DE10142893B4 - Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas - Google Patents

Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas Download PDF

Info

Publication number
DE10142893B4
DE10142893B4 DE2001142893 DE10142893A DE10142893B4 DE 10142893 B4 DE10142893 B4 DE 10142893B4 DE 2001142893 DE2001142893 DE 2001142893 DE 10142893 A DE10142893 A DE 10142893A DE 10142893 B4 DE10142893 B4 DE 10142893B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blank
area
central axis
outer edge
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2001142893
Other languages
English (en)
Other versions
DE10142893A1 (de
Inventor
Martin Trommer
Stefan Ochs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG filed Critical Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority to DE2001142893 priority Critical patent/DE10142893B4/de
Priority to US09/997,222 priority patent/US20020122902A1/en
Priority to AT01128615T priority patent/ATE339393T1/de
Priority to EP01128615A priority patent/EP1211226B1/de
Priority to DE60123000T priority patent/DE60123000T2/de
Publication of DE10142893A1 publication Critical patent/DE10142893A1/de
Priority to US10/731,186 priority patent/US7007510B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10142893B4 publication Critical patent/DE10142893B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1453—Thermal after-treatment of the shaped article, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

Verfahren zum Tempern eines Rohlings (1, 3, 4) für ein optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend einen Verfahrensschritt, in welchem ein die Kontur des herzustellenden optischen Bauteils mit Übermaß umfassender Rohling (1, 3, 4), dessen Oberfläche durch eine Unterseite (8), eine dieser mit Abstand gegenüberliegende Oberseite (7) und einen um eine Mittelachse (5) umlaufenden Außenrand (9) gebildet wird, bereitgestellt und einer Temperbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (1, 3, 4) einen im Bereich des Außenrandes (9) beginnenden und sich in Richtung der Mittelachse (5) erstreckenden, umlaufenden Verdickungsbereich (12) aufweist, in welchem der Abstand zwischen Unterseite (8) und Oberseite (7) größer ist als im Bereich der Mittelachse (5).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend einen Verfahrensschritt; in welchem ein die Kontur des herzustellenden optischen Bauteils mit Übermaß umfassender Rohling, dessen Oberfläche durch eine Unterseite, eine dieser mit Abstand gegenüberliegende Oberseite, und einen um eine Mittelachse umlaufenden Außenrand gebildet wird, bereitgestellt und einer Temperbehandlung unterworfen wird.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 401 845 A2 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.
  • 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), S.145-143, beschrieben.
  • 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 401 845 A2 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.
  • 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.
  • Aus der älteren Anmeldung WO 01/85629 A1 ist ein Pressverfahren zur Herstellung plattenförmiger Glasrohlinge bekannt, wobei eine als „warp" bezeichnete Auswölbung vermieden wird, indem Presslinge mit bikonkaver Kontur hergestellt, und das bikonkave Übermaß anschließend abtragen wird.
    •
  • In der DE 198 41 932 A1 ist ein Temperprozess für einen blockförmigen Quarzglasrohling offenbart.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Rohlings bereitzustellen, aus dem optische Bauteile hoher Homogenität erhalten werden können.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Rohling erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Rohling eingesetzt wird, der einen im Bereich des Außenrandes beginnenden und sich in Richtung der Mittelachse erstreckenden, umlaufenden Verdickungsbereich aufweist, in welchem der Abstand zwischen Unterseite und Oberseite größer ist als im Bereich der Mittelachse.
  • 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)
  • 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 sich 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise beginnt der Verdickungsbereich am Außenrand. Dadurch können Übermaß und damit der Materialfaktor und Fertigungskosten gering gehalten werden.
  • 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.
    •
  • 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.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung:
  • 1 eine erste Ausführungsform eines Rohlings für ein optisches Bauteil in Seitenansicht,
  • 2 einen Rohling für ein optisches Bauteil nach dem Stand der Technik in Seitenansicht,
  • 3 eine zweite Ausführungsform eines Rohlings für ein optisches Bauteil in Seitenansicht, und
  • 4 eine weitere Ausführungsform eines Rohlings für ein optisches Bauteil in einer Seitenansicht.
  • Die in den 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 1, 2, 3, 4 herzustellenden optischen Bauteils, das von einem 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.
  • In 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.
  • Bei dem in 1 schematisch dargestellten Rohling 1 wird die Bildung derartiger Inhomogenitäten beim Tempern aufgrund dessen besonderer Geometrie minimiert. Der 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]
  • Die Bauteil-Kontur 10 hat die Form einer runden, ebenen Platte mit einem Außendurchmesser von 250 mm und einer Stärke von 40 mm.
  • Gegenüber dem in 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die 3 und 4 zeigen Abwandlungen der in 1 dargestellten, idealen „konkaven Temperform". Beim Rohling 3 gemäß 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 4 ist ein im dargestellten Querschnitt hantelförmiger Verdickungsbereich 12 vorgesehen. Die Wirkung der in den 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 1.
  • 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.
  • Für die Herstellung der Rohlinge 1, 3 und 4 sind Press-, Umform- und Schmelzverfahren unter Einsatz geeigneter Formen besonders geeignet.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Tempern eines Rohlings (1, 3, 4) für ein optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend einen Verfahrensschritt, in welchem ein die Kontur des herzustellenden optischen Bauteils mit Übermaß umfassender Rohling (1, 3, 4), dessen Oberfläche durch eine Unterseite (8), eine dieser mit Abstand gegenüberliegende Oberseite (7) und einen um eine Mittelachse (5) umlaufenden Außenrand (9) gebildet wird, bereitgestellt und einer Temperbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (1, 3, 4) einen im Bereich des Außenrandes (9) beginnenden und sich in Richtung der Mittelachse (5) erstreckenden, umlaufenden Verdickungsbereich (12) aufweist, in welchem der Abstand zwischen Unterseite (8) und Oberseite (7) größer ist als im Bereich der Mittelachse (5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Unterseite (8) und Oberseite (7) über den Verdickungsbereich (12) – vom Außenrand (9) in Richtung der Mittelachse (5) gesehen – stetig abnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand schneller als linear abnimmt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand linear abnimmt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdickungsbereich (12) am Außenrand (9) beginnt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verdickungsbereich (12) von der Mittelachse (5) bis zum Außenrand (9) erstreckt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (8) und die Oberseite (7) mit einem Verdickungsbereich (12) versehen sind.
DE2001142893 2000-11-30 2001-09-03 Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas Expired - Fee Related DE10142893B4 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001142893 DE10142893B4 (de) 2001-09-03 2001-09-03 Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas
US09/997,222 US20020122902A1 (en) 2000-11-30 2001-11-28 Blank for an optical member as well as vessel and method of producing the same
AT01128615T ATE339393T1 (de) 2000-11-30 2001-11-30 Vorform für eine optische linse aus quarzglas für eine mikrolithographische vorrichtung die laserstrahlung benützt, sowie ein fass und ein verfahren zu seiner herstellung
EP01128615A EP1211226B1 (de) 2000-11-30 2001-11-30 Vorform für eine optische Linse aus Quarzglas für eine mikrolithographische Vorrichtung die Laserstrahlung benützt, sowie ein Fass und ein Verfahren zu seiner Herstellung
DE60123000T DE60123000T2 (de) 2000-11-30 2001-11-30 Vorform für eine optische Linse aus Quarzglas für eine mikrolithographische Vorrichtung die Laserstrahlung benützt, sowie ein Fass und ein Verfahren zu seiner Herstellung
US10/731,186 US7007510B2 (en) 2000-11-30 2003-12-09 Method of producing an optical member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001142893 DE10142893B4 (de) 2001-09-03 2001-09-03 Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10142893A1 DE10142893A1 (de) 2003-10-30
DE10142893B4 true DE10142893B4 (de) 2005-07-07

Family

ID=28684673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001142893 Expired - Fee Related DE10142893B4 (de) 2000-11-30 2001-09-03 Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10142893B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031995B4 (de) * 2006-07-11 2013-02-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Linsenrohlinge und Linsenelemente sowie Verfahren zu deren Herstellung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19841932A1 (de) * 1998-09-14 2000-03-16 Heraeus Quarzglas Optisches Bauteil aus Quarzglas und Verfahren für seine Herstellung
WO2001085629A1 (de) * 2000-05-11 2001-11-15 Schott Glas Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dünnen scheibenförmigen glasrohlingen durch pressen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19841932A1 (de) * 1998-09-14 2000-03-16 Heraeus Quarzglas Optisches Bauteil aus Quarzglas und Verfahren für seine Herstellung
WO2001085629A1 (de) * 2000-05-11 2001-11-15 Schott Glas Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dünnen scheibenförmigen glasrohlingen durch pressen

Also Published As

Publication number Publication date
DE10142893A1 (de) 2003-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60123000T2 (de) Vorform für eine optische Linse aus Quarzglas für eine mikrolithographische Vorrichtung die Laserstrahlung benützt, sowie ein Fass und ein Verfahren zu seiner Herstellung
DE69816758T2 (de) Synthetisches quarzglas zur verwendung in uv-strahlung und verfahren zu seiner herstellung
DE102017101808A1 (de) Verfahren zur Dickenkontrolle eines Substrates
DE19919802B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines optischen Produkts
DE2711384C3 (de) Vorrichtung zur Herstellung von Rohlingen für afokale Linsen
EP1321440B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramischen Produktes
DE102013104589B4 (de) Floatglasscheibe und Verfahren zur Herstellung einer Floatglasscheibe
DE3443149C2 (de) Optischer Körper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3443607A1 (de) Verfahren zur herstellung von optischen linsen
DE102016107934B4 (de) Verfahren zur Herstellung hochbrechender Dünnglassubstrate
DE2625010C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für optische Fasern
DE3003104A1 (de) Verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes mit abgestuftem, annaehernd parabelfoermigem profil bzw. verlauf des brechungsindex
DE102016109085A1 (de) Verfahren zur Asymmetrisierung des Wasserstoffgehalts sowie zur Herstellung eines chemisch hoch vorspannbaren scheibenförmigen Glasartikels sowie verfahrensgemäß erhaltener Glasartikel
EP2420479B1 (de) Gebogenes Glas- oder Glaskeramik-Formteil und Herstellverfahren
EP1414762A1 (de) Verfahren zum thermischen vorspannen von glasplatten
EP0964832B1 (de) Vorform aus synthetischem kieselglas und vorrichtung zu ihrer herstellung
DE3142813A1 (de) Verfahren zur herstellung eines kristallisierten glases aus einem phosphatglas
DE10142893B4 (de) Verfahren zum Tempern eines Rohlings für ein optisches Bauteil aus Quarzglas
DE60018493T2 (de) Verfahren zum Herstellen von optischem Quarzglas für Excimerlaser und Heizofen vom verticalem Typ
DE69909983T2 (de) Synthetische, optische quarzglas-elemente und verfahren zur herstellung derselben
EP1049654A1 (de) Optisches bauteil aus quarzglas und verfahren für seine herstellung
DE69915420T2 (de) Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Anwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie
DE10045373B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Glas-Halbzeugen über die Klebetemperatur
DE60209293T2 (de) Verfahren und Ofen zur Herstellung eines optischen Quarzglases
DE102005031657B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Al-Silikat-Glasrohren zur Verwendung als Halbzeug zur Herstellung von Glaskeramik-Rohren

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee