DE102009010007A1 - Method for the production of quartz glass, by tempering silicon dioxide particles in a fluidized-bed reactor, supplying the particles in a burner and converting with a carrier gas stream comprising a silicon compound and a combustion gas - Google Patents

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Abstract

The method comprises tempering silicon dioxide particles in a fluidized-bed reactor, supplying the silicon dioxide particles in a burner and converting with a carrier gas stream comprising a silicon compound and a combustion gas, and depositing silicon dioxide particles as quartz glass block on a target. The silicon dioxide particle has a size of 20 nm to 10 mu m and the temperature in the reactor is 1100-1400[deg] C. The gas in the reactor is air, hydrogen, ozone and/or water. The silicon dioxide particle has a d90 value of = 1 mu m. The combustion gas is oxygen. The method comprises tempering silicon dioxide particles in a fluidized-bed reactor, supplying the silicon dioxide particles in a burner and converting with a carrier gas stream comprising a silicon compound and a combustion gas, and depositing silicon dioxide particles as quartz glass block on a target. The silicon dioxide particle has a size of 20 nm to 10 mu m and the temperature in the reactor is 1100-1400[deg] C. The gas in the reactor is air, hydrogen, ozone and/or water. The silicon dioxide particle has a d90 value of = 1 mu m. The combustion gas is oxygen. The ratio of the silicon compound and the combustion gas in the carrier gas stream is selected in such a way that the portion of the droplet formed from the silicon compound in flame is 20-30 mass%. The temperature of the carrier gas stream is 80-85[deg] C. The quartz glass block exists in the form of a cylinder with a diameter of 80-200 mm and length of 1400 mm. An independent claim is included for a quartz glass.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochhomogenem Quarzglas aus Reststoffen der Flammhydrolyse, synthetisches Quarzglas mit einem niedrigen Hydroxylgruppengehalt, sowie dessen Verwendung zur Herstellung von Linsen, Prismen, Fenstern, Reflektoren, Rohren etc., die in einem Bestrahlungsapparat montiert sind.The The present invention relates to a method of manufacture of highly homogeneous quartz glass from residues of flame hydrolysis, synthetic quartz glass with a low hydroxyl group content, as well as its use for the production of lenses, prisms, windows, Reflectors, pipes, etc., mounted in an irradiation apparatus are.

Quarzglas ist im allgemeinen fähig, UV-Licht durchzulassen, wobei die Durchlässigkeit im Vakuum-Ultraviolettbereich unter 200 nm abnimmt und bei Wellenlängen um 140 nm, die aufgrund der dem Quarzglas inhärenten Struktur einen Absorptionsbereich darstellen, vollständig endet. Im Wellenlängenbereich über dem inhärenten Absorptionsbereich liegen Absorptionsbanden vor, die aufgrund defekter Strukturen im Glas auftreten. Somit kann es je nach Typ und Ausmaß der defekten Strukturen zu erheblichen Unterschieden in der Durchlässigkeit des Quarzglases kommen. Wenn Quarzglas bei der für das Lithographiegerät verwendeten Wellenlänge eine geringe Durchlässigkeit aufweist, wird das absorbierte UV-Licht im Quarzglas in Wärmeenergie umgewandelt. Eine Einstrahlung führt folglich zu einer Verdichtung im Inneren des Glases, was einen uneinheitlichen Brechungsindex des Glases zur Folge hat. Daraus ergibt sich, dass, wenn die defekten Strukturen im Quarzglas in der Nähe der Strahlungswellenlängen stark absorbierend sind, dies die Durchlässigkeit des Glases und auch dessen Beständigkeit als ein in Lithographiegeräten verwendetes Material verringern kann.quartz glass is generally capable of transmitting UV light, wherein the transmittance in the vacuum ultraviolet range below 200 nm decreases and at wavelengths around 140 nm, due to the structure inherent in the silica glass has an absorption region represent, completely ends. In the wavelength range over the inherent absorption range are absorption bands that occur due to defective structures in the glass. Thus, can depending on the type and extent of the defective structures, it is too substantial Differences in the permeability of the quartz glass come. If quartz glass at the for the lithographic device used wavelength a low permeability has, the absorbed UV light in the quartz glass into heat energy transformed. An irradiation thus leads to a Compaction inside the glass, resulting in a non-uniform refractive index of the glass. It follows that if the broken Structures in the quartz glass near the radiation wavelengths are highly absorbent, this is the permeability of the glass and also its durability as one in lithography equipment used material can reduce.

In der Regel wird synthetisches Quarzglas mittels der sogenannten Flammhydrolyse aus siliciumhaltigen Ausgangsstoffen, unter Einsatz von Abscheidebrennern auf Knallgasbasis hergestellt. Dabei werden in das Quarzglas, insbesonders beim sog. Sootprozess große Mengen an Hydroxylgruppen eingebracht. Diese lassen sich anschließend in einem zweistufigen Prozess mit einem Zwischenprodukt in Form eines porösen SiO2-Körpers (Sootkörper) nachträglich relativ leicht entfernen, z. B. durch eine Dehydrationsbehandlung unter Einsatz von Halogenen.As a rule, synthetic quartz glass is produced by means of so-called flame hydrolysis from silicon-containing starting materials, using oxyhydrogen-based deposition burners. In this case, large quantities of hydroxyl groups are introduced into the quartz glass, especially in the so-called soot process. These can then be relatively easily subsequently removed in a two-stage process with an intermediate product in the form of a porous SiO 2 body (soot body), eg. B. by a dehydration treatment using halogens.

Allerdings werden bei der Produktion von hochhomogenem Quarzglas mittels Flammhydrolyse nur ca. 70 bis 80% des aus den siliciumhaltigen Ausgangsstoffen gebildeten SiO2-Partikel in dem SiO2-Körper abgeschieden. Bei dem derzeitig verwendeten Verfahren werden bis zu 30% der gebildeten SiO2-Partikel entweder als leicht versintertes SiO2-Pulver als Walzenpelz an der Walze abgeschieden oder gehen als Partikel mit einem Größenspektrum von 30 nm bis 10 μm in die Absaugung. Dieser Anteil wird aus dem Abgas ausgewaschen und ins Abwasser geleitet.However, in the production of highly homogeneous quartz glass by means of flame hydrolysis, only about 70 to 80% of the SiO 2 particles formed from the silicon-containing starting materials are deposited in the SiO 2 body. In the currently used method, up to 30% of the SiO 2 particles formed are deposited either as slightly sintered SiO 2 powder as roll fur on the roller or go as particles with a size range of 30 nm to 10 microns in the suction. This portion is washed out of the exhaust gas and discharged into the wastewater.

Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwertung von SiO2-Partikeln zur Verfügung zu stellen, die im bisherigen Flammhydrolyseverfahren nicht in Form eines SiO2-Körpers abgeschieden wurden.It was therefore an object of the present invention to provide a process for the utilization of SiO 2 particles which have not been deposited in the form of a SiO 2 body in the previous flame hydrolysis process.

Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwertung von nicht genutzten SiO2-Partikeln aus den Flammhydrolyse-Verfahren zur Verfügung zu stellen, das zu einem hochhomogenen Quarzglas mit einem niedrigen Hydroxylgruppengehalt, vorzugsweise mit einem Hydroxylgruppengehalt < 300 ppm, führt.It was a further object of the present invention to provide a process for utilizing unused SiO 2 particles from the flame hydrolysis process which results in a highly homogeneous quartz glass having a low hydroxyl group content, preferably having a hydroxyl group content <300 ppm.

Ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung von hochhomogenem Quarzglas mit einem niedrigen Hydroxylgruppengehalt zur Verfügung zu stellen, das weitere, anschließende Verfahrensschritte zur Entfernung von Hydroxylgruppen überflüssig macht.Also An object of the present invention was to provide a method for Production of highly homogeneous quartz glass with a low hydroxyl group content to provide, the further, subsequent Process steps for the removal of hydroxyl groups superfluous power.

Die vorstehend beschriebenen Aufgaben wurden gelöst durch das Zurverfügungstellen eines Verfahrens zur Herstellung von Quarzglas, umfassend die Schritte

  • a) Tempern von SiO2-Partikeln in einem Reaktor,
  • b) Zuführen der SiO2-Partikel aus Schritt a) in einen Brenner und Umsetzung mit einem Trägergasstrom umfassend wenigstens eine Siliciumverbindung und wenigstens ein Verbrennungsgas, und
  • c) Abscheiden der SiO2-Partikel aus Schritt b) als Quarzglasblock auf einem Target.
The above-described objects have been achieved by providing a method for producing quartz glass comprising the steps
  • a) annealing of SiO 2 particles in a reactor,
  • b) feeding the SiO 2 particles from step a) into a burner and reacting with a carrier gas stream comprising at least one silicon compound and at least one combustion gas, and
  • c) depositing the SiO 2 particles from step b) as a quartz glass block on a target.

Im konventionellen Flammhydrolyseverfahren fallen ca. 20 bis 30% der gebildeten SiO2-Partikel als nicht verwertbarer Reststoff an. Diese Partikel weisen eine Größe im Bereich zwischen 20 nm und 10 μm auf, besonders bevorzugt weisen diese SiO2-Partikel eine Größe von mindestens 25 nm, insbesonders mindestens 50 nm auf, wobei mindestens 100 nm bevorzugt ist. Die übliche Maximalgröße beträgt 1000 nm, wobei 700 nm bzw. 500 nm bevorzugt sind. Besonders bevorzugte Maximalgrößen betragen 300 nm.In the conventional flame hydrolysis process, about 20 to 30% of the SiO 2 particles formed accumulate as non-recyclable residue. These particles have a size in the range between 20 nm and 10 microns, more preferably, these SiO 2 particles have a size of at least 25 nm, in particular at least 50 nm, with at least 100 nm is preferred. The usual maximum size is 1000 nm, with 700 nm and 500 nm being preferred. Particularly preferred maximum sizes are 300 nm.

Bevorzugt weisen diese SiO2-Partikel einen Hydroxylgruppengehalt im Bereich zwischen 1000 und 2000 ppm auf, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1400 und 1600 ppm.These SiO 2 particles preferably have a hydroxyl group content in the range between 1000 and 2000 ppm, more preferably in the range between 1400 and 1600 ppm.

Die SiO2-Partikel werden in Schritt a) einem Heizprozess unterworfen, wobei sie in die SiO2-Modifikation Cristobalit umgewandelt werden. Bevorzugt erfolgt die Umwandlung der SiO2-Partikel in Cristobalit zu 80%, besonders bevorzugt zu 90%, jeweils bezogen auf die Menge an eingesetztem SiO2-Partikel. Die SiO2-Partikel weisen nach der Behandlung in Schritt a) einen Hydroxylgruppengehalt bevorzugt von weniger als 10 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 8 ppm auf.The SiO 2 particles are subjected to a heating process in step a), where they are converted into the SiO 2 modification cristobalite. The conversion of the SiO 2 particles into cristobalite preferably takes place to 80%, particularly preferably to 90%, in each case based on the amount of SiO 2 particles used. After the treatment in step a), the SiO 2 particles have a hydroxyl group content of preferably less than 10 ppm, more preferably less than 8 ppm.

Bevorzugt ist der Reaktor in Schritt a) ein Wirbelbett- oder Fließbettreaktor. Besonders bevorzugt ist der Reaktor in Schritt a) ein Wirbelbettreaktor. Ein Wirbelbettreaktor gewährleistet den optimalen Stoffaustausch an der Oberfläche der SiO2-Partikel.Preferably, the reactor in step a) is a fluidized bed or fluidized bed reactor. Particularly preferably, the reactor in step a) is a fluidized bed reactor. A fluidized bed reactor ensures optimum mass transfer at the surface of the SiO 2 particles.

Unter einem Wirbelbett ist folgendes zu verstehen: Wenn auf waagerechten, perforierten Böden lagernde, feinkörnigere SiO2-Partikel von unten von Gasen durchströmt werden, stellt sich unter bestimmten Strömungsbedingungen ein Zustand ein, der dem einer kochenden Flüssigkeit ähnelt; die Schicht wirft Blasen auf; die SiO2-Partikel befinden sich innerhalb der Schicht in einer ständigen, wirbelnden Auf- und Abbewegung und bleiben so gewissermaßen in der Schwebe. Man spricht deshalb auch von Wirbelbett, Fließbett, sowie von Fluidisieren.Under a fluidized bed, the following is to be understood: When flowing on horizontal, perforated plates, finer-grained SiO 2 particles are flowed through from below by gases, turns under certain flow conditions, a state similar to that of a boiling liquid; the layer throws up bubbles; The SiO 2 particles are in a continuous, swirling up and down movement within the layer and thus remain in a sense in the balance. Therefore, one speaks of fluidized bed, fluidized bed, as well as fluidizing.

Bevorzugt liegt die Temperatur im Reaktor zwischen 1100°C bis 1400°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1200 und 1350°C.Prefers the temperature in the reactor is between 1100 ° C and 1400 ° C, particularly preferably in the range between 1200 and 1350 ° C.

Besonders bevorzugt erfolgt das Tempern von SiO2-Partikeln in Schritt a) gemäß den folgenden Teilschritten.

  • a1) Einfüllen der SiO2-Partikel in den Wirbelbettreaktor,
  • a2) Vorheizen des Reaktors auf 1100 bis 1400°C, vorzugsweise 1200 bis 1350°C,
  • a3) Einspeisen eines Gasgemisches bestehend aus Luft, Wasserstoff, Ozon und deren Mischungen, besonders bevorzugt eines Gasgemisches aus feuchter Luft mit Ozon, insbesonders mindestens 5% Ozon, vorzugsweise mindestens 10%, wobei mindestens 15% bevorzugt sind. Typische Obergrenzen betragen 30% bzw. 25%, wobei 23% besonders bevorzugt sind, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1100 bis 1400°C, vorzugsweise 1200 bis 1350°C, zweckmäßigerweise für die Dauer von 1 bis 10 Stunden, besonders bevorzugt für die Dauer von 2 bis 5 Stunden, wobei das Gasgemisch den Reaktor mit einer Fluidisierungsgeschwindigkeit von 2 bis 10 m/s bzw. 38 m/s durchströmt und das Gasgemisch eine Wasserdampfkonzentration von 10 bis 60 Vol-%, vorzugsweise 20–50 Vol-% bezogen auf alle Komponenten des Gasgemisches, aufweist. Vorzugsweise erfolgt hier eine Haltezeit bei einem Wasserdampfgehalt von < 10%, insbesonders bei gleicher Temperatur. Zweckmäßigerweise erfolgt am Ende dieser Haltezeit ein Atmosphärenwechsel, wobei danach üblicherweise eine Haltezeit von mindestens 30 Minuten, insbesonders mindestens 40 Minuten vorgesehen ist. Besonders bevorzugt sind alle Zeiten von 50–70 Minuten.
  • a4) Abkühlen der getemperten SiO2-Partikel auf Raumtemperatur in einer Atmosphäre aus Luft.
The tempering of SiO 2 particles in step a) is particularly preferably carried out in accordance with the following substeps.
  • a1) filling the SiO 2 particles in the fluidized bed reactor,
  • a2) preheating the reactor to 1100 to 1400 ° C, preferably 1200 to 1350 ° C,
  • a3) feeding a gas mixture consisting of air, hydrogen, ozone and mixtures thereof, particularly preferably a gaseous mixture of moist air with ozone, in particular at least 5% ozone, preferably at least 10%, with at least 15% being preferred. Typical upper limits are 30% and 25%, with 23% being particularly preferred, at a temperature in the range between 1100 to 1400 ° C., preferably 1200 to 1350 ° C., expediently for the duration of 1 to 10 hours, particularly preferably for Duration of 2 to 5 hours, wherein the gas mixture flows through the reactor at a fluidization rate of 2 to 10 m / s or 38 m / s and the gas mixture a water vapor concentration of 10 to 60% by volume, preferably 20-50% by volume to all components of the gas mixture. Preferably, there is a holding time at a water vapor content of <10%, especially at the same temperature. Conveniently, at the end of this holding time, a change of atmosphere, whereby usually a holding time of at least 30 minutes, especially at least 40 minutes is provided. Especially preferred are all times of 50-70 minutes.
  • a4) cooling the annealed SiO 2 particles to room temperature in an atmosphere of air.

Um ein optimales Abscheiden und ein optimales Abschmelzen im nachfolgenden Schritt b) zu gewährleisten, ist es notwendig die Partikelgröße der in Schritt a) erhaltenen SiO2-Partikel nach oben zu begrenzen. Vorzugsweise erfolgt die Klassifizierung durch Siebung mit einem Kunststoffsiebboden (Maschenweite ≤ 1 μm) oder mit einem Windsichter. Bevorzugt weisen die in Schritt a) erhaltenen SiO2-Partikel einen d90-Wert ≤ 1 μm, besonders bevorzugt ≤ 500 nm auf.In order to ensure optimal deposition and optimal melting in the subsequent step b), it is necessary to limit the particle size of the SiO 2 particles obtained in step a) to the top. The classification is preferably carried out by screening with a plastic sieve bottom (mesh size ≤ 1 μm) or with an air classifier. The SiO 2 particles obtained in step a) preferably have a d90 value ≦ 1 μm, particularly preferably ≦ 500 nm.

Das in Schritt a) erhaltene Pulver aus SiO2-Partikeln wird in einem Vorratsbehälter oberhalb der Schmelzanlage gelagert, die im Flammhydrolyseverfahren verwendet wird. Die SiO2-Partikel aus Schritt a) werden dem Brenner kontinuierlich über ein Dosierlaufrad zugeführt. Bevorzugt werden die SiO2-Partikel mit einem Dosiergasstrom bestehend aus trockenem O2 sowie gasförmigem Siliziumhalogenid, insbesonders Chlorid (vorzugsweise SiCl4) direkt durch die Mitteldüse des Brenners in die Flamme eingetragen. Auf diese Weise wird ein besseres Abscheideverhalten der SiO2-Partikel in Schritt c) gewährleistet. Bevorzugt wird der Dosiergasstrom auf eine Temperatur im Bereich zwischen 80 bis 90°C, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 82 und 85°C, vorgewärmt.The powder of SiO 2 particles obtained in step a) is stored in a storage container above the melting plant, which is used in the flame hydrolysis process. The SiO 2 particles from step a) are fed to the burner continuously via a metering impeller. Preferably, the SiO 2 particles with a Dosiergasstrom consisting of dry O 2 and gaseous silicon halide, in particular chloride (preferably SiCl 4 ) entered directly through the center nozzle of the burner in the flame. In this way, a better separation behavior of the SiO 2 particles is ensured in step c). Preferably, the dosing gas stream is preheated to a temperature in the range between 80 to 90 ° C, more preferably in the range between 82 and 85 ° C.

Bevorzugt umfasst der Trägergasstrom wenigstens eine Siliciumverbindung und wenigstens ein Verbrennungsgas. Beispielhaft für Siliciumverbindungen seien Monosilan (SiH4), Alkoxysilane (R4-4)Si(OH)n, wobei R eine Alkoxygruppe mit einem bis vier c-Atomen repräsentiert, und Stickstoff-Siliciumverbindungen in Form von Silazanen, genannt. Bevorzugte Siliciumverbindungen bilden die sogenannten Polysiloxane (auch kurz als Siloxane bezeichnet), deren Einsatz für die Herstellung von synthetischem SiO2 im Stand der Technik beschrieben ist. Die Stoffgruppe der Siloxane lässt sich unterteilen in offenkettige Polysiloxane und in geschlossenkettige Polysiloxane. Die offenkettigen Polysiloxane werden durch die folgende chemische Summenformel beschrieben:
R3Si·(SiR2O)n·SiR3, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist. Die geschlossenkettigen Polysiloxane haben folgende allgemeine Summenformel: SipOp(R)2p, wobei p eine ganze Zahl ≥ 2 ist. Der Rest R ist jeweils z. B. eine Alkylgruppe, bevorzugt eine Methylgruppe.Preferably, the carrier gas stream comprises at least one silicon compound and at least one combustion gas. Exemplary of silicon compounds are monosilane (SiH 4 ), alkoxysilanes (R 4-4 ) Si (OH) n , wherein R represents an alkoxy group having one to four carbon atoms, and nitrogen-silicon compounds in the form of silazanes, called. Preferred silicon compounds form the so-called polysiloxanes (also short referred to as siloxanes) whose use for the preparation of synthetic SiO 2 is described in the prior art. The group of siloxanes can be subdivided into open-chain polysiloxanes and closed-chain polysiloxanes. The open-chain polysiloxanes are described by the following chemical empirical formula:
R 3 Si · (SiR 2 O) n · SiR 3 , where n is an integer> 0. The geschlossenkettigen polysiloxanes have the following general empirical formula: Si p O p (R) 2p where p is an integer ≥. 2 The rest R is z. Example, an alkyl group, preferably a methyl group.

Besonders bevorzugte Siliciumverbindungen sind SiCl4, HSiCl3, (CH3)2SiCl2, CH3SiCl3, CH3Si(OCH3)3, HSi(OCH3)3 und Si(OCH3)4. Ganz besonders bevorzugt als Siliciumverbindung ist SiCl4.Particularly preferred silicon compounds are SiCl 4 , HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , CH 3 SiCl 3 , CH 3 Si (OCH 3 ) 3 , HSi (OCH 3 ) 3 and Si (OCH 3 ) 4 . Very particularly preferred as the silicon compound is SiCl 4 .

Bevorzugt wird die siliciumorganische Verbindung mit einer festgelegten Flussrate im Bereich zwischen 0,2 bis 1,0 l/min zusammen mit dem Verbrennungsgas, dessen Flussrate 0,5 l/min bis 3,0 l/min, vorzugsweise 0,7 l/min bis 1,5 l/min, beträgt, dem Brenner zugeführt.Prefers becomes the organosilicon compound at a fixed flow rate in the range between 0.2 to 1.0 l / min together with the combustion gas, its flow rate 0.5 l / min to 3.0 l / min, preferably 0.7 l / min to 1.5 l / min, is fed to the burner.

Die Dosierung der Siliciumverbindung im Trägergasstrom erfolgt jeweils entsprechend der Beladung mit SiO2-Partikeln. In der Mitteldüse des Ringdüsenbrenners werden insbesonders nur die Gase trockener Sauerstoff und SiCl4 zugeführt. Inerte Gase wie N2 und Argon führen zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in der Flamme, was vermieden werden soll. H2 wird als Brenngas dem Ringdüsenbrenner zugeführt, aber erst in der zweiten auf die Mitteldüse folgenden Ringdüse und dann immer im Wechsel mit Sauerstoff, bis man maximal zum 12. Düsenbrenner kommt, oder zum Brausekopfbrenner.The metering of the silicon compound in the carrier gas stream takes place in each case in accordance with the loading with SiO 2 particles. In particular, only the gases dry oxygen and SiCl 4 are fed into the center nozzle of the annular nozzle burner. Inert gases such as N 2 and argon lead to an increase in the flow velocity in the flame, which should be avoided. H 2 is supplied as fuel gas to the annular nozzle burner, but only in the second following on the center nozzle ring nozzle and then always alternately with oxygen until it comes to a maximum 12 nozzle or burner, to the shower head burner.

Die Mengen der eingesetzten Gase werden mittels eines Gasdurchsatz-Messgerätes geregelt. Üblicherweise ist das Verhältnis vom SiO2 Massestrom (Partikel) zum aus dem SiCl4 Massestrom gebildeten SiO2-Tröpfchen in der Flamme nicht größer als 55 Ma%. Vorzugsweise sollte der Anteil der erst in der Flamme zu bildenden Tröpfchen nicht größer als 50 Ma% gegenüber den als Festkörper zugeführten SiO2-Partikeln sein. Bevorzugt sind 20–30 Ma% und besonders bevorzugt sind 25 Ma%.The quantities of gases used are regulated by means of a gas flow meter. Usually, the ratio of the SiO 2 mass flow (particles) to the SiO 2 droplets formed in the flame from the SiCl 4 mass flow is not greater than 55 mass%. Preferably, the proportion of the droplets to be formed only in the flame should not be greater than 50 Ma% compared to the solid-state SiO 2 particles. Preference is given to 20-30 Ma% and particularly preferred are 25 Ma%.

Vorzugsweise wird der Brenner mit einer Knallgasflamme betrieben. Üblicherweise wird als Brenner ein außenmischender Ringbrenner mit bis zu 12 Düsen, vorzugsweise bis zu 10 Düsen und insbesonders mit 8 Düsen verwendet. Die Mitteldüse dient dabei der Zufuhr des Trägergasstroms.Preferably the burner is operated with a detonating gas flame. Usually is used as burner an external mixing ring burner with up to to 12 nozzles, preferably up to 10 nozzles and especially used with 8 nozzles. The central nozzle serves to supply the carrier gas stream.

Die SiO2-Partikel aus Schritt b) werden in Schritt c) als Quarzglasblock auf einem Target abgeschieden. Bevorzugt wird das Target während der Herstellung des Quarzglasblocks rotierend angetrieben.The SiO 2 particles from step b) are deposited in step c) as a quartz glass block on a target. Preferably, the target is driven in rotation during the production of the quartz glass block.

Dabei wird ferner der Abstand des Quarzglasblocks zum Brenner, d. h. der Abstand zwischen der Kappe des Quarzglasblocks und dem Brenner, während der Herstellung annähernd konstant gehalten. Durch diese Maßnahme wird ein möglichst gleichmäßiger, defektarmer Quarzglasblock weitgehend rotationssymmetrischer Form erzeugt. Bevorzugt wird der Quarzglasblock in Schritt c) in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 80 bis 200 mm und einer Länge von bis zu 1400 mm erhalten.there Furthermore, the distance of the quartz glass block to the burner, i. H. of the Distance between the cap of the quartz glass block and the burner, kept approximately constant during manufacture. This measure will be as even as possible, low-defect quartz glass block largely rotationally symmetrical shape generated. The quartz glass block is preferably shaped in step c) a cylinder with a diameter in a range between 80 to 200 mm and a length of up to 1400 mm.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, synthetisches Quarzglas zur Verfügung zu stellen, das bei der Bestrahlung mit hochenergetischen Vakuum-UV-Strahlen, insbesondere bei der Bestrahlung mit UV-Strahlen im Wellenlängenbereich zwischen 180 nm und 250 nm, sowohl weniger Schädigungen, als auch eine hohe Lichtdurchlässigkeit, sowie eine hervorragende Gleichförmigkeit aufweist.A Another object of the present invention is synthetic To provide quartz glass during irradiation with high-energy vacuum UV rays, especially during irradiation with UV rays in the wavelength range between 180 nm and 250 nm, both less damage, and one high light transmission, as well as excellent uniformity having.

In der Literatur sind verschiedene Schädigungsmuster beschrieben, die bei der Bestrahlung mit UV-Bestrahlung auftreten. Man unterscheidet dabei zwischen solchen Schädigungsmustern, bei denen es bei andauernder UV-Bestrahlung zu einem Anstieg der Absorption kommt (induzierte Absorption), und solchen, bei denen strukturelle Defekte in der Glasstruktur erzeugt werden, die sich beispielsweise in einer Generierung von Fluoreszenz oder in einer Veränderung des Brechungsindex auswirken, die aber nicht zwangsläufig die Strahlungsabsorption verändern.In the literature describes various patterns of damage, which occur during irradiation with UV irradiation. One differentiates between such damage patterns in which it with continuous UV irradiation, an increase in absorption occurs (induced absorption), and those in which structural defects be generated in the glass structure, for example, in a Generation of fluorescence or in a change of the Refractive index, but not necessarily the radiation absorption change.

Bei den Schädigungsmustern der ersten Gruppe kann die induzierte Absorption z. B. linear ansteigen oder es wird nach einem anfänglichen Anstieg eine Sättigung erreicht. Weiterhin wird beobachtet, dass eine anfänglich vorhandene Absorptionsbande nach Abschalten der UV-Quelle innerhalb weniger Minuten verschwindet, sich aber nach erneuter Aufnahme der Bestrahlung schnell wieder auf dem vorherigen Niveau einstellt. Das letztgenannte Verhalten wird in der Literatur als „rapid-damage-process” (RDP) bezeichnet. Weiterhin ist ein Schädigungsmuster bekannt, bei dem sich strukturelle Defekte offenbar derart in dem Quarzglas kumulieren, dass sie sich in einer plötzlichen starken Zunahme der Absorption äußern. Der Anstieg der Absorption wird in der Literatur als „SAT-Defekt” bezeichnet.In the damage patterns of the first group, the induced absorption z. B. increase linearly or saturation is achieved after an initial increase. Furthermore, it is observed that an initially present absorption band disappears within a few minutes after the UV source has been switched off, but quickly returns to the previous level after the radiation has been taken up again. The latter behavior is referred to in the literature as "rapid-damage-process" (RDP). Furthermore, a damage pattern is known in which structural defects apparently cumulate in the quartz glass in such a way that they express themselves in a sudden strong increase of the absorption. The increase in absorp tion is referred to in the literature as "SAT defect".

Im Zusammenhang mit den Schädigungsmustern der zweiten Gruppe ist ein bekanntes Phänomen die sogenannte „Kompaktierung”, die während bzw. nach Laserbestrahlung mit hoher Energiedichte auftritt. Dieser Effekt äußert sich in einer lokalen Dichteerhöhung, die zu einem Anstieg des Brechungsindex und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des optischen Bauteils führt. Es wird auch ein gegenteiliger Effekt beobachtet, wenn ein optisches Bauteil aus Quarzglas mit Laserstrahlung geringer Energiedichte aber mit hoher Pulszahl beaufschlagt wird. Unter diesen Bedingungen wird eine sogenannte Dekompaktierung erzeugt, die mit einer Verringerung des Brechungsindex einhergeht. Hierbei kommt es durch die Bestrahlung ebenfalls zu einer lokalen Dichteänderung und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften. Kompaktierung und Dekompaktierung sind somit ebenfalls Defekte, die die Lebensdauer eines optischen Bauteils begrenzen können.in the Correlation with the damage patterns of the second group a well-known phenomenon is the so-called "compacting", during or after laser irradiation with high energy density occurs. This effect manifests itself in a local Density increase, which leads to an increase in the refractive index and thus to a deterioration of the imaging properties of the optical component leads. It will be the opposite Effect observed when using a quartz glass optical component Laser radiation low energy density but charged with high pulse rate becomes. Under these conditions a so-called decompaction is generated, which is associated with a reduction in the refractive index. in this connection Irradiation also causes a local density change and thus to a deterioration of the imaging properties. compacting and decompaction are thus also defects that affect the life can limit an optical component.

Bei synthetischem Quarzglas, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, tritt das Phänomen der Kompaktierung nur vermindert bzw. in geringerem Maße und das Phänomen der Dekompaktierung gar nicht auf.at synthetic quartz glass according to the invention Process is produced, the phenomenon of compaction occurs only diminished or to a lesser extent and the phenomenon the decompacting not at all.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung war daher ein synthetisches Quarzglas, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.One The subject of the present invention was therefore a synthetic one Quartz glass, the process of the invention is obtained.

Das erfindungsgemäße synthetische Quarzglas weist bevorzugt einen Hydroxylgruppengehalt < 700, besonders bevorzugt < 400, ganz besonders bevorzugt < 300 ppm auf.The synthetic quartz glass according to the invention preferably has a hydroxyl group content <700, more preferably <400, very particularly preferably <300 ppm on.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäße synthetische Quarzglas einen Wasserstoffgehalt im Bereich zwischen 1·1016 bis 1·1018 mol/cm3, insbesonders 1·1017 – 1018 mol/cm3 auf.The synthetic quartz glass according to the invention preferably has a hydrogen content in the range between 1 × 10 16 to 1 × 10 18 mol / cm 3 , in particular 1 × 10 17 - 10 18 mol / cm 3 .

Vorzugsweise liegt die Dichte des Quarzglasblocks, der in Schritt c) erhalten wird, im Bereich 2,2 ± 0,1 g/cm3.Preferably, the density of the silica glass block obtained in step c) is in the range 2.2 ± 0.1 g / cm 3 .

Vorzugsweise liegt die Transmission bei 193 nm und einer Dicke des Quarzglasblocks von 1 cm bei > 99,3%, besonders bevorzugt bei > 99,5%. Vorzugsweise liegt die Transmission bei 248 nm bei einer Dicke des Quarzglasblocks von 1 cm bei > 99,9%.Preferably the transmission is at 193 nm and a thickness of the quartz glass block of 1 cm at> 99.3%, particularly preferably> 99.5%. Preferably, the transmission at 248 nm is at a thickness of the quartz glass block of 1 cm at> 99.9%.

Üblicherweise liegt die Brechzahlhomogenität bei < 5·10–6, insbesonders bei < 3·10–6.Typically, the refractive index homogeneity is <5 × 10 -6 , especially <3 × 10 -6 .

Konzentrationen von Erdalkalien und Alkalien und der Übergangsmetalle sind kleiner 100 ppb; Cl liegt zwischen 10–20 ppm radial und in Funktionsrichtung < 1 ppm; OH Gehalt schwankt in Funktionsrichtung ebenfalls im Bereich < 2 ppm.concentrations of alkaline earths and alkalis and the transition metals are less than 100 ppb; Cl is between 10-20 ppm radial and in functional direction <1 ppm; OH content also varies in the functional direction in the range <2 ppm.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das synthetische Quarzglas als dotiertes synthetisches Quarzglas vorliegen.In In a preferred embodiment, the synthetic Quartz glass exist as doped synthetic quartz glass.

Bei der Dotierung kann es sich bevorzugt um eine Dotierung mit TiO2 handeln, jedoch kann die Erfindung vorteilhaft bei der Herstellung von beliebig dotiertem Quarzglas genutzt werden, also beispielsweise, wenn der Glaskörper mit einer Dotierung hergestellt wird, die Fluor, Germanium, Vanadium, Chrom, Aluminium, Zirkon, Eisen, Zink, Zinn, Tantal, Bor, Phosphor, Niob, Blei, Kupfer, Hafnium, Molybdän oder Wolfram enthält. Es handelt sich hierbei um Dotierungen, die zu einer relativ starken Veränderung des Brechungsindex von Quarzglas führen.The doping may preferably be a doping with TiO 2 , however, the invention can be used advantageously in the production of any doped quartz glass, that is, for example, if the glass body is produced with a doping, the fluorine, germanium, vanadium, chromium , Aluminum, zirconium, iron, zinc, tin, tantalum, boron, phosphorus, niobium, lead, copper, hafnium, molybdenum or tungsten. These are dopants, which lead to a relatively large change in the refractive index of quartz glass.

Die Dotierung beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens etwa 0,5 Gew.-% und liegt bei den meisten Dotiermitteln im Prozentbereich. Dagegen liegt die Dotierung bei Fluor meist in einem niedrigeren Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-%.The Doping is preferably at least about 0.1% by weight, preferably at least about 0.5% by weight and is most Dopants in the percentage range. In contrast, the doping is included Fluorine usually in a lower range of about 0.1 to 0.5 wt .-%.

In einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich das synthetische Quarzglas bzw. der synthetische Quarzglasblock nach der Herstellung durch verschiedene Prozesse weiterbehandeln.In a preferred embodiment can be the synthetic quartz glass or the synthetic quartz glass block according to continue to process it through various processes.

Methoden zur Weiterbehandlung des Quarzglasblocks aus Schritt c) umfassen eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine mechanische, thermische oder chemische Nachbehandlung des Quarzglasblocks durch Dotieren, Verglasen, Schleifen, Schneiden oder Polieren, auch Flammenpolieren. Die Weiterverarbeitung kann außerdem ein Tempern oder plastische Umformschritte beinhalten.methods for further treatment of the quartz glass block from step c) a surface treatment, for example a mechanical, thermal or chemical aftertreatment of the quartz glass block Doping, vitrification, grinding, cutting or polishing, also flame polishing. The further processing can also be a tempering or plastic Include forming steps.

In der Regel erfolgt die Endmaßbearbeitung des Quarzglasblocks durch mechanischen Abtrag. Das Glätten der mechanisch bearbeiteten Oberfläche kann durch chemisches Ätzen oder durch eine Feuerpolitur erfolgen. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberflächenbehandlung ein Erhitzen des Quarzglasblocks auf eine Nitridierungstemperatur im Bereich zwischen 1050°C und 1200°C unter einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre umfasst.In As a rule, the final dimension machining of the quartz glass block takes place by mechanical removal. Smoothing the machined Surface can be through chemical etching or through a Feuerpolitur done. In this context, it has proved to be proved particularly advantageous when the surface treatment heating the quartz glass block to a nitriding temperature in the range between 1050 ° C and 1200 ° C under one Ammonia-containing atmosphere includes.

Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften ergibt sich, wenn die Oberflächenbehandlung ein Erhitzen des Quarzglasblocks bzw. dessen Oberfläche unter Einsatz eines auf die Oberfläche lokal einwirkenden Laserstrahls oder Hochtemperatur-Plasmas umfasst.A Further improvement of the properties results when the surface treatment a heating of the quartz glass block or its surface using a locally acting on the surface laser beam or high temperature plasma.

Durch lokales Erhitzen auf eine hohe Temperatur unter Einsatz eines Lasers oder einer Plasmaeinrichtung kommt es zu lokalem Aufschmelzen des oberflächennahen Quarzglases, so dass vorhandene Mikrorisse beseitigt und eine glatte, feuerpolierte Oberfläche erhalten wird, die während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des Quarzglasblocks wenig Partikel an die Umgebung abgibt. Da nur lokale Bereiche der Oberfläche erhitzt und erweicht werden, werden durch die Behandlung nur geringe mechanische Spannungen in den Quarzglasblock eingebracht, die sich weder in einer Änderung der fiktiven Temperatur bemerkbar machen und die auch keine Verformung des Quarzglasblocks bewirken.By local heating to a high temperature using a laser or a plasma device there is a local melting of the near-surface quartz glass, so that existing microcracks eliminated and a smooth, fire-polished surface is obtained, during the intended use of the quartz glass block emits little particles to the environment. Because only local areas of the surface are heated and softened, By treating only minor mechanical stresses in introduced the quartz glass block, which is neither in a change make the fictive temperature noticeable and no deformation of the quartz glass block effect.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Material aus dem erfindungsgemäßen synthetischen Quarzglas zur Verwendung mit hochenergetischer Vakuum-UV-Strahlung. Bevorzugt ist die Verwendung eines optischen Materials als Linsen, Prismen, Fenster, Reflektoren, Rohre, etc., die in einer Bestrahlungsapparatur montiert sind, wobei hochenergetische Vakuum-UV-Strahlung, wie Excimer-Laser, Excimer-Lampen etc. mit einer Wellenlänge im Bereich von 165 bis 195 nm als Lichtquelle verwendet wird.One Another object of the present invention is an optical Material of the synthetic invention Quartz glass for use with high-energy vacuum UV radiation. Preferred is the use of an optical material as lenses, Prisms, windows, reflectors, pipes, etc., in an irradiation apparatus are high-energy vacuum UV radiation, such as excimer laser, Excimer lamps etc. with a wavelength in the range of 165 to 195 nm is used as the light source.

Sofern großtechnisch praktiziert, werden optische Elemente aus Quarzglasmaterial, wie Linsen, Prismen, Filter, Fotomasken, Reflektoren, Etalonplatten und -fenster typischerweise aus großen Stücken Quarzglas, die in Großproduktionsöfen hergestellt werden, gefertigt. Große Teile Quarzglas, die in Großproduktionsöfen gefertigt werden, sind auch dem Fachgebiet als Stäbe oder Blöcke bekannt. Rohlinge werden aus Stäben oder Blöcken geschnitten, und aus den Glasrohlingen werden fertige optische Elemente unter Verwendung von Herstellungsschritten gefertigt, die Schneiden, Polieren und/oder Beschichten der Glasstücke aus einem Rohling einschließen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Viele dieser optischen Elemente werden in verschiedenen Geräten verwendet, die in Umgebungen eingesetzt werden, wo sie UV-Licht mit einer Wellenlänge von etwa 360 nm oder weniger ausgesetzt sind, beispielsweise ein Excimer-Laserstrahl oder ein anderer UV-Laserstrahl. Die optischen Elemente werden in einer Vielzahl von Instrumenten eingebaut, einschließlich lithographischen Laserexpositionsgeräten zur Herstellung von hochintegrierten Schaltkreisen, Laserherstellungsanlagen, medizinischen Geräten, Kernfusionsanlagen oder jedes andere Gerät, das einen Hochleistungs-UV-Laserstrahl einsetzt.Provided practiced on a large scale, optical elements are made Quartz glass material, such as lenses, prisms, filters, photomasks, reflectors, Etalon plates and windows typically made of large pieces Quartz glass produced in large-scale production furnaces be made. Large parts of quartz glass used in large-scale production furnaces are also known to the art as rods or Blocks known. Blanks are made of rods or Cut blocks, and from the glass blanks are finished manufactured optical elements using manufacturing steps, the cutting, polishing and / or coating of glass pieces from a blank, however not limited thereto. Many of these optical elements are used in different devices in environments be used where they have UV light with one wavelength of about 360 nm or less, for example, one Excimer laser beam or another UV laser beam. The optical Elements are incorporated in a variety of instruments, including lithographic Laser exposure devices for the production of highly integrated Circuits, laser manufacturing equipment, medical devices, Nuclear fusion equipment or any other device that uses a high power UV laser beam starts.

BeispieleExamples

Für die Umsetzung des Verfahrens kam ein Wirbelbettreaktor (1) zum Einsatz der mit amorphem Quarzglassoot aus dem Abscheideprozess befüllt wurde und eine Kornverteilung von 100–250 nm hatte. Der Reaktor wurde von einem Gasgemisch aus feuchter Luft mit einem Wasseranteil von 55% und einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 m/s von unten nach oben durchströmt. Das Wirbelbett wurde dabei auf eine Temperatur von 1280°C gehalten. Die Dauer des Prozesses lag bei 3,5 Stunden. Danach wurde der Masseanteil des Cristobalit im Pulver röntgenografisch bestimmt. Der Masseanteil an Cristobalit im behandelten Pulver lag bei 82%. Durch einen Mahlvorgang und anschließender Siebung wurde das Spektrum der Korngrößenverteilung weiter eingeschränkt auf einen Bereich von 50–120 nm. Das so gewonnene Pulver wurde über eine Dosiereinrichtung einen permanent von trockenem Sauerstoff und gasförmigem SiCl4 durchströmten Quarzglasbehälter zugeführt. Der Gasstrom aus trockenem Sauerstoff und gasförmigem SiCl4 transportierte die SiO2-Partikel in die Mitteldüse des Quarzglasbrenners, der als 8 Ringdüsenbrenner ausgeführt war und mit Knallgas betrieben wurde. Die Masseströme des trockenen Sauerstoffs betrugen 0,8 slm und die des SiCl4 lagen bei 1,24 slm. Es gelang mit einer Brennerleistung von 70 kW innerhalb von 186 Stunden, eine Quarzglasingot mit einem Durchmesser von 154 mm und einem Gewicht von 45,6 kg zu erzeugen. Der weitestgehend blasen- und einschlussfreie Ingot wurde charakterisiert und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle: Parameter Direktschmelze Patentgemäßes Verfahren OH-Gehalt [ppm] 1245 231 H2-Gehalt [x1018 Mol./cm3] 3,25 1,98 cl-Gehalt [ppm] 30 16 Δhomogenitt [ppm] < 3 < 3 SDB [nm/cm] < 5 < 5 Transmission 193 nm [%] 99,4 99,43 For the implementation of the process, a fluidized bed reactor ( 1 ) was used for filling with amorphous silica glass boat from the deposition process and had a particle size distribution of 100-250 nm. The reactor was flowed through from below by a mixture of moist air with a water content of 55% and a flow rate of 4 m / s from bottom to top. The fluidized bed was maintained at a temperature of 1280 ° C. The duration of the process was 3.5 hours. Thereafter, the mass fraction of cristobalite in the powder was determined by X-ray analysis. The mass fraction of cristobalite in the treated powder was 82%. Through a grinding process and subsequent screening, the spectrum of the particle size distribution was further restricted to a range of 50-120 nm. The powder thus obtained was fed via a metering device to a quartz glass container, through which a continuous flow of dry oxygen and gaseous SiCl 4 took place . The gas stream of dry oxygen and gaseous SiCl 4 transported the SiO 2 particles in the center nozzle of the quartz glass burner, which was designed as 8 ring nozzle burner and was operated with oxyhydrogen gas. The mass flows of dry oxygen were 0.8 slm and those of SiCl 4 were 1.24 slm. With a burner output of 70 kW, it was possible within 186 hours to produce a quartz glass ingot with a diameter of 154 mm and a weight of 45.6 kg. The largely bubble-free and inclusion-free ingot was characterized and the results are in the following table: parameter direct melt Patented method OH content [ppm] 1245 231 H2 content [x10 18 mol./cm 3 ] 3.25 1.98 Cl content [ppm] 30 16 Δhomogeneity [ppm] <3 <3 SDB [nm / cm] <5 <5 Transmission 193 nm [%] 99.4 99.43

Die Verunreinigungen an Elementen der Übergangsmetalle und der Alkalien sowie der Erdalkalien lagen im Bereich < 1 ppm.The Impurities on elements of the transition metals and alkalis and alkaline earths were <1 ppm.

Bestrahlungsversuche bei Anwendungswellenlängen von 193 nm zeigen bei dem patentgemäß hergestellten Material keine signifikante Rarefraction bei geringen Energiedichten (< 10 mJ/cm2) und eine deutlich geringere Kompaktierung des Materials bei höheren Energiedichten (< 50 mJ/cm2) im Vergleich zu aus dem Direktschmelzprozess hergestelltem Material.Irradiation experiments at application wavelengths of 193 nm show no significant rarefaction at low energy densities (<10 mJ / cm 2 ) and significantly lower compaction of the material at higher energy densities (<50 mJ / cm 2 ) compared to the direct melting process manufactured material.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Wirbelbettreaktors. 1 shows a schematic representation of the fluidized bed reactor.

Messmethodenmeasurement methods

1. Messung der Hydroxylgruppen-Konzentration1. Measurement of hydroxyl group concentration

Die Messung wurde gemäß D. M. Dodd und D. B. Fraser, Optical Determination of OH in Fused Silica, Journal of Applied Physics (Optische Bestimmung von OH in Quarzglas, Journal der Angewandten Physik), Band 37 (1966), S. 3911 , durchgeführt.The measurement was made according to DM Dodd and DB Fraser, Optical Determination of OH in Fused Silica, Journal of Applied Physics (Optical Determination of OH in Quartz Glass, Journal of Applied Physics), Vol. 37 (1966), p. 3911 , carried out.

2. Messung der Schwankungsbreite der OH-Gruppen-Konzentration2. Measurement of the fluctuation range the OH group concentration

Bei einem zylinderförmigen optischen Material aus Quarzglas mit einem Durchmesser von 250 mm und einer Dicke von 50 mm wurde die Hydroxylgruppen-Konzentration an 25 Punkten in Abständen von 10 mm entlang des Durchmessers in Richtung der Rotationsachse gesehen, gemessen. Die Schwankungsbreite der Hydroxylgruppen-Konzentration pro cm (δOH/cm) wurde aufgrund der Werte der OH-Gruppen-Konzentration zweier benachbarter Punkte erhalten; die Schwankungsbreite der Hydroxylgruppen des gesamten optischen Materials (δOH) wurde durch den für die 25 Punkte erhaltenen Maximal- und Minimalwert der OH-Gruppen-Konzentration erhalten; und die durchschnittliche OH-Gruppen-Konzentration wurde durch das für die 25 Punkte erhaltene arithmetische Mittel der OH-Gruppen-Konzentration erhalten.at a cylindrical optical material of quartz glass with a diameter of 250 mm and a thickness of 50 mm the hydroxyl group concentration at 25 points at intervals of 10 mm along the diameter in the direction of the axis of rotation seen, measured. The fluctuation range of the hydroxyl group concentration per cm (δOH / cm) was due to the values of the OH group concentration received two adjacent points; the fluctuation range of the hydroxyl groups of the total optical material (δOH) was replaced by the for the 25 points obtained maximum and minimum value of Obtained OH group concentration; and the average OH group concentration was obtained by the arithmetic obtained for the 25 points Obtained means of OH group concentration.

3. Messung der Wasserstoffmolekül-Konzentration3. Measurement of hydrogen molecule concentration

Die Messung wurde gemäß V. S. Khotimchenko, et al. Determining the content of hydrogen dissolved in quartz glass using the methods of Raman scattering and mass spectrometry, Journal of Applied Spectroscopy ( Bestimmung des im Quarzglas gelösten Wasserstoffgehalts anhand des Raman-Streuung-Verfahrens und der Massenspektrometrie, Journal der angewandten Spektroskopie), Band 46, Nr. 6 (1987), S. 632–635 , durchgeführt.The measurement was carried out according to VS Khotimchenko, et al. Determining the content of hydrogenated quartz glass using the methods of Raman scattering and mass spectrometry, Journal of Applied Spectroscopy ( Determination of Hydrogen Content Dissolved in Quartz Glass Using the Raman Scattering Method and Mass Spectrometry, Journal of Applied Spectroscopy), Vol. 46, No. 6 (1987), pp. 632-635 , carried out.

4. Messung der Schwankung der Wasserstoffmolekül-Konzentration4. Measurement of the fluctuation of the hydrogen molecule concentration

Bei einem zylinderförmigen, optischen Material aus Quarzglas mit einem Durchmesser von 250 mm und einer Dicke von 50 mm wurde die Wasserstoff-Konzentration an 25 Punkten in Abständen von 10 mm entlang des Durchmessers, in Richtung der Rotationsachse gesehen, gemessen. Die Schwankungsbreite in der Wasserstoff-Konzentration pro cm (δH2/cm) wurde aufgrund der Werte der H2-Konzentration zweier benachbarter Punkte erhalten. Die Schwankungsbreite von Wasserstoff des gesamten optischen Materials (δH2) wurde durch den für die 25 Punkte erhaltenen Maximal- und Minimalwert der Wasserstoff-Konzentration erhalten; und die durchschnittliche Wasserstoff-Konzentration wurde durch das für die 25 Punkte erhaltene arithmetische Mittel der Wasserstoff-Konzentration erhalten.For a cylinder-shaped quartz glass optical material having a diameter of 250 mm and a thickness of 50 mm, the hydrogen concentration was measured at 25 points at intervals of 10 mm along the diameter, as viewed in the direction of the axis of rotation. The fluctuation width in the hydrogen concentration per cm (δH 2 / cm) was obtained from the values of the H 2 concentration of two adjacent dots. The fluctuation width of hydrogen of the total optical material (δH 2 ) was obtained by the maximum and minimum values of the hydrogen concentration obtained for the 25 points; and the average hydrogen concentration was obtained by the hydrogen concentration arithmetic mean obtained for the 25 points.

5. Messung der Lichtdurchlässigkeit für eine Strahlung von 193 nm vor und nach Bestrahlung mit ArF-Excimer-Laser5. Measurement of light transmission for a radiation of 193 nm before and after irradiation with ArF excimer laser

Es wurde die Lichtdurchlässigkeit für eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm erhalten, in dem ein Muster mit den Abmessungen 30·20 mm, einer Dicke von 10 mm und beidseitig endbehandelten Flächen mit einem Laserlicht mit einer Wellenlänge von 193, einer Halbwertsbreite von 3 nm, einer halben Pulsdauer von 17 Nanosekunden und einer Energiedichte von 50 mJ/cm2/Impuls bestrahlt wurde, wobei die Strahlungsimpulse von 1·106 Impulsen mit einer Frequenz von 100 Hz wiederholt wurden.The light transmittance was obtained for a radiation having a wavelength of 193 nm, in which a pattern having dimensions of 30 × 20 mm, a thickness of 10 mm and double-sided surfaces with a laser light having a wavelength of 193, a half-width of 3 nm , a half pulse duration of 17 nanoseconds and an energy density of 50 mJ / cm 2 / pulse was irradiated, the radiation pulses of 1 × 10 6 pulses having a frequency of 100 Hz were repeated.

6. Messung der Lichtdurchlässigkeit für eine Strahlung von 172 nm vor und nach Bestrahlung mit Xe2-Excimer-Lampe6. Measurement of the light transmittance for a radiation of 172 nm before and after irradiation with Xe 2 -Excimer lamp

Es wurde die Lichtdurchlässigkeit für eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm erhalten, indem ein Muster mit den Abmessungen 30·20 mm, einer Dicke von 10 mm und beidseitig endbehandelten Flächen mit einem Licht mit einer Wellenlänge von 172 nm, einer Halbwärtsbreite von 14 nm und einer Energiedichte von 50 mW/cm2 über einen Zeitraum von 14 Tagen bestrahlt wurde.The light transmittance for a radiation having a wavelength of 172 nm was obtained by forming a pattern having the dimensions of 30 x 20 mm, a thickness of 10 mm and double-sided surfaces with a light having a wavelength of 172 nm, a half-width of 14 nm and an energy density of 50 mW / cm 2 was irradiated for a period of 14 days.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - D. M. Dodd und D. B. Fraser, Optical Determination of OH in Fused Silica, Journal of Applied Physics (Optische Bestimmung von OH in Quarzglas, Journal der Angewandten Physik), Band 37 (1966), S. 3911 [0052] - DM Dodd and DB Fraser, Optical Determination of OH in Fused Silica, Journal of Applied Physics (Optical Determination of OH in Quartz Glass, Journal of Applied Physics), Vol. 37 (1966), p. 3911 [0052]
  • - Bestimmung des im Quarzglas gelösten Wasserstoffgehalts anhand des Raman-Streuung-Verfahrens und der Massenspektrometrie, Journal der angewandten Spektroskopie), Band 46, Nr. 6 (1987), S. 632–635 [0054] Determination of Hydrogen Content Dissolved in Quartz Glass Using the Raman Scattering Method and Mass Spectrometry, Journal of Applied Spectroscopy), Vol. 46, No. 6 (1987), pp. 632-635 [0054]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung von Quarzglas umfassend die Schritte a) Tempern von SiO2-Partikeln in einem Reaktor, b) Zuführen der SiO2-Partikel aus Schritt a) in einen Brenner und Umsetzung mit einem Trägergasstrom umfassend wenigstens eine Siliciumverbindung und wenigstens ein Verbrennungsgas, und c) Abscheiden der SiO2-Partikel aus Schritt b) als Quarzglasblock auf einem Target.A process for producing quartz glass comprising the steps of a) annealing SiO 2 particles in a reactor, b) feeding the SiO 2 particles from step a) into a burner and reacting with a carrier gas stream comprising at least one silicon compound and at least one combustion gas, and c) depositing the SiO 2 particles from step b) as a quartz glass block on a target. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2-Partikel in Schritt a) eine Größe im Bereich zwischen 20 nm und 10 μm aufweisen.A method according to claim 1, characterized in that the SiO 2 particles in step a) have a size in the range between 20 nm and 10 microns. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Reaktor im Bereich zwischen 1100°C bis 1400°C liegt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the temperature in the reactor is in the range between 1100 ° C up to 1400 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein Wirbelbettreaktor ist.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the reactor is a fluidized bed reactor is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im Reaktor wenigstens ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Wasserstoff, Ozon, Wasser und deren Mischungen ist.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the gas in the reactor at least a gas selected from the group consisting of air, hydrogen, Ozone, water and their mixtures. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2-Partikel in Schritt b) einen d90-Wert ≤ 1 μm aufweisen.Method according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the SiO 2 particles in step b) have a d90 value ≤ 1 μm. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumverbindung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus SiCl4, HSiCl3, (CH3)2SiCl2, CH3SiCl3, CH3Si(OCH3)3, HSi(OCH3)3 und Si(OCH3)4 Method according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the silicon compound is selected from the group consisting of SiCl 4 , HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , CH 3 SiCl 3 , CH 3 Si (OCH 3 ) 3 , HSi (OCH 3 ) 3 and Si (OCH 3 ) 4 Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumverbindung SiCl4 ist.A method according to claim 7, characterized in that the silicon compound is SiCl 4 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsgas Sauerstoff ist.Method according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the combustion gas is oxygen is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Siliciumverbindung zum Verbrennungsgas im Trägergasstrom derart gewählt ist, dass der Anteil der aus der Siliziumverbindung in der Flamme gebildeten Tröpfchen 50 Ma% nicht überschreitet, bevorzugt im Bereich zwischen 20–30 Ma% liegt.Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the ratio of Silicon compound to the combustion gas in the carrier gas stream is chosen such that the proportion of the silicon compound the droplet formed in the flame does not exceed 50% by mass, preferably in the range between 20-30 Ma%. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Trägergasstroms im Bereich zwischen 80°C und 90°C, bevorzugt im Bereich zwischen 80°C und 85°C, liegt.Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 10, characterized in that the temperature the carrier gas flow in the range between 80 ° C and 90 ° C, preferably in the range between 80 ° C and 85 ° C, lies. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglasblock in Schritt c) in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 80 bis 200 mm und einer Länge von bis zu 1400 mm vorliegt.Method according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the quartz glass block in step c) in the form of a cylinder with a diameter in a range between 80 to 200 mm and a length of up to 1400 mm is present. Quarzglas erhältlich nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12.Quartz glass available after at least one of the preceding claims 1 to 12. Quarzglas, das einen Hydroxylgruppen-Gehalt < 700, bevorzugt < 400, besonders bevorzugt < 300 ppm aufweist.Quartz glass having a hydroxyl group content <700, preferably <400, especially preferably <300 ppm having. Verwendung von Quarzglas erhältlich nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 bzw. nach Anspruch 14 in der Halbleiterfertigung, oder in Form von Linsen, Prismen oder anderen optischen Komponenten für ein Lithographiegerät.Use of quartz glass available after one or more of claims 1 to 12 or claim 14 in semiconductor manufacturing, or in the form of lenses, prisms or other optical components for a lithographic device.
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