then coated with a metallic functional layer. This layer structure also can not protect the functional layer.
  • a metal strip polarizer based on a layer system according to an embodiment of the present invention for applications down to the deep UV range (wavelength ⁇ 200 nm) an element is described below which has a period p of 100 nm and of a 5 nm thick layer (the sheaths 107a, 107b) is surrounded.
  • FIG. 4 shows the schematic structure of such a polarizer 100 having a layer system with strips 101a, 101b which have cores 105a, 105b made of tungsten and sheaths 107a, 107b made of iridium.
  • the element shown in Fig. 4 may therefore be identical to the metal strip polarizer 100 shown in Fig. 1, wherein the first material for the cores 105a, 105b is formed entirely of tungsten and the second material for the cladding 107a, 107b is formed entirely of iridium is.
  • the optical function of tungsten for wavelengths less than 200 nm is combined with the corrosion resistance of iridium.
  • This example shown in FIG. 4 represents the simplest example according to the configuration (A) shown in FIG. 2.
  • the layer system of the strips 101a and 101b is formed only by the central grating material tungsten and a layer iridium.
  • FIG. 5 shows the optical function of this example grating or this polarizer 100 on the basis of a representation of the spectral dependence of transmission and polarization contrast for this example grating.
  • the left-hand diagram of FIG. 5 shows the spectral dependence of the transmission in TE and TM polarization as a function of the wavelength.
  • the right-hand diagram of FIG. 5 shows the dependence of the polarization contrast on the wavelength.
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method 600 for producing a polarizer according to an exemplary embodiment. Further, FIG. 7 shows possible intermediate stages as may occur in the method 600 of fabricating a polarizer for the various configurations (A) and (B) shown in FIG. 2.
  • the method 600 includes a step 602 of forming a core of a strip of the polarizer by coating a substrate with at least a first material comprising tungsten and patterning the (tungsten-bearing) first material.
  • the structuring of the tungsten-containing material can take place simultaneously with the coating, for example using a (stripe) mask, or after coating.
  • the method 600 includes a step 604 of coating at least the core of the polarizer with a second material having iridium to form a cladding so that the core of the strip is completely encapsulated by the cladding and the substrate.
  • the coating of the substrate as well as of the core can be carried out, for example, by means of PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) or ALD (Atomic Layer Deposition).
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the formation of the core of the strip can also be achieved by multiple layers (or superimposition) of several, for example, different mats rials.
  • the sheath may be deposited on the core such that the core is completely encapsulated by the sheath and the substrate.
  • different materials may alternately be stacked to form multiple layers of the core, wherein the stacking of the various materials is such that each layer of the core is formed from a layer formed from that layer and from the substrate completely encapsulated.
  • the method may further comprise a step 606 of forming a region of the core recessed from the sheath.
  • the formation 606 of the sheath-recessed region of the core can be done, for example, by etching.
  • the etching can be carried out, for example, by means of the so-called IBE (Ion Beam Etching) method.
  • FIG. 7 there are shown schematically intermediate stages for producing a polarizer according to an embodiment of the present invention, as may occur in the method 600 for producing a polarizer according to configuration (A) and a polarizer according to configuration (B).
  • An element according to configuration (A) can be fabricated by overcoating a grating (eg, with a period p of 100 nm) of any material by a sputtering (PVC) or vapor deposition (CVD) process at a selected angle (steps 602) and 604 of method 600). This process can be repeated as often as required, depending on the number of layers in the layer system.
  • the coating at an angle is advantageous because no material should get into the trench between the grid bars, so as not to disturb the optical function.
  • the material should be deposited exclusively on the grid bars (the strip) and on their side walls.
  • a further etching step (step 606 of the method 600) may be necessary in order to remove the material in the grid bars and on the surface, as shown in FIG of the vertically oriented layer system.
  • an atomic layer deposition (ALD) process may also be used to apply the layers.
  • the ALD method can very precisely overlay the given structures and allows extremely precise control of the deposited layer thicknesses.
  • a purely physical ion beam etching (IBE) method is available for the final etching step (step 606 of method 600).
  • Embodiments provide a corrosion resistant metal strip polarizer for DUV applications where the metal strips are based on a layer system.
  • Embodiments involve the use of a layer system as a grating material to combine a good optical function in the UV region with high long-term stability.
  • embodiments use a vertical layer system as a grating material for a polarizer with a spectral working range into the UV range combined with a high long-term stability.
  • a grid web (a strip) consists not only of a material, but of a layer system (formed by a core and an associated sheath).
  • the layer system can be arranged perpendicular to the surface of the substrate on which the strips are arranged. This allows the combination of mechanical properties (such as the high corrosion resistance of iridium) and optical properties (such as the good optical function of tungsten) of the selected layer materials.
  • the encapsulation can also be carried out in a vacuum sequence (without contact with oxygen) with a suitable choice of the processes, which is of great interest, above all, for aluminum (oxidation on contact with oxygen).
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Abstract

A polariser comprises a substrate and a plurality of strips arranged on a surface of the substrate. One strip from the plurality of strips comprises a core comprising a first material, and a sheathing, which at least partly surrounds the core, composed of a second material. The first material comprises tungsten and the second material comprises iridium.

Description

Polarisator und Verfahren zur Herstellung eines Polarisators  Polarizer and method of making a polarizer
Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical area
Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Polarisator, wie er bei- spielsweise für Mikroskopanwendungen, Halbleiterinspektion und in der Spektroskopie verwendet werden kann. Weitere Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Polarisators. Embodiments of the present invention provide a polarizer such as may be used for microscope applications, semiconductor inspection, and spectroscopy. Further exemplary embodiments of the present invention provide a method for producing such a polarizer.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Das Prinzip von Polarisatoren auf der Basis von leitfähigen Metallstreifen, die auf einem dielektrischen Substrat periodisch angeordnet sind, ist seit geraumer Zeit bekannt (G. Bird, M. Parrish Jr.: The wire grid as a near-infrared polarizer, JCSA, 50, 1960). Die Herausforderung bei der Entwicklung von Metallstreifenpolarisatoren für den UV-Bereich liegt zum Einen in der Auswahl eines geeigneten Gittermaterials, um eine möglichst gute optische Funktion zu erzielen, und zum Anderen in einer geeigneten Herstellungstechnik, die es ermöglicht, binäre Gitter mit kleinen Perioden zu realisieren. Fig. 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen Polarisators. Dem Funktionsprinzip eines Metallstreifenpolarisa- tors liegt zu Grunde, dass die Transmission von TE polarisiertem Licht (elektrisches Feld schwingt parallel zu den Gitterstegen) wesentlich kleiner ist als die Transmission für TM polarisiertes Licht (elektrisches Feld schwingt senkrecht zu den Gitterstegen). Die optischen Eigenschaften eines Metallstreifenpolarisators werden maßgeblich durch die Transmission für TM-polarisiertes Licht sowie dem Polarisationskontrast (Verhältnis der Transmission von TM- zu TE-polarisiertem Licht) bestimmt. The principle of conductive metallic strip polarizers periodically mounted on a dielectric substrate has been known for some time (G.Bird, M. Parrish Jr .: The wire grid as a near-infrared polarizer, JCSA, 50, p. 1960). The challenge in the development of metal strip polarizers for the UV range is on the one hand in the selection of a suitable grating material in order to achieve the best possible optical function, and on the other in a suitable manufacturing technique, which makes it possible to realize binary grids with small periods , Fig. 8 shows the basic structure of such a polarizer. The functional principle of a metal strip polarizer is based on the fact that the transmission of TE polarized light (electric field oscillates parallel to the lattice webs) is considerably smaller than the transmission for TM polarized light (electric field oscillates perpendicular to the lattice webs). The optical properties of a Metallstreifenpolarisators are significantly determined by the transmission for TM polarized light and the polarization contrast (ratio of the transmission of TM to TE polarized light).
Drahtgitterpolarisatoren für Anwendungen im UV-Bereich wurden bereits für Aluminium und Iridium als Gittermaterial präsentiert (J. Wang et al.: High-performance, large area, deep ultraviolet to infrared polarizers based on 40 nm line/78 nm space nanowire grids, Applied Physics Letters, 90, 2007, T. Weber et al.: Broadband iridium wire grid polarizer for UV applications, Optics Letters, 36, 2011), wobei die Periode der Gitterstruktur bei 100 nm liegt. Die wichtige Frage der Langzeitstabilität wurde hierbei lediglich in (T. Weber et al.: Broadband iridium wire grid polarizer for UV applications, Optics Letters, 36, 2011) mit der Wahl von Iridium als Gittermaterial diskutiert. Die US/2003/0227678 A1 beschreibt einen Ansatz die Metallstruktur durch eine Monolage organischer Verbindungen zu schützen, die die optischen Eigenschaften des Polarisators, wenn möglich, nicht beeinflussen soll. Die organische Schicht besteht aus einem Korrosi- onsverzögerer und soll nicht dicker als 10 nm sein. Wireframe polarizers for UV applications have already been presented for aluminum and iridium as a grating material (J. Wang et al .: High-performance, large area, deep ultraviolet to infrared polarizers based on 40 nm line / 78 nm space nanowire grids, Applied Physics Letters, 90, 2007, T. Weber et al .: Broadband iridium wire grid polarizer for UV applications, Optics Letters, 36, 2011), with the period of the lattice structure at 100 nm. The important question of long-term stability was discussed here only in (Weber et al., Broadband iridium wire grid polarizers for UV applications, Optics Letters, 36, 2011) with the choice of iridium as the lattice material. US 2003/0227678 A1 describes an approach to protect the metal structure by a monolayer of organic compounds, which should not affect the optical properties of the polarizer, if possible. The organic layer consists of a corrosion inhibitor and should not be thicker than 10 nm.
In (EP 2299299 A1) wird eine Schutzschicht benannt, die aus einem Metalloxid, Glas oder Harz und auf den Gitterstegen auch aus einem opaken Material bestehen kann. Zwischen den Gitterstegen darf sich aber nur ein transparentes Material befinden. In (EP 2299299 A1) a protective layer is named, which may consist of a metal oxide, glass or resin and on the lattice webs also of an opaque material. Between the grid bars but may only be a transparent material.
All diesen Konzepte haben gemein, dass sie entweder eine gute optische Funktion oder eine hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglichen. All these concepts have in common that they either allow a good optical function or a high corrosion resistance.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept für einen Polarisator zu schaffen, der sowohl eine gute optische Funktion als auch eine hohe Langzeitbeständigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Polarisator gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisators gemäß Anspruch 10. It is an object of the present invention to provide a concept for a polarizer which has both a good optical function and a high long-term stability. This object is achieved by a polarizer according to claim 1 and by a method for producing a polarizer according to claim 10.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Polarisator mit einem Substrat und einer Mehrzahl von auf einer Oberfläche des Substrats angeordneten Streifen. Ein Streifen aus der Mehrzahl von Streifen weist dabei einen Kern auf, der ein erstes Material aufweist, und eine Ummantelung, welche den Kern zumindest teilweise umgibt, aus einem zweiten Material auf. Das erste Material weist dabei Wolfram auf und das zweite Material weist dabei Iridium auf. Es wurde erkannt, dass ein Polarisator geschaffen werden kann, der sowohl eine gute optische Funktion (bis in den tiefen UV-Bereich - DUV - Deep Ultraviolet) als auch eine hohe Langzeitbeständigkeit aufweist, wenn die Streifen des Polarisators einen Kern aufweisen, der Wolfram aufweist und die Streifen eine Ummantelung aufweisen, die den Kern zumindest teilweise umgeben, die Iridium aufweist. Durch die Kombination eines Wolfram auf- weisenden Kerns mit einer Iridium aufweisenden Ummantelung lässt sich, aufgrund der guten optischen Eigenschaften von Wolfram und der hohen Korrosionsbeständigkeit von Iridium ein Polarisator mit einer guten optischen Funktion (bis in den tiefen UV-Bereich) und einer hohen Korrosionsbeständigkeit erreichen. Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist dabei, dass ein Polarisator geschaffen wird, der eine gute optische Funktion mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit und damit einer hohen Langzeitbeständigkeit vereint. Embodiments of the present invention provide a polarizer having a substrate and a plurality of strips disposed on a surface of the substrate. A strip of the plurality of strips in this case has a core, which has a first material, and a sheath which at least partially surrounds the core, made of a second material. The first material has tungsten and the second material has iridium. It has been recognized that a polarizer can be provided which has both a good optical function (deep ultraviolet DUV) and high long-term stability when the stripes of the polarizer have a core comprising tungsten and the strips have a cladding at least partially surrounding the core having iridium. Due to the combination of a tungsten-containing core with an iridium-containing cladding, the good optical properties of tungsten and the high corrosion resistance of iridium make it a polarizer with a good optical function (down to the deep UV range) and high corrosion resistance to reach. An advantage of embodiments of the present invention is that a polarizer is provided which combines a good optical function with a high corrosion resistance and thus a high long-term stability.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann der Kern durch die Ummantelung und das Substrat vollständig eingekapselt sein, um den Kern vollständig vor äußeren Einflüssen zu schützen. So kann eine Korrosion des Kerns (beispielsweise des Wolframs) durch die Iridium aufweisende Ummantelung verhindert werden, aber trotzdem eine gute optische Funktion, durch den Wolfram aufweisenden Kern gewährleistet werden. According to some embodiments, the core may be completely encapsulated by the sheath and the substrate to completely protect the core from external influences. Thus, corrosion of the core (eg, tungsten) by the iridium-containing cladding can be prevented, but nevertheless a good optical function can be ensured by the tungsten-containing core.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Ummantelung an Flächen des Kerns, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats sind, den Kern umgeben und der Kern kann, an einer dem Substrat abgewandten Seite, zumindest eine von der Ummantelung ausgesparte Region aufweisen. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird die optische Funktion des Polarisators nochmals dadurch verbessert, dass einfallendes Licht direkt auf den Wolfram aufweisenden Kern treffen kann. Eine hohe Korrosionsbeständigkeit wird dann auch dadurch gegeben, dass die Flächen des Kerns (beispielsweise Seitenflächen des Kerns), die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats sind, von der Ummantelung umgeben sind. According to further embodiments, the casing may surround the core at surfaces of the core that are perpendicular to the surface of the substrate, and the core may have at least one region recessed from the casing on a side facing away from the substrate. In these embodiments, the optical function of the polarizer is further improved by allowing incident light to strike the tungsten core directly. A high corrosion resistance is then also given by the fact that the surfaces of the core (for example side surfaces of the core), which are perpendicular to the surface of the substrate, are surrounded by the sheath.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Kern auch mehrere Lagen aufweisen, die abwechselnd aus verschiedenen Materialien gebildet sind. Beispielsweise können die verschiedenen Lagen abwechselnd aus dem ersten Material (des Kerns) und dem zweiten Material (der Ummantelung) gebildet sein. Mit anderen Worten können die Streifen des Pola- risators vollständig aus dem ersten Material und dem zweiten Material gebildet sein. According to further embodiments, the core may also comprise a plurality of layers which are formed alternately from different materials. For example, the various layers may alternately be formed of the first material (the core) and the second material (the sheath). In other words, the strips of the polarizer can be formed entirely from the first material and the second material.
Polarisatoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können im Folgenden auch als Metallstreifenpolarisatoren bezeichnet werden. Ferner können Streifen von Polarisatoren auch als Gitterstege bezeichnet werden. Polarizers according to embodiments of the present invention may also be referred to hereinafter as metal strip polarizers. Furthermore, strips of polarizers may also be referred to as grid bars.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Schrägansicht auf einen Polarisator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 Mögliche Konfigurationen für auf einem Schichtsystem basierende Gitterstege eines Polarisators gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel; Fig. 1 is an oblique view of a polarizer according to an embodiment of the present invention; 2 shows possible configurations for grid system-based grid bars of a polarizer according to an exemplary embodiment;
Fig. 3 Diagramme zur Darstellung der Abhängigkeit der Transmission in TM und TE Polarisation in Abhängigkeit von verschiedenen Schichtdicken der Ummantelung bei Polarisatoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 3 shows diagrams depicting the dependence of the transmission in TM and TE polarization as a function of different layer thicknesses of the sheath in the case of polarizers according to embodiments of the present invention;
Fig. 4 einen schematischen Aufbau eines Schichtsystems aus Wolfram und Iridium gemäß der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration (A); 4 shows a schematic structure of a layer system of tungsten and iridium according to the configuration (A) shown in FIG. 2;
Fig. 5 Diagramme zur Darstellung der spektralen Abhängigkeit in Transmission und Polarisationskontrast für einen Polarisator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 shows diagrams for depicting the spectral dependence in transmission and polarization contrast for a polarizer according to one exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Polarisators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 6 is a flowchart of a method of manufacturing a polarizer according to an embodiment of the present invention; and
Fig. 7 schematische Darstellungen von Zwischenstufen, wie sie bei der Herstellung eines Polarisators unter Nutzung des Verfahrens aus Fig. 6 entstehen können; und Fig. 7 are schematic representations of intermediates as may be produced in the manufacture of a polarizer using the method of Fig. 6; and
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Metallstreifenpolarisators. Fig. 8 is a schematic representation of a Metallstreifenpolarisators.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen werden und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen mit denselben Bezugszeichen sind daher untereinander austauschbar. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Before embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that like elements or elements having the same function are denoted by the same reference numerals and a repeated description of these elements will be omitted. Descriptions of elements with the same reference numerals are therefore interchangeable.
Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht auf einen Polarisator 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Polarisator 100 wird im Folgenden auch als Me- tallstreifenpolarisator 100 bezeichnet. Der Polarisator 100 weist ein Substrat 102 auf. Ferner weist der Polarisator 100 eine Mehrzahl von auf einer Oberfläche 103 des Substrats 102 angeordneten Streifen 101a bis 101n auf. Die Streifen 101a bis 10 In weisen jeweils einen Kern 105a bis 105n auf. Die Kerne 105a bis 105n weisen dabei ein erstes Material auf, welches Wolfram aufweist. Mit anderen Worten weisen die Kerne 105a bis 105n Wolfram auf. Ferner weisen die Streifen 101a bis 101η jeweils eine Ummantelung 107a bis 107n aus einem zweiten Material auf. Das zweite Material weist Iridium auf. Mit anderen Worten weisen die Ummantelungen 107a bis 107n Iridium auf. Fig. 1 shows an oblique view of a polarizer 100 according to an embodiment of the present invention. The polarizer 100 is also referred to below as a metal strip polarizer 100. The polarizer 100 has a substrate 102. Furthermore, the polarizer 100 has a plurality of strips 101a to 101n arranged on a surface 103 of the substrate 102. The strips 101a to 10in each have a core 105a to 105n. The cores 105a to 105n in this case have a first material which has tungsten. In other words, the cores 105a to 105n have tungsten. Furthermore, the strips 101a to 101η each have a sheath 107a to 107n of a second material. The second material has iridium. In other words, the sheaths 107a to 107n have iridium.
Wie im einleitenden Teil dieser Anmeldung bereits erläutert, kann durch die Kombination der Wolfram aufweisenden Kerne 105a bis 105n in Verbindung mit den Wolfram aufweisenden Ummantelungen 107a bis 107n bei den Streifen 101a bis 101n eine gute optische Funktion bis in den tiefen UV-Bereich (aufgrund der Wolfram aufweisenden Kerne 105a bis 105n) sowie eine hohe Langzeitbeständigkeit (aufgrund der Iridium aufweisenden Ummantelungen 107a bis 107n)erreicht werden. As already explained in the introductory part of this application, by the combination of the tungsten-containing cores 105a to 105n in conjunction with the tungsten-containing sheaths 107a to 107n in the strips 101a to 101n a good optical function into the deep UV range (due to the Tungsten cores 105a to 105n) and a high long-term stability (due to the iridium-containing sheaths 107a to 107n) can be achieved.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel sind die Kerne 105a bis 105n vollständig von den Ummantelungen 107a bis 107n und dem Substrat 102 eingekapselt. Die Kerne 105a bis 105n der Streifen 101a bis 101n sind daher typischerweise von außen nicht sichtbar und lediglich in einer Schnittansicht durch die Streifen 101a bis 101n sichtbar, wie in Fig. 1 dargestellt, da die Ummantelungen 107a bis 107n die Kerne 105a bis 105n in Verbindung mit dem Substrat 102 komplett umgeben, um eine Korrosion der Kerne 105a bis 105n, welche für die optische Funktion des Polarisators 100 relevant sind, zu verhindern. In the embodiment shown in Fig. 1, the cores 105a to 105n are completely encapsulated by the cladding 107a to 107n and the substrate 102. The cores 105a to 105n of the strips 101a to 101n are therefore typically not visible from the outside and visible only in a sectional view through the strips 101a to 101n, as shown in Fig. 1, because the sheaths 107a to 107n connect the cores 105a to 105n completely surrounded with the substrate 102 in order to prevent corrosion of the cores 105a to 105n, which are relevant to the optical function of the polarizer 100, to prevent.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Ummantelungen 107a bis 107n an Flächen der Kerne 105a bis 105n, die senkrecht zu der Oberfläche 103 des Substrats 102 sind, die Kerne 105a bis 105n umgeben. Ferner können die Kerne 105a bis 105n (wie beispielsweise noch im Folgenden anhand der Konfiguration (B) in Fig.2 gezeigt) an einer dem Substrat 102 abgewandten Seite zumindest eine von der Ummantelung ausgesparte Region aufweisen, beispielsweise so, dass einfallendes Licht auf erstes Material (der Kerne 105a bis 105n) als auch auf zweites Material (der Ummantelungen 107a bis 107n) trifft. According to further embodiments, the cladding 107a to 107n may surround the cores 105a to 105n at areas of the cores 105a to 105n that are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102. Furthermore, the cores 105a to 105n (as shown for example in the following by configuration (B) in FIG. 2) on a side facing away from the substrate 102 may have at least one region recessed from the sheath, for example such that incident light is incident on first material (cores 105a-105n) as well as second material (cladding 107a-107n).
Das Substrat 102 kann ein transparentes Substrat sein. Beispielsweise kann das Substrat 102 zumindest für Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Bereich von λ > 150 nm und λ < 2000 nm transparent sein. Der in Fig. 1 gezeigte Polarisator 100 kann daher ein Polari- sator mit einem spektralen Arbeitsbereich von Infrarot bis in den tiefen UV-Bereich sein, wobei die Streifen 101a bis 10 In ein Polarisationsgitter des Polarisators 100 bilden. Die Streifen 101a bis 10 In können daher auch als Gitterstege des Polarisators 100 bezeichnet werden. Das Substrat 102 kann beispielsweise Glas, Quarzglas, Plexiglas oder ein transparentes Polymermaterial aufweisen. The substrate 102 may be a transparent substrate. For example, the substrate 102 may be transparent at least for radiation having a wavelength in a range of λ> 150 nm and λ <2000 nm. The polarizer 100 shown in FIG. 1 can therefore be a polarizer with a spectral operating range from infrared to the deep UV range, with the strips 101 a to 10 forming a polarization grid of the polarizer 100. The strips 101a to 10 In can therefore also be referred to as grid bars of the polarizer 100. The substrate 102 may comprise, for example, glass, quartz glass, Plexiglas or a transparent polymer material.
Wie in Fig. 1 weiter gezeigt, können die Streifen 101a bis 10 In beabstandet voneinander auf der Oberfläche 103 des Substrats 102 angeordnet sein und sich in einer gemeinsamen Erstreckungsrichtung, gekennzeichnet durch einen Pfeil 104 entlang der Oberfläche 103 des Substrats 102 erstrecken. As further shown in FIG. 1, the strips 101a-10in may be spaced apart on the surface 103 of the substrate 102 and located in a common Extending direction, indicated by an arrow 104 along the surface 103 of the substrate 102 extend.
Die Kerne 105a bis 105n der Streifen 101a bis 101n können vollständig aus Wolfram ge- bildet sein. Ferner können auch die Ummantelungen 107a bis 107n vollständig aus Iridium gebildet sein. Da Wolfram ein Material mit guten Eigenschaften für einen Polarisator bildet und Iridium ein hoch korrosionsbeständiges Material ist, lässt sich so ein Polarisator mit einer guten optischen Funktion bis in den tiefen UV-Bereich als auch einer hohen Langzeitbeständigkeit erreichen. The cores 105a to 105n of the strips 101a to 101n may be formed entirely of tungsten. Furthermore, the sheaths 107a to 107n may be formed entirely of iridium. Since tungsten forms a material with good properties for a polarizer and iridium is a highly corrosion-resistant material, a polarizer with a good optical function up to the deep UV range and a high long-term stability can be achieved.
Abmessungen der Streifen 101a bis 101η können identisch sein, so können beispielsweise Breiten bl bis bn und/oder Höhen hl bis hn und/oder Längen 1l bis ln der Streifen 101a bis 101n (in einem Toleranzbereich ± 5%) identisch sein. Dimensions of the strips 101a to 101η may be identical, for example, widths b l to b n and / or heights h l to h n and / or lengths 1 l to l n of the strips 101a to 101n (in a tolerance range ± 5%) be identical.
Die Streifen 101a bis 101n können ein binäres Polarisationsgitter des Metallstreifenpolari- sators 100 bilden, das heißt, an einer Stelle des Metallstreifenpolarisators 100 ist entweder ein Streifen 101a bis 101n ausgebildet oder nicht. Das heißt, ein einfallender Lichtstrahl trifft entweder auf einen Streifen 101a bis 101n oder direkt auf die Oberfläche 103 des Substrats 102. The strips 101a to 101n may form a binary polarization grating of the metal strip polarizer 100, that is, at one location of the metal strip polarizer 100, either a strip 101a to 101n is formed or not. That is, an incident light beam strikes either a strip 101a to 101n or directly on the surface 103 of the substrate 102.
Aufgrund der beabstandeten Anordnung der Streifen 101a bis 101n sind zwischen den Steifen 101a bis 101n sogenannte Gittergräben 106a bis 106n ausgebildet. Diese Gittergräben 106a bis 106n sind freiliegende Bereiche der Oberfläche 103 des Substrats 102. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann das Polarisationsgitter periodisch sein, d.h. die Breiten bl bis bn der Streifen 101a bis 101η sind identisch und Breiten der Gittergräben 106a bis 106n sind auch identisch. Eine Periode p dieses periodischen Polarisationsgitters ist daher eine Summe aus einer Breite bi bis bn eines der Streifen 101a bis 101n und einer Breite eines der Gittergräben 106a bis 106n. Due to the spaced arrangement of the strips 101a to 101n, so-called grid trenches 106a to 106n are formed between the strips 101a to 101n. These grids trenches 106a to 106n are exposed regions of the surface 103 of the substrate 102. As shown in Fig. 1, the polarization grating can be periodic, that is, the width b L to b n of the strips 101a-101η are identical, and the widths of the grating grooves 106a-106n are also identical. A period p of this periodic polarization grating is therefore a sum of a width bi to b n of one of the stripes 101a to 101n and a width of one of the mesh trenches 106a to 106n.
Eine Höhe hl bis hn der Streifen 101a bis 101η kann beispielsweise als Steghöhe bezeichnet werden und beispielsweise in einem Bereich von 1 nm bis 1000 nm oder 10 nm bis 500 nm oder 50 nm bis 300 nm liegen. Eine Breite bl bis bn der Streifen 101a bis 101n kann auch als Stegbreite bezeichnet werden und in einem Bereich von 1 nm bis 500 nm oder 5 nm bis 250 nm oder 10 nm bis 80 nm liegen. Eine Funktion des in Fig. 1 gezeigten Metallstreifenpolarisators 100 besteht darin, dass wenn ein Abstand (eine Breite der Gittergräben 106a bis 10 In) der Streifen 101a bis 101η klein genug gegenüber einer Wellenlänge λ einer einfallenden Strahlung ist, aufgrund der guten Leitfähigkeit der Streifen 101a bis 10 In ein erster Anteil der Strahlung (der TE pola- risierte Anteil) mit elektrischem Feld parallel zur Erstreckungsrichtung der Streifen 101a bis 10 In (gekennzeichnet durch den Pfeil 104) reflektiert wird und ein zweiter Anteil der Strahlung (der TE polarisierte Anteil) mit elektrischem Feld senkrecht zur Richtung der Streifen 101a bis 101η (zumindest in einem bestimmten Prozentsatz) transmittiert wird, d.h. durchgelassen wird. A height h l to h of the strips 101a n to 101η example, can be referred to as web height, and for example in a range from 1 nm to 1000 nm or 10 nm to 500 nm or 50 nm to 300 nm. A width b 1 to b n of the stripes 101a to 101n may also be referred to as a ridge width and may be in a range of 1 nm to 500 nm or 5 nm to 250 nm or 10 nm to 80 nm. A function of the metal strip polarizer 100 shown in Fig. 1 is that when a distance (a width of the mesh trenches 106a to 10 In) of the strips 101a to 101η is small enough to a wavelength λ of incident radiation due to the good conductivity of the strips 101a to 10 In a first portion of the radiation (the TE polarized portion) is reflected with electric field parallel to the direction of extension of the strips 101a to 10 In (indicated by the arrow 104) and a second portion of the radiation (the TE polarized portion) with electric field perpendicular to the direction of the strips 101a to 101η (at least in a certain percentage) is transmitted, that is transmitted.
Ein Polarisator wird typischerweise basierend auf seinen Eigenschaften bezüglich der TM Transmission und eines Polarisationskontrasts beschrieben. Sowohl TM Transmission als auch TE Transmission wird dabei typischerweise in Prozent angegeben, d.h. ein Wert der TM Transmission bzw. der TE Transmission gibt an, wie viel von dem in der jeweiligen Richtung polarisierten Strahlung durch das Polarisationsfilter hindurchgelassen wird. A polarizer is typically described based on its TM transmission characteristics and polarization contrast. Both TM transmission and TE transmission are typically expressed in percent, i. a value of the TM transmission or the TE transmission indicates how much of the radiation polarized in the respective direction is transmitted through the polarization filter.
Der Polarisationskontrast oder das Polarisationsverhältnis eines Polarisators ist dabei typischerweise der Wert der TM Transmission geteilt durch den Wert der TE Transmission. The polarization contrast or the polarization ratio of a polarizer is typically the value of the TM transmission divided by the value of the TE transmission.
Fig. 2 zeigt zwei mögliche Konfigurationen (A) und (B) für auf einem Schichtsystem basierende Gitterstege 101a, 101b eines Polarisators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Konfiguration (A) zeigt dabei einen Polarisator 201 mit zwei Streifen oder Gitterstegen 101a, 101b, wobei die Streifen jeweils einen Kern 105a, 105b sowie eine Ummantelung 107a, 107b aufweisen. Die Ummantelungen 107a, 107b und das Substrat 102 kapseln dabei die Kerne 105a, 105b vollständig ein, so dass die Kerne 105a, 105b vor Korrosionsein- flüssen geschützt sind. Die Kerne 105a, 105b weisen mindestens ein erstes Wolfram auf- weisendes Material auf. Die Ummantelungen 107a, 107b weisen ein zweites Iridium aufweisendes Material auf. Die Kerne 105a, 105b weisen mehrere Lagen auf, die abwechselnd aus verschiedenen Materialien gebildet sind. So können die Kerne 105a, 105b beispielsweise ein drittes Material aufweisen, welches verschieden auch zu dem ersten Material und dem zweiten Material sein kann. Beispielsweise kann das dritte Material ein metallisches Material, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Aluminium, Chrom oder Iridium sein oder auch ein dielektrisches Material, beispielsweise unterschiedliche Metalloxide oder Fluoride. Gemäß weiteren Ausfuhrungsbeispielen können die Lagen der Kerne abwechselnd aus dem ersten Material und dem zweiten Material gebildet sein. So können beispielsweise innerste Lagen 205a, 205b der Kerne 105a, 105b aus dem ersten Material gebildet sein. Ferner können auch äußerste Lagen 206a, 206b der Kerne 105a, 105b aus dem ersten Ma- terial gebildet sein. Zwischen diesen innersten Lagen 205a, 205b und den äußersten Lagen 206a, 206b können sich mehrere zusätzliche Lagen, beispielsweise abwechselnd aus dem ersten Material und dem zweiten Material befinden. FIG. 2 shows two possible configurations (A) and (B) for layered grating webs 101a, 101b of a polarizer according to an embodiment of the present invention. Configuration (A) shows a polarizer 201 with two strips or grid bars 101a, 101b, the strips each having a core 105a, 105b and a sheath 107a, 107b. The sheaths 107a, 107b and the substrate 102 completely encapsulate the cores 105a, 105b, so that the cores 105a, 105b are protected against corrosive influences. The cores 105a, 105b have at least one first tungsten-containing material. The sheaths 107a, 107b have a second iridium-containing material. The cores 105a, 105b have multiple layers alternately formed of different materials. For example, the cores 105a, 105b may comprise a third material, which may be different than the first material and the second material. For example, the third material may be a metallic material, such as tungsten, molybdenum, aluminum, chromium or iridium, or else a dielectric material, for example different metal oxides or fluorides. According to further exemplary embodiments, the layers of the cores may be formed alternately from the first material and the second material. For example, innermost layers 205a, 205b of the cores 105a, 105b may be formed of the first material. Furthermore, outermost layers 206a, 206b of the cores 105a, 105b can also be formed from the first material. Between these innermost layers 205a, 205b and the outermost layers 206a, 206b there may be a plurality of additional layers, for example alternately of the first material and the second material.
Wie bereits erwähnt, kann das erste Material vollständig aus Wolfram gebildet sein und/oder das zweite Material vollständig aus Iridium gebildet sein. As already mentioned, the first material may be formed entirely of tungsten and / or the second material may be formed entirely of iridium.
Gemäß weiteren Ausfuhrungsbeispielen kann, wie in Fig. 2 gezeigt, jede der Lagen der Kerne 105a, 105b an das Substrat 102 angrenzen, also eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Substrat 102 aufweisen. According to further exemplary embodiments, as shown in FIG. 2, each of the layers of the cores 105a, 105b adjoin the substrate 102, ie have a common interface with the substrate 102.
Gemäß weiteren Ausfuhrungsbeispielen kann, wie anhand von Konfiguration (A) in Fig. 2 gezeigt, eine innere Lage jeweils von der nächst äußeren Lage und dem Substrat 102 komplett eingekapselt sein. Ferner zeigt Fig. 2 auf der rechten Seite einen Metallstreifenpolarisator 203 gemäß der Konfiguration (B). Dieser Polarisator 203 unterscheidet sich von dem Polarisator 201 dadurch, dass die Kerne 105a, 105b nicht vollständig von den Ummantelungen 107a, 107b und dem Substrat 102 eingekapselt sind, sondern jeweils mindestens eine von der Umman- telung 107a, 107b ausgesparte Region 210a, 210b aufweisen. Auf den Polarisator 203 ein- fallendes Licht trifft damit auf diese von den Ummantelungen 107a, 107b ausgesparten Region 210a, 210b der Kerne 105a, 105b und damit auf die einzelnen Lagen der Kerne 105a, 105b. Während bei der Konfiguration (A) die Ummantelungen 107a, 107b sowohl an Flächen der Kerne 105a, 105b die senkrecht zu der Oberfläche 103 des Substrats 102 sind als auch an Flächen der Kerne 105a, 105b die parallel zu der Oberfläche 103 des Substrats 102 sind, die Kerne 105a, 105b umgeben, so umgeben die Ummantelungen 107a, 107b bei der Konfiguration (B) die Kerne 105a, 105b nur an den Flächen der Kerne 105a, 105b die senkrecht zu der Oberfläche 103 des Substrats 102 sind. According to further exemplary embodiments, as shown by configuration (A) in FIG. 2, an inner layer can be completely encapsulated in each case by the next outer layer and the substrate 102. Further, Fig. 2 shows on the right side a metal strip polarizer 203 according to the configuration (B). This polarizer 203 differs from the polarizer 201 in that the cores 105a, 105b are not completely encapsulated by the cladding 107a, 107b and the substrate 102, but each have at least one region 210a, 210b recessed from the encapsulation 107a, 107b , Light incident on the polarizer 203 thus impinges on these regions 210a, 210b of the cores 105a, 105b recessed by the sheaths 107a, 107b and thus on the individual layers of the cores 105a, 105b. While in the configuration (A), the shells 107a, 107b are both on surfaces of the cores 105a, 105b which are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 and surfaces of the cores 105a, 105b which are parallel to the surface 103 of the substrate 102, Surrounding the cores 105a, 105b, the sheaths 107a, 107b in the configuration (B) surround the cores 105a, 105b only on the surfaces of the cores 105a, 105b which are perpendicular to the surface 103 of the substrate 102.
Die Flächen des Kerns sind senkrecht zu der Oberfläche 103, wenn eine Flächennormale dieser Flächen senkrecht zu einer Flächennormalen der Oberfläche 103 des Substrats 102 ist. Ferner erstrecken sich sowohl bei Konfiguration (A) als auch bei Konfiguration (B) die einzelnen Lagen entlang einer gemeinsamen Erstreckungsrichtung der Streifen 101a, 101b (wie beispielsweise durch den Pfeil 104 in Fig. 1 gezeigt). Die einzelnen Lagen erstrecken sich dabei in Konfiguration (A) sowohl senkrecht (Lagenstapelrichtung senkrecht zur Oberfläche 103 des Substrats 102) zu der Oberfläche 103 des Substrats 102 als auch parallel (Lagenstapelrichtung parallel zur Oberfläche 103 des Substrats 102) zu der Oberfläche 103 des Substrats 102. Bei Konfiguration (B) erstrecken sich die einzelnen Lagen lediglich senkrecht (Lagenstapelrichtung senkrecht zur Oberfläche 103 des Substrats 102) zu der Oberfläche 103 des Substrats 102. Mit anderen Worten sind bei dem Polarisator 201 der Konfiguration (A) die einzelnen Lagen der Kerne 105a, 105b sowohl in einer Stapelrichtung senkrecht zur Oberfläche 103 des Substrats 102 als auch in einer Stapelrichtung parallel zur Oberfläche 103 des Substrats 102 gestapelt, während bei dem Polarisator 203 der Konfiguration (B) die einzelnen Lagen der Kerne 105a, 105b nur in der Stapelrichtung senkrecht zur Oberfläche 103 des Substrats 102 gestapelt sind. The surfaces of the core are perpendicular to the surface 103 when a surface normal of these surfaces is perpendicular to a surface normal of the surface 103 of the substrate 102. Further, in both the configuration (A) and configuration (B), the individual layers extend along a common extending direction of the stripes 101a, 101b (as shown by the arrow 104 in FIG. 1, for example). The individual layers extend in configuration (A) both perpendicular (layer stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102 as well as parallel (layer stacking direction parallel to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102nd In configuration (B), the individual layers extend only perpendicularly (layer stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102) to the surface 103 of the substrate 102. In other words, in the polarizer 201 of the configuration (A), the individual layers of the cores 105a , 105b are stacked both in a stacking direction perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 and in a stacking direction parallel to the surface 103 of the substrate 102, whereas in the polarizer 203 of the configuration (B), the individual layers of the cores 105a, 105b are perpendicular only in the stacking direction to the surface 103 of the substrate 102 are stacked.
Eine Stapelrichtung ist dabei senkrecht zu der Oberfläche 103 des Substrats 102, wenn die Stapelrichtung senkrecht zur der Flächenormalen der Oberfläche 103 des Substrats 102 ist. Ferner ist eine Stapelrichtung parallel zu der Oberfläche 103 des Substrats 102, wenn die Stapelrichtung parallel zur der Flächenormalen der Oberfläche 103 des Substrats 102 ist. A stacking direction is perpendicular to the surface 103 of the substrate 102 when the stacking direction is perpendicular to the surface normal of the surface 103 of the substrate 102. Further, a stacking direction is parallel to the surface 103 of the substrate 102 when the stacking direction is parallel to the surface normal of the surface 103 of the substrate 102.
Zusammenfassend sind in Fig. 2 zwei mögliche Konfigurationen der auf einem Schichtsystem basierenden Gitterstege 101a, 101b dargestellt. Während in Konfiguration (B) eine senkrechte Abfolge verschiedener funktioneller Schichten erfolgt, ist in Konfiguration (A) eine Überschichtung einer zentralen Gitterstruktur beabsichtigt. Konfiguration (A) schließt eine möglicherweise leicht korrodierende Schicht (die Kerne 105a, 105b) mit einer zentralen optischen Funktion (gewährleistet durch das erste Material) von äußeren Einflüssen ab, während in Konfiguration (B) die Schicht (die Kerne 105a, 105b) nicht komplett abgeschlossen ist (sind). Fig. 3 zeigt in zwei Diagrammen die simulierten optischen Eigenschaften eines Metallstrei- fenpolarisators gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel basierend auf einem Schichtsystem der Konfiguration (A) bezüglich Transmission in TE Polarisation (a) und TM Polarisation (b) für verschiedene Zusammensetzungen des Schichtsystems. Für die Berechnung wurde ein Schichtsystem zugrunde gelegt, das Wolfram als zentrales Material (als Material für die Kerne 105a bis 105n) beinhaltet und von Iridium (als Material für die Ummantelungen 107a bis 107b) umschlossen wird. Eine Skizze des Schichtaufbaus ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 4 dargestellt. Die Parameter des Beispielgitters sind eine Periode p von 100 nm und eine Gitterhöhe hl bis hn von 150 nm. Die Schichtdicke des Schichtmaterials (Iridium), also die Schichtdicke der Ummantelungen 107a bis 107n, wird hierbei zwischen 1 nm, 5 nm und 10 um variiert. Zusätzlich ist auch die TM Transmission und TE Polarisation für einen Polarisator mit reinen Wolfram- streifen gezeigt. Bei dem für die Diagramme in Fig. 3 verwendeten Metallstreifenpolarisa- tor hat das Wolfram (also die Kerne 105a, 105b) eine Breite bl-bn von 30 nm In summary, two possible configurations of the grating webs 101a, 101b based on a layer system are shown in FIG. While in configuration (B) a vertical sequence of different functional layers occurs, in configuration (A) it is intended to cover a central lattice structure. Configuration (A) excludes a possibly slightly corrosive layer (the cores 105a, 105b) having a central optical function (provided by the first material) from external influences, while in configuration (B) the layer (cores 105a, 105b) does not is completely completed (are). 3 shows in two diagrams the simulated optical properties of a metal strip polarizer according to an exemplary embodiment based on a layer system of configuration (A) with respect to transmission in TE polarization (a) and TM polarization (b) for different compositions of the layer system. The calculation was based on a layer system that contains tungsten as a central material (as material for the cores 105a to 105n) and is enclosed by iridium (as material for the sheaths 107a to 107b). A sketch of the layer structure is shown both in FIG. 1 and in FIG. 4. The parameters of the example grid are a period p of 100 nm and a grid height h l to h n of 150 nm. The layer thickness of the layer material (iridium), ie the layer thickness of the sheaths 107a to 107n, is hereby varied between 1 nm, 5 nm and 10 μm. In addition, TM transmission and TE polarization are also shown for a polarizer with pure tungsten stripes. The material used for the graphs in Fig. 3 Metallstreifenpolarisa- tor (the cores 105a, 105b) has a width tungsten b l b n of 30 nm
Es ist hierbei ersichtlich, dass sich die optischen Eigenschaften bei dicker werdender Schicht sich den optischen Eigenschaften des Schichtmaterials angleichen, was am charak- teristischen Verlauf der Transmission in TM Polarisation deutlich wird. Bei geeigneter Wahl der Schichtparameter kann ein Polarisator mit den optischen Eigenschaften von Wolfram und der exzellenten Korrosionsbeständigkeit (vgl. M. El Khakani et al.: Nano- porous Iridium thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering, Journal of Vacuum Science & Technology A, 16, 1998) von Iridium hergestellt werden. Weiterhin kann der Schichtaufbau aber deutlich komplexer sein und aus mehreren Materialien bestehen. Auch aus einer Mischung von metallischen und dielektrischen Schichten. Als Metalle kommen hierbei beispielsweise Wolfram, Molybdän, Aluminium, Chrom oder Iridium in Frage, während dielektrischen Schichten aus unterschiedlichen Metalloxiden oder Fluoriden bestehen können. Wichtig bleibt festzuhalten, dass ein Material in Konfiguration (A) komplett eingekapselt werden kann. Der Aufbau des Schichtsystems wird maßgeblich durch die optische Zielfunktion des Elements vorgegeben. Hierbei können Parameter wie Transmission, Polarisationskontrast, Reflexion, Absorption und der Akzeptanzwinkel gezielt eingestellt werden. Zusammenfassend zeigt Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der TM Transmission (a) und TE Polarisation (b) in Abhängigkeit der Wellenlänge für ein Beispielgitter. It can be seen here that the optical properties of a thicker layer match the optical properties of the layer material, which becomes clear on the characteristic course of transmission in TM polarization. With a suitable choice of the layer parameters, a polarizer with the optical properties of tungsten and the excellent corrosion resistance can be used (see M. El Khakani et al., Nano-porous iridium thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering, Journal of Vacuum Science & Technology A , 16, 1998) of iridium. Furthermore, the layer structure but can be significantly more complex and consist of several materials. Also from a mixture of metallic and dielectric layers. Examples of suitable metals include tungsten, molybdenum, aluminum, chromium or iridium, while dielectric layers may consist of different metal oxides or fluorides. It is important to note that a material in configuration (A) can be completely encapsulated. The structure of the layer system is largely determined by the optical objective function of the element. Here, parameters such as transmission, polarization contrast, reflection, absorption and the acceptance angle can be set specifically. In summary, Fig. 3 is a diagram showing TM transmission (a) and TE polarization (b) versus wavelength for a sample grating.
In US 2004/0070829 AI wird ein Polarisator aus einem waagerechten Schichtstapel für Anwendungen im sichtbaren Spektralbereich beschrieben, der ermöglichen soll, dass die optischen Eigenschaften des Elementes gezielt eingestellt werden können. Hierbei kann jedoch nicht wie in Konfiguration (A) dargestellt eine Schicht als Schutzschicht fungieren und ein Material des Schichtsystems vor äußeren Einflüssen schützen und komplett umschließen. Dem Ansatz der Abfolge von dünnen Schichten auf einem Substrat wird in EP 1387190 AI nachgegangen. Hier kann jedoch keine senkrechte Gitterstruktur wie in der aufgezeigten Konfiguration (B) erreicht werden. Ebenfalls würden leitfähige (metallische) Schichten in den Gittergräben die optische Funktion maßgeblich beeinträchtigen. Korrosionsschützende Eigenschaften werden für die Elemente in US 2004/0070829 AI und EP 1387190 AI aufgezeigt. Die Zielstruktur in US 2004/0070829 AI kann dieses Ziel nicht erfüllen, weil keine Schicht komplett abgeschlossen ist. Eine einfache Konfiguration ist in EP 1775607 AI aufgezeigt, wo auf ein strukturiertes (Gitter) Harzsubstrat eine dielektrische Schicht aufgetragen wird, die anschließend mit einer metallischen Funktionsschicht beschichtet wird. Dieser Schichtaufbau kann ebenfalls die Funktionsschicht nicht schützen. US 2004/0070829 A1 describes a polarizer consisting of a horizontal layer stack for applications in the visible spectral range, which is intended to enable the optical properties of the element to be set in a targeted manner. In this case, however, it is not possible, as shown in configuration (A), for a layer to act as a protective layer and to protect and completely enclose a material of the layer system from external influences. The approach of the sequence of thin layers on a substrate is dealt with in EP 1387190 AI. Here, however, no vertical lattice structure as in the shown configuration (B) can be achieved. Likewise, conductive (metallic) layers in the grid trenches would significantly affect the optical function. Anticorrosive properties are shown for the elements in US 2004/0070829 AI and EP 1387190 AI. The target structure in US 2004/0070829 AI can not do this fulfill, because no layer is completely completed. A simple configuration is shown in EP 1775607 AI, where a dielectric layer is applied to a patterned (lattice) resin substrate, which is then coated with a metallic functional layer. This layer structure also can not protect the functional layer.
Als Beispiel für einen Metallstreifenpolarisator basierend auf einem Schichtsystem gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für Anwendungen bis in den tiefen UV-Bereich (Wellenlänge < 200 nm) wird im Folgenden ein Element beschrieben, das eine Periode p von 100 nm aufweist und von einer 5 nm dicken Schicht (der Ummantelun- gen 107a, 107b) umgeben ist. As an example of a metal strip polarizer based on a layer system according to an embodiment of the present invention for applications down to the deep UV range (wavelength <200 nm), an element is described below which has a period p of 100 nm and of a 5 nm thick layer (the sheaths 107a, 107b) is surrounded.
Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau eines solchen Polarisators 100 mit einem Schichtsystem mit Streifen 101a, 101b, die Kerne 105a, 105b aus Wolfram aufweisen und Ummantelungen 107a, 107b aus Iridium aufweisen. Das in Fig. 4 gezeigte Element kann daher identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten Metallstreifenpolarisator 100 sein, wobei das erste Material für die Kerne 105a, 105b vollständig aus Wolfram gebildet ist und das zweite Material für die Ummantelung 107a, 107b vollständig aus Iridium gebildet ist. 4 shows the schematic structure of such a polarizer 100 having a layer system with strips 101a, 101b which have cores 105a, 105b made of tungsten and sheaths 107a, 107b made of iridium. The element shown in Fig. 4 may therefore be identical to the metal strip polarizer 100 shown in Fig. 1, wherein the first material for the cores 105a, 105b is formed entirely of tungsten and the second material for the cladding 107a, 107b is formed entirely of iridium is.
Wie im Vorherigen beschrieben, wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel die optische Funktion von Wolfram für Wellenlängen kleiner als 200 nm mit der Korrosionsbeständigkeit von Iridium kombiniert. Dieses in Fig. 4 gezeigte Beispiel stellt das einfachste Beispiel gemäß der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration (A) dar. Das Schichtsystem der Streifen 101a und 101b wird lediglich durch das zentrale Gittermaterial Wolfram und einer Schicht Iridium gebildet. As described above, in this embodiment as well, the optical function of tungsten for wavelengths less than 200 nm is combined with the corrosion resistance of iridium. This example shown in FIG. 4 represents the simplest example according to the configuration (A) shown in FIG. 2. The layer system of the strips 101a and 101b is formed only by the central grating material tungsten and a layer iridium.
Fig. 5 zeigt die optische Funktion dieses Beispielgitters bzw. dieses Polarisators 100 anhand einer Darstellung der spektralen Abhängigkeit von Transmission und Polarisationskontrast für dieses Beispielgitter. Im linken Diagramm von Fig. 5 ist die spektrale Abhängigkeit der Transmission in TE und TM Polarisation in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Im rechten Diagramm von Fig. 5 ist die Abhängigkeit des Polarisationskontrastes von der Wellenlänge dargestellt. 5 shows the optical function of this example grating or this polarizer 100 on the basis of a representation of the spectral dependence of transmission and polarization contrast for this example grating. The left-hand diagram of FIG. 5 shows the spectral dependence of the transmission in TE and TM polarization as a function of the wavelength. The right-hand diagram of FIG. 5 shows the dependence of the polarization contrast on the wavelength.
Es ist zu erkennen, dass im gesamten untersuchten Spektralbereich eine sehr gute Unterdrückung der TE Polarisation und eine Transmission in TM Polarisation von zum Teil deutlich über 20% erzielt wird. In Folge dessen kann über einen großen Wellenlängenbereich ein merklicher Polarisationskontrast erzielt werden. Bei 190 nm Wellenlänge im tiefen UV-Bereich wird noch ein beachtlicher Polarisationskontrast von 100 erzielt. Die Herstellung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stellt aufgrund der geringen Strukturgrößen eine hohe Anforderung an den Herstellungsprozess. It can be seen that a very good suppression of the TE polarization and a transmission in TM polarization of in some cases well over 20% is achieved in the entire spectral range investigated. As a result, a noticeable polarization contrast can be achieved over a wide wavelength range. At a wavelength of 190 nm in the deep UV range, a considerable polarization contrast of 100 is achieved. The production of embodiments of the present invention makes high demands on the manufacturing process due to the small feature sizes.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zur Herstellung eines Polarisators gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel. Ferner zeigt Fig. 7 mögliche Zwischenstufen wie sie bei dem Verfahren 600 der Herstellung eines Polarisators auftreten können, für die verschiedenen in Fig. 2 gezeigten Konfigurationen (A) und (B). 6 shows a flow chart of a method 600 for producing a polarizer according to an exemplary embodiment. Further, FIG. 7 shows possible intermediate stages as may occur in the method 600 of fabricating a polarizer for the various configurations (A) and (B) shown in FIG. 2.
Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 602 des Herausbildens eines Kerns eines Strei- fens des Polarisators durch Beschichten eines Substrats mit zumindest einem ersten Material, das Wolfram aufweist und durch Strukturieren des (Wolfram aufweisenden) ersten Materials. Das Strukturieren des Wolfram aufweisenden Materials kann dabei gleichzeitig mit dem Beschichten erfolgen, beispielsweise unter Nutzung einer (Streifen-) Maske, oder nach dem Beschichten. The method 600 includes a step 602 of forming a core of a strip of the polarizer by coating a substrate with at least a first material comprising tungsten and patterning the (tungsten-bearing) first material. The structuring of the tungsten-containing material can take place simultaneously with the coating, for example using a (stripe) mask, or after coating.
Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 604 des Beschichtens zumindest des Kerns des Polarisators mit einem zweiten Material, das Iridium aufweist, um eine Ummantelung zu bilden, so dass der Kern des Streifens von der Ummantelung und dem Substrat vollständig eingekapselt ist. Further, the method 600 includes a step 604 of coating at least the core of the polarizer with a second material having iridium to form a cladding so that the core of the strip is completely encapsulated by the cladding and the substrate.
Das Beschichten des Substrats als auch des Kerns kann beispielsweise mit Hilfe von PVD (Physical Vapor Deposition - physikalische Gasphasenabscheidung), CVD (Chemical Va- por Deposition - chemische Gasphasenabscheidung) oder ALD (Atom Layer Deposition - Atomlagenabscheidung) erfolgen. The coating of the substrate as well as of the core can be carried out, for example, by means of PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) or ALD (Atomic Layer Deposition).
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann, falls es gewünscht ist, dass der Kern des herzustellenden Elements eine Mehrzahl von Lagen aufweist, in dem Schritt 602 des Verfahrens 600 das Herausbilden des Kerns des Streifen auch durch mehrfaches Übereinan- derschichten (oder Übereinanderabscheiden) mehrerer, beispielsweise verschiedener Mate- rialien erfolgen. Anschließend, also nachdem der Kern herausgebildet ist, kann dann im Schritt 604 des Verfahrens 600 die Ummantelung auf dem Kern abgelagert werden, so dass der Kern von der Ummantelung und dem Substrat vollständig eingekapselt ist. Mit anderen Worten können bei dem Herausbilden 602 des Kerns abwechselnd verschiedene Materialien übereinandergeschichtet werden, so dass mehrere Lagen des Kerns herausgebildet werden, wobei das Übereinanderschichten der verschiedenen Materialien so erfolgt, dass jede Lage des Kerns von einer nach dieser Lage herausgebildeten Lage und von dem Substrat vollständig eingekapselt ist. Zur Herstellung eines Elements gemäß der Konfiguration (B) kann das Verfahren ferner einen Schritt 606 des Herausbildens einer von der Ummantelung ausgesparten Region des Kerns umfassen. Das Herausbildens 606 der von der Ummantelung ausgesparten Region des Kerns kann beispielsweise durch Ätzen erfolgen. Das Ätzen kann beispielsweise mit Hilfe des sogenannten IBE- (Ion Beam Etching - Ionenstrahlätzung) Verfahrens erfolgen. According to further embodiments, if it is desired that the core of the element to be produced comprises a plurality of layers, in step 602 of the method 600, the formation of the core of the strip can also be achieved by multiple layers (or superimposition) of several, for example, different mats rials. Subsequently, that is, after the core has formed, then in step 604 of method 600, the sheath may be deposited on the core such that the core is completely encapsulated by the sheath and the substrate. In other words, in forming core 602, different materials may alternately be stacked to form multiple layers of the core, wherein the stacking of the various materials is such that each layer of the core is formed from a layer formed from that layer and from the substrate completely encapsulated. For fabricating an element according to the configuration (B), the method may further comprise a step 606 of forming a region of the core recessed from the sheath. The formation 606 of the sheath-recessed region of the core can be done, for example, by etching. The etching can be carried out, for example, by means of the so-called IBE (Ion Beam Etching) method.
Zusammengefasst sind in Fig. 7 schematisch Zwischenstufen zur Herstellung eines Polarisators gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wie sie bei dem Verfahren 600 zur Herstellung eines Polarisator gemäß Konfiguration (A) und eines Polarisator gemäß Konfiguration (B) auftreten können. In summary, in Fig. 7, there are shown schematically intermediate stages for producing a polarizer according to an embodiment of the present invention, as may occur in the method 600 for producing a polarizer according to configuration (A) and a polarizer according to configuration (B).
Ein Element gemäß Konfiguration (A) kann hergestellt werden, indem ein Gitter (beispielsweise mit einer Periode p von 100 nm) aus einem beliebigen Material durch einen Sputter (PVC) oder Verdampfungsprozess (CVD) unter einem gewählten Winkel über- schichtet wird (Schritte 602 und 604 des Verfahrens 600). Dieser Prozess kann je nach Anzahl der Schichten des Schichtsystems beliebig oft wiederholt werden. Die Beschich- tung unter einem Winkel ist vorteilhaft, weil kein Material in den Graben zwischen den Gitterstegen gelangen soll, um nicht die optische Funktion zu stören. Das Material soll sich ausschließlich auf den Gitterstegen (den Streifen) und an deren Seitenwänden ablagern. An element according to configuration (A) can be fabricated by overcoating a grating (eg, with a period p of 100 nm) of any material by a sputtering (PVC) or vapor deposition (CVD) process at a selected angle (steps 602) and 604 of method 600). This process can be repeated as often as required, depending on the number of layers in the layer system. The coating at an angle is advantageous because no material should get into the trench between the grid bars, so as not to disturb the optical function. The material should be deposited exclusively on the grid bars (the strip) and on their side walls.
Wie bereits erläutert, kann für die Herstellung eines Polarisators gemäß Konfiguration (B) nach der Beschichtung ein weiterer Ätzschritt (Schritt 606 des Verfahrens 600) notwendig sein, um, wie in Fig. 7 zu entnehmen, das Material in den Gitterstegen und auf der Oberfläche des senkrecht ausgerichteten Schichtsystems zu entfernen. Zusätzlich zu dem Sput- ter oder Verdampfungsprozess zur Herstellung des Polarisators gemäß der Konfiguration (A) kann hier für das Aufbringen der Schichten auch ein Atomlagenabscheidungsverfahren (ALD) verwendet werden. Das ALD-Verfahren kann hierbei sehr exakt die vorgegebenen Strukturen überschichten und ermöglicht eine äußerst genaue Kontrolle der abgeschiedenen Schichtdicken. Für den abschließenden Ätzschritt (Schritt 606 des Verfahrens 600) bietet sich, wie bereits erwähnt, ein rein physikalisches Ionenstrahlätzverfahren (IBE) an. As already explained, for the production of a polarizer according to configuration (B) after the coating, a further etching step (step 606 of the method 600) may be necessary in order to remove the material in the grid bars and on the surface, as shown in FIG of the vertically oriented layer system. In addition to the sputtering or evaporation process for fabricating the polarizer of configuration (A), an atomic layer deposition (ALD) process may also be used to apply the layers. The ALD method can very precisely overlay the given structures and allows extremely precise control of the deposited layer thicknesses. For the final etching step (step 606 of method 600), as already mentioned, a purely physical ion beam etching (IBE) method is available.
Im Folgenden sollen einige Aspekte der vorliegenden Erfindung zusammengefasst werden. In the following, some aspects of the present invention will be summarized.
Ausführungsbeispiele schaffen einen korrosionsbeständigen Metallstreifenpolarisator für DUV- Anwendungen, wobei die Metallstreifen auf einem Schichtsystem basieren. Ausführungsbeispiele beinhalten die Verwendung eines Schichtsystems als Gittermaterial, um eine gute optische Funktion im UV-Bereich mit hoher Langzeitbeständigkeit zu kombinieren. Femer verwenden Ausführungsbeispiele ein senkrechtes Schichtsystem als Gittermaterial für einen Polarisator mit einem spektralen Arbeitsbereich bis in den UV-Bereich verbunden mit einer hohen Langzeitstabilität. Embodiments provide a corrosion resistant metal strip polarizer for DUV applications where the metal strips are based on a layer system. Embodiments involve the use of a layer system as a grating material to combine a good optical function in the UV region with high long-term stability. Furthermore, embodiments use a vertical layer system as a grating material for a polarizer with a spectral working range into the UV range combined with a high long-term stability.
Bei Ausfuhrungsbeispielen besteht ein Gittersteg (ein Streifen) nicht nur aus einem Material, sondern aus einem Schichtsystem (gebildet durch einen Kern und eine zugehörige Ummantelung). Das Schichtsystem kann dabei senkrecht zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sein, auf dem die Streifen angeordnet sind. Dies ermöglicht die Kombination von mechanischen Eigenschaften (wie beispielsweise die hohe Korrosionsbeständigkeit von Iridium) und optischen Eigenschaften (wie beispielsweise die gute optische Funktion von Wolfram) der gewählten Schichtmaterialien. In exemplary embodiments, a grid web (a strip) consists not only of a material, but of a layer system (formed by a core and an associated sheath). The layer system can be arranged perpendicular to the surface of the substrate on which the strips are arranged. This allows the combination of mechanical properties (such as the high corrosion resistance of iridium) and optical properties (such as the good optical function of tungsten) of the selected layer materials.
Ferner ermöglicht die aufgezeigte Konfiguration (A) die Einkapselung eines Materials und damit einen Korrosionsschutz für dieses Material. Furthermore, the configuration shown (A) allows the encapsulation of a material and thus a corrosion protection for this material.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Einkapselung bei geeigneter Wahl der Prozesse auch in Vakuumfolge (ohne Kontakt zu Sauerstoff) erfolgen, was vor allem für Aluminium (Oxidation bei Kontakt mit Sauerstoff) von großem Interesse ist. According to further embodiments, the encapsulation can also be carried out in a vacuum sequence (without contact with oxygen) with a suitable choice of the processes, which is of great interest, above all, for aluminum (oxidation on contact with oxygen).
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Claims

Patentansprüche 1. Polarisator (100, 201, 203) mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (102); einer Mehrzahl von auf einer Oberfläche (103) des Substrats (102) angeordneten Streifen (101a-101n); wobei ein Streifen (101a- 101 n) aus der Mehrzahl von Streifen (101a- 101 n) einen Kern (105a-105n), welcher ein erstes Material aufweist, und eine Ummantelung (107a-107n) aus einem zweiten Material, welche den Kern (105a-105n) zumindest teilweise umgibt, aufweist; und wobei das erste Material Wolfram aufweist und das zweite Material Iridium aufweist. Claims 1. A polarizer (100, 201, 203) comprising: a substrate (102); a plurality of strips (101a-101n) disposed on a surface (103) of the substrate (102); wherein a strip (101a-101n) of the plurality of strips (101a-101n) has a core (105a-105n) comprising a first material and a cladding (107a-107n) of a second material comprising the core (105a-105n) at least partially surrounds; and wherein the first material comprises tungsten and the second material comprises iridium.
2. Polarisator (100, 201) gemäß Anspruch 1, wobei der Kern (105a-105n) durch die Ummantelung (107a-107n) und das Substrat (102) vollständig eingekapselt ist. A polarizer (100, 201) according to claim 1, wherein the core (105a-105n) is completely encapsulated by the cladding (107a-107n) and the substrate (102).
3. Polarisator (203) gemäß Anspruch 1 , wobei die Ummantelung (107a-107n) an Flächen des Kerns (105a-105n), die senkrecht zu der Oberfläche (103) des Substrats (102) sind, den Kern (105a-105n) umgibt; und wobei der Kern (105a-105n) an einer dem Substrat (102) abgewandten Seite zumindest eine von der Ummantelung (107a-107n) ausgesparte Region (210a, 210b) aufweist. A polarizer (203) according to claim 1, wherein said cladding (107a-107n) at surfaces of said core (105a-105n) perpendicular to said surface (103) of said substrate (102) forms said core (105a-105n). surrounds; and wherein the core (105a-105n) has at least one region (210a, 210b) recessed from the sheath (107a-107n) on a side facing away from the substrate (102).
4. Polarisator (201, 203) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kern (105a, 105b) mehrere Lagen (205a, 206a, 205b, 206b) aufweist, die abwechselnd aus verschiedenen Materialien gebildet sind. The polarizer (201, 203) according to any one of claims 1 to 3, wherein the core (105a, 105b) has a plurality of layers (205a, 206a, 205b, 206b) alternately formed of different materials.
5. Polarisator (201, 203) gemäß Anspruch 4, wobei die Lagen (205a, 205b, 206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) so angeordnet sind, dass jede der Lagen (205a, 205b, 206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) eine gemeinsame Grenzfläche mit der Oberfläche (103) des Substrats (102) hat. 5. polarizer (201, 203) according to claim 4, wherein the layers (205a, 205b, 206a, 206b) of the core (105a, 105b) are arranged so that each of the layers (205a, 205b, 206a, 206b) of the core (105a, 105b) has a common interface with the surface (105a, 105b). 103) of the substrate (102).
6. Polarisator (201, 203) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei eine innerste Lage (205a, 205b) und eine äußerste Lage (206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) das erste Material aufweisen. A polarizer (201, 203) according to any of claims 4 or 5, wherein an innermost layer (205a, 205b) and an outermost layer (206a, 206b) of the core (105a, 105b) comprise the first material.
7. Polarisator (201, 203) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Lagen (205a, 205b, 206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) abwechselnd aus dem ersten Material und dem zweiten Material gebildet sind. The polarizer (201, 203) according to any one of claims 4 to 6, wherein the layers (205a, 205b, 206a, 206b) of the core (105a, 105b) are alternately formed of the first material and the second material.
8. Polarisator (201, 203) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Lagen (205a, 205b, 206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) in einer Stapel- richtung senkrecht zur Oberfläche (103) des Substrats (102) gestapelt sind. 8. A polarizer (201, 203) according to any one of claims 4 to 7, wherein the layers (205a, 205b, 206a, 206b) of the core (105a, 105b) in a stacking direction perpendicular to the surface (103) of the substrate (102 ) are stacked.
9. Polarisator (201) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Lagen (205a, 205b, 206a, 206b) des Kerns (105a, 105b) in einer ersten Stapelrichtung senkrecht zur Oberfläche (103) des Substrats (102) und in einer zweiten Stapelrichtung parallel zur Oberfläche (103) des Substrats (102) gestapelt sind. The polarizer (201) according to one of claims 4 to 7, wherein the layers (205a, 205b, 206a, 206b) of the core (105a, 105b) in a first stacking direction perpendicular to the surface (103) of the substrate (102) and in a second stacking direction parallel to the surface (103) of the substrate (102) are stacked.
10. Polarisator (201, 203) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kern (105a, 105b) mindestens ein drittes Material aufweist, welches verschieden zu dem ersten Material und dem zweiten Material ist. 10. A polarizer (201, 203) according to any one of claims 1 to 9, wherein the core (105a, 105b) comprises at least a third material which is different from the first material and the second material.
11. Polarisator (100, 201, 203) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Material vollständig aus Wolfram gebildet ist und das zweite Material vollständig aus Iridium gebildet ist. The polarizer (100, 201, 203) of any one of claims 1 to 10, wherein the first material is formed entirely of tungsten and the second material is formed entirely of iridium.
12. Verfahren (600) zur Herstellung eines Polarisators mit folgenden Schritten: 12. Method (600) for producing a polarizer, comprising the following steps:
Herausbilden (602) eines Kerns eines Streifens des Polarisators durch Beschichten eines Substrats mit zumindest einem ersten Material, welches Wolfram aufweist, und durch Strukturieren des ersten Materials; und Forming (602) a core of a strip of the polarizer by coating a substrate with at least a first material comprising tungsten and patterning the first material; and
Beschichten (604) zumindest des Kerns des Polarisators mit einem zweiten Material, um eine Ummantelung um den Kern zu bilden, so dass der Kern von der Um- mantelung und dem Substrat vollständig eingekapselt ist; und wobei das zweite Material Iridium aufweist. Coating (604) at least the core of the polarizer with a second material to form a cladding around the core so that the core is completely encapsulated by the cladding and the substrate; and wherein the second material comprises iridium.
13. Verfahren (600) gemäß Anspruch 12, wobei bei dem Herausbilden (602) des Kerns abwechselnd verschiedene Materialien übereinandergeschichtet werden, so dass mehrere Lagen des Kerns herausgebildet werden; und wobei das Übereinanderschichten der verschiedenen Materialien so erfolgt, dass jede Lage des Kerns von einer nach dieser Lage herausgebildeten Lage und von dem Substrat vollständig eingekapselt ist. The method (600) of claim 12, wherein in forming the core (602), different materials are alternately stacked to form a plurality of layers of the core; and wherein the superposing of the different materials occurs such that each layer of the core is completely encapsulated by a layer formed after that layer and by the substrate.
14. Verfahren (600) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, ferner aufweisend einen Schritt (606) des Herausbildens einer von der Ummantelung ausgesparten Region des Kerns. The method (600) of any one of claims 12 to 13, further comprising a step (606) of forming a region of the core recessed from the shroud.
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