DE102006043368B4

DE102006043368B4 - Synthetisches Kieselsäureglas und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102006043368B4
Application number: DE102006043368.8A
Authority: DE
Inventors: Brian L. Harper; Kenneth E. Hrdina; John E. Lasala
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2026-09-16
Also published as: JP2007084427A; US7994083B2; US20070066477A1; DE102006043368A1

Abstract

Quarzglasmaterial, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung von Lithographievorrichtungen, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeiten, verwendet zu werden, das mit molekularem Wasserstoff dotiert ist und eine durchschnittliche molekulare Wasserstoffkonzentration [H](avg) von nicht weniger als 5×10Molekülen/cmund von nicht mehr als 1×10Molekül/cm, eine maximale molekulare Wasserstoffkonzentration [H](max) und eine minimale molekulare Wasserstoffkonzentration [H](min), wobei 0,10 ≤ [H](min)/[H](max) ≤ 0,95 ist, und eine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger besitzt, wobei das Quarzglasmaterial eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) gemessen bei 633 nm von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm hat, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cmarbeitet, ausgesetzt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft synthetisches Kieselsäureglas und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung synthetisches Kieselsäureglas mit geringem LIWFD, geringer induzierter Absorption und geringem Brechungsindexunterschied und ein Verfahren zum Wasserstoffbeladen des Vorläuferglases zur Herstellung des gewünschten synthetischen Kieselsäureglases. Die vorliegende Erfindung ist z.B. nützlich bei der Herstellung von hochreinem, synthetischen Kieselsäureglas zur Verwendung in Lithographievorrichtungen, die in tiefen UV- und Vakuum-UV-Wellenlängenbereichen arbeiten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hochreines Siliziumoxid- bzw. Quarzglasmaterial ist zum Material der Wahl für Linsenelemente geworden, die in hochauflösenden tiefen UV- und Vakuum-UV-Projektionslithographievorrichtungen verwendet werden. Excimerlaserstrahlen werden typischerweise bei solchen Lithographievorrichtungen verwendet. Es ist bekannt, dass das Vorliegen von H_z-Molekülen in dem Glas förderlich ist und in der Tat manchmal notwendig für die Beständigkeit gegen Laserbeschädigung des Quarzglases ist, wenn es bei 248 und 193 nm verwendet wird. Einige derart hergestellte Quarzgläser enthalten kein molekulares H₂ an sich. Daher wurden vom Fachmann verschiedene Verfahren für die Zugabe von H₂-Molekülen in verfestigtes Quarzglas, das Wasserstoffbeladen genannt wird, vorgeschlagen.
Lehren bezüglich des Verhältnisses zwischen der Verteilung von H₂ in dem Quarzglas und seinen optischen Leistungen bei 193 nm in Bezug auf LIWFD, Brechungsindex und Brechungsindexhomogenität und Ähnliches sind im Stand der Technik, wenn überhaupt, ungenügend. Sie stellen bestenfalls eine vage und schlechtestenfalls eine sich widersprechende Anleitung zur Entwicklung des wirkungsvollsten und effizientesten Wasserstoffbeladungsverfahrens bei dem Verfahren des Herstellens von Quarzglasmaterial, das für die Verwendung im Lichtbrechungslinsenelement von modernen Lithographievorrichtungen, die in tiefen und Vakuum-UV-Bereichen arbeiten, geeignet ist, bereit. Meistens lehren sie die Wasserstoffbeladung bei hohem Druck und manchmal bei hoher Temperatur, die nicht wünschenswert sind. Darüber hinaus benötigen sie unverändert lange Wasserstoffbeladungszeiten, um die genannten Wasserstoffkonzentrationsniveaus zu erreichen. Da die Wasserstoffbeladung ein Diffusionsprozess ist und mit einer sehr geringen Diffusionsrate auftritt, wurde sie zu einem der zeitaufwändigsten und teuersten Schritte bei dem Quarzglasherstellungsverfahren. Das Vermindern der Beladungszeit, während annehmbare und ausgezeichnete optische Leistung erreicht wird, ist eine ernste Herausforderung im Stand der Technik bis zur Einführung der vorliegenden Erfindung.
Diskussion Stand der Technik DE 690 15 453 T3 offenbart optische Teile, die aus hochreinem synthetischen Siliziumdioxidglas hergestellt wurden, welches zumindest eine bestimmte Hydroxylgruppenkonzentration von mindestens etwa 100 Gew.-ppm aufweist und mit Wasserstoffmolekülen dotiert ist. Das Glas weist keine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger auf und keine maximale und minimale Wasserstoffkonzentration.
DE 699 09 983 T2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer synthetischen, optischen Quarzglas-Komponente zur Anwendung beim Ausstrahlen eines Laserlichts im UV-Bereich, welches einen Schritt des Behandelns eines synthetischen Quarzglases mit einem Wasserstoffmolekülgehalt von weniger als 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ bei einer Temperatur von 300 bis 600°C in einer Wasserstoff-Gas enthaltenden Atmosphäre bei einem Druck von 2 bis 30 Atmosphären umfasst, wobei die erhaltene Quarzglas-Komponente einen Wasserstoffmolekülgehalt von mindestens 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ und eine OH-Gruppenkonzentration von höchstens 200 ppm aufweist und im wesentlichen keine Reduktionstypdefekte aufweist. Eine maximale und minimale Wasserstoffkonzentration wie auch ein Verhältnis [H₂](min)/[H₂](max) kann der DE 699 09 983 T2 genauso wenig entnommen werden wie eine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger.
DE 698 16 758 T2 offenbart synthetisches Quarzglas, das OH-Gruppen in einer Konzentration von 5 bis 300 Gew.-ppm mit einer Schwankungsbreite der OH-Gruppen-Konzentration pro cm in Richtung der Achse des einfallenden Lichts gesehen (ΔOH/cm) von 10 Gew.-ppm oder weniger enthält, das Wasserstoffmoleküle in einer Konzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ Moleküle/cm³ mit einer Schwankungsbreite der Wasserstoftmolekül-Konzentration pro cm in der Richtung der Achse des einfallenden Lichts gesehen (ΔH₂/cm) von 1 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ oder weniger enthält, und das eine Chlorkonzentration von 50 Gew.-ppm oder weniger enthält. Eine maximale und minimale Wasserstoffkonzentration wie auch ein Verhältnis [H₂](min)/[H₂](max) ist ebenso wenig beschrieben wie eine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger.
Es besteht daher ein wirklicher Bedarf an einem effizienten und wirkungsvollen Verfahren zum Wasserstoffbeladen von Quarzglasmaterial, um Material herzustellen, das die Erfordernisse von lithographischen Anwendungen erfüllt, die bei einer Wellenlänge unterhalb von 300 nm, insbesondere in tiefen UV- und Vakuum-UV-Bereichen, insbesondere bei 248 nm und 193 nm arbeiten, und Quarzglasmaterialien, die mit Wasserstoff auf Niveaus beladen sind, die die gewünschten optischen Eigenschaften dessen erzeugen.
Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen lange bestehenden Bedarf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Quarzglasmaterial bereitgestellt, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, verwendet zu werden, das mit molekularem Wasserstoff mit einer durchschnittlichen molekularen Wasserstoffkonzentration [H₂](avg) von nicht weniger als 5×10¹⁵ Moleküle/cm³ und nicht mehr als 1×10¹⁸ Moleküle/cm³, einer maximalen molekularen Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und einer minimalen molekularen Wasserstoffkonzentration [H₂](min) dotiert ist, wobei 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,20 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,30 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,40 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,60 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,80 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten Ausführungsformen 0,20 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten Ausführungsformen 0,30 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,40 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,60 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,80 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,90,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80,
in bestimmten Ausführungsformen 0,20 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80, in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,30 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80, in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,40 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,60 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80, in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,70 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,80, in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95,
in bestimmten Ausführungsformen 0,20 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,70,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,30 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,70,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,40 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,70,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95, in bestimmten Ausführungsformen 0,20 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,60,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,30 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,60,
in bestimmten anderen Ausführungsformen 0,40 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,60 ist, und eine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger besitzt, wobei das Quarzglasmaterial eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) gemessen bei 633 nm von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm hat, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cm² arbeitet, ausgesetzt wird.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas eine [H₂](avg) von nicht mehr als 4×10¹⁷ Molekülen/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen von nicht mehr als 2×10¹⁷ Molekülen/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen von nicht mehr als 1×10¹⁷ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas eine [H₂](avg) von nicht weniger als 1×10¹⁶ Molekülen/cm³, in bestimmten Ausführungsformen von nicht weniger als 5×10¹⁶ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an LIWFD bei 193 nm.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an FDT bei 193 nm.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an Brechungsindexvariation.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an Doppelbrechung.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an Doppelbrechungsvariation.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an induzierter Absorption bei 193 nm.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 1×10¹⁵ Moleküle/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung ist das Glas im Wesentlichen frei von -O-O-Bindungen.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas eine durchschnittliche [OH] von weniger als 100 ppm, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 60 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1 ppm.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung ist das Glas OD-dotiert.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung ist das Glas D₂- und/oder HD-dotiert.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung ist das Glas sowohl OD- als auch D₂-dotiert.
In bestimmten Ausführungsformen des Quarzglasmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt das Glas ein geringes Niveau an Cl- und Metallverunreinigung.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglasmaterial gerichtet, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unter 300 nm arbeitet, verwendet zu werden, umfassend einen Schritt des Behandelns des Glasmaterials in einer wasserstoffenthaltenden Atmosphäre, sodass am Ende der Behandlung das Quarzglasmaterial eine durchschnittliche molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](avg) von nicht weniger als 5×10¹⁵ Molekülen/cm³ und von nicht mehr als 1×10¹⁸ Molekül/cm³ hat, wobei ein Wasserstoffkonzentrationsgradient durch die Tiefe des Materials besteht, wobei der Wasserstoffkonzentrationsgradient eine maximale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und eine minimale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](min) hat, wobei 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95 ist, was zu einer Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger führt, wobei das Quarzglasmaterial eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) gemessen bei 633 nm von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm hat, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cm² arbeitet, ausgesetzt wird. Gemäß bestimmter Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllt δn, gemessen bei 193 nm, die folgende Beziehung:
0 ≤ δn ≤ 5 ppm, in bestimmten Ausführungsformen vorteilhafterweise 0 ≤ δn ≤ 1 ppm,
in bestimmten Ausführungsformen vorteilhafterweise 0 ≤ δn ≤ 0,5 ppm,
in bestimmten Ausführungsformen vorteilhafterweise 0 ≤ δn ≤ 0,1 ppm.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung bleibt der Partialdruck des Wasserstoffs in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre während des Wasserstoffbehandlungsverfahrens konstant.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Partialdruck des Wasserstoffs in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre weniger als 5,06625 MPa (50 atm) während des Wasserstoffbehandlungsverfahrens, in bestimmten Ausführungsformen weniger als 1,01325 MPa (10 atm), in bestimmten Ausführungsformen weniger als 0,506625MPa (5 atm), in bestimmten Ausführungsformen weniger als 0,101325 MPa (1 atm).
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllen die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration des Materials ([H₂](max)) die folgende Beziehung am Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens: $0,1 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,7;$
in bestimmten Ausführungsformen 0,1 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,6;
in bestimmten Ausführungsformen 0,1 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,5;
in bestimmten Ausführungsformen 0,1 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,4;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,7;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,6;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,5;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,4.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das Quarzglasmaterial, bevor es in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre behandelt wird, Wasserstoff mit einer Konzentration unterhalb 1×10¹⁶ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung beträgt die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material weniger als 2×10¹⁸ Molekülen/cm³ am Ende der Behandlung des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre, in bestimmten Ausführungsformen weniger als 8×10¹⁷ Molekülen/cm³, in bestimmten Ausführungsformen weniger als 4×10¹⁷ Molekülen/cm³, in bestimmten Ausführungsformen weniger als 2×10¹⁷ Molekülen/cm³, in bestimmten Ausführungsformen weniger als 1×10¹⁷ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur, bei der das Quarzglasmaterial in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre behandelt wird, 1000°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 800°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 650°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 600°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 500°C oder weniger.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein Teil der Oberfläche des Materials durch eine Wasserstoffdiffusionsbarriere währen des Verfahrens zum Behandeln des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre abgeschirmt, sodass Wasserstoffmoleküle lediglich durch ausgewählte Oberflächenbereiche in den Körper des Glasmaterials eindringen können.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Partialdruck des Wasserstoffs während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre variiert.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstoffpartialdruck während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre variiert und während der anfänglichen Beladungsphase auf das Maximum gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Partialdruck des Wasserstoffs während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre auf im Wesentlichen Null während eines bestimmten Zeitraums gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Partialdruck des Wasserstoffs während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre variiert und der maximale Partialdruck dessen wird auf unterhalb 0,506625MPa (5 atm), in bestimmten Ausführungsformen unterhalb 0,303975 MPa (3 atm), in bestimmten Ausführungsformen gleich oder unterhalb 0,101325 MPa (1 atm) gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Partialdruck des Wasserstoffs während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre variiert und der maximale Partialdruck dessen wird auf unterhalb 5mal, in bestimmten Ausführungsformen unterhalb 3mal, in bestimmten Ausführungsformen unterhalb 2mal des Gleichgewichtdrucks, der der höchsten H₂-Konzentration in dem Glas am Ende der Wasserstoffbehandlung entspricht, gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllen die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) am Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die folgende Beziehung: $0,2 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,7;$
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,6;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,5;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,4.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllt die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) am Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die folgende Beziehung: $0,4 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,95;$
in bestimmten Ausführungsformen 0,5 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9;
in bestimmten Ausführungsformen 0,6 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9;
in bestimmten Ausführungsformen 0,7 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das Quarzglasmaterial, bevor es in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre behandelt wird, Wasserstoff in einer Konzentration unterhalb 1×10¹⁶ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material am Ende der Behandlung des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre weniger als 8×10¹⁷ Molekülen/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 4×10¹⁷ Molekülen/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 2×10¹⁷ Molekülen/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 1×10¹⁷ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur, bei der das Quarzglasmaterial in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre behandelt wird, 1000°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 800°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 650°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 600°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 500°C oder weniger.
In bestimmten Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Materials während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre durch eine Wasserstoffdiffusionsbarriere abgeschirmt, sodass Wasserstoffmoleküle lediglich durch ausgewählte Oberflächenbereiche in den Körper des Glasmaterials eindringen können.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglasmaterial mit einer durchschnittlichen Wasserstoffkonzentration [H₂](avg), einer maximalen Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und einer minimalen Wasserstoffkonzentration [H₂](min), wobei das Material im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, verwendet werden kann, mit folgenden Schritten:

(I) Bereitstellen einer Siliciumoxidrußvorform, umfassend eine Vielzahl von Siliciumoxidrußpartikeln;
(II) Behandeln der Siliciumoxidrußvorform in einer sauerstoffenthaltenden Atmosphäre;
(III) Verschmelzen der Siliciumoxidrußvorform zu transparentem Glas; und
(IV) Behandeln des verfestigten Siliciumoxidglases in einer wasserstoffenthaltenden Atmosphäre mit variierendem Wasserstoffpartialdruck, wobei ein Wasserstoffpartialdruck höher als der Wasserstoffpartialgleichgewichtsdruck entsprechend [H₂](max) zu Beginn dieses Schritts (IV) angewandt wird, sodass die -O-O-Bindungen und O₂-Moleküle in dem Glas schnell verbraucht werden, bis zu einem Niveau von weniger als 1×10¹⁵ Molekülen/cm³.

In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der maximale Wasserstoffpartialdruck in Schritt (IV) zu Beginn des Schritts (IV) angewandt.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Partialdruck des Wasserstoffs auf im Wesentlichen Null während eines bestimmten Zeitraums in Schritt (IV) gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der maximale Wasserstoffpartialdruck während Schritt (IV) auf unterhalb 0,506625MPa (5 atm), in bestimmten Ausführungsformen unterhalb 0,303975 MPa (3 atm), in bestimmten Ausführungsformen auf gleich oder unterhalb 0,101325 MPa (1 atm) gesetzt.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllen die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) zum Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die folgende Beziehung: $0,2 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,7;$
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,6;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,5;
in bestimmten Ausführungsformen 0,2 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,4.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung erfüllen die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) zum Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die folgende Beziehung: $0,4 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,95;$
in bestimmten Ausführungsformen 0,5 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9;
in bestimmten Ausführungsformen 0,6 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9;
in bestimmten Ausführungsformen 0,7 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,9.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das Quarzglasmaterial vor der Behandlung in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre Wasserstoff in einer Konzentration unterhalb 1×10¹⁶ Molekülen/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung beträgt die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material zum Ende der Behandlung des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre weniger als 8×10¹⁷ Moleküle/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 4×10¹⁷ Moleküle/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 2×10¹⁷ Moleküle/cm³,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 1×10¹⁷ Moleküle/cm³.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur, bei der das Quarzglasmaterial in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre behandelt wird, 1000°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 800°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 650°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 600°C oder weniger, in bestimmten Ausführungsformen 500°C oder weniger.
In bestimmten Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein Teil der Oberfläche des Materials während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterial in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre mit einer Wasserstoffdiffusionsbarriere abgedeckt, sodass Wasserstoffmoleküle lediglich durch ausgewählte Oberflächenbereiche in den Körper des Glasmaterials eindringen können.
Die vorliegende Erfindung hat die Vorteile, dass sie geeignet ist, H₂-beladenes Quarzglasmaterial, das für die Verwendung als Brechungselement von lithographischen Anwendungen geeignet ist, die bei 300 nm, wie z.B. bei 248 nm und 193 nm, arbeiten, mit einer viel größeren Geschwindigkeit als herkömmliche Verfahren herzustellen. Das derart hergestellte Quarzglasmaterial kann ein geringes LIWFD, eine geringe induzierte Absorption, ein geringes FDT, eine geringe Brechungsindexvariation, eine geringe induzierte Doppelbrechung und Doppelbrechungsvariationen bei 193 nm besitzen.
Zusätzliche Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in der ausführlichen Beschreibung fortgesetzt, welche folgt, und werden zum Teil durch den Fachmann aus der Beschreibung offensichtlich oder durch Durchführen der Erfindung, wie sie in der geschriebenen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon beschrieben wird, ebenso wie in den angehängten Zeichnungen, erkannt werden.
Es ist selbstverständlich, dass die vorangegangene allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung lediglich exemplarisch für die Erfindung sein sollen und dazu gedacht sind, einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Natur und des Charakters der Erfindung, wie sie beansprucht wird, zu geben.
Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und sind in diese Spezifikation integriert und bilden einen Teil davon.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen ist:

1 ein Diagramm, das die Fluoreszenzspektren einer Vielzahl von Quarzgläsern, die bei verschiedenen Temperaturen mit Wasserstoff beladen wurden, zeigt.
2 ein Diagramm, das die Beziehung der Beladungszeit zur Beladungstemperatur einer Serie von Quarzglasproben mit unterschiedlicher Dicke der Proben zeigt, um eine H₂-Konzentration im Zentrum von 90% der Oberflächen-H₂-Konzentration zu erreichen.
3 ein Diagramm, das die Beladungszeit zeigt, die für eine bestimmte Probe benötigt wird, um unterschiedliche H₂-Konzentrationen im Zentrum im Verhältnis zu Oberflächen-H₂-Konzentrationen zu erreichen.
4 ein Diagramm, das das LIWFD-Verhalten einer Serie von Quarzgläser ohne dotiertes H₂ und mit unterschiedlichen dotierten H₂-Niveaus als Funktion einer Zahl von Laserpulsen zeigt, wenn die Glasproben dem Excimerlaser bei 193 nm ausgesetzt sind.
5 ein Bild, das die [OH]-Verteilung einer Quarzglasprobe nach langer Belichtung zeigt, wobei ein Teil dessen einem Excimerlaserstrahl bei 193 nm ausgesetzt wurde.
6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindex als Funktion der Änderung der Wasserstoffkonzentration in einer Quarzglasprobe zeigt.
7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Beladungszeit als Funktion des maximalen H₂-Niveaus, das in dem Quarzglas identifiziert wurde, zeigt.
8 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationsprofil einer Quarzglasprobe zeigt, nachdem sie in einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit einem konstanten H₂-Partialdruck behandelt wurde.
9 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationsprofil einer Quarzglasprobe zeigt, nachdem sie in einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit unterschiedlichem H₂-Partialdruck behandelt wurde.
10 ein Diagramm, das das H₂-Partialdruckprofil zeigt, das bei der Beladung einer Quarzglasprobe gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, um zu dem H₂-Konzentrationsprofil gemäß 9 zu führen.
11 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationsprofil einer Quarzglasprobe zeigt, nachdem sie mit einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit unterschiedlichem H₂-Partialdruck behandelt wurde.
12 ein Diagramm, das das H₂-Partialdruckprofil zeigt, das bei der Beladung einer Quarzglasprobe gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, um das H₂-Konzentrationsprofil gemäß 11 zu ergeben.
13 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationsprofil einer Quarzglasprobe zeigt, die in einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit einem konstanten H₂-Partialdruck behandelt wurde, um zu einer 90%igen H₂-Konzentration im Zentrum relativ zur Oberfläche zu führen.
14 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationsprofil einer Quarzglasprobe zeigt, die in einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit variierendem H₂-Partialdruck behandelt wurde, um zu einem H₂-Konzentrationsgradienten von weniger als 10% zu führen.
15 ein Diagramm, das die Wasserstoffbeladungszeit als eine Funktion des maximalen Überdrucks von H₂ in der Beladungsatmosphäre zeigt.
16 ein Diagramm, das die Wasserstoffbeladungszeit als eine Funktion der Konzentration im Zentrum für Quarzglasproben zeigt, die mit Wasserstoff gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beladen wurden.
17 ein Diagramm, das die variierenden Wasserstoffpartialdruckprofile zweier Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, um 90% bzw. 40% H₂-Konzentrationen im Zentrum relativ zur Oberflächenkonzentration zu erzielen.
18 ein Diagramm, das das H₂-Konzentrationprofil einer Glasprobe, die darin angegeben wird, nach der Wasserstoffbeladung gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
19-23 Diagramme, die H₂-Konzentrationprofile einer Glasprobe bei unterschiedlichen Beladungszuständen zeigen.
24 eine schematische Darstellung des Aufbaus von H₂-Diffusionsbarrieren, um eine selektive H₂-Beladung in einer Quarzglasprobe gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu bewirken.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die obige und die folgende Beschreibung wird im Zusammenhang mit Quarzglas gegeben, das OH umfasst und mit H₂ dotiert ist. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung ebenfalls entsprechend auf: (i) Quarzglas, das mit OD dotiert ist (d.h. Gläser, bei denen [OD]/([OD]+[OH]) höher als das natürliche Vorkommen von D ist, wobei D Deuterium $(_{1}^{2} D)$
und H Wasserstoff $(_{1}^{1} H)$
ist, und (ii) Quarzglas, das mit D₂ und HD dotiert ist (d.h. Gläser, in denen ([D₂]+[HD])/([D₂]+[HD]+[H₂]) höher als das natürliche Vorkommen von D ist), angewendet werden kann. Es wird angenommen, dass es bei bestimmten Ausführungsformen bevorzugt ist, dass OD-dotiertes Siliciumoxidglas mit D₂ anstelle von H₂ und/oder HD dotiert wird, insbesondere wenn die Wasserstoffbeladung bei einer erhöhten Temperatur aufgrund der erhöhten Austauschrate zwischen OD und H₂ durchgeführt werden muss.
Wenn nicht anderweitig angegeben, sollen in der vorliegenden Erfindung die Begriffe „Wasserstoff“ und H₂ sowohl H₂, D₂ als auch HD einschließen. Daher ist, wenn nicht anderweitig spezifiziert, [H₂] in der vorliegenden Erfindung die Summe aus [H₂]+[D₂]+[HD] in dem Glas.
Wenn nicht anderweitig spezifiziert, soll in der vorliegenden Erfindung der Begriff OH, wenn er als Dotierungsmittel in dem Quarzglasmaterial diskutiert wird, sowohl OH als auch OD in dem Glas einschließen. Daher ist, wenn nicht anderweitig spezifiziert, [OH] in der vorliegenden Erfindung die gesamte Summe aus [OH]+[OD] in dem Quarzglas.
Mit „geeignet, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge unterhalb von 300 nm arbeitet, verwendet zu werden“ wird verstanden, dass:

(i) das Material im Strahlengang der lithographischen Strahlung verwendet werden kann, während die Lithographievorrichtung während der normalen Verwendung für die angegebene Funktion betrieben wird, d. h., Durchführen einer lithographischen Funktion in z. B. dem Verfahren des Herstellens von Halbleitervorrichtungen;
(ii) das Material auch im Strahlengang für die Zwecke des Umlenkens oder Manipulierens der lithographischen Strahlung verwendet werden kann.

Ein Fachmann der Lithographie versteht, dass bei einem Material, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer bestimmten Wellenlänge arbeitet, verwendet zu werden, das Material die erforderliche Zusammensetzung und Eigenschaften besitzen sollte, wie z. B. innere Transmission, laserinduzierte Wellenfrontverzerrung, induzierte Absorption und Ähnliches. Ein Fachmann der Lithographie versteht auch, dass es im Allgemeinen wünschenswert ist, dass die Materialien mit angemessen geringen Kosten für den Hersteller und die Gesellschaft als Ganzes (daher so wenig negative Umwelteinflüsse, wie möglich) hergestellt werden kann.
Üblicherweise wird von dem Quarzglas verlangt, dass es eine innere Transmission bei 248 nm von mindestens 99,00%/cm besitzt, um geeignet zu sein, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, verwendet zu werden. In bestimmten Anwendungen ist es höchst wünschenswert, dass insbesondere bei lithographischen Anwendungen zur Herstellung von Halbleiternchips, die bei 193 nm arbeiten, das Quarzglas eine innere Transmission von mindestens 99,00% bei 193 nm besitzt.
Üblicherweise ist es wünschenswert, dass das Quarzglas eine Natriumkonzentration von weniger als 100 ppm nach Gewicht, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppm besitzt, um geeignet zu sein, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, verwendet zu werden. Um geeignet zu sein, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, wie z. B. bei 248 nm oder 193 nm, ist es wünschenswert, dass das Quarzglas eine Natriumkonzentration von weniger als 500 ppb nach Gewicht, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 100 ppb, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppb, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppb besitzt.
Lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) wurde als ein Phänomen im Stand der Technik ausgiebig studiert. Es beschreibt das Wellenfrontverzerrungsverhalten von Materialien, wie z.B. Siliciumoxid bzw. Quarz, nach verlängertem Aussetzen gegenüber bestimmter Lichtstrahlung (wie z.B. Excimerlasern, die in tiefen UV- und Vakuum-UV-Bereichen arbeiten). Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „geringes LIWFD“ bei 193 nm, dass das Quarzglasmaterial ein LIWFD gemessen bei 633 nm, von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm zeigt, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cm² arbeitet, ausgesetzt wird, bevorzugt zwischen -0,1 und 1,0 nm/cm, und einer Pulslänge von 25 ns.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „induzierte Absorption“ den Absolutwert der Differenz bei der inneren Transmission pro Zentimetern des Glases nach dem Aussetzen gegenüber der Lichtstrahlung. Von speziellem Interesse ist die induzierte Absorption bei 193 nm, was die induziert Absorption bei 193 nm nach dem Aussetzen gegenüber einem Excimerlaser, der bei 193 nm arbeitet, über 10 Milliarden Pulsen bei 70 µJ/(Puls·cm²) bedeutet. Ein „geringes Niveau an induzierter Absorption“ oder eine „geringe induzierte Absorption“, wie sie hierin verwendet wird, bedeuten die induzierte Absorption bei 193 nm von weniger als 0,01/cm nach 5 Milliarden Pulsen bei einer Fluenz von 600 µJcm^-2Puls^-1 und einer Pulslänge von 25 ns. Bei dieser Belichtungsdosis besitzt das Quarzglas bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine induzierte Absorption von weniger als 0,005/cm. Der induzierte Absorptionswert der vorliegenden Anmeldung entspricht dem k_i der folgenden Gleichung (Beersches Gesetz): $I_{L} = I_{0} \cdot 10^{(k_{0} + k_{i}) \cdot L}$
Die fluenzabhängige Transmission (FDT) von Quarzglas wurde in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit der Seriennummer 11/261,005, betitelt mit „SYNTHETIC SILICA MATERIAL WITH LOW FLUENCE-DEPENDENT-TRANSMISSION AND METHOD OF MAKING THE SAME“ und am 28. Oktober 2005 eingereicht, deren Inhalt hierin durch Verweis in seiner Vollständigkeit aufgenommen wird, diskutiert. Wie in dieser ebenfalls anhängigen Anmeldung erwähnt, wurde beobachtet, dass die transiente Absorption von synthetischem Kieselsäureglas (K) im UV-Bereich von der Fluenz (F, ausgedrückt in mJ/cm²·Puls) der UV-Strahlung, der das Glas ausgesetzt ist, abhängt. Die Beziehung zwischen der transienten Absorption des Glases und der Strahlungsfluenz kann im Allgemeinen durch eine lineare Anpassungskurve mit kleinsten Quadraten der gemessenen Absorption und Fluenzdaten ausgedrückt werden. Wie hierin verwendet, wird daher die fluenzabhängige Transmission (FDT) als die Steigung der linearen Anpasskurve (dK/dF) definiert. Von großem Interesse für Quarzglas ist sein FDT bei UV-Wellenlängen, bei denen das Glas üblicherweise seine Anwendung findet, wie z.B. 248 nm und 193 nm. In der vorliegenden Anmeldung wird FDT durch Belichten des Quarzglases mit UV-Excimerlaserpulsen bei 193 nm bestimmt. Die Fluenz des Messens der UV-Strahlung ist von 1 mJ/cm²·Puls bis 10 mJ/cm²·Puls. Die Wiederholrate des Lasers beträgt 400 Hz. Die Absorption (K) des Glases wird aus der gemessenen inneren Transmission (T_i, ausgedrückt in Prozent pro Zentimeter) wie folgt berechnet: $K = 2 - {logT}_{i} .$
Z.B. wird die Absorption K₁ eines Glases mit einer inneren Transmission T_i,l von 99,00% wie folgt berechnet: $K_{1} = 2 - log T_{i,1} = 2 - log99,00 = 2 - 1,996 = 0,004.$
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „geringes FDT bei 193 nm“, dass das Quarzglas, wenn es dem Excimerlaser bei 193 nm ausgesetzt wird, ein gemessenes FDT von weniger als 1,0 × 10^-4 cm Puls/mJ unter Verwendung des oben beschriebenen Messprotokolls besitzt.
Wie hierin verwendet, bedeutet „geringe Doppelbrechung“ eine durchschnittliche Doppelbrechung von weniger als 5 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 2 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,5 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,1 nm/cm.
Wie hierin verwendet, bedeutet „geringe Doppelbrechungsvariation“ einen Unterschied zwischen der maximalen Doppelbrechung und der minimalen Doppelbrechung von weniger als 1 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen weniger als 0,5 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,1 nm/cm, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,05 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,03 nm/cm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,01 nm/cm.
Wie hierin verwendet, bedeutet „geringes Niveau an Sauerstoff“ oder „geringe Sauerstoffkonzentration“ in dem Glas, dass die Sauerstoffkonzentration, wie sie in dem Quarzglas gemessen wird, weniger als 1×10¹⁵ Moleküle/cm³ beträgt. Die Sauerstoffkonzentration wird unter Verwendung eines Ramanspektrometers gemessen, wie beispielsweise in L. Skuja et al., Quantitive analysis of the concentration of interstitial O₂-molecules in SiO₂ glass using luminescence and Raman Spectrometry, Journal of Applied Physics, Volume 83, Number 11 (1. Juni 1998) beschrieben ist.
Wie hierin verwendet, bedeutet „anfängliche Beladungsphase“ das erste Viertel des Wasserstoffladungsverfahrens hinsichtlich derzeit.
Es wurde im Stand der Technik vom Nachbeladen von Wasserstoff in ein wasserstoffarmes Quarzglasmaterial als notwendig beschrieben, um die gewünschte optische Leistung des Materials hinsichtlich LIWFD, induzierter Absorption, Doppelbrechung, FDT und Ähnlichem zu erhalten, wie oben diskutiert. Aufgrund der unzureichenden Lehre im Stand der Technik über die Beziehung zwischen dem Wasserstoffniveau und den gewünschten optischen Leistungen des Glases zur Verwendung insbesondere bei 193 nm und dem fehlenden Verständnis von annehmbaren Niveaus an Wasserstoffkonzentrationen in solchen Glasmaterialien, erfordert jedoch die Entwicklung eines effizienten und wirksamen Wasserstoffbeladungsverfahrens eine bedeutende, fundamentale Forschungsarbeit. Die vorliegenden Erfinder haben ausführliche und systematische Studien durchgeführt, die unten detailliert ausgeführt werden, erhielten ein tiefes Verständnis des Mechanismus der Wasserstoffbeladung und entwarfen demgemäß praktische Wasserstoffbeladungsverfahren, die in beträchtlich kürzerer Zeit implementiert werden können, um zu einer vollständig akzeptablen, optischen Leistung für, unter anderem, lithographische Anwendungen, die bei 193 nm arbeiten, zu führen.
Das Nachbeladen des Glases mit Wasserstoff ist ein diffusionsbasiertes Verfahren und ist daher zeit-, temperatur- und formabhängig. Es ist bekannt, dass bei einem gegebenen, konstanten Partialdruck von H₂ bei einer gegebenen Beladungstemperatur, wenn die H₂-Diffusion ein Gleichgewicht erreicht, die H₂-Konzentration in dem Quarzglas im Wesentlichen homogen sein sollte. Die [H₂] im Gleichgewicht ist die höchste [H₂], die in dem Glas unter dem speziellen H₂-Partialdruck und der konstanten Beladungstemperatur erreicht werden kann. Für die Vereinfachung der Diskussion wird in der vorliegenden Anmeldung angenommen, dass an der obersten Oberfläche des Glasmaterials das Gleichgewicht in einem sehr kurzen Zeitraum erreicht wird. Wie hierin verwendet, bedeutet „Gleichgewichtsdruck, der der höchsten H₂-Konzentration in dem Glas bei Beendigung der Wasserstoffbehandlung entspricht“ den konstanten H₂-Gleichgewichtspartialdruck, der zum Erreichen der höchsten [H₂] in dem Siliciumoxidglas bei Beendigung des Wasserstoffbeladungsverfahrens benötigt wird.

TABELLE I zeigt die Zeit, die benötigt wird, um synthetisches Kieselsäureglas bei unterschiedlichen Temperaturen über unterschiedliche Dicken des Glases mit Wasserstoff zu beladen, wobei die Dicke des Teils viel geringer als der Durchmesser des Teils ist, sodass eine eindimensionale Diffusionskalkulation verwendet werden kann. Die Daten in dieser Tabelle wurden unter der Annahme berechnet, dass die Konzentration im Zentrum 90% derjenigen an der Oberfläche des Teils für eine planare Geometrie beträgt. In dieser Tabelle sind mögliche Reaktionen von H₂ mit dem Glas (wie z. B. mit interstitiellem O₂, das vorliegt und mit dem SiO₂-Netzwerk) vernachlässigt. TABELLE I

Dicke der Probe (mm)	Beladungszeit, die bei unterschiedlichen Temperaturen benötigt wird (Tage)
Dicke der Probe (mm)	500°C	650°C	800°C	1000°C
30	45	15	7	3
45	97	32	15	7
60	169	56	26	12
100	439	146	66	31

Die Zeiträume, die benötigt werden, um mit Wasserstoff zu beladen, reichen von 3 Tagen für dünnere Teile bei höheren Temperaturen bis hin zu über einem Jahr für Teile, die dick sind, bei geringerer Temperatur. Die Daten in der Tabelle würden nahe legen, dass die H₂-Beladung dann bei höheren Temperaturen durchgeführt werden sollte, die die Wasserstoffbeladungszeiten deutlich reduzieren. Der Nachteil des Verwendens höherer Temperaturen ist jedoch die Herabsetzung der Leistung bei Gläserschädigung, einschließlich erhöhter Fluoreszenz, verminderter fluenzabhängiger Transmission (FDT) und Änderungen bei der laserinduzierten Wellenfrontverzerrung. 1 zeigt deutlich eine erhöhte Fluoreszenz des Quarzglases, das bei höheren Temperaturen mit Wasserstoff beladen wird. 1 zeigt Fluoreszenzspektren von Quarz mit unterschiedlichen [OH]-Niveaus, die bei unterschiedlichen Temperaturen mit H₂ beladen wurden. In den ~100 ppm OH-Gläsern, die bei ≥800°C mit H₂ beladen wurden (Gläser A und B), und bei dem Glas, das bei der Konsolidierung mit H₂ beladen wurde (Glas I), werden starke Fluoreszenzbanden beobachtet. Bei Gläsern, die bei ≤600°C mit H₂ beladen wurden (Gläser D, E und F), wurde keine Fluoreszenz beobachtet. Die Fluoreszenzbanden sind schwach bei Glas, das bei 700°C mit H₂ beladen wurde (Glas C) und bei den zwei Gläsern, mit > 500 ppm OH, die bei ≥800°C mit H₂ beladen wurden (Gläser G und H). Daher ist es ein Vorteil, kältere Beladungstemperaturen zu verwenden, was sehr lange Ladezeiten, gemessen an herkömmlichen Mitteln, bedeutet. Eine lange Wasserstoffbeladungszeit erhöht jedoch die Zykluszeit und die Kosten der Probe. Daher besteht ein deutliches Bedürfnis an der Beschleunigung der Wasserstoffbeladungsgeschwindigkeit und der Verkürzung der Wasserstoffbeladungszeit bei einer relativ geringen Beladungstemperatur.
Bestimmung annehmbarer Wasserstoffbeladungskonzentrationen
Herkömmliche Wasserstoffbeladungsbedingungen setzten voraus, dass eine gleichmäßige Wasserstoffkonzentration in dem Glasteil benötigt wird. Dies schließt das Einbringen des Glases in eine Atmosphäre, die Wasserstoff enthält, und das Erwärmen des Teils über einen ausreichend langen Zeitraum ein, um eine annähernd gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffs durch das Teil zu ermöglichen. Die vorliegenden Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass Wasserstoffkonzentrationsgradienten in dem Glas annehmbar sein können und sie eine beträchtliche Verringerung der Beladungszeiten ermöglichen könnten. Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung schließt die Verwendung eines konstanten Partialdrucks einer Wasserstoffatmosphäre, in welche das Teil eingebracht wird, ein. 2 ist eine graphische Darstellung von Wasserstoffbeladungszeiten als Funktion der Temperatur und Dicke der Teile für herkömmliche Wasserstoffbeladungsbedingungen. In diesem Fall ist „herkömmlich“ derart definiert, dass es nicht mehr als 10% Unterschied in der Wasserstoffkonzentration durch das Teil gibt. In dieser Figur ist 201 ein spezielles Beispiel, für das bei einem 6 cm dicken Teil 24 Tage benötigt würden, um eine 90% Konzentration im Zentrum des Teils bei 800°C H₂-Beladungstemperatur zu erhalten. 3 zeigt, dass die Wasserstoffbeladungszeit beträchtlich reduziert werden kann, wenn Wasserstoffgradienten von mehr als 10% annehmbar sind. Auf der horizontalen Achse ist die Wasserstoffkonzentration im Zentrum des Teils, verglichen mit der Sättigung (d.h. der Oberflächenkonzentration), und auf der vertikalen Achse ist die Beladungszeit gezeigt, die benötigt wird, ausgedrückt in Prozent der benötigten Zeit, damit die Zentrumskonzentration 90% der Sättigungskonzentration (das herkömmliche Beladungserfordernis) erreicht. Als Beispiel, gezeigt in der Kurve der 3, ist daher die Zeit, die benötigt wird, um auf 30% der Sättigungskonzentration zu beladen, lediglich 25% der Zeit, die benötigt wird, um auf 90% der Sättigungskonzentration im Zentrum des Teils zu beladen. Wenn daher dieser Gradient (100% an der Oberfläche und 30% im Zentrum des Teils) annehmbar ist, kann 75% der Beladungszeit, verglichen mit dem herkömmlichen Beladungsschema, das eine Zentrumskonzentration von 90% der Oberflächenkonzentration erfordert, eingespart werden.
Unterschiedliche Wasserstoffkonzentrationen sind annehmbar, wenn sowohl der Einfluss des Brechungsindex es auch das Verhalten bei Laserbeschädigung für die variierenden Wasserstoffniveaus annehmbar ist, die über die klare Apertur des Teils festgestellt wird. Um herauszufinden, bis zu welchem Ausmaß der Wasserstoffgradient für die UV-Lithographieanwendungen toleriert werden kann, insbesondere UV-Lithographie im tiefen und den Vakuum-UV-Bereichen, wie z.B. bei 248 nm und 193 nm, begannen die Erfinder, den Einfluss des Wassestoffgradienten auf die wichtigen optischen Leistungsparameter, die für solch ein Glas benötigt werden, zu untersuchen.
Einfluss des H₂-Gradienten auf LIWFD
H₂ wird benötigt, um die Menge der laserinduzierten Wellenfrontverzerrungs-(LIWFD)-Verdichtung in Quarzglases zu minimieren, die Daten, die in 4 gezeigt sind, deuten jedoch an, dass lediglich geringe Niveaus benötigt werden. Auf der horizontalen Achse ist die Anzahl der Pulse eines Excimerlasers, der bei 193 nm arbeitet und eine feste Fluenz und Pulslänge besitzt, gezeigt, und auf der vertikalen Achse ist das LIWFD, gemessenen bei 633 nm, gezeigt. Diese Figur zeigt, dass das LIWFD für Gläser mit und ohne Wasserstoff dramatisch variiert. H₂-Werte zwischen 0,6 und 2,0 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ zeigen jedoch keinen Unterschied im LIWFD-Verhalten für eine H₂-Beladung zwischen 350°C und 500°C für [OH]-Werte von nominell 100 ppm nach Gewicht.
Nachdem eine minimale Menge an H₂ zugegeben wurde, wurde kein Unterschied in der Leistung der Laserbeschädigung für Werte zwischen 0,6 und 2 × 10¹⁷Moleküle/cm³ festgestellt. Proben ohne H₂-Beladung zeigen viel Verdichtung, verglichen mit Proben mit H₂. Dies zeigt, dass H₂ benötigt wird, um LIWFD zu minimieren. Wasserstoff wird benötigt, die Daten zeigen jedoch, dass lediglich eine minimale Menge benötigt wird, nach der das Verhalten unabhängig von den H₂-Niveaus das gleiche bleibt.
Daten aus diesen Gläsern zeigen auch einen sehr geringen Wasserstoffverbrauch nach dem Aussetzen gegenüber Milliarden von Pulsen aus dem Laser, wie aus 5 hervorgeht. Diese Figur ist eine [OH]-Feldkarte einer Quarzglasprobe nach 30 Milliarden Pulsen bei 70 µJ/(cm²·Puls). Diese Figur zeigt, dass höchstens 0,3 ppm [OH] während dieser Langzeitbelichtung erzeugt wurde. TABELLE II unten führt die berechnete Menge an verbrauchtem H₂ in dem Glas für unterschiedliche Mengen an erzeugtem OH in dem Glas auf. Diese Tabelle zeigt, dass für die Erzeugung einer zusätzlichen [OH] von 0,3 ppm das verbrauchte H₂ 1,1×10¹⁶ Moleküle/cm³ beträgt. Die Berechnung nahm die folgende Reaktion an: H₂ + SiO₂ → SiOH + SiH 1 mol an H₂ reagiert, um 1 mol β-OH zu bilden.
Die Menge an verbrauchtem H₂ ist gering und lässt vermuten, dass, obwohl H₂ benötigt wird, um LIWFD zu minimieren, lediglich eine geringe Menge benötigt wird.
H₂-Niveaus so gering wie 0,1×10¹⁷ Moleküle/cm³ sind annehmbar. TABELLE II

Erzeugtes [OH] Verbrauchtes H₂ (×10¹⁷ Moleküle/cm³)

0,3 0,11

0,7 0,25

1,0 0,39
Wenn angenommen wird, dass Wasserstoff mit SiO₂ reagieren würde, um SiOH und SiH zu bilden, wie es oben gezeigt ist, dann würde dies nahe legen, dass höchstens lediglich 1×10¹⁶ Moleküle/cm³ Wasserstoff reagiert haben. Dies deutet an, dass geringe Wasserstoffniveaus für minimale induzierte Absorption (IA) annehmbar sind. Zwischen 1×10¹⁵ und 1×10¹⁷ Molekülen/cm³ können annehmbar sein, obwohl der bevorzugte Bereich zwischen 8×10¹⁵ und 1×10¹⁷ Molekülen/cm³ liegt. Diese geringen Niveaus sind auch bevorzugt, um sicherzustellen, dass das Glas sich in einer rein verdichtenden Art und Weise verhält. Unvorhersagbares LIWFD ist schlecht und daher garantieren geringe H₂-Niveaus, kombiniert mit geringen [OH]-Niveaus, dass das LIWFD rein verdichtend in seiner Natur sein wird.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass identisches LIWFD über einen großen Bereich von H₂-Niveaus auftritt. Daher können große H₂-Gradienten von einem Standpunkt des Einflusses auf LIWFD und IA annehmbar sein.
ii. Einfluss des H₂-Gradienten auf die Brechungsindexhomogenität
Es wurden Experimente durchgeführt, um zu messen, wie Wasserstoff zu einer Änderung des Brechungsindex in synthetischem Kieselsäureglas führt. 6 zeigt, dass erhöhte Niveaus an Wasserstoff einen Abfall des Brechungsindex in den Proben aus hoch reinem synthetischen Kieselsäureglas mit nominal 1000 ppm OH erzeugten. Unabhängig von dem tatsächlichen Mechanismus zeigt die Grafik eine beinahe lineare Beziehung zwischen dem Brechungsindex und den Wasserstoffvariationen. Ohne die Intention und die Notwendigkeit, an irgendeine spezielle Theorie gebunden zu sein, erläutert die vorliegende Erfindung unten, wie diese Daten als eine Basis zum Definieren annehmbarer Wasserstoffgradienten verwendet werden.
Die Wasserstoffniveaus sind direkt an die Brechungsindexvariationen gebunden, wie in 6 für Glas mit 1000 ppm OH gezeigt ist. Es wurde jedoch herausgefunden, dass das bevorzugte [OH]-Niveau für Schrittoptiken typischerweise weniger als 500 ppm beträgt. Daher kann die Steigung des Brechungsindex gegenüber Wasserstoff unterschiedlich zu der in 6 gezeigten für eine Quarzglasprobe mit [OH] von weniger als 500 ppm sein, in Abhängigkeit von dem aktuellen Mechanismus. Z.B., wenn der Mechanismus für die Brechungsindexänderung eine Reaktion von Siliciumoxid mit H₂ ist, wie z.B. in Gleichung (1): SiO₂+H₂→SiOH+SiH (1), dann kann man erwarten, dass die Steigung bei geringeren [OH]-Niveaus größer ist, da zunehmendes [OH] den Brechungsindex zu einem größeren Ausmaß beeinflusst als das nominale [OH]-Niveau abnimmt. Auf der anderen Seite, wenn der Mechanismus lediglich aufgrund von zusätzlichem molekularem H₂ beruht, wäre der Einfluss unabhängig von [OH].
Im freien Raum liegt der niedrigste elektronische Übergang in einem H₂-Molekül bei 91689/cm oder 11,37 eV oder 109 nm. Die Schwingungsenergie im Grundzustand beträgt 4395/cm oder 2,28 µm. So oder so sind diese Anregungen weit weg von 633 nm. Dies ist für die Eigenschaften des H₂ in dem Glas nicht beweiskräftig, erklärt jedoch, warum es schwer ist, sich vorzustellen, dass H₂ innerhalb von Lücken in dem Siliciumoxid umherfließt und einen großen Effekt auf die optischen Eigenschaften besitzt. OH, das an das Siliciumoxidnetwork gebunden ist, kann auf der anderen Seite die elektronischen Orbitale ändern, die für die optische Antwort um 633 nm oder 193 nm herum verantwortlich sind.
Berechnungen wurden gemacht, um zu sehen, wie die Beladungszeiten in einem 100 mm dicken Teil sich für unterschiedliche Brechungsindexspezifikationen auswirken würden. Die Berechnungen betrachteten Brechungsindexänderungen, die von Beiträgen aus lediglich Wasserstoff herrühren.
Die Berechnungen nahmen an, dass Wasserstoff den Brechungsindex fünfmal mehr in einem Glas mit geringem [OH] als in einem 1000 ppm OH-Glas beeinflusst, z.B. 1 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ Unterschied im Wasserstoff führt zu 1 ppm Änderung des Brechungsindex. Als nächstes wurden die maximal erlaubten Brechungsindexvariationen, die aus den Beiträgen des Wasserstoffs herrühren, zu 1, 0,5, 0,3 und 0,2 ppm festgesetzt. Eine Dicke des Teils von 100 mm wurde verwendet, mit den Ergebnissen, die in 7 für maximale Wasserstoffhiveaus zwischen 0,1 und 4×10¹⁷ Molekülen/cm³ gezeigt sind. Die Wasserstoffbeladungszeiten können signifikant dadurch verringert werden, dass sowohl ein annehmbarer Wasserstoffgradient in dem Teil zugelassen wird, als auch durch Verringern des maximalen Wasserstoffniveaus innerhalb des Teils. Die minimale Zeit ist die Zeit, die benötigt wird, um etwas Wasserstoff in das Zentrum zu bekommen. Hier wurde die minimale Zeit willkürlich zu 10% des maximalen H₂-Niveaus in dem Teil identifiziert. In dieser Figur basiert die untere Grenze 701, wie sie durch die gepunktete Linie angezeigt wird, auf etwas minimalem H₂, das benötigt wird, um eine Laserbeschädigung zu verhindern, basiert jedoch nicht auf dem Brechungsindex oder einer Brechungsindexvariation. Andere Beladungszeiten in dieser Figur wurden basierend auf einer minimalen Brechungsindexvariation berechnet.
Aus dem Diagramm der 7 werden mehrere Trends offensichtlich. Als erstes ist es offensichtlich, dass die H₂-Beladungszeiten abnehmen werden, wenn das absolute Wasserstoffniveau abnimmt. Als Beispiel kann es 580 Tage dauern, um ein 100 mm Teil mit einer Brechungsindexvariation von weniger als 0,2 ppm zu beladen, wenn das maximale Wasserstoffniveau 4×10¹⁷ Moleküle/cm³ (Minimum beträgt 3,8×10¹⁷ Moleküle/cm³ oder 95% des Zentrums) beträgt. Es wird jedoch lediglich 220 Tage dauern, wenn das maximale Niveau auf 0,5 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ (Minimum beträgt 0,3×10¹⁷ Moleküle/cm³ oder lediglich 60% des Maximums) verringert wird. Dies liegt daran, dass die absolute Veränderung des Wasserstoffs den Brechungsindex beeinflusst und nicht die relativen Unterschiede, wohingegen die Beladungszeit ausschließlich von relativen Niveaus abhängt. Dies ist mit Verweis auf 3 ersichtlich, wobei es ~2,6 Mal länger dauert, um eine Probe auf 95% des Zentrums (4,0×10¹⁷ Moleküle/cm³ Probe) zu beladen, als sie zu 60% im Zentrum (0,5×10¹⁷ Moleküle/cm³ Probe) zu beladen.
Als zweites kann erkannt werden, dass kürzere Beladungszeiten größere Wasserstoffveränderungen besitzen, und folglich größere Brechungsindexvariationen. Daher wird die annehmbare Beladungszeit von annehmbaren Brechungsindexvariationen abhängen. Schließlich erfordert die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Laserbeschädigung, dass etwas Wasserstoff in dem Zentrum der Probe vorliegt, wie oben in 4 gezeigt ist. Daher wird eine minimale Zeit benötigt, damit etwas minimales Wasserstoffniveau das Zentrum des Glases erreicht.
Zusammenfassend korrelieren Wasserstoffveränderung mit Brechungsindexveränderungen innerhalb dieser Gläser. Basierend auf bekannten Diffusionsfähigkeiten von Wasserstoff, bekannter Probengeometrie und bekannter Korrelation zwischen Wasserstoffveränderungen und Brechungsindizes ist der Brechungsindex in dem endgültigen Teil sowohl vorhersagbar als auch kontrollierbar im Licht der Lehre der vorliegenden Anmeldung.
Variabler externer Partialdruck
Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung bezieht die Verwendung des Veränderns des externen Partialdrucks des Wasserstoffs ein, um die Beladungszeiten zu vermindern und um mit Wasserstoff zu beladen und wahlweise geringere Wasserstoffvariationen innerhalb des Teils zu erhalten. Zum Beispiel beginnt der Wasserstoffkreislauf mit einem Überdruck, um das H₂-Niveau im Zentrum so schnell wie möglich zu erhöhen. Wenn es das gewünschte Niveau erreicht, wird der externe Druck auf die endgültige Konzentration hin heruntergefahren. Der Ablauf kann dann fortschreiten, um die externen Grenzbedingungen ein oder mehrere Male unterhalb oder oberhalb der endgültigen Konzentration zu fahren. Jedes Mal, wenn die externe Grenzbedingung den endgültigen Konzentrationswert kreuzt, wird eine zusätzliche Welle in dem Konzentrationsprofil erzeugt.
Das mit H₂ beladene Quarzglas, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden, trägt einen zweiten Aspekt zur vorliegenden Erfindung bei. Das Quarzglas der vorliegenden Erfindung besitzt den durchschnittlichen [H₂] und [H₂]-Gradienten, wie oben beschrieben. In bestimmten Ausführungsformen besitzt das Quarzglas der vorliegenden Erfindung den geringen LIWFD, geringen IA, die geringe Brechungsindexvariation, geringe Doppelbrechung und geringe Doppelbrechungsänderung, die für lithographische Anwendungen bei 193 nm wünschenswert sind.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass ein [H₂]-Gradient in dem Quarzglas eine Beziehung zu der Doppelbrechungsänderung in dem Glas besitzt. In bestimmten Ausführungsformen wurde festgestellt, dass das Doppelbrechungsmuster des Glases das [H₂]-Profil widerspiegelt. Es wird erwartet, dass bei bestimmten Ausführungsformen des Quarzglases der vorliegenden Erfindung mit einem [H₂]-Gradienten von 1×10¹⁷ Molekülen/cm³ die Doppelbrechungsänderung geringer als 0,1 nm/cm, in bestimmten Ausführungsformen geringer als 0,05 nm/cm, in bestimmten anderen Ausführungsformen geringer als 0,03 nm/cm ist.
Ohne an irgendeine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, glauben die vorliegenden Erfinder, dass in Quarzglasmaterialien, die -O-O-Verknüpfungen und/oder O₂-Moleküle vor der Wasserstoffbeladung besitzen, dass solche -O-O-Bindungen und O₂-Moleküle als Wasserstoffsenken im Wasserstoffbeladungsverfahren wirken. Die Reaktion zwischen -O-O-Verknüpfungen und O₂ mit H₂ verbraucht etwas H₂, das in das Glas diffundiert ist, und verlangsamt das gesamte Beladungsverfahren. Daher ist es wünschenswert, dass zu Beginn des Wasserstoffbeladungsverfahrens ein hoher H₂-Partialdruck angewandt wird, sodass die Wasserstoffsenken schnell verbraucht werden. Danach kann die Diffusion von H₂ dennoch schnell fortschreiten, aufgrund des Fehlens der Impedanzen der Senken, selbst wenn die H₂-Beladung bei einem geringeren H₂-Partialdruck durchgeführt wird.
In den Ruß-zu-Glas-Verfahren, wie z.B. Außen-Abscheideverfahren (OVD), Axialgasphasenabscheidung (VAD) und Innen-Abscheideverfahren (IVD), ist es oft wünschenswert, dass während des Schritts, wenn die Rußvorform zu einem transparenten Quarzglas bei einer erhöhten Temperatur verfestigt oder gesintert wird, eine oxidierende Atmosphäre, die O₂ oder H₂O enthält, verwendet wird. Als Ergebnis kann das verfestigte Glas -O-O- und/oder O₂-Moleküle mit unterschiedlichem Ausmaß enthalten. Während dieser Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kieselsäureglases ist es wünschenswert, dass das Wasserstoffbeladungsverfahren einen ersten Schritt umfasst, worin der Wasserstoffpartialdruck hoch ist, oder sogar maximal, sodass die Wasserstoffsenken schnell verbraucht und eliminiert werden. Demgemäß ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglas mit einer durchschnittlichen Wasserstoffkonzentration [H₂](avg), einer maximalen Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und einer minimalen Wasserstoffkonzentration [H₂](min), wobei das Material geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeitet, mit den folgenden Schritten:

(I) Bereitstellen einer Siliciumoxidrußvorform, umfassend eine Vielzahl von Siliciumoxidrußpartikeln;
(II) Behandeln der Siliciumoxidrußvorform in einer sauerstoffenthaltenden Atmosphäre;
(III) Verfestigen der Siliciumoxidrußvorform zu dichtem Glas; und
(IV) Behandeln des verfestigten Quarzglases in einer wasserstoffenthaltenden Atmosphäre mit variierendem Wasserstoffpartialdruck, wobei ein Wasserstoffpartialdruck höher als der Gleichgewichtswasserstoffpartialdruck, der [H₂](max) entspricht, während der anfänglichen Beladungsphase des Schrittes (IV) angewandt wird, sodass die -O-O-Bindungen und/oder das O₂ in dem Glas schnell verbraucht werden hin zu einem geringeren Niveau als 1×10¹⁵ Moleküle/cm³. In bestimmten Ausführungsformen wird vorteilhafterweise der maximale Druck an H₂ zu Beginn des Wasserstoffbehandlungsschritts verwendet, wie z. B. zu Beginn des Wasserstoffbehandlungsschritts.

Das Quarzglasmaterial der vorliegenden Erfindung besitzt vorzugsweise ein geringes Niveau an Verunreinigungen. Es wurde festgestellt, dass Cl und Metallionen, wie z.B. Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen und Übergangsmetallionen, für die optische Leistung des Quarzglases bei tiefem UV und Vakuum-UV nachteilig sind, wie z.B. bezüglich anfänglicher Transmission, induzierter Absorption, Doppelbrechung, laserinduzierter Doppelbrechung, laserinduzierter Wellenfrontverzerrung, FDT, und Ähnlichem. Daher ist es höchst wünschenswert, dass das Quarzglas zur Verwendung als Brechungselemente für Lithographievorrichtungen, die im tiefen UV- oder Vakuum-UV arbeiten, ein geringes Niveau an nicht wünschenswerten Verunreinigungen, wie z.B. Cl, Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Metalle der Gruppe 14 (Ge, Sn, Pb), Metalle der Gruppe 15 (As, Sb, Bi), Übergangsmetalle, und Ähnliches besitzt. Insbesondere besitzt das Quarzglas der vorliegenden Erfindung eine Na-Konzentration von weniger als 50 ppb nach Gewicht, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 20 ppb,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppb,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppb,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1 ppb. Das Quarzglas der vorliegenden Erfindung besitzt vorteilhafterweise eine Cl-Konzentration von weniger als 50 ppb nach Gewicht,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppb
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm,
in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm,
in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1 ppm,
in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 500 ppb,
in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 300 ppb. Wenn das Quarzglas der vorliegenden Erfindung mindestens ein Metall M außer Na umfasst, ist für jedes einzelne Metall M die Konzentration von M ([M]) wünschenswerterweise weniger als 100 ppb nach Gewicht, in bestimmten Ausführungsformen [M] ≤ 10 ppb, in bestimmten Ausführungsformen [M] < 1 ppb. Wenn das Quarzglas der vorliegenden Erfindung mindestens ein Metall M außer Na umfasst, ist es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert, dass für alle Metalle Σ[M] ≤ 200 ppb nach Gewicht ist, in bestimmten Ausführungsformen Σ[M] ≤ 100 ppb, in bestimmten Ausführungsformen Σ[M] ≤ 50 ppb. Wenn das Quarzglas der vorliegenden Erfindung Natrium und mindestens ein anderes Metall M umfasst, ist es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert, dass für alle Metalle Σ([Na]+[M]) ≤ 200 ppb nach Gewicht ist, in bestimmten Ausführungsformen Σ([Na]+[M]) ≤ 100 ppb, in bestimmten Ausführungsformen Σ([Na]+[M]) ≤ 50 ppb. Wie hierin verwendet, bedeutet „ein geringes Niveau an Cl“, dass das Glas Cl mit einem Niveau von weniger als 10 ppm nach Gewicht umfasst; ein „geringes Niveau an Na“ bedeutet, dass das Quarzglas weniger als 10 ppb nach Gewicht Na umfasst; durch „ein geringes Niveau an Metall außer Natrium“ wird verstanden, dass für jedes Metall M außer Na die Konzentration M ([M]) unterhalb 10 ppb nach Gewicht ist.
Die vorliegende Erfindung wird ferner durch die nicht beschränkenden Beispiele illustriert.
BEISPIELE
Beispiel 1:

Vergleiche werden hier zwischen dem ersten Verfahren der vorliegenden Erfindung, welches einen gleichförmigen Partialdruck an Wasserstoff verwendet, und dem zweiten Verfahren der vorliegenden Erfindung, das einen variablen Partialdruck an Wasserstoff verwendet, gemacht. Die Wasserstoffbeladung unter Verwendung des ersten Verfahrens, wie es im Abschnitt A oben beschrieben wurde, führt zu einem einzigen Minimum im Zentrum des Linsenrohlings. Andere Beispiele berechneter Wasserstoffgradienten werden in TABELLE III unten dargestellt, wobei in 8 ein Beispiel eines Wasserstoffgradienten für eine spezielle zylindrische Glasgeometrie von 270 mm Durchmesser × 60 mm Scheibendicke, bei 600°C mit Wasserstoff beladen, gezeigt ist. TABELLE III

Beladungszeit bei voller Temperatur		[H₂] am Rand	[H₂] im Zentrum	Maximum Äußeres [H₂]	Maximaler Gradient
(Minuten)	(Tage)	(×10¹⁷ Moleküle/cm³)
100.000	69	1,0	0,83	1	0,08
150.000	103	1,0	0,93	1	0,03
200.000	138	1,0	0,98	1	0,01

Beispiel 2:

Dieses Beispiel verwendet das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung (variabler H₂-Partialdruck). Es nimmt gleichfalls die Beladung einer 270 mm × 60 mm Siliciumoxidscheibe bei 600°C an. Die Parameter und Ergebnisse sind in TABELLE IV gezeigt. TABELLE IV zeigt, dass das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung das gleiche Δ[H₂] von ∼0,15 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ in der Hälfte der benötigten Zeit im Vergleich zum ersten Verfahren dieses speziellen Beispiels erreichen kann. TABELLE IV

Beladungszeit bei voller Temperatur		[H₂] Max	[H₂] Min	Δ[H₂]	Maximale äußere Konzentration	Maximaler [H₂] Gradient
(Minuten)	(Tage)	(×10¹⁷Moleküle/cm³)
50.000	35	1,25	0,96	0,29	5	0,15
50.000	35	1,04	0,89	0,15	8	0,07

9 zeigt ein Beispiel einer Verteilung, die durch das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung, das eine einzelne kreuzende Druckänderung verwendet, erreicht wurde. Das Druckprofil der einzelnen kreuzenden Druckänderung, die verwendet wurde, ist in 10 gezeigt. 11 zeigt ein Beispiel der endgültigen H₂-Konzentrationsverteilung des zweiten Verfahrens der vorliegenden Erfindung, das eine zweifache Kreuzung der Druckänderung verwendet. Das Druckprofil der zweifach kreuzenden Druckänderung, die verwendet wurde, ist in 12 gezeigt.
Ein anderes Beispiel von Beladungszeiten für unterschiedliche Wasserstoffpartialdruckbeladungsschemata (unter der Annahme von 600°C Beladung einer 270 × 60 mm Siliciumoxidscheibe) ist in TABELLE V unten gezeigt: TABELLE V

Beladungszeit bei voller Temperatur [H₂] Max [H₂] Min Maximale äußere Konzentration Maximaler Gradient

Minuten Tage 10¹⁷ 10¹⁷ 10¹⁷ 10¹⁷/cm

40.000 28 1,20 0,97 10 0,07
Beispiel 3:
Das Experiment dieses Beispiels wurde durchgeführt, um das Konzept zu bestätigen, dass das Verändern der Oberflächenkonzentration des Wasserstoffs während der Beladung signifikant die Beladungszeit verkürzen könnte. Zwei Fälle wurden untersucht. Fall I betrifft Glas, das durch „herkömmliche Beladung“ beladen wird. Hier wird herkömmlich Beladung definiert als eine konstante Oberflächenkonzentration von H₂ während der Beladung. 13 zeigt Modellvorhersagen für die Beladung eines 20 × 25 × 100 mm³ Barren bei 350°C über 89,2 Tage bei konstantem Beladungspartialdruck von H₂. Die Ergebnisse zeigen, dass nach 89,2 Tagen eine Oberflächenkonzentration von 0,7×10¹⁷ Molekülen/cm³ H₂ auf der Oberfläche des Glases erwartet werden würde, während 0,59×10¹⁷ Moleküle/cm³ H₂ im Zentrum der Probe erwartet werden würden. Die Modellvorhersage basiert auf der folgenden Gleichung: $D_{H_{2}} = (5,65 \times 10^{- 4}) \cdot exp (- 5220 / T) ({cm}^{2} / sec)$
wobei D_H
2 die Diffusionsfähigkeit von H₂ bei der Temperatur T (in Kelvin) ist.
Fall II betrifft ein Beispiel beschleunigter Beladungsverfahren, die die Oberflächenkonzentration von H₂ während der Beladung verändern. In diesem speziellen Fall wurde eine angestrebte vierfache Verminderung der Beladungszeit, verglichen mit Fall I, für eine 20 × 25 × 100 mm Probe gezeigt. Die angestrebte Beladungszeit für Fall II ist ¼ × 89,2 = 22,3 (Tage). Zusätzlich wurde eine andere Nebenbedingung an das Experiment gestellt. D. h., dass die Spitze-zu-Tal-H₂-Konzentration innerhalb von Fall II weniger als im Fall I sein sollte. Die Modellvorhersagen sind in 14 gezeigt. Das H₂-Partialdruckprofil wird wie folgt dargestellt: 5,075 Tage bei 695 psia (absoluter Druck anstelle von Druckanzeige), 3,045 Tage bei 0 psia; und dann 14,18 Tage bei 70 psia. Die Oberflächenkonzentration der Quarzglasprobe während des Beladungsverfahrens ist daher wie folgt:

Zeit (min) Oberflächen-H₂-Konzentration (×10¹⁷ Moleküle/cm³)

0 7,00

7308 7,00

7309 0

11692 0

11693 0,70

32112 0,70
Die Berechnung zeigt, dass eine vierfache Verminderung der Beladungszeit erreicht werden kann, während dennoch eine zweifache Verringerung der Spitze-zu-Tal-H₂-Verändung innerhalb der Probe erhalten wird. Dies zeigt die zwei möglichen Vorteile des Veränderns des Partialdrucks von Wasserstoff während des Beladens: Verminderte Beladungszeit und dennoch verminderte Spitze-zu-Tal-H₂-Konzentrationen innerhalb des Teils.
Nachdem der Wert des Verwendens von veränderlichem externen Druck etabliert wurde, um die H₂-Beladung zu beschleunigen, muss man die zusätzlichen Vorteile des Verwendens von ansteigend hohem Anfangsdruck etablieren, um ein praktisches Herstellungsverfahren zu bestimmen. Es wurde in Fallstudien festgestellt, dass die Verwendung von mehr als fünfmal der gewünschten endgültigen Konzentration einen geringen zusätzlichen Vorteil bereitstellt, wie in 15 gezeigt ist. In dieser Figur wird auf der vertikalen Achse die Beladungszeit gezeigt, die benötigt wird, um die jeweilige Konzentration im Zentrum (90% bzw. 70%) in einer Probe zu erreichen, und auf der horizontalen Achse das Verhältnis des maximalen Überdrucks, der verwendet wird, zur gewünschten endgültigen Konzentration. Gezeigt sind optimierte Beladungszeiten für ein dickes Teil (unter Verwendung eindimensionaler Annäherung) unter Verwendung unterschiedlicher maximaler externer Drücke für zwei Fälle, ein 90% Beladungsprofil (oder 10% Veränderung) und ein 70% Beladungsprofil (30% Veränderung). Dieser Trend (Sättigung nach fünffachem Druck) bestätigt sich auch unter anderen Beladungsbedingungen.
16 zeigt des Weiteren die Beladungskurven für ein dickes Teil (300 mm × 90 mm) unter Verwendung eines einfache (1X) und eines optimierten (5X) Überdrucks. In dieser Figur bezieht sich 3D auf das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei die Wasserstoffbeladung von allen Oberflächen der Probe, einschließlich der seitlichen Flächen und der Hauptflächen, stattfindet. 1D bezieht sich auf die vorgeschlagene weitere Verbesserung, wobei die zylindrischen Seiten des Teils von der H₂-Diffusion blockiert werden, wodurch die H₂-Diffusion ausschließlich über die Hauptflächen stattfindet.
Eine Probe wurde als nächstes den Bedingungen, die für Fall II dargestellt sind, unterworfen. Experimentelle Ergebnisse aus dem 20x25x100 mm Siliciumoxidbarren, der gemäß den Bedingungen, die in 17 festgelegt sind, verarbeitet wurde, zeigen, dass das H₂-Niveau gleichmäßig ist und eine Form wie vorhergesagt besitzt. Der absolute Wert in dem Barren ist höher als vorhergesagt, dies liegt jedoch an der Unsicherheit der H₂-Löslichkeit und der Abweichung zwischen absoluten Wertbestimmungen in der H₂-Metrologie in Siliciumoxid. Die in 18 gezeigten Ergebnisse deuten an, dass gleichmäßige H₂-Niveaus innerhalb des Glases erhalten wurden. Der absolute Wert des H₂-Niveaus in dem Barren wurde experimentell höher als vorhergesagt bestimmt, dies liegt jedoch hauptsächlich an der Unsicherheit (A) bei der Löslichkeit von H₂ bei einem gegebenen Partialdruck von Wasserstoff in der Atmosphäre und (B) Veränderungen in der Raman-Metrologie zwischen unterschiedlichen Ausrüstungsgegenständen. Das Modell sagt voraus, dass eine beschleunigte Beladung möglich ist, und dieses Experiment bestätigt das Konzept. Bis 90 Tage ist das Zentrum des Teils der Bereich, der am meisten von der Zielkonzentration abweicht, was ähnlich zur Entwicklung einer 1D-Geometrie ist. Während die Beladung über 90 Tage hinausgeht, beginnt ein Bereich innerhalb des äußeren Umfangs die maximale Veränderung von dem nominellen (Ziel) aufgrund der Wirkung der mehrfachen Diffusionswege, die H₂ in die Region liefern, zu definieren. Dies ist die Bestätigung des 3D-Effekts und begründet die deutlich längeren Beladungszeiten, um eine 90%ige Vervollständigung eines realen 3D-Teils zu erhalten. 19-23 zeigen die H₂-Konzentrationprofile in der Probe nach unterschiedlichen Beladungszeiten.
II. Arten der Brechungsindexverteilungen
Weitere Veränderungen:
Da Linsenrohlinge relativ dick sein können, können sie eine Konzentrationszunahme nahe der äußeren Ecke entwickeln, wenn das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, da die Diffusion von der Seite ebenso wie von oben und unten fortschreitet. Das heißt, die Scheibe ist zu dick, um sich in einer einfachen 1D-Art und Weise zu verhalten. Diese Konzentrationsbeule kann die Beladungszeit bestimmen, da sie den höchsten Gradienten in der Konzentration bilden kann. Eine schützende Grenze, die direkt am äußeren Radius des Rohlings angebracht wird, könnte die Beladungszeit verbessern, indem die Diffusion auf den oberen und unteren Teil des Rohlings beschränkt wird. Es gibt einige Materialien, in denen die H₂-Diffusion bedeutend langsamer als in Siliciumoxid ist, einschließlich Graphit. Die Verwendung solchen Materials, um die H₂-Diffusion durch den äußeren Radius zu vermindern, stellt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar.
Unterschiedliche annehmbare Brechungsindexverteilungen:
Das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung ist anfälliger für Inhomogenitäten höherer Ordnung (Zernikes höherer Ordnung) als das durch das erste Verfahren hergestellte, das die Verwendung unterschiedlicher Wasserstoffpartialdrücke in der Wasserstoffbehandlungsatmosphäre nicht beinhaltet. Die Zernikes geringerer Ordnung, wie z.B. dasjenige, das durch das erste Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, besitzt typischerweise eine lockerere Spezifikation als Begriffe oder Reste höherer Ordnung. Es wird auch angemerkt, dass die Mehrzahl der Inhomogenitäten, die durch die Lehren dieser Erfindung erzeugt werden, in der Achse 3 des Teils orientiert sein werden. Dies ist die Achse, die typischerweise die weitesten Spezifikationen besitzt.
Eine Ausführungsform der Idee, um die Wasserstoffdiffusion in den umfänglichen Ecken des Siliciumoxidrohlings zu beschränken, ist schematisch in 24 dargestellt:
Ein Puffer-(Spalt)-Ring aus Glas 2403, möglicherweise ULE™, umgibt das Teil 2401, das mit Wasserstoff beladen werden soll. Ein hochtemperaturverträgliches, diffusionsresistentes Material 2407, wie z.B. Grafoil®, stellt eine Diffusionsdichtung zwischen dem Ringsegment und dem zu beladenden Teil bereit. Ein Verdichtungsband 2405 hält die Spaltringsegmente eng aneinander und an das zu beladende Teil.
Die Wirkung dieses Pufferrings ist es, die Konzentrationsbeule, die in dem oben dargestellten Fall festgestellt wird, aus dem Siliciumoxidteil zu halten und in das Pufferglas zu führen.
Im Prinzip gibt es keinen Grund dafür, dass das Pufferglas nicht mehrfach verwendet werden kann. Es kann schnell bei höheren Temperaturen zwischen den einzelnen Verwendungen ausgegast werden.
Alternativ kann ein dünnes, sauerstoffreiches Siliciumoxid als das Pufferglas verwendet werden, da dies die Diffusion von H₂ aufgrund der Reaktionen, die H₂ verbrauchen, hemmt. Diese Alternative würde jedoch die Herstellung eines neuen Rings für jede Anwendung bedingen.
Es wird dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Abänderungen mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Geltungsbereich und Gedanken der Erfindung abzuweichen. Daher wird beabsichtigt, dass die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Veränderungen und Abweichungen abgedeckt sind, vorausgesetzt, dass sie innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegt.

Claims

Quarzglasmaterial, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung von Lithographievorrichtungen, die bei einer Wellenlänge von unterhalb 300 nm arbeiten, verwendet zu werden, das mit molekularem Wasserstoff dotiert ist und eine durchschnittliche molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](avg) von nicht weniger als 5×10¹⁵ Molekülen/cm³ und von nicht mehr als 1×10¹⁸ Molekül/cm³, eine maximale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und eine minimale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](min), wobei 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95 ist, und eine Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger besitzt, wobei das Quarzglasmaterial eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) gemessen bei 633 nm von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm hat, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cm² arbeitet, ausgesetzt wird.
Quarzglasmaterial gemäß Anspruch 1 mit einer [H₂](avg) von nicht mehr als 4×10¹⁷ Molekülen/cm³.
Quarzglasmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2 mit einer [H₂](avg) von nicht weniger als 1×10¹⁶ Molekülen/cm³.
Quarzglasmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 1×10¹⁵ Moleküle/cm³ zeigt.
Quarzglasmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine durchschnittliche [OH] von weniger als 100 ppm, in bestimmten Ausführungsformen von weniger als 60 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, in bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1 ppm besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasmaterials, das geeignet ist, im Strahlengang der lithographischen Strahlung einer Lithographievorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unter 300 nm arbeitet, verwendet zu werden, umfassend einen Schritt des Behandelns des Glasmaterials in einer wasserstoffenthaltenden Atmosphäre, sodass am Ende der Behandlung das Quarzglasmaterial eine durchschnittliche molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](avg) von nicht weniger als 5×10¹⁵ Molekülen/cm³ und von nicht mehr als 1×10¹⁸ Molekül/cm³ hat, wobei ein Wasserstoffkonzentrationsgradient durch die Tiefe des Materials besteht, wobei der Wasserstoffkonzentrationsgradient eine maximale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und eine minimale molekulare Wasserstoffkonzentration [H₂](min) hat, wobei 0,10 ≤ [H₂](min)/[H₂](max) ≤ 0,95 ist, was zu einer Brechungsindexvariation von 0,3 ppm oder weniger führt, wobei das Quarzglasmaterial eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD) gemessen bei 633 nm von zwischen -1,0 und 1,0 nm/cm hat, wenn es 10 Milliarden Pulsen eines Lasers bei 193 nm, der bei einer Fluenz von 70 µJ/cm² arbeitet, ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei während des Wasserstoffbehandlungsverfahrens der Partialdruck des Wasserstoffs in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei während des Wasserstoffbehandlungsverfahrens der Partialdruck des Wasserstoffs in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre weniger als 50 atm beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei am Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die niedrigste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) die folgende Bedingung erfüllen: $0,1 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,7.$
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglases in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre der Partialdruck des Wasserstoffs variiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglases in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre der maximale Partialdruck von Wasserstoff auf unterhalb 5 atm gesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglases in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre der maximale Partialdruck des Wasserstoffs auf unterhalb 5 Mal des Gleichgewichtsdrucks, der der höchsten H₂-Konzentration in dem Glas am Ende der Wasserstoffbehandlung entspricht, gesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei am Ende des Wasserstoffbehandlungsverfahrens die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](min)) und die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material ([H₂](max)) die folgende Bedingung erfüllen: $0,4 \leq [H_{2}] (min) / [H_{2}] (max) \leq 0,95.$
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei am Ende der Behandlung des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre die höchste Wasserstoffkonzentration in dem Material weniger als 2×10¹⁸ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei am Ende der Behandlung des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre die geringste Wasserstoffkonzentration in dem Material mehr als 1×10¹⁶ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei während des Verfahrens des Behandelns des Quarzglasmaterials in der wasserstoffenthaltenden Atmosphäre mindestens ein Teil der Oberfläche des Materials mit einer Wasserstoffdiffusionsbarriere abgeschirmt wird, sodass die Wasserstoffmoleküle in den Körper des Glasmaterials lediglich durch ausgewählte Oberflächenbereiche eintreten können.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei ein Quarzglasmaterial mit einer durchschnittlichen Wasserstoffkonzentration [H₂](avg), einer maximalen Wasserstoffkonzentration [H₂](max) und einer minimalen Wasserstoffkonzentration [H₂](min) hergestellt wird, mit den folgenden Schritten: (I) Bereitstellen einer Siliciumoxidrußvorform, umfassend eine Vielzahl von Siliciumoxidrußpartikeln; (II) Behandeln der Siliciumoxidrußvorform in einer sauerstoffenthaltenden Atmosphäre; (III) Verdichten der Siliciumoxidrußvorform zu transparentem Glas; und (IV) Behandeln des verdichteten Quarzglases in einer wasserstoffenthaltenden Atmosphäre mit veränderlichem Wasserstoffpartialdruck, wobei ein Wasserstoffpartialdruck höher als der Gleichgewichtswasserstoffpartialdruck, der [H₂](max) entspricht, zu Beginn dieses Schrittes (IV) angewandt wird, sodass die -O-O-Bindungen und/oder O₂-Moleküle in dem Glas schnell verbraucht werden.