DE60015684T2

DE60015684T2 - Optisches Element aus Quarzglas zum Durchlassen von Fluor-Excimer-Laserstrahlung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60015684T2
Application number: DE60015684T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Koriyama-shi Yaginuma; Akira Koriyama-shi Fujinoki; Hiroyuki Nishimura; Toru Yokota
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: JP4453939B2; DE60015684D1; JP2001089170A; EP1084995B1; EP1084995A1

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauteil aus Quarzglas, das vorteilhafterweise als Material für die Übertragung von UV-Laserstrahlung verwendet wird, insbesondere mit einer Wellenlänge von 157 nm; und sie bezieht sich auf ein optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, geeignet für optische Bauteile, die das optische System für UV-Strahlung bilden, wie Linsen, Fenster, Filter, Strahlenteiler, Fotomasken, usw., und die bei der Verwendung von F₂ Excimerlaser-Strahlung eingesetzt werden.
Stand der Technik
Üblicherweise wird Photolithographie, das heißt, die Technik des Abbildens eines Musters eines integrierten Schaltkreises auf einen Wafer unter Verwendung von Licht, im Wesentlichen in Alignern für die Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt, da sie verglichen mit anderen Techniken, die einen Elektronenstrahl oder einen Röntgenstrahl verwenden, unter wirtschaftlichem Gesichtspunkt von Vorteil ist.
Mit der steigenden Produktion von LSIs (Large Scale Integrated Circuits) mit feineren Mustern und höherem Integrationsgrad geht in jüngster Zeit die Nachfrage nach einer Technik zum Abbilden von Mustern einher, mit der noch feinere Muster mit geringeren Linienstärken mittels Lithographie-Technik erzeugt werden können, wobei Licht mit immer geringerer Wellenlänge als Lichtquelle verlangt wird.
In der Praxis werden bisher Aligner, die i-Linien mit einer Wellenlänge von 365 nm verwenden und Muster mit Linienstärken in einem Bereich von 0,4 bis 0,5 μm erzeugen können, oder Aligner, die KrF Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248,3 μm verwenden und Muster mit einer Linienstärke von 0,25 bis 0,35 μm abbilden können, eingesetzt. In jüngster Zeit ist ein Aligner entwickelt worden, der einen ArF Excimerlaser mit emittiertem Licht einer Wellenlänge von 193,4 nm verwendet, welcher Linienstärken von 0,13 bis 0,2 μm abbilden kann.
Des weiteren wurden hinsichtlich einer Lithographie-Technik der nächsten Generation betreffend den Einsatz von ArF-Laser Studien zur Technik einer direkten Abbildung von Mustern unter Verwendung von Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen-Lithographie oder F₂ Excimerlaser-Belichtungtechnik durchgeführt. Jedoch traten bei der Technik der direkten Abbildung von Mustern unter Verwendung von Elektronenstrahlen und der Röntgenstrahlen-Lithographie ernsthafte technische Probleme beim Durchsatz und bei der Herstellung von Masken auf. Demzufolge findet die F₂ Excimerlaser-Belichtungtechnik, eine Lithographie-Technik unter Anwendung von Licht, im Hinblick darauf, dass sie eine Fortführung der ähnlichen ArF-Belichtungstechnik ist, große Beachtung als Belichtungstechnik der nächsten Generation.
Als optisches Material zur Verwendung in den konventionellen Excimerlasern aus Basis von KrF und ArF wurde Quarzglas unter dem Gesichtspunkt der Lichtdurchlässigkeit (Transmission), Beständigkeit gegen Laserstrahlung, Homogenität usw. eingesetzt, wobei insbesondere ein hochreines synthetisches Quarzglas verwendet wurde. Hochreines Quarzglas zeigt hohe Transmission im Wellenlängenbereich von KrF und ArF, und durch die Optimierung der Produktionsbedingungen wurde die Beständigkeit gegen Laserstrahlung ausreichend erhöht. So wurden bereits optische Materialien in die Praxis umgesetzt, die für die Strahlung von KrF und ArF Excimerlasern geeignet sind, insbesondere Projektionslinsen unter Verwendung von hochreinem Quarzglas.
Hinsichtlich eines optischen Materials für den Einsatz bei einem F₂ Excimerlaser wurde jedoch festgestellt, dass konventionelles synthetisches Quarzglas, das für KrF- und ArF Excimerlaser verwendet wurde, nicht brauchbar ist, weil es für die Emissionswellenlänge eines F₂ Excimerlasers von 157 nm keine ausreichend hohe Transmission aufweist. Entsprechend wurde außer Fluorit (Kalciumfluorid) kein optisches Material gefunden, das für F₂ Excimerlaser anwendbar ist, wodurch Aufbau und Design der Aligner deutlich beschränkt wurden.
Andererseits ist bekannt, dass die Transmission eines Quarzglases für Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm durch das Dotieren mit Fluor erheblich verbessert wird. In JP-A-Hei4-19510 („JP-A" bedeutet hier „veröffentlichte ungeprüfte japanische Anmeldung") wird ein Verfahren dargestellt, umfassend das Dotieren eines Quarzglases mit Fluor zur Reduzierung oder völligen Vermeidung einer auf Strukturdefekten beruhenden Absorption über einen breiten Wellenlängenbereich von 155 bis 400 nm, was auch die Entstehung von Strukturdefekten selbst bei langer Bestrahlung mit hochenergetischer UV-Strahlung verhindert.
Des weiteren wird in der JP-A-Hei8-67530 eine Technik zur Verbesserung der Stabilität gegen ArF Excimerlaser offenbart, indem Quarzglas mit Fluor und OH-Gruppen dotiert wird, wobei die Konzentrationen bei 1 Mol-% oder mehr bzw. bei 10 Gew.-ppm oder mehr liegen. Die Offenbarung lehrt auch, dass die Transmission für UV-Strahlung einer Wellenlänge um 157 nm erheblich verbessert wird, wobei dieser Wellenlängenbereich der Emission von F₂ Excimerlasern entspricht.
In der JP-A-Hei8-75901 wird des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas mit hervorragender Transmission für Vakuum-UV-Strahlung und Beständigkeit gegen UV-Strahlung offenbart. Das Verfahren umfasst das Dotieren von synthetischem Quarzglas mit Fluor und Wasserstoff und gleichzeitig die Einstellung der OH-Gruppenkonzentration.
Die WO 00/55689 A1 gehört zum Stand der Technik im Sinne von Art 54 (3) EPÜ. Sie offenbart ein optisches Bauteil aus einem Siliziumoxifluorid-Glas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers. Der Fluorgehalt des Siliziumoxifluorid-Glases liegt im Bereich zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, und es weist einen Hydroxylgruppengehalt von weniger als 10 Gew.-ppm auf. Es zeigt kein Absorptionsband bei 215 nm, nachdem es der Strahlung eines F₂ Excimerlasers ausgesetzt wurde. Das Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxifluorid umfasst die Bildung einer porösen Vorform durch Abscheiden von Silicapartikeln, die durch Flammenhydrolyse erhalten wurden. Die poröse Vorform wird einem ersten Heißbehandlungsschritt zum Dehydratisieren bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1100 °C unter einer Gasatmosphäre aus einem dehydratisierenden Gas wie Cl₂, SiCl₄ oder CCl₄ oder einem Gemisch aus Cl₂ und Helium unterzogen. Die poröse Vorform wird des weiteren einem zweiten Heißbehandlungsschritt zum Dotieren mit Fluor bei einer Temperatur im Bereich von 1125 bis 1325 °C in einer Gasatmosphäre aus einer Fluoratome enthaltenden Verbindung, wie CF₄, unterzogen. Anschließend wird die poröse Vorform unter Bildung eines transparenten Körpers bei einer Temperatur im Bereich von 1350 bis 1550 °C in einer Heliumatmosphäre gesintert.
Die EP 1 043 282 A1 gehört zum Stand der Technik im Sinne von Art 54 (3) EPÜ. Sie offenbart ein optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, das einen Fluorgehalt von mindestens 100 ppm aufweist. Der Hydroxylgruppengehalt beträgt höchstens 100 ppm. In einem Beispiel liegt der Fluorgehalt bei 1161 ppm und die Hydroxylgruppenkonzentration beträgt 3,2 ppm. Andere Ausführungsbeispiele weisen eine maximale Fluorkonzentration unter 0,1 Mol-% auf. Das Verfahren zur Herstellung des synthetischen Quarzglases umfasst die Bildung einer porösen Vorform durch Abscheiden von Silicapartikeln, die durch Flammenhydrolyse erhalten wurden. Vor dem Sintern wird die poröse Vorform einem Heißbehandlungsschritt zum Dehydratisieren und gleichzeitigen Dotieren mit Fluor unterzogen, wobei Gasgemische aus SiF₄ oder SiF₄/SiCl₄ und He verwendet werden.
Die EP 1 035 084 A1 gehört zum Stand der Technik im Sinne von Art 54 (3) EPÜ. Sie offenbart ein Bauteil aus chlorfreiem Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, das einen Fluorgehalt zwischen 100 und 1000 ppm und einen Hydroxylgruppengehalt von 1 bis 50 ppm aufweist. Das Verfahren zur Herstellung des synthetischen Quarzglases umfasst die Bildung einer fluorhaltigen porösen Vorform durch Abscheiden von mit Fluor dotierten Silicapartikeln, die durch Flammenhydrolyse erhalten wurden, und anschließendes Sintern der porösen fluorhaltigen SiO₂-Vorform in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 1500 °C.
Von der Erfindung zu lösende Aufgaben
Die Beständigkeit von Quarzglas gegen die Strahlung eines F₂ Excimerlasers, dessen Wellenlänge kürzer ist, kann durch das Zusetzen von Fluor nicht ausreichend verbessert werden, weil durch die Bestrahlung erzeugte Defekte nicht in ausreichendem Maße kontrolliert werden können. Wird des weiteren das Quarzglas als Material zur Übertragung mit noch höherer Präzision in der Strahlung von F₂ Excimerlasern verwendet, insbesondere vorteilhafterweise als Bauteil für die Lithographie, ist es erforderlich, dass das Material neben hervorragenden Eigenschaften wie hohe Transmission und Beständigkeit gegen die oben genannte Laserstrahlung gleichzeitig auch die allgemeinen optischen Eigenschaften aufweist, das heißt, dass es frei von Schlieren ist (zumindest in einer Richtung, vorzugsweise in allen drei Richtungen schlierenfrei) und dass es eine geringe Doppelbrechung sowie eine hohe Homogenität aufweist (genauer gesagt, dass Δ n = 1 × 10^–5 oder weniger ist).
Insbesondere führt die Anwesenheit von Fluor in Quarzglas zu einer Verringerung des Brechungsindexes. Um nun eine gleichmäßige Brechungindexverteilung zu erhalten – die wichtigste Eigenschaft eines optischen Bauteils –, muss Fluor derart zugesetzt werden, dass sich eine gleichmäßige Fluorkonzentration ergibt. Entsprechend ist im Allgemeinen beispielsweise ein Dotierungsverfahren bekannt, das die Durchführung einer Wärmebehandlung an einer porösen Vorform in einer Gasphase umfasst (dabei handelt es sich um das sogenannte „Sootverfahren" für die Herstellung von synthetischem Quarz, umfassend die Herstellung eines porösen Quarzglaskörpers, oft bezeichnet als „Sootkörper" oder ähnlich, in der Praxis ist der „Sootkörper" ein durch Abscheiden feiner Quarzglaspartikel erhaltener Körper, aber in vorliegender Erfindung werden diese Körper als „poröse Vorform" bezeichnet), oder ein Verfahren, das bei gleichzeitiger Herstellung der porösen Vorform das Einbringen einer Fluorverbindung in eine Flamme umfasst, usw.. In jedem Fall ist es schwierig, die poröse Vorform homogen mit Fluor zu dotieren, und das durch Sintern erhaltene Endprodukt aus Quarzglas neigt zu einem großen Fluorkonzentrationsgradienten. Demzufolge weist das gesinterte Quarzglas oft eine in hohem Maße beeinträchtigte Homogenität auf, mit anderen Worten, es zeigt eine starke Schwankung in der Brechungsindexverteilung.
Weiterhin führt das Dotieren mit Fluor leicht zu Sauerstoffdefizit-Defekten, was mit einer Abnahme der Transmission einhergeht. Dies wird zu einem gravierenden Defekt, wenn optische Bauteile aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers verwendet werden. Demzufolge ist es erforderlich, die Sauerstoffdefizit-Defekte hinreichend zu minimieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die physikalischen Eigenschaften von Quarzglas und das Verhalten bei Schädigung durch die Strahlung eines F₂ Excimerlasers im Falle der Verwendung eines F₂ Excimerlasers für UV-Strahlung untersucht. Als Ergebnis wurde ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglas entwickelt, das sich als Quarzglas für F₂ Excimerlaser eignet, wobei dieses Quarzglas insgesamt zufriedenstellende physikalische Eigenschaften aufweist, die für ein optisches Bauteil für den allgemeinen Gebrauch erforderlich sind, und wobei hohe Transmission und Beständigkeit gegen Laser erhalten bleiben. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Mit dem Ziel, das oben genannte Quarzglas vorteilhafterweise als optisches Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers zu verwenden, besteht demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein optisches Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines Excimerlasers zur Verfügung zu stellen, das nicht nur hohe Transmission und hervorragende Beständigkeit gegen die Strahlung eines F₂ Excimerlasers aufweist, sondern auch schlierenfrei ist und dennoch die allgemeinen optischen Eigenschaften wie hohe Homogenität und geringe Doppelbrechung auf einem hohen Niveau beibehält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Quarzglas für F₂ Excimerlaser zur Verfügung zu stellen, wobei das Bauteil aus Quarzglas eine hohe Beständigkeit gegen Laser, das heißt, gegen die Strahlung von F₂ Excimerlasern, aufweist, schlierenfrei und hochhomogen ist, eine geringe Doppelbrechung und dennoch hohe Transmission für Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm, also einer von einem F₂ Excimerlaser erzeugten Strahlung, aufweist.
Lösung der Aufgaben
Als Mittel zur Lösung der oben genannten Probleme erfolgt die Herstellung von Quarzglas, indem seine Fluorkonzentration auf einem vorgegebenen Niveau oder höher und seine Si-OH-Konzentration auf einem vorgegebenen Niveau oder niedriger gehalten wird, sowie durch die Anwendung einer thermischen und einer mechanischen Homogenisierungsbehandlung mit anschließender Temperbehandlung. Es wurde festgestellt, dass ein zufriedenstellendes Quarzglas mit den oben verlangten Eigenschaften erhalten werden kann.
Genauer gesagt wurden verschiedene Arten von fluorhaltigem synthetischen Quarzglas insbesondere im Hinblick auf die Beständigkeit gegen die Strahlung von F₂ Excimerlasern und die Übertragungseigenschaften der Strahlung von F₂ Excimerlasern untersucht. Es wurde festgestellt, dass zum Erzielen zufriedenstellender Eigenschaften wie oben beschrieben, die Fluorkonzentration des Quarzglases nicht unter einen vorgegebenen Wert sinken sollte und die Si-OH-Konzentration einen vorgegebenen Wert nicht übersteigen sollte. Genauer gesagt wurde herausgefunden, dass das Quarzglas besonders hohe Beständigkeit und Transmission für die Strahlung eines F₂ Excimerlasers zeigt, wenn die Fluorkonzentration im Bereich von 0,1 bis 2,0 Mol-% (ca. 320 bis 6400 ppm), vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 bis 2,0 Mol-% liegt, wobei die Verteilung der Fluorkonzentration bei 0,002 Mol-% oder weniger liegt, und wenn die OH Gruppenkonzentration 5 Gew.-ppm oder weniger, vorzugsweise 1 Gew. -ppm oder weniger beträgt, und die Doppelbrechung bei einer Wellenlänge von 63 nm 0,5 nm/cm oder weniger liegt.
Fine Vorbehandlung wird an der porösen Vorform durchgeführt, nachdem diese gebildet wurde und bevor sie unter Bildung eines transparenten Quarzglaskörpers verglast wird, wobei die Vorbehandlungsschritte entweder gleichzeitig oder kombiniert nacheinander durchgeführt werden. Diese umfassen eine Behandlung der porösen Vorform zur Reduzierung von OH-Gruppen, eine Behandlung zum Dotieren mit Fluor und eine Behandlung zum Entfernen von Sauerstoffdefizit-Defekten.
Die oben beschriebene Erfindung gemäß Anspruch 1 basiert auf diesen Ergebnissen und bezieht sich auf optisches Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, das aus einem transparenten Quarzglaskörper gebildet ist, indem feine, durch Flammenhydrolyse einer siliziumhaltigen Komponente aus der Gasphase erhaltene Silicapartikel auf einem hitzebeständigen Substratkörper unter Bildung einer porösen Vorform abgeschieden werden, wobei die poröse Vorform anschließend unter Bildung eines transparenten Körpers durch Erhitzen und Sintern verglast wird, so dass die Fluorkonzentration im Bereich von 0,1 bis 2,0 Mol-% und die OH-Gruppe konzentration bei 5 Gew.-ppm oder weniger liegt, wobei nach der Bildung der porösen Vorform und vor dem Verglasen zur Bildung eines transparenten Quarzglaskörpers eine Behandlung der porösen Vorform zur Reduzierung von OH-Gruppen, eine Behandlung zum Entfernen von Sauerstoffdefizit-Defekten und eine Behandlung zum Dotieren mit Fluor durchgeführt werden. Die Behandlungsschritte erfolgen entweder gleichzeitig oder kombiniert nacheinander.
Genauer gesagt umfasst die vorliegende Erfindung ein Quarzglas mit Defekte in der Struktur wie Peroxy-Bindungen (Si-O-O-Si) oder gelöste Sauerstoffmoleküle, die Defekte aufgrund von Sauerstoffüberschuss darstellen; Si-Si-Bindungen oder Sauerstofflücken (Si ·· Si), die Defekte aufgrund von Sauerstoffmangel darstellen; oder OH-Gruppen, H₂O, usw. Dadurch wird die Transmission für die Strahlung im kurzen Wellenlängenbereich von 157 nm, die der Wellenlänge der Strahlung eines F₂ Excimerlasers entspricht, verringert, jedoch können die Defekte in der Struktur im Inneren des Quarzglases durch Dotieren mit Fluor beseitigt werden. Dann kann die Stabilität des Quarzglases gegen die hochenergetische Strahlung eines UV-Lasers, wie die eines ArF Excimerlasers, verbessert werden, wodurch auch die Durchlässigkeit für Licht einer Wellenlänge von 157 nm verbessert wird.
Jedoch wird selbst in oben genanntem Quarzglas durch die Strahlung eines F₂ Excimerlasers ein E'-Zentrums (e-prime Center) induziert, wobei sich die Photoabsorption aufgrund der Erzeugung des E'-Zentrums auf die UV-Absorptionskante auswirkt und die Transmission für Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm herabsetzt. Dadurch wird eine Verminderung der Beständigkeit gegen die Strahlung eines F₂ Excimerlasers verursacht.
Um die Erzeugung des E'-Zentrums zu kontrollieren, ist das Dotieren mit Fluor in einer geeigneten Dichte sowie die ausreichende Reduzierung der Sauerstoffdefizit-Defekte mit einer Absorption bei 7,6 eV (163 nm) erforderlich. Diese beiden Verfahrensschritte müssen an der porösen Vorform durchgeführt werden. Entsprechend ist der Gehalt an Fluor zwischen 0,1 und 2,0 Mol-% angemessen und sollte vorzugsweise 0,7 bis 2,0 Mol-% betragen.
Um des weiteren die Entstehung von Sauerstoffdefizit-Defekten zu unterdrücken, ist neben einer effektiven Verringerung von Si-OH auch eine Wärmebehandlung erforderlich, die an der oben beschriebenen porösen Vorform unter einer Gasatmosphäre aus einer chlorhaltigen Komponente durchzuführen ist, und zwar vor der Durchführung der Wärmebehandlung zum Dotieren mit Fluor. Insbesondere wird vorzugsweise die gasförmige chlorhaltige Komponente mit gasförmigem Sauerstoff verdünnt.
Üblicherweise wurde davon ausgegangen, dass Si-OH-Gruppen die Stabilität des Quarzglases gegen die Strahlung von ArF Excimerlasern erhöhen. Im Falle der Bestrahlung mit F₂ Excimerlasern ist jedoch bekannt, dass NBOHC (Non-Bridged Oxygen Hole Center; nicht brückenbildende Sauerstoffleerstellen), im Quarzglas entstehen, was einer der dadurch induzierten Defekte ist. Dementsprechend wird angenommen, dass dies eine der Ursachen für die Entstehung von Defekten durch die Strahlung eines F₂ Excimerlasers ist. Des weiteren wird die Transmission für Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm beeinträchtigt, weil die Si-OH-Struktur selbst ein Absorptionsband im Vakuum-UV-Bereich besitzt. Eine Wärmebehandlung zum vollständigen Entfernen von Si-OH in einem Gas aus einer hochkonzentrierten chlorhaltigen Komponente führt jedoch leicht zur Bildung von Sauerstoffdefizit-Defekten.
Wenn ein Sauerstoffdefizit-Defekt entsteht, ist die Transmission für Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm in hohem Maße beeinträchtigt, da ein Absorptionsband bei 7,6 eV (163 nm) erscheint. Entsprechend müssen die Bedingungen für die Wärmebehandlung derart gewählt werden, dass die Entstehung von Sauerstoffdefizit-Defekten verhindert werden kann und gleichzeitig das Entfernen von Si-OH in ausreichendem Maße gewährleistet ist. Um dies zu erreichen, kann die Wärmebehandlung durch sorgfältiges Herstellen eines Gasgemisches aus einer chlorhaltigen Komponente und Sauerstoff effektiv durchgeführt werden. Obwohl das Entfernen von Si-OH unter einer Mischgasatmosphäre aus einem Inertgas anstelle von Sauerstoff und einer chlorhaltigen Komponente möglich ist, ist das Beimischen von Sauerstoff für die Unterdrückung der Sauerstoffdefizit-Defekte effektiv. Unter Einsetzen von Sauerstoff ist die Unterdrückung der Entstehung von Sauerstoffdefizit-Defekten möglich, wobei mit einer chlorhaltigen Gasatmosphäre ausreichend Si-OH entfernt wird.
Wird in der Praxis ein Quarzglas, das OH-Gruppen in einer Konzentration von 10 ppm oder mehr enthält, mit einem F₂ Excimerlaser einer Wellenlänge von 157 nm bestrahlt, wurde die Entstehung von NBOHC mit einer starken Absorptionsmaximum bei 260 nm beobachtet, einhergehend mit der Entstehung eines E'-Zentrums mit einem Absorptionsmaximum bei 215 nm. Gleichzeitig wird beobachtet, dass die Absorptionsbande für Infrarot bei einer Wellenlänge von 3680 cm^–1, die OH-Gruppen zugeordnet wird, sich um etwa 26 cm^–1 in Richtung einer kürzeren Wellenlänge verschiebt und die Stärke der Bande um etwa 6 zurückgeht.
Diese Phänomene wurden bei der Bestrahlung mit KrF- oder ArF-Lasern nicht beobachtet. Vermutlich werden die OH-Bindungen zwischen Si-OH durch die Photonenenergie von KrF (5,0 eV) oder ArF (6,4 eV) nicht beeinträchtigt, jedoch durch die hochenergetische Strahlung von F₂ (7,9 eV) gelöst und dadurch NBOHC-Zentren erzeugt. Um einen praktisch einsetzbaren Werkstoff für die Übertragung von F₂ Excimerlasern mit guter Beständigkeit gegen Laserstrahlung zu erhalten, kann somit unter Berücksichtigung der oben genannten Erkenntnisse davon ausgegangen werden, dass der Gehaltan Si-OH-Gruppen des Werkstoffes auf 5 Gew.-ppm oder weniger, vorzugsweise 1 Gew.-ppm oder weniger, eingestellt werden sollte.
Die vorliegende Erfindung manifestiert sich auch darin, dass die Verteilung der Fluorkonzentration des transparenten Quarzglaskörpers maximal 0,002 Mol-% beträgt. Dies kann durch die Anwendung einer thermischen und einer mechanischen Homogenisierungsbehandlung erzielt werden.
Im Allgemeinen kann der Brechungsindex von Quarzglas durch Dotieren mit Fluor verringert werden. Um also ein hochhomogenes Quarzglas zu erhalten, ist die entscheidende Frage, wie das Dotieren mit Fluor homogen erfolgen kann. Es ist jedoch äußerst schwierig, die eine homogene Fluor-Dotierung der porösen Vorform mittels der allgemein üblichen Dotierungs-Behandlung zu erzielen. Diese Behandlung umfasst eine Wärmebehandlung der porösen Vorform unter einer kontrollierten Atmosphäre, was zur Bildung einer breiten inhomogenen Verteilung der Fluorkonzentration in dem Quarzglas führt.
Die Ursachen für die Entstehung einer inhomogenen Verteilung der Fluorkonzentration, also die Ungleichmäßigkeit der Dichte der porösen Vorform, die Ausdiffusion von Fluor, die während des Verglasens der porösen Vorform unter Bildung eines transparenten Glases auftritt usw., können durch die Regulierung der Heizbedingung und der atmosphärischen Bedingungen bei der Behandlung zum Dotieren mit Fluor zu einem gewissen Grad entschärft werden. Es kommt jedoch häufig vor, dass bei der Wahl solcher Bedingungen, zu viel Zeit für die Behandlung benötigt wird und so die Produktivität in hohem Maße beeinträchtigt wird. Des weiteren ist es immer noch unmöglich, das Dotieren der Vorform mit Fluor auf vollkommen homogene Weise durchzuführen.
Außerdem werden in Lithographiegeräten große optische Bauteile verwendet, wie etwa eine Linse des Aligners, deren Durchmesser 200 mm übersteigt, und hier ist es sehr schwierig eine Homogenität der Fluorkonzentration in dem Quarzglas zu erreichen.
Demzufolge wird eine zweite Homogenisierungsbehandlung durchgeführt, um selbst bei großem Quarzglas, wie oben genannt, eine äußerst gleichmäßige Brechungsindexverteilung zu erzielen.
Quarzglas, das einer thermischen und mechanischen Homogenisierungsbehandlung wie der oben erwähnten zweiten Homogenisierungsbehandlung unterzogen wird, weist eine gleichmäßige Fluorkonzentration und eine flache Brechungsindexverteilung auf, wobei die Schlieren ebenfalls entfernt sind. Auf diese Weise kann ein Quarzglas erhalten werden, das sich als optisches Bauteil für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers eignet. Da es erforderlich ist, dass die Schwankung in der Brechungsindexverteilung (fluctuation in diffraction Index) bei einem gängigen optischen Bauteil zur Verwendung in der Lithographie 1 × 10 ^–5 oder weniger beträgt, muss die Streuung der Fluorkonzentration 0,002 Mol-% betragen (also einer Streuung der Konzentration von 6 Mol-ppm entsprechend).
Weiterhin wird die Doppelbrechung bei einer Wellenlänge von 633 nm auf 0,5 nm/cm oder weniger eingestellt. Dies wird dadurch erreicht, dass der transparente Quarzglaskörper zusätzlich zur Homogenisierung der Fluorkonzentration eine Temperbehandlung erfährt, wobei im Verfahrensschritt des allmählichen Abkühlens der transparente Quarzglaskörper vom oberen Kühlpunkt auf eine Temperatur von 600 °C mit einer Abkühlrate von 5 °C/Stunde oder niedriger abgekühlt wird.
Genauer gesagt ist es wichtig, die Doppelbrechung des Glases zu verringern, um das oben genannte Quarzglas-Bauteil als optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers zu verwenden.
Für eine derart hochpräzise Messung der Doppelbrechung wird die Doppelbrechung S aus der Verzögerung (Δnd), die unter Verwendung eines Ellipsometers und ähnlichem und eines He-Ne-Lasers (mit einer Wellenlänge von 633 nm) gemessen wird, gemäß folgender Gleichung ermittelt: S = (Δnd)/ Dicke der Probe ----1)
Die oben genannte Verzögerung (Δnd) ist die Differenz der optischen Weglänge zwischen gewöhnlichem Licht und dem durch die Doppelbrechung polarisierten Licht. Demnach kann gemäß oben angegebener Gleichung 1) zum Beispiel für eine Probe mit einer Dicke von 5 cm und einer gemessenen Verzögerung von 10 nm eine Doppelbrechung S von 2 nm/cm ermittelt werden, wobei die Verzögerung durch die Dicke geteilt wird.
Bezogen auf die gemessene Wellenlänge von 633 nm entspricht die Verzögerung von 10 nm im oben genannten Fall 10/663 = 0,0158 λ. Ein derartiger Verzögerungswert stellt in optischer Hinsicht kein Problem dar, jedoch für eine Wellenlänge von 157 nm erhöht sich die Verzögerung auf 0,063 λ, also auf mindestens das Vierfache des errechneten Wertes, was zu Problemen führt.
Die Abhängigkeit der Wellenlänge von der optischen Elastizitätskonstante führt dazu, dass die Doppelbrechung für Licht von 157 nm sich für Licht mit einer Messwellenlänge von 633 nm erhöht, was für ein optisches Bauteil für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers ein ernsthaftes Problem darstellt.
Zur Überwindung dieses Problems wird vorzugsweise in dem oben genannten Verfahrensschritt des allmählichen Abkühlens an dem Quarzglas eine Temperbehandlung durchgeführt, um dadurch die Doppelbrechung zu verringern. Genauer gesagt kann durch die Anwendung der Temperbehandlung zusätzlich zu der Homogenisierungsbehandlung ein optisches Bauteil erhalten werden, das schlierenfrei ist, eine hohe Homogenität sowie eine geringe Doppelbrechung aufweist und als optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers in der Praxis verwendbar ist.
Des weiteren ist die Erfindung gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die interne Transmission (internal transmittance) des Bauteils aus Quarzglas bei der von einem F₂ Excimerlaser emittierten Wellenlänge von 157 nm auf 70 oder höher eingestellt ist.
Dies ermöglicht die Herstellung eines stabileren optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers und insbesondere eines Substrats für Photomasken durch sorgfältige Kontrolle der Fluorkonzentration und der OH-Gruppen sowie der Streuung der Fluorkonzentration und der Sauerstoffdefizit-Defekte, wobei nicht nur die Absorptionskante auf die längere Wellenlängenseite verschoben wird, sondern auch die interne Transmission bei der von einem F₂ Excimerlaser emittierten Wellenlänge von 157 nm auf 70 % oder höher gehalten wird. Dies wird durch die Behandlung des porösen Bauteils zum Verringern der OH-Gruppenkonzentration, der Behandlung zum Entfernen der Sauerstoffdefizit-Defekte und der Behandlung zum Dotieren mit Fluor erreicht, wobei die Behandlungen entweder gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Als weiteres vorteilhaftes Verfahren zum Erhalten eines optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers wird das in Anspruch 3 definierte Verfahren zur Verfügung gestellt. Das Verfahren eines optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers umfasst das Abscheiden von feinen, durch Flammenhydrolyse einer siliziumhaltigen Komponente aus der Gasphase erhaltenen Silicapartikeln auf einem hitzebeständigen Substratkörper unter Bildung einer porösen Vorform, wobei die poröse Vorform anschließend unter Bildung eines transparenten Körpers bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1400 und 1500 °C verglast wird, wobei das Verfahren zwischen dem Verfahrensschritt der Bildung der porösen Vorform und dem Verfahrensschritt des Verglasens zur Bildung des transparenten Quarzglaskörpers, weiterhin einen ersten Heißbehandlungsschritt bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1200 °C unter einer Mischgasatmosphäre aus einer chlorhaltigen Komponente und Sauerstoff, sowie nach dem ersten Heißbehandlungsschritt einen zweiten Heißbehandlungsschritt zum Dotieren der porösen Vorform mit Fluor bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1300 °C in einer Gasatmosphäre aus einer Fluoratome enthaltenden Verbindung beinhaltet, wobei nach dem Verfahrensschritt des Verglasens ein Verfahrensschritt zum Entfernen von Schlieren in mindestens einer Richtung durchgeführt wird, wobei dieser Verfahrensschritt die Durchführung einer Homogenisierungsbehandlung umfasst, die auf Anwendung einer mechanischen Deformationskraft basiert, die auf den erhitzten und erweichten transparenten Quarzglaskörper, erhalten infolge des besagten Verfahrensschrittes des Verglasens unter Bildung des transparenten Körpers, einwirkt.
Genauer gesagt wird in dem oben genannten zweiten Heißbehandlungsschritt zum Dotieren des Quarzglases mit Fluor in einer Konzentration, die der eines fluorhaltigen Quarzglases entspricht, im Allgemeinen ein Verfahren angewendet, wobei der porösen Vorform unter einer Gasatmosphäre aus einer fluorhaltigen Komponente während des Erhitzens Fluor zugesetzt wird. Dieses Verfahren umfasst die Verwrendung einer fluorhaltigen Komponente wie SiF₄, CF₄, SF₆ usw., die sich bei hohen Temperaturen zersetzt und entweder allein oder als Gemisch mit einem Inertgas, wie gasförmiger Stickstoff, Ar, He usw., oder mit gasförmigem Sauerstoff mit dem Quarzglas reagiert, und bei sorgfältiger Wahl der Bedingungen für die Wärmebehandlung umfasst es die Kontrolle der Fluorkonzentration, mit der das Quarzglas dotiert wird.
Des weiteren liegt in dem oben genannten Verfahrensschritt die Temperatur der Wärmebehandlung bei der Behandlung zum Dotieren mit Fluor vorzugsweise im Bereich zwischen 800 und 1300 °C, obwohl dies in Abhängigkeit von der Größe und dem Volumen der zu behandelnden porösen Vorform differiert.
Beträgt die Temperatur 800 °C oder weniger kann das Dotieren der porösen Vorform mit Fluor unzureichend werden oder es beansprucht zu viel Zeit. Andererseits besteht bei einer Temperatur von 1300 °C oder mehr das Problem der Kontamination aufgrund der Verunreinigungen, die aus dem Ofenmaterial diffundieren. Dies wirkt sich ungünstig auf die Transmission, die Beständigkeit gegen Laser, usw. aus. Da im Übrigen das Innenrohr des Ofens für die Behandlung zum Dotieren mit Fluor aus Quarzglas besteht, kann dieses beschädigt werden. Demzufolge wird eine Temperatur von 1300 °C oder mehr nicht bevorzugt.
Da das oben genannte Quarzglas anhand des Sootverfahrens hergestellt wird, enthält die poröse Vorform zu einem beträchtlichen Teil Hydroxylgruppen (Si-OH-Gruppen). Die Si-OH-Gruppen können zwar durch die für das Dotieren mit Fluor durchgeführte Heißbehandlung erheblich reduziert werden, jedoch ist dies noch nicht ausreichend für die Verwendung als Bauteil für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers. In diesem Fall ist es möglich, für die Behandlung zum Dotieren mit Fluor und die Wärmebehandlung zum Reduzieren der Si-OH-Gruppen geeignete Bedingungen einzustellen. Wird jedoch die Wärmebehandlung unter einer erhöhten Konzentration und einer höheren Temperatur durchgeführt als die oben genannte Wärmebehandlung, steigt die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Sauerstoffdefizit-Defekten, und es erscheint eine Absorptionsbande bei einer Wellenlänge von 163 nm, welches die Transmission und die Beständigkeit gegen F₂ Excimerlaser beeinträchtigt.
Um somit Si-OH auf effiziente Weise zu entfernen und dabei die hohe Fluorkonzentration sicher aufrechtzuerhalten ohne Sauerstoffdefizit-Defekte zu erzeugen, ist es effektiv, vor der Behandlung zum Dotieren mit Fluor einen Verfahrensschritt zum Entfernen von Si-OH-Gruppen einzufügen und eine Wärmebehandlung unter einer Mischgasatmosphäre durchzuführen, die Sauerstoff und eine chlorhaltige Komponente umfasst.
Die oben genannte Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der Größe und der Volumendichte der zu behandelnden porösen Vorform in einem Temperaturbereich zwischen 800 und 1200 °C durchgeführt, wobei eine chlorhaltige Komponente wie Cl₂, SiCl₄, Si(CH₃)Cl₃ usw. verwendet wird, das heißt, jede Verbindungstyp, der sich bei hoher Temperatur zersetzt und de mit den in dem Quarzglas enthaltenen Si-OH-Gruppen eine Reaktion eingeht.
Die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm wird dadurch erhalten, dass zuerst die gemessene Transmission T (apparent transmission) inklusive Reflektionsverlust einer präzise polierten Probe mit einer Dicke von 10 mm unter Verwendung eines UV-Spektrophotometers ermittelt wird und anschließend die interne Transmission Ti unter Bildung des Quotienten aus T und der theoretischen Transmission (Transmission exklusive Reflektionsverlust) To bei 157 nm ermittelt wird.
Genauer gesagt kann Ti gemäß der folgenden Gleichungen erhalten werden, wobei R den Reflektionsindex darstellt und n den Brechungsindex darstellt: R =(n–1)2/(n+1)2 To = (1–R)2 Ti = T/To
Da sich der Brechungsindex des fluorhaltigen Quarzglases in Abhängigkeit von der Fluorkonzentration ändert, muss die interne Transmission nach jeder Änderung des Brechungsindexes ermittelt werden. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, den Brechungsindex im Bereich von 157 nm genau zu messen. Entsprechend ist in vorliegender Erfindung der Brechungsindex eines Quarzglases mit einer Fluorkonzentration im Bereich zwischen 0,1 Mol-% und 2,0 Mol-% in einem Bereich von 1,689 bis 1,677 eingestellt, wobei die interne Transmission aufgrund dieser Werte ermittelt wurde. Wird ein Substrat als Photomaske verwendet, zum Beispiel als Material für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, beträgt die gemessene Transmission für eine Dicke von 10 mm 61,1 % oder mehr, vorzugsweise 69,8 % oder mehr.
Um des weiteren die Streuung der Fluorkonzentration auf 0,002 Mol-% oder niedriger zu regulieren, ist ein Verfahrensschritt zum Entfernen der Schlieren in mindestens einer Richtung vorgesehen, wobei dieser Verfahrensschritt die Durchführung einer Homogenisierungsbehandlung umfasst, die auf Anwendung einer mechanischen Verformungskraft basiert, die auf den erhitzten und erweichten transparenten Quarzglaskörper, erhalten durch den oben genannten Verfahrensschritt des Verglasens unter Bildung des transparenten Quarzglaskörpers, einwirkt.
Die Homogenisierungsbehandlung des oben genannten transparenten Quarzglaskörpers wird im Allgemeinen durch Halten des Körpers auf einer hohen Temperatur von 1800 °C oder mehr über einen langen Zeitraum in einem feuerfesten Ofen durchgeführt, wobei jedoch eine derartige Homogenisierungsbehandlung aufgrund von Verunreinigungen im Inneren des Ofenmaterials, in Halterungen und in der Atmosphäre zu einer Kontamination führen kann, wodurch die Beständigkeit und die Transmission bezogen auf die Strahlung eines F₂ Excimerlasers ungünstig beeinflusst werden.
Daher wird die Durchführung einer Homogenisierungsbehandlung ohne die Verwendung von feuerfesten Öfen bevorzugt, zum Beispiel wie bei dem in JP-A-Hei7-267662 beschriebenen Verfahren. Die genannte Homogenisierungsbehandlung umfasst das Halten beider Enden in Längsrichtung des transparenten Quarzglaskörpers mit einem Halteteil und während der Rotation des Körpers um die Achse, die die beiden Enden des Halteteils verbindet. Dabei wird unter Verwendung eines Brenners an dem synthetischen Quarzglasblock eine Schmelzzone gebildet, wobei die geschmolzene Glasmasse in der Schmelzzone durch Druckanwendung in Richtung der stützenden Achse nach außen ragende Bereiche bildet, und, nachdem diese mittels eines Trägers erfasst wurden, erfolgt die Homogenisierungsbehandlung in derselben Weise wie oben beschrieben.
Das anhand der oben genannten thermischen und mechanischen Homogenisierungsbehandlung erhaltene Quarzglas weist eine homogene Fluorkonzentration auf. Somit ergibt das daraus hervorgegangene Produkt eine flache Brechungsindexverteilung, wobei die Schlieren entfernt wurden. Dieses Produkt ist als optisches Bauteil für F₂ Excimerlaser gut geeignet. Durch eine Änderung der Anzahl der Behandlungen des fluorhaltigen transparenten Quarzglaskörpers, der der Homogenisierungsbehandlung unterzogen wird, und durch gleichzeitige Durchführung der Schmelzbehandlung können Bauteile aus Quarzglas in verschiedenen Formen und Größen mit einer gleichbleibend flachen Brechungsindexverteilung erhalten werden.
Um außerdem bei einer Wellenlänge von 633 nm eine Doppelbrechung von 0,5 nm/cm oder weniger zu erzielen, ist die Erfindung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Verfahrensschritt zum Entfernen von Schlieren einen Temperbehandlungsschritt umfasst, der nach dem Erhitzen des transparenten Quarzglaskörpers auf eine Temperatur oberhalb des oberen Kühlpunkts (cooling inition point) ein allmähliches Abkühlen vom oberen Kühlpunkt auf eine Temperatur von 600 °C mit einer Abkühlrate von 5 °C / Stunde oder niedriger umfasst.
In Abhängigkeit von der erforderlichen Doppelbrechung können die Bedingungen der Wärmebehandlung in der oben genannten Temperbehandlung geändert werden. Als Beispiel seien typische Bedingungen zum Erzielen einer Doppelbrechung von 0,5 nm/cm oder weniger bei einer Wellenlänge von 633 nm das Einstellen der Abkühlrate auf 5 °C / Stunde oder niedriger bei allmählichem Abkühlen von dem Kühlpunkt (1150 °C) in dem Verfahrensschritt des Temperns sowie das Einstellen der endgültigen Abkühltemperatur auf maximal 600 °C genannt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Tabelle, in der die Merkmale der Proben gemäß den Ausführungsbeispielen und den Vergleichsbeispielen aufgeführt sind.
2 zeigt ein Flussdiagramm der Verfahrensschritte für die Herstellung eines optischen Basisbauteils für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers gemäß vorliegender Erfindung.
3 zeigt eine Prinzipskizze eines Ofens zur Verwendung für die Durchführung von Dehydratisierungsbehandlung, Behandlung zum Dotieren mit Fluor, und zum Verglasen, um einen transparenten Glaskörper zu erhalten.
Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass solange keine spezifische Beschreibung erfolgt, die Größen, Materialien, Formen und die relative Lage der konstituierenden Komponenten nicht darauf beschränkt sind, sondern nur der Erklärung dienen.
Gemäß dem in 2 gezeigten Flussdiagramm wird nachfolgend das Verfahren für die Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers schematisch beschrieben.
Zuerst (S1) wird eine siliziumhaltige Komponente der Flammenhydrolyse in der Gasphase unterzogen, wobei die erhaltenen feinen Silicapartikel auf einem hitzebeständigen Substrat unter Bildung einer porösen Vorform abgeschieden werden.
Danach wird der erste und zweite Behandlungsschritt, wie nachfolgend beschrieben, durchgeführt, bevor ein transparentes verglastes Produkt durch Erhitzen der auf diese Weise erhaltenen porösen Vorform erhalten wird.
Genauer gesagt wird in S2 die oben genannte poröse Vorform einer Heißbehandlung in einem Temperaturbereich von 800 bis 1200 °C unter einer Mischgasatmosphäre aus einer chlorhaltigen Komponente und Sauerstoff unterzogen (erster Verfahrensschritt).
In dem darauffolgenden Verfahrensschritt (S3) wird die Vorform einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 800 bis 1300 °C unter einer Gasatmosphäre aus einer Fluoratome enthaltenden Komponente unterzogen (zweiter Verfahrensschritt).
Die den oben genannten ersten und zweiten Behandlungsschritten unterzogene poröse Vorform wird anschließend in einem Temperaturbereich zwischen 1400 und 1500 °C erhitzt, wobei ein transparenter Glaskörper erhalten wird, indem die Behandlung zum Transparent-Verglasen ausgeführt wird (S4).
Danach wird in S5 zum Entfernen der Schlieren eine thermische und eine mechanische Homogenisierungsbehandlung des auf diese Weise erhaltenen transparenten Glaskörpers durchgeführt (dritter Verfahrensschritt).
In S6 wird das nach Beendigung des dritten Verfahrensschrittes erhaltene Quarzglas auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und von dort allmählich abgekühlt, wodurch eine Temperbehandlung durchgeführt wird, indem das Glas mit einer Abkühlrate von 5 °C / Stunde oder niedriger auf die endgültige Temperatur von 600 °C abgekühlt wird (vierter Verfahrensschritt).
Aufgrund der Durchführung des oben genannten Verfahrens kann ein optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers erhalten werden, welches die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt.
Ausführungsbeispiel 1
Ein durch Vergasen erhaltenes gasförmiges Ausgangsmaterial, das heißt, ein auf Silan basierendes Gas wie Methyltrimethoxysilan [CH₃Si(OCH₃) ₃ .] usw. wird in einen Knallgasbrenner eingeführt und die durch die Reaktion in der Flammenhydrolyse erzeugten feinen Silicapartikel wurden auf einem Substrat 2 abgeschieden, welches mit einer Rate von 20,0 U/min rotiert wurde, um eine poröse Vorform 1 zu erhalten. Der Apparat für die Herstellung dieser porösen Vorform ist dem Fachmann bekannt.
Die auf diese Weise in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhaltene poröse Vorform 1 wies ein Gewicht von 4800 g und eine Dichte von 0,302 g/cm³ auf.
Bezogen auf 3 wurde anschließend die poröse Vorform 1 über das Substrat 2 an einem Hebewerk 6 befestigt und in dem Innenrohr 3 des Ofens, dessen Außenseite mit einem Grafitheizer 4 umgeben war, nach unten bewegt, wobei über eine Düse 5 für die Einleitung von Prozessgas am unteren Ende des Innenrohres 3 des Ofens 0,1 l/min an Cl₂, 0,4 l/min an 0₂, und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von Cl₂:O₂:He = 1:4:70) zugeführt wurde.
Die Vorform 1 aus Quarzglas wurde einer Behandlung zum allmählichen Dehydratisieren unterzogen (Entfernen von OH-Gruppen), das heißt, dem ersten Wärmebehandlungsschritt, durch Erhitzen der Vorform 1 auf 1050 °C unter Verwendung eines Grafitheizers 4 unter der oben genannten Mischgasatmosphäre, wobei die Vorform 1 mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wurde.
Danach wurde das Innere des Innenrohres 3 des Ofens durch ein Inertgas ersetzt, um das im ersten Schritt verwendete Prozessgas zu evakuieren, und während die oben genannte Vorform 1 aus Quarzglas in dem Innenrohr 3 des Ofens nach unten bewegt wurde, erfolgte die Behandlung zum Dotieren mit Fluor, das heißt, der zweite Wärmebehandlungsschritt. Genauer gesagt wurde die Vorform während des Erhitzens auf 1250 °C unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,4 l/min an SiF₄ und 0,7 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 2:35) hergestellt wurde, mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt.
Anschließend wurde das Innere des Innenrohres 3 des Ofens durch ein Inertgas ersetzt, um das im ersten Schritt verwendete Prozessgas zu evakuieren, und während die oben genannte Vorform 1 aus Quarzglas in dem Innenrohr 3 des Ofens mit einer Rate von 1 mm/min nach unten bewegt wurde, erfolgte die Behandlung zum Transparent-Verglasen bei 1480 °C unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,4 l/min an SiF₄ und 0,7 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 2:35) hergestellt wurde.
Der auf diese Weise erhaltene transparente Glaskörper wurde von dem Substratkörper abgeschnitten und der Homogenisierungsbehandlung, das heißt, dem auf JP-A-Hei7-267662 basierenden dritten Verfahrensschritt, unterzogen.
Genauer gesagt umfasst die Homogenisierungsbehandlung das Befestigen des Halteteils an beiden Enden in Längsrichtung des auf diese Weise geschnittenen stabförmigen transparenten Glaskörpers. Die Halteteile werden an den Spannvorrichtungen einer Drehmaschine angebracht und der stabförmige transparente Glaskörper während seiner Rotation erhitzt. Dann wird mittels des Halteteils die auf diese Weise durch lokales Erhitzen erweichte Schmelzzone durch Verändern der Rotationsrichtung sowie der Umdrehungsgeschwindigkeiten weiterverarbeitet.
Das stabförmige Quarzglas wird weiter erhitzt und erweicht und durch Zusammendrücken mit Hilfe des Halteteils in Richtung der Rotationsachse zu einem kugelförmigen transparenten Glaskörper geformt. Nach dem Abschneiden des kugelförmigen transparenten Glaskörpers von dem Halteteil wird die Achse um 90 Grad gedreht und der Glaskörper erneut an dem Halteteil befestigt. Das Halteteil wird an zwei Spannvorrichtungen angebracht, und während der Rotation wird das gesamte kugelförmige Glas unter der Verwendung eines Brenners erhitzt und erweicht und der Abstand zwischen den beiden Spannvorrichtungen vergrößert, um das Glas in Richtung der zweiten Achse auseinanderzuziehen und einen stabförmigen transparenten Glaskörper zu erhalten.
Während der Rotation um die oben genannte zweite Achse wird der auf diese Weise erhaltene stabförmige transparente Glaskörper lokal erhitzt, so dass über das Halteteil die durch lokales Erhitzen erzeugte Schmelzzone mittels des Halteteils durch Verändern der Rotationsrichtung sowie der Umdrehungsgeschwindigkeiten weiterverarbeitet wird. Auf diese Weise wird ein stabförmiges Quarzglas erhalten, das in drei Richtungen homogen ist. Während der Rotation des stabförmigen Quarzglases erfolgt weiteres Erhitzen und Erweichen unter Bildung einer Schmelzzone. So wird durch Zusammendrücken in Richtung der Rotationsachse ein roher Quarzglasblock in Form eines Rugby-Balls erhalten, der einen Durchmesser von etwa 130 mm und eine Höhe von etwa 200 mm aufweist.
Auf diese Weise kann in drei Richtungen schlierenfreies Quarzglas erhalten werden.
Des weiteren wurde das der Homogenisierungsbehandlung unterzogene synthetische Quarzglas 20 Stunden in einem Elektroofen auf 1150 °C gehalten und einer Temperbehandlung gemäß dem vierten Verfahrensschritt unterzogen, die ein allmähliches Abkühlen auf 550 °C mit einer Abkühlrate von 1 °C/h umfasst.
Die Konzentrationen von OH-Gruppen und Fluor, die bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessene Doppelbrechung, Schlieren, die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm vor und nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser, die Beständigkeit gegen Laser und die Brechungsindexverteilung des auf diese Weise hergestellten Quarzglases von Ausführungsbeispiel 1 werden in der linken Spalte der in 1 dargestellten Tabelle angegeben.
Ausführungsbeispiel 2
Der Herstellungsprozess ist im Grunde derselbe wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, außer dem Behandlungsschritt zum Dotieren mit Fluor und der Behandlung zum Transparent-Verglasen gemäß dem zweiten Verfahrensschritt.
Genauer gesagt umfasst der Behandlungsschritt zum Dotieren mit Fluor (S3) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass die Vorform bei 1100 °C unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,05 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:140) hergestellt wurde, mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wird.
Der Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens (S4) wurde durchgeführt, indem die Vorform aus Quarzglas im Innenrohr des Ofens bei 1400 °C unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,05 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:140) hergestellt wurde, mit einer Rate von 1,0 mm/min nach unten bewegt wurde.
Auf diese Weise wurde ein Quarzglas unter ähnlichen Bedingung wie in Ausführungsbeispiel 1 hergestellt. Die Konzentrationen von OH-Gruppen und Fluor, die bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessene Doppelbrechung, Schlieren, die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm vor und nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser, die Beständigkeit gegen Laser und die Brechungsindexverteilung des Quarzglases werden in 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
In dem vorliegenden Beispiel wurde die nachfolgend beschriebene Behandlung in einem ersten und einem zweiten Verfahrensschritt sowie dem Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens durchgeführt, wobei die jeweiligen Verfahrensschritte im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1 abgeändert wurden.
Zuerst wurde eine poröse Vorform 1 hergestellt, indem ein durch Vergasen von Methyltrimethoxysilan erhaltenes gasförmiges Ausgangsmaterial der Knallgas-Flammenhydrolyse unterzogen wurde.
Die auf diese Weise erhaltene poröse Vorform wurde einem ersten Verfahrensschritt (dem Verfahrensschritt zum Entfernen von Si-OH-Gruppen) unterzogen, indem sie bei 1250 °C während des Zuführens von 7,5 l/min an He mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wurde.
In dem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt wurde die Behandlung zum Dotieren mit Fluor durchgeführt, indem die Vorform aus Quarzglas bei 1250 °C unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,2 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:35) hergestellt wurde, mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wurde.
Im Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens wurde ein transparenter Glaskörper erhalten, indem die Vorform aus Quarzglas mit einer Rate von 1,0 mm/min nach unten bewegt wurde und diese unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,2 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:35) hergestellt wurde, auf 1480 °C erhitzt wurde.
Anschließend wurden auf dieselbe Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 eine Homogenisierungsbehandlung und eine Temperbehandlung durchgeführt. Die Konzentrationen von OH-Gruppen und Fluor, die bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessene Doppelbrechung, Schlieren, die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm vor und nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser, die Beständigkeit gegen Laser und die Brechungsindexverteilung des Quarzglases werden in 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 2
In Vergleichsbeispiel 2 wurde der zweite Verfahrensschritt ausgelassen und der erste Verfahrensschritt, der Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens und der vierte Verfahrensschritt wurden jeweils im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1 in abgeänderter Form durchgeführt.
Zuerst wurde eine poröse Vorform 1 hergestellt, indem ein durch Vergasen von Methyltrimethoxysilan erhaltenes gasförmiges Ausgangsmaterial der Knallgas-Flammenhydrolyse unterzogen wurde.
Die daraus entstandene poröse Vorform wurde einer Behandlung zum Dehydratisieren unterzogen, indem sie mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wurde und unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,1 l/min an Cl₂, 0,4 l/min an 0₂, und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von Cl₂:O₂:He = 1:4:70) hergestellt wurde, auf 1100 °C erhitzt wurde.
In dem folgenden Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens wurde die poröse Vorform bei 1500 °C während des Zuführens von 7,0 l/min an He mit einer Rate von 1,0 mm/min nach unten bewegt.
Anschließend wurde eine Homogenisierungsbehandlung, ähnlich wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, durchgeführt.
Weiterhin wurde in dem vierten Verfahrensschritt das Quarzglas 20 Stunden in einem Elektroofen auf 1150 °C gehalten und dann mit einer Abkühlrate von 2 °C/Stunde auf 900 °C abgekühlt.
Die Konzentrationen von OH-Gruppen und Fluor, die bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessene Doppelbrechung, Schlieren, die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm vor und nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser, die Beständigkeit gegen Laser und die Brechungsindexverteilung des Quarzglases werden in 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 3
In Vergleichsbeispiel 3 waren der erste Verfahrensschritt, die Temperatur der Heißbehandlung im zweiten Verfahrensschritt und der Verfahrensschritt zum transparenten Verglasen im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1 jeweils unterschiedlich, und der vierte Verfahrensschritt wurde ausgelassen.
Zuerst wurde eine poröse Vorform 1 hergestellt, indem ein durch Vergasen von Methyltrimethoxysilan erhaltenes gasförmiges Ausgangsmaterial der Knallgas-Flammenhydrolyse unterzogen wurde.
In dem ersten Verfahrensschritt wurde die daraus entstandene Vorform einer Behandlung zum Dehydratisieren unterzogen, indem sie mit einer Rate von 2,5 mm/min nach unten bewegt wurde und unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,1 l/min an Cl₂, 0,4 l/min an O₂, und 7,01 l/min an He (Volumenverhältnis von Cl₂:O₂:He = 1:4:70) hergestellt wurde, auf 1100 °C erhitzt wurde.
In dem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt wurde das Dotieren mit Fluor durchgeführt, indem die Vorform aus Quarzglas mit einer Rate von 4,0 mm/min nach unten bewegt wurde und unter einer Mischgasatmosphäre, die durch Zuführen von 0,05 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:35) hergestellt wurde, auf 1050 °C erhitzt wurde.
In dem folgenden Verfahrensschritt des Transparent-Verglasens wurde die poröse Vorform bei 1480 °C während des Zuführens von 0,05 l/min an SiF₄ und 7,0 l/min an He (Volumenverhältnis von SiF₄:He = 1:140) mit einer Rate von 1,0 mm/min nach unten bewegt.
Danach wurde, ähnlich wie bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, eine Homogenisierungsbehandlung durchgeführt. Es erfolgte jedoch keine Temperbehandlung. Die Konzentrationen von OH-Gruppen und Fluor, die bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessene Doppelbrechung, Schlieren, die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm vor und nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser, die Beständigkeit gegen Laser und die Brechungsindexverteilung des Quarzglases werden in 1 angegeben.
Die in 1 gezeigten physikalischen Eigenschaften gemäß Ausführungsbeispielen 1 bis 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden anhand der nachfolgend beschriebenen Messverfahren erhalten.

1) Si-OH-Gruppenkonzentration Die Konzentration wurde aus der Absorptionsintensität der OH-Valenzschwingung (Wellenzahl: 3670 cm^–1) von Si-OH ermittelt, indem das Fourier-Transformations-Infrarot-Absorptionsspektrum unter Verwendung eines Model 1720× Spektrophotometers von Perkin Elmer Inc., gemessen wurde.
2) OH-Gruppenkonzentration (Gew.-ppm) = 100 × (Absorption des Absorptionsbandes bei 3670 cm–1)/Dicke (cm)
3) Fluorkonzentration Die Konzentration wurde durch Messen des Raman-Streuspektrums erhalten, indem das Verhältnis der Intensität der SiO₂-Bande des Ramanspektrums bei 800 cm^–1 und der Si-F-Vibrationsschwingungsbande bei 945 cm^–1 gemäß dem in J. Material Sci., 28 (1993), S. 2738 – 2744 beschriebenen Verfahren ermittelt wurde. Als Apparatur wurde JEOL NR-1100 eingesetzt, und es wurde eine Wellenlänge von 488 nm eines Ar Ionenlasers verwendet.
4) Transmission bei 157 nm Für eine beidseitig optisch präzise polierten Probe (das heißt, die Oberflächenrauigkeit betrug im quadratischen Mittelwert 3 Ångström oder weniger) mit einem Durchmesser von 30 mm und eine Dicke von 10 mm wurde anhand eines Vakuum-UV-Spektrometers die gemessene Transmission ermittelt. Als Messinstrument wurde ein JEOL VUV-200 Vakuum-UV-Spektrophotometer verwendet.
5) Messung der Brechungsindexverteilung Es wurde ein Messverfahren unter Verwendung eines Fizeau-Interferometers eingesetzt. Bei einer Probe mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm wurde die Brechungsindexverteilung über eine Dicke von 10 mm unter Verwendung der Wellenlänge eines He-Ne-Lasers gemessen.
6) Messung der Doppelbrechung Die Messung erfolgte bei einer Wellenlänge von 633 nm eines He-Ne-Lasers. Als Messinstrument wurde eine Apparatur Model AOR – 200, hergestellt von Oak Manufacturing Co. Ltd., zur Messung der Doppelbrechung verwendet.
7) Schlieren Die Schlieren wurden anhand von Polarisationsplatten unter gekreuzten Polarisatoren (Nicols) sichtbar gemacht.
8) Beständigkeit gegen die Strahlung eines F₂ Excimerlasers Eine ähnlich wie in Punkt 3) beschriebene Probe wurde mit einem F₂ Excimerlaser bestrahlt und die Vakuum-UV-Spektra wurden vor und nach der Bestrahlung ähnlich wie in Punkt 3) gemessen. So wurde aus der Änderung der Transmission für eine Wellenlänge von 157 nm die Beständigkeit gegen Laserbestrahlung ermittelt. Die Bestrahlung erfolgte i einer mit gasförmigem N₂ gespülten Kammer, wobei die Probe direkt mit dem Laser bestrahlt wurde. Die Bestrahlung erfolgte unter den Bedingungen einer Energiedichte von 8 mJ/cm² (3,2 W/cm²) pro Puls, einer Impulswiederholungsfrequenz von 400 Hz und einer Wiederholung der Bestrahlung anhand 3,5 E+5 Pulsen.

Um ein optisches Material mit praktikabler Stabilität im Sinne der vorliegenden Erfindung zu erhalten, sollte im Allgemeinen nach 3E+5 Pulsen einer Energiedichte von 10 mJ/cm² pro Puls der Abfall der Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm nach der Bestrahlung mit einem F₂ Excimerlaser 5 Punkte oder weniger pro 10 mm Dicke betragen. Dem liegt die Tatsache zugrunde, dass in der praktischen Anwendung bei einer angenommenen übertragenen Energiedichte von 0,1 mJ/cm² der oben angegebene Wert eines Abfalls der Transmission in einem Bereich von 3E+7 bis 3E+9 Pulsen entspricht. Dies gewährleistet eine zufriedenstellende Beständigkeit für ein einsetzbares optisches Bauteil.
Auf Basis der in 1 gezeigten Daten ist ersichtlich, dass anhand Ausführungsbeispiel 1 ein Quarzglas mit hervorragender Homogenität erhalten wird, das bei einer Wellenlänge von 157 nm eine günstige Transmission und nach der Bestrahlung mit Laser keine verminderte Transmission aufweist. In Ausführungsbeispiel 1 erfolgte eine Behandlung zum Dotieren mit Fluor unter einer Atmosphäre aus gasförmigem SiF₄ zum Einstellen der OH-Gruppenkonzentration auf weniger als 1 Gew.-ppm und der Fluorkonzentration auf 1,8 Mol-%, und es wurden die thermische und die mechanische Homogenisierungsbehandlung durchgeführt.
In Ausführungsbeispiel 2 erfolgte die Behandlung zum Dotieren mit Fluor bei einer niedrigeren Temperatur und unter einer geringeren Gasmenge an SiF₄ als in Ausführungsbeispiel 1 verwendet, wobei die Einstellung der OH-Gruppenkonzentration auf weniger als 1 Gew.-ppm und die Fluorkonzentration auf 0,2 Mol-%, also auf einen geringeren Wert als in Ausführungsbeispiel 1, erfolgte. So wurde durch die Anwendung einer Homogenisierungsbehandlung, ähnlich der in Ausführungsbeispiel 1, ein Quarzglas mit hervorragender Homogenität erhalten.
Das in diesem Ausführungsbeispiel erhaltene Quarzglas ist qualitativ hochwertiger als ein konventionelles optisches Quarzglas, das bezogen auf die Transmission und die Beständigkeit gegen Laserstrahlung nicht dem Dotieren mit Fluor unterzogen wurde, aber es ist qualitativ minderwertiger als das in Ausführungsbeispiel 1 erhaltene Quarzglas. Das in diesem Ausführungsbeispiel erhaltene Quarzglas ist jedoch als Substrat für Photomasken verwendbar. Entsprechend ist das in Ausführungsbeispiel 1 erhaltene Produkt eher für Linsen und dergleichen geeignet.
Das in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Glas wurde vor dem Dotieren mit Fluor einer Heißbehandlung ohne Verwendung von Cl₂-Gas unterzogen, wobei das Dotieren mit Fluor unter einer Gasatmosphäre aus SiF₄ erfolgte. Somit enthält das Glas 6 ppm an verbleibenden OH-Gruppen. Dies wird auf die allmähliche Dehydratisierung durch gasförmiges SiF₄ zurückgeführt.
Ein Quarzglas mit hervorragender Homogenität wurde durch die Homogenisierungsbehandlung und die Temperbehandlung eines Glases erhalten, dessen Fluorkonzentration auf 1,0 Mol-% eingestellt war, ähnlich wie bei Ausführungsbeispiel 1. Da jedoch das Glas verbleibende OH-Gruppen enthielt, betrug die Transmission bei einer Wellenlänge von 157 nm nur 30 %, und eine derart geringe Transmission macht das Glas selbst als Substrat für Masken unbrauchbar. Außerdem traten durch die Bestrahlung mit Laser Absorptionsmaxima bei Wellenlängen von 215 nm und 260 nm auf, wobei die Transmission weiter abnahm. Auf diese Weise ergab sich auch eine geringe Beständigkeit gegen Laserstrahlung.
Das Glas gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurde einer Dehydratisierungsbehandlung unter Verwendung von gasförmigem Cl₂ unterzogen, aber die transparente Verglasung wurde ohne eine Behandlung zum Dotieren mit Fluor durchgeführt, wobei die Homogenisierungsbehandlung und die Temperbehandlung auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 erfolgte. Die OH-Gruppenkonzentration wurde auf 1 Gew.-ppm oder weniger eingestellt. Da das Glas kein Fluor enthält, weist es Sauerstoffdefizit-Defekte mit einer Absorptionsbande bei einer Wellenlänge von 163 nm auf, zeigt eine geringe Durchlässigkeit für Licht einer Wellenlänge von 157 nm sowie eine erheblich verminderte Transmission nach der Bestrahlung durch Laser. Des weiteren wurde die Doppelbrechung erhöht, weil die Abkühlrate nach dem Tempern im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1 auf einen deutlich höheren Wert eingestellt wurde.
Das Glas gemäß Vergleichsbeispiel 3 wurde einer Dehydratisierungsbehandlung unter Verwendung von gasförmigem Cf₂ unterzogen, aber das Dotieren mit Fluor erfolgte bei einer geringeren Flussrate von gasförmigem SiF₄, einer niedrigeren Temperatur, einer höheren Bewegungsrate des Glases beim Erhitzen nach unten, und die transparente Verglasung wurde bei einer geringeren Flussrate von gasförmigem SiF₄ durchgeführt. Die OH-Gruppenkonzentration beträgt 1 Gew.-ppm oder weniger, wobei die Fluorkonzentration nur auf 0,05 Mol-% eingestellt wurde. Des weiteren wurde weder eine Homogenisierungs- noch eine Temperbehandlung durchgeführt. Da das Glas Spuren von Fluor enthält, trifft es zwar nicht grundsätzlich zu, dass die Transmission und die Beständigkeit gegen Laser sehr gering sind, jedoch wurde festgestellt, dass das Glas Schlieren enthielt und dass es eine hohe Doppelbrechung sowie eine ungünstige Brechungsindexverteilung aufwies.
Somit ist es für den Einsatz zum Abbilden von Linien im Submikron-Bereich unbrauchbar, und die Herstellung von Gläsern mit einem Durchmesser von mehr als 200 mm wird außerordentlich schwierig.
Wirkung der Erfindung
Gemäß dem optischen Quarzglas der vorliegenden Erfindung werden die Konzentrationen von Fluor und OH-Gruppen eingestellt, und das Verfahren beinhaltet eine Temperbehandlung und eine Homogenisierungsbehandlung. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Quarzglas mit vollkommen zufriedenstellenden optischen Eigenschaften; das heißt, das Quarzglas weist hohe optische Durchlässigkeit und hervorragende Beständigkeit gegen Laserstrahlung auf, ist schlierenfrei und weist dazu eine geringe Doppelbrechung auf und ist hoch homogen. Dementsprechend kann das Quarzglas als optisches Bauteil effektiv für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers verwendet werden.

Claims

Optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, das aus einem transparenten Quarzglaskörper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluorkonzentration im Bereich zwischen 0,1 und 2 Mol-% und die OH-Gruppenkonzentration bei 5 Gew.-ppm oder weniger liegt, wobei die Streuung der Fluorkonzentration 0,002 Mol-% oder weniger, und die Doppelbrechung bei einer Wellenlänge von 633 nm 0,5 nm/cm oder weniger beträgt.
Optisches Bauteil aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Lichtdurchlässigkeit (internal transmittance) für die von einem F₂ Excimerlaser erzeugte Strahlung einer Wellenlänge von 157 nm bei 70 oder höher liegt.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers, das aus einem transparenten Quarzglaskörper gebildet ist, indem feine, durch Flammenhydrolyse einer siliziumhaltigen Komponente aus der Gasphase erhaltene Silicapartikel auf einem hitzebeständigen Substratkörper unter Bildung einer porösen Vorform abgeschieden werden, wobei die poröse Vorform anschließend unter Bildung eines transparenten Körpers bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1400 und 1500°C verglast wird, wobei das Verfahren zwischen dem Verfahrensschritt der Bildung der porösen Vorform und dem Verfahrensschritt des Verglasens zur Bildung des transparenten Quarzglaskörpers, weiterhin einen ersten Heißbehandlungsschritt bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1200°C unter einer Mischgasatmosphäre aus einer chlorhaltigen Komponente und Sauerstoff, sowie nach dem ersten Heißbehandlungsschritt einen zweiten Heißbehandlungsschritt zum Dotieren der porösen Vorform mit Fluor bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1300°C in einer Gasatmosphäre aus einer Fluoratome enthaltenden Verbindung beinhaltet, wobei nach dem Verfahrensschritt des Verglasens ein Verfahrensschritt zum Entfernen von Schlieren in mindestens einer Richtung durchgeführt wird, wobei dieser Verfahrensschritt die Durchführung einer Homogenisierungsbehandlung umfasst, die auf Anwendung einer mechanischen Deformationskraft basiert, die auf den erhitzten und erweichten transparenten Quarzglaskörper, erhalten infolge des besagten Verfahrensschrittes des Verglasens unter Bildung des transparenten Körpers, einwirkt.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas für die Übertragung der Strahlung eines F₂ Excimerlasers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt zum Entfernen von Schlieren ein Temperbehandlungsschritterfolgt, der nach dem Erhitzen des transparenten Quarzglaskörpers auf eine Temperatur oberhalb des oberen Kühlpunkts (cooling initiation point) ein allmähliches Abkühlen vom oberen Kühlpunkt auf eine Temperatur von 600°C mit einer Abkühlrate von 5°C/Stunde oder niedriger umfasst.