DE102007017004A1

DE102007017004A1 - Optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas mit erhöhter Strahlenbeständigkeit, sowie Verfahren zur Herstellung des Bauteils

Info

Publication number: DE102007017004A1
Application number: DE102007017004A
Authority: DE
Inventors: Bodo Kuehn; Stefan Ochs; Jürgen Weber
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-08-28
Also published as: EP2118026A1; US20100091360A1; CN101622204A; JP2010519751A; WO2008104485A1; EP2118026B1

Abstract

Um ein optisches Bauteil aus Quarzglas zur Verwendung in einem Projektionsobjektiv für die Immersions-Lithographie mit einer Arbeitswellenlänge unterhalb von 250 nm bereitzustellen, das für den Einsatz mit linear polarisierter UV-Laserstrahlung und insbesondere hinsichtlich Kompaktierung und durch anisotrope Dichteänderung induzierte Doppelbrechnung optimiert ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Quarzglas Hydroxylgruppen im Bereich von 1 Gew.-ppm bis 60 Gew.-ppm und chemisch gebundenen Stickstoff enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas mit erhöhter Strahlenbeständigkeit gegenüber Bestrahlung mit Excimerlaser, zum Einsatz bei der Immersions-Lithographie bei einer Arbeitswellenlänge unterhalb von 250 nm.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas mit vorgegebenem Hydroxylgruppengehalt, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

(a) durch Flammenhydrolyse oder Oxidation einer siliziumhaltigen Ausgangsverbindung und schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf einem Träger wird ein poröser SiO₂-Sootkörper hergestellt,
(b) der Sootkörper wird zum Entfernen von Hydroxylgruppen einer Dehydratationsbehandlung in einer Trocknungsatmosphäre unterzogen, so dass sich ein mittlerer Hydroxylgruppengehalt von weniger als 60 Gew.-ppm einstellt, und
(c) der SiO₂-Sootkörper wird zu einem Körper aus dem synthetischen Quarzglas verglast.

Optische Bauteile aus Quarzglas werden für die Übertragung energiereicher, ultravioletter Excimerlaserstrahlung in mikrolithographischen Belichtungs- und Projektionssystemen zur Herstellung hochintegrierter Schaltungen auf Substraten eingesetzt.
Immer größere Bedeutung gewinnt die Immersions-Lithographie. Hierbei ist der Spalt zwischen dem zu belichtenden Substrat in der Bildebene und dem letzten optischen Bauteil des Linsensystems mit einer Flüssigkeit mit höherer Brechzahl als Luft gefüllt. Die höhere Brechzahl der Flüssigkeit gegenüber Luft bewirkt eine größere numerische Apertur des Projektionsobjektivs insgesamt und verbessert dadurch die Auflösung des Systems.
Die energiereiche Laserstrahlung induziert jedoch Defekte in der Glasstruktur, die die Abbildungseigenschaften des Bauteils verschlechtern. Die Anforderungen an die optischen Eigenschaften der Bauteile für die Belichtungs- und Projektionssysteme und deren Strahlenresistenz nehmen ständig zu. Insbesondere die Anforderungen an die strahlungsinduzierte Wellenfrontverzerrung werden immer weiter verschärft.
Auch Lösungsvorschläge wie in der EP 1 712 528 A2 und der EP 1 586 544 A1 , die auf eine niedrige Defektkonzentration der Glasstruktur infolge einer geringen Konzentration an SiH-, Halogen- oder Hydroxylgruppen oder auf eine geeignete Temperung des Quarzglases hinauslaufen, stoßen mittlerweile an Grenzen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von einem SiO₂-Sootkörper ausgegangen. Dabei handelt es sich um einen Hohlzylinder oder um einen Vollzylinder aus porösem SiO₂-Ruß, der nach dem bekannten VAD-Verfahren (Vapor Axial Deposition) oder nach dem OVD-Verfahren (Outside Vapor Deposition) erhalten wird. In der Regel enthalten Sootkörper herstellungsbedingt einen hohen Gehalt an Hydroxylgruppen (OH-Gruppen). Diese wirken sich auf die optische Transmission des daraus erhaltenen Quarzglases aus, und sie haben Einfluss auf die Beständigkeit von Quarzglas gegenüber kurzwelliger UV-Strahlung.
Aus der DE 196 49 935 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Gattung bekannt. Als Zwischenprodukt wird ein hohlzylindrischer Sootkörper nach dem „OVD-Verfahren" durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ hergestellt. Herstellungsbedingt enthält der Sootkörper einen hohen Gehalt an Hydroxylgruppen. Um diese zu entfernen, wird der poröse Rohling einer Dehydratationsbehandlung in chlorhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur um 1000°C unterzogen. Dabei kommt es zu einer Substitution von OH-Gruppen durch Chlor. Anschließend wird der so behandelte Sootkörper in einen evakuierbaren Verglasungsofen eingebracht und darin unter Bildung eines transparenten Quarzglaszylinders verglast, der als Halbzeug für die Herstellung einer optischen Vorform eingesetzt wird.
In der Regel enthält das so hergestellte synthetische Quarzglas einen gewissen Anteil an Chlor. Es ist jedoch bekannt, dass Chlor (ähnlich wie Fluor) eine Verschlechterung der UV-Strahlenbeständigkeit des Quarzglases bewirken kann. Insbesondere bewirkt Chlor eine Verschlechterung des Kompaktierungsverhaltens und es trägt zu einer induzierten Doppelbrechung unter UV-Laserstrahlung bei. Das als „Kompaktierung" bekannte Schädigungsmuster tritt während oder nach Laserbestrahlung mit hoher Energiedichte auf und äußerst sich in einer lokalen Dichteerhöhung des Glases im durchstrahlten Volumen, die wiederum zu einem lokal inhomogenen Anstieg des Brechungsindex und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des optischen Bauteils führt.
Es sind daher Maßnahmen zur Beseitigung von Chlor aus dem porösen Sootkörper vorgeschlagen worden, wie zum Beispiel in der US 2005/0187092 , in der synthetisches Quarzglases mit hoher UV-Strahlenbeständigkeit für Linsen, Prismen und andere optische Komponenten für ein Lithographiegerät beschrieben wird. Zur Herstellung des Quarzglases wird eine chlorfreie siliziumhaltige Ausgangsverbindung eingesetzt, aus der SiO₂-Partikel durch Flammenhydrolyse erzeugt und unter Bildung eines SiO₂-Sootkörpers auf einem Träger abgeschieden werden. Dieser wird einer Dehydratationsbehandlung unterzogen, bei der der Sootkörper bei einer Temperatur von 1050°C in einer Atmosphäre aus Helium mit 2,7% Chlor über einen Zeitraum von 4 h behandelt wird. Die Chlorbehandlung trägt zwar zum Entfernen von Verunreinigungen und zur Reduzierung des Hydroxylgruppengehalts bei, führt aber zwangsläufig zu einer Beladung des Sootkörpers mit Chlor. Anschließend wird der SiO₂-Sootkörper einer Zwischenbehandlung in einer Atmosphäre aus Helium mit 3% Sauerstoff unterzogen und dabei über mehrere Stunden langsam auf eine Temperatur von 1490°C erhitzt und zu einem transparenten Quarzglaskörper gesintert, dessen Hydroxylgruppengehalt etwa 10 Gew.-ppm beträgt.
Die Zwischenbehandlung unter He/O₂-Atmosphäre dient dazu, Chlor aus dem Sootkörper zu entfernen. Als alternative Reaktanten für die Chlorentfernung aus synthetischem Quarzglas werden H₂O und fluor- oder borhaltige Substanzen genannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, andere Maßnahmen anzugeben, die für eine Verminderung der strahlungsinduzierten Schädigung der Glasstruktur geeignet sind. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches Bauteil bereit zu stellen, das hinsichtlich Kompaktierung für den Einsatz in der Immersionslithographie optimiert ist.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Bauteils anzugeben. Insbesondere ein Verfahren, das eine reproduzierbare und verlässliche Herstellung von synthetischem, UV-strahlenbeständigem Quarzglas mit vorgegebenem Hydroxylgruppengehalt und geringem Chlorgehalt ermöglicht.
Hinsichtlich des optischen Bauteils wird diese Aufgabe einerseits erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Quarzglas chemisch gebundener Stickstoff enthalten ist.
Stickstoff bewirkt bekanntermaßen eine Erhöhung der Viskosität von Quarzglas. Es hat sich gezeigt, dass Stickstoff auch eine erhöhte Strahlenbeständigkeit von Quarzglas bewirken kann. Überraschenderweise ist diese Wirkung jedoch nicht eindeutig mit dem Stickstoffgehalt des Quarzglases korrelierbar. Der Gesamt-Stickstoffgehalt im Quarzglasnetzwerk kann sich aus physikalisch gelöste und chemisch gebundenem Stickstoff zusammen setzen, wobei sich nur letzterer ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen auf die UV-Strahlenbeständigkeit erhöhend bemerkbar macht. Der Stickstoffgehalt im Sinne dieser Erfindung ist daher nur der chemisch im Glasnetzwerk gebundene Stickstoff.
Die Stickstoffdotierung (Nitridierung) beeinträchtigt die Transmission im ultravioletten Wellenlängenbereich nicht nennenswert und wirkt sich in geringen Mengen (im ppm-Bereich) auch auf die Dichte und den Brechungsindex des Quarzglases in akzeptabler Weise aus (1 Gew.-ppm Stickstoff bewirkt eine Dichteänderung von etwa 1 ppm). Dies erleichtert die Einstellung homogener optischer Eigenschaften über das Volumen des Bauteils, auch bei einer nicht vollständig homogenen Verteilung der Stickstoffkonzentration. Dennoch ist die Stickstoff-Konzentration im Idealfall zumindest im genutzten Volumen des optischen Bauteils (auch bezeichnet als „CA-Bereich" (clear aperture)) möglichst konstant, da dies die Einhaltung einer homogenen Verteilung der fiktiven Temperatur erleichtert.
Unter dem „optischen Bauteil" wird hier das einsatzbereite Bauteil verstanden, wie etwa eine eingefasste optische Linse, aber auch ein Zwischenprodukt (Rohling), das zur Herstellung des Bauteils noch einer Nachbearbeitung bedarf, wie etwa einer mechanischen Bearbeitung durch Bohren, Sägen, Schleifen oder Polieren.
Das synthetische Quarzglas wird anhand der bekannten Methoden hergestellt. Als Beispiel seien Flammenhydrolyse von SiCl₄ oder anderer hydrolysierbarer Siliziumverbindungen, die plasmaunterstützte Abscheidung von SiO₂-Partiklen und Sol-Gel-Verfahren genannt. Die Dotierung mit Stickstoff erfolgt unmittelbar bei der Herstellung der synthetischen SiO₂-Partikel, beim Abscheiden der SiO₂-Partikel oder in einem späteren Bearbeitungsstadium des Quarzglases.
Der Stickstoff wird entweder über die Gasphase eingebracht und/oder in Form von Stickstoff enthaltenden chemischen Verbindungen, die einem zu schmelzenden oder zu sinternden Ausgangssubstanz beigemischt werden und die beim Erhitzen Stickstoff freisetzen.
Die Messung des Stickstoffgehalts erfolgt mittels eines Gasanalyseverfahrens, das als „Trägerheißgasextraktion" bekannt ist. Dabei wird eine genau eingewogene Probemenge in einem Graphit-Tiegel bei 2000°C in einer Sauerstoffatmosphäre verbrannt. Das dabei freigesetzte Stickstoffgas wird über die Wärmeleitfähigkeit der Messzellen erfasst. Für Stickstoff liegt die Nachweisbarkeitsgrenze dieser Methode unter 1 Gew.-ppm. Bei Quarzglasproben verläuft die Verbrennung nicht vollständig, und es bildet sich eine Schmelzperle. Um die Messgenauigkeit zu verbessern, wird das Quarzglas in einem Mörser zerstoßen und anschließend entfettet.
Die Messung durch Trägerheißgasextraktion erfasst jedoch chemisch gebundenen und physikalisch gelösten Stickstoff. Um Letzteren weitgehend zu entfernen, wird die Quarzglasprobe vorab einer Temperaturbehandlung unterzogen. Dabei wird eine 1 mm dicke Messprobe bei einer Temperatur von 1100°C während 230 h Stunden an Luft geglüht.
Grundsätzlich ist die gewünschte Wirkung der Stickstoffdotierung, also die Versteifung des Quarzglasnetzwerkes, um so ausgeprägter, je größer der Stickstoffgehalt des Quarzglases ist. Ein Stickstoffgehalt des Quarzglases, der im Bereich zwischen 1 und 150 Gew.-ppm liegt, hat sich als besonders günstig erwiesen.
Bei Gehalten im ppb-Bereich macht sich die Netzwerk versteifende Wirkung des Stickstoffs nicht entscheidend bemerkbar, und bei Stickstoffgehalten oberhalb von 150 Gew.-ppm besteht die Tendenz zu Blasenbildung. Bei einem zusätzlichen Anteil an physikalisch gelöstem Stickstoff wird die physikalische Löslichkeitsgrenze für Stickstoff im Quarzglas noch früher überschritten und die Blasenbildung setzt bereits bei geringeren Stickstoffgehalten als 150 Gew.-ppm ein.
Im Hinblick hierauf hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Stickstoffgehalt des Quarzglases im Bereich zwischen 10 und 100 Gew.-ppm liegt, und vorzugsweise mindestens 30 Gew.-ppm beträgt.
Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des optischen Bauteils erfindungsgemäß andererseits auch dadurch gelöst, dass das Quarzglas mit Boroxid dotiert ist.
Bor ist ein so genannter Netzwerkbildner und hat in einer SiO₂-Netzwerkstruktur eine ähnliche versteifende Wirkung wie Stickstoff.
Im Hinblick auf eine geringe Kompaktierung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Gehalt an Boroxid im Bereich zwischen 1 Gew.-ppm und 250 Gew.-ppm liegt, und insbesondere wenn der Gehalt von Boroxid im Bereich zwischen 10 Gew.-ppm und 120 Gew.-ppm, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 60 Gew.-ppm, liegt.
Eine besonders hohe Strahlenbeständigkeit ergibt sich, wenn das Quarzglas gleichzeitig mit Stickstoff und mit Boroxid dotiert ist.
Eine zusätzlich Verbesserung der UV-Strahlenbeständigkeit wird erreicht, wenn das Quarzglas mit Oxiden oder Nitriden dreiwertiger Netzwerkbildner – umfassend Y, Sm – oder mit Zr dotiert ist.
Die Co-Dotierung des Quarzglases mit Aluminium und/oder Bor und einem oder mehreren der genannten Seltenerdmetalle führt zu einer weiteren Versteifung der Netzwerkstruktur des Quarzglases. Die genannten Seltenerdmetalle wirken als Netzwerkbildner und versteifen die Glasstruktur, und sie können insoweit Stickstoff oder Bor auch teilweise ersetzen. Die liegen in der Regel in Form von Oxiden vor, insbesondere im Hinblick auf eine sowieso erwünschte Stickstoffdotierung ist aber auch der Einsatz von Nitriden vorteilhaft.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn das Quarzglas mit Aluminiumoxid dotiert ist.
Bekanntermaßen wirkt auch Aluminium versteifend auf die Netzwerkstruktur von Quarzglas. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Einsatz eines Dotierstoffes in Form von Aluminiumoxid in größeren Mengen die optischen Eigenschaften des Quarzglases beeinträchtigt. Daher wird erfindungsgemäß Aluminiumoxid nur als Co-Dotant in Verbindung mit Stickstoff und/oder Boroxid eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Co-Dotierung die Beeinträchtigungen der optischen Eigenschaften durch die Aluminiumdotierung verringert werden können.
In dem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der mittlere Gehalt an Aluminiumoxid bei mehr als 1,2 Gew.-ppm liegt. Besonders geeignete mittlere Gehalte an Aluminiumoxid betragen mindestens 10 Gew.-ppm, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-ppm.
Im Hinblick auf eine hohe Viskosität des Quarzglases wird eine Ausführungsform des optischen Bauteils bevorzugt, bei der das Quarzglas einen Gehalt an Hydroxylgruppen von weniger als 40 Gew.-ppm, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-ppm, besonders bevorzugt maximal 15 Gew.-ppm, aufweist.
Die dadurch erreichte vergleichsweise höhere Viskosität des Quarzglases führt zu einer Verbesserung des Verhaltens gegenüber einer lokalen Dichteänderung. Je geringer der Gehalt an Hydroxylgruppen ist, um so geringer ist die Kompaktierungsneigung des Quarzglases.
Der Gehalt an Hydroxylgruppen ergibt sich durch Messung der IR-Absorption nach der Methode von D. M. Dodd et al. „Optical Determinations of OH in Fused Silica", (1966), S. 3911.
Außerdem kann dem geringen Hydroxylgruppengehalt neben der höheren Viskosität auch noch eine Bedeutung hinsichtlich der Vermeidung einer anisotropen Dichteänderung zukommen. Es ist zu vermuten, dass die Dichteänderung mit einer Umlagerung von Hydroxylgruppen einhergeht, wobei dieser Umlagerungsmechanismus um so wahrscheinlicher und leichter abläuft, je mehr Hydroxylgruppen zur Verfügung stehen. Der geringe Hydroxylgruppengehalt als auch eine möglichst hohe Dichte des Quarzglases verringern daher die Empfindlichkeit der Glasstruktur gegenüber einer lokalen anisotropen Dichteänderung.
Da eine geringe Kompaktierung mit einer hohen Viskosität des Quarzglases einhergeht, wird erfindungsgemäß ein Bauteil bevorzugt, bei dem die Viskosität des Quarzglases bei einer Temperatur von 1200°C mindestens 10¹³ dPa·s beträgt.
Die viskositätserhöhende Wirkung einer Dotierung mit Stickstoff oder Boroxid und infolge eines vergleichsweise geringen Hydroxylgruppengehalts kann durch einen hohen Gehalt an Halogenen ganz oder teilweise aufgehoben werden. Fluor- und Chlordotierungen vermindern die Dichte und die Viskosität von Quarzglas und verschlechtern dadurch das Kompaktierungsverhalten. Daher weist das Quarzglas für das erfindungsgemäße optische Bauteil bevorzugt kein Fluor und einen Gehalt an Chlor von weniger als 50 Gew.-ppm auf.
Es wird davon ausgegangen, dass Si-F-Gruppen und Si-Cl-Gruppen ähnlich wie Si-OH-Gruppen unter UV-Bestrahlung leicht aufgebrochen werden können und dadurch Dichteänderungen bewirken. Die quantitative Analyse von Chlor erfolgt hierbei nasschemisch, mit einer Nachweisbarkeitsgrenze bei etwa 50 Gew.-ppm.
Vorzugsweise wird der mittlere Wasserstoffgehalt des Quarzglases auf einen Wert im Bereich zwischen 5 × 10¹⁵ Molekülen/cm³ und 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ eingestellt.
Es ist bekannt, dass Wasserstoff eine ausheilende Wirkung in Bezug auf Defekte aufweist, die durch UV-Bestrahlung in Quarzglas ausgelöst werden. Je höher der Wasserstoffgehalt ist, um so mehr wirkt sich seine defektausheilende Wirkung bei UV-Bestrahlung aus. Andererseits kann ein hoher Wasserstoffgehalt zu einer Bildung von SiH-Gruppen beitragen, die sich bekanntlich auf das Kompaktierungsverhalten ungünstig auswirken. Daher liegt der mittlere Wasserstoffgehalt des Quarzglases bevorzugt bei weniger als 1 × 10¹⁷ Moleküle/cm³.
Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Quarzglas für UV-Strahlung einer Wellenlänge von 163 nm eine Absorption von weniger als 0,5/cm aufweist.
Eine Absorption bei dieser Wellenlänge deutet auf ein Defektzentrum der Netzwerkstruktur in Form einer Sauerstofffehlstelle – einer Si-Si-Gruppe – hin. Es hat sich gezeigt, dass auch derartige Fehlstellen eine Kompaktierung begünstigen.
Das erfindungsgemäße Quarzglas-Bauteil widersteht einer Kompaktierung durch UV-Strahlung besser als die bekannten Quarzglas-Qualitäten, so dass es insbesondere für den Einsatz zur Übertragung von UV-Strahlung einer Wellenlänge zwischen 190 nm und 250 nm besonders gut geeignet ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sootkörper während oder nach der Dehydratationsbehandlung unter Einsatz eines Stickstoff enthaltenden Reaktionsgases nitridiert wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Herstellung des optischen Bauteils mittels des „Sootverfahrens". Dabei wird als Zwischenprodukt ein poröser Sootkörper aus synthetischem SiO₂ erzeugt, dessen Hydroxylgruppengehalt vor der Sintern (Verglasen; Schmelzen) mittels einer Dehydratationsbehandlung auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird. Das Trocknen des Sootkörpers erfolgt bei hoher Temperatur, in reaktiver Atmosphäre und/oder unter Vakuum.
Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Standes der Technik beruht darauf, dass der poröse Sootkörper in einer Atmosphäre behandelt wird, die ein Stickstoff enthaltendes Reaktionsgas enthält. Ziel ist eine effektive Einbindung von chemisch gebundenem Stickstoff in das Quarzglasnetzwerk (hier als „Nitridierung" bezeichnet). Dies wird durch Sintern eines vorher nitridierten Sootkörpers und/oder durch Sintern in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre erreicht. Voraussetzung für den chemischen Einbau von Stickstoff in Quarzglas ist eine ausreichend reaktive Stickstoffquelle und eine ausreichend vorhandene Aktivierungsenergie (Nitridierungstemperatur). Bei hoher Nitridierungstemperatur ergibt sich ein vergleichsweise offenes, reaktives Glasnetzwerk, in das Stickstoff relativ leicht chemisch eingebunden werden kann. Dadurch ist ein hoher Anteil an chemisch gelöstem Stickstoff im Quarzglasnetzwerk erreichbar. Diese Art der Stickstoffdotierung bewirkt nicht nur eine Erhöhung der Viskosität bei hohen Einsatztemperaturen, sondern sie trägt auch zu einer geringeren Kompaktierungsneigung bei, wie oben anhand des erfindungsgemäßen optischen Bauteils beschrieben.
Die Nitridierung wird vorzugsweise während der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) und/oder zwischen der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) und dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (c) und/oder während des Verglasens gemäß Verfahrensschritt (c) durchgeführt.
Als besonders geeignete Stickstoffquelle haben sich Reaktionsgase erweisen, die NH₃ oder N₂O enthalten.
Diese Substanzen zersetzen sich bei hoher Temperatur leicht in relativ reaktionsträgen Stickstoff, aber auch in andere in reaktive Stickstoffspezies, die zu einer effektiven Nitridierung beitragen.
Besonders bevorzugt wird der Einsatz von Ammoniak (NH₃) als Reaktionsgas. Denn es hat sich gezeigt, dass Ammoniak auch geeignet ist, Chlor, das während der Dehydratationsbehandlung in den Sootkörper eingebracht worden ist, auszutreiben. Offensichtlich werden dabei chemisch gebundene Chloratome durch Stickstoffatome ersetzt, was durch folgende Reaktionen beschrieben werden kann: SiCl + NH₃ → SiNH₂ + HCl (1) SiNH₂ + SiH → -SiNHSi- + H₂ (2) -SiNHSi- + SiCl₂ → -SiNSi-Si + HCl (3)
Bei den Reaktionsgleichungen (2) und (3) sind die Reaktanten SiH und SiCl austauschbar.
Reaktiver Stickstoff zeigt gegenüber Hydroxylgruppen bei hohen Temperaturen eine hinreichende Reaktivität und ist dazu geeignet, Hydroxylgruppen aus dem SiO₂-Sootkörper zu verdrängen. Diese Verfahrensvariante ermöglicht somit einerseits ein effektives Trocknen des Sootkörpers unter Einsatz von Chlor, und andererseits das Entfernen von dadurch eingebrachtem Chlor bei gleichzeitigem Einbringen von chemisch gebundenem Stickstoff, der zur gewünschten Stickstoffbeladung beiträgt.
Im Hinblick auf eine effektive Trocknung des Sootkörpers bei der Dehydratationsbehandlung wird während der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) als erstes Reaktionsgas Chlor eingesetzt.
Die Nitridierung unter Einsatz von NH₃ erfolgt vorzugsweise bei einer relativ niedrigen Nitridierungstemperatur im Bereich zwischen 700°C und 1000°C, besonders bevorzugt bei weniger als 950°C.
Denn bei hohen Temperaturen oberhalb von 1000°C ergibt sich infolge der Zersetzungsprodukte von Ammoniak auch ein merklicher Einbau von Hydroxyl- und SiH-Gruppen, was wiederum zu einer Abnahme der Kompaktierungsbeständigkeit des Quarzglases führen kann. Außerdem ergibt sich infolge der zunehmenden Dissoziation von NH₃ bei hohen Temperaturen (ab etwa 800°C) eine Abnahme des Anteils der reaktiven Komponente NH₃ zu Gunsten der weniger reaktiven Komponente N₂ und damit eine geringere Nitridierungsgeschwindigkeit.
Distickstoffmonoxid (N₂O; Lachgas) zersetzt sich ebenfalls bei hoher Temperatur und setzt dabei reaktiven Stickstoff und Sauerstoff frei. Der reaktive Sauerstoff kann gleichzeitig etwaige Sauerstofffehlstellen der Glasstruktur absättigen, was sich auf die Strahlenbeständigkeit des Quarzglases ebenfalls günstig auswirkt.
Die Nitridierung unter Einsatz von Stickstoff oder von N₂O erfolgt bevorzugt bei einer höheren Nitridierungstemperatur im Bereich zwischen 1100 und 1200°C.
Eine weitere Verbesserung der UV-Strahlenbeständigkeit des Quarzglases wird erzielt, wenn die Dotierbehandlungsphase unter einem Überdruck des Stickstoff enthaltenden Reaktionsgases erfolgt.
Der erhöhte Partialdruck des Stickstoff enthaltenden Reaktionsgases ermöglicht eine besonders effektive Stickstoffdotierung, insbesondere im Fall des gleichzeitigen Dotierens und Sinterns bei hoher Temperatur. Diese Art der Überdruckbehandlung wird im Folgenden als „Gasdrucksintern" bezeichnet. Infolge der hohen Einsatztemperatur beim Gasdrucksintern ergibt sich ein vergleichsweise offenes, reaktives Glasnetzwerk, in das Stickstoff relativ leicht chemisch eingebunden werden kann. Der Einbau von chemisch gelöstem Stickstoff im Quarzglasnetzwerk wird durch den erhöhen Druck beim Gasdrucksintern begünstigt. Diese Verfahrensvariante hat sich insbesondere beim Einsatz von N2 oder N₂O als Stickstoff enthaltendes Reaktionsgas bewährt.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Sootkörper zu Beginn der Trocknungsphase eine Dichte von maximal 30% der Dichte von Quarzglas aufweist.
Bei einer Dichte von mehr als 30% ergibt sich eine lange Behandlungsdauer für die Dehydratationsbehandlung des Sootkörpers.
Das erfindungsgemäße optische Quarzglas-Bauteil bzw. das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte optische Bauteil zeichnet sich durch eine geringe Empfindlichkeit für eine lokale anisotrope und isotrope Dichteänderung bei Bestrahlung mit kurzwelliger UV-Strahlung aus. Es wird daher vorzugsweise als optisches Bauteil in einem Projektionssystem oder einem Beleuchtungssystem eines Belichtungsautomaten für die Immersions-Lithographie zum Zweck der Übertragung von ultravioletter, gepulster und linear polarisierter UV-Laserstrahlung einer Wellenlänge zwischen 190 nm und 250 nm eingesetzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Beispiel 1
Es wird ein Sootkörper durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ anhand des bekannten OVD-Verfahrens hergestellt. Der Sootkörper wird bei einer Temperatur von 1200°C in einem Heizofen mit einem Heizelement aus Grafit unter Vakuum dehydratisiert. Bei Abschluss der Dehydratationsbehandlung nach 50 Stunden liegt der Hydroxylgruppengehalt des Sootkörpers bei etwa 48 Gew.-ppm.
Der getrocknete Sootkörper wird anschließend in einen Dotierofen eingebracht und darin bei einer Temperatur von 900°C während 20 Stunden in einer Atmosphäre aus 20 Vol.-% Stickstoff, 20 Vol.-% Ammoniak, Rest Inertgas behandelt. Dabei zersetzt sich Ammoniak unter Bildung von reaktivem Stickstoff, der in der Lage ist, mit SiO2 chemisch unter Bildung von im Glasnetzwerk gebundenem Stickstoff zu reagieren.
Daran schließt sich eine weitere 20-stündige Behandlung des Sootkörpers in einer Atmosphäre aus 20 Vol.-% Stickstoff und 80 Vol.-% Inertgas an.
Danach wird der getrocknete und nachbehandelte Sootkörper in einem Sinterofen bei einer Temperatur von ca. 1750°C unter Vakuum (10^–2 mbar) zu einem transparenten Quarzglasrohling verglast. Dieser wird anschließend durch thermisch mechanische Homogenisierung (Verdrillen) und Bildung eines Quarzglas-Zylinders homogenisiert. Der mittlere Stickstoffgehalt des Quarzglases liegt danach bei etwa 40 Gew.-ppm und der Hydroxylgruppengehalt beträgt ca. 20 Gew.-ppm.
Zum Abbau mechanischer Spannungen und zur Verminderung der Doppelbrechung sowie zur Erzeugung einer kompaktierungsresistenten Glasstruktur wird der Quarzglas-Zylinder einer üblichen Temperbehandlung unterzogen.
Der so behandelte Quarzglaszylinder hat einen Außendurchmesser von 350 mm und eine Dicke von 60 mm. Das Quarzglas hat eine mittlere fiktive Temperatur von 1100°C.
Danach wird der Quarzglaszylinder in einer reinen Wasserstoffatmosphäre bei 380°C zunächst bei einem Absolutdruck von 2 bar während einer Dauer von 300 Stunden und anschließend bei derselben Temperatur bei einem Wasserstoffpartialdruck von 0 bar während einer Dauer von 25 h, und danach bei einem Absolutdruck von 0,1 bar während einer Dauer von 850 Stunden gehalten.
Der danach erhaltene Quarzglaszylinder ist im Wesentlichen frei von Chlor, Sauerstoffdefektstellen und SiH-Gruppen (unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze von 5 × 10¹⁶ Molekülen/cm³), und er zeichnet sich innerhalb eines Kernbereichs mit einem Durchmesser von 280 mm (CA-Bereich) durch einen mittleren Stickstoffgehalt von 40 Gew.-ppm, einen mittleren Wasserstoffgehalt von 3 × 10¹⁶ Molekülen/cm³, einen Hydroxylgruppengehalt von 20 Gew.-ppm sowie eine mittlere fiktive Temperatur von 1100°C aus. Der Gehalt an Chlor liegt unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze. Diese Eigenschaften des Quarzglases sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Beispiel 2
Es wird ein Sootkörper durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ anhand des bekannten OVD-Verfahrens hergestellt, wie anhand Beispiel 1 beschrieben, jedoch mit folgendem Unterschied zum Verfahren von Beispiel 1:

• Der Sootkörper wird bei einer Temperatur von 1200°C in einem Heizofen mit einem Heizelement aus Grafit unter Einsatz einer Chlor enthaltenden Atmosphäre dehydratisiert. Bei Abschluss der Dehydratationsbehandlung nach 50 Stunden liegt der Hydroxylgruppengehalt des Sootkörpers bei etwa 5 Gew.-ppm.

Der getrocknete und mit Chlor beladene Sootkörper wird anschließend in einen Dotierofen eingebracht und darin bei einer Temperatur von 900°C während 20 Stunden in einer Atmosphäre aus 20 Vol.-% Stickstoff, 20 Vol.-% Ammoniak, Rest Inertgas behandelt. Dabei zersetzt sich Ammoniak unter Bildung von reaktivem Stickstoff, der in der Lage ist, das zuvor in der Dehydratationsbehandlung eingebrachte Chlor auszutreiben. Gleichzeitig kommt es zu einer Beladung des Quarzglases mit chemisch gebundenem Stickstoff. Daran schließt sich eine weitere 20-stündige Behandlung des Sootkörpers in einer Atmosphäre aus 20 Vol.-% Stickstoff und 80 Vol.-% Inertgas an. Die durch die Chlortrocknung bereits stark verringerte Hydroxylgruppenbeladung ändert sich durch die nachfolgenden Behandlungsschritte kaum noch.
Danach wird der getrocknete und nitridierte Sootkörper verglast und weiter bearbeitet, wie anhand Beispiel 1 beschrieben (Tempern, Wasserstoffbeladung). Der mittlere Stickstoffgehalt des Quarzglases liegt danach bei etwa 50 Gew.-ppm, der Hydroxylgruppengehalt beträgt ca. 5 Gew.-ppm, der mittleren Wasserstoffgehalt um 3 × 10¹⁶ Moleküle/cm³, und die mittlere fiktive Temperatur bei 1120°C. Weitere Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle 1.
Beispiel 3
Ein anderer Quarzglas-Zylinder wird hergestellt wie oben beschrieben, jedoch mit folgenden Unterschieden zum Verfahren von Beispiel 1:

• der Sootkörper wird bei einer Temperatur von 1200°C in einem Heizofen mit einem Heizelement aus Grafit unter Vakuum dehydratisiert, wobei die Dehydratationsbehandlung erst nach 100 Stunden beendet ist. Der Hydroxylgruppengehalt des Sootkörpers liegt danach bei etwa 30 Gew.-ppm. Das Quarzglas des Sootkörpers enthält Sauerstoff-Fehlstellen in einer Größenordnung von 3 × 10¹⁶ Molekülen/cm³.
• Der getrocknete Sootkörper wird anschließend in einem Dotier- und Sinterofen bei einer Temperatur von ca. 1750°C unter Atmosphäre aus 90 Vol.-% He und 10 Vol.-% N₂O zu einem transparenten Quarzglasrohling verglast.

Nach der thermisch mechanischen Homogenisierung (Verdrillen) unter Bildung eines Quarzglas-Zylinders und der Beladung mit Wasserstoff wie in Beispiel 1 beschrieben, liegt der mittlere Stickstoffgehalt des Quarzglases bei etwa 30 Gew.-ppm, der Hydroxylgruppengehalt beträgt ca. 30 Gew.-ppm. Der Quarzglaszylinder ist im Wesentlichen frei von Chlor, Sauerstoffdefektstellen und SiH-Gruppen (unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze von 5 × 10¹⁶ Molekülen/cm³), und er zeichnet sich innerhalb einem Durchmesser von 280 mm (CA-Bereich) durch einen mittleren Wasserstoffgehalt von etwa 3 × 10¹⁶ Molekülen/cm³ aus. Die mittlere fiktive Temperatur des Quarzglases beträgt etwa 1115 °C.
Beispiel 4
Es wird ein mit Aluminiumoxid dotierter Sootkörper durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ und Aluminiumbutoxid (C₁₂H₂₇AlO₃) hergestellt. Aluminiumbutoxid verdampft bei ca. 180°C. Ein entsprechend hoch erhitzter Gasstrom aus dem Gemisch der beiden Ausgangssubstanzen wird einem Abscheidebrenner zugeführt und mittels diesem durch OVD-Abscheidung in ansonsten üblicher Weise ein Sootkörper erzeugt, der aus synthetischem Quarzglas besteht, das mit etwa 50 Gew.-ppm Aluminium dotiert ist.
Der mit Aluminium dotierte Sootkörper wird weiterbehandelt und gesintert, wie anhand Beispiel 1 beschrieben. Es wird ein Quarzglaszylinder erhalten, der im Wesentlichen frei von Chlor, Sauerstoffdefektstellen und SiH-Gruppen ist (unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze von 5 × 10¹⁶ Molekülen/cm³), und der sich in einem Kernbereich mit einem Durchmesser von 280 mm (CA-Bereich) durch einen mittleren Stickstoffgehalt von 40 Gew.-ppm, einen Aluminiumoxidgehalt von 50 Gew.-ppm, einen mittleren Wasserstoffgehalt von 3 × 10¹⁶ Molekülen/cm³, einen Hydroxylgruppengehalt von 48 Gew.-ppm sowie eine mittlere fiktive Temperatur von 1100°C auszeichnet. Der Gehalt an Chlor liegt unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze.
Beispiel 5
Als Ausgangsmaterial wird eine homogene Mischung aus synthetisch erzeugtem SiO₂-Pulver und Y₂O₃ (0,1 Gew.-% der Gesamtmasse) eingesetzt.
Das Pulvergemisch wird in eine hohlzylindrische Grafitform gegeben und in einem Sinterofen durch Gasdrucksintern verglast. Dabei wird das Pulvergemisch zunächst langsam auf 1100°C aufgeheizt. Während einer ersten Phase von neun Stunden, die das Aufheizen und die ersten drei Stunden der Haltezeit bei dieser Temperatur umfasst, wird im Sinterofen ein Vakuum (< 5 mbar) aufrechterhalten, unterbrochen von Inertgas-Spülvorgängen. Während einer anschließenden zweiten Phase wird ein Stickstoffüberdruck von 12 bar erzeugt und sechs Stunden aufrechterhalten, bevor die Ofentemperatur unter Vakuum auf 1550°C erhöht wird. Bei dieser Temperatur wird das Pulvergemisch während einer Dauer von 2,5 h und unter Vakuum gesintert und anschließend auf eine Temperatur von 1700°C aufgeheizt und dabei zu einem Block aus transparentem Quarzglas verglast. Das Verglasen erfolgt zunächst unter Vakuum (1 Stunde) und danach unter einer Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 12 bar (2,5 Stunden).
Das anschließende Abkühlen des Quarzglasblocks auf eine Temperatur von 400°C erfolgt mit einer Abkühlrate von 2°C/min, wobei der Überdruck weiter aufrecht erhalten wird. Danach erfolgt das freie Abkühlen auf Raumtemperatur.
Auf diese Weise wird im Quarzglasblock eine mittlere Stickstoffkonzentration von etwa 50 Gew.-ppm und eine fiktive Temperatur von 1130°C eingestellt. Weitere Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle 1.
Beispiel 6
Es wird ein mit Boroxid dotierter Sootkörper durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ und Borhydrid (B₅H₉) hergestellt. Ein Gasstrom aus dem Gemisch der beiden Ausgangssubstanzen wird einem Abscheidebrenner zugeführt und mittels diesem durch OVD-Abscheidung in ansonsten üblicher Weise ein Sootkörper erzeugt, der aus synthetischem Quarzglas besteht, das mit etwa 30 Gew.-ppm Boroxid dotiert ist.
Der mit Boroxid dotierte Sootkörper wird weiterbehandelt und gesintert, wie anhand Beispiel 3 beschrieben. Es wird ein Quarzglaszylinder erhalten, bei dem der mittlere Stickstoffgehalt des Quarzglases ebenso wie der Boroxidgehalt bei etwa 30 Gew.-ppm liegen. Der Hydroxylgruppengehalt beträgt etwa 25 Gew.-ppm. Der Quarzglaszylinder ist im Wesentlichen frei von Chlor, Sauerstoffdefektstellen und SiH-Gruppen (unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze von 5 × 10¹⁶ Molekülen/cm³), und er zeichnet sich innerhalb einem Durchmesser von 280 mm (CA-Bereich) durch einen mittleren Wasserstoffgehalt von etwa 3 × 10¹⁶ Molekülen/cm³ aus. Die mittlere fiktive Temperatur des Quarzglases beträgt etwa 1148°C.
Beispiel 7
Als Ausgangsmaterial wird eine homogene Mischung aus synthetisch erzeugtem SiO₂-Pulver und ZrO₂-Pulver, das mit Aluminiumoxid versetzt ist (ZrO₂: 0,1 Gew.-% der Gesamtmasse, Al₂O₃: 0,1 Gew.-ppm der Gesamtmasse) eingesetzt.
Das Pulvergemisch wird weiterverarbeitet, wie anhand Beispiel 5 beschrieben.

Auf diese Weise wird im Quarzglasblock eine mittlere Stickstoffkonzentration von etwa 50 Gew.-ppm und eine fiktive Temperatur von 1130°C eingestellt. Weitere Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle 1. Tabelle 1

Eigen-schaften	Beispiel
Eigen-schaften	1	2	3	4	5	6	7	R
N₂ [Gew.-ppm]	40	50	30	40	50	30	50	0
B₂O₃ [Gew.-ppm]	0	0	0	0	0	30	0	0
OH [Gew.-ppm]	20	5	30	48	20	25	10	250
H₂ [cm^–3]	3 E16	3 E16	3 E16	3 E16	< 2 E15	3 E16	3 E16	1,4 E16
Chlor [Gew.-ppm]	n. d.	n. d.	n. d.	n. d.	n. d.	n. d.	n. d.	n. d.
Y₂O₃ [Gew.-%]	0	0	0	0	0,1	0	0	0
ZrO₂ Gew.-%]	0	0	0	0	0	0	0,1	0
Al₂O₃ [Gew.-ppm]	0	0	0	50	0	0	0,1	0
Lg Viskosität [dPas]	13,3	13,4	13,0	13,6	13,6	13,4	13,5	12,0
Tf [°C]	1100	1120	1075	1115	1130	1148	1130	1040
M [rel.zu R]	0,15	1,13	0,2	0,1	0,18	0,17	0,18	1

n. d.: unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze;
R: Referenzprobe,
Lg Viskosität: die Angaben beziehen sich auf eine Temperatur von 1200°C;
Tf: fiktive Temperatur,
M: Maßzahl für Kompaktierungsverhalten des Glases, in Bezug auf Referenzprobe R

Bei allen Angaben von Tabelle 1 handelt es sich um Mittelwerte. Das Kompaktierungsverhalten der jeweiligen Quarzglas-Qualitäten wurde folgendermaßen ermittelt.
Es wurden stabförmige Proben der betreffenden Quarzgläser mit einer Abmessung von 25 × 25 × 100 mm³ hergestellt und in jeweils gleicher Art und Weise vorbereitet (Politur der gegenüberliegenden 25 × 25 mm²-Flächen). Die Proben wurden mit UV- Strahlung einer Wellenlänge von 193 nm bestrahlt, wobei die Pulsenergiedichte 0,1 mJ/cm² und die Pulszahl jeweils 5 Milliarden betrug.
Nach den Bestrahlungsversuchen wurde die Kompaktierung bestimmt, indem mit einem handelsüblichen Interferometer (Zygo GPI-XP) bei einer Wellenlänge von 633 nm, die relative Zunahme bzw. Abnahme des Brechungsindex im bestrahlten Bereich im Vergleich zum unbestrahlten Bereich gemessen wurde.
Das Kompaktierungsverhalten der aller Quarzglas-Proben 1 bis 7 wird mit dem eine Referenzprobe verglichen, deren Herstellung in der EP 1 327 612 A1 beschrieben ist, und die dort mit Probe 2a bezeichnet ist. Die Herstellung der Referenzprobe wird im folgenden kurz erläutert:
Es wird ein rohrförmiger Sootkörper hergestellt und zum Entfernen der herstellungsbedingt eingebrachten Hydroxylgruppen einer Dehydratationsbehandlung unterworfen, bei der der Sootkörper während einer Behandlungsdauer von etwa 8 Stunden bei einer Temperatur um 900°C in einer Vakuumkammer behandelt wird. Die mittlere Hydroxylgruppenkonzentration beträgt danach etwa 250 Gew.-ppm. Anschließend wird der Sootkörper in einem Vakuum-Verglasungsofen bei einer Temperatur im Bereich um 1400°C zonenweise gesintert. Dabei wird im Verglasungsofen wasserstoffhaltige Atmosphäre mit einem Wasserstoffpartialdruck von 10 mbar aufrechterhalten. Danach zeigt das gesinterte (verglaste) Quarzglas-Rohr über seine Wandstärke eine gemittelte Wasserstoffkonzentration von etwa 4 × 10¹⁶ Molekülen/cm³. Der Hydroxylgruppengehalt beträgt 250 Gew.-ppm. Weitere Eigenschaften der Referenzprobe R sind in der letzten Spalte von Tabelle 1 aufgeführt.
Die spezifische Maßzahl M für das Kompaktierungsverhalten ergibt sich wie folgt. Der zeitliche Verlauf der Kompaktierung lässt sich rechnerisch darstellen als Vorfaktor × (Dosis)0,6 wobei die Dosis der Quotient aus (Energiedichte² × Pulszahl) und der zeitlichen Pulsbreite ist. Der zeitliche Verlauf der Kompaktierung (die Kurvenform) ist für alle Proben ähnlich, jedoch auf unterschiedlicher Skala, die durch den Vorfaktor bestimmt wird. Der Vorfaktor ist somit glasspezifisch und er charakterisiert das Kompaktie rungsverhalten des betreffenden Quarzglases. Der spezifische Vorfaktor der Glasproben 1 bis 7 wird auf den der Referenzprobe normiert, so dass ein relativer Faktor M erhalten wird, der der Maßzahl für die Kompaktierung des Glases entspricht.
Die so ermittelte Maßzahl für das Kompaktierungsverhalten der jeweiligen Quarzglasproben ist in der letzten Zeile von Tabelle 1 angegeben. Je kleiner die Maßzahl, um so geringer ist die Kompaktierung des jeweiligen Quarzglases bei Bestrahlung mit energiereicher UV-Strahlung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1712528 A2 [0006]
- EP 1586544 A1 [0006]
- DE 19649935 A1 [0008]
- US 2005/0187092 [0010]
- EP 1327612 A1 [0093]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- D. M. Dodd et al. „Optical Determinations of OH in Fused Silica", (1966), S. 3911 [0036]

Claims

Optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas zur Verwendung bei der Immersions-Lithographie bei einer Arbeitswellenlänge unterhalb von 250 nm, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas einen Hydroxylgruppen im Bereich von 1 Gew.-ppm bis 60 Gew.-ppm und chemisch gebundenen Stickstoff enthält.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt des Quarzglases im Bereich zwischen 1 und 150 Gew.-ppm liegt.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt des Quarzglases im Bereich zwischen 10 und 100 Gew.-ppm liegt, vorzugsweise mindestens 30 Gew.-ppm beträgt.
Optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas zur Verwendung in einem Projektionsobjektiv für die Immersions-Lithographie mit einer Arbeitswellenlänge unterhalb von 250 nm, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas einen Hydroxylgruppen im Bereich von 1 Gew.-ppm bis 60 Gew.-ppm aufweist und mit Boroxid dotiert ist.
Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Boroxid im Bereich zwischen 1 Gew.-ppm und 250 Gew.-ppm liegt.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Boroxid im Bereich zwischen 10 Gew.-ppm und 120 Gew.-ppm, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 60 Gew.-ppm, liegt.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas mit Stickstoff und mit Boroxid dotiert ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas mit Oxiden oder Nitriden dreiwertiger Netzwerkbildner – umfassend Y, Sm – oder mit Zr dotiert ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas mit Aluminiumoxid dotiert ist.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gehalt an Aluminiumoxid bei mehr als 1,2 Gew.-ppm liegt.
Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gehalt an Aluminiumoxid mindestens 10 Gew.-ppm, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-ppm, beträgt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas einen Gehalt an Hydroxylgruppen von weniger als 40 Gew.-ppm, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-ppm, besonders bevorzugt maximal 15 Gew.-ppm, aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Quarzglases bei einer Temperatur von 1200°C mindestens 10¹³ dPa·s beträgt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas einen Gehalt an Chlor von weniger als 50 Gew.-ppm aufweist.
Bauteil nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Wasserstoffgehalt des Quarzglases auf einen Wert im Bereich von 5 × 10¹⁵ Moleküle/cm³ bis 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ eingestellt wird.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas für UV-Strahlung einer Wellenlänge von 163 nm eine Absorption von weniger als 0,5/cm aufweist.
Verfahren zur Herstellung von synthetischem Quarzglas mit vorgegebenem Hydroxylgruppengehalt, umfassend die folgenden Verfahrensschritte (a) durch Flammenhydrolyse oder Oxidation einer siliziumhaltigen Ausgangsverbindung und schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf einem Träger wird ein poröser SiO₂-Sootkörper hergestellt, (b) der Sootkörper wird zum Entfernen von Hydroxylgruppen einer Dehydratationsbehandlung in einer Trocknungsatmosphäre unterzogen, so dass sich ein mittlerer Hydroxylgruppengehalt von weniger als 60 Gew.-ppm einstellt, und (c) der SiO₂-Sootkörper wird zu einem Körper aus dem synthetischen Quarzglas verglast, dadurch gekennzeichnet, dass der Sootkörper während oder nach der Dehydratationsbehandlung unter Einsatz eines Stickstoff enthaltenden Reaktionsgases nitridiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung während der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung zwischen der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) und dem Verglasen gemäß Verfahrensschritt (c) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung während des Verglasens gemäß Verfahrensschritt (c) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickstoff enthaltendes Reaktionsgas NH₃ oder N₂O eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung unter Einsatz von NH₃ bei einer niedrigen Nitridierungstemperatur im Bereich zwischen 700 und 1000°C, vorzugsweise unterhalb von 900°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung unter Einsatz von Stickstoff oder von N₂O bei einer höheren Nitridierungstemperatur im Bereich zwischen 1100 und 1200°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dehydratationsbehandlung gemäß Verfahrensschritt (b) Chlor eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung unter einem Überdruck des Stickstoff enthaltenden Reaktionsgases erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sootkörper zumindest zu Beginn der Trocknungsphase eine Dichte von maximal 30% der Dichte von Quarzglas aufweist.