WO2020115111A2 - Verfahren zum bilden von nanostrukturen an einer oberfläche und optisches element - Google Patents

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    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Definitions

  • the invention also relates to an optical element for transmitting radiation in the FUV / VUV wavelength range, which has a (single) crystalline, in particular ionic, substrate.
  • fluorides are generally used as substrate material, in particular fluorspar (CaF2) and magnesium fluoride (MgF2).
  • CaF2 fluorspar
  • MgF2 magnesium fluoride
  • the first damage to the surface of the CaF2 material occurs after approximately 10 6 pulses, cf. [1, 2].
  • an excimer laser was used in one
  • Discharge chamber window which was in contact with the fluorine-containing laser gas, on the other hand, did not show any damage, which provides conclusions about fluorine as a crucial substance in order to prevent the occurrence of the powdery fogging or the degradation.
  • Ultrasonic cleaning or etching with subsequent UV and plasma cleaning (W02009017634A2, DE102005040324A1 or the parallel US712898462), sealing by high density, sputtered in a fluorine-containing atmosphere (US20050023131A1, JP2003193231 Af), reactively deposited
  • JPH1 1 140617A1, JP2004347860A1 metal fluoride layers, sealing of optical elements (for example the outside of a
  • optical elements are typically anti-reflective.
  • the anti-reflective treatment is carried out either by applying interference layers or by nanostructuring.
  • Nanostructuring offers the advantage of achieving broadband anti-reflective coatings with a comparatively small thickness.
  • EP2372404B1 or in a laser-assisted plasma light source
  • nanostructured anti-reflective coatings on fluoridic substrates in the FUV / VUV spectral range show too high an absorption
  • the object of the invention is to provide methods for forming nanostructures on a surface in which the absorption of the surface is not increased as far as possible, and to provide an optical element with such a surface.
  • this object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, comprising: providing a surface which is not oriented along a lattice plane with minimal surface energy, on the substrate or on a layer which is applied by a coating method, for example vacuum evaporation the substrate is applied, and introducing an energy input into the surface to rearrange the surface to form the nanostructures.
  • This aspect of the invention takes advantage of the fact that surfaces of (single) crystalline substrates or layers, in particular of ionic (single) crystalline substrates or materials, in which the network or
  • Lattice planes have a dipole character, depending on the exposed lattice plane have large differences in their surface energy.
  • the exposed surface of the substrate does not run along a lattice plane of the crystal with minimal
  • the lattice plane which has a minimal surface energy, depends on the material of the substrate or the ionic crystal. In the event that the substrate or the ionic crystal is not formed from CaF2 but from MgF2, for example the (HO) lattice level and not the (111) - lattice level has a minimal surface energy, ie the exposed surface should not run along the (110) grid plane.
  • the Grid levels are described in the present application, as is generally the case, by Miller indices.
  • the energy input can in principle be introduced into the substrate by conduction and / or by convection.
  • a direct heat transfer (conduction) by contact of the surface or the substrate with a heated or heated solid which has a sufficiently high temperature for heat transfer, or by convection, e.g. due to a fluid flowing along the surface with a sufficient temperature can generate an energy input into the exposed surface, which causes a rearrangement of the surface, but in practice it is difficult or not possible to reduce an already finished surface of an optical system to approx.
  • the energy input is generated by irradiating the exposed surface with electromagnetic radiation, i.e. the electromagnetic radiation
  • Electromagnetic radiation provides the (thermal) energy for the rearrangement. It has been shown that the exposure of the exposed surface with radiation of sufficiently high intensity ( ⁇ 10 2 -10 1 W / cm 2 ) is sufficient to overcome the activation energy and to cause a rearrangement of the exposed surface. In order to avoid a change in the geometry of the surface, it is advantageous to heat only the area of the optical element near the surface, which can be achieved by the radiation, in particular if the radiation is in one
  • the wavelength range occurs in which the material of the substrate or the epitaxially grown layer strongly absorbs the radiation, so that the depth of penetration into the substrate is small. It has proven to be advantageous if the surface is pulsed with the electromagnetic radiation, since in this case the
  • the surface is irradiated with pulsed electromagnetic radiation with pulse durations of less than 300 ns.
  • Laser light sources in the short pulse mode are generally used to generate pulses with pulse durations in the order of magnitude specified above, but it is also possible in principle to use other light sources, e.g. to use laser-excited plasma light sources to generate radiation with short pulse durations.
  • the surface is preferably emitted with electromagnetic radiation
  • the surface should be with
  • electromagnetic radiation are irradiated in a wavelength range in which the material of the substrate or the layer
  • the surface is irradiated with electromagnetic radiation at wavelengths of less than 200 nm.
  • excimer lasers with a wavelength of 193 nm (ArF) or 157 nm (F2) in short pulse mode or laser-excited plasma light sources can be used, whereby the risk of degradation due to two-photon processes is very high for all these light sources.
  • the surface is irradiated with electromagnetic radiation at wavelengths of more than 9 pm.
  • Q-switched short-pulse CO 2 lasers cf. for example EP1384293B1, US7327769 B2, US7903699B2
  • Such lasers have sufficient power or intensity on the one hand and on the other hand deliver short laser pulses with pulse durations of less than 100 ns, which effectively prevents heat from spreading in the crystal volume.
  • the laser wavelength of C0 2 lasers is in the
  • Wavelength range from 9 pm to 11 pm.
  • the substrate is preferably cut along a lattice plane which does not match the lattice plane with minimal surface energy. As described above, there are large differences in the surface energies, especially in the case of ionic crystals, depending on the exposed lattice plane.
  • Orientation of the lattice plane along which the crystal is cut is generally chosen so that it has the highest possible surface energy.
  • CaF2 is used as substrate material as described above selected, the exposed surface can run, for example, along the (100) grid plane, since this is a comparatively high one
  • the lattice plane along which the exposed surface should be cut depends on the material of the substrate or on the layer epitaxially grown on the substrate.
  • the introduction of energy is carried out until the surface on which the nanostructures are formed has a reflectivity for radiation in the FUV / VUV that is reduced by at least 0.03 compared to the surface before the introduction of energy.
  • the reflectivity of the surface can generally be significantly reduced by energy input.
  • the reflectivity for radiation in the FUVA / UV wavelength range is understood to mean that the reflectivity in the entire wavelength range between 100 nm and 280 nm is reduced by the value (0.03) specified above or below the value specified (0.02) becomes.
  • a smaller wavelength range which for example only includes the VUV wavelength range between approx. 100 nm and approx. 200 nm, the reflectivity can possibly be reduced significantly more,
  • the reflectivity of the surface on which the nanostructures are formed can be reduced to less than e.g. 0.01 can be lowered.
  • Coating method for example vacuum evaporation, applied layer formed from a fluoridic crystal, which is preferably selected becomes from the group comprising: LiF, CaF2, MgF2, BaF2, SrF2, LaF3, YF3.
  • the method described here is also suitable for the formation of nanostructures on other fluoride single crystals, for example on the single crystals listed above.
  • CaF2 and MgF2 in particular have a high transmission in the FUV / VUV wavelength range and are therefore suitable, for example, as discharge chamber windows for excimer lasers.
  • the respective layer can be applied by homoepitaxial growth, i.e. the substrate and the growing layer are formed from the same material.
  • both the surface of the applied layer and the surface of the substrate are typically the same in terms of their crystal structure
  • the layer can pass through
  • a single-crystalline fluoride layer made of, for example, the above-mentioned materials or a fluoride mixing system, i.e. a
  • the object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, comprising: forming the
  • Coating processes for example vacuum evaporation, on the Surface of the substrate formed from a metal fluoride, in particular CaF2, is generated.
  • This aspect of the invention is based on the finding (cf. [9]) that the lattice mismatch increases in heteroepitaxial growth
  • 2 of [10] shows the lattice constant as a parameter of the unit cell as a function of the concentration (in mol%) of Lnp3. It can be seen from the illustration in FIG. 2 that even lower concentrations of the second component, ie of LnF3, can produce a sufficient lattice mismatch to enable 3D island growth by means of the so-called Volmer-Weber growth process, as described in [ 9] is described.
  • the size and density of the nanostructures produced can be adapted by a suitable choice of process parameters when growing or forming the mixed crystal of CaF2 and LnF3 in order to achieve the best possible one
  • the introduction of energy into the surface during the growth or during the formation of the mixed crystal can be used to support the desired structure formation.
  • the surface of the substrate on which the metal fluoride grows can be irradiated with
  • electromagnetic radiation especially with preferably pulsed radiation in the IR wavelength range.
  • the method comprises: applying at least one, in particular conformal, preferably fluoridic or protective oxide layer on the nanostructures.
  • the protective layer serves to seal the nanostructures or the surface in order in this way to ensure the radiation resistance of the nanostructures or the
  • the protective layer can in particular contain a metal fluoride, which is deposited or sputtered in a fluorine-containing atmosphere or reactively
  • the protective layer is preferably applied by atomic layer deposition (ALD) in order to enable the most conformable coverage of the nanostructures.
  • ALD atomic layer deposition
  • the ALD process is a self-limiting process, which makes it possible to apply the protective layer layer by layer and thus homogeneously to the nanostructures. In this way, the surface geometry provided with the nanostructures is retained even after the protective layer has been applied.
  • the invention also relates to an optical element of the type mentioned at the outset, in which the surface of the substrate or a layer applied to the substrate by epitaxial growth has nanostructures which are formed or were formed in accordance with the method described above.
  • the transmissive optical element can consist of the substrate described above.
  • the substrate already has the geometry provided for the optical element.
  • the surface on which the nanostructures were formed is a polished surface.
  • the substrate can also be reworked to produce the optical element, for example by trimming the substrate on the edge to insert it into a holder.
  • the surface of the substrate or of the optical element which has the nanostructures can be a flat surface or, if appropriate, a curved surface.
  • the material of the substrate and / or the layer can be, for example, CaF 2 , MgF2 or another fluoridic crystal.
  • the surface which has the nanostructures has a reflectivity of less than 0.02, preferably less than 0.01, for radiation in the FUVA / UV wavelength range.
  • a correspondingly low reflectivity can be generated on the surface if the process parameters are selected appropriately or if the time period for introducing the energy input is sufficiently long.
  • the optical element is as
  • Discharge chamber window designed for an excimer laser the optical element is usually designed as a plane-parallel plate.
  • at least one (plane) side of the optical element typically has the nanostructures described above.
  • the decoupling element is installed in the excimer laser, this is at least the inside of the optical element facing the chamber.
  • other transmissive optical elements than the decoupling window described here can also be provided with nanostructures in order to produce an antireflective or an anti-reflective effect thereon.
  • 1a-c are schematic representations of several steps of a
  • 3a-c are schematic representations of several steps of a
  • 4a-c are schematic representations of several steps of a
  • Fig. 5 is a schematic representation of an optical element in
  • 1 a shows a (single) crystalline substrate 1, which has a flat surface 3 that is exposed with respect to an environment 2.
  • the substrate 2 is CaF2, which forms an ionic crystal.
  • CaF2 is suitable for the transmission of radiation at wavelengths in the FUV / VUV wavelength range, ie it has one
  • Wavelength range so that this material can be used as a substrate for a transmissive optical element.
  • this material can be used as a substrate for a transmissive optical element.
  • another material can be used, which is a
  • the exposed surface 3 shown in FIG. 1a is a (100) grating plane of the grating structure of the substrate 1 (not shown). In order to expose the surface 3, the substrate 1 was cut along the (100) grating plane. Exposing the surface 3 of the
  • substrate 1 along the (100) grid plane can also be made by another form of (mechanical) processing.
  • the (100) grid level has a surface energy gioo of approximately 0.979 J / m 2 , which is greater than the surface energy Ym of approximately 0.438 J / m 2 of a (111) grid plane, which is the minimum surface energy of all grid planes of the Has substrate 1.
  • the (1 10) lattice level has, for example, a surface energy YHO of 0.719 J / m 2 , ie gioo>giio> giii.
  • the FUV / VUV wavelength range between 100 nm and 280 nm has a reflectivity R shown in dashed lines in FIG. 2 as a function of the wavelength A, which over the entire FUV / VUV Wavelength range is more than 0.035, ie more than 3.5% of the radiation impinging on the exposed surface 3 is reflected thereon.
  • an energy input E is introduced into the exposed surface 3.
  • the exposed surface 3 is irradiated for this purpose with electromagnetic radiation 4, which is radiation 4 in the FUV / VUV wavelength range.
  • the intensity of the radiation 4 is chosen so large that an activation energy for Rearrangement of atoms or of atomic groups of the exposed surface 3 is exceeded, so that the exposed surface 3 changes its configuration and forms on this nanostructure 5, ie the exposed surface 3 is roughened, as shown in FIG. 1c (on an exaggerated scale) is shown.
  • the rearrangement is favored by the fact that the surface energy gioo of the exposed surface 3 is significantly larger than the minimum
  • the irradiated surface 3 is a polished surface, the basic geometry of which, in the example shown, should not change when the energy input E is introduced. Since the geometry of the surface 3 cannot necessarily be guaranteed when heat is introduced into the volume of the substrate 1, it is advantageous if the energy input E is limited as far as possible to a region close to the surface.
  • Wavelength range used in which the CaF2 substrate has the greatest possible absorption This is the case when irradiating with wavelengths of less than 200 nm, ideally less than 100 nm.
  • an ArF excimer laser can be used, for example, which emits at a wavelength of approximately 193 nm.
  • Excimer lasers at other wavelengths for example an F2 excimer laser, which emits at a wavelength of approx. 157 nm can be used for this purpose.
  • Laser-excited plasma light sources which emit radiation in the extremely ultraviolet (EUV) wavelength range at wavelengths of approx. 10-100 nm, can also be used for this purpose if necessary.
  • EUV extremely ultraviolet
  • the penetration depth of the radiation 4 can be reduced in that the irradiation takes place in a pulsed manner.
  • the penetration depth of the radiation 4 can be reduced if the pulse durations tp of the individual (laser) pulses are comparatively small and e.g. less than 300 ns, preferably less than 100 ns.
  • Such low pulse durations tp can be achieved if the corresponding (laser) light sources are operated in the short pulse mode, for example using a Q-switch or the like.
  • the nanostructures 5 therefore act in the manner of an antireflection coating of the surface 3.
  • the rearrangement of the exposed surface 3 during the irradiation does not take place instantaneously, but rather with a rearrangement rate or with a rearrangement speed that
  • the irradiation of the surface 3 is typically carried out until the reflectivity R of the surface 3 by those formed thereon
  • the reflectivity R of the surface 3 on which the nanostructures 5 are formed is less than 0.02 over the entire FUV / VUV wavelength range.
  • the reflectivity R is even lower and is less than approx. 0.01.
  • the irradiation causes the reflectivity R of the surface 3 shown in FIG. 1a shown in dashed lines before the irradiation to be an absolute value compared to the reflectivity R of the surface 3 shown in FIG. 1c after the irradiation reduced by at least 0.02 over the entire FUV / VUV wavelength range.
  • the reduction in reflectivity R is even greater, i.e. in this wavelength range the reflectivity R is reduced by an absolute value of approx. 0.035.
  • Wavelength range it is also possible to introduce the energy input E by irradiation with IR radiation at wavelengths of more than approximately 9 pm.
  • the IR radiation 4 is at wavelengths within a wavelength range in which the material of the substrate 1 has a high absorption, so that the IR radiation 4 has the smallest possible penetration depth into the substrate 1 and the energy input E is essentially concentrated on the surface 3 during the irradiation.
  • CaF2 as the material of the substrate 1, which practically completely absorbs radiation 4 at wavelengths of more than approximately 14 pm, it has proven to be advantageous proven if the irradiation with radiation 4 is carried out at wavelengths of more than 9 pm.
  • CO2 lasers can be used for this purpose, which emit laser radiation at a wavelength in the range from 9 to 11 pm.
  • CO2 lasers achieve a sufficiently high power or intensity, which can be, for example, more than approx. 20 mJ / cm 2 , and on the other hand can operate in short-pulse mode (in the case of a Q-switch with a Q switch or an optical modulator)
  • Irradiation with wavelengths in the IR wavelength range has the advantage that, in contrast to irradiation with wavelengths in the FUV / VUV wavelength range, there is practically no damage to substrate 1 by two-photon processes.
  • an infrared or C0 2 laser instead of an infrared or C0 2 laser, another type of IR radiation source, for example an infrared lamp, can be used for the radiation.
  • an infrared lamp for example an infrared lamp
  • Radiation source just like a CO2 laser, can emit radiation both in continuous wave (continuous wave, cw) or pulsed mode, the pulsed mode being advantageous because of the risk of thermal deformation of the optical element.
  • the energy input E can also be achieved by direct heat transfer, i.e. by conduction or by convection.
  • nanostructures 5 directly on the surface 3 of the crystalline substrate 1
  • nanostructures 5 on a surface 7 of a layer 6, which is formed by a
  • Coating process more precisely by vacuum evaporation or by epitaxial growth, was applied to the surface 3 of the substrate 1, as is shown below in connection with FIGS. 3a-c.
  • the substrate 1 in the example shown in FIGS. 3a-c is MgF2, in which, unlike in the example shown in FIGS. 1a-c, the (110) lattice plane has the minimum surface energy YHO.
  • the exposed surface 3 of the MgF2 substrate 1 is the (001) lattice plane, which has the minimum surface energy gooi for the substrate 1, which consists of an MgF2 crystal.
  • layer 6 is by homoepitaxial
  • the layer 6 also consists of MgF2 and has the same crystal structure as the MgF2 crystal of the substrate 1. Accordingly, the surface 7 of the MgF2 layer 6 also runs along the (001) grid plane, the surface energy of which is greater than that of the ( HO) lattice plane with minimal surface energy Y110.
  • Radiation 4 is irradiated, as shown in Fig. 3b.
  • MgF2 also has a comparatively large absorption in the FUV / DUV wavelength range and in the IR wavelength range.
  • the irradiation with electromagnetic radiation 4, in particular with laser radiation, can therefore take place at the wavelengths described above in connection with FIGS. 1a-c, the irradiation in the IR wavelength range having proven to be favorable.
  • the surface 7 can also be irradiated in a pulsed manner in order to keep the penetration depth of the radiation 5 into the volume of the substrate 1 as small as possible.
  • layer 6 can also be applied to surface 3 of substrate 1 by heteroepitaxial growth are applied, wherein a fluoridic crystal can be used as the layer material and / or as the material of the substrate 1. In this case too, care must be taken to ensure that when the layer 6 is grown, a surface 7 is formed which does not have a minimal surface along a lattice plane
  • Lattice error between the material of the growing layer 6 and the material of the substrate 1 is not too large.
  • FIG. 4a-c shows an example of the formation of nanostructures 5, in which the inadequate lattice adaptation between the substrate 1, which in this case is CaF2, and a heteroepitaxially growing layer 8 is used to form island-shaped nanostructures 5 form.
  • the material of the growing layer 8 in the example shown in FIG. 4a-c is a metal fluoride, more precisely MgF2.
  • MgF2 metal fluoride
  • other fluorides or a fluoridic mixed crystal can also be used as layer materials.
  • a mixed crystal with a fluorite can be used in the system CaF2 - LnFa (Ln denotes an element of the lanthanum group).
  • Crystal structure are formed as described in reference [10], which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application. As can be seen from the phase diagrams shown there, there are comparatively large concentration ranges in which mixed crystals with a fluorite crystal structure form in the CaFa - LnFs system.
  • island growth i.e. the formation of the island-shaped nanostructures 5, by introducing an energy input E into the
  • the energy input E is introduced by irradiation with radiation 4 in the IR wavelength range, ie at wavelengths of more than 1000 nm.
  • the size and density of the nanostructures 5 generated can be adapted by a suitable process parameter selection in order to achieve the best possible anti-reflective effect.
  • fluoride or oxide protective layer 9 can be applied.
  • the protective layer 9 was deposited on the surface 3 of the substrate 1 by atomic layer deposition. This is advantageous since the protective layer 9 is applied conformally (atomic layer for atomic layer) and thus enables the nanostructures 5 to be covered in a conformal manner, as can be seen in FIG. 4c.
  • the protective layer 9 serves to seal the nanostructures 5 or the surface 3 or the
  • Oxides for example Al2O3, S1O2 or fluorinated S1O2, are suitable as the material for the protective layer 9.
  • the protective layer 9 shown in FIG. 4c can likewise be applied to the nanostructures 5 shown in FIG. 1c or in FIG. 3c.
  • FIG. 5 shows an optical element 10 in the form of a plane-parallel plate, which has a substrate 1 made of CaF2.
  • the optical element 10 forms a discharge chamber window of an excimer laser 11, in the resonator section of which a gas mixture, for example containing fluorine, is introduced.
  • the nanostructures 5, shown in exaggerated sizes, are formed on the inside and on the outside of the optical element 10, which is located outside the housing of the excimer laser 11.
  • the laser radiation 12 of the excimer laser 11 with a wavelength of 157 nm passes through the optical element 12 with the nanostructures 5, which have an antireflective effect for the laser radiation 12.
  • the protective layer 9 described in connection with FIG. 4c is applied on the Nanostructures 5, which are formed on the outside of the optical element 10, the protective layer 9 described in connection with FIG. 4c is applied.
  • the inside of the optical element 10 is in a fluorine-containing atmosphere and is therefore significantly more radiation-resistant, so that no protective layer is required there. It goes without saying that optical elements other than the discharge chamber window shown in FIG. 5 can be provided with nanostructures 5 for anti-reflective treatment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von insbesondere reflexionsmindemden Nanostrukturen (5) an einer bevorzugt polierten Oberfläche (3) eines kristallinen, insbesondere ionischen Substrats (1) zur Transmission von Strahlung (11) im FUV/VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: Bereitstellen einer Oberfläche (3, 7), die nicht entlang einer Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie orientiert ist, an dem Substrat (1) oder an einer Oberfläche (7) einer durch ein Beschichtungsverfahren, beispielweise Vakuumbedampfen, auf das Substrat (1) aufgebrachten Schicht (6), sowie Einbringen eines Energieeintrags (E) in die Oberfläche (7) zur Umlagerung der Oberfläche (7) unter Bildung der Nanostrukturen (5), wobei der Energieeintrag (E) durch Bestrahlen der Oberfläche (3, 7) mit elektromagnetischer Strahlung (4) erzeugt wird. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element zur Transmission von Strahlung im FUV/VUV-Wellenlängenbereich.

Description

Verfahren zum Bilden von Nanostrukturen an einer Oberfläche und optisches Element
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 221 189.2 vom 07.12.2018, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Hintergrund der Erfindung Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bilden von insbesondere
reflexionsmindemden Nanostrukturen an einer bevorzugt polierten Oberfläche eines (ein-)kristallinen, insbesondere ionischen Substrats zur Transmission von Strahlung im FU VUV-Wellenlängenbereich. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element zur Transmission von Strahlung im FUV/VUV- Wellenlängenbereich, welches ein (ein-)kristallines, insbesondere ionisches Substrat aufweist.
Für hochbelastete optische Elemente im FUV/VUV-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen zwischen ca. 100 nm und ca. 280 nm, vor allem für die
Mikrolithografie, werden im Allgemeinen Fluoride als Substratmaterial verwendet, insbesondere Flussspat (CaF2) und Magnesiumfluorid (MgF2). Unter Bestrahlung mit hohen Intensitäten treten bereits nach ca. 106 Pulsen erste Schädigungen an der Oberfläche des CaF2-Materials auf, vgl. [1 , 2]. Durch die Wechselwirkung mit der FUVA/UV-Strahlung tritt im Volumen der optischen Elemente lokale Fluorverarmung, resultierend in der Bildung von Ca-Metallkolloiden auf, welche selbst als Keime für massive Degradation dienen. Noch schneller tritt Fluorverarmung an der Oberfläche auf, wobei die freiwerdenden Fluoratome in die Umgebung entweichen können.
Beispielsweise wurde an der Außenseite eines aus CaF2 bestehenden taser- bzw. Entladungskammer-Fensters eines Excimerlasers bei einer
Laserenergiedichte von mehr als 20 mJ/cm2 eine Degradation in Form eines weißen, pulverartigen Beschlags beobachtet. Auf der Innenseite des
Entladungskammer-Fensters, die im Kontakt zum fluorhaltigen Lasergas stand, trat hingegen keine Schädigung auf, was Rückschlüsse auf Fluor als entscheidende Substanz liefert, um das Auftreten des pulverartigen Beschlags bzw. die Degradation zu verhindern.
Es hat sich herausgestellt, dass die Oberflächenpräparation bzw. Reinigung und anschließende Versiegelung der gereinigten Oberfläche eine wichtige Rolle spielt, um die Strahlungsbeständigkeit von optischen Elementen zu erhöhen. Es wurden zahlreiche Lösungen zur Verbesserung der
Strahlungsbeständigkeit vorgeschlagen:
Ultraschallreinigung oder Ätzen mit anschließender UV- und Plasmareinigung (W02009017634A2, DE102005040324A1 bzw. die parallele US712898462), Versiegelung durch hochdichte, in fluorhaltiger Atmosphäre gesputterte (US20050023131A1 , JP2003193231 Af ), reaktiv abgeschiedene
(JPH11 172421 A1 ) oder nachbehandelte (US20040006249A1 ,
JPH1 1 140617A1 , JP2004347860A1 ) Metallfluoridschichten, Versiegelung von optischen Elementen (beispielweise der Außenseite eines
Laserkammerfensters) mit Oxiden AI2O3 bzw. S1O2 oder fluoriertem S1O2
(DE103501 14B4, DE102006004835A1 , EP1614199B1 , US20030021015A1 , US20040202225A1 , US6466365B1 , US6833949B2 , US6872479B2) oder die Verbesserung der Haftung von versiegelnden Oxydschichten durch eine fiuoridische Haftvermittlerschicht (US8399110 B2). All diese Lösungen beeinflussen jedoch im Wesentlichen lediglich die
Strahlungsbeständigkeit, ohne T ransmissionsverluste durch Fresnelsche Reflexionen an Grenzflächen zu mindern. Um T ransmissionsverluste durch Reflexion an den Oberflächen zu reduzieren, werden optische Elemente typischerweise entspiegelt. Die Entspiegelung erfolgt grundsätzlich entweder durch das Aufbringen von Interferenzschichten oder durch Nanostrukturierung.
Die vorgeschlagenen Lösungen für strahlungsbeständigere Antireflex- Schichten (beispielweise US5963365A1 , US993371162) bieten einen
Kompromiss zwischen der Antireflexionswirkung (z.B. Breitbandigkeit,
Einfallswinkel-Akzeptanz) und der Strahlungsbeständigkeit. Die
Nanostrukturierung bietet den Vorteil, breitbandige Entspiegelungen mit einer vergleichsweise kleinen Dicke zu erreichen.
Die Idee, nanostrukturierte Oberflächen nach dem Mottenaugen-Prinzip als Entspiegelung zu verwenden, liegt bereits mehrere Jahrzehnte zurück [3, 4].
Es wurde viele Anwendungen für solche Subwellenlängen-Strukturen vorgeschlagen, beispielweise in der Mikrolithografie (EP2177934B1 ,
EP2372404B1 ) oder in einer lasergestützten Plasmalichtquelle
(US9530636B2) sowie zahlreiche Herstellungsverfahren beschrieben (u.a. in [5], US6359735B1 , US2006024018A1 , US7268948B2) unter anderem auch für den DUV-VUV-Wellenlängenbereich [6] und insbesondere für optische Elemente aus fluoridischen Kristallen (US6476968B1 ).
Einer praktischen Verwendung von lithografisch hergestellten
nanostrukturierten Entspiegelungen auf fluoridischen Substraten im FUV/VUV- Spektralbereich stehen allerdings eine zu hohe Absorption und
anisotropisches Ätzverhalten im Wege.
Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zum Bilden von Nanostrukturen an einer Oberfläche bereitzustellen, bei dem die Absorption der Oberfläche möglichst nicht vergrößert wird, sowie ein optisches Element mit einer solchen Oberfläche bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Bereitstellen einer Oberfläche, die nicht entlang einer Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie orientiert ist, an dem Substrat oder an einer Schicht, die durch ein Beschichtungsverfahren, beispielweise Vakuumbedampfen, auf das Substrat aufgebracht ist, sowie Einbringen eines Energieeintrags in die Oberfläche zur Umlagerung der Oberfläche unter Bildung der Nanostrukturen.
Bei diesem Aspekt der Erfindung wird ausgenutzt, dass Oberflächen von (ein-) kristallinen Substraten bzw. Schichten, insbesondere von ionischen (ein-) kristallinen Substraten bzw. Materialien, bei denen die Netz- bzw.
Gitterebenen Dipolcharakter haben, je nach freiliegender Gitterebene große Unterschiede in ihrer Oberflächenenergie aufweisen. Bei dem Verfahren zum Bilden der Nanostrukturen verläuft die freiliegende Oberfläche des Substrats nicht entlang einer Gitterebene des Kristalls mit minimaler
Oberflächenenergie, sondern typischerweise entlang einer oder mehreren anderen Ebene(n) oder weist eine von einer Ebene abweichende Geometrie auf, so dass die Oberflächenenergie der freiliegenden Oberfläche größer ist als die minimale Oberflächenenergie.
Wird in eine solche (freiliegende) Oberfläche Energie eingetragen, die groß genug ist, um eine Aktivierungsenergie zu überwinden, die zur Umlagerung der freiliegenden Oberfläche erforderlich ist, nimmt die freiliegende Oberfläche eine andere Konfiguration mit einer niedrigeren Oberflächenenergie ein. Die Umlagerung von Atomen bzw. von Atomgruppen (von Gruppen, die dem chemischen Molekül einer ionischen Verbindung des Kristalls, z.B. CaF2, entsprechen) in den energetisch günstigeren Zustand führt zu einer
Facettierung und damit zu einer Nanostrukturierung der freiliegenden
Oberfläche.
Es ist für die Umlagerung nicht erforderlich, dass die gesamte freiliegende Oberfläche in eine Konfiguration mit einer geringeren Oberflächenenergie übergeht, vielmehr ist bereits die Verringerung des Anteils der freiliegenden Oberfläche, der einen energetisch ungünstigen Zustand aufweist und eine gleichzeitige Vergrößerung des Anteils der freiliegenden Oberfläche, der einen energetisch günstigeren Zustand aufweist, für die Bildung der Nanostrukturen ausreichend. Experimentell wurde die Facettierung von poliertem CaF2 (100) im
Ultrahochvakuum (UHV) beim Tempern oder beim homoepitaktischen
Wachstum im T emperaturbereich zwischen 874-1093 K beobachtet (vgl. [7]). Es ist bekannt [8], dass bei CaF2 die (111 )-Oberfläche die niedrigste
Oberflächenenergie (0,438 J/m2) im Vergleich mit der (110)-Oberfläche (0,719 J/m2) und der (100)-Oberfläche (0,979 J/m2) besitzt. Das führt beim
Energieeintrag zur Umlagerung bzw. Umordnung von Atomen im Einkristall, bis sich energetisch günstigere (111 )-Facetten gebildet haben, wobei sich die weiter oben beschriebenen Nanostrukturen bilden. Die Gitterebene, welche eine minimale Oberflächenenergie aufweist, hängt vom Material des Substrats bzw. des ionischen Kristalls ab. Für den Fall, dass das Substrat bzw. der ionische Kristall nicht aus CaF2, sondern aus MgF2 gebildet ist, weist beispielsweise die (HO)-Gitterebene und nicht die (111 )- G itterebene eine minimale Oberflächenenergie auf, d.h. die freiliegende Oberfläche sollte nicht entlang der (110)-Gitterebene verlaufen. Die Gitterebenen werden in der vorliegenden Anmeldung wie allgemein üblich durch die Miller'schen Indizes beschrieben.
Der Energieeintrag kann grundsätzlich durch Konduktion und/oder durch Konvektion in das Substrat eingebracht werden. Ein direkter Wärmeübertrag (Konduktion) durch einen Kontakt der Oberfläche bzw. des Substrats mit einem erwärmten bzw. beheizten Festkörper, der eine ausreichend große Temperatur für die Wärmeübertragung aufweist, oder durch Konvektion, z.B. durch ein an der Oberfläche entlang strömendes Fluid mit ausreichender Temperatur, kann einen Energieeintrag in die freiliegende Oberfläche erzeugen, der eine Umlagerung der Oberfläche bewirkt, in der Praxis ist es jedoch schwierig bzw. nicht möglich, eine bereits fertig polierte Oberfläche einer Optik auf ca. 1000 K aufzuheizen und zu tempern, um die
Nanostrukturierung der Oberfläche zu erreichen, weil die Oberflächenform sich dabei zu stark verändern und von der Soll-Oberfiächenform abweichen würde.
Bei einer Variante wird der Energieeintrag durch Bestrahlen der freiliegenden Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung erzeugt, d.h. die
elektromagnetische Strahlung stellt die (Wärme-)Energie für die Umlagerung bereit. Es hat sich gezeigt, dass die Bestrahlung der freiliegenden Oberfläche mit Strahlung ausreichend großer Intensität (~ 102 - 101 W/cm2) ausreichend ist, um die Aktivierungsenergie zu überwinden und eine Umlagerung der freiliegenden Oberfläche zu bewirken. Um eine Veränderung der Geometrie der Oberfläche zu vermeiden ist es vorteilhaft, nur den oberflächennahen Bereich des optischen Elements aufzuheizen, was durch die Bestrahlung erreicht werden kann, insbesondere wenn die Bestrahlung in einem
Wellenlängenbereich erfolgt, in dem das Material des Substrats bzw. der epitaktisch aufgewachsenen Schicht die Strahlung stark absorbiert, so dass die Eindringtiefe in das Substrat gering ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberfläche gepulst mit der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, da in diesem Fall die
eingebrachte Energie möglichst vollständig für die Umwandlung der
Oberfläche und nicht für die Erwärmung des Substrats eingesetzt wird.
Bei einer Variante wird die Oberfläche mit gepulster elektromagnetischer Strahlung mit Pulsdauern von weniger als 300 ns bestrahlt. Durch die
Verwendung von Strahlung mit kurzen Pulsdauern in der Größenordnung von Nanosekunden kann die Wärmeausbreitung im Volumen des kristallinen Substrats wirksam verhindert werden, so dass ein Großteil der Wärme der Oberfläche zugeführt wird. Für die Erzeugung von Pulsen mit Pulsdauern in der oben angegebenen Größenordnung werden in der Regel Laserlichtquellen im Kurzpulsmodus verwendet, es ist aber grundsätzlich auch möglich, andere Lichtquellen, z.B. laserangeregte Plasmalichtquellen zur Erzeugung von Strahlung mit kurzen Pulsdauem zu verwenden.
Bevorzugt wird die Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung im
FUV/VUV-Wellenlängenbereich oder im IR-Wellenlängenbereich bestrahlt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte die Oberfläche mit
elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich bestrahlt werden, in dem das Material des Substrats bzw. der Schicht eine
vergleichsweise große Absorption aufweist. Dies ist bei vielen fluoridischen Substraten bei Wellenlängen im FUV/VUV-Wellenlängenbereich von weniger als ca. 200 nm oder im IR-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen von mehr als ca. 10000 nm der Fall.
Je größer die Absorption in dem jeweiligen Wellenlängenbereich ist, desto geringer ist typischerweise die Eindringtiefe in das Substrat, so dass die eingebrachte Energie auf die Oberfläche bzw. auf ein oberflächennahes Volumen konzentriert bleibt. Bei CaF2 als Material ergibt sich aus dem
T ransmissionsspektrum (vgl. beispielsweise das Datenblatt „http://www.hellma-materials.com/text/986/en/ausblenden/hellma-materials- calcium-fluoride.html“), dass die Verwendung von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 100 nm oder von mehr als 14 pm besonders vorteilhaft ist, weil CaF2 in diesen Wellenlängenbereichen nur eine äußerst geringe
Transmission aufweist.
Bei einer Variante wird die Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 200 nm bestrahlt. Im kurzwelligen Bereich können Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 193 nm (ArF) bzw. 157 nm (F2) im Kurzpulsmodus oder laserangeregte Plasmalichtquellen verwendet werden, wobei bei allen diesen Lichtquellen die Degradationsgefahr aufgrund von Zwei-Photonen-Prozessen sehr hoch ist.
Bei einer weiteren Variante wird die Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung bei Wellenlängen von mehr als 9 pm bestrahlt. Im langwelligen Wellenlängenbereich haben sich gütegeschaltete C02-Kurzpuls-Laser (vgl. beispielsweise EP1384293B1 , US7327769 B2, US7903699B2) als vorteilhaft erwiesen. Derartige Laser haben einerseits eine ausreichende Leistung bzw. Intensität und liefern andererseits kurze Laserpulse mit Pulsdauern von weniger als 100 ns, was die Wärmeausbreitung im Kristallvolumen wirksam verhindert. Die Laser-Wellenlänge von C02-Lasern liegt im
Wellenlängenbereich von 9 pm bis 11 pm.
Bevorzugt wird zum Bereitstellen der freiliegenden Oberfläche das Substrat entlang einer Gitterebene geschnitten, die nicht mit der Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie übereinstimmt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ergeben sich insbesondere bei ionischen Kristallen je nach freigelegter Gitterebene starke Unterschiede in den Oberflächenenergien. Die
Orientierung der Gitterebene, entlang derer der Kristall geschnitten wird, wird in der Regel so gewählt, dass diese eine möglichst hohe Oberflächenenergie aufweist. Wird wie weiter oben beschrieben CaF2 als Substrat-Material gewählt, kann die freiliegende Oberfläche beispielsweise entlang der (100)- Gitterebene verlaufen, da diese eine vergleichsweise hohe
Oberflächenenergie aufweist. Die Gitterebene, entlang derer die freiliegende Oberfläche geschnitten werden sollte, hängt vom Material des Substrats bzw. von der auf das Substrat epitaktisch aufgewachsenen Schicht ab.
Bei einerweiteren Variante wird das Einbringen des Energieeintrags so lange durchgeführt, bis die Oberfläche, an der die Nanostrukturen gebildet sind, eine gegenüber der Oberfläche vor dem Einbringen des Energieeintrags um mindestens 0,03 reduzierte Reflektivität für Strahlung im FUV/VUV-
Wellenlängenbereich und/oder eine Reflektivität von weniger als 0,02 für Strahlung im FUVA/UV-Wellenlängenbereich aufweist. Wie weiter oben beschrieben wurde, hängt die Umlagerungsrate von mehreren
Prozessparametern ab. Bei einer ausreichend langen Zeitdauer des
Energieeintrags kann die Reflektivität der Oberfläche aber in der Regel deutlich abgesenkt werden.
Unter der Reflektivität für Strahlung im FUVA/UV-Wellenlängenbereich wird verstanden, dass die Reflektivität im gesamten Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 280 nm um den oben angegebenen Wert (0,03) reduziert bzw. unter den oben angegebenen Wert (0,02) abgesenkt wird. Für den Fall, dass ein kleinerer Wellenlängenbereich betrachtet wird, der beispielsweise nur den VUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 200 nm umfasst, kann die Reflektivität ggf. noch deutlich stärker abgesenkt werden,
beispielsweise um mehr als ca. 0,04 bis 0,05 und auch die absolute
Reflektivität der Oberfläche, an der die Nanostrukturen gebildet sind, kann auf weniger als z.B. 0,01 abgesenkt werden.
Bei einer Variante ist/sind das Substrat und/oder die durch ein
Beschichtungsverfahren, beispielweise Vakuumbedampfen, aufgebrachte Schicht aus einem fluoridischen Kristall gebildet, der bevorzugt ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: LiF, CaF2, MgF2, BaF2, SrF2, LaF3, YF3. Neben dem weiter oben beschriebenen CaF2 ist das hier beschriebene Verfahren auch zur Bildung von Nanostrukturen an anderen fluoridischen Einkristallen geeignet, beispielsweise an den weiter oben aufgezählten Einkristallen. Insbesondere CaF2 und MgF2 weisen eine hohe Transmission im FUV/VUV-Wellenlängenbereich auf und eignen sich daher beispielsweise als Entladungskammer-Fenster für Excimerlaser.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann die jeweilige Schicht durch homoepitaktisches Wachstum aufgebracht werden d.h. das Substrat und die aufwachsende Schicht sind aus demselben Material gebildet. In diesem Fall sind typischerweise sowohl die Oberfläche der aufgebrachten Schicht als auch die Oberfläche des Substrats hinsichtlich ihrer Kristallstruktur gleich
ausgerichtet und insbesondere nicht entlang einer Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie orientiert. Alternativ kann die Schicht durch
heteroepitaktisches Wachstum auf das Substrat aufgebracht werden. In diesem Fall kann eine einkristalline fluoridische Schicht beispielsweise aus den oben genannten Materialien oder ein Fluoridmischsystem, d.h. ein
Mischkristall bzw. eine feste Lösung aus mindestens zwei Fluoriden, beispielsweise aus CaxMgi-xF2 oder aus Cai-xLaxF2+x, auf der Oberfläche eines Substrats aus einem anderen Material, insbesondere auf der Oberfläche eines anderen fluoridischen Einkristalls, z.B. CaF2, aufgebracht werden. In diesem Fall hat sich das Einbringen des Energieeintrags durch Bestrahlen der Oberfläche mit Strahlung im IR-Wellenlängenbereich als besonders günstig erwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Bilden der
Nanostrukturen durch dreidimensionale Inselbildung (Stranski-Krastanov Wachstumsmodus) an einem fluoridischen Mischkristall, der durch ein
Beschichtungsverfahren, beispielweise Vakuumbedampfen, auf der Oberfläche des aus einem Metallfluorid, insbesondere aus CaF2, gebildeten Substrats erzeugt wird.
Dieser Aspekt der Erfindung basiert auf der Erkenntnis (vgl. [9]), dass die Gitterfehlanpassung beim heteroepitaktischen Wachstum zu
dreidimensionalem Inselwachstum führen kann (Stranski-Krastanov- Wachstumsmodus). Es ist ferner bekannt (vgl. [10]), dass im System CaF2- LnF3 (Ln bezeichnet ein Element der Lanthan-Gruppe, d.h. La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) sehr breite
Konzentrationsbereiche existieren, in denen Mischkristalle (feste Lösungen) mit Fluorit-Kristallstruktur (Cai-xLnxF2+x) existieren. In Fig. 2 von [10] ist die Gitterkonstante als Parameter der Einheitszelle in Abhängigkeit von der Konzentration (in Mol-%) von Lnp3 angegeben. Aus der Darstellung in Fig. 2 kann man entnehmen, dass bereits geringere Konzentrationen der zweiten Komponente, d.h. von LnF3, eine ausreichende Gitterfehlanpassung erzeugen können, um ein 3D-lnselwachstum durch den so genannten Volmer-Weber- Wachstumsprozess zu ermöglichen, wie dies in [9] beschrieben ist.
Durch geeignete Prozessparameterwahl beim Aufwachsen bzw. beim Bilden des Mischkristalls aus CaF2 und LnF3 kann die Größe und Dichte der erzeugten Nanostrukturen angepasst werden, um eine möglichst gute
Antireflex-Wirkung zu erreichen. Auch in diesem Fall kann das Einbringen eines Energieeintrags in die Oberfläche während des Aufwachsens bzw. während der Bildung des Mischkristalls zur Stützung der gewünschten Strukturbildung verwendet werden. Insbesondere kann eine Bestrahlung der Oberfläche des Substrats, an dem das Metallfluorid aufwächst, mit
elektromagnetischer Strahlung, speziell mit bevorzugt gepulster Strahlung im IR-Wellenlängenbereich, durchgeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante umfasst das Verfahren: Aufbringen mindestens einer insbesondere konformalen, bevorzugt fluoridischen oder oxidischen Schutzschicht auf die Nanostrukturen. Die Schutzschicht dient dazu, die Nanostrukturen bzw. die Oberfläche zu versiegeln, um auf diese Weise die Strahlungsbeständigkeit der Nanostrukturen bzw. der
nanostrukturierten Oberfläche zu verbessern. Die Schutzschicht kann insbesondere ein Metallfluorid enthalten, welches durch Sputtern in einer fluorhaltigen Atmosphäre oder reaktiv abgeschieden bzw. einer
Nachbehandlung unterzogen wird, wie dies in den eingangs zitierten
Dokumenten US20050023131A1 , JP2003193231 A1 , JPH11172421 A1 bzw. US20040006249A1 , JPH11140617A1 , JP2004347860A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden. Auch eine Versiegelung mit einer oxidischen Schutzschicht, beispielsweise mit AI2O3, S1O2 oder fluoriertem S1O2 ist möglich.
Bevorzugt wird die Schutzschicht durch Atomlagenabscheidung (Atomic layer deposition, ALD) aufgebracht, um eine möglichst konforme Bedeckung der Nanostrukturen zu ermöglichen. Der ALD-Prozess stellt einen selbstlimitierenden Prozess dar, welcher es ermöglicht, die Schutzschicht Lage für Lage und damit homogen auf die Nanostrukturen aufzubringen. Auf diese Weise bleibt die mit den Nanostrukturen versehene Oberflächengeometrie auch nach dem Aufbringen der Schutzschicht erhalten.
Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die Oberfläche des Substrats oder eine auf das Substrat durch epitaktisches Wachstum aufgebrachte Schicht Nanostrukturen aufweist, die gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren gebildet sind bzw. gebildet wurden. Das transmissive optische Element kann im einfachsten Fall aus dem weiter oben beschriebenen Substrat bestehen. In diesem Fall weist das Substrat bereits die für das optische Element vorgesehene Geometrie auf bei der Oberfläche, an der die Nanostrukturen gebildet wurden, handelt es sich um eine polierte Oberfläche. Gegebenenfalls kann das Substrat aber auch nachbearbeitet werden, um das optische Element herzustellen, beispielsweise indem das Substrat randseitig beschnitten wird, um dieses in eine Fassung einzubringen. Bei der Oberfläche des Substrats bzw. des optischen Elements, welche die Nanostrukturen aufweist, kann es sich um eine plane Oberfläche oder ggf. um eine gekrümmte Oberfläche handeln. Bei dem Material des Substrats und/oder der Schicht kann es sich beispielsweise um CaF2, um MgF2 oder um einen anderen fluoridischen Kristall handeln.
Bei einer Ausführungsform weist die Oberfläche, welche die Nanostrukturen aufweist, für Strahlung im FUVA/UV-Wellenlängenbereich eine Reflektivität von weniger als 0,02, bevorzugt von weniger als 0,01 auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann eine entsprechend geringe Reflektivität an der Oberfläche erzeugt werden, wenn die Prozessparameter geeignet gewählt werden bzw. wenn die Zeitdauer des Einbringens des Energieeintrags ausreichend lang ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als
Entladungskammer-Fenster für einen Excimerlaser ausgebildet. In diesem Fall ist das optische Element in der Regel als planparallele Platte ausgebildet. Typischerweise weist in diesem Fall zumindest eine (plane) Seite des optischen Elements die weiter oben beschriebenen Nanostrukturen auf. Im Einbauzustand des Auskoppelelements in dem Excimerlaser handelt es sich hierbei zumindest um die der Kammer zugewandte Innenseite des optischen Elements. Es versteht sich, dass auch andere transmissive optische Elemente als das hier beschriebene Auskoppelfenster mit Nanostrukturen versehen werden können, um an diesen eine antireflektierende bzw. eine entspiegelnde Wirkung zu erzeugen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der
Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
Fig. 1a-c schematische Darstellungen von mehreren Schritten eines
Verfahrens zum Bilden von Nanostrukturen an einer Oberfläche eines Substrats aus Cap2,
Fig. 2 schematische Darstellungen der Reflektivität der Oberfläche vor und nach dem Bilden der Nanostrukturen in Abhängigkeit von der Wellenlänge,
Fig. 3a-c schematische Darstellungen von mehreren Schritten eines
Verfahrens zum Bilden von Nanostrukturen an einer Schicht aus MgF2,
Fig. 4a-c schematische Darstellungen von mehreren Schritten eines
Verfahrens zum Bilden von Nanostrukturen in Form von dreidimensionalen Inseln an einem Mischkristall auf einer Oberfläche eines Substrats aus CaF2, sowie
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines optischen Elements in
Form eines Entladungskammer-Fensters eines Excimerlasers.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Fig. 1a zeigt ein (ein-)kristallines Substrat 1 , welches eine gegenüber einer Umgebung 2 freiliegende, plane Oberfläche 3 aufweist. Bei dem Substrat 2 handelt es sich im gezeigten Beispiel um CaF2, welches einen ionischen Kristall bildet. CaF2 ist zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen im FUV/VUV-Wellenlängenbereich geeignet, d.h. dieses weist eine
vergleichsweise geringe Absorption für Strahlung in diesem
Wellenlängenbereich auf, so dass dieses Material als Substrat für ein transmissives optisches Element eingesetzt werden kann. An Stelle von Cap2 kann auch ein anderes Material verwendet werden, welches eine
ausreichende Transmission für Strahlung bei Wellenlängen im FUV/VUV- Wellenlängenbereich aufweist, beispielsweise Mgp2. Auch andere fluoridische Kristalle, beispielsweise BaF2, Srp2, LaFa, YF3, LiF können als Substrat- Materialien verwendet werden. Bei der in Fig. 1a gezeigten freiliegenden Oberfläche 3 handelt es sich um eine (100)-Gitterebene der nicht bildlich dargestellten Gitter-Struktur des Substrats 1. Um die Oberfläche 3 freizulegen, wurde das Substrat 1 entlang der (100)-Gitterebene geschnitten. Das Freilegen der Oberfläche 3 des
Substrats 1 entlang der (100)-Gitterebene kann aber auch durch eine andere Form von (mechanischer) Bearbeitung erfolgen. Die (100 )-G itterebene weist eine Oberflächenenergie gioo von ca. 0,979 J/m2 auf, die größer ist als die Oberflächenenergie Ym von ca. 0,438 J/m2 einer (111 )-Gitterebene, welche die minimale Oberflächenenergie aller Gitterebenen des Substrats 1 aufweist. Die (1 10)-Gitterebene weist beispielsweise eine Oberflächenenergie YHO von 0,719 J/m2 auf, d.h. es gilt gioo > giio > giii . Die in Fig. 1a dargestellte freiliegende Oberfläche 3 des Substrats 1 weist im FUV/VUV- Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 280 nm eine in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Reflektivität R in Abhängigkeit von der Wellenlänge A auf, die über den gesamten FUV/VUV-Wellenlängenbereich bei mehr als 0,035 liegt, d.h. mehr als 3,5% der auf die freiliegende Oberfläche 3 auftreffenden Strahlung wird an dieser reflektiert. Um die Reflektivität R der freiliegenden Oberfläche 3 zu verringern, wird ein Energieeintrag E in die freiliegende Oberfläche 3 eingebracht. Bei dem in Fig. 1b gezeigten Beispiel wird die freiliegende Oberfläche 3 zu diesem Zweck mit elektromagnetischer Strahlung 4 bestrahlt, bei der es sich um Strahlung 4 im FUV/VUV-Welleniängenbereich handelt Die Intensität der Strahlung 4 wird so groß gewählt, dass eine Aktivierungsenergie zur Umlagerung von Atomen bzw. von Atomgruppen der freiliegenden Oberfläche 3 überschritten wird, so dass die freiliegende Oberfläche 3 ihre Konfiguration verändert und sich an dieser Nanostrukturen 5 bilden, d.h. die freiliegende Oberfläche 3 aufgeraut wird, wie dies in Fig. 1c (in übertriebenem Maßstab) dargestellt ist. Die Umlagerung wird dadurch begünstigt, dass die Oberflächenenergie gioo der freiliegenden Oberfläche 3 deutlich größer ist als die minimale
Oberflächenenergie giii entlang der (111 )-Gitterebene.
Bei dem in Fig. la-c gezeigten Beispiel handelt es sich bei der bestrahlten Oberfläche 3 um eine polierte Oberfläche, deren im gezeigten Beispiel plane Grundgeometrie sich beim Einbringen des Energieeintrags E möglichst nicht verändern sollte. Da die Erhaltung der Geometrie der Oberfläche 3 beim Eintrag von Wärme ins Volumen des Substrats 1 nicht zwingend gewährleistet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der Energieeintrag E möglichst auf einen oberflächennahen Bereich begrenzt wird.
Um das Substrat 1 möglichst nur im Bereich der Oberfläche 3 aber nicht im Volumen zu erwärmen, wird FUVA/UV-Strahlung in einem
Wellenlängenbereich verwendet, in dem das CaF2-Substrat eine möglichst große Absorption aufweist. Dies ist bei der Bestrahlung mit Wellenlängen von weniger als 200 nm, idealerweise von weniger als 100 nm der Fall. Um derartige Strahlung 4 zu erzeugen, kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser verwendet werden, der bei einer Wellenlänge von ca. 193 nm emittiert. Auch Excimerlaser bei anderen Wellenlängen, beispielsweise ein F2-Excimerlaser, der bei einer Wellenlänge von ca. 157 nm emittiert, kann zu diesem Zweck eingesetzt werden. Auch laserangeregte Plasmalichtquellen, die Strahlung z.B. im extrem ultravioletten (EUV)-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen von ca. 10 -100 nm emittieren, können ggf. zu diesem Zweck verwendet werden. Bei der Bestrahlung mit kurzwelliger Strahlung bei Wellenlängen von weniger als ca. 200 nm besteht jedoch die Gefahr, dass das CaF2-Substrat durch Zwei-Photonen-Prozesse beschädigt wird.
Zusätzlich zur Bestrahlung der Oberfläche 3 bei einer Wellenlänge, bei welcher die Absorption des bestrahlten Substrat-Materials besonders groß ist, kann die Eindringtiefe der Strahlung 4 dadurch reduziert werden, dass die Bestrahlung gepulst erfolgt. Insbesondere kann die Eindringtiefe der Strahlung 4 reduziert werden, wenn die Pulsdauern tp der einzelnen (Laser-)pulse vergleichsweise gering sind und z.B. bei weniger als 300 ns, bevorzugt bei weniger als 100 ns liegen. Derart niedrige Pulsdauern tp können erreicht werden, wenn die entsprechenden (Laser-)Lichtquellen im Kurzpuls-Modus betrieben werden, beispielsweise unter Verwendung einer Güteschaltung oder dergleichen. Die in Fig. 1 c gezeigten Nanostrukturen 5 führen zu einer Facettierung der Oberfläche 3, die dazu führt, dass die in Fig. 2 dargestellte Reflektivität R der Oberfläche 3 abnimmt. Die Nanostrukturen 5 wirken daher in der Art einer Antireflex-Beschichtung der Oberfläche 3. Die Umlagerung der freiliegenden Oberfläche 3 bei der Bestrahlung erfolgt nicht instantan, sondern mit einer Umlagerungsrate bzw. mit einer Umlagerungsgeschwindigkeit, die
typischerweise umso größer ist, je geringer die Bedeckung der Oberfläche 3 mit Adsorbaten ist.
Die Bestrahlung der Oberfläche 3 wird typischerweise so lange durchgeführt, bis die Reflektivität R der Oberfläche 3 durch die an dieser gebildeten
Nanostrukturen 5 für eine vorgegebene Wellenlänge l bzw. für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich, beispielsweise den FUV/VUV- Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 280 nm, einen
vorgegebenen Wert unterschreitet. Bei dem beispielhaft in Fig. 2 mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Reflektvitätsveriauf liegt die Reflektivität R der Oberfläche 3, an welcher die Nanostrukturen 5 gebildet sind, über den gesamten FUV/VUV-Wellenlängenbereich bei weniger als 0,02. Für den VUV- Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und 230 nm ist die Reflektivität R sogar noch geringer und liegt bei weniger als ca. 0,01. Wie ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen ist, wird durch die Bestrahlung die gestrichelt dargestellte Reflektivität R der in Fig. 1a dargestellten Oberfläche 3 vor der Bestrahlung im Vergleich zur Reflektivität R der in Fig. 1c dargestellten Oberfläche 3 nach der Bestrahlung um einen absoluten Wert von mindestens 0,02 reduziert, und zwar über den gesamten FUV/VUV-Wellenlängenbereich. Für den VUV-Wellenlängenbereich ist die Reduzierung der Reflektivität R sogar noch größer, d.h. in diesem Wellenlängenbereich wird die Reflektivität R um einen absoluten Wert von ca. 0,035 reduziert.
Abweichend von dem in Fig. 1 b gezeigten Einbringen des Energieeintrags E in die Oberfläche 3 durch Bestrahlung mit Strahlung 4 im FUV/VUV-
Wellenlängenbereich ist es auch möglich, den Energieeintrag E durch eine Bestrahlung mit IR-Strahlung bei Wellenlängen von mehr als ca. 9 pm einzubringen. Auch in diesem Fall ist es günstig, wenn die IR-Strahlung 4 bei Wellenlängen innerhalb eines Wellenlängenbereichs liegt, in dem das Material des Substrats 1 eine hohe Absorption aufweist, so dass die IR-Strahlung 4 eine möglichst geringe Eindringtiefe in das Substrat 1 aufweist und der Energieeintrag E bei der Bestrahlung im Wesentlichen auf die Oberfläche 3 konzentriert ist. Bei CaF2 als Material des Substrats 1 , welches Strahlung 4 bei Wellenlängen von mehr als ca. 14 pm praktisch vollständig absorbiert, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Bestrahlung mit Strahlung 4 bei Wellenlängen von mehr als 9 pm vorgenommen wird. Beispielsweise können zu diesem Zweck CO2- Laser eingesetzt werden, die Laserstrahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 9 - 11 pm emittieren. Derartige CO2-Laser erreichen einerseits eine ausreichend große Leistung bzw. Intensität, die z.B. bei mehr als ca. 20 mJ/cm2 liegen kann und können andererseits im Kurzpuls-Betrieb (bei einer Güteschaltung mit einem Q-Switch bzw. einem optischen Modulator)
Pulsdauern von weniger als 100 ns erzeugen, was die Wärmeausbreitung im Volumen des kristallinen Substrats 1 auf besonders effektive Weise
verhindert.
Die Bestrahlung mit Wellenlängen im IR-Wellenlängenbereich hat den Vorteil, dass im Gegensatz zur Bestrahlung mit Wellenlängen im FUV/VUV- Wellenlängenbereich praktisch keine Beschädigung des Substrats 1 durch Zwei-Photonen-Prozesse auftritt. An Stelle eines Infrarot- bzw. C02-Lasers kann auch eine andere Art von IR-Strahlungsquelle, beispielsweise eine Infrarotlampe, zur Bestrahlung verwendet werden. Eine solche
Strahlungsquelle kann, genauso wie ein CO2-Laser, sowohl im Dauerstrich- Betrieb (continuous wave, cw) oder gepulst Strahlung emittieren, wobei der gepulste Modus wegen Gefahr der thermischen Verformung des optischen Elementes vorteilhaft ist.
Alternativ zu der in Fig. 1 b gezeigten Einbringung des Energieeintrags E bzw. von Wärme in die Oberfläche 3 durch Bestrahlung kann der Energieeintrag E ggf. auch durch direkte Wärmeübertragung, d.h. durch Konduktion, oder durch Konvektion erfolgen.
Alternativ zur Erzeugung der Nanostrukturen 5 unmittelbar an der Oberfläche 3 des kristallinen Substrats 1 ist es auch möglich, die Nanostrukturen 5 an einer Oberfläche 7 einer Schicht 6 zu erzeugen, welche durch ein
Beschichtungsverfahren, genauer gesagt durch Vakuumbedampfen bzw. durch epitaktisches Wachstum, auf die Oberfläche 3 des Substrats 1 aufgebracht wurde, wie dies nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 3a-c dargestellt ist. Bei dem Substrat 1 handelt es sich bei dem in Fig. 3a-c gezeigten Beispiel um MgF2, bei dem anders als bei dem in Fig. 1a-c gezeigten Beispiel die (110)-Gitterebene die minimale Oberflächenenergie YHO aufweist. Bei der freiliegenden Oberfläche 3 des MgF2-Substrats 1 handelt es sich um die (001 )-Gitterebene, welche bei dem Substrat 1 , das aus einem MgF2-Kristall besteht, die minimale Oberflächenenergie gooi aufweist. Bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel ist die Schicht 6 durch homoepitaktisches
Wachstum auf die Oberfläche 3 des Substrats 1 aufgebracht, d.h. die Schicht 6 besteht ebenfalls aus MgF2 und weist dieselbe Kristallstruktur auf wie der MgF2-Kristall des Substrats 1. Entsprechend verläuft auch die Oberfläche 7 der MgF2-Schicht 6 entlang der (001 )-G itterebene, deren Oberflächenenergie gooi größer ist als die der (HO)-Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie Y110.
Auch bei dem in Fig. 3a-c beschriebenen Beispiel kann daher eine
Umlagerung der Oberfläche 7 der Schicht 6 unter Bildung von Nanostrukturen 5 (vgl. Fig. 3c) erfolgen, indem die Schicht 7 mit elektromagnetischer
Strahlung 4 bestrahlt wird, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist. Auch MgF2 weist eine vergleichsweise große Absorption im FUV/DUV-Wellenlängenbereich sowie im IR-Wellenlängenbereich auf. Daher kann die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung 4, insbesondere mit Laserstrahlung, bei den weiter oben in Zusammenhang mit Fig.1a-c beschriebenen Wellenlängen erfolgen, wobei die Bestrahlung im IR-Wellenlängenbereich sich als günstig erwiesen hat. Auch kann die Bestrahlung der Oberfläche 7 gepulst erfolgen, um die Eindringtiefe der Strahlung 5 in das Volumen des Substrats 1 möglichst gering zu halten. Alternativ zum homoepitaktischen Wachstum kann die Schicht 6 auch durch heteroepitaktisches Wachstum auf die Oberfläche 3 des Substrats 1 aufgebracht werden, wobei als Schicht-Material und/oder als Material des Substrats 1 ein fluoridischer Kristall verwendet werden kann. Auch in diesem Fall ist darauf zu achten, dass sich beim Aufwachsen der Schicht 6 eine Oberfläche 7 ausbildet, die nicht entlang einer Gitterebene mit minimaler
Oberflächenenergie orientiert ist, da es in diesem Fall nicht möglich ist, die Oberfläche 7 durch einen Energieeintrag E umzulagern. Beim
heteroepitaktischen Schichtwachstum ist darauf zu achten, dass der
Gitterfehler zwischen dem Material der aufwachsenden Schicht 6 und dem Material des Substrats 1 nicht zu groß ist.
Fig. 4a-c zeigt ein Beispiel für die Bildung von Nanostrukturen 5, bei dem die unzureichende Gitteranpassung zwischen dem Substrat 1 , bei dem es sich in diesem Fall um CaF2 handelt, und einer heteroepitaktisch aufwachsenden Schicht 8 ausgenutzt wird, um inselförmige Nanostrukturen 5 zu bilden. Bei dem Material der aufwachsenden Schicht 8 handelt es sich bei dem in Fig. 4a- c gezeigten Beispiel um ein Metallfluorid, genauer gesagt um MgF2. An Stelle von MgF2 können auch andere Fluoride oder ein fluoridischer Mischkristall als Schicht-Materialien verwendet werden. Bei geeigneten Prozessparametern beim Aufbringen der Schicht 8 kann im System CaF2 - LnFa {Ln bezeichnet ein Element der Lanthan-Gruppe) ein Mischkristall mit einer Fluorit-
Kristallstruktur gebildet werden, wie dies in der Referenz [10] beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Wie den dort dargestellten Phasendiagrammen zu entnehmen ist, existieren vergleichsweise große Konzentrationsbereiche, in denen sich beim System CaFa - LnFs Mischkristalle mit Fluorit-Kristallstruktur ausbilden.
Wie aus [9] bekannt ist, führt eine Gitterfehlanpassung beim
heteroepitaktischen Wachstum zur 3D-Inselwachstum. Wie in Fig. 4b dargestellt ist, wird das Inselwachstum, d.h. die Bildung der inselförmigen Nanostrukturen 5, durch das Einbringen eines Energieeintrags E in die
Oberfläche 3 bzw. in den aufwachsenden Mischkristall 8 unterstützt, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Das Einbringen des Energieeintrags E erfolgt bei dem in Fig. 4b gezeigten Beispiel durch das Bestrahlen mit Strahlung 4 im IR-Wellenlängenbereich, d.h. bei Wellenlängen von mehr als 1000 nm. Durch eine geeignete Prozessparameterwahl kann die Größe und die Dichte der erzeugten Nanostrukturen 5 angepasst werden, um eine möglichst gute antireflektierende Wirkung zu erzielen.
Wie in Fig. 4c dargestellt ist, kann auf die Nanosturkturen 5 eine
beispielsweise fluoridische oder oxidische Schutzschicht 9 aufgebracht werden. Die Schutzschicht 9 wurde bei dem in Fig. 4c dargestellten Beispiel durch Atomlagenabscheidung auf der Oberfläche 3 des Substrats 1 deponiert. Dies ist günstig, da die Schutzschicht 9 konformal (Atomlage für Atomlage) aufgebracht wird und somit eine konforme Bedeckung der Nanostrukturen 5 ermöglicht, wie dies in Fig. 4c zu erkennen ist. Die Schutzschicht 9 dient dazu, die Nanostrukturen 5 bzw. die Oberfläche 3 zu versiegeln bzw. die
Beständigkeit der Oberfläche 3 bei der Bestrahlung mit leistungsstarker Strahlung zu verhindern. Als Material für die Schutzschicht 9 eignen sich Oxide, beispielsweise AI2O3, S1O2 oder fluoriertes S1O2. Die in Fig. 4c gezeigte Schutzschicht 9 kann ebenfalls auf die in Fig. 1c bzw. auf die in Fig. 3c gezeigten Nanostrukturen 5 aufgebracht werden.
Fig. 5 zeigt ein optisches Element 10 in Form einer planparallelen Platte, welches ein Substrat 1 aus CaF2 aufweist. Das optische Element 10 bildet ein Entladungskammer-Fenster eines Excimerlasers 11 , in dessen Resonator- Strecke ein Gasgemisch, beispielsweise fluorhaltig, eingebracht ist. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, sind die - übertrieben groß - dargestellten Nanostrukturen 5 an der Innenseite und an der Außenseite des optischen Elements 10 gebildet, die sich außerhalb des Gehäuses des Excimerlasers 11 befindet. Die Laserstrahlung 12 des Excimerlasers 11 mit einer Wellenlänge von 157 nm tritt durch das optische Element 12 mit den Nanostrukturen 5 hindurch, die eine antireflektierende Wirkung für die Laserstrahlung 12 aufweisen. Auf den Nanostrukturen 5, die an der Außenseite des optischen Elements 10 gebildet sind, ist die in Zusammenhang mit Fig. 4c beschriebene Schutzschicht 9 aufgebracht. Die Innenseite des optischen Elements 10 befindet sich in einer fluorhaltigen Atmosphäre und ist daher wesentlich strahlungsbeständiger, so dass dort keine Schutzschicht benötigt wird. Es versteht sich, dass auch andere optische Elemente als das in Fig. 5 gezeigte Entladungskammer- Fenster zur Entspiegelung mit Nanostrukturen 5 versehen werden können.
Referenzen:
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bilden von insbesondere reflexionsmindernden
Nanostrukturen (5) an einer bevorzugt polierten Oberfläche (3, 7) eines kristallinen, insbesondere ionischen Substrats (1 ) zur T ransmission von Strahlung (12) im FUV/VUV-Wellenlängenbereich, umfassend:
Bereitstellen einer Oberfläche (3, 7), die nicht entlang einer Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie orientiert ist, an dem Substrat (1 ) oder an einer durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere Vakuumbedampfen, auf das Substrat (1 ) aufgebrachten Schicht (6), sowie
Einbringen eines Energieeintrags (E) in die Oberfläche (3, 7) zur
Umlagerung der Oberfläche (3, 7) unter Bildung der Nanostrukturen (5), wobei der Energieeintrag (E) durch Bestrahlen der Oberfläche (3, 7) mit elektromagnetischer Strahlung (4) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Oberfläche (3, 7) gepulst mit der elektromagnetischen Strahlung (4) bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Oberfläche (3, 7) mit gepulster elektromagnetischer Strahlung (4) mit Pulsdauern (tp) von weniger als 300 ns bestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die
Oberfläche (3, 7) mit elektromagnetischer Strahlung (4) im FUVA/UV- Wellenlängenbereich bestrahlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Oberfläche (3, 7) mit
elektromagnetischer Strahlung (4) bei Wellenlängen von weniger als 200 nm bestrahlt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (3, 7) mit elektromagnetischer Strahlung (4) im IR- Wellenlängenbereich bestrahlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die die Oberfläche (3, 7) mit
elektromagnetischer Strahlung (4) bei Wellenlängen von mehr als 9 pm bestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum
Bereitstellen der Oberfläche (3, 7) das Substrat (1 ) entlang einer
Gitterebene geschnitten wird, die nicht mit der Gitterebene mit minimaler Oberflächenenergie übereinstimmt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das
Einbringen des Energieeintrags (E) so lange durchgeführt wird, bis die Oberfläche (3, 7), an der die Nanostrukturen (5) gebildet werden, eine gegenüber der Oberfläche (3, 7) vor dem Einbringen des Energieeintrags (E) um mindestens 0,03 reduzierte Reflektivität (R) für Strahlung (4) im FUV/VUV-Wellenlängenbereich und/oder eine Reflektivität (R) von weniger als 0,02 für Strahlung (4) im FUV/VUV-Wellenlängenbereich aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das
Substrat (1) und/oder die durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere Vakuumbedampfen, aufgebrachte Schicht (6) aus einem fluoridischen Kristall gebildet ist, der bevorzugt ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: CaF2, MgF2, BaF2, SrF2, LaFs, YF3, LiF.
11. Verfahren zum Bilden von insbesondere reflexionsmindernden
Nanostrukturen (5) an einer bevorzugt polierten Oberfläche (3) eines kristallinen, insbesondere ionischen Substrats (1 ) zur Transmission von Strahlung (11) im FUV/VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: Bilden der Nanostrukturen (5) durch dreidimensionale Inselbildung an einem fluoridischen Mischkristall (8), der durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere Vakuumbedampfen, auf der Oberfläche (3) des aus einem Metallfluorid, insbesondere aus CaF2, gebildeten Substrats (1) erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
Aufbringen mindestens einer insbesondere konformalen, bevorzugt fluoridischen oder oxidischen Schutzschicht (9) auf die Nanostrukturen (5).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Schutzschicht (9) durch
Atomlagenabscheidung aufgebracht wird.
14. Optisches Element (10) zur Transmission von Strahlung (12) im FUV/VUV- Wellenlängenbereich, umfassend:
ein kristallines, insbesondere ionisches Substrat (1 ),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Oberfläche (3) des Substrats (1 ) oder eine Oberfläche (7) einer auf das Substrat (1 ) durch ein Beschichtungsverfahren, insbesondere Vakuumbedampfen , aufgebrachten Schicht (6) Nanostrukturen (5) aufweist, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet sind.
15. Optisches Element nach Anspruch 14, bei dem die Oberfläche (3), welche die Nanostrukturen (5) aufweist, für Strahlung im FUV/VUV- Wellenlängenbereich eine Reflektivität (R) von weniger als 0,02 aufweist.
16. Optisches Element nach Anspruch 14 oder 15, welches als
Entladungskammer-Fenster (10) für einen Excimerlaser (11 ) ausgebildet ist.
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