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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohling für ein optisches Bauteil aus
Quarzglas, der eine Kontur des optischen Bauteils mit Übermaß umfasst und dessen
Oberfläche durch eine Unterseite, eine dieser mit Abstand gegenüberliegende
Oberseite, und einen um eine Mittelachse umlaufenden Außenrand gebildet wird
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings für ein
optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend die Verfahrensschritte, in denen eine
die Kontur des herzustellenden optischen Bauteils mit Übermaß umfassende
Vorform, deren Oberfläche durch eine Unterseite, eine dieser mit Abstand
gegenüberliegende Oberseite, und einen um eine Mittelachse umlaufenden
Außenrand gebildet wird, bereitgestellt und einer thermischen Behandlung
unterworfen wird.
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Ein gattungsgemäßer Rohling und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind aus der
EP-A 401 845 bekannt. Darin wird die Herstellung einer Linse für ein
Mikrolithographiegerät beschrieben. Hierzu wird ein stabförmiger Block aus
synthetischem Quarzglas in eine Anzahl plattenförmiger Rohlinge zersägt, wobei in
der Regel aus jedem der Rohlinge ein optisches Bauteil erhalten wird. Die Rohlinge
weisen jeweils gegenüber der Außenkontur des herzustellenden optischen Bauteils
ein Übermaß auf, das im Verlauf der weiteren Fertigungsverfahrens abgetragen wird.
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Die Homogenität des Quarzglas-Rohlings hängt sowohl von einer gleichmäßigen
chemischen Zusammensetzung, als auch von einer homogenen Verteilung der
sogenannten "fiktiven Temperatur" über den Rohling ab. Bei der fiktiven Temperatur
handelt es sich um einen Parameter, der die spezifische Netzwerkstruktur des
Quarzglases charakterisiert. Ein gängiges Messverfahren zur Ermittlung der fiktiven
Temperatur anhand einer Messung der Raman-Streuintensität bei einer Wellenzahl
von etwa 606 cm-1 ist in "Ch. Pfleiderer et. al. "The UV-induced 210 nm absorption
band in fused Silica with different thermal history and stoichiometry"; J. Non-Cryst.
Solids 159 (1993) 145-143" beschrieben.
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Um mechanische Spannungen innerhalb des plattenförmigen Rohlings abzubauen
und eine homogene Verteilung der fiktiven Temperatur zu erreichen, wird dieser
üblicherweise sorgfältig getempert. In der EP-A 401 845 wird eine Temperprogramm
vorgeschlagen, bei dem der Rohling einer 50-stündigen Haltezeit bei einer
Temperatur von etwa 1100°C unterworfen wird und abschließend in einem
langsamen Abkühlschritt mit einer Abkühlrate von 2°/h auf 900°C und dann im
geschlossenen Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Bei dieser
Temperaturbehandlung kann es durch Ausdiffusion von Komponenten zu lokalen
Veränderungen der chemischen Zusammensetzung - insbesondere in den
oberflächennahen Bereichen - des Rohlings kommen. Insoweit kann sich ein
besonders langes Tempern des Rohlings zur Einstellung einer möglichst
gleichmäßigen Verteilung der fiktiven Temperatur auf dessen Homogenität sogar
nachteilig auswirken.
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Die Oberfläche des bekannten Rohlings wird durch eine ebene Unterseite, eine
dieser gegenüberliegende ebene Oberseite und eine Oberseite und Unterseite
verbindende Zylindermantelfläche gebildet. Die Oberfläche umgibt die Bauteil-Kontur
mit Übermaß. Allein das Vergrößern des Übermaßes ist keine bevorzugte
Maßnahme, um die Ausdiffusion aus dem Bereich der Bauteil-Kontur beim Tempern
zu verringern. Denn größere Rohling-Abmessungen erfordern längere Temperzeiten,
um eine gleichmäßige Verteilung der fiktiven Temperatur innerhalb er Bauteil-Kontur
zu gewährleisten. Längere Temperzeiten erhöhen die Fertigungskosten und fördern
wiederum die Ausdiffusion. Darüber trägt ein großes Übermaß auch wegen größerer
Materialverluste zu höheren Fertigungskosten bei.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohling bereitzustellen, aus dem
optische Bauteile hoher Homogenität erhalten werden können, und ein
kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rohlings anzugeben.
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Hinsichtlich des Rohlings wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs
genannten Rohling erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein im Bereich des
Außenrandes beginnender und sich in Richtung der Mittelachse erstreckender,
umlaufender Verdickungsbereich vorgesehen ist, in welchem der Abstand zwischen
Unterseite und Oberseite größer ist als im Bereich der Mittelachse.
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Wie bereits erwähnt, wird die Homogenität des Quarzglases im wesentlichen
bestimmt durch die Verteilung der fiktiven Temperatur einerseits, und durch die
Verteilung der chemischen Komponenten des Quarzglases andererseits. Einige der
im Hinblick auf die Homogenität zu beachtenden chemischen Komponenten sind die
Hydroxylgruppen (OH), die Si-H-Gruppen (Si-H) und molekular gelöster Wasserstoff,
(H2). Grundvoraussetzung für homogenes Quarzglas ist, dass diese Komponenten im
SiO2-Netzwerk homogen verteilt sind. Die lokale Konzentration der Komponenten
OH, Si-H und H2 an einer beliebigen Stelle "X" innerhalb des Rohlings stellt sich
infolge einer Gleichgewichtsreaktion ein, die sich wie folgt beschreiben lässt:
Si-O-Si + H2 ↔ Si-OH + Si-H (1)
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Die Lage des Gleichgewichts ist von der Temperatur, der OH-SiH- und der
Wasserstoffkonzentration abhängig. Neben der lokalen Temperatur ist hierbei
insbesondere die lokale Wasserstoffkonzentration zu beachten, da diese wegen der
hohen Diffusionskonstante von Wasserstoff in Quarzglas durch Ausdiffusion beim
Tempern stark beeinflusst werden kann, wohingegen die OH-Konzentration durch
das Tempern wenig beeinflusst wird.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Lage des chemischen
Gleichgewichts nach Gleichung (1) nicht nur direkte Auswirkungen auf die
Homogenität des Quarzglases hat, sondern darüber hinaus auch die Einstellung der
fiktiven Temperatur beeinflusst. Es hat sich gezeigt, dass eine homogene Verteilung
der fiktiven Temperatur nur dann erreicht werden kann, wenn gleichzeitig auch die
Lage der Gleichgewichtsreaktion (1) homogen verteilt ist.
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Konzentration der im Quarzglas enthaltenen Komponenten, die an der
Gleichgewichtsreaktion (1) teilnehmen, homogen verteilt ist. Da sowohl die fiktive
Temperatur als auch das chemische Gleichgewicht nach (1) von der Konzentration
der beteiligten Komponenten als auch von der absoluten Temperatur abhängen, ist
im Idealfall eine zu jedem Zeitpunkt während des Temperns (insbesondere während
der Abkühlphase) eine möglichst homogene Temperaturverteilung unter der
Randbedingung, dass die Absolut-Konzentrationen der besagten chemischen
Komponenten zu Beginn des Prozesses im Rohling ebenfalls homogen verteilt sind.
Der Einstellung der Gleichgewichtsverteilung von Temperatur und Wasserstoff wirkt
jedoch einerseits die Wärmeleitung des Rohlings und andererseits die Diffusion von
Wasserstoff in Quarzglas entgegen.
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Dennoch kann auch unter diesen Randbedingungen die bisher bei der
Temperaturbehandlung übliche zylindrische Plattengeometrie der Rohlings
verbessert werden. Denn die Plattengeometrie ist aus den im Folgenden
aufgeführten Gründen nicht geeignet, eine homogene Verteilung der besagten
Komponenten und eine homogene Temperaturverteilung im Bereich der Bauteil-
Kontur zu erreichen:
- 1. Beim Abkühlen eines Quarzglaskörpers bildet sich zwangsläufig ein von Innen
nach Außen steigender - und beim Aufheizen ein in dieser Richtung fallender -
Temperaturgradient aus. Daher stellt sich in Abhängigkeit von der lokalen
Temperatur zwangsläufig innerhalb des Quarzglaskörpers ein lokal anderes
chemisches Gleichgewicht nach Gleichung (1) ein.
- 2. Im Verlauf der Temperaturbehandlung verringert sich der Wasserstoffgehalt
aufgrund von Ausdiffusion innerhalb des Quarzglaskörpers (sofern einer
Ausdiffusion nicht entgegengewirkt wird, etwa durch Aufrechterhaltung eines
ausreichend hohen H2-Partialdrucks in der Umgebungsatmosphäre). Dabei
verarmen zunächst die oberflächennahen Bereiche des Quarzglaskörpers unter
Ausbildung eines Konzentrationsgradienten von Innen nach Außen, was ebenfalls
in einer lokal unterschiedlichen Einstellung des chemischen Gleichgewichts (1)
resultiert.
- 3. Ein Temperaturgradient gemäß 1. und ein Konzentrationsgradient und damit
einhergehend ein lokal unterschiedliches chemisches Gleichgewicht (1) gemäß 2.
haben eine lokal unterschiedliche Viskosität zur Folge. Auch die Viskosität wirkt
sich wiederum auf die Einstellung der lokalen Netzwerkstruktur des Quarzglases
und damit auf die fiktive Temperatur aus, so dass auch lokale Unterscheide im
zeitlichen Viskositätsverlauf zu einer inhomogenen Verteilung der fiktiven
Temperatur führen.
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Die unter 1. bis 3. beschriebenen und im Hinblick auf die Homogenität ungünstigen
Effekte (Temperaturgradient, Konzentrationsgradient, lokal unterschiedlicher
Viskositätsverlauf) werden beim erfindungsgemäßen Verfahren durch einen am
Außenrand umlaufenden Verdickungsbereich verringert. Innerhalb dieses
Verdickungsbereichs ist der Abstand zwischen Unterseite und Oberseite - und damit
auch der Abstand zwischen der Bauteil-Kontur und der freien Oberfläche - größer als
im Bereich der Mittelachse des Rohlings. Der Verdickungsbereich beginnt im Bereich
des Außenrands - also unmittelbar an demselben oder etwas dahinter - und erstreckt
sich von dort über die gesamte Rohling-Oberfläche oder einen Teil davon in Richtung
der Mittelachse.
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Unter der "Bauteil-Kontur" wird der um das Übermaß verringerte Bereich des
Rohlings verstanden, aus dem letztlich das optische Bauteil gefertigt wird. Die
Bauteil-Kontur ergibt sich als eine die Abmessungen des optischen Bauteils
umhüllende Rechteckform.
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Der Verdickungsbereich bildet einen Teil des Übermaßes des Rohlings.
Erfindungsgemäß ist das Übermaß dabei am Randbereich größer als im
Mittelbereich. Es hat sich gezeigt, dass sich durch eine derartige Anhäufung von
Quarzglasmasse im Randbereich des Rohlings beim Abkühlen während der
Temperaturbehandlung geringere Temperaturgradienten im Bereich der Bauteil-
Kontur ausbilden. Randeffekte, die eine Ausdiffusion von Wasserstoff fördern
können, werden minimiert, da sich ein wesentlicher Teil der Masse des Rohlings im
Randbereich konzentriert. Dadurch wird auch die Ausdiffusion von Wasserstoff aus
dem Bereich der Bauteil-Kontur verringert, so dass ich in diesem Bereich ein geringer
Gradient der Wasserstoffkonzentration einstellt. Letztlich wird durch den
Verdickungsbereich die Gesamtmasse des Rohlings und der Materialfaktor nicht
wesentlich erhöht, da das zusätzliche Übermaß im wesentlichen auf den Rand des
Rohlings beschränkt sein kann.
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Die Geometrie des Außenrands des Rohlings ist für den Erfolg der
erfindungsgemäßen Lehre nicht entscheidend. Der Außenrand wird in der Regel die
Kante zwischen Oberseite oder Unterseite und einer Zylindermantelfläche bilden; er
kann aber beispielsweise auch eine nach Innen oder nach Außen gewölbte oder spitz
zulaufende seitliche Begrenzung des Rohlings darstellen.
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Die Stärke des Verdickungsbereichs ist im Bereich des Außenrandes größer als im
Bereich der Mittelachse. Dementsprechend nimmt der Abstand zwischen Unterseite
und Oberseite vom Rand nach Innen ab. Die Verkürzung des Abstands kann in einen
oder mehreren Stufen erfolgen. Als besonders günstig hat es sich aber erwiesen,
wenn der Abstand zwischen Unterseite und Oberseite über den Verdickungsbereich
- vom Außenrand in Richtung der Mittelachse gesehen - stetig abnimmt. Der
Verdickungsbereich nimmt somit von Außen nach Innen über mindestens einen Teil
der Rohling-Oberfläche kontinuierlich ab. Die Kontinuität der Abnahme des
Verdickungsbereich wirkt einer Ausbildung von Temperatur- oder
Konzentrationssprüngen innerhalb des Rohlings, und insbesondere innerhalb der
Bauteil-Kontur entgegen. Außerdem wird dadurch der Materialfaktor gering gehalten.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand schneller als
linear abnimmt. Die Abnahme folgt beispielsweise eine Exponential- oder einer
Parabol-Funktion. Dabei erhält der Verdickungsbereich eine konkave Wölbung von
Außen nach Innen (im folgenden als "konkave Temperform" bezeichnet). Es hat sich
gezeigt, dass sich bei einer konkaven Temperform beim Aufheizen und Abkühlen ein
zeitlich und räumlich besonders homogenes Temperaturprofil mit geringem
Gradienten innerhalb der Bauteil-Kontur einstellt. Im Vergleich zum bekannten
Rohling in Form einer zylinderförmigen Platte - wie eingangs beschrieben - ergibt
sich bei einer konkaven Temperform entlang jeder beliebigen radialen Achse
innerhalb des Rohlings eine geringere zeitliche Änderung des Wärmestroms und
damit ein homogeneres Temperaturprofil. Dies ist nicht nur eine wichtige
Voraussetzung für die Herstellung spannungsarmer Rohlinge, sondern auch für einen
homogenen Verlauf der Lage des chemischen Gleichgewichts nach Gleichung (1).
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Ein räumlicher Temperaturgradient innerhalb des Rohlings lässt sich zwar auch bei
einer konkaven Temperform nicht verhindern. Aufgrund des gleichmäßigeren
Wärmeflusses während des Abkühlens oder Aufheizens ist der maximale
Temperaturunterschied im Bereich der Bauteil-Kontur bei einer konkaven
Temperform jedoch deutlich geringer als bei einer plattenförmigen Vorform, so dass
sich eine eher flache Temperaturverteilung einstellt. Dies ist gleichzeitig eine gute
Voraussetzung für eine homogenere Verteilung der Lage der Gleichgewichts (1)
innerhalb der Bauteil-Kontur.
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Desweiteren kann auch die Bildung eines Gradienten der Wasserstoffkonzentration
bei einer konkaven Temperform nicht verhindert werden. Dennoch stellt sich bei einer
konkaven Temperform innerhalb der Bauteil-Kontur eine homogenere
Wasserstoffverteilung ein als bei einer Plattenform. Dies kann darauf zurückgeführt
werden, dass die konkave Temperform zu einer Verlängerung der mittleren
Diffusionsweglänge, bei gleichzeitiger Angleichung der Diffusionsweglängen entlang
beliebiger radialer Achsen innerhalb des Rohlings führt. Dadurch ergibt sich - im
Vergleich zur Plattenform - eine engere Verteilung der Diffusionsweglängen.
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Dies alles trägt letztendlich dazu bei, dass bei einer konkaven Temperform die Lage
des Gleichgewichts (1) entlang einer beliebigen radialen Achse innerhalb des
Rohlings, und damit auch die Verteilung der fiktiven Temperatur und der zeitliche
Viskositätsverlauf entlang dieser Achse homogener ist als bei einem plattenförmigen
Rohling.
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Anstelle der oben erläuterten exponentiellen oder parabolischen Abnahme des
Abstands zwischen Unterseite und Oberseite über den Verdickungsbereich nimmt
der Abstand in einer alternativen, jedoch gleichermaßen bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohlings linear ab (im folgenden als
lineare Temperform bezeichnet). Bei der Temperaturbehandlung unter Einsatz einer
linearen Temperform stellen sich die Wirkungen hinsichtlich der Ausbildung eines
geringen Gradienten der Temperatur und der Wasserstoffkonzentration innerhalb des
Rohlings, sowie der Verteilung der Lage der Gleichgewichts (1) innerhalb der Bauteil-
Kontur zwar in geringerem Maße ein, wie bei der konkaven Temperform. Jedoch ist
die lineare Temperform einfacher zu fertigen und daher besonders geeignet für
Anwendungen des optischen Bauteils mit weniger hohen Anforderungen an die
optische Homogenität.
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Vorzugsweise beginnt der Verdickungsbereich am Außenrand. Dadurch können
Übermaß und damit der Materialfaktor und Fertigungskosten gering gehalten werden.
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Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn sich der Verdickungsbereich von der
Mittelachse bis zum Außenrand erstreckt. Dies ergibt sich eine Vereinfachung beim
Fertigen des Rohlings und geometrische Stufen und damit einhergehende Sprünge
physikalischer und chemischer Parameter, die zu optischen Inhomogenitäten
beitragen können, werden vermieden. Darüber hinaus kann sich die oben erläuterte
günstige Wirkung des Verdickungsbereichs hinsichtlich einer Verringerung von
Temperaturgradient, Konzentrationsgradient und lokal unterschiedlichem
Viskositätsverlauf innerhalb der Bauteil-Kontur über deren gesamten Querschnitt
entfalten.
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Es wird eine Ausführungsform des Rohlings bevorzugt, bei der die Unterseite und die
Oberseite mit einem Verdickungsbereich versehen sind. Die sich dabei an Unterseite
und Oberseite gegenüberliegenden Verdickungsbereiche haben in der Regel
ähnliche oder - idealerweise identische - Geometrie. Im zuletzt genannten Fall weist
der Rohling Spiegelsymmetrie auf, wobei die Spiegelebene senkrecht zur Mittelachse
und in der Mitte zwischen Unterseite und die Oberseite verläuft. Die Symmetrie des
Rohlings erleichtert die Einstellung der Homogenität beim optischen Bauteil,
insbesondere die Einstellung eines symmetrischen Verlaufs des Brechungsindex.
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Hinsichtlich des Rohlings wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem
eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Vorform
ein Rohling gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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Der erfindungsgemäße Rohling zeichnet sich durch einen im Bereich des
Außenrandes beginnenden und sich in Richtung der Mittelachse erstreckenden,
umlaufenden Verdickungsbereich aus, in welchem der Abstand zwischen Unterseite
und Oberseite größer ist als im Bereich der Mittelachse des Rohlings. Wird ein
derartig ausgebildeter Rohling einer Temperbehandlung zur Beseitigung
mechanischer Spannungen unterworfen, entfaltet der Verdickungsbereich vorteilhafte
Wirkungen hinsichtlich der Ausbildung eines geringen Gradienten der Temperatur
und der Wasserstoffkonzentration innerhalb des Rohlings, sowie der Verteilung der
Lage der Gleichgewichts (1) innerhalb der Bauteil-Kontur. Insoweit wird auf die
obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Rohling und dessen bevorzugten
Ausgestaltungen verwiesen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer
Darstellung:
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Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohlings für ein
optisches Bauteil in Seitenansicht,
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Fig. 2 einen Rohling für ein optisches Bauteil nach dem Stand der Technik in
Seitenansicht,
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Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohlings für ein
optisches Bauteil in Seitenansicht, und
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Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohlings für ein
optisches Bauteil in einer Seitenansicht.
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Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Rohlinge 1, 2, 3, 4 aus Quarzglas sind jeweils
im wesentlichen scheibenförmig und um eine Mittelachse 5 rotationssymmetrisch
ausgebildet. Außerdem sind die Rohlinge 1, 2, 3, 4 jeweils spiegelsymmetrisch
entlang einer senkrecht zur Mittelachse 5 und zur Blattebene verlaufenden
Spiegelebene 6. Die Rohlinge 1, 2, 3, 4 weisen jeweils eine Oberseite 7, eine
Unterseite 8 und einen Außenrand 9 auf. Sie umfassen einen inneren Bereich mit der
Kontur 10 des aus dem Rohling herzustellenden optischen Bauteils, das von einem
und ein Übermaß 11 allseitig umgeben ist. Der Abstand zwischen Unterseite 8 und
Oberseite 7 im Bereich des Außenrandes 9 ist jeweils durch einen Abstandspfeil A
gekennzeichnet.
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In Fig. 2 ist ein Rohling 2 dargestellt, wie er bisher üblicherweise für die Herstellung
von Linsen für die Mikrolithographie verwendet worden ist. Der Rohling 2 zeichnet
sich eine einfache plattenförmige Zylindergeometrie mit ebener Oberseite 7 und
ebener Unterseite 8 auf. Der Abstand zwischen Unterseite 8 und Oberseite 7 ist über
die gesamte Platte konstant. Beim Tempern zum Abbau mechanischer Spannungen
(insbesondere beim Abkühlen) kommt es aufgrund dieser Rohling-Geometrie zu
deutlichen Temperaturgradienten von der Oberfläche nach Innen, insbesondere vom
Rand 9 nach Innen, der sich bis in den Bereich der Bauteil-Kontur 10 auswirken.
Damit einhergehend stellt sich in Abhängigkeit von der lokalen Temperatur innerhalb
des Rohlings 2 ein lokal anderes chemisches Gleichgewicht nach Gleichung (1) ein.
Darüber hinaus verringert sich im Verlauf der Temperaturbehandlung der
Wasserstoffgehalt aufgrund von Ausdiffusion unter Ausbildung eines
Konzentrationsgradienten von Innen nach Außen, wobei dieser wiederum im Bereich
des Randes 9 - mit Auswirkungen in die Bauteil-Kontur 10 - am stärksten ausgebildet
ist. Auch dieser Konzentrationsgradient führt zu lokal unterschiedlichen Einstellungen
des chemischen Gleichgewichts (1) und der Viskosität. Mit der Folge, dass sich
innerhalb der Kontur 10 Bereiche mit unterschiedlicher fiktiver Temperatur und
unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung befinden, die letztlich als
Inhomogenitäten - in der Regel Brechungsindexschwankungen - des optischen
Bauteils erscheinen.
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Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Rohling 1 wird die Bildung derartiger
Inhomogenitäten beim Tempern aufgrund dessen besonderer Geometrie minimiert.
Der erfindungsgemäße Rohling 1 ist mit einer konkav nach Innen gewölbten
Oberseite 7 und einer ebenso konkav nach Innen gewölbten Unterseite 8 ausgebildet
(konkave Temperform). Bei dieser Geometrie nimmt der Abstand "A" zwischen
Unterseite 8 und Oberseite 7 vom Rand 9 zur Mittelachse 5 kontinuierlich ab. Der
Rohling 1 hat einen Außendurchmesser von 300 mm. Der Abstand A zwischen
Oberseite und Unterseite im Bereich der Mittelachse 5 beträgt 80 mm und im Bereich
des Außenrandes 9 liegt der Abstand A bei 165 mm. Die konkave Innenwölbung lässt
sich - beginnend an der Mittellinie 5 - durch folgende mathematische Funktion
beschreiben:
y = 40 + 0,02 x2 [mm]
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Die Bauteil-Kontur 10 hat die Form einer runden, ebenen Platte mit einem
Außendurchmesser von 250 mm und einer Stärke von 40 mm.
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Gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Rohling 2 zeichnet sich der Rohling 1 somit
durch einen vom Außenrand 9 nach Innen abnehmenden Verdickungsbereich 12
aus. Diese stellt insbesondere im Bereich des Außenrandes 9 eine Verstärkung des
auch sonst vorhandenen Übermaßes 11 dar.
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Aufgrund des Verdickungsbereichs 12 stellt sich beim Aufheizen und Abkühlen ein
flacherer Temperaturgradient und ein homogeneres Temperaturprofil als beim
Rohling 2 ein. Damit einhergehend kommt es beim Rohling 1 aufgrund des
Verdickungsbereichs 12 auch zu einem homogeneren Verlauf der Lage des
chemischen Gleichgewichts nach Gleichung (1) innerhalb der Bauteil-Kontur 10.
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Außerdem wird durch den Verdickungsbereich 12 die Ausdiffusion von Wasserstoff
aus den Randbereichen 9 des Rohlings 1 behindert und dabei die gleichzeitig die
mittlere Diffusionsweglänge insgesamt verlängert. Insbesondere durch die konkave
Form der Oberfläche von Rohling 1 wird eine Angleichung der Diffusionsweglängen
innerhalb des Rohlings 1 und eine enge Verteilung der Diffusionsweglängen erreicht,
so dass sich trotz Ausdiffusion von Wasserstoff beim Tempern des Rohlings 1 ein
flacherer Gradient der Wasserstoffkonzentration innerhalb der Bauteil-Kontur 10
einstellt.
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Insgesamt ergibt sich bei dem Rohling 1 innerhalb der Bauteil-Kontur 10 eine
vergleichsweise konstante Lage des chemischen Gleichgewichts (1) und somit auch
von daher eine homogene Verteilung der fiktiven Temperatur.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen Abwandlungen der in Fig. 1 dargestellten, idealen
"konkaven Temperform". Beim Rohling 3 gemäß Fig. 3 ist ein Verdickungsbereich
12 vorgesehen, innerhalb dem der Abstand "A" zwischen Oberseite 7 und Unterseite
8 vom Außenrand 9 bis zu einem Bereich um die Mittelachse 5 linear abnimmt. Beim
Rohling 4 gemäß Fig. 4 ist ein im dargestellten Querschnitt hantelförmiger
Verdickungsbereich 12 vorgesehen. Die Wirkung der in den Fig. 3 und 4
dargestellten Verdickungsbereiche 12 hinsichtlich der Einstellung einer hohen
Homogenität im Bereich der Bauteil-Kontur 10 beim Tempern der Rohlinge 3 und 4
ist vergleichbar mit dem Rohling 1 gemäß Fig. 1.
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Beim Tempern (insbesondere beim Abkühlen) unter Einsatzes eines Rohlings 1, 3, 4
gemäß der vorliegenden Erfindung stellt sich im Bereich der Bauteil-Kontur 10 ein
flacher Temperaturgradient, ein flacher Gradient der Wasserstoffkonzentration, eine
flache Verteilung der Lage der oben angegebenen chemischen Gleichgewichts (1),
sowie lokal ähnliche zeitliche Verläufe der Viskosität ein. Damit einhergehend ergibt
sich eine hohe Homogenität innerhalb der Bauteil-Kontur 10.
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Für die Herstellung der Rohlinge 1, 3 und 4 sind Press-, Umform- und
Schmelzverfahren unter Einsatz geeigneter Formen besonders geeignet.