DE102007022881A1

DE102007022881A1 - Verfahren zur Herstellung einer Linse aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H2-Gehalt

Info

Publication number: DE102007022881A1
Application number: DE102007022881A
Authority: DE
Inventors: Eric Dr. Eva
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2007-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H2-Gehalt, insbesondere für eine Linse für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm, insbesondere < 200 nm, mit den Schritten: Vorsehen eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas, insbesondere mit einem ersten H2-Gehalt von weniger als 2.1015 Molekülen/cm3 mit einer umlaufenden Randfläche und zwei einander gegenüberliegenden Basisflächen, wobei zumindest eine Teilfläche von mindestens einer der besagten Basisflächen eine Krümmung aufweist; Behandlung des Vorprodukts in einer H2-haltigen Atmosphäre zur Herstellung eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas mit einem zweiten, gegenüber dem ersten H2-Gehalt erhöhten, H2-Gehalt, insbesondere mit einem zweiten H2-Gehalt von mehr als 1016 Molekülen/cm3; und Bearbeiten wenigstens einer Teilfläche wenigstens einer der Basisflächen des Vorprodukts nach der Behandlung in der H2-haltigen Atmosphäre um eine endgültige Linsenform zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Linse aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H₂-Gehalt für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm, insbesondere < 200 nm. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Linse und ein optisches System.
Als Material für optische Elemente, insbesondere für Linsen in optischen Systemen, die mit Laserlichtquellen, insbesondere mit Excimer-Laserlichtquellen, bei UV-Wellenlängen betrieben werden, wird häufig Quarzglas wegen seiner sehr guten Transmissionseigenschaften für Wellenlängen bis 180 nm verwendet. Ein Beispiel für ein solches optisches System ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Solche Projektionsbelichtungsanlagen werden häufig mit Arbeitswellenlängen von 248 nm oder 193 nm betrieben. Andere optische Systeme, die ebenfalls in diesem Wellenlängenbereich betrieben werden, sind Systeme zur Laser-Materialbearbeitung, Belichtungsanlagen für die Herstellung von Flat Panel bzw. TFT-Displays, Systeme zum TFT-Annealing, Inspektionssysteme für die Defektinspektion.
Eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie weist neben einem Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Struktur eines Retikels auf einem lichtempfindlichen Substrat, dem Wafer, weitere optische Teilsysteme auf, insbesondere ein Beleuchtungssystem zur Formung einer homogenen Beleuchtung des Retikels. All diese optischen Systeme werden bevorzugt aus synthetischem Quarzglas hergestellt.
Die DE 199 42 443 A1 (entsprechend US 6,376,401 ) beschreibt ein Herstellverfahren für synthetisches Siliziumdioxidglas mit hoher Durchlässigkeit für Ultraviolettstrahlung bis zu Wellenlängen von 157 nm und einem geringen OH-Gehalt. Eine spezielle Verfahrensführung, die als Soot-Prozess bezeichnet wird, soll es ermöglichen, den Gehalt an Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) in den Bereich unterhalb von ca. 70 ppm zu reduzieren, unter gleichzeitiger Minimierung des Gehaltes an Chlor und metallischen Verunreinigungen. Die Minimierung des Gehaltes an OH-Gruppen wird dabei im Hinblick auf verbesserte Transmission angestrebt, da davon ausgegangen wird, dass diese Hydroxylgruppen eine Absorption in einer Bande des Ultraviolettbereiches um 165 nm verursachen, die zu einer Transmissionserniedrigung des Quarzglases bei Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 157 nm führt.
Aus der JP 4-97922 bekannt, dass ein hoher Gehalt an OH-Gruppen zu einer Reduktion der induzierten Absorption des Glases bei UV-Laserhestrahlung führen soll.
Eine ausreichende Transmission des Quarzglasmaterials ist jedoch nur eine Voraussetzung für die Eignung beim Einsatz in hoch komplexen optischen Systemen, wie beispielsweise Beleuchtungssystemen oder Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie. Es ist bekannt, dass Laserbestrahlung beispielsweise mit Wellenlängen von 193 nm zu strahlungsinduzierten Dichteänderungen des Qurzglasmaterials führen kann, welche mit Brechungsindex-Änderungen verbunden sind. Diese Änderungen der optischen Eigenschaften können in Lithographie-Systemen unter anderem zu Abbildungsfehlern führen, die die Lebensdauer der Systeme begrenzen und gegebenenfalls eine Auswechslung und Nachjustage erforderlich machen.
Ein seit längerem bekannter Effekt ist eine strahlungsinduzierte Verdichtung des Quarzglasmaterials, die mit einer Brechzahlerhöhung im bestrahlten Bereich verbunden ist. Dieser Effekt wird als „Compaction" bezeichnet. Die Compaction ist ein häufig untersuchtes Phänomen, welches besonders klar bei Bestrahlung mit relativ großen Energiedichten von beispielsweise mehr als 0,5 mJ/cm² nachweisbar ist. Um zu vermeiden, dass Compaction im kritischen Umfang bei den typischen Arbeitsenergiedichten und Arbeitswellenlängen in Lithographiesystemen auftritt, wurde vorgeschlagen, das Quarzglasmaterial bei hohen Energiedichten vorzubestrahlen oder mechanisch zu verdichten, sodass die Compaction bereits vor Inbetriebnahme des Quarzglasmaterials weitgehend abgeschlossen ist, um auf diese Weise ein bei den Gebrauchsstrahlungsdichten relativ stabiles Material zu erhalten (vgl. z.B. US 6,205,818 B1 und US 6,295,841 B1 ).
Besonders bei niedrigeren Energiedichten im Bereich der Gebrauchsenergiedichten von Lithographiesystemen wird noch ein gegenläufiger Effekt wirksam, der mit einer strahlungsinduzierten Ausdehnung des Materials verbunden ist und eine Brechzahlerniedrigung bewirkt. Dieser Effekt einer strahlungsinduzierten Dichteabnahme wird als „Rarefaction" bezeichnet. Hinweise auf diesen Effekt sind den Artikeln „Radiation effects in hydrogen-impregnated vitreous silica" von J.E. Shelby in J. Appl. Phys. Vol. 50, Seiten 370ff (1979) oder „Behavior of Fused Silica Irradiated by Low Level 193 nm Excimer Laser for Tens of Billions of Pulses" von C.K. Van Peski, Z. Bor, T. Embree und R. Morton, Proc. SPIE, Vol. 4347, Seiten 177 bis 186 (2001) entnehmbar.
Ein weiterer Alterungseffekt, der in Lithographiesystemen beobachtet wird, insbesondere wenn die Linsen mit polarisiertem Licht bestrahlt werden, ist die sogenannte polarisationsinduzierte Doppelbrechung (PIB). Es hat sich jedoch herausgestellt, dass trockene, das heißt OH-arme synthetische Quarzgläser besonders niedrige Compaction- und PIB-Werte aufweisen.
Zur Absättigung laserinduzierter Effekte ist wie bei allen synthetischen Quarzgläsern für Excimerlaseranwendungen im UV-Wellenlängenbereich ein gewisser Mindestgehalt an H₂ notwendig. Wird bei der Herstellung kein oder zu wenig H₂ eingebracht, so steigen induziertierte Absorption und Compaction stark an, sobald nach einer gewissen Bestrahlungsdauer kein freies H₂ mehr im Glas vorhanden ist. Der notwendige Mindestgehalt errechnet sich aus der im Einsatz für jede Linse an ihrer speziellen Position im optischen System erwarteten Pulszahl und Energiedichte. Im einfachsten Fall hängt der H₂-Verbrauch quadratisch von der Energiedichte ab, linear von der Pulszahl und linear oder sublinear vom Kehrwert der Pulsdauer. Ein Modell kann durch Messung des H₂-Verbrauchs nach Bestrahlung mit verschiedenen Energiedichten aufgestellt werden.
Bei OH-armen Quarzgläsern verbindet sich der Wasserstoff bei höheren Temperaturen mit der Glasmatrix, so dass sich statt der Si-O-Si-Endlosverbindungen isolierte Si-H-Terminierungen ausbilden. Durch diesen Effekt wird das Quarzglas so verändert, dass die optische Performance nicht mehr gewährleistet werden kann. Ferner tritt der im Quarzglas enthaltene Wasserstoff aus. Dadurch sinkt die Lebensdauer von optischen Komponenten, die nach einem solchen Verfahren hergestellt und in der Lithographieoptik verwendet werden, bei Bestrahlung mit Licht im Wellenlängenhereich von ca. 150 nm- 250 nm, z.B. 193 nm.
Die EP 1 211 266 A2 beschreibt ein Verfahren zur Homogenisierung eines Rohlings mittels einer Temperaturbehandlung, bei dem die sich durch die Ausdiffusion von Wasserstoff aus dem Rohling ergebenden Nachteile vermieden werden sollen. Dabei wird ein bikonkaver Rohling aus synthetischem Quarzglas mit einem H₂-Gehalt von ca. 5·10¹⁷ Molekülen/cm³ verwendet. Durch die bikonkave Form wird der Diffusionsweg an den Rändern des Rohlings im Vergleich zu einer zylindrischen Form verlängert. Somit verbleibt auch nach der Temperaturbehandlung ein zentraler Bereich, der nach wie vor einen hohen Wasserstoffgehalt mit einer homogenen Verteilung aufweist. Aus diesem zentralen Bereich wird ein zylindrisches Vorprodukt für die Linsenfertigung ausgeschnitten.
Eine alternative Möglichkeit, die Problematik der Ausdiffusion von Wasserstoff aus dem Rohling zu vermeiden, besteht darin, zunächst einen Rohling aus im wesentlichen wasserstofffreiem Rohglas herzustellen und erst nach Abschluss aller Heißprozesse, wie beispielsweise Sintern, Umformen, Entspannungstempern, eine Beladung des Rohlings mit H₂ vorzunehmen. Unter einem im wesentlichen wasserstofffreien Rohglas versteht man in diesem Zusammenhang ein Rohglas mit einem Wasserstoffgehalt, der um einen Faktor 10 geringer als der für eine spätere Anwendung vorgesehene Wasserstoffgehalt ist. Die Beladung erfolgt unter Normaldruck oder einem geringen Überdruck von einigen bar in einer Inertgasatmosphäre, welche einen H₂-Anteil von 5% oder höher aufweist. Die Temperatur bei diesem Prozess wird in der Regel unter 600°C gehalten.
Die Rohlinge aus synthetischem Quarzglas für die Linsenherstellung werden üblicherweise in eine zylindrische Form gegossen, zurechtgeschnitten oder gepresst. Typische Rohlinge, die für die Herstellung von Linsen für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bestimmt sind, weisen eine Dicke von 20 bis 90 mm und vor der Beladung mit Wasserstoff einen H₂-Gehalt von weniger als 2·10¹⁵ Molekülen/cm³ auf. Die Beladung mit Wasserstoff zur Erhöhung des H₂-Gehalts um einen Faktor 10 benötigt typischerweise einige Wochen bis Monate, wobei die Beladezeit aufgrund der Diffusionsgesetze quadratisch von der Dicke des Rohlings abhängt.
Zur Herstellung einer Linse für ein optisches System der eingangs genannten Art, insbesondere für ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage für die Lithographie, wird ein Vorprodukt aus dem zylindrischen Rohling herausgeschnitten, mittels materialabtragender Bearbeitungsschritte zumindest annähernd in die gewünschte Linsenform gebracht und aus diesem Vorprodukt mit Feinbearbeitungsverfahren bzw. Endbearbeitungsverfahren eine Linse gefertigt.
In DE 195 47 904 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer mit Wasserstoff beladenen synthetischen Quarzglaslinse beschrieben, die zur Verhinderung der Ausdiffusion von Wasserstoff unter Bestrahlung an ihrem äußeren Rand mit einer umlaufenden Metallschicht aus Aluminium versehen ist. Diese Metallschicht wird nach dem Beladen der Linse aufgesputtert. Dabei wird nicht berücksichtigt, dass Verunreinigungen des Beladungsofens, beispielsweise Metall-Kontaminationen beim Beladen in die Oberflächenschichten eindiffundieren und die Transmission der Linse beeinträchtigen können.
In DE 100 25 786 A1 wird ein Herstellverfahren für plane Photomaskensubstrate angegeben, bei dem endkonturnahe Rohsubstratplatten mit Wasserstoff dotiert werden, aus denen im Anschluß die Photomaskensubstrate gefertigt werden. Die Photomaskensubstrate weisen eine Dicke von 6 bis 7 mm auf, was eine Dotierzeit von 4 bis 7 Stunden erfordert.
Innerhalb dieser kurzen Zeit ist die Kontamination des Photomaskensubstrats durch Eindiffusion von Fremdatomen vernachlässigbar.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Linse für ein UV-optisches System, insbesondere für ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage zur Anwendung in der Lithographie anzugeben, bei dem der Zeitaufwand für die Wasserstoffbeladung verkürzt ist, während gleichzeitig die erforderlichen optischen Eigenschaften für die Verwendung der Linse bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung einer Linse gemäß Anspruch 1.
Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung sind eine Linse aus synthetischem Quarzglas gemäß Anspruch 35 und ein optisches System gemäß Anspruch 40.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt die Besonderheit, dass nicht zunächst ein wasserstofffreier zylindrischer Rohling mit H₂ beladen und danach durch materialabtragende Bearbeitungsverfahren aus diesem Rohling ein Vorprodukt für eine Linse herausgearbeitet wird, sondern dass von vorneherein ein Vorprodukt vorgesehen wird, welches eine umlaufende Randfläche und zwei einander gegenüberliegende Basisflächen aufweist, wobei zumindest eine Teilfläche von mindestens einer der besagten Basisflächen eine Krümmung aufweist, und welches somit eine Form besitzt, die bereits nahe an der Endgeometrie der aus dem Vorprodukt herzustellenden Linse liegt. Unter der Krümmung einer Fläche versteht man eine Abweichung einer Fläche von ihrer Tangentialebene, welche mit zunehmendem Abstand vom Kontaktpunkt ebenfalls zunimmt. Eine Tangentialebene ist diejenige Ebene, die die Fläche in einem betrachteten Kontaktpunkt berührt. Sie steht senkrecht auf dem Normalenvektor der gekrümmten Fläche.
Das Vorprodukt mit dieser Geometrie wird zur Beladung mit Wasserstoff in einer H₂-haltigen Atmosphäre behandelt, wodurch ein Vorprodukt aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H₂-Gehalt erhalten wird.
Ein derartiges Vorprodukt, dessen Geometrie sich bereits an der späteren Linsenform orientiert, weist eine deutlich geringere Dicke und damit auch ein geringeres mit H₂ zu beladenes Volumen auf als ein entsprechender zylindrischer Rohling, der erst nach der Wasserstoffbeladung mit materialabtragenden Verfahren bearbeitet und in die Linsenform gebracht wird. Da die Beladungszeit quadratisch von der Dicke des zu beladenden Materials abhängt, ergibt sich auf diese Weise durch die Verkürzung der Diffusionswege eine deutlich verkürzte Prozessdauer.
Indem wenigstens eine optische Eigenschaft des Vorprodukts gemessen wird, nachdem es mit H₂ beladen wurde, kann die optische Qualität des Vorprodukts gewährleistet werden. Beispiele für optische Eigenschaften, die am Vorprodukt bereits gemessen werden können, sind die Homogenität, Spannungsdoppelbrechung und Transmission. Es ist vorteilhaft, diese Eigenschaften nach der Beladung zu messen, damit Einflüsse des Beladungsverfahren auf die optischen Eigenschaften ausgeschlossen werden können.
In einem zusätzlichen Schritt zur Herstellung einer Linse wird wenigstens eine Oberfläche nach dem Beladen mit Wasserstoff bearbeitet, um auf diese Weise eine endgültige Linsenform zu erzeugen. Es ist besonders vorteilhaft, während dieses Bearbeitungsschrittes eine Oberflächenschicht von wenigstens 0,05 mm bis wenigstens 2 mm Dicke zu entfernen, da während der H₂-Behandlung Verunreinigungen innerhalb der Behandlungskammer, insbesondere Metallverunreinigungen wie beispielsweise Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cr, Ni, Cu, Al oder Ti, in die Oberfläche des Vorproduktes eindiffundieren können. Diese Verunreinnigungen verringern die UV-Transmission der späteren Linse.
Indem an jedem Punkt der Oberfläche des H₂-beladenen Vorprodukts mindestens 0,05 bis 2 mm Materialdicke abgetragen werden, kann das durch das Beladen kontaminierte Quarzmaterial vollständig entfernt werden, so dass eine gute Transmission für UV-Strahlung gewährleistet ist.
Bedingt durch die Geometrie des Vorprodukts, welche von der Zylinderform abweicht, ergibt sich bei der Behandlung des Vorprodukts in H₂-haltiger Atmosphäre eine Verteilung von H₂ und gegebenenfalls SiH innerhalb des Vorprodukts, welche nicht wie bei zylindrischen Rohlingen Rotationsellipsoide oder Ausschnitte von Rotationsellipsoiden als Flächen gleicher H₂- bzw. SiH-Konzentration aufweist. Stattdessen verlaufen die Flächen gleicher Konzentration im wesentlichen parallel zu den Oberflächen, das heißt zu den Basisflächen und der umlaufenden Randfläche des Vorprodukts. Dasselbe gilt für eine aus dem Vorprodukt gefertigte Linse. In einer Weiterentwicklung des Verfahrens lässt sich somit eine gewünschte H₂- bzw. SiH-Verteilung einstellen, indem eine solche Geometrie des Vorprodukts gewählt wird, dass die Eindiffusion des Wasserstoffs in das Vorprodukt gemäß den Diffusionsgesetzen zu der gewünschten Verteilung führt.
Wenn nach dem Beladen eine Schicht von mindestens 0,05 mm bis 2 mm von der Oberfläche des Vorprodukts entfernt wird, beträgt die Konzentration typischer Verunreinigungen, die während der Wasserstoffbeladung in die Oberflächenbereiche des Vorprodukts eindiffundieren, beispielsweise Metallierunreinigungen wie Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cr, Ni, Cu, Al oder Ti, in den Oberflächenbereichen der aus dem Vorprodukt hergestellten Linse weniger als 10 ppm, insbesondere weniger als 2 ppm. Die Konzentration kann dabei für jede einzelne der genannten Metallverunreinigungen weniger als 1 ppm, insbesondere weniger als 0,01 ppm betragen. Besteht das Vorprodukt aus besonders reinem Quarzglas, kann die Konzentration der Metallverunreinigungen sogar unter der Nachweisgrenze liegen.
Ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Vorprodukt aus synthetischem Quarzglas für die Herstellung einer Linse für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm, insbesondere < 200 nm weist somit mindestens eine umlaufende Randfläche und zwei einander gegenüberliegende Basisflächen auf, wobei zumindest eine Teilfläche von mindestens einer der besagten Basisflächen eine Krümmung auf, und es weist eine dreidimensionale H₂-Konzentrationsverteilung auf, welche mindestens ein lokales Minimum besitzt, wobei die H₂-Konzentration an diesem mindestens einen lokalen Minimum bevorzugt mindestens 0,8·10¹⁵ Moleküle/cm³ beträgt.
Ein charakteristisches Merkmal dieser dreidimensionalen H₂-Konzentrationsverteilung im Vorprodukt und auch in der aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse besteht darin, dass Flächen konstanter H₂-Konzentration im wesentlichen parallel zu ihrer jeweils nächstliegenden Basisfläche und/oder im wesentlichen parallel zu ihrer nächstliegenden umlaufenden Randfläche verlaufen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die Einzelheiten der Erfindung zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
1 zeigt schematisch die Geometrie eines Rohlings und eines Vorprodukts nach dem Stand der Technik;
2 zeigt schematisch die H₂- bzw. SiH-Verteilung in einem zylinderförmigen wasserstoffbeladenen Rohling;
3 zeigt schematisch die Geometrie eines Rohlings und eines erfindungsgemäßen Vorproduktes;
4 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Erfindung zur Erzeugung einer gewünschten H₂- bzw. SiH-Verteilung;
5 zeigt schematisch eine H₂- bzw. SiH-Verteilung bei einem nach dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellten Vorprodukt;
6 zeigt schematisch eine H₂- bzw. SiH-Verteilung bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vorprodukt;
7 zeigt schematisch eine Linse mit einer H₂- bzw. SiH-Verteilung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde;
8 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Erfindung zur Beeinflussung der H₂- bzw. SiH-Verteilung in einem Vorprodukt;
9 zeigt schematisch eine erste Möglichkeit zur Herstellung eines Vorprodukts zur anschließenden Wasserstoffbeladung;
10 zeigt schematisch eine zweite Möglichkeit zur Herstellung eines Vorprodukts zur anschließenden Wasserstoffbeladung;
11 zeigt schematisch eine Anordnung zur Qualitätskontrolle einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Linse.
Die aus zylindrischen Rohlingen gefertigten Linsen weisen stets eine geringere lokale Dicke auf als der entsprechende Rohling. Wenn die Rohlinge unbeladen angeliefert werden und daraus vor der Behandlung des Rohlings in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre die ungefähre oder auch bereits schon die endgültige Linsenform gefertigt wird, verkürzen sich die Diffusionswege bei der Wasserstoffbeladung erheblich.
Dieses Prinzip ist durch die 1 bis 3 noch einmal veranschaulicht: 1 zeigt in einem senkrechten Querschnitt einen zylindrischen Rohling 1 aus synthetischem Quarzglas, der noch einen ursprünglichen Wasserstoffgehalt von weniger als 2·10¹⁵ Molekülen/cm³ aufweist. Der Rohling 1 besitzt eine umlaufende Randfläche 3 und zwei einander gegenüberliegende Basisflächen 4. Nach dem aus herkömmlichen Verfahren wird dieser Rohling 1 in einer H₂-haltigen Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 500°C mehrere Wochen bis hin zu Monaten behandelt. Anschließend wird gegebenenfalls ein Teil der Oberflächen 3 und 4 abgetragen, und so das Vorprodukt 5 erhalten, aus dem dann in weiteren Bearbeitungsschritten eine Linse hergestellt wird. Derjenige Volumenbereich 7, der später in der fertigen Linse von UV-Strahlung durchstrahlt wird und damit den Schädigungen durch die intensive Strahlung ausgesetzt wird, ist in 1 gestrichelt angedeutet.
Durch die Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre, auch Wasserstoffbeladung genannt, diffundiert über die Oberflächen 3 und 4 H₂ in den Rohling 1 hinein, so dass eine dreidimensionale H₂-Konzentrationsverteilung innerhalb des Rohlings entsteht. Dies ist in 2 dargestellt. Die Flächen konstanter H₂-Konzentration 209 bilden Rotationsellipsoide, die eine gemeinsame Mittelebene M haben. Diese Mittelebene M fällt mit der Mittelebene des Rohlings während der Beladung zusammen. Ferner weist der zylindrische Rohling 1 eine Drehachse Z auf, die ebenfalls eine Drehachse der rotationsellipsoiden Flächen konstanter H₂-Konzentration 209 darstellt. Das H₂-Konzentrationsprofil weist im Volumenbereich um den Schnittpunkt der Mittelebene M mit der Drehachse Z einen niedrigeren H₂-Gehalt auf als in den oberflächennahen erreichen des Rohlings.
Bei der Beladung von Quarzglas mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen bilden sich verstärkt Silan- und Siloxanverbindungen, und zwar umso mehr, je geringer der OH-Gehalt des Quarzglases ist. Silan (SiH) wird unter Laserbestrahlung reversibel aufgespalten, wobei die Spaltprodukte stark und breitbandig um 215 nm absorbieren und sich nachteilig auf die Transmission des Quarzglases auswirken. Ein geringer Silan-Gehalt ist im übrigen vorteilhaft, weil dieser zu verringerten dynamischen Transmissionsschwankungen des Systems und gegebenenfalls zu verringerter Compaction und polarisationsinduzierter Doppelbrechung führt. Falls bei der Wasserstoffbeladung Silan entsteht, entsteht eine ganz ähnliche dreidimensionale SiH-Verteilung mit rotationsellipsoiden Flächen gleicher SiH-Konzentration, wie auch für die H₂-Konzentrationsverteilung.
Grundsätzlich wird die Wasserstoffbeladung jedoch bei so niedrigen Temperaturen durchgeführt, dass die Silanbildung weitgehend unterdrückt ist. Dazu ist eine Prozesstemperatur bei der Behandlung des Rohlings in einer H₂-Atmosphäre von weniger als 500°C erforderlich.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H₂-Gehalt wird nun gemäß der schematischen Darstellung in 3 aus dem noch nicht mit Wasserstoff beladenen Rohling 301 ein Vorprodukt 305 hergestellt, welches eine umlaufende Randfläche 302 und zwei einander gegenüberliegende Basisflächen 304 besitzt. Der Rohling 301 und entsprechend das Vorprodukt 305 weisen einen ursprünglichen Wasserstoffgehalt von weniger als 2·10¹⁵ Molekülen/cm³ auf.
Die Basisfläche 304 des Vorprodukts 305 weist zumindest auf einer Teilfläche 306 eine Krümmung auf. Derjenige Volumenbereich 307 des Vorprodukts 305, der bei dem später daraus herzustellenden Linsenelement von UV-Strahlung durchstrahlt wird, ist auch hier gestrichelt markiert.
Dieses aus dem Rohling 301 herausgeschnittene Vorprodukt 305 wird nun einer Behandlung in einer H₂-haltigen Inertgasatmosphäre, insbondere einer Stickstoffatmosphäre mit einem Anteil von 5% bis 25% H₂, unterzogen. Dabei wird ein Atmosphärendruck von 1 bar bis zu 10 bar und eine Temperatur von weniger als 600°C, insbesondere weniger als 500°C, bevorzugt weniger als 450°C eingestellt. Auf diese Weise wird das Vorprodukt 305 mit H₂ angereichert. Bevorzugt wird für den Volumenbereich, der bei der später aus dem Vorprodukt 305 herzustellenden Linse von UV-Strahlung durchstrahlt wird, den sogenannten optisch genutzten Bereich 307, ein minimaler H₂-Gehalt von mindestens 5·10¹⁵ Molekülen/cm³, bevorzugt von mindestens 1·10¹⁶ Molekülen/cm³, besonders bevorzugt von mindestens 5·10⁶ Molekülen/cm³, eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das mit H₂ angereicherte Vorprodukt einen OH-Gehalt von weniger als 150 ppm Gewichtsanteile, bevorzugt weniger als 70 ppm Gewichtsanteile, besonders bevorzugt weniger als 30 ppm Gewichtsanteile, auf. Der dekadische Extinktionskoeffizient, welcher bei 193 nm aus Transmissionsmessungen nach dem Lambert-Beerschen Gesetz ermittelt werden kann, beträgt vorzugsweise einen Wert k von weniger als 2·10^–3/cm.
Wie aus 3 unmittelbar zu sehen ist, weist das Vorprodukt 305 gegenüber dem Rohling 301 eine deutlich reduzierte Dicke auf. Dadurch, dass nur noch das Vorprodukt 305 mit Wasserstoff beladen werden muss, kann somit die Prozesszeit erheblich verkürzt werden.
Besonders geeignet für das beschriebene Verfahren sind Linsen mit meniskusförmiger Geometrie, bei denen beide Basisflächen gleichsinnig gekrümmt sind und ungefähr denselben Krümmungsradius aufweisen. Ihre lokale Dicke ist im wesentlichen konstant und erheblich geringer als die Rohteildicke. Aus fertigungstechnischen Gründen und für eine mechanisch stabile Fassungstechnik kann die Linse einige cm weiter ausgedehnt sein als der optisch genutzte Bereich 307. Dieser Außenbereich kann komplex geformt sein, also rotationssymmetrische Fasen, Sockel oder andere Ausschnitte aufweisen.
Wie im folgenden anhand der 4 bis 6 veranschaulicht wird, unterscheidet sich ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Vorprodukt aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H₂-Gehalt auch hinsichtlich der Konzentrationsverteilung des Wasserstoffs innerhalb seines Volumens signifikant von einem Vorprodukt, welches wie herkömmlicherweise üblich aus einem Rohling herausgeschnitten wird, welcher zuvor mit H₂ beladen wurde.
4 zeigt schematisch einen zylindrischen Rohling 401, aus dem wiederum ein Vorprodukt 405 herausgeschnitten wird. Wird dieser zylindrische Rohling wie oben beschrieben mit Wasserstoff beladen, stellt sich, wie anhand von 2 ausgeführt, ein dreidimensionales H₂-Konzentrationsprofil ein, bei dem Flächen gleicher H₂-Konzentration, und entsprechend gegebenenfalls Flächen gleicher SiH-Konzentration, die Form von Rotationsellipsoiden aufweisen. Wird nun aus diesem Rohling 401 ein Vorprodukt für ein optisches Element herausgeschnitten, weist es ein H₂- Konzentrationsprofil (und entsprechend ein SiH-Konzentrationsprofil) auf, wie in 5 gezeigt: Das Vorprodukt 505 weist Flächen gleicher H₂-Konzentration 509 auf, welche zumindest Ausschnitte aus Rotationsellipsoiden darstellen. Möchte man bei der Herstellung von Vorprodukten mit erhöhtem H₂-Gehalt nach diesem Verfahren eine bestimmte Konzentrationsverteilung vorgeben, bleibt nur die Möglichkeit, anhand des vorgegebenen H₂-Konzentrationsprofils des Rohlings 401 einen Ausschnitt auszuwählen, der dem gewünschten H₂-Konzentrationsprofil des Vorprodukts 505 und entsprechend der später aus dem Vorprodukt 505 zu fertigenden Linse möglichst nahe kommt.
Wird dagegen zuerst aus dem Rohling 401 das Vorprodukt 405 ausgeschnitten und danach mit Wasserstoff beladen, stellt sich ein wesentlich anderes H₂-Konzentrationsprofil (und eentsprechend ein SiH-Konzentrationsprofil) ein, wie 6 zu entnehmen ist. Da der der Inertgasatmosphäre zugesetzte Wasserstoff gemäß den Diffusionsgesetzen gleichmäßig durch alle Oberflächen des Vorprodukts 605 eindiffundiert also sowohl durch die Randfläche 602 als auch durch die Basisflächen 604, ergibt sich eine H₂-Konzentrationsverteilung mit Flächen konstanter H₂-Konzentration 609, welche im wesentlichen parallel zu der jeweils nächstliegenden Basisfläche 604 und/oder zur Randfläche 602 des Vorproduktes 605 verlaufen. Diese Parallelität gilt vor allem in oberflächennahen Bereichen, insbesondere etwa in einem zentralen Bereich von bis zu 70% des Durchmessen des Vorprodukts, da in randnahen Bereichen Randeffekte auftreten können. Zur Mitte des Vorprodukts 605 hin weisen die Flächen konstanter H₂-Konzentration 609 eine Krümmung auf, welche in etwa der gemittelten Krümmung der beiden Basisflächen 604 entspricht. Gleichzeitig nimmt die Höhe der H₂-Konzentration mit größer werdendem Abstand einer Fläche 609 zu einer Oberfläche 602, 604 zum Zentrum des Vorprodukts 605 hin ab. Eine analoge Verteilung stellt sich bei höherer Beladungstemperatur für den SiH-Gehalt ein.
In einer Abwandlung des Verfahrens kann somit auch eine beliebige H₂-Konzentrationsverteilung eingestellt werden, wie anhand von 7 und 4 erläutert wird. Dabei wird die Beladung mit Wasserstoff an einem Vorprodukt vorgenommen, das der Endform der aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse unter Umständen nur entfernt ähnelt. So weicht die Krümmung der Basisfläche 404 des Vorprodukts 405 in 4 stark van der gestrichelt angedeuteten Krümmung der Basisfläche 411 der später aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse ab. Nach Beladung des Vorprodukts 405 mit Wasserstoff stellt sich ein H₂-Konzentrationsprofil ein, wie es in 6 dargestellt ist. Das so erhaltene Vorprodukt mit erhöhtem H₂-Gehalt wird nun weiter bearbeitet, indem an seiner Basisfläche 404 so viel Material abgetragen wird, dass die Krümmung der Fläche 411 erreicht wird. Mittels weiterer Endbearbeitungsschritte, wie Polieren des Vorprodukts auf eine vorgegebene Rauhigkeit, und weiterem, insbesondere lokalem, Feinabtrag von Material mittels eines lokal abtragenden Verfahrens wie Ionenstrahlbearbeitung (ion beam figuring, IBF) oder magneto rheological finishing (MRF), sowie Beschichtung der Basisflächen mit einer Antireflexbeschichtung, wird aus dem Vorprodukt eine Linse 705 gefertigt, wie sie in 7 dargestellt ist. Die Linse 705 weist nun ein H₂-Konzentrationsprofil (und entsprechend gegebenenfalls ein SiH-Konzentrationsprofil) auf, welches einen Ausschnitt aus dem ursprünglichen Profil des Vorprodukts gemäß 6 bildet.
Ganz allgemein läßt sich also ein beliebiges H₂-Konzentrationsprofil der später aus einem erfindungsgemäßen Vorprodukt zu fertigenden Linse einstellen, indem die Geometrie des Vorprodukts so gewählt wird, dass sich das gewünschte Konzentrationsprofil beim Beladen mit Wasserstoff einstellt und anschließend weitere materialabtragende Bearbeitungsschritte zur Herstellung der Linse durchgeführt werden. Eine meniskusartige Linse mit unterschiedlichen Krümmungsradien könnte z.B. für die Beladung auf gleiche Krümmungsradien bearbeitet werden, um eine möglichst konstante H₂-Verteilung zu erzielen.
Bei konkaven Linsen ist die Dicke nur in der Mitte signifikant geringer als die Dicke des ursprünglichen zylindrischen Rohlings. Bei Wasserstoffbeladung eines konkaven Vorprodukts wird sich daher tendenziell ein höherer H₂-Gehalt in dem zentralen Volumenbereich um die Drehachse Z des Vorprodukts einstellen als am Rand des optisch genutzten Bereichs. Dies ist akzeptabel, wenn die erwarteten Energiedichtespitzen stets nur in der Mitte der später aus dem Vorprodukt hergestellten Linse erwartet werden.
Plankonvexe oder bikonvexe Linsen weisen in der Regel eine Mittendicke auf, die nur unwesentlich unter der Lieferdicke des Rohlings liegt. Hier ist das Verfahren vorteilhaft anwendbar, wenn die erwarteten Energiedichtespitzen nicht in der Mitte der später aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse liegen oder die Linse im Verhältnis zu ihrem Durchmesser stark gekrümmt ist, also einen Durchmesser von < 2,2 × Mittendicke aufweist. In letzterem Fall findet noch eine signifkante laterale Diffusion statt.
8 zeigt wiederum schematisch einen Rohling 801 aus synthetischem Quarzglas und ein daraus auszuschneidendes Vorprodukt 805. Dieses Vorprodukt 805 ist für die Fertigung einer Konkavlinse vorgesehen, entsprechend weisen die Basisflächen, zumindest teilweise, eine entgegengesetzte Krummung auf.
Wie in 8 mittels der Pfeile dargestellt, erfolgt die Eindiffusion von Wasserstoff bei der Behandlung in einer H₂-haltigen Inertgasatmosphäre nicht nur von oben und unten, sondern über alle Oberflächen des Vorprodukts 805. Die Randbereiche des optisch genutzten Bereiches 807 werden im Gegensatz zur Mitte dieses Bereiches nicht nur von oben und unten angereichert, sondern auch von der Seite, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung führt. Bei Vorgabe geeigneter Konstruktionsrichtlinien für Fassungen kann man versuchen, den Abstand des Linsenaußenumfangs 802 vom Rand des optisch genutzten Bereiches 807 möglichst klein zu halten, um die Diffusion in den Randbereich zu unterstützen. Ebenfalls ist daran zu denken, geeignete Fasen 815 oder eine oder mehrere Nuten 815 anzubringen.
Im Interesse einer gleichmäßigen oder schnellen Beladung kann die umlaufende Randfläche 802 vor der Beladung abweichend von der Endform bearbeitet werden. So kann z.B. eine Umfangsnut 813 eingebracht werden, die die Diffusion durch den Umfang erhöht, die aber bei Fertigung der Endform zur Herstellung einer Linse gegebenenfalls wieder abgetragen wird. Umgekehrt könnte eine in der Endform benötigte Fase 815 oder Stufe zunächst noch nicht angebracht werden, um den H₂-Gehalt im Randbereich des optisch genutzten Bereichs zu senken.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Linse aus einem Vorprodukt mit erhöhtem H₂-Gehalt unter Berücksichtigung der Strahlungsenergie, der die zu fertigende Linse später in einem UV-optischen System ausgesetzt ist, kann die im folgenden beschriebenen Schritte aufweisen. Diese Schritte können je einzeln für sich, in Teilschritten oder in beliebiger Kombination der Einzelschritte bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
In einem ersten Schritt wird der minimal erforderliche H₂-Gehalt anhand der späteren Linsenposition auf Basis von Verbrauchsmodellen mit dem Ziel ermittelt, daß an der maximal belasteten Stelle und nach Anzahl der über die Nutzungsdauer spezifizierten Laserpulse die H₂-Konzentration noch größer ist als Null. Gibt es bei dem betrachteten UV-optischen System die Möglichkeit, verschiedene Betriebsmodi (z.B. verschiedene Beleuchtungssettings bei einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie) einzustellen, wobei die Betriebsmodi unterschiedliche Verläufe der durch das optische System tretenden UV-Strahlen aufweisen, kann stattdessen eine gewichtete Intensitätsverteilung, der die betrachtete Linse an ihrer jeweiligen Position ausgesetzt ist, zur Bewertung herangezogen werden. Haben verschiedene Settings ihre Maxima immer in bestimmten Bereichen (immer innen oder immer außen), genügt es, daß der Minimalgehalt für diesen Bereich eingehalten wird.
In einem zweiten Schritt wird die erlaubte H₂-Variation über den optisch genutzten Bereich bestimmt. Die Festlegung erfolgt anhand der Kriterien der Brechungsindexhomogenität und der Homogenität von Compaction und transienter Absorption. Probleme mit Indexhomogenität sind nicht zu erwarten, solange die absolute Differenz unter 5·10¹⁷ (vorzugsweise 1·10¹⁷) und der Gradient unter 5·10¹⁶/cm (vorzugsweise 1·10¹⁷/cm) bleiben. Die Abhängigkeit von Compaction und transienter Absorption vom H₂-Gehalt sind experimentell zu bestimmen. Praktisch scheinen relative Unterschiede der H₂- Konzentration innerhalb des optisch genutzten Bereichs von 1:10, vorzugsweise 1:5 unproblematisch. Ersatzweise können hinsichtlich Compaction und transienter Absorption auch SiH-Variationen oder Gradienten vorgegeben weren, die sich experimentell bestimmen (Raman-Spektroskopie oder Test der Transmission als Funktion der bestrahlenden Energiedichte) oder simulieren lassen.
In einem dritten Schritt erfolgt eine Finite Elemente (FE)-Simulation der H₂-Diffusion und SiH-Bildung mit dem Ziel, zeitliche Variation von Temperatur und Partialdruck bei der Wasserstoffbeladung des Vorproduktes so einzustellen, daß die vorgegebenen Ziele hinsichtlich H₂- und SiH-Gehalt erreicht werden. In die Simulation können gegebenenfalls in der Linsenfertigung eingesetze Heißprozesse wie abtragende Feinbearbeitung (Sputtern, Polieren), Entspannungstempern oder Dünnfilmbeschichtung einbezogen werden, die zu einer leichten Ausdiffusion von H₂ aus den oberflächennahen Bereichen führt.
In einem vierten Schritt erfolgt eine Vorbearbeitung eines zylindrischen Rohlings aus synthetischem Quarzglas aus einem Sootprozeß mit OH < 150 ppm, H₂ < 2·10¹⁵ Moleküle/cm³ und k < 2·10^–3/cm auf die Endgeometrie oder eine näherungsweise Endgeometrie der zu fertigenden Linse. Es bietet sich an, die übliche Linsenbearbeitung durchzuführen und nach Beendigung der Schleifprozesse anzuhalten.
In einem fünften Schritt wird das so gefertigte Vorprodukt mit H₂ beladen, indem es in einer Inertgasatmosphäre mit H₂-Anteil, bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur (25°C) bis zu 600°C, und unter einem Druck zwischen Atmosphärendruck bis zu maximal 10 bar behandelt wird. Es kann eine Kontaminationskontrolle an dünnen Probenplättchen, sogenannten Witness-Samples, durchgeführt werden, die danach chemisch analysiert oder auf Transmission vermessen werden. Das so mit Wasserstoff beladene Vorprodukt weist an Stellen, die den Linsenpositionen mit mittlerer oder geringer Belastung entsprechen, eine H₂-Konzentration von mindestens 0,8·10¹⁵ Molekülen/cm³ auf. Für Linsen, für die eine hohe Strahlungsbelastung gemäß Schritt 1 zu erwarten ist weist das Vorprodukt an den Stellen, die dem optischen Nutzbereich der späteren Linse entsprechen, einen H₂-Gehalt von mindestens 5·10¹⁶ Molekülen/cm³ bis hin zu mindestens 5·10¹⁷ Molekülen/cm³ oder mindestens 5·10¹⁸ Molekülen/cm³ auf.
In einem sechsten Schritt werden optische Eigenschaften des Vorprodukts gemessen, zum Beispiel im Hinblick auf Homogenität, Spannungsdoppelbrechung und Transmission.
In einem siebten Schritt wird wenigstens ein Teil wenigstens einer der Basisflächen des Vorprodukts abtragend bearbeitet um eine endgültige Linsenform zu erzielen. Beispielsweise kann dieser Schritt mindestens einen der Prozessschritte Schleifen, Läppen, Asphärisieren, Polieren oder eine Kombination dieser Verfahren umfassen. Der Ausdruck Asphärisieren bezeichnet einen Schleif-, Läpp- oder Polierprzess, der eine sphärische Basisfläche in eine asphärische Oberflächenform überführt.
Im allgemeinen wird während dieses Bearbeitungsschritts eine Oberflächenschicht von einer Mindestdicke von 0,1 bis 2 mm abgetragen, deren Dicke von der Reinheit des Beladungsofens abhängt und die experimentell bestimmt werden kann. Während des Beladens können Verunreinigungen, die sich im Beladungsofen befinden, durch Diffusion in die Oberfläche des Vorproduktes eindringen. Typische derartige Verunreinigungen sind Metallverunreinigungen wie Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cr, Ni, Cu, Al oder Ti. Indem eine Oberflächenschicht des Vorprodukts von 0,1 bis 2 mm Dicke abgetragen wird, werden die kontaminierten Oberflächenschichten entfernt. Indem eine Kontaminationskontrolle während des Beladevorgangs durchgeführt wird, zum Beispiel mittels Probenplättchen aus synthetischem Quarzglas im Beladungsofen, kann das Ausmaß der Verunreinigungen, welche durch die Behandlung im Beladungsofen in die Oberflächenschichten des Vorprodukts eingetragen werden, bestimmt werden. Aus dieser Information kann eine Minimaldicke der abzutragenden Schicht ermittelt werden.
Die abzutragende Schicht kann auch eine nicht-konstante Dicke aufweisen, beispielsweise wenn der Abtrag im Rahmen eines Asphärisierungsschrittes erfolgt. Die minimale Schichtdicke sollte dabei jedoch groß genug sein, dass die kontaminierten Oberflächenschichten des Quarzglas-Vorprodukts vollständig entfernt werden, was typischerweise einem Schichtdickenminimum zwischen 0,05 und 2 mm entspricht. Dies ist insbesondere für die Basisflächen des Vorprodukts von Bedeutung, da die Metall-Kontaminationen die Transmission der aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse vermindern.
Reichen die üblichen Feinschleif, Läpp-, Asphärisierungs- und Polierprozesse, die für die Linsenherstellung aus dem Vorprodukt sowieso notwendig sind, nicht aus, ist also die Dicke der Oberflächenschicht, die mit diesen Verfahren abgetragen wird, nicht an jeder Stelle ausreichend groß um sämtliches kontaminiertes Quarzglasmaterial von der Oberfläche des Vorprodukts zu entfernen, kann das Vorschleifen vor Beladung vorzeitig beendet und nach Beladung fortgesetzt werden.
Um den Verschnitt zu verringern, kann dieses Verfahren mit Kugeltrennschleifen kombiniert werden, d.h. ein zylindrischer Rohling wird vor dem Beladen entlang einer Kugelfläche zerteilt, und die beiden Vorfertigteile werden separat beladen.
Weiterhin ist denkbar, dass bei der Herstellung des ursprünglichen Rohlings die Rohmasse nicht wie üblich in eine zylindrische oder rechteckige Form gegossen wird, sondern in eine Form gegossen oder gepresst wird, die grob der späteren Linsenform entspricht. Alternativ könnte, wie in den 9 und 10 gezeigt formlos ein scheibenförmiger Rohling 901, 1010 durch mittige oder am Rand angegreifende Halterung 917, 1021 und Erhitzen, unter Umständen unter Zuhilfenahme eines Stempels 1019, verformen, so daß sich eine Krümmung bzw. eine Durchbiegung ergibt.
Die optischen Eigenschaften eines solchen nicht planparallelen Rohlings können hinsichtlich Spannnungsdoppelbrechung und Transmission können durch rasternde Systeme mit schwenkbarem Sender und Detektor gemessen werden, was für viele Beleuchtungsanwendungen ausreicht.
Homogenität und Spannungsdoppelbrechungen können, wie in 11 dargestellt auch durch interferometrische Messung im Immersionsbad 1125 und/oder mit Kompensationsoptiken 1123 vermessen werden. Alternativ ist auch an die Anwendung von Wellefrontsensoren (Shack-Hartmann) zu denken.
Allen Ausprägungen des Verfahrens ist gemeinsam, daß für gleichen Minimalgehalt und H₂-Gradienten eine deutliche Verkürzung des Verfahrens gegenüber dem bisher bekannten Verfahren erreicht werden kann. Darf der H₂-Gradient auch etwas höher ausfallen als bei konventioneller Beladung, kann noch mehr Zeit gespart werden Für eine moderat gekrümmte Meniskuslinse, deren Mittendicke bei der Hälfte der Rohteildicke liegt, geht die Beladungszeit auf ein Viertel zurück. Neben der Ersparnis an Durchlaufzeit und Kosten ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sich für gleichen Minimalgehalt weniger SiH bildet, da die Einwirkungszeit des Wasserstoff kürzer ist. Dadurch ergibt sich weniger Compaction und transiente Absorption im System.
Alternativ kann in gleicher Zeit und mit gleicher SiH-Bildung auf einen höheren H₂-Gehalt beladen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Linse aus synthetischem Quarzglas mit erhöhtem H₂-Gehalt für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm mit den Schritten: Vorsehen eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas mit einer umlaufenden Randfläche und zwei einander gegenüberliegenden Basisflächen, wobei zumindest eine Teilfläche von mindestens einer der besagten Baisflächen eine Krümmung aufweist, und wobei das Vorprodukt einen ersten H₂-Gehalt aufweist: Behandlung des Vorprodukts in einer H₂-haltigen Atmosphäre zur Herstellung eines Vorprodukts aus synthetischem Quarzglas mit einem zweiten, gegenüber dem ersten H₂-Gehalt erhöhten, H₂-Gehalt; und Bearbeiten wenigstens einer Teilfläche wenigstens einer der Basisflächen des Vorprodukts nach der Behandlung in der H₂-haltigen Atmosphäre um eine endgültige Linsenform zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste H₂-Gehalt weniger als 2·10¹⁵ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite H₂-Gehalt mehr als 10¹⁶ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bearbeiten der wenigstens einen Teilfläche wenigstens einer der Basisflächen des Vorprodukts wenigstens einen der Teilschritte Schleifen, Läppen, Asphärisieren oder Polieren des Vorprodukts umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bearbeiten der wenigstens einen Teilfläche wenigstens einer der Basisflächen des Vorprodukts das Entfernen einer Oberflächenschicht von wenigstens 0,05 mm bis wenigstens 2 mm Dicke umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Oberflächenschicht eine nicht-konstante Dicke mit einem Dickenminimum von 0,05 mm bis 2 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens eine Teilfläche wenigstens einer der Basisflächen dem optischen Nutzbereich der Linse entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend als zusätzlichen Schritt das Messen wenigstens einer optischen Eigenschaft des Vorprodukts nach der Behandlung des Vorprodukts in einer H₂-haltigen Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die optische Eigenschaft Homogenität, Spannungsdoppelbrechung oder Transmission ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Vorprodukt aus synthetischem Quarzglas aus einem im wesentlichen zylindrischen Rohling ausgeschnitten wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Vorprodukt aus synthetischem Quarzglas durch Krafteinwirkung in heißem Zustand geformt wird, insbesondere durch Gießen, Pressen, Gravitationseinwirkung, Stempeldruck oder durch Krafteinwirkung eines Gasstroms.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Form des Vorprodukts so gewählt wird, dass sie im wesentlichen der Form der daraus herzustellenden Linse entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Form des Vorprodukts so gewählt wird, dass bei der Behandlung Vorprodukts in einer H₂-haltigen Atmosphäre eine vorgegebene H₂-Konzentrationsverteilung im Vorprodukt entsteht.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 wobei die Behandlung des Vorprodukts in einer H₂-haltigen Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei der H₂-Gehalt der Inertgasatmosphäre im Bereich von 5 bis 25% eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Behandlung des Vorprodukts bei einer Temperatur von weniger als 600°C, und bei einem Druck von 1 bar bis 10 bar durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Behandlung des Voprodukts bei einer Temperatur von weniger als 500°C durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der H₂-Gehalt des Vorprodukts vor der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre < 2·10¹⁵ Moleküle/cm³ und nach der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre mindestens 5·10¹⁵ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der H₂-Gehalt nach der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre mindestens 1·10¹⁶ Moleküle/cm³, insbesondere 5·10¹⁶ Moleküle/cm³ beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die umlaufende Randfläche des Vorprodukts vor der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre mit Fasen und/oder Nuten versehen wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19 mit dem zusätzlichen Schritt: Ermittlung eines Mindestwasserstoffgehalts der aus dem Vorprodukt zu fertigenden Linse unter Berücksichtigung von Parametern des optischen Systems.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 mit dem zusätzlichen Schritt: Simulation der H₂-Diffusion und/oder der Bildung von SiH innerhalb des Vorprodukts der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre und daraus Bestimmung einer Temperatur und/oder eines Drucks für die Behandlung des Vorprodukts in einer H₂-haltigen Inertgasatmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei in der Simulation zusätzlich ein H₂-Verlust bei der Fertigung einer Linse aus dem Vorprodukt mit erhöhtem H₂-Gehalt berücksichtigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Vorprodukt einen OH-Gehalt von < 150 ppm Gewichtsanteilen und einen dekadischen Extinktionskoeffizienten k von < 2·10^–3/cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Vorprodukt einen OH-Gehalt von < 70 ppm, insbesondere von < 30 ppm Gewichtsanteilen aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 25, wobei während der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre eine Kontaminationskontrolle mittels Probenplättchen aus synthetischem Quarzglas durchgeführt wird, wobei die Kontaminationskontrolle mittels Massenspektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, durch chemische Analyse oder durch Transmissionsmessungen für UV-Strahlung, insbesondere bei einer Wellenlänge von 193 nm, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Dickenminimum der zu entfernenden Schicht aus dem Ergebnis der Kontaminationskontrolle ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei das Vorprodukt nach der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre in einem Bereich einer Mittelebene des Vorprodukts ein lokales Minimum der H₂-Konzentration aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei das Vorprodukt nach der Behandlung in einer H₂-haltigen Atmosphäre eine dreidimensionale H₂-Konzentrationsverteilung aufweist, wobei Flächen konstanter H₂-Konzentration im wesentlichen die gleiche Krümmung besitzen wie die der jeweiligen Fläche konstanter H₂-Konzentration nächstliegende Basisfläche.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei beide Basisflächen des Vorprodukts eine Krümmung gleicher Richtung und annähernd mit demselben Krümmungsradius aufweisen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei die Basisflächen des Vorprodukts jeweils eine Krümmung entgegengesetzter Richtung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Vorprodukt eine konkave Form aufweist und die H₂-Konzentration in einem Zentralbereich des Vorprodukts höher ist als in einem Außenbereich am Umfang des Vorprodukts.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei das Vorprodukt in einem Randbereich mindestens eine umlaufende Nut und/oder mindestens eine Fase aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 umfassend den zusätzlichen Schritt: Endbearbeitung mindestes einer Teilfläche mindestens einer der Basisflächen zur Erzeugung einer Linsenoberfläche für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm, insbesondere < 200 nm.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Endbearbeitung mindestens einen der Schritte umfasst: Polieren der Teilfläche auf eine für die Linsenoberfläche vorgegebene Rauhigkeit, Feinabtrag von Material mittels Ionenstrahlbearbeitung oder MRF, Beschichtung mit einer Antireflexbeschichtung.
Linse aus synthetischem Quarzglas, insbesondere für ein optisches System mit einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm, insbesondere < 200 nm, wobei die Linse mindestens eine umlaufenden Randfläche und zwei einander gegenüberliegende Basisflächen aufweist, wobei zumindest eine Teilfläche von mindestens einer der besagten Basisflächen eine Krümmung aufweist, und wobei die Linse eine dreidimensionale H₂-Konzentrationsverteilung aufweist, wobei Flächen konstanter H₂-Konzentration im wesentlichen parallel zu ihrer jeweils nächstliegenden Basisfläche und/oder im wesentlichen parallel zu ihrer jeweils nächstliegenden umlaufenden Randfläche verlaufen, und wobei die Konzentration von Metallverunreinigungen in einem Oberflächenbereich der Linse weniger als 2 ppm beträgt.
Linse aus synthetischem Quarzglas nach Anspruch 35, wobei die Konzentration wenigstens einer der Metallverunreinigungen Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cr, Ni, Cu, Al oder Ti weniger als 0,01 ppm beträgt.
Linse nach Anspruch 35 oder 36, wobei die dreidimensionale H₂-Konzentrationsverteilung mindestens ein lokales Minimum besitzt, wobei die H₂-Konzentration an diesem mindestens einen lokalen Minimum mindestens 0,8·10¹⁵ Moleküle/cm³ beträgt.
Linse nach Anspruch 37, wobei die H₂-Konzentrationsverteilung an dem mindestens einen lokalen Minimum eine H₂-Konzentration von mindestens 2·10¹⁶ Moleküle/cm³, insbesondere mindestens 5·10¹⁶ Moleküle/cm³ aufweist.
Linse nach mindestens einem der Ansprüche 35 bis 38, wobei die Linse einen optisch genutzten Bereich aufweist, und wobei innerhalb dieses optisch genutzten Bereichs die lokale H₂-Konzentration um weniger als einen Faktor 10. besondere um weniger als einen Faktor 5 variiert.
Optisches System mit einer Linse nach mindestens einem der Ansprüche 35 bis 39, wobei das optische System mit Laserstrahlung einer Arbeitswellenlänge von < 250 nm betreibbar ist.
Optisches System nach Anspruch 40, wobei das optische System ein Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie oder zur Herstellung von TFT-Displays ist.
Optisches System nach Anspruch 41, wobei das optische System ein System für die Laserbearbeitung ist.
Optisches System nach Anspruch 42, wobei das optische System ein Messsystem zur Defektinspektion ist.