DE69219445T2

DE69219445T2 - Synthetisches optisches element aus quarzglas für excimer-laser und seine herstellung

Info

Publication number: DE69219445T2
Application number: DE69219445T
Authority: DE
Inventors: Akira Fujinoki; Kyoichi Inaki; Toshiyuki Kato; Toshikatsu Matsuya; Hiroyuki Nishimura; Atsushi Shimada
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1991-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2012-06-30
Also published as: KR0165695B1; WO1993000307A1; EP0546196A1; EP0546196A4; DE69219445D1; KR930702238A; EP0546196B1; US5364433A; US5523266A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas, welches gegen Bestrahlung mit ultravioletten Laserstrahlen mit Oszillationswellenlängen von nicht mehr als 300 nm sehr stabil ist, sowie ein Verfahren zum Produzieren desselben, und insbesondere ein optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas, welches gegen Bestrahlung mit KrF-Excimerlaserstrahlen und ArF-Excimerlaserstrahlen sehr stabil ist, sowie ein Verfahren zum Produzieren desselben.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Produzieren eines Quarzglasbauteils, das in geeigneter Weise als optisches Bauteil wie beispielsweise ein Fenster, ein Spiegel, eine Linse und ein Prisma verwendet wird, die ein optisches System einer Lithographieeinrichtung bilden, welche insbesondere mit einem Excimerlaser alse Lichtquelle versehen und zum Produzieren von Halbleiterchips verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zusammen mit einem jüngsten Anstieg im Grad der Integration von LSI's ist eine Technik erforderlich geworden, die die Darstellung genauer Abbilder beispielsweise mit sehr kleinen Linien mit einer Breite in der Größenordnung von Submikrons in einer Photolithographie-Technik oder einer Lithographie- Technik zum Darstellen eines integrierten Schaltungsmusters auf einem Wafer gestattet. In der Photolithographie-Technik ist folglich ein Versuch unternommen worden, sich Lichtstrahlen mit kurzen Wellenlängen als Lichtquellen für Belichtungssysteme zu eigen zu machen, um genaue Abbilder durch Linien mit einer derartigen recht kleinen Breite zu bilden. Es ist beispielsweise eine Stepper- oder Stufenlinse für Lithographie erforderlich, die eine exzellente Transparenz für ultraviolette Strahlen, eine gleichförmige Brechungsindexverteilung für ultraviolette Strahlen, insbesondere ultraviolette Laserstrahlen, und eine hohe Beständigkeit gegen Bestrahlung mit ultravioletten Laserstrahlen aufweist, um auf einem Wafer genaue und klare, störungsfreie Abbilder von integrierten Schaltungsmustern durch feine Linien ohne helle und dunkle Unregelmäßigkeiten darzustellen.
Jedoch weisen aus einem gegenwärtig verwendeten, herkömmlichen optischen Glas hergestellte Linsen eine sehr niedrige Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen auf. Wenn beispielsweise ultraviolette Strahlen verwendet werden, die Wellenlängen aufweisen, welche in den Wellenlängenbereich fallen, der kürzer als 365 nm (i-Strahl) ist, wird die Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen während des Betreibens des optischen Systems abrupt reduziert, und es ist somit praktisch unmöglich, derartige Linsen als Stufenlinse zu verwenden. Insbesondere dann, wenn ultraviolette Strahlen verwendet werden, die Wellenlängen aufweisen, welche in den Wellenlängenbereich fallen, der kürzer als 365 nm (i-Strahl) ist, erzeugt die Linse Wärme durch Absorption der abgestrahlten ultravioletten Strahlen. Dies führt zu Änderungen der optischen Charakteristiken der optischen Linse und wird dann zu einer Ursache für eine Abweichung von deren Brennweite. Aus diesem Grund ist Quarzglas als Material zum Produzieren von Teilen verwendet worden, durch welche ultraviolette Strahlen transmittiert werden.
Das Quarzglas, das aus einem natürlich vorkommenden Felskristall hergestellt wird, der eine geringe Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen von nicht mehr als 250 nm aufweist, absorbiert Licht in der ultravioletten Region während der Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen, und dadurch wird die Ultraviolett-Transmissionsrate weiter reduziert. Es ist somit praktisch unmöglich gewesen, derartiges Quarzglas als Material zum Produzieren einer Stufenlinse zu verwenden. Man geht davon aus, daß das aus einem natürlich vorkommenden Felskristall hergestellte Quarzglas Lichtstrahlen in der ultravioletten Region aufgrund von Verunreinigungen absorbiert, die im Quarzglas vorhanden sind, und aus diesem Grund ist synthetisches Quarzglas mit einem niedrigen Verunreinigungsgehalt, d.h. synthetisches Silikaglas, dazu verwendet worden, optische Bauteile für die Verwendung in der ultravioletten Region zu produzieren.
Um jegliche Kontamination mit metallischen Verunreinigungen zu verhindern, deren Vorhandensein im allgemeinen zu einer Ursache für die Ultraviolett-Absorption wird, ist das synthetische Quarzglas hergestellt worden, indem in eine Knallgasflamme Dampf einer flüchtigen, in hohem Maße reinen Siliziumverbindung direkt eingeführt wurde, die chemisch synthetisiert und gereinigt wird, und zwar durch Destillation, zum Beispiel ein Silizium-Halid wie beispielsweise Siliziumtetrachlond (SiCl&sub4;), ein Alkoxysilan wie beispielsweise Etoxysilan (Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;), Methoxysilan (Si(OCH&sub3;)&sub4;) oder dergleichen, oder ein Alkylalkoxysilan wie beispielsweise Methyltrimethoxysilan (SiCH&sub3;(OCH&sub3;)&sub3;), Ethyltriethoxysilan (SiC&sub2;H&sub5;(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;) oder dergleichen, um eine Flammenhydrolyse durch die Wirkung der Knallgasflamme zu verursachen, wobei feine Glasteilchen, die durch die Zersetzung der Verbindung gebildet werden, auf einem wärmeresistenten stabartigen Kernmaterial abgelagert und geschmolzen werden, um ein transparentes Glasmaterial hervorzubringen. Alternativ ist es auch möglich, ein transparentes Glasmaterial dadurch zu bilden, daß die vorstehend erwähnten feinen Glasteilchen auf einem wärmeresistenten stabartigen Kemmaterial abgelagert werden, um ein poröses Glasmaterial hervorzubringen, und dann das poröse Glasmaterial in einem Elektroofen zu erwärmen und zu schmelzen.
Das auf diese Weise produzierte transparente synthetische Quarzglas ist ziemlich rein, nahezu frei von metallischen Verunreinigungen, und kann Licht in einer Region kurzer Wellenlängen in der Größenordnung von etwa 190 nm effektiv transmittieren. Daher ist das synthetische Quarzglas als Material zum Transmittieren von Licht von Ultraviolett-Lasern verwendet worden, insbesondere Excimerlasern wie beispielsweise KrF-Lasern (248 nm), XeCl-Lasern (308 nm), XeBr-Lasern (282 nm), XeF-Lasern (351, 353 nm) und ArF-Lasern (193 nm), und 4-fach höhere Harmonische (250 nm) von YAG-Lasern zusätzlich zu der vorstehend erwähnten i-Linie.
Es ist beispielsweise ein Versuch unternommen worden, in hohem Maße reines Quarzglas zu synthetisieren, das einen Gehalt an elementaren metallischen Verunreinigungen von nicht mehr als 0,1 ppm aufweist und OH-Gruppen in einer vorbestimmten Konzentration umfaßt, indem die Reinheit von Silizium- Tetrachlond als Ausgangsmaterial verbessert wird und die Bedingungen für die Flammenhydrolyse durch eine Knallgasflamme gesteuert werden, und auf diese Weise Quarzglasteile für den optischen Gebrauch mit verbesserter Beständigkeit gegen Licht von ultravioletten Lasern zu produzieren (JP-A-1-167258).
Obwohl die Quarzglasteile für den optischen Gebrauch, die gemäß diesen Verfahren hergestellt werden, eine exzellente Beständigkeit gegen Licht von ultravioletten Lasern zeigen, erfordert deren Produktion einen Anstieg der Produktionsprozesse. Daher leiden sie unter verschiedenen Problemen, und zwar sowohl unter dem Gesichtspunkt der Produktionstechniken und der Produktionszeit als auch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus.
Im übrigen beginnt auch das synthetische Quarzglas damit, ultraviolette Strahlen in einer bestimmten Region auf die Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen zu absorbieren. Dieses "neue" Absorptionsband innerhalb der ultravioletten Region, welches durch das synthetische Quarzglas absorbiert wird, ist offensichtlich zurückzuführen auf das Vorhandensein von Strukturen, die aus anderen Komponenten des Quarzglases als SiO&sub2; gebildet werden, beispielsweise SiOH oder SiCl, oder auf intrinsische Defekte aufgrund von Sauerstoffüberschuß- oder -mangelstrukturen wie beispielsweise Si-Si und Si-O-O-Si, die möglicherweise paramagnetische Defekte durch optische Reaktionen erzeugen. Es sind durch ESR-Spektrometrie oder dergleichen verschiedene paramagnetische Defekte im synthetischen Quarzglas nachgewiesen und identifiziert worden, die zu einer Ursache für Lichtabsorption werden, beispielsweise E'-Zentrum (Si ) und NBOHC (Si-O ).
Wie vorstehend erläutert wurde, weisen die paramagnetischen Defekte im allgemeinen optische Absorptionsbanden auf. Beispielsweise sind Absorptionen bei E'-Zentrum, 215 nm, und bei 260 nm (die bis jetzt noch nicht korrekt identifiziert worden sind) als Beispiele derartiger Absorptionsbanden aufgrund der paramagnetischen Defekte in Quarzglas, die in die ultraviolette Region fallen, bekannt, welche nach Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen beobachtet werden. Diese Absorptionsbanden sind relativ breit und stark, und daher wird daraus ein ernstzunehmendes Problem, wenn es als Material für transmittierende Laser wie beispielsweise ArF-Laser (193 nm) und KrF-Laser (248 mm) verwendet wird.
Aus den vorstehenden Gründen muß das für Excimerlaser verwendete synthetische Quarzglas eine hohe Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlen aufweisen, so daß es nicht irgendein neues Absorptionsband verursacht, und zwar selbst dann, wenn es mit starken ultravioletten Strahlen wie beispielsweise Lichtstrahlen von ultravioletten Lasern bestrahlt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Bauteil aus optischem Quarzglas für die Verwendung in einem optischen System zu schaffen, das mit einem ultravioletten Laser, nämlich einem Excimerlaser, als Lichtquelle versehen ist, um eine Lösung für das Problem der Reduzierung der Transmissionsrate eines optischen Quarzglasbauteils, wenn mit ultravioletten Strahlen bestrahlt, zu schaffen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder dieser Erfindung haben intensive Studien durchgeführt, um das vorstehende Problem zu lösen, haben herausgefunden, daß Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) und Chloratome als Verunreinigungen dienen, die mit intrinsischen Defekten verbunden sind, welche im synthetischen Quarzglas vorhanden sind, und daß Quarzglas mit einem exzellenten Widerstand gegen Excimerlaserstrahlen erhalten werden kann, indem der OH- Gruppengehalt des synthetischen Quarzglases auf 10 bis 200 ppm reduziert wird, der Chlorgehalt auf den Bereich von 20 bis 100 ppm reduziert und das Quarzglas so entworfen wird, daß es eine gleichförmige Brechungsindexverteilung in der Größenordnung von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;, wenn in Form von Δn ausgedrückt, und eine Doppelbrechung von nicht mehr als 5 nm/cm aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher synthetisches Quarzglas, welches als Material zum Produzieren von optischen Bauteilen für Excimerlaser verwendet wird und die Unterdrükkung der Reduzierung der Ultraviolett-Transmissionsrate nach Bestrahlung mit Licht von Excimerlasern soweit wie möglich gestattet, als auch ein Verfahren zum Produzieren desselben geschaffen. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein optisches Bauteil aus optischem Quarzglas, das in geeigneter Weise zum Produzieren einer Stufenlinse für Excimerlaser verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Bauteil für Excimerlaser geschaffen, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt ist, wobei das optische Bauteil einen OH-Gruppengehalt im Bereich von 10 bis 200 ppm, einen Chlorgehalt im Bereich von 20 bis 100 ppm, einen Wasserstoffmolekül-Gehalt von nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³, eine Gleichförmigkeit der Brechungsindexverteilung An von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;, wobei Δn als die Differenz des Brechungsindex in einer lichtdurchlässigen Ebene des optischen Bauteils zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex definiert ist, eine Doppelbrechung von nicht mehr als 5 nm/cm und eine innere Durchlässigkeit von, wenn bei 245 nm bestimmt, nicht weniger als 99 % aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Produzieren eines optischen Bauteils für Excimerlaser geschaffen, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt wird, wobei das optische Bauteil einen OH-Gruppengehalt im Bereich von 10 bis 200 ppm, einen Chiorgehalt im Bereich von 20 bis 100 ppm, einen Wasserstoffmolekül-Gehalt von nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³, eine Gleichförmigkeit der Brechungsindexverteilung Δn von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;, wobei An als die Differenz des Brechungsindex in einer lichtdurchlässigen Ebene des optischen Bauteils zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex definiert ist, eine Doppelbrechung von nicht mehr als 5 nm/cm und eine innere Durchlässigkeit von, wenn bei 245 nm bestimmt, nicht weniger als 99 % aufweist, mit den Schritten
der Flammenhydrolyse einer flüchtigen Siliziumverbindung unter Verwendung einer Knallgasflamme, um feine Siliziumdioxidteilchen zu bilden,
des Ablagerns der feinen Siliziumdioxidteilchen auf einem wärmeresistenten Substrat, um einen porösen Siliziumdioxid- Block zu ergeben,
des Entwässerns und Entgasens durch Erwärmen des porösen Siliziumdioxid-Blocks bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400ºC und einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von nicht weniger als 1 x 10&supmin;² Torr, wobei die Entwässerungsund Entgasungsschritte entweder sequentiell oder gleichzeitig stattfinden,
des Vereinheitlichens des entwässerten und entgasten transparenten Quarzglases, um ein hochgradig gleichförmiges Quarzglas frei von Schlieren in wenigstens einer seiner Richtungen zu ergeben,
des Formens des resultierenden hochgradig gleichförmigen Quarzglases, und des Temperns des geformten Quarzglasgegenstands.
Die Erfinder dieser Erfindung haben herausgefunden, daß dann, wenn die innere Lichtdurchlässigkeit (wenn bei 245 nm bestimmt) des synthetischen Quarzglases, aus welchem das obige optische Bauteil produziert wird, nicht weniger als 99 % ist, die Stabilität des synthetischen Quarzglases gegen das Licht von Excimerlasern weiter verbessert ist. Es wird im allgemeinen angenommen, daß das Absorptionsband bei 245 nm eine Absorption aufgrund von Sauerstoffmangel ist. Die Erfinder dieser Erfindung haben herausgefunden, daß optisches Material, das frei von dieser Absorption ist, vorzugsweise für die Produktion von optischen Bauteilen für Excimerlaser verwendet wird.
Die Erfinder dieser Erfindung haben herausgefunden, daß die Beständigkeit des synthetischen Quarzglases gegen das Licht von Excimerlasern um so höher ist, je niedriger der OH- Gruppengehalt und der Chlorgehalt im synthetischen Quarzglas ist (beispielsweise nicht mehr als 5 ppm für beide Gehalte). Insbesondere hinsichtlich des Gehalts an OH-Gruppen, die in die Lichtabsorption aufgrund der intrinsischen Defekte involviert sind, ist herausgefunden worden, daß das synthetische Quarzglas mit dem OH-Gruppengehalt im Bereich von 10 bis 200 ppm eine annehmbare Beständigkeit gegen das Licht von Excimerlasern sicherstellt. Jedoch liegt der OH-Gruppengehalt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 ppm, um stabilere optische Bauteile für die Excimerlaser zu erhalten, die Lichtabsorption aufgrund von intrinsischen Defekten selbst dann nicht zeigen, wenn sie über eine lange Zeitperiode betrieben werden, und die eine gute Gleichförmigkeit des Brechungsindex und gute Doppelbrechung über eine lange Zeit sicherstellen
In der vorliegenden Erfindung ist der Wasserstoffmolekülgehalt des optischen Bauteils aus synthetischem Quarzglas auf nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ begrenzt. Die Begrenzung des Wasserstoffmolekülgehalts auf nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ stellt die Unterdrückung jeglicher Reduzierung der Lichtdurchlässigkeit in der ultravioletten Region sicher, die möglicherweise beobachtet wird, wenn ein Anstieg der Pulszahlen des abgestrahlten Lichts von einem Excimerlaser 1 x Pulse mit 500 mJ überschreitet.
Es ist im allgemeinen erforderlich gewesen, daß die optischen Bauteile, die in einer Lithographievorrichtung für Halbleiter verwendet wurden, eine strenge Gleichförmigkeit aufweisen, um eine gleichförmige Belichtung sicherzustellen und jegliche Streuung des Widerstands gegen das Licht von Excimerlasern zu verhindern. Jedoch haben die Erfinder herausgefunden, daß der Widerstand gegen Excimerlaserstrahlen des optischen Bauteils als gleichförmig betrachtet werden kann, wenn die Brechungsindexverteilung, die an der lichtdurchlassenden Ebene des optischen Bauteils aus synthetischem Quarzglas bestimmt wird, nicht mehr als 5 x 10&supmin;&sup6; beträgt, wenn ausgedrückt in Form der Brechungsindexdifferenz An zwischen dessen maximalem und minimalem Brechungsindex. Mit anderen Worten, wenn der Wert von An nicht mehr als 5 x 10&supmin;&sup6; beträgt, sind OH-Gruppen und Chloratome, welche die Stabilität des optischen Bauteils aus synthetischem Quarzglas gegen ultraviolette Strahlen nachteilig beeinflussen, näherungsweise gleichförmig über das gesamte Teil verteilt, und somit stellt das optische Bauteil eine gleichförmige und überall vorhandene Beständigkeit gegen das Licht von Excimerlasern sicher. Darüber hinaus ist die obige gleichförmige Brechungsindexverteilung vorteilhaft für optische Bauteile wie beispielsweise Linsen.
Gemäß der Erfindung ist die Brechungsindexverteilung Δn noch viel niedriger, nämlich nicht größer als 1 x 10&supmin;&sup6;.
Als Materialien für synthetisches Quarzglas, das bei der Produktion von optischen Bauteilen aus synthetischem Quarzglas für Excimerlaser, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können beispielsweise flüchtige Siliziumverbindungen wie beispielsweise Alkylpolyalkoxysilane oder Alkoxysilane (z.B. Methyltrimethoxysilan [Si(CH&sub3;)(OCH&sub3;)&sub3;] und Tetramethoxysilan [Si(OCH&sub3;)&sub4;]) oder andere Silanverbindungen oder flüchtige anorganische Siliziumverbindungen (z.B. Siliziumtetrachlond) verwendet werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine flüchtige Siliziumverbindung verdampft und hydrolysiert durch die direkte Flammenhydrolyse-Technik, um feine Teilchen aus Siliziumdioxid- oder Silikaglas hervorzubringen, gefolgt von der Ablagerung des Silikaglases auf einem wärmeresistenten Substrat, um einen stabartigen porösen Block aus synthetischem Silikaglas zu bilden, sogenannten "Ruß" oder "Sott".
Der poröse synthetische Silikaglas-Block kann beispielsweise gemäß der Dampfphase-Axial-Ablagerungstechnik (VAD-Verfahren) und der Außen-Dampfablagerungstechnik (Außen-CVD-Verfahren) hergestellt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Verfahren beschränkt, da es ausreicht, daß der poröse synthetische Silikaglas-Block, der in der Erfindung verwendet wird&sub1; eine poröse Materialmenge aus synthetischem Silikaglas ist.
Der poröse synthetische Silikaglas-Block umfaßt OH-Gruppen, die durch die Knallglasflammenbehandlung gebildet werden und entfernt werden müssen, um die Bildung intrinsischer Defekte aufgrund des Vorhandenseins dieser OH-Gruppen zu verhindern.
Im Hinblick auf Glas für die Produktion von optischen Fasern wird die Reduzierung der OH-Gruppen im Glas auf ein möglichst niedriges Niveau herkömmlicherweise durch Wärmebehandlung des Glases in einer Chlorgasatmosphäre (Chlorgas, Cl&sub2;, dient als ein dehydrierendes Agens) während des Schritts zur Synthese von porösem Silikaglas oder des Schritts zur Verglasung zu transparentem Glas durchgeführt. Dieses Verfahren gestattet die Reduzierung des OH-Gruppengehalts im Glas, jedoch verbleibt Chlorgas im resultierenden Glas, und dies wird folglich zu einer Ursache für die Bildung intrinsischer Defekte im Glas. Alternativ kann das Glas in einem Inertgas wärmebehandelt werden, jedoch wird das Inertgas im Glas gelöst, sofern die Behandlung bei gewöhnlichem Druck ausgeführt wird. Dies wird ebenso zu einer Ursache für intrinsische Defekte.
Andererseits umfaßt der poröse Silikaglas-Block zusätzlich zu OH-Gruppen eine wesentliche Menge an Wasserstoffmolekülen, die von der Knallgasflammenbehandlung stammen, welche für die Produktion des Silika-Blocks verwendet wird, und zwar in Form einer festen Lösung. In bezug auf die sogenannten restlichen Wasserstoffmoleküle, die in diesem Silikaglas-Block in Form einer festen Lösung verbleiben, ist herausgefunden worden, daß das Vorhandensein der restlichen Wasserstoffmoleküle im Silikaglas-Block, der durch das direkte synthetische Verfahren hergestellt wird, in Form einer festen Lösung dazu dient, jegliche Absorption von Licht, das in die ultraviolette Region fällt, zu unterdrücken, wenn die Konzentration der gelösten Wasserstoffmoleküle nicht weniger als 5 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ beträgt (US-A-5 086 352).
Andererseits, wenn die restlichen Wasserstoffmoleküle im Silikaglas-Block in Form einer festen Lösung mit einer Konzentration von nicht mehr als 5 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ verbleiben, wird kein hemmender Effekt bezüglich des Auftretens von Absorptionsbanden innerhalb der ultravioletten Region beobachtet. Vielmehr ist herausgefunden worden, daß das Auftreten von Absorptionsbanden innerhalb der ultravioletten Region sogar zunehmen kann.
Nichtsdestoweniger haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß das Auftreten von Absorptionsbanden innerhalb der ultravioletten Region unterdrückt werden kann, wenn die restlichen Wasserstoffmoleküle im Silikaglas-Block in Form einer festen Lösung mit einer Konzentration von nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ verbleiben.
Somit wird gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung das obige synthetische Silikaglas durch Erwärmen in einer Atmosphäre verglast, die auf einem Vakuumgrad von nicht weniger als 1 x 10&supmin;² Torr gehalten wird, d.h. bei einem Druck von nicht mehr als 1 x 10&supmin;² Torr, und bei einer Temperatur im Bereich von nicht weniger als 1400ºC. Der Vakuumgrad und die Temperatur für die Verglasung des synthetischen Silikaglases zu transparentem Glas werden so gewählt, daß die OH-Gruppen und metallischen Verunreinigungen, die im synthetischen Sihkaglas vorhanden sind, durch Verflüchtigung entfernt werden, und insbesondere wird die Erwärmungstemperatur vorzugsweise so gewählt, daß sie nicht weniger als 1400ºC beträgt, jedoch so niedrig wie möglich ist, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des zu behandelnden porösen Blocks und der Zeit für die Verglasung in den transparenten Zustand.
Die Verglasung des obigen porösen Blocks aus synthetischem Silikaglas wird durch eine Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen (SiOH) verursacht, die durch das folgende Reaktionsschema repräsentiert wird:
2SiOH T SiOSi + H&sub2;O
Die Wassermoleküle, die durch die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen gebildet werden, diffundieren von innen nach außen durch Lücken zwischen feinen Silikaglaspartikeln und werden schließlich aus dem System herausgetragen. Daher muß die Verglasung des synthetischen Glasblocks zu transparentem Glas während der Diffusion der resultierenden Wassermoleküle durch die Lücken zwischen den feinen Glaspartikeln durchgeführt werden, um OH-Gruppen zu entfernen.
Wenn die Verglasungstemperatur 1700ºC während der Reaktion überschreitet, geht daher die Sinterreaktion der feinen Sihkapartikel auf der Quarzglasoberfläche schnell voran, und zwar bevor die Dehydrierungskondensationsreaktion im wesentlichen abgeschlossen ist. Dies hat die vorzeitige Verglasung des porösen Silikaglas-Blocks zu transparentem Glas zur Folge, und die OH-Gruppen ihrerseits werden nicht entfernt, sondem verbleiben im synthetischen Quarzglas.
Andererseits geht die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen weiter bei einer Temperatur von weniger als der Sintertemperatur, beispielsweise etwa 800ºC. Aus diesem Grund, wenn OH-Gruppen vom synthetischen Quarzglas entfernt werden, ist die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen vor dem Abschluß des Sinterns der feinen Partikel aus Silikaglas abgeschlossen, so daß die OH-Gruppen durch Diffusion entfernt werden.
Somit wird die Beseitigung von OH-Gruppen vom Quarzglas vorzugsweise durch zweistufige Verglasung des porösen Silikaglas-Blocks zu transparentem Glas durchgeführt, welche die Schritte umfaßt, daß der Block auf einer Temperatur im Bereich von beispielsweise 800 bis 1200ºC über einen vorbestimmten Zeitraum gehalten wird, um die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen zu fördern, und dann die feinen Partikel aus Silikaglas gesintert werden, um einen transparenten Glasblock hervorzubringen.
Alternativ wird die Verglasung des synthetischen Silikaglases zu transparentem Glas durch das Zonenschmelzverfahren durchgeführt, wobei die Verglasung unter Bedingungen durchgeführt werden muß derart, daß die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen so sachte wie möglich gefördert wird. Genauer gesagt, die Verglasung muß ausgeführt werden, während der Block innerhalb einer Heizzone so langsam wie möglich bewegt wird, oder die Verglasung muß bei einer Temperatur durchgeführt werden, die so niedrig wie möglich ist.
Im allgemeinen wird es vorgezogen, die Bewegungsgeschwindigkeit des Blocks innerhalb der Heizzone zu verringern, wenn dessen Größe zunimmt.
Es ist herausgefunden worden, daß die Verglasungsbehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt werden sollte, die auf einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von nicht weniger als 10&supmin;² Torr gehalten wird, um durch Diffusion das Wasser (H&sub2;O), das durch die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen während der Verglasung erzeugt wird, so schnell wie möglich nach außen abzugeben. Es ist hierbei wichtig, daß die Dehydrierungskondensationsreaktion von Silanolgruppen und die Verglasung des porösen Silikaglas-Blocks zu transparentem Glas bei einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von nicht weniger als 10&supmin;² Torr, d.h. bei einem Druck von nicht mehr als 10&supmin;² Torr, durchgeführt werden sollte. In dieser Hinsicht, wenn der zu behandelnde poröse Block aus Silikaglas groß ist, wird die Menge an erzeugtem H&sub2;O entsprechend in einem beträchtlichen Umfang erhöht. Daher ist es effektiv, vielmehr eine Vakuumerzeugungseinrichtung mit einer hohen Evakuierungsgeschwindigkeit als eine mit einem hohen Endvakuum zu verwenden.
Das auf diese Weise produzierte synthetische Quarzglas weist einen niedrigen OH-Gruppengehalt auf, und insbesondere weist das Quarzglas einen OH-Gruppengehalt von nicht mehr als 50 ppm auf, vorzugsweise nicht mehr als 30 ppm, und des weiteren umfaßt das Glas eine ziemlich kleine Menge an metallischen Verunreinigungen. Somit ist das Quarzglas ein transparentes, in hohem Maße reines Quarzglas.
Das durch das CVD-Verfahren produzierte Quarzglas umfaßt ein wärmeresistentes Substrat und eine Schicht aus feinen Silikaglas-Partikeln, die darauf abgelagert sind, und die Ablagerung der feinen Silikapartikel weist eine Dichtestreuung aufgrund von Temperaturänderungen während ihrer Herstellung auf. Die Dichtestreuung wird zu einer Ursache für die Bildung von Schlieren nach der Verglasung. Daher weist das durch das CVD- Verfahren produzierte transparente Quarzglas im allgemeinen eine Schliere auf.
Jedoch muß diese Schliere entfernt werden, wenn das durch das CVD-Verfahren produzierte transparente Quarzglas für die Produktion von optischen Bauteilen, wie beispielsweise einer Stufenlinse, verwendet wird. In der vorliegenden Erfindung sollte das obige, in hohem Maße reine transparente Quarzglas gemäß dem Verfahren behandelt werden, das beispielsweise in der US-A-2 904 713, US-A-3 128 166, US-A-3 128 169 und US-A- 3 485 613 offenbart ist, um die Schlieren zu entfernen.
Es ist beispielsweise ein Verfahren zum Entfernen derartiger Schlieren bekannt gewesen, welches die Schritte umfaßt, daß ein stabartiger transparenter synthetischer Quarzglas-Block mit einer Schliere in eine Drehmaschine eingespannt wird, der Quarzglas-Block mit einem Brenner oder in einer elektrischen Heizeinrichtung lokal auf eine Temperatur von zumindest dessen Erweichungspunkt erwärmt wird, und die Drehmaschine in Rotation versetzt wird, um den stabartigen transparenten synthetischen Quarzglas-Block zu drehen, bis die Schliere verschwindet.
Gemäß diesem Verfahren wird die Beseitigung der Schlieren durchgeführt, indem der stabartige synthetische Quarzglas- Block entlang des Heizmittels bewegt wird, und schließlich ist der gesamte stabartige synthetische Quarzglas-Block homogenisiert. Die Temperatur während der Beseitigung der Schlieren darf nicht kleiner sein als der Erweichungspunkt des Quarzglases, beispielsweise nicht weniger als 1600ºC betragen. Die Bewegungsgeschwindigkeit des synthetischen Quarzglas-Blocks entlang des Heizmittels oder dergleichen wird natürlich geeignet ausgewählt, und zwar in Abhängigkeit von der Form und dem Gewicht des zu behandelnden optischen Quarzglasbauteils.
Das transparente synthetische Quarzglas, von welchem die Schliere entfernt wird, wird dann zu einem endgültigen Gegenstand geformt, der eine für die Verwendung beispielsweise als Stufenlinse geeignete Gestalt und Größe aufweist. Die Formgebung wird im allgemeinen durchgeführt, indem das transparente synthetische Quarzglasmaterial, von welchem die Schliere entfemt ist, in einen Tiegel mit der richtigen Form eingeführt und in einem Heizofen auf eine Temperatur von wenigstens 1500ºC erwärmt wird. In dieser Phase verformt sich das Quarzglasmaterial unter seinem eigenen Gewicht. In diesem Fall kann ein aus Kohlenstoff bestehender Tiegel im allgemeinen verwendet werden, wie in herkömmlichen Verfahren. Außerdem kann ebenso ein Heizofen verwendet werden, der aus Kohlenstoff besteht, wie in herkömmlichen Verfahren. Aus diesem Grund wird die Formgebung in einem Vakuum oder in einer Atmosphäre eines Inertgases wie beispielsweise He oder N&sub2; durchgeführt. Die Bedingungen für die Formgebung wie Heiztemperatur und Heizzeit werden in Abhängigkeit von der Größe und der Gestalt des zu formenden gewünschten Gegenstands richtig ausgewählt.
Im allgemeinen dürfen optische Materialien eine Spannung von höchstens 5 nm/cm aufweisen. Daher wird das geformte transparente synthetische Quarzglas einer Temperung unterworfen, um die Formgebungsspannung zu eliminieren. Die Beseitigung der Formgebungsspannung wird durchgeführt, indem das geformte transparente synthetische Quarzglas auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als die untere Entspannungstemperatur des Quarzglases ist, und indem dann das geformte transparente synthetische Quarzglas allmählich abgekühlt wird.
Im allgemeinen liegt die untere Entspannungstemperatur des Quarzglases bei etwa 1025ºC. Das geformte transparente synthetische Quarzglas wird auf eine Temperatur im Bereich von 1100 bis 1250ºC erwärmt und dann allmählich abgekühlt, um die Formgebungsspannung nahezu vollständig zu eliminieren. Das Abkühlen (Tempern) wird vorzugsweise so langsam wie möglich durchgeführt. Diese Temperungsbehandlung dient auch dazu, die Brechungsindexverteilung innerhalb des synthetischen Quarzglases zu vergleichförmigen.
Die Brechungsindexverteilung im synthetischen Quarzglas wird hauptsächlich im allgemeinen auf der Grundlage des Gehalts von Verunreinigungen wie beispielsweise OH-Gruppen und Chlor sowie der fiktiven Temperatur bestimmt. Die Zahl von OH- Gruppen im optischen Bauteil aus dem synthetischen Quarzglas kann vernachlässigt werden, wenn deren Gehalt nicht mehr als 10 ppm beträgt, und andere Verunreinigungen ksnnen im Fall des optischen Bauteils aus dem synthetischen Quarzglas gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen vernachlässigt werden. Daher ist die Festlegung der fiktiven Temperatur während der Temperungsbehandlung sehr wichtig. Genauer gesagt, die fiktive Temperatur sollte im ganzen zu behandelnden geformten synthetischen Quarzglas, d.h. im geformten oder Formgegenstand aus dem synthetischen Quarzglas, gleichförmig sein, um eine gleichförmige Brechungsindexverteilung im Gegenstand sicherzustellen. Zu diesem Zweck wird der geformte Gegenstand aus dem synthetischen Quarzglas einmal auf eine Temperatur, die höher als die Temperungstemperatur ist, erwärmt, und im Anschluß daran wird der Gegenstand auf dieser Temperatur über eine vorbestimmte Zeitperiode gehalten, um eine gleichförmige Temperaturverteilung innerhalb des Gegenstands herzustellen, wobei dann dessen Temperatur im wesentlichen langsam reduziert wird. Dies ist erforderlich, um das Auftreten einer Temperaturdifferenz über den ganzen Formgegenstand aus dem Quarzglas zu verhindern. In diesem Fall läßt die Verwendung einer hohen Rate der Temperaturreduzierung eine Temperaturdifferenz über den ganzen geformten Gegenstand entstehen, wobei dies wiederum die Schaffung verschiedener fiktiver Temperaturen zur Folge hat, und eine gleichförmige Brechungsindexverteilung kann nicht sichergestellt werden.
Die Heiztemperatur während der obigen Temperungsbehandlung beträgt etwa 1200ºC, und die Heizzeit und die Temperaturreduzierungsrate werden geeignet gewählt, während dabei die Größe und die Gestalt des zu tempernden Formgegenstands aus dem synthetischen Quarzglas berücksichtigt wird. Im allgemeinen wird es vorgezogen, die Heiztemperatur zu erhöhen und die Temperaturreduzierungsrate zu reduzieren, wenn die Größe des geformten Gegenstands zunimmt.
Das optische Bauteil aus dem synthetischen Quarzglas kann einen OH-Gruppengehalt von 10 bis 100 ppm und einen Chlorgehalt von nicht mehr als 200 ppm aufweisen. Somit kann die Gesamtmenge von paramagnetischen Defekten, die durch die Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen erzeugt wird, reduziert werden, und das optische Bauteil kann stabile optische Eigenschaften über einen langen Zeitraum unter Bestrahlung mit Licht von Excimerlasern sicherstellen.
Darüber hinaus weist das optische Bauteil aus dem synthetischen Quarzglas für Excimerlaser eine Brechungsindexverteilung (Δn) von nicht mehr als 5 x 10&supmin;&sup6; und insbesondere von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6; auf, wenn auf dessen lichtdurchlässiger Ebene bestimmt, und daher weist das Teil Stabilität gegen das Licht von Excimerlasern auf, die über das gesamte optische Bauteil selbst unter Bestrahlung mit Licht von Excimerlasern gleichförmig ist.
Ein aus synthetischem Quarzglas bestehendes optisches Bauteil wird somit durch ein Verfahren hergestellt, welches die Schritte umfaßt, daß eine flüchtige Siliziumverbindung unter Verwendung einer Knallgasflamme einer Flammenhydrolyse unterworfen wird, um feine Silikapartikel zu bilden, daß die feinen synthetischen Silikapartikel auf einem wärmeresistenten Substrat abgelagert werden, um einen porösen Block aus dem synthetischen Silikaglas hervorzubringen, daß der poröse Block aus dem synthetischen Silikaglas bei einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von nicht weniger als 1 x 10&supmin;² Torr erwärmt wird, um somit den Block zu einem transparenten synthetischen Quarzglasmaterial zu verglasen, daß dann das transparente synthetische Quarzglas homogenisiert wird, um in hohem Maße gleichförmiges Quarzglas hervorzubringen, das frei von Schlieren in wenigstens einer Richtung, vorzugsweise drei Richtungen davon ist, daß das resultierende, in hohem Maße gleichförmige synthetische Quarzglas geformt und der geformte Quarzglasgegenstand getempert wird. Daher weist das resultierende optische Bauteil aus dem synthetische Quarzglas lediglich eine kleine Anzahl von intrinsischen Defekten auf, die zu einer Ursache für paramagnetische Defekten werden, welche durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen erzeugt werden, beispielsweise intrinsische Defekte, die aufgrund anderer Verunreinigungen wie SiOH und Chlor gebildet werden, und infolgedessen wird das Auftreten der paramagnetischen Defekte unterdrückt.
Wie vorstehend diskutiert worden ist, weist das Quarzglasmaterial für Excimerlaser, das gemäß der vorliegenden Erfindung produziert wird, eine gute Gleichförmigkeit sowie einen exzellenten Widerstand gegen Licht von Excimerlasern auf. Daher ist es insbesondere für die Verwendung insbesondere als Quarzglas für Stufenlinsen geeignet, die mit einem Excimerlaser als eine Lichtquelle versehen sind. Darüber hinaus macht es das optische Bauteil der Erfindung möglich, einen Anstieg der Absorption innerhalb der ultravioletten Region zu verhindem, der beobachtet wird, wenn es mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Graph, der eine Durchlässigkeitskurve in der ultravioletten Region zeigt, die beobachtet wird für eine Probe (mit einer Dicke von 10 mm) des synthetischen Quarzglas- Formgegenstands für optische Fenster, der in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung produziert wird,
Fig. 2 ist ein Graph, der Änderungen der Absorbanz oder Extinktion bei einer Wellenlänge von 248 nm zeigt, die für die in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung bzw. Vergleichsbeispiel 1 produzierten synthetischen Quarzglas- Formgegenstände für optische Fenster beobachtet werden,
Fig. 3 ist ein Diagramm, das Interferenzstreifen zeigt, welche die Brechungsindexverteilung widerspiegeln, die für den in Beispiel 3 produzierten synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster beobachtet wird,
Fig. 4 ist ein Graph, der Änderungen der Absorbanz oder Extinktion bei einer Wellenlänge von 248 nm zeigt, die für die zentralen und peripheren Abschnitte des in Beispiel 3 produzierten synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für optische Fenster beobachtet werden,
Fig. 5 ist ein Graph, der eine Durchlässigkeitskurve in der ultravioletten Region zeigt, die für eine Probe (mit einer Dicke von 1,0 cm) des in Vergleichsbeispiel 2 produzierten synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für optische Fenster beobachtet wird,
Fig. 6 ist ein Graph, der Änderungen der Absorbanz oder Extinktion bei einer Wellenlänge von 248 nm zeigt, die für die in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung bzw. Vergleichsbeispiel 2 produzierten synthetischen Quarzglas-Formgegenstände beobachtet werden, und
Fig. 7 ist ein Graph, der Absorptionskurven bei 193 nm als eine Funktion der Anzahl der abgestrahlten Pulse eines ArF-Lasers zeigt, die in den Beispielen 4 und 5 der vorliegenden Erfindung und in den Vergleichsbeispielen 3 und 4 beobachtet werden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erläutert, wobei jedoch die vorliegende Erfindung durch die folgende Beschreibung und die folgenden Beispiele in keiner Weise beschränkt ist.

Beispiel 1

Eine poröse synthetische Silikaablagerung (1 Kg) wurde produziert, indem Siliziumtetrachlorid in eine Knallgasflamme eingeführt wurde, um feine Silikapartikel durch Flammenhydrolyse des Siliziumtetrachlorids zu bilden, und indem die resultierenden feinen Silikapartikel auf einem sich drehenden Target abgelagert wurden. Die resultierende poröse synthetische Silikaablagerung wurde in einen atmosphärischen Ofen eingeführt, auf 800ºC erwärmt, 10 Stunden lang wärmebehandelt, wobei sie dabei auf dieser Temperatur gehalten und wobei eine 1:1:8-Gasmischung aus Chlor, Sauerstoff und Stickstoff mit einer Strömungsrate von 10 l/min eingeführt wurde, wobei im Anschluß daran das poröse synthetische Silika aus dem Ofen herausgenommen, dann in einen Vakuumofen eingeführt, die Temperatur auf 1600ºC bei einem Vakuum von 1 x 10&supmin;² Torr erhöht, auf dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten und abgekühlt wurde, um ein transparentes stabartiges synthetisches Quarzglasmaterial hervorzubringen.
Das synthetische Quarzglasmaterial wurde dann vergleichförmigt, indem beide Enden des Glasmaterials in eine Drehmaschine eingespannt wurden und es auf eine Temperatur von nicht weniger als seinem Erweichungspunkt mit einem Propangasbrenner erwärmt wurde, während dabei die Drehmaschine gedreht wurde. Das vergleichförmigte synthetische Quarzglasmaterial wurde in eine Graphitform eingebracht, bei 1700ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre erwärmt, um es zu formen, und dann in der Luft getempert. Das Tempern wurde durchgeführt, indem der geformte Gegenstand 20 Stunden lang auf 1100ºC gehalten und dann langsam auf 600ºC mit einer Temperaturreduzierungsrate von 0,5ºC/min abgekühlt wurde. Nach dem Abschneiden einer Probe für die nachfolgende Analyse von dem resultierenden synthetischen Quarzglas-Formgegenstand wurde dessen äußere Peripherie geschliffen, und dessen Rand wurde einem Spiegelpolieren unterworfen, um auf diese Weise einen synthetischen geformten Quarzgegenstand für optische Fenster mit einem äußeren Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 20 mm hervorzubringen.
Der OH-Gruppengehalt des resultierenden synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für das optische Fenster von Excimerlasern wurde durch infrarotspektrophotometrische Analyse ermittelt und zu 20 ppm bestimmt. Außerdem wurde die Konzentration der restlichen Wasserstoffmoleküle durch das Raman-Streuung- Verfahren ermittelt und zu nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ bestimmt. Darüber hinaus wurde die ultraviolette Durchlässigkeit des synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für optische Fenster durch ein Ultraviolett-Spektrophotometer bestimmt, und als Ergebnis wurde keine Absorption bei 245 nm beobachtet, und dessen innere Durchlässigkeit wurde zu nicht weniger als 99 % bestimmt. Die beobachtete Durchlässigkeitskurve für den synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster gemäß Beispiel 1 ist in Fig. 1 gezeigt. Die innere Durchlässigkeit ist als ein Wert definiert, der erhalten wird, indem ein Verlust aufgrund von Reflexion durch die Probe von der in Fig. 1 gezeigten Durchlässigkeit subtrahiert und dann die resultierende Durchlässigkeit auf diejenige für die Probe mit einer Dicke von 1 cm reduziert wird.
Darüber hinaus wurde der Chlorgehalt der Probe bestimmt, indem die Probe für die Analyse mit Fluorwasserstoffsäure zersetzt und dann das zersetzte Produkt einer Silbernitrat- Nephelometrieanalyse ausgesetzt wurde, und zu 100 ppm bestimmt.
Des weiteren wurde die Brechungsindexverteilung des synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für optische Fenster unter Verwendung eines Fizeau-Interferometers und Licht von einem HeNe-Laser gemäß dem Öl-auf-Platte-Verfahren ermittelt und zu 1 x 10&supmin;&sup6; bestimmt, wenn in An ausgedrückt, und die Doppelbrechung wurde zu 2 nm bestimmt. Der synthetische Quarzglas- Formgegenstand für optische Fenster wurde mit Lichtstrahlen von einem KrF-Excimerlaser bei einer Fluenz von 500 mJ/cm²p, 100 Hz bestrahlt, um die Änderungen der Absorption in der ultravioletten Region zu bestimmen. Die auf diese Weise erhaltenen Resultate sind in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt Anderungen der Schußzahlen der Absorbanz (-log(innere Absorption)) mit der Zeit bei einer Wellenlänge von 215 nm, welche die Wellenlänge von Licht ist, das durch E'-Zentrum absorbiert wird.
Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster weist Eigenschaften auf, die für eine Verwendung als optisches Bauteil geeignet sind, da er, im Vergleich mit derjenigen, die in Vergleichsbeispiel 1 beobachtet wird, eine kleine Änderung in der Absorbanz aufweist, die nach Bestrahlung mit Licht eines Excimerlasers beobachtet wird.
In diesem Beispiel wurde die Konzentration der restlichen Wasserstoffmoleküle, die im synthetischen Quarzglas vorhanden sind, durch das Raman-Streuung-Verfahren bestimmt (Zhumal Prikladnoi Spektroskopii, Bd. 46, Nr. 6, S. 987-991, Juni 1987). Gemäß diesem Verfahren wird die Konzentration der restlichen Wasserstoffmoleküle, die im synthetischen Quarzglas vorhanden sind, auf der Grundlage des Verhältnisses der Intensität des Raman-Bandes bei einer Wellenzahl von 800 cm&supmin;¹, die SiO&sub2; zugeschrieben wird, zu der Intensität des Bandes bei 4135 cm&supmin;¹, die den im synthetischen Quarzglas vorhandenen Wasserstoffmolekülen zugeschrieben werden, bestimmt, und die Konzentration C von Wasserstoffmolekülen kann aus der folgenden Gleichung (1) berechnet werden:
C = kI&sub4;&sub1;&sub3;&sub5;/I&sub8;&sub0;&sub0; (1)
(In Gleichung (1) ist I&sub4;&sub1;&sub3;&sub5; die Flächenintensität des Raman- Bandes bei 4135 cm&supmin;¹, 1800 ist die Flächenintensität des Raman- Bandes bei 800 cm&supmin;¹, k ist eine Konstante und gleich 1,22 x 10²¹).
Die Wasserstoffmolekülkonzentration, wie durch diese Gleichung bestimmt, wird durch die Zahl von Wasserstoffmolekülen pro Einheitsvolumen von 1 cm³ ausgedrückt.
Die in der vorliegenden Erfindung für die Bestimmung der Wasserstoffmolekülkonzentration verwendete Vorrichtung ist ein Raman-Streuung-Spektrophotometer NR-1100 vom Doppel-Monochro- Typ, erhältlich von Nippon Bunko Co., Ltd., der verwendete Detektor ist ein Photomultiplier R943-02, erhältlich von Hamamatsu Photonics Co., Ltd., und der verwendete Laser ist ein Ar-Ionenlaser (488 nm).

Beispiel 2

Eine poröse synthetische Silikaablagerung, die wie in Beispiel 1 produziert wurde, wurde 10 Stunden lang in einem auf 800ºC gehaltenen atmosphärischen Ofen wärmebehandelt, während ein 1:2:7-gemischtes Gas aus Chlor, Sauerstoff und Stickstoff mit einer Flußrate von 10 l/min zugeführt wurde, wobei im Anschluß daran das poröse synthetische Silika entnommen wurde, in einen Vakuumofen eingeführt wurde, in welchem es auf 1600ºC bei einem Vakuum von 1 x 10&supmin;² Torr eine Stunde lang erwärmt wurde, und dann abgekühlt wurde, um ein transparentes stabartiges synthetisches Quarzglasmaterial hervorzubringen Das resultierende synthetische Quarzglasmaterial wurde geformt und getempert wie in Beispiel 1, um eine Probe für die Analyse und einen synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster für Excimerlaser mit einem äußeren Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 20 mm hervorzubringen.
Der resultierende synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster von Excimerlasern besaß einen OH- Gruppengehalt von 90 ppm und einen Chlorgehalt von 20 ppm. Außerdem besaß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster eine innere Durchlässigkeit, wenn bei 245 nm bestimmt, von nicht weniger als 99 %. Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster wurde mit Licht eines KrF-Lasers bestrahlt, um die Änderungen der Absorbanz bei 248 nm unter den gleichen Bedingungen, die in Beispiel 1 verwendet wurden, zu bestimmen, und die zu den in Beispiel 1 beobachteten Resultaten identischen Resultate wurden erhalten.
Dies zeigt, daß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand eine gute Stabilität gegen die Laserstrahlen aufweist.

Beispiel 3 (Vergleich)

Ein transparentes synthetisches Quarzglas, das wie in Beispiel 1 produziert wurde, wurde wie in Beispiel 1 behandelt, außer daß die Zeit zum Vergleichförmigen auf die Hälfte reduziert wurde, um eine Probe für die Analyse und einen synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster mit einem äußeren Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 20 mm hervorzubringen. Der resultierende synthetische Quarzglas- Formgegenstand für optische Fenster von Excimerlasern besaß einen OH-Gruppengehalt von 90 ppm und einen Chlorgehalt von 20 ppm. Außerdem besaß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster auch eine innere Durchlässigkeit, wenn bei 245 nm bestimmt, von nicht weniger als 99 %, und dessen Doppelbrechung betrug 2 nm.
Die Brechungsindexverteilung des synthetischen Quarzglas- Formgegenstands für optische Fenster wurde zu 5 x 10&supmin;&sup6; bestimmt, wenn ausgedrückt in An. Die Interferenzstreifen, welche die Brechungsindexverteilung des Gegenstands widerspiegeln, sind in Fig. 3 gezeigt. Proben mit jeweils einer Größe von 10 mm x 10 mm x 40 mm wurden vom zentralen Abschnitt bzw. peripheren Abschnitt des synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für optische Fenster abgeschnitten, und jede Probe wurde mit Licht eines KrF-Lasers unter den gleichen Bedingungen bestrahlt, die in Beispiel 1 verwendet wurden, um die Änderungen der Absorbanz bei 248 nm zu bestimmen. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 4 gezeigt. Sowohl der zentrale als auch der periphere Abschnitt zeigten eine gute Stabilität und identische Absorbanzänderungen. Dies zeigt, daß der geformte Gegenstand eine Gleichförmigkeit aufweist, die für eine Verwendung als optisches Bauteil ausreicht.

Vergleichsbeispiel 1

Eine poröse synthetische Silikaablagerung, die wie in Beispiel 1 produziert wurde, wurde direkt in einen Vakuumofen eingeführt, in welchem sie eine Stunde lang auf 1600ºC bei einem Vakuum von 1 x 10&supmin;² erwärmt und dann abgekühlt wurde, um ein transparentes stabartiges synthetisches Quarzglasmaterial hervorzubringen. Das resultierende synthetische Quarzglasmaterial wurde wie in Beispiel 1 behandelt, um eine Probe für die Analyse und einen synthetischen Quarzglas- Formgegenstand für optische Fenster von Excimerlasern mit einem äußeren Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 20 mm hervorzubringen. Das resultierende optische Fenster besaß einen OH-Gruppengehalt von 200 ppm und einen Chlorgehalt von 10 ppm. Außerdem besaß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster auch eine innere Durchlässigkeit, wenn bei 245 nm bestimmt, von nicht weniger als 99 %. Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster wurde mit Licht von einem KrF-Laser unter den in Beispiel 1 verwendeten Bedingungen bestrahlt, um die Änderungen der Absorbanz bei 248 nm zu bestimmen. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 2 zusammen mit den in Beispiel 1 erhaltenen Resultaten gezeigt. Die Probe von Vergleichsbeispiel 1 zeigt einen Anstieg der Absorbanz bei 215 nm, der anders ist als bei der Probe von Beispiel 1. Dies zeigt, daß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster keine für die Verwendung als optisches Bauteil für Excimerlaser ausreichende Stabilität aufweist.

Vergleichsbeispiel 2

Eine poröse synthetische Silikaablagerung, die wie in Beispiel 1 produziert wurde, wurde 5 Stunden lang in einem auf 800ºC gehaltenen atmosphärischen Ofen wärmebehandelt, während ein 1:9-gemischtes Gas aus Chlor und Stickstoff mit einer Flußrate von 10 l/min zugeführt wurde, wobei im Anschluß daran das poröse synthetische Silika entnommen wurde, in einen Vakuumofen eingeführt wurde, in welchem es eine Stunde lang auf 1600ºC bei einem Vakuum von 1 x 10&supmin;² Torr erwärmt und dann abgekühlt wurde, um ein transparentes stabartiges synthetisches Quarzglasmaterial hervorzubringen. Das resultierende synthetische Quarzglasmaterial wurde geformt und getempert wie in Beispiel 1, um eine Probe für die Analyse und einen synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster mit einem äußeren Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 20 mm hervorzubringen.
Der resultierende synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster besaß einen OH-Gruppengehalt von 1 ppm und einen Chlorgehalt von 400 ppm. Außerdem besaß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster eine innere Durchlässigkeit, wenn bei 245 nm bestimmt, von 94,7 %. Die beobachtete Durchlässigkeitskurve in der ultravioletten Region für den synthetischen Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster ist in Fig. 5 gezeigt, die das Auftreten einer Absorptionsbande mit einem Absorptionszentrum bei 245 nm zeigt.
Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster wurde mit Licht von einem KrF-Laser bestrahlt, um die Änderungen der Absorbanz bei 215 nm unter den in Beispiel 1 verwendeten Bedingungen zu bestimmen, und die erhaltenen Resultate sind in Fig. 6 zusammen mit den in Beispiel 1 erhaltenen Resultaten gezeigt. Es wurde ein abrupter Anstieg der Absorbanz bei 248 nm beobachtet. Dies zeigt, daß der synthetische Quarzglas-Formgegenstand für optische Fenster keine für eine Verwendung als optisches Bauteil für Excimerlaser ausreichende Stabilität aufweist.

Beispiel 4

Nach dem Destillieren von Siliziumtetrachlorid, um Verunreinigungen zu entfernen, wurde ein zylindrischer poröser synthetischer Quarzglas-Block mit einem äußeren Durchmesser von 150 mm und einer Länge von 600 mm durch das CVD-Verfahren unter Verwendung des destillierten Siliziumtetrachlorids als Ausgangsmaterial produziert. Der resultierende poröse synthetische Quarzglas-Block wurde in einen mit einer Kohlenstoff- Heizeinrichtung versehenen Vakuumofen eingeführt, und der Ofen wurde auf 10&supmin;&sup5; Torr evakuiert. Dann wurde der poröse synthetische Quarzglas-Block durch Betreiben einer Heizeinrichtung erwärmt. Der Heizvorgang wurde gemäß dem folgenden Heizprogramm durchgeführt: auf 800ºC mit einer Heizrate von 10ºC/min; 800ºC bis 1400ºC mit einer Heizrate von 1ºC/min. Das Heizen wurde dann unterbrochen, als die Temperatur 1400ºC erreichte, um ein spontanes Abkühlen des Blocks zu gestatten. Somit wurde ein zylindrisches transparentes synthetisches Quarzglas-Material mit einem äußeren Durchmesser von 105 mm und einer Länge von 550 mm erhalten. Der OH-Gruppengehalt des resultierenden transparenten synthetischen Quarzglas-Materials betrug etwa 25 ppm.
Stützstäbe aus Quarzglas wurden an beiden Enden des zylindrischen transparenten synthetischen Quarzglas-Materials angebracht und an den Futtern einer Drehmaschine fixiert. Das aus dem porösen synthetischen Quarzglas-Block hergestellte transparente Glasteil wurde mit einem Propangasbrenner erwärmt, wobei im Anschluß daran das transparente Glasteil in Drehung versetzt und dabei die Drehmaschine gedreht wurde. Die Temperatur während dieser Bearbeitung betrug etwa 2000ºC. Das in Drehung versetzte transparente Glasteil war frei von Schlieren in den drei Richtungen.
Danach wurde das transparente Glasteil vom Block abgeschnitten, in einem mit einer Kohlenstoff-Heizeinrichtung versehenen Heizofen zu einem zylindrischen synthetischen Quarzglas- Formgegenstand mit einem äußeren Durchmesser von 250 mm und einer Länge von 75 mm geformt. Das Formen wurde bei etwa 1700ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand wurde dann getempert, um Spannungen zu entfernen. Das Tempern wurde durch Erhöhen der Temperatur auf 1100ºC und dann Reduzieren der Temperatur auf 600ºC mit einer Temperaturreduzierungsrate von 0,1ºC/min durchgeführt. Der Heizprozeß wurde in Luft durchgeführt. Das resultierende geformte synthetische Quarzglasmaterial besaß eine Doppelbrechung von nicht mehr als 2 nm/cm, eine im wesentlichen gleichförmige Brechungsindexverteilung und eine Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;. Darüber hinaus wurde die Konzentration der im synthetischen Quarzglasmaterial vorhandenen restlichen Wasserstoffmoleküle durch das Raman-Streuung-Verfahren ermittelt und zu nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ bestimmt.
Um zu untersuchen, ob der geformte Quarzglasgegenstand paramagnetische Defekte nach Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen bildet oder nicht, wurde ein Teil des transparenten Quarzglas-Formgegenstands abgeschnitten, und die Grenzflächenebenen wurden poliert, um einen transparenten synthetischen Quarzglas-Formgegenstand mit einer Größe von 10 mm x 10 mm x 40 mm hervorzubringen. Der synthetische Quarzglas- Formgegenstand wurde mit Licht von einem ArF-Laser bestrahlt, um Änderungen der Absorbanz bei 193 nm zu untersuchen. Die Bestrahlung mit dem ArF-Laser wurde mit einer Energiedichte von 200 mJ/cm².Puls und einer Frequenz von 100 Hz durchgeführt. Die Intensitäten der Absorption bei 193 nm wurden in
Fig. 7 gegen die Anzahl von Bestrahlungspulsen des ArF-Lasers aufgetragen. Die Intensität auf der Ordinate wird durch die Absorbanz (-log(innere Durchlässigkeit)) pro Einheitsdicke (1 cm) der Probe ausgedrückt.

Beispiel 5

Nach dem Destillieren von Siliziumtetrachlorid, um Verunreinigungen zu entfernen, wurde ein zylindrischer poröser synthetischer Quarzglas-Block mit einem äußeren Durchmesser von 70 mm und einer Länge von 600 mm durch das CVD-Verfahren unter Verwendung des destillierten Siliziumtetrachlorids als Ausgangsmaterial produziert. Der resultierende poröse synthetische Quarzglas-Block wurde in einen mit einer Kohlenstoff- Heizeinrichtung versehenen Vakuumofen eingeführt, und der Ofen wurde auf 10&supmin;&sup5; Torr evakuiert. Dann wurde der Block durch Betreiben einer Heizeinrichtung erwärmt. Der Heizvorgang wurde gemäß dem folgenden Heizprogramm durchgeführt: auf 800ºC mit einer Heizrate von 10ºC/min; 800ºC bis 1400ºC mit einer Heizrate von 1ºC/min. Das Heizen wurde dann unterbrochen, als die Temperatur 1400ºC erreichte, um ein spontanes Abkühlen des Blocks zu gestatten. Somit wurde ein zylindrisches transparentes synthetisches Quarzglas-Material mit einem äußeren Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 550 mm erhalten. Der OH-Gruppengehalt des resultierenden transparenten synthetischen Quarzglas-Materials betrug etwa 15 ppm.
Das zylindrische transparente synthetische Quarzglas-Material wurde wie in Beispiel 4 vergleichförmigt. Danach wurde das transparente Glasteil vom Block abgeschnitten, in einem mit einer Kohlenstoff-Heizeinrichtung versehenen Heizofen zu einem zylindrischen synthetischen Quarzglas-Formgegenstand mit einem äußeren Durchmesser von 120 mm und einer Länge von 80 mm geformt. Das Formen wurde bei etwa 1700ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
Der synthetische Quarzglas-Formgegenstand wurde dann getempert, um Spannung zu entfernen. Das Tempern wurde durch Erhöhen der Temperatur auf 1100ºC und dann Reduzieren der Temperatur auf 600ºC mit einer Temperaturreduzierungsrate von 0,2ºC/min durchgeführt. Der Heizprozeß wurde in Luft durchgeführt. Das resultierende synthetische Quarzglas-Formmaterial besaß eine Doppelbrechung von nicht mehr als 2 nm/cm, eine im wesentlichen gleichförmige Brechungsindexverteilung und eine Differenz (An) zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex von nicht mehr als 0,8 x 10&supmin;&sup6;.
Das synthetische Quarzglas dieses Beispiels wurde mit Licht eines ArF-Lasers bestrahlt, um Änderungen der Absorbanz bei 193 nm unter den in Beispiel 4 verwendeten Bedingungen zu untersuchen. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 7 zusammengefaßt und gezeigt.

Vergleichsbeispiel 3

Ein poröser synthetischer Quarzglas-Block, der wie in Beispiel 4 produziert wurde, wurde in einen aus Kohlenstoff bestehenden Ofen eingeführt und in transparentes Glas in einer He-Gasatmosphäre umgewandelt. Der Heizvorgang wurde durch Erhöhen der Temperatur auf 1600ºC mit einer Heizrate von 10ºC/min durchgeführt, das Heizen wurde unterbrochen, als die Temperatur 1600ºC erreichte, um spontanes Abkühlen des Blocks zu gestatten. Der OH-Gehalt des resultierenden transparenten synthetischen Quarzglas-Materials betrug etwa 300 ppm. Danach wurde das Glasmaterial vergleichförmigt, geformt und getempert, und zwar unter den gleichen Bedingungen, die in Beispiel 1 verwendet wurden. Dessen Doppelbrechung und Brechungsindexverteilung waren näherungsweise identisch zu denen, die für das in Beispiel 1 hergestellte synthetische Quarzglas beobachtet wurden. Das synthetische Quarzglas diese Beispiels wurde mit Licht eines ArF-Lasers unter den gleichen Bedingungen bestrahlt, die in Beispiel 4 verwendet wurden, um die Änderung der Durchlässigkeit bei 193 mm zu bestimmen. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 7 zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel 4

Die Bewertung eines üblicherweise verwendeten synthetischen Quarzglas-Formgegenstands für den optischen Gebrauch wurde durchgeführt, indem er mit Licht eines ArF-Lasers unter den in Beispiel 1 verwendeten Bedingungen bestrahlt wurde. Dieser üblicherweise verwendete synthetische Quarzglas-Formgegenstand war ein Gegenstand, der aus dem synthetischen Quarzglas hergestellt wurde, das durch eine direkte Flammenhydrolyse (direktes Verfahren, das eine Knallgasflamme verwendet) von Siliziumtetrachlorid synthetisiert wird. Der OH-Gehalt dieses Glases betrug etwa 900 ppm. Das Glasmaterial wurde vergleichförmigt, geformt und getempert, und zwar unter den gleichen Bedingungen, die in Beispiel 1 verwendet wurden. Dessen Doppelbrechung und Brechungsindexverteilung waren näherungsweise identisch zu denen, die für das in Beispiel 1 hergestellte synthetische Quarzglas beobachtet wurden. Außerdem wurde die Konzentration von im synthetischen Quarzglas verbleibenden Wasserstoffmolekülen durch das Raman-Streuung-Verfahren ermittelt und zu 3 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³ bestimmt. Das synthetische Quarzglas dieses Vergleichsbeispiels wurde mit Licht eines ArF-Lasers unter den gleichen Bedingungen bestrahlt, die in Beispiel 4 verwendet wurden, um die Anderung der Durchlässigkeit bei 193 nm zu bestimmen. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 7 zusammen mit den in den Beispielen 4 und 5 erhaltenen Resultaten zusammengefaßt.
Die in den Beispielen 4 und 5 und in den Vergleichsbeispielen 3 und 4 hergestellten Glasmaterialen zeigen näherungsweise die gleichen Doppelbrechungen und Brechungsindexverteilungen.
Hinsichtlich des Widerstands gegen Bestrahlung mit ArF-Laserstrahlen, wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, zeigen diejenigen der Beispiele 4 und 5 einen Anstieg der Absorbanz, jedoch ist der Anstieg der Absorbanz im Vergleich zu denen, die für die Vergleichsbeispiele 3 und 4 beobachtet werden, wesentlich unterdrückt. Insbesondere betragen die in den Beispielen 4 und 5 beobachteten Anstiege der Absorbanz etwa 1/4 von dem für Vergleichsbeispiel 4 beobachteten Anstieg. Dies zeigt, daß die optischen Bauteile der Beispiele 4 und 5 lediglich eine kleine Anzahl von paramagnetischen Defekten bilden, die durch die Bestrahlung mit ArF-Laserstrahlen erzeugt werden, und daß die Verglasung zu einem transparenten Glas in einer Vakuumatmosphäre die Produktion von Glas sicherstellen kann, das gegen die Bestrahlung mit Excimerlaserstrahlen stabil ist.
Die in diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen, außer für Vergleichsbeispiel 4, erhaltenen Glasmaterialien besaßen eine Wasserstoffmolekülkonzentration von 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³. Die Brechungsindexverteilungen An betrugen 1 x 10&supmin;&sup6; für Beispiel 2, 1 x 10&supmin;&sup6; für Vergleichsbeispiel 1 und 5 x 10&supmin;&sup6; für Vergleichsbeispiel 2. Die Chlorgehalte betrugen 10 ppm für die Beispiele 4 und 5 und Vergleichsbeispiel 3 sowie 80 ppm für Vergleichsbeispiel 4.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Das synthetische optische Quarzglasbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann, anders als bei den herkömmlichen synthetischen optischen Quarzglasbauteilen, unter Langzeitbestrahlung mit Licht von Excimerlasern verwendet werden, ohne eine Reduzierung der Lichtdurchlässigkeit zu verursachen. Somit kann das optische Bauteil der Erfindung beispielsweise in Lithographievorrichtungen für Halbleiter für einen langen Zeitraum verwendet werden, wobei dies wiederum eine Verringerung der Zahl von Wechseln des optischen Bauteils und stabile Belichtungsprozeduren gestattet, und dies stellt eine Verbesserung der Halbleiter-Lithographie-Effizienz dar.
Darüber hinaus weist das synthetische optische Quarzglasbauteil für Excimerlaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brechungsindexverteilung An von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6; auf und gestattet daher eine gleichförmige Transmission des Lichts von Ultraviolett-Lasern im ganzen optischen Bauteil unter Bestrahlung mit Licht von Excimerlasern, was durch die herkömmlichen synthetischen Quarzglas-Optikbauteile niemals erreicht wurde. Folglich erlaubt das optische Bauteil eine gleichförmige Belichtung über einen langen Zeitraum in beispielsweise Halbleiter-Lithographie-Vorrichtungen und stellt eine Verbesserung des Nutzens der Halbleiter-Lithographie sicher.
Das optische Quarzglasbauteil für Excimerlaser wird hergestellt durch Flammenhydrolyse einer in hohem Maße reinen flüchtigen Siliziumverbindung wie hochreines Siliziumtetrachlorid mit einer Knallgasflamme, Ablagern der feinen Silikapartikel, die durch die Zersetzung gebildet werden, auf einem wärmeresistenten Substrat, um einen porösen Block aus Silikaglas hervorzubringen, Erwärmen des porösen Blocks aus Silikaglas bei einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von 1 x 10&supmin;² Torr, um transparentes Quarzglas zu bilden, Vergleichförmigen des transparenten Quarzglases, um in hohem Maße gleichförmiges Quarzglas hervorzubringen, das frei von Schlieren in wenigstens einer seiner Richtungen ist, Formen des in hohem Maße gleichförmigen Quarzglases und dann Tempern des geformten Gegenstands. Daher kann im Vergleich zu den herkömmlichen Quarzglasteilen für Excimerlaser eine Kontamination mit Verunreinigungen im wesentlichen verhindert werden, und das resultierende Glas weist eine geringe Dichte von intrinsischen Defekten auf. Infolgedessen ermöglicht es die vorliegende Erfindung, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, die Bildung paramagnetischer Defekte während der Bestrahlung mit Licht von Excimerlasern zu unterdrücken, und die vorliegende Erfindung kann Quarzglas bereitstellen, welches einen exzellenten Widerstand gegen Licht von Excimerlasern aufweist.

Claims

1. Ein optisches Bauteil für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt ist, wobei das optische Bauteil einen OH-Gruppengehalt im Bereich von 10 bis 200 ppm, einen Chlorgehalt im Bereich von 20 bis 100 ppm, einen Wasserstoffmolekül-Gehalt von nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³, eine Gleichförmigkeit der Brechungsindexverteilung An von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;, wobei An als die Differenz des Brechungsindex in einer lichtdurchlässigen Ebene des optischen Bauteils zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex definiert ist, eine Doppelbrechung von nicht mehr als 5 nm/cm und eine innere Durchlässigkeit von, wenn bei 245 nm bestimmt, nicht weniger als 99 % aufweist.

2. Ein optisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei das synthetische Quarzglas durch Erwärmen unter einem Druck von nicht mehr als 1 x 10&supmin;² Torr verglast wird.

3. Ein optisches Bauteil für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt ist, wie in Anspruch 1 oder 2 dargelegt, wobei das optische Bauteil ein Fenster, ein Spiegel, eine Linse oder ein Prisma für Excimerlaser mit Oszillationswellenlängen von nicht mehr als 300 nm ist.

4. Ein Verfahren zum Produzieren eines optischen Bauteils für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt wird, wobei das optische Bauteil einen OH-Gruppengehalt im Bereich von 10 bis 200 ppm&sub1; einen Chlorgehalt im Bereich von 20 bis 100 ppm, einen Wasserstoffmolekül-Gehalt von nicht mehr als 1 x 10¹&sup6; Moleküle/cm³, eine Gleichförmigkeit der Brechungsindexverteilung An von nicht mehr als 1 x 10&supmin;&sup6;, wobei Δn als die Differenz des Brechungsindex in einer lichtdurchlässigen Ebene des optischen Bauteils zwischen dem maximalen und dem minimalen Brechungsindex definiert ist, eine Doppelbrechung von nicht mehr als 5 nm/cm und eine innere Durchlässigkeit von, wenn bei 245 nm bestimmt, nicht weniger als 99 % aufweist, mit den Schritten

der Flammenhydrolyse einer flüchtigen Siliziumverbindung unter Verwendung einer Knallgasflamme, um feine Siliziumdioxidteilchen zu bilden,

des Ablagerns der feinen Siliziumdioxidteilchen auf einem wärmeresistenten Substrat, um einen porösen Siliziumdioxid-Block zu ergeben,

des Entwässerns und Entgasens durch Erwärmen des porösen Siliziumdioxid-Blocks bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400ºC und einem hohen Vakuumgrad in der Größenordnung von nicht weniger als 1 x 10&supmin;² Torr, wobei die Entwässerungs- und Entgasungsschritte entweder sequentiell oder gleichzeitig stattfinden,

des Vereinheitlichens des entwässerten und entgasten transparenten Quarzglases, um ein hochgradig gleichförmiges Quarzglas frei von Schlieren in wenigstens einer seiner Richtungen zu ergeben,

des Formens des resultierenden hochgradig gleichförmigen Quarzglases, und

des Temperns des geformten Quarzglasgegenstandes.

5. Ein Verfahren zum Produzieren eines optischen Bauteils für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt wird, wie in Anspruch 4 dargelegt, worin die vereinheitlichende Behandlung des Quarzglases bei einer Temperatur von nicht weniger als 1600ºC ausgeführt wird.

6. Ein Verfahren zum Produzieren eines optischen Bauteils für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt wird, wie in Anspruch 4 oder 5 dargelegt, worin das Formen des hochgradig gleichförmigen Quarzglases bei einer Temperatur von nicht weniger als 1500ºC ausgeführt wird.

7. Ein Verfahren zum Produzieren eines optischen Bauteils für Excimerlaser, welches aus synthetischem Quarzglas hergestellt wird, wie in Anspruch 4, 5 oder 6 dargelegt, worin das Tempern bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1250ºC ausgeführt wird.