WO2018184934A1 - Optische anordnung zur laserinterferenzstrukturierung einer probe - Google Patents

Optische anordnung zur laserinterferenzstrukturierung einer probe Download PDF

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WO2018184934A1
WO2018184934A1 PCT/EP2018/057895 EP2018057895W WO2018184934A1 WO 2018184934 A1 WO2018184934 A1 WO 2018184934A1 EP 2018057895 W EP2018057895 W EP 2018057895W WO 2018184934 A1 WO2018184934 A1 WO 2018184934A1
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partial beams
optical arrangement
prism
beam splitter
laser
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Tim Kunze
Andrés-Fabián LASAGNI
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect

Definitions

  • the present invention relates to an optical arrangement for laser interference patterning of a sample.
  • Deterministic surface structures can be produced by laser interference structuring.
  • Optical arrangements known from the prior art for generating interference patterns can be implemented by mirror configurations (as described in DE 10 2011 101 415 A1), an arrangement with two biprisms (as disclosed for example in DE 10 2011 011 734 A1) or by a combination of diffractive ones optical elements (DOE) with a biprism (as discussed in DE 10 2013 004 869 AI) can be achieved.
  • DOE diffractive ones optical elements
  • the present invention is therefore based on the object of proposing an optical arrangement and a method for laser interference structuring with which the mentioned disadvantages can be avoided and thus structuring of a sample takes place with high power efficiency, flexibility and cost efficiency.
  • An optical arrangement for laser interference patterning of a sample comprises a laser radiation source, a beam splitter element, a deflection element and a focusing element.
  • a laser beam emitted by the laser radiation source impinges on the beam splitter element, which splits the laser beam into two partial beams in such a way that one of the two partial beams within the
  • Beam splitter element passes through a longer path than the other partial beam. By deflecting one of the two partial beams is deflected such that both partial beams are substantially parallel to each other and meet the focusing element.
  • the two partial beams which run essentially parallel to one another, pass through the focusing element and are directed by the focusing element onto a surface of the sample in such a way that the two partial beams on the surface of the sample interfere.
  • the beam splitter element Since the beam splitter element has a defined beam split ratio has, the original laser beam is divided, is a targeted adjustment not only of the intensities of the two generated partial beams, but also by appropriate choice of the geometric relations of the beam splitter element, an adjustment of the path length difference between the two partial beams possible. This results in defined beam splitting ratios, a lower one
  • the path difference between the two divided partial beams can be adjusted by the deflection element or other optical elements and also minimized.
  • the optical arrangement can be flexibly adapted to different surface structures by suitable alignment.
  • substantially parallel is understood to mean an angular offset of between + 15 ° and -15 ° between the two partial beams, but in particular, of course, no angular offset, ie 0 °.
  • the beam splitter element is typically one
  • the laser beam entering beam splitter element typically enters from a medium having a first refractive index into a medium having a second refractive index different from the first refractive index.
  • the beam splitter element Traverses the beam splitter element. This is preferably done on a coating of the beam splitter element. This can be specifically influenced the path length and thus a path difference.
  • the coating is in this case preferably arranged within the beam splitter element, d. H. not on an outside of the beam splitter element. In a particularly preferred manner, the beam splitting is performed by the coating and only by the
  • Reflection defines the longer path of the sub-beam.
  • the beam splitter element is typically designed as a pentaprism beam splitter or as a beam splitter with lateral beam offset in order to be able to influence the path difference in a targeted manner.
  • a "pentaprism beam splitter” is to be understood here in particular as a combination of a pentaprism be understood with a wedge prism.
  • the wedge prism is preferably located on the surface of the pentaprism on which the division into the two partial beams takes place.
  • the deflection element can be designed as a deflection prism or as a deflection mirror.
  • the use of a deflection prism has the advantage that an optical arrangement constructed exclusively from prisms can thus be achieved.
  • the sub-beam which is the shorter path in the
  • Beam splitter element has traveled, deflected at the deflecting element in order to avoid further influencing the partial beam, which has covered the longer path.
  • a rotatable reversing prism preferably a dove prism, is traversed by the two partial beams before the two partial beams impinge on the focusing element.
  • the reversing prism is thus arranged between the beam splitter element and the focusing element. This also rotatable surface structures can be generated.
  • At least one of the two partial beams passes through at least one prism, preferably a wedge prism, for parallelizing and / or aligning the two partial beams.
  • a combination of at least two prisms is used symmetrically, each of which passes through at least one of the prisms.
  • the at least one prism is typically arranged on a moving unit and / or movable by the moving unit in order to be able to adjust a resulting structure period flexibly.
  • all of the prisms which are used for parallelizing the two partial beams or for aligning the two partial beams can be moved by the moving unit.
  • the deflecting element can also be arranged on a moving unit and can be moved by it.
  • a control device is provided for controlling the moving unit or the movement units.
  • the laser beam may also impinge on a beam shaping element arranged in front of the beam splitter element and pass through the beam shaping element. Thus, the laser beam is passed before dividing into the two partial beams with a defined beam shape in the beam splitter element.
  • the beamforming element is typically an anamorphic prism or a top hat beamformer.
  • the focusing element may be formed as a converging lens, preferably a plano-convex converging lens, or a cylindrical lens.
  • the laser radiation source is preferably configured to emit a pulsed laser beam having a pulse width between 0.1 ps and 100 ns. Most preferably, the pulse width is 5 ps to 15 ns.
  • a laser beam emitted from a laser radiation source is irradiated with a laser beam
  • Beam splitter element divided into two sub-beams such that one of the two sub-beams within the beam splitter element passes through a longer path than the other sub-beam.
  • One of the two partial beams is deflected by a deflecting element such that both partial beams extend substantially parallel to one another.
  • the two substantially parallel sub-beams impinge on a focusing element and are focused by the focusing on a surface of the sample so that they interfere on this sample surface.
  • the described method can be carried out with the described device, i. H. the described device is set up to carry out the described method.
  • 1 is a schematic view of an optical arrangement for the interfe structuring with two partial beams; 2 is a view of a Dove prism,
  • Fig. 3 is a plan view of an optical arrangement for three-beam interference
  • Fig. 4 is a view corresponding to Figure 1 of the arrangement shown in Figure 3 in plan view.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an optical arrangement for laser interference patterning of a sample 10.
  • an emitted laser beam 11 is directed via two deflecting mirrors 2 to a pentaprism beam splitter 4 with a defined beam splitting ratio (for example 50/50 or 70/30) and two partial beams 12 and 13 are generated.
  • the partial beam 13 is in this case reflected again in the pentapriscence beam splitter 4 and passes through a longer path in the pentaprism beam splitter 4 than the further partial beam 12.
  • This partial beam 12 is in turn deflected at the rectangular prism 5 as deflecting element, so that at least partially the two partial beams 12 and 13 parallel are guided to each other.
  • a beam-shaping element 3 in the form of an anamorphic prismatic element is arranged in front of the pentaprism beam splitter 4, in which beam shaping takes place by stamping out an elongated elliptical laser cross-section.
  • the beam path and thus also a distance of the two partial beams 12, 13 from each other can be controlled.
  • the associated control of the partial beam spacing by means of a positioning unit 14, on which the upper of the two prisms 6 and 7 are arranged in the exemplary embodiment shown, has an influence on a later-resultant structure period ⁇ according to the formula ⁇
  • the partial beams 12 , 13 are rotated to each other, so that rotation of a surface structure to be formed on a surface of the sample 10 can be achieved.
  • the two partial beams 12 and 13 are finally focused on the sample surface and brought to interference.
  • FIG. 2 shows a rotation of the partial beams 12 and 13 by means of the dove prism 8 as a rotatable deflection prism. Recurring features are provided with identical reference numerals in this figure as well as in the following figures. While the two partial beams 12, 13 enter on a left side of the dove prism 8, this pair of beams is rotated by 10 ° about its longitudinal axis, which runs parallel to the two partial beams 12 and 13, by rotation of the dove prism 8 that a rotation of the partial beams 12, 13 by 20 ° (measured on the non-rotated prism) takes place at the beam exit on the right side of the Dove prism 8.
  • FIG. 3 shows a top view of an optical arrangement for interference with three beams.
  • the approach described is based on the use of special beam-splitting prism elements (such as pentaprism beam splitters, prisms with lateral beam offset, etc.) in combination with other prisms (eg rectangular prisms, rhombic prisms, etc.).
  • prisms eg rectangular prisms, rhombic prisms, etc.
  • Other interference superstructures with more than two partial beams can be z.
  • a laser beam 11 is emitted by the laser radiation source 1 analogously to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 and deflected by the deflection mirror 2.
  • a prism divider 17 used with lateral beam offset, which divides the laser beam 11 in a beam ratio 70/30, with an intensity of 70 percent attributable to the optical sub-path 15 and the remaining 30 percent on an optical path 16 top.
  • FIG. 4 shows a side view of this construction in a representation corresponding to FIG.
  • the embodiment of Figure 1 there are now three partial beams 12, 13 and 18 whose distance (and thus the later resulting structure period) to each other as before by means of the wedge prisms 6 and 7 is controlled.
  • a polarizer 19 is now still arranged, but it can also be dispensed with the polarizers 19 or another optical element can be installed.
  • the three partial beams 12, 13 and 18 are made to interfere with each other by means of the focusing element 9 on the sample surface, so that an interference pattern is generated on the surface of the sample 10.
  • symmetrical three-beam interference can thus also be achieved.
  • four-beam interference arrangements or higher interference arrangements can also be produced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung und ein Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (10). Die optische Anordnung weist eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls (11), ein Strahlteilerelement (4), das den Laserstrahl (11) in zwei Teilstrahlen (12, 13) derart aufteilt, dass einer der zwei Teilstrahlen (12, 13) innerhalb des Strahlteilerelements (4) einen längeren Weg durchläuft als der andere Teilstrahl (12, 13), ein Umlenkelement (5), das einen der beiden Teilstrahlen (12, 13) derart umlenkt, dass beide Teilstrahlen (12, 13) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und ein Fokussierelement (9) auf, das die beiden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen (12, 13) durchlaufen, so dass die Teilstrahlen (12, 13) auf einer Oberfläche der Probe (10) interferieren.

Description

Optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe.
Deterministische Oberflächenstrukturen lassen sich mittels Laserinterferenzstrukturierung herstellen. Aus dem Stand der Technik bekannte optische Anordnungen zum Erzeugen von Interferenzmustern können durch Spiegelkonfigurationen (wie in DE 10 2011 101 415 AI beschrieben), eine Anordnung mit zwei Biprismen (wie beispielsweise in DE 10 2011 011 734 AI offenbart) oder durch eine Kombination von diffraktiven optischen Elementen (DOE) mit einem Biprisma (wie in DE 10 2013 004 869 AI diskutiert) erreicht werden.
Aufgrund einer starren Spiegelanordnung ist bei Verwenden einer Spiegelkonfiguration jedoch keine flexible Gestaltung der Strukturen möglich. Zudem muss hierbei eine aufwändige Justierung durchgeführt werden und der Lösungsansatz ist nicht kompakt. Werden zwei Biprismen verwendet, sind keine wohldefinierten Strahlteilungsverhältnisse möglich. Außerdem ist eine Flexibilität des Systems wegen der starren Prismenanordnung eingeschränkt und es können keine kleinen Laserquerschnitte erzeugt werden.
Bei einer DOE-Konfiguration ist schließlich ein hoher Leistungsverlust einer zum Interferieren benötigten Laserstrahlung zu beobachten. Zudem ist ein entsprechender Aufbau kostenintensiv wegen der notwendigen Spezialanfertigungen von DOE und Prisma.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung und ein Verfahren zum Laserinterferenzstrukturieren vorzuschlagen, mit denen die genannten Nachteile vermieden werden können und somit mit hoher Leistungseffizienz, Flexibilität und Kosteneffizienz eine Strukturierung einer Probe erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe weist eine Laserstrahlungsquelle, ein Strahlteilerelement, ein Umlenkelement und ein Fokussierelement auf. Ein von der Laserstrahlungsquelle emittierter Laserstrahl trifft auf das Strahlteilerelement, das den Laserstrahl in zwei Teilstrahlen derart aufteilt, dass einer der beiden Teilstrahlen innerhalb des
Strahlteilerelements einen längeren Weg durchläuft als der andere Teilstrahl. Durch das Umlenkelement wird einer der beiden Teilstrahlen derart umgelenkt, dass beide Teilstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und auf das Fokussierelement treffen. Die beiden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen durchlaufen das Fokussierelement und werden dabei von dem Fokussierelement derart auf eine Oberfläche der Probe gerichtet, dass die zwei Teilstrahlen auf der Oberfläche der Probe interferieren.
Da durch das Strahlteilerelement, das ein definiertes Strahlteilverhältnis auf- weist, der ursprüngliche Laserstrahl geteilt wird, ist eine gezielte Einstellung nicht nur der Intensitäten der beiden generierten Teilstrahlen, sondern auch durch passende Wahl der geometrischen Relationen des Strahlteilerelements eine Anpassung des Weglängenunterschieds zwischen beiden Teilstrahlen möglich. Somit ergeben sich definierte Strahlteilungsverhältnisse, ein geringer
Leistungsverlust zwischen der Laserstrahlungsquelle und der Oberfläche der Probe, sowie eine kostengünstige und industrietaugliche Ausgestaltung der optischen Anordnung. Der Wegunterschied zwischen den beiden aufgeteilten Teilstrahlen kann durch das Umlenkelement bzw. weitere optische Elemente eingestellt und auch minimiert werden. Zudem kann die optische Anordnung durch passende Ausrichtung flexibel an verschiedene Oberflächenstrukturen angepasst werden. Unter dem Begriff "im Wesentlichen parallel" soll im Rahmen dieser Schrift ein Winkelversatz von zwischen +15° und -15° zwischen den beiden Teilstrahlen, insbesondere aber natürlich kein Winkelversatz, also 0°, verstanden werden. Das Strahlteilerelement ist typischerweise aus einem
Werkstoff, bei dem ein Unterschied in der optischen Brechzahl zur Umgebung besteht, wobei die eigentliche Strahlteilung typischerweise an einer Beschich- tung innerhalb des Strahlteilerelements stattfindet. Der in das
Strahlteilerelement eintretende Laserstrahl tritt also typischerweise von ei- nem Medium mit einer ersten Brechzahl in ein Medium mit einer von der ersten Brechzahl verschiedenen zweiten Brechzahl ein.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem Strahlteilerelement mindestens eine Reflexion des Teilstrahls erfolgt, der den längeren Weg in dem
Strahlteilerelement zurücklegt. Dies geschieht vorzugsweise an einer Be- schichtung des Strahlteilerelements. Hierdurch kann gezielt die Weglänge und somit ein Wegunterschied beeinflusst werden. Die Beschichtung ist hierbei vorzugsweise innerhalb des Strahlteilerelements angeordnet, d. h. nicht auf einer Außenseite des Strahlteilerelements. In besonders bevorzugter Weise wird durch die Beschichtung die Strahlteilung durchgeführt und erst durch die
Reflexion der längere Weg des Teilstrahls definiert.
Das Strahlteilerelement ist typischerweise als ein Pentaprismenstrahlteiler oder als ein Strahlteiler mit lateralem Strahlversatz ausgebildet, um den Weg- unterschied gezielt beeinflussen zu können. Unter einem "Pentaprismenstrahlteiler" soll hierbei insbesondere eine Kombination eines Pentaprismas mit einem Keilprisma verstanden werden. Das Keilprisma sitzt vorzugsweise auf der Oberfläche des Pentaprismas auf, an der die Aufteilung in die beiden Teilstrahlen erfolgt.
Das Umlenkelement kann als ein Umlenkprisma oder als ein Umlenkspiegel ausgestaltet sein. Die Verwendung eines Umlenkprismas weist den Vorteil auf, dass somit eine ausschließlich aus Prismen aufgebaute optische Anordnung erreichbar ist.
Vorzugsweise wird der Teilstrahl, der den kürzeren Weg im
Strahlteilerelement zurückgelegt hat, an dem Umlenkelement umgelenkt, um eine weitere Beeinflussung des Teilstrahls, der den längeren Weg zurückgelegt hat, zu vermeiden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein drehbares Umkehrprisma, vorzugsweise ein Dove-Prisma, von den beiden Teilstrahlen durchlaufen wird, bevor die beiden Teilstrahlen auf dem Fokussierelement auftreffen. Das Umkehrprisma ist somit zwischen dem Strahlteilerelement und dem Fokussierelement angeordnet. Hierdurch können auch rotierbare Oberflächenstrukturen generiert werden.
Mindestens einer der beiden Teilstrahlen durchläuft mindestens ein Prisma, vorzugsweise ein Keilprisma, zum Parallelisieren und bzw. oder Ausrichten der beiden Teilstrahlen. In bevorzugter Weise wird jedoch in symmetrischer Weise eine Kombination von mindestens zwei Prismen verwendet, von denen jeder der Teilstrahlen wenigstens eines der Prismen durchläuft.
Das mindestens eine Prisma ist typischerweise auf einer Verfahreinheit angeordnet und bzw. oder durch die Verfahreinheit bewegbar, um eine resultierende Strukturperiode flexibel einstellen zu können. Vorzugsweise sind sämtliche der Prismen, die zum Parallelisieren der beiden Teilstrahlen oder zum Ausrichten der beiden Teilstrahlen verwendet werden, durch die Verfahreinheit bewegbar. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Umlenkelement auf einer Verfahreinheit angeordnet und durch diese verfahrbar sein. Vorzugsweise ist eine Kontrollvorrichtung vorgesehen zum Ansteuern der Verfahreinheit bzw. der Verfahreinheiten. Der Laserstrahl kann auch auf ein vor dem Strahlteilerelement angeordnetes Strahlformungselement auftreffen und das Strahlformungselement durchlaufen. Somit wird der Laserstrahl vor dem Aufteilen in die beiden Teilstrahlen mit einer definierten Strahlform in das Strahlteilerelement geleitet. Das Strahlformungselement ist typischerweise ein anamorphisches Prisma oder ein Top Hat-Strahlformer.
Das Fokussierelement kann als eine Sammellinse, vorzugsweise eine plankonvexe Sammellinse, oder eine Zylinderlinse ausgebildet sein.
Die Laserstrahlungsquelle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen gepulsten Laserstrahl mit einer Pulsbreite zwischen 0,1 ps und 100 ns zu emittieren. In besonders bevorzugter Weise beträgt die Pulsbreite 5 ps bis 15 ns.
Bei einem Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe wird ein von einer Laserstrahlungsquelle emittierter Laserstrahl mit einem
Strahlteilerelement derart in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, dass einer der zwei Teilstrahlen innerhalb des Strahlteilerelements einen längeren Weg durchläuft als der andere Teilstrahl. Einer der beiden Teilstrahlen wird durch ein Umlenkelement derart umgelenkt, dass beide Teilstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die beiden im Wesentlichen parallel zueinander laufenden Teilstrahlen treffen auf ein Fokussierelement und werden von dem Fokussierelement auf eine Oberfläche der Probe gebündelt bzw. fokussiert, so dass sie auf dieser Probenoberfläche interferieren.
Das beschriebene Verfahren kann mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, d. h. die beschrieben Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer optischen Anordnung zum Interfe- renzstrukturieren mit zwei Teilstrahlen; Fig. 2 eine Ansicht eines Dove-Prismas,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine optische Anordnung zur Dreistrahlinterferenz und
Fig. 4 eine Figur 1 entsprechende Ansicht der in Figur 3 in Draufsicht gezeigten Anordnung.
In Figur 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe 10 dargestellt. Ausgehend von einer Laserstrahlungsquelle 1 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein emittierter Laserstrahl 11 über zwei Umlenkspiegel 2 auf einen Pentaprismenstrahlteiler 4 mit definiertem Strahlteilungsverhältnis (beispielsweise 50/50 oder 70/30) gelenkt und es werden zwei Teilstrahlen 12 und 13 generiert. Ein nachgeschaltetes Rechteckprisma 5, das typischerweise von dem Pentaprismenstrahlteiler räumlich beabstandet ist, parallelisiert die beiden Teilstrahlen 12 und 13 zueinander. Der Teilstrahl 13 wird hierbei in dem Pentaprismenstrahlteiler 4 nochmals reflektiert und durchläuft in dem Pentaprismenstrahlteiler 4 eine längere Wegstrecke als der weitere Teilstrahl 12. Dieser Teilstrahl 12 wird wiederum an dem Rechteckprisma 5 als Umlenkelement umgelenkt, so dass zumindest bereichsweise die beiden Teilstrahlen 12 und 13 parallel zueinander geführt sind. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Strahlformungselement 3 in Form eines anamorphischen Prismenelements vor dem Pentaprismenstrahlteiler 4 angeordnet, in dem durch Ausprägen eines elongierten elliptischen Laserquerschnitts eine Strahlformung erfolgt.
Durch eine nach dem Pentaprismenstrahlteiler 4 bzw. dem Rechteckprisma 5 angeordnete Kombination aus Keilprismen 6 und 7 kann der Strahlengang und somit auch eine Entfernung der beiden Teilstrahlen 12, 13 zueinander kontrolliert werden. Die damit verbundene Kontrolle des Teilstrahlabstands mittels einer Verfahreinheit 14, auf der im gezeigten Ausführungsbeispiel die oberen der beiden Prismen 6 und 7 angeordnet sind, hat Einfluss auf eine später resultierende Strukturperiode Λ gemäß der Formel λ
2 sin α mit λ als Laserstrahlwellenlänge und α als halbem Überlappwinkel der Teil- strahlen 12, 13. Durch ein nachgeschaltetes Dove-Prisma 8, das zwischen den Keilprismen 6, 7 und einem Fokussierelement 9 in Form einer Fokussierlinse angeordnet ist, können die Teilstrahlen 12, 13 zueinander rotiert werden, so dass eine Drehung einer auf einer Oberfläche der Probe 10 auszubildenden Oberflächenstruktur erreicht werden kann. Durch das Fokussierelement 9 werden die beiden Teilstrahlen 12 und 13 schließlich auf die Probenoberflä- che fokussiert und zur Interferenz gebracht.
Figur 2 zeigt eine Rotation der Teilstrahlen 12 und 13 mittels des Dove- Prismas 8 als drehbarem Umlenkprisma. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Während auf einer linken Seite des Dove-Prismas 8 die beiden Teilstrahlen 12, 13 eintreten, wird dieses Strahlenpaar durch eine Drehung des Dove-Prismas 8 um 10° um seine Längsachse, die parallel zu den beiden Teilstrahlen 12 und 13 verläuft, rotiert, so dass eine Rotation der Teilstrahlen 12, 13 um 20° (gemessen am nicht rotierten Prisma) beim Strahlenaustritt auf der rechten Seite des Dove-Prismas 8 erfolgt.
In Figur 3 ist in einer Draufsicht eine optische Anordnung zur Dreistrahlinterferenz wiedergegeben. Der beschriebene Lösungsansatz beruht auf einer Verwendung spezieller strahlteilender Prismenelement (wie Pentaprismen- Strahlteiler, Prismen mit lateralem Strahlversatz usw.) in Kombination mit weiteren Prismen (z. B. Rechteckprismen, rhombische Prismen etc.). Somit lassen sich optische Anordnungen ausgestalten, aus denen mindestens zwei Teilstrahlen 12, 13 resultieren. Weitere Interferenzaufbauten mit mehr als zwei Teilstrahlen lassen sich z. B. aus einer Kombination eines Prismas mit latera- lern Strahlversatz, einem Pentaprismenstrahlteiler und zwei Rechteckprismen erzeugen.
Bei der in Figur 3 gezeigten optischen Anordnung wird in Analogie zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Laserstrahlungsquelle 1 ein Laserstrahl 11 emittiert und von dem Umlenkspiegel 2 umgelenkt. Nun wird jedoch ein Prismenteiler 17 mit lateralem Strahlversatz verwendet, der den Laserstrahl 11 in einem Strahlverhältnis 70/30 aufteilt, wobei eine Intensität von 70 Prozent auf den optischen Unterpfad 15 entfallen und die restlichen 30 Prozent auf einen optischen Oberpfad 16.
In Figur 4 ist in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung eine seitliche Ansicht dieses Aufbaus gezeigt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind nun drei Teilstrahlen 12, 13 und 18 vorhanden, deren Distanz (und somit die später resultierende Strukturperiode) zueinander wie gehabt mittels der Keilprismen 6 und 7 kontrolliert wird. Innerhalb jedes Strahlengangs der Teilstrahlen 12, 13 und 18 ist nun noch ein Polarisator 19 angeordnet, es kann aber auch auf die Polarisatoren 19 verzichtet werden oder ein anderes optisches Element eingebaut werden. Die drei Teilstrahlen 12, 13 und 18 werden mittels des Fokussierelements 9 auf der Probenoberfläche zur Interferenz gebracht, so dass ein Interferenzmuster auf der Oberfläche der Probe 10 erzeugt wird. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen der Interferenzstrukturie- rung kann somit auch eine symmetrische Dreistrahlinterferenz erreicht werden. Durch eine additive Kombination aller genannten Prismen lassen sich auch Vierstrahlinterferenzanordnungen oder höhere Interferenzanordnungen erzeugen.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (10) mit einer Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls (11), einem Strahlteilerelement (4), das den Laserstrahl (11) in zwei Teilstrahlen (12, 13) derart aufteilt, dass einer der zwei Teilstrahlen (12, 13) innerhalb des Strahlteilerelements (4) einen längeren Weg durchläuft als der andere Teilstrahl (12, 13), einem Umlenkelement (5), das einen der beiden Teilstrahlen (12, 13) derart umlenkt, dass beide Teilstrahlen (12, 13) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und einem Fokussierelement (9), das die beiden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen (12, 13) durchlaufen, so dass die Teilstrahlen (12, 13) auf einer Oberfläche der Probe (10) interferieren.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlteilerelement (4) mindestens eine Reflexion des Teilstrahls (12, 13), der den längeren Weg zurücklegt, erfolgt.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlteilerelement (4) als ein
Pentaprismenstrahlteiler oder ein Strahlteilerprisma mit lateralem Strahlversatz ausgebildet ist.
4. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (5) als ein Umlenkprisma oder als ein Umlenkspiegel ausgebildet ist.
5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehbares Umkehrprisma, insbesondere ein Dove-Prisma (8), das die beiden Teilstrahlen (12, 13) durchlaufen, vor dem Fokussierlement (9) angeordnet ist.
6. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Teilstrahlen (12, 13) mindestens ein Prisma (6, 7), vorzugsweise ein Keilprisma, zum Ausrichten der beiden Teilstrahlen (12, 13) durchläuft.
7. Optische Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Prisma (6, 7) durch eine Verfahreinheit (14) bewegbar ist.
8. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (11) auf ein vor dem Strahlteilerelement (4) angeordnetes Strahlformungselement (3), vorzugsweise ein anamorphisches Prisma oder ein Top-Hat-Strahlfomer, angeordnet ist, auftrifft und es durchläuft.
9. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierlement (9) als eine Sammellinse oder eine Zylinderlinse ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (10), bei dem ein von einer Laserstrahlungsquelle (1) emittierter Laserstrahl (11) mit einem Strahlteilerelement (4) derart in zwei Teilstrahlen (12, 13) aufgeteilt wird, dass einer der zwei Teilstrahlen (12, 13) innerhalb des Strahlteilerelements (4) einen längeren Weg durchläuft als der andere Teilstrahl (12, 13), und einer der beiden Teilstrahlen (12, 13) durch ein Umlenkelement (5) derart umgelenkt wird, dass beide Teilstrahlen (12, 13) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, sowie die beiden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen (12, 13) auf ein Fokussierelement (9) treffen und von dem Fokussierelement (9) auf eine Oberfläche der Probe (10) gelangen, so dass die Teilstrahlen (12, 13) auf der Oberfläche der Probe (10) interferieren.
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