Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahl- formungselement für optische Strahlung, insbesondere für UV-Laserstrahlung, mit einem Trägersubstrat, das eine Dünnschicht-Metallisierung trägt, die zur Strahl- formung auftreffender optischer Strahlung strukturiert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlformungselementes für optische Strahlung.

Strahlformungselemente werden bspw. zur Strahl- formung von Laserstrahlung für Anwendungen im Bereich der Materialbearbeitung oder auch der medizinischen Technik eingesetzt. Die Strahlformungselemente dienen dabei in erster Linie zur Erzeugung eines vorgebbaren Intensitätsprofils der Laserstrahlung, das für die jeweilige Anwendung von Vorteil ist. So können Strahl- formungselemente bspw. zur Abflachung des Intensitäts- profils intensiver W-Laserstrahlung eingesetzt werden, um bei einer flächigen Materialbearbeitung einen stufenlosen Übergang zu unbearbeiteten Bereichen erzeugen zu können. Das bearbeitete Material kann hierbei auch belebter Natur sein. Gerade im medizi- nischen Bereich, bspw. bei der Bearbeitung der Hornhaut des menschlichen Auges mit einem W-Laser, ist ein derartiger stufenloser Übergang zur Korrektur von Hornhautfehlern erforderlich. Das Strahlformungselement ist hierbei als mikrostrukturierte Strahlformungsblende

ausgebildet, an deren Mikrostrukturen das eintreffende Intensitätsprofil der Laserstrahlung gebeugt wird, um ein gewünschtes flaches Strahlprofil zu erhalten. Bei derartigen Strahlformungselementen ist eine dünne metallische Schicht auf einem transparenten Träger- substrat aufgebracht, in der die Mikrostrukturen erzeugt werden.

Gerade beim Einsatz intensiver UV-Laserstrahlung wird jedoch diese Metallisierung mit der Zeit durch die Strahlung beschädigt, so dass die Wirkung des Strahl- formungselementes auf die eintreffende Laserstrahlung nicht mehr vorhersehbar ist. Dies kann gerade im Bereich der medizinischen Technik zu erheblichen Gefährdungen für den Patienten führen, da der Ver- schleiß der Metallisierung für den Benutzer anfänglich nicht erkennbar ist. Aus diesem Grunde sollten im Bereich der medizinischen Technik Strahlformungs- elemente für intensive W-Strahlung jeweils nur einmalig benutzt werden. Um diese einmalige Benutzung sicherzustellen, ist jedoch ein sehr sorgfältiges Arbeiten des Benutzers erforderlich, da dem Strahl- formungselement eine einmalige Benutzung in der Regel nicht angesehen werden kann. Es kann daher vorkommen, dass ein bereits benutztes Strahlformungselement versehentlich mehrfach eingesetzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Strahlformungselement für optische Strahlung, insbesondere für W-Laserstrahlung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlformungs- elementes anzugeben, an dem beim Einsatz in intensiver

optischer Strahlung eine einmalige Benutzung erkennbar ist.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Strahlformungselement und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Strahl- formungselementes sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das vorliegende Strahlformungselement aus einem Trägersubstrat, das eine strukturierte Dünnschicht- Metallisierung zur Strahlformung der optischen Strahlung trägt, zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Dünnschicht-Metallisierung aus zumindest zwei metallischen Schichten zusammensetzt, die beim Auftreffen der optischen Strahlung ab einer bestimmten Intensität und/oder Bestrahlungsdauer der optischen Strahlung unter permanenter Farbänderung miteinander reagieren.

Die Reaktion der Materialien der beiden metal- lischen Schichten führt vorzugsweise zu einer Legierungsbildung der beteiligten Metalle, die durch eine durch die eintreffende optische Strahlung hervor- gerufene Erwärmung dieser Schichten an der Auftreff- stelle der optischen Strahlung ausgelöst wird. Durch diese Legierungsbildung wird bei geeigneter Wahl der beteiligten Metalle eine deutliche Farbänderung gegenüber der Farbe der oberen metallischen Schicht hervorgerufen. Dem Fachmann sind geeignete Metalle für eine derartige Legierungsbildung unter Farbänderung geläufig. Die erforderliche Energie für die Auslösung

der Reaktion sollte hierbei selbstverständlich deutlich oberhalb der ohne Einstrahlung der optischen Strahlung vorliegenden Wärmeenergie liegen. Weiterhin darf die Intensität bzw. Bestrahlungsdauer mit der optischen Strahlung, bei der die Reaktion ausgelöst wird, nicht derart hoch liegen, dass bei dieser Intensität und/oder Bestrahlungsdauer bereits eine Beschädigung der metallischen Schichten eintritt.

Bei Einsatz des vorliegenden Strahlformungs- elementes zur Formung des Intensitätsprofils optischer Strahlung, insbesondere von Laserstrahlung, die eine ausreichende Intensität aufweist bzw. mit einer ausreichenden Bestrahlungsdauer eingestrahlt wurde, kann durch den Benutzer sofort nach diesem Einsatz anhand einer an der Auftreffstelle der optischen Strahlung erfolgten Farbänderung erkannt werden, dass das Strahlformungselement bereits einmal eingesetzt wurde. Gerade im Bereich der medizinischen Technik beim Einsatz von intensiver W-Laserstrahlung können auf diese Weise Fehler durch eine Mehrfachverwendung des Strahlformungselementes verhindert werden. Die durch die Farbänderung an der Auftreffstelle hervorgerufenen Gebrauchsspuren deuten einen möglichen Verschleiß der Metallisierung optisch an, lange bevor die Metal- lisierung Risse oder Löcher durch Strahlungsablation aufweist. Trotz dieser optisch sichtbaren Gebrauchs- spuren bleibt die Funktionalität der Metallisierung des Strahlformungselementes weiterhin erhalten, so dass zu diesem Zeitpunkt noch keine Risse oder Haftungsprobleme in der Metallisierung auftreten.

Vorzugsweise werden die metallischen Schichten beim vorliegenden Strahlformungselement derart gewählt, dass sich die Reflektivität der Dünnschicht-Metal- lisierung für die eingesetzte optische Strahlung durch die hervorgerufene Reaktion beider Schichten permanent erniedrigt. Durch diese nochmals verringerte Reflektion im verfärbten Bereich verlängert sich die Lebensdauer der vorgeschalteten hochwertigen Optik, die insbeson- dere bei Einsatz von W-Laserstrahlung durch zu hohe Reflektion am Strahlformungselement leicht beschädigt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die obere der beiden metallischen Schichten aus einem Edelmetall gebildet. Die Verwendung dieser edlen Metalldeckschicht erlaubt unbefristete Lagerzeiten der Strahlformungs- elemente, so dass auch hierdurch keine Fehlfunktion ausgelöst werden kann. Die untere der beiden metal- lischen Schichten, d. h. die auf dem Trägersubstrat aufliegende Schicht, ist vorzugsweise aus Chrom oder einer Chrom-Legierung gebildet. Chrom hat in diesem Zusammenhang zahlreiche Vorteile. So kann es zum einen als Haftvermittler zwischen dem Trägersubstrat und der oberen Schicht dienen. Andererseits lässt sich dieses Material sehr gut nasschemisch ätzen, um die erforder- liche Mikrostrukturierung für die Strahlformung zu erzeugen.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform des Strahlformungselementes ist die obere Schicht aus Gold und die untere Schicht aus Chrom gebildet, wobei das Schichtdickenverhältnis zwischen der Chrom-Schicht und der Gold-Schicht im Bereich von 1 : 1,4 bis 1 : 1,8 liegt.

Diese beiden metallischen Schichten bilden bei Bestrah- lung mit intensiver optischer Strahlung, insbesondere mit W-Laserstrahlung, aufgrund einer dadurch hervor- gerufenen lokalen metallurgischen Reaktion eine Legierung, die zu einer deutlich sichtbaren Verfärbung von gold-glänzend zu matt-grau-braun an der Auftreff- stelle der optischen Strahlung führt. Durch das gewählte Schichtdickenverhältnis wird einerseits die Bildung einer geeigneten Legierung ermöglicht und andererseits verhindert, dass durch die Bildung der Legierung hohe Zugspannungen in der Dünnschicht- Metallisierung entstehen. Besonders vorteilhaft lässt sich dieses Strahlformungselement in Verbindung mit W- Laserstrahlung im Bereich von 193 nm einsetzen, da die optisch sichtbare Verfärbung für diesen Wellenlängen- bereich der Laserstrahlung gleichzeitig eine sich stetig verringernde Reflektivität bis unter 1% bewirkt.

Vor dem Auftreffen der Laserstrahlung liegt hingegen eine Reflektivität der Gold-Schicht von ca. 10% bei 193 nm vor.

Die Dünnschicht-Metallisierung bestehend aus den zumindest zwei metallischen Schichten muss selbst- verständlich so dick gewählt werden, dass die für die Strahlformung erforderliche optische Dichtheit erreicht wird. Vorzugsweise hat diese Dünnschicht-Metallisierung jedoch eine Gesamtschichtdicke von< 250 nm, so dass eine mikrooptische Strukturierung mit Strukturbreiten unterhalb von 250 nm erreicht werden kann.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines Strahlformungselementes für optische Strahlung, insbesondere eines Strahlformungselementes gemäß der

vorangegangenen Beschreibung, wird zunächst eine untere Schicht aus Chrom oder einer Chrom-Legierung auf ein für die optische Strahlung transparentes Trägersubstrat aufgebracht. Anschließend wird-ggf. nach dem Auf- bringen einer Zwischenschicht-eine obere Schicht aus einem Edelmetall über der unteren Schicht aufgebracht.

Die entstandene Schichtfolge wird dann für die erfor- derliche Strahlformung strukturiert. Die Strukturierung erfolgt durch Mikrostrukturierung der oberen Schicht mittels Photolithographie und einem anschließenden Trockenätzprozess, der bis an die untere Schicht ausge- führt wird. Die obere Schicht dient dann als Ätzmaske für die Mikrostrukturierung der unteren Schicht, die durch ein nasschemisches Ätzverfahren erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Strahlformungsblende in einfacher Weise mit einer exakten Mikrostruktur her- stellen. Die untere und die obere Schicht werden vorzugsweise mit einem physikalischen Sputterverfahren aufgebracht.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Her- stellung eines Strahlformungselementes, wie es in der vorangehenden Beschreibung erläutert wurde. Das Verfahren lässt sich jedoch auch zur Herstellung von Strahlformungselementen einsetzen, die keine Gebrauchsspuren durch Farbänderung bei Auftreffen der optischen Strahlung aufweisen. In diesem Fall werden die aufgebrachten Schichten durch einen thermischen Auslagerungsprozess, insbesondere durch eine Temperung, thermodynamisch stabilisiert, so dass bei Auftreffen der optischen Strahlung keine optisch sichtbare metallurgische Reaktion mehr erfolgt. Durch den thermischen Auslagerungsprozess wird in vorteilhafter

Weise bei Verwendung von Gold als obere Schicht und Chrom als untere Schicht, ggf. mit einer Titan- Zwischenschicht, eine sehr geringe Reflektivität von < 2% für eine optische Strahlung im Bereich von 193 nm erreicht, die auch unter Laserbeschuss keine Verän- derung mehr erfährt. Durch die Deckschicht aus dem Edelmetall wird zudem ein Strahlformungselement mit unbefristeter Lagerzeit bei Raumtemperatur erhalten.

Ein derartiges Strahlformungselement lässt sich in Bereichen einsetzen, bei denen ein mehrfach gebrauchtes Strahlformungselement mit geringer Reflektivität und guter Haltbarkeit erwünscht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen : Fig. 1 beispielhaft einen Aufbau des Strahl- formungselementes der vorliegenden Erfindung im Querschnitt ; Fig. 2 ein Beispiel für die Strahlformung des Strahlprofils von Laserstrahlung durch ein Strahlformungselement ; Fig. 3 ein Beispiel für eine Gebrauchsspur, wie sie bei Einsatz des vorliegenden Strahlformungselementes erkennbar ist ; Fig. 4 einen beispielhaften Verfahrensablauf für die Herstellung eines Strahl- formungselementes gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 5 ein weiteres Beispiel für die Her- stellung eines Strahlformungselementes, das keine optischen Gebrauchsspuren hinterlässt.

Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau eines Strahlformungselementes 8, wie es mit der vorliegenden Erfindung realisiert wird. Das Strahl- formungselement 8 setzt sich in diesem Beispiel aus dem Trägersubstrat 1 mit einer darauf befindlichen Dünn- schicht-Metallisierung aus zwei metallischen Schichten 2,3 zusammen. Als Trägersubstrat 1 wird in diesem Beispiel doppelseitig poliertes Quarzglas verwendet, da dieses im Bereich der eingesetzten UV-Strahlung, insbesondere im Bereich von 193 nm, eine sehr hohe Transmission aufweist. Als untere Schicht 2 dieses Strahlformungselementes ist eine Chrom-Schicht aufge- bracht, die als Haftvermittler der oberen Schicht 3 zum Quarzsubstrat 1 dient. Die obere metallische Schicht 3 besteht aus Gold, das bei der in diesem Beispiel eingesetzten Laserwellenlänge von 193 nm eine niedrige Reflektivität von ca. 10% aufweist. Die Gesamtschicht- dicke der Dünnschicht-Metallisierung beträgt in diesem Beispiel 140 nm, wobei die untere Schicht 2 aus Chrom eine Dicke von 40 nm und die obere Schicht 3 aus Gold eine Dicke von 100 nm aufweist. Diese Schichtdicken lassen eine Mikrostrukturierung der Dünnschicht- Metallisierung mit Strukturbreiten bis zu 250 nm zu, die jedoch in dieser Figur nicht zu erkennen ist.

Figur 2 zeigt in Abbildung a) beispielhaft ein Intensitätsprofil eines UV-Laserstrahls 4, das mit dem

Strahlformungselement 8 verändert werden soll. Das Intensitätsprofil hat eine annähernd rechteckige Form, so dass ein starker Intensitätsabfall an den Strahl- begrenzungen vorliegt, der in vielen Anwendungen bei der Materialbearbeitung unerwünscht ist. Das Strahl- formungselement 8 gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei derart mikrostrukturiert sein, dass das Intentsi- tätsprofil des auftreffenden und hindurchtretenden W- Laserstrahls 4 abgeflacht wird und einen stufenlosen flachen Verlauf an den Strahlbegrenzungen aufweist, wie dies beispielhaft in Teilabbildung b) zu erkennen ist.

Die für eine derartige Strahlformung erforderliche Geometrie der Mikrostrukturen der Dünnschicht-Metal- lisierung kann vorab Berücksichtigung optischer Gesetz- mäßigkeiten berechnet werden.

Bei Einsatz des Strahlformungselementes 8, wie es bspw. in Figur 1 dargestellt ist, zur Strahlformung eines intensiven UV-Laserstrahls bei einer Wellenlänge von 193 nm, wie er bspw. im medizinischen Bereich bei Augenoperationen eingesetzt wird, verbleiben nach der ersten Benutzung deutlich sichtbare Gebrauchsspuren auf der Oberfläche der Dünnschicht-Metallisierung. Figur 3 zeigt beispielhaft ein derartiges Strahlformungselement 8 in Draufsicht auf die Dünnschicht-Metallisierung.

Durch den Beschuss mit der W-Laserstrahlung erfolgt am Auftreffort 6 eine lokale metallurgische Reaktion zwischen dem Gold und dem Chrom, die zu einer optisch sichtbaren Verfärbung der Oberfläche von gold-glänzend (Au) zu matt-grau-braun (Au-Cr-Legierung) führt. Diese Verfärbung tritt nur an der Auftreffstelle 6 der Laser- strahlung auf, während im restlichen Bereich der Ober- fläche die reine Gold-Schicht mit ihrer goldglänzenden

Farbe verbleibt. Auf diese Weise kann jederzeit sofort erkannt werden, ob das Strahlformungselement 8 bereits einmal benutzt wurde. Die optisch sichtbare Verfärbung führt im vorliegenden Fall zu einer gegenüber dem Anfangszustand deutlich verringerten Reflektivität für die UV-Laserstrahlung von unter 1%. Trotz der optisch sichtbaren Gebrauchsspuren bleibt die Funktionalität der Metallisierung weiterhin lange erhalten, so dass weder Risse noch Haftungsprobleme in der Metallisierung auftreten.

Figur 4 zeigt ein Beispiel für unterschiedliche Herstellungsschritte zur Herstellung eines Strahl- formungselementes 8 bzw. einer Strahlformungsblende gemäß der Figur l. Bei diesem Verfahren wird auf einem doppelseitig polierten Quarzwafer (Trägersubstrat 1) geringer Oberflächenrauhigkeit < 5 nm eine 40 nm dicke Cr-Schicht 2 durch physikalisches Aufsputtern aufge- bracht (Figur 4 a/b). Ohne Unterbrechung des Vakuums wird nachfolgend ebenfalls durch physikalisches Auf- sputtern eine 100 nm dicke Au-Schicht 3 auf die Cr- Schicht 2 aufgebracht. Hierbei wird eine sehr gute Schichthaftung erzielt (Figur 4 a/b). Anschließend wird ein lichtempfindlicher Photolack 7 auf die aus beiden Schichten 2,3 gebildete Dünnschicht-Metallisierung aufgebracht (Figur 4 c/d). Durch ein Projektionssystem wird die Lackschicht 7 zur Erzeugung der gewünschten Mikrostrukturierung mit Hilfe einer Maske selektiv belichtet. Nach der Entwicklung des Photolackfilmes 7 wird die Goldschicht 3 in den exponierten Bereichen mit einem Argon-Plasmaätzer abgetragen und die Chromschicht 2 exponiert (vgl. Figur 4 e/f). Mit einer nass- chemischen Chromätzlösung wird die Chromschicht 2 an

den exponierten Stellen bis auf das Quarzsubstrat 1 abgeätzt, ohne das Quarz aufzurauhen. Die strukturierte Goldschicht 3 dient hierbei als Ätzmaske für den nasschemischen Ätzprozess. Nach der Entfernung des Photolackes 7 kann der Quarzwafer mit einer Diamant- trennschleifeinrichtung in einzelne Strahlformungs- elemente 8 zerteilt werden.

Durch eine Modifikation dieses Verfahrens kann auch ein Strahlformungselement hergestellt werden, das keine optischen Gebrauchsspuren bildet und eine geringe Reflektivität und hohe Beständigkeit bei UV-Laser- beschuss aufweist. Zu diesem Zweck wird die mit dem Verfahren gemäß der Figur 4 hergestellte Strahl- formungsblende anschließend zusätzlich durch einen Temperschritt bei 500°C thermodynamisch stabilisiert (vgl. Fig. 5). Zusätzlich kann während des physikalischen Aufsputterns der Gold-und der Chrom- Schicht auch eine Zwischenschicht 5 aus Titan zwischen den beiden Schichten 2,3 aufgebracht werden.

Bezugszeichenliste 1 Trägersubstrat 2 untere metallische Schicht 3 obere metallische Schicht 4 optische Strahlung ; Laserstrahlung 5 Zwischenschicht 6 Auftreffstelle 7 Photolack 8 Strahlformungselement