WO2012069382A1

WO2012069382A1 - Verfahren zur herstellung von strahlungsresistentem quarzglasmaterial und danach hergestellte quarzglaskörper

Info

Publication number: WO2012069382A1
Application number: PCT/EP2011/070471
Authority: WO
Inventors: Lars Ortmann; Johann-Christoph Von Saldern; Ulrich Strobel
Original assignee: J-Fiber Gmbh
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-05-31
Also published as: DE102010052685A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers für optischen Elemente aus synthetischem Quarzglas für die Übertragung ultravioletter Strahlung einer Wellenlänge von 250 nm und kürzer, wobei der Quarzglaskörper mit einem Direktabscheideverfahren hergestellt wird und mit einer Modifizierten Kühlung von einer Haltetemperatur im Bereich nahe T_g von 1070°C bis 1150°C mit einer Abkühlrate im Bereich von 15K/h bis 50K/h auf eine Haltetemperatur T im Bereich von 750°C bis 1070°C gefahren wird und die Haltetemperatur T während einer Haltezeit gehalten wird, welche größer gleich dem Dreifachen der über die Scherviskosität errechneten Relaxationszeit des Quarzglasmaterials liegt.

Description

Verfahren zur Herstellung von strahlungsresistentem Quarzglasmaterial und danach hergestellte Quarzglaskörper

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas mit einem sehr geringen Gehalt an Vorläuferdefekten und somit sehr guten Rapid Damage (RDP) Werten unter Beibehaltung anderer notwendiger Eigenschaften des Quarzglases als Material für optische Bauteile, wie radialer Verlauf der Spannungsdoppelbrechung (SDB), hohe Transmission der Laserwellenlänge 190 nm bzw. 248 nm, radialer Verlauf der Brechzahl, ausreichender Anteil an physikalisch gelöstem Wasserstoff, geringe Compaction, geringe Rarefaction, sowie geringe induzierte Absorption für eine hohe Brechzahl- Homogenität und Laserfestigkeit und ein danach hergestellter Quarzglaskörper sowie dessen Verwendung .

Bei dem verwendeten Quarzglas handelt es sich um ein hochhomogenes, synthetisches Quarzglas, dass in optischen Systemen für die Mikrolithographie für die Übertragung energiereicher, ultra-violetter Laserstrahlung eingesetzt wird, für die Herstellung hochintegrierter Schaltungen in Halbleiterchips. Die Belichtungssysteme moderner Mikrolithographiegeräte sind mit Excimerlasern bestückt, die energiereiche, gepulste UV-Strahlung einer Wellenlänge von 248 nm (KrF-Laser) oder von 193 nm (ArF-Laser) abgeben. Dieses Quarzglas wird von den Glasherstellern als Halbzeug (Blank) zumeist in Form von Rundscheiben an die Linsenhersteller geliefert. Die Form des Quarzglases kann aber auch im Grundriss eckig sein und eine Höhe haben, die vorzugsweise kleiner als die Seitenlänge bzw. der Durchmesser im Grundriss ist. Um aus den Blanks Linsen für optische Systeme der Mikrolithographie herstellen zu können, müssen gewisse vorgegebene Spezifikationen erfüllt werden. Dabei werden für ausgewählte Werkstoffeigenschaften insbesondere deren zulässige Schwankungen in diesem Blank festgelegt. Zu spezifizierte Blanks mit ausreichenden Homogenitäten bestimmter Eigenschaften sind Voraussetzung für die Herstellung von Linsen vorgegebener Abbildungsgüte. Wichtige Anforderungen an diese Blanks sind : - konstante örtliche Brechzahl (hohe Brechzahl-Homogenität),

- niedrige und örtlich gleichmäßige Spannungsdoppelbrechung (SDB)

- geringe laserinduzierte Absorption (LIA)

- geringe Änderung des Brechungsindexes durch eine laserstrahlungsinduzierte Verdichtung des Quarzglasmaterials (Compaction - Brechzahlerhöhung)

- geringe Änderung des Brechungsindexes aufgrund laserstrahlungsinduzierter Ausdehnung des Quarzglasmaterials, d. h. strahlungsinduzierte Dichteabnahme (Rarefaction - Brechzahlerniedrigung)

- geringe Änderung der Absorption bei Wechsel der eingestrahlten Energiedichte (Rapid Damage (RDP))

- Hohe zeitliche Konstanz aller optischen Eigenschaften bei Durchstrahlung der Blanks (bzw. der daraus hergestellten Linsen) mit Laserlicht, insbesondere der Wellenlängen 193 nm (ArF-Laser) und 248 nm (KrF- Laser). Hierbei spielt eine möglichst geringe laserinduzierte Absorption (LA), d. h. die Zunahme der Absorption von Laserlichtenergie bei längerer Laserbestrahlung eine wichtige Rolle.

Eine hohe Brechzahl-Homogenität in einem Blank setzt eine örtlich (partiell) konstante, chemische Zusammensetzung und eine konstante Quarzglasstruktur voraus. Wichtige Einflussgrößen auf die Brechzahl-Homogenität sind Störungen der chemischen Zusammensetzung durch örtliche Schwankungen des Gehalts an molekularem Wasserstoff (H₂), welcher sich in den Strukturzwischenräumen befindet und im Wesentlichen nicht in die Quarzglasstruktur eingebunden ist, und örtlich schwankendem Gehalt an Si-OH, als eingebautem Strukturfehler. Beide Fehler führen zu örtlichen Brechzahlschwankungen beim Durchgang einer Lichtwelle durch das Blank.

Niedrige und örtlich gleichmäßige Spannungsdoppelbrechung (SDB) wird dann erreicht, wenn durch gute Entspannung (Kühlung) und gleichmäßige Verteilung der chemischen Zusammensetzung und der Strukturfehler im abgekühlten Blank möglichst keine mechanischen Spannungen mehr vorhanden sind . Noch vorhandene mechanische Spannungen bewirken nicht nur SDB, sondern beeinflussen über die photoelastischen Konstanten auch die Brechzahl- Homogenität.

Eine geringe laserinduzierte Absorption (LIA) setzt voraus, dass während der gesamten Einsatzzeit der aus dem Blank gefertigten Linse im optischen System die Konzentration absorbierender Defekte gering bleibt. Nach den derzeitig gültigen physikalischen Modellen hängt die Anzahl dieser absorbierenden Defekte von der Anzahl sog. Vorläuferdefekte und der Anzahl der im Quarzglas vorhandenen Wasserstoffmoleküle ab. Vorläuferdefekte können Störungen des idealen Si0₂-Netzwerks, wie gebrochene oder verspannte Si-O-Bindungen sein. Diese Vorläuferdefekte werden bei Laserbestrahlung in absorbierende Defekte umgewandelt. Dabei gibt es bei Laserbestrahlung im Quarzglas ein Gleichgewicht zwischen der Entstehung absorbierender Defekte und deren Umwandlung in nicht absorbierende Defekte durch Anlagerung von Wasserstoff. Das Verhältnis von Vorläuferdefekten und molekularem Wasserstoff bestimmt also die LIA des Quarzglases. Für ausreichende Laserfestigkeit (geringe LIA) muss während der gesamten Einsatzzeit der aus dem Blank hergestellten Linse ein Mindestgehalt an molekularem Wasserstoff im Quarzglas vorhanden sein.

Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Quarzglases auf das Schädigungsverhalten bei der Bestrahlung mit energiereichem UV-Licht ist beispielsweise in der EP 0 401 845 A2 beschrieben. Eine hohe Strahlenbeständigkeit wird dort bei einem hochreichen Quarzglas beschrieben, das einen relativ hohen OH-Gehalt im Bereich von mindestens 100 Gew.-ppm und gleichzeitig eine relativ hohe Wasserstoffkonzentration von mindestens 5 x 10¹⁶ Molekülen pro cm³ (bezogen auf das Volumen des Quarzglases) aufweist. Der günstige Einfluss des Wasserstoffes auf die Strahlenbeständigkeit lässt sich durch das Ausheilen von Defekten erklären, wodurch dieser damit zu einem langsameren Anstieg der strahleninduzierten Absorption beitragen kann. Aufgrund dieser Wirkung des Wasserstoffes wird in der EP 0 401 845 A2 empfohlen, optische Bauteile an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Strahlenbeständigkeit gestellt werden, mit Wasserstoff zu beladen.

Aufgrund der LIA werden Schädigungsverhalten beobachtet, bei denen bei andauernder UV-Bestrahlung die induzierte Absorption linear ansteigt, oder bei der sie nach einem anfänglichen Anstieg in eine Sättigung mündet, oder bei der sich die induzierten Defekte derart akkumulieren, dass sie sich in einer plötzl ichen und starken Zunahme der Absorption äußern. Der starke Anstieg der Absorption bei dem zuletzt beschriebenen Schädigungsverhalten wird in der Literatur als SAT-Effekt bezeichnet.

Zusammenfassend kann man sagen, dass für einen Blank aus synthetischem Quarzglas mit hoher Brechzahl-Homogenität, geringer SDB und geringer LIA ein örtlich sehr gut ausgeglichener Si-OH-Gehalt und ein ebenfalls örtlich sehr gut ausgeglichener Gehalt von molekularem Wasserstoff auf einem Mindestniveau notwendig sind. Beim Flammenhyrolyseverfahren wird synthetisches Quarzglas in einer Knallgasflamme durch Oxidation von SiCL₄ zu Si0₂ hergestellt, wie es auch in der DE 198 41 932 beschrieben wird. Die EP 525 984 AI beschreibt alternativ die Herstellung von synthetischem Quarzglas durch Flammenhydrolyse unter Verwendung von Alkoxysilanen und die EP 463 045 AI unter Verwendung von Siloxanen. Diese Verfahren sind unter dem Begriff Direktabscheidung bekannt.

Die Herstellung eines synthetischen Quarzglaskörpers erfolgt durch Synthese von feinkörnigem Si0₂ mittels Flammenhydrolyse einer Siliciumverbindung sowie Abscheiden und Verglasen des feinkörnigen Siliziumoxids auf einem Substrat. Das Verglasen der Si0₂-Partikel erfolgt bei dem Flammenhydrolyseverfahren direkt während der Abscheidung auf dem Substrat. Dabei entstehen im Quarzglas zwangsläufig :

- Vorläuferdefekte, welche bei Laserbestrahlung zu absorbierenden Defekten umgewandelt werden

- örtliche Si-OH-Schwankungen,

- örtliche Schwankungen von molekularem Wasserstoff.

Eine Steuerung des Schmelzprozesses so, dass nach dem Schmelzen und Entspannen Blanks gefertigt werden können, welche die Spezifikation zum Einsatz in der Lithographie erfüllen, ist technisch und wirtschaftlich nicht immer möglich. Während der mittlere Gehalt und die örtliche Verteilung an Si-OH bei der Schmelze in etwa einstellbar sind, gelingen ein Mindestgehalt an Wasserstoff und ein hinreichend ausgeglichener Wasserstoffverlauf über den ganzen Durchmesser der Walze nicht. Erschwerend kommt hinzu, dass sich schon bei der Schmelze und beim Entspannen der Quarzglaswalze (Kühlen) die Wasserstoffkonzentration durch Diffusion verringert und die örtliche Verteilung geändert wird .

Unter dem Wasserstoffgehalt (H₂-Gehalt) wird hier und im Folgenden ein über das Volumen eines Quarzglasrohlings bzw. eines aus dem Quarzglas hergestellten optischen Elements gemittelter Wasserstoffgehalt verstanden (z. B. arithmetisches Mittel von mindestens drei über das Volumen gleichmäßig verteilten Messpunkten). Der H₂-Gehalt wird aufgrund einer Raman- spektroskopischen Messung ermittelt, die von Khotimchenko et al. in dem Artikel „Determining the Content of Hydrogen Dissolved in Quarz Glass Using the Methods of Raman Scattering and Mass Spectrometry", in „Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii", Vol . 46, No. 6 (1987), Seiten 987 bis 991 beschrieben worden ist. Die Kalibrierung erfolgt mittels Ausgasen des H₂-Gehalts einer Vergleichsprobe im Vakuum und Bestimmung des Volumens des ausgegasten Wasserstoffs. Die Nachweisgrenze für Wasserstoff liegt bei dieser Messmethode derzeit bei ca. 2 x 10¹⁶ Molekülen pro cm ³. Die DE 198 41 932 beschreibt als besonders vorteilhaft ein optisches Bauteil, bei dem das Quarzglas einen Wasserstoffgehalt von weniger als 2 x 10¹⁶ Molekülen pro cm³ aufweist, der Wasserstoffgehalt also unterhalb der Nachweisgrenze dieser Messmethode liegt. Ein derartiges Bauteil soll sich durch eine besonders gute Langzeitstabilität gegenüber energiereicher UV-Strahlung und ein besonders niedriges Sättigungsniveau der durch die UV- Strahlung induzierten Absorption auszeichnen.

Die Angabe des OH-Gehalts bezieht sich hier und im Folgenden, entsprechend dem Wasserstoffgehalt, auf einen über das Quarzglasvolumen gemittelten Wert. Der OH-Gehalt wird spektroskopisch, beispielsweise durch IR- Spektroskopie, ermittelt. Die Angabe in ppm bezieht sich auf den Gewichts-Anteil der Hydroxylgruppen (sog . „Gew. -ppm"). Die Umrechnung von dieser Konzentrationseinheit in die Anzahl an Hydroxylgruppen pro cm³ im Quarzglas ist nach der in DE 10 2004 018 887 AI angegebenen Umrechnungsregel möglich.

Es ist bekannt, das Laserbestrahlung bei Wellenlängen von 193 nm, aber auch schon bei 248 nm, zu strahlungsinduzierten Dichteänderungen des Quarzglasmaterials führen kann, welche mit Änderungen des Brechungsindexes verbunden sind. Diese Änderungen der optischen Eigenschaften können in Lithographie-Systemen, unter anderem zu nicht rotationssymetrischen Abbildungsfehlern führen, die die Lebensdauer der Systeme begrenzen und ggf. eine Auswechslung und Nachjustage erforderlich machen.

Ein seit längerem bekannter Effekt ist eine strahlungsinduzierte Verdichtung des Quarzglasmaterials, die mit einer Brechzahlerhöhung im bestrahlten Bereich verbunden ist. Dieser Effekt wird als„Compaction" bezeichnet. Die Compaction ist ein häufig untersuchtes Phänomen, welches besonders deutlich bei Bestrahlung mit relativ großen Energiedichten, von beispielsweise mehr als 0,5 mJ/cm ³ nachweisbar ist. Um zu vermeiden, dass Compaction im kritischem Umfang bei den typischen Gebrauchsenergiedichten und Gebrauchswellenlängen in Lithographiesystemen auftritt, wurde vorgeschlagen, das Quarzglasmaterial bei hohen Energiedichten vorzubestrahlen, damit die Compaction weitgehend vorweg genommen wird, um auf diese Weise ein bei den Gebrauchsstrahlungsdichten relativ stabiles Material zu erhalten (vgl. zum Beispiel US 6,205,818 Bl und US 6,295,841 Bl).

Besonders bei niedrigeren Energiedichten im Bereich der Gebrauchsenergiedichten von Lithographiesystemen wird noch ein gegenläufiger Effekt wirksam, der mit einer strahlungsinduzierten Ausdehnung des Materials verbunden ist und eine Brechzahlerniedrigung bewirkt. Dieser Effekt einer strahlungsinduzierten Dichtenabnahme wird als „Rarefaction" bezeichnet. Hinweise auf diesen Effekt sind in den Artikeln "Radiation effects in hydrogen- impregnated vitreous silica" von J. E. Shelby in J. Appl. Phys. Vol . 50, Seiten 3702ff (1979) oder „Behavior of Fused Silica Irradiated by Low Level 193nm Excimer Laser for Tens of Billions of Pulses" von C. K. Van Peski, Z. Bor, T. Embree und R. Morton, Proc. SPIE, Vol . 4347, Seiten 177 bis 186 (2001) entnehmbar.

Es wird angenommen, dass optische Eigenschaften von Quarzglasmaterialien, beispielsweise das Absorptionsverhalten, eng mit der sehr komplexen Glasnetzwerkstruktur des Siliziumdioxidglases zusammenhängen, in der normalerweise viele unterschiedliche Defekte und Defektvorläufer vorhanden sind. Eine umfassende Darstellung, insbesondere zu möglichen Defekten und Defektvorläufern in Quarzglasmaterialen, ist in dem Artikel „Optical Properties and Structure of Defects in Silica Glass" von D. L. Griscom, Journal of the Ceramic Society of Japan, Int. Edition, Vol. 99-899 (1991) zu finden. Danach wird allgemein zwischen paramagnetischen und diamagnetischen intrinsischen Defekten sowie extrinsischen Defekten unterschieden. Zu den paramagnetischen intrinsischen Defekte gehören die E'-Zentren (= Si ·), die nicht-bindungsfähigen Sauerstofflochzentren (non-bridging oxygen hole centers, NBOHC) (= Si-0 ·), die Peroxy- Radikale (= SiO-0 ·), und die selbstgefangenen Löcher (seif trapped holes, STH). Beispiele für vermutete diamagnetische intrinsische Defekte umfassen die neutralen Sauerstoffleerstellen {= Si-Si =), die doppelt koordinierten Siliziumatome (-O-Si-O-) und die Peroxy-Bindungen (= Si-O-O-OSi =), die hier auch als Peroxydefekte bezeichnet werden. Die häufigsten extrinsischen Defekte treten in Verbindung mit Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) und Chloridverunreinigungen auf. In dem Artikel „Generation mechanism of photoinduced paramagnetic centers from preexisting precursors in highpurity silicas" von N. Nishikawa, R. Nakamura, R. Tohmon, Y. Ohki, Y. Sakurai, K. Nagasawa und Y. Hama in Physical Review B, Vol. 41, No. 11, Seiten 7828 bis 7834 werden vermutete Entstehungsmechanismen photoinduzierter paramagnetischer Zentren aus vorhandenen Vorläufern (precursors) im hochreinen Siliziumdioxid erläutert.

Für Anwendungen optischer Bauteile bei denen die Langzeitstabilität im Vordergrund steht, ist in der Regel nicht der anfängliche Anstieg der Absorption entscheidend, sondern das Erreichen eines Sättigungswertes und dessen absolutes Niveau. Die DE 198 41 932 gibt einen Quarzglastyp an, bei dem die induzierte Absorption im Laufe der Bestrahlungsdauer zunächst rasch ansteigt, dann jedoch in eine Sättigung auf niedrigem Niveau einmündet. Ein solcher Quarzglastyp soll durch Flammenhydrolyse mittels Direktabscheidung hergestellt werden. Dabei wird durch nachträgliches Austreiben von Wasserstoff durch Tempern ein Wasserstoffgehalt von max. 5xl0¹⁶ mol/cm³ und ein OH-Gehalt von mind. 400 ppm eingestellt. Der Quarzglasrohling wird zum Homogenisieren mit zonenweiser Erhitzung auf eine Temperatur von ca. 2000 °C aufgeheizt und dabei gleichzeitig verdrillt. Der so erhaltene Rundstab wird anschließend einer Wasserstoffreduktionsbehandlung unterzogen, in der er unter Vakuum bei 1100 °C über eine Dauer von 50 Stunden getempert wird, wonach die mittlere Wasserstoffkonzentration des Rundstabes bei ca. 3 x 10¹⁶ mol/cm³ liegen soll. Nach einer weiteren Heißverformung bei einer Temperatur von 1700 °C unter Verwendung einer stickstoffgespülten Schmelzform wird daraus ein kreisrunder Quarzglasblock gefertigt, der wiederum in einem weiteren Tempervorgang unter Luft- und Atmosphärendruck auf 1100 °C erhitzt und anschließend mit einer Abkühlrate von l°C/h abgekühlt wird. Dadurch wird ein Rohling erhalten, der für die Herstellung einer optischen Linse für ein Mikrolithographiegerät unmittelbar geeignet ist.

In der EP 401 845 A sind Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Quarzglasrohlinge durch Direktverglasen beschrieben. Um mechanische Spannungen innerhalb der Rohlinge abzubauen und eine homogene Verteilung der fiktiven Temperatur zu erreichen, werden diese üblicherweise sorgfältig getempert. Es ist wird ein Temperprogramm vorgeschlagen, bei dem der Rohling einer 50stündigen Haltezeit bei einer Temperatur von etwa 1100°C unterworfen wird und abschließend in einem langsamen Abkühlschritt mit einer Abkühlrate von 2°C/h auf 900 °C und dann im geschlossen Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Die EP 1 288 169 beschreibt ein Verfahren zur nachträglichen Wasserstoffbeladung eines Quarzglasmaterials, um die für die Mikrolithographie geforderten Eigenschaften zu erhalten, die Tempertemperatur für die Wasserstoffbeladung liegt hierbei zwischen 573 K und 1173 K, vorzugsweise 773 K mit einer Temperzeit bis zu 730 Stunden.

Es hat sich aber gezeigt, dass trotz ähnlicher chemischer oder struktureller Eigenschaften des Quarzglases das Schädigungsverhalten von optischen Bauteilen verschieden sein kann, wenn das Quarzglas nach unterschiedlichen Herstellungsverfahren erhalten worden ist, oder dass zwar chemische oder strukturelle Unterschiede vorhanden sein mögen, diese aber nicht eindeutig Ursache für die beobachteten Unterschiede im Schädigungsverhalten sind. Aus diesen Gründen lässt sich das optische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung am Besten durch sein Herstellungsverfahren kennzeichnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Quarzglas bereitzustellen, welches es ermöglicht, Quarzglas für optische Bauteile bereitzustellen, deren optische Eigenschaften sich während des Gebrauchs über längere Zeiträume nicht oder nur geringfügig ändern. Die Quarzglasmaterialien sollen besonders für den Einsatz in Mikrolithografiegeräten sowie als optische Fasern geeignet sein, insbesondere soll ein Material mit einem sehr geringen Gehalt an Vorläuferdefekten bereitgestellt werden, so dass sich ein deutlich verbesserter RDP-Wert ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst und durch die Kennzeichen der Unteransprüche 2 bis 4 präzisiert. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter, hinsichtlich seiner Grundrissform beliebiger scheibenförmiger Quarzglaskörper ergibt sich nach den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 5 bis 9. Eine besonders bevorzugte Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Quarzglaskörpers ergibt sich aus Anspruch 10.

Die Laserdamageeigenschaften von Quarzgläsern im allgemeinen werden vor allem durch folgende Materialeigenschaften für die Anwendung in der Lithografie spezifiziert: Laserinduzierte Absorption (LIA), laserinduzierte Änderung des Brechungsindexes (Compaction, Rarefaction) sowie Rapid Damage (RDP) - Änderung der Absorption bei Wechsel der eingestrahlten Energiedichte.

Alle diese Eigenschaften sind außer von den Materialeigenschaften noch abhängig von den Einstrahlverhältnissen des einstrahlenden Lasers, also der Energiedichte H [mJ/cm²] , der Repetitionsrate R [Hz] sowie der Pulsrate und der Pulslänge, welche sich über mathematisch-physikalische Modelle und unter Verwendung eines Systems von Ratengleichungen für die Verhältnisse, welche in Lithographiesteppern im Projektions- wie auch im Beleuchtungssystem auftreten, beschreiben lassen. In den Fig. 1A und 1B wird die Abhängigkeit der Gleichgewichtsabsorption (GGA) von der Repetitionsrate und der Energiedichte in einem Material ohne thermische Nachbehandlung (Fig. 1A) und in thermisch nachbehandeltem Material (Fig. 1B) dargestellt. Mit GGA ist der Grenzwert k [1/cm] als Absolutwert gemeint, an den eine Kurve sich stetig annähert, auch wenn dieser je nach Energiedichte unterschiedlich groß ist. Beide Diagramme zeigen die Gleichgewichtsabsorption in Abhängigkeit von der Energiedichte H bei 1,7 mJ/cm² (Kurve 1); 0,8 mJ/cm² (Kurve 2) und 0,2 mJ/cm² (Kurve 3) und der Repetitionsrate R [Hz].

Der Zusammenhang zwischen der Gleichgewichtsabsorption bei entsprechenden Repetitionsraten und der Energiedichte des einstrahlenden Lasers kann ebenfalls modelliert werden. Der dabei in Fig. 2 zu erkennende Zusammenhang einer Modellierung der GGA für zwei Repetitionsraten R = 400 Hz (Kurve 21) und R = 100 Hz (Kurve22) stellt sich als sublinear heraus und lässt sich am besten mit der Korrelation von k= k(H darstellen. In Stepperoptiken ist allerdings der ebenfalls in Fig. 2 dargestellte lineare Zusammenhang dk/dH spezifiziert. Darum wird im Weiteren auch die lineare Regression dk/dH für die Darstellung der Zusammenhänge verwendet.

Unterschiedliche Werte von dk/dh können mit verfahrensabhängigen Glaseigenschaften korreliert werden. In gewissen Grenzen ist auch eine Variation von dk/dH durch verfahrenstechnische Änderungen in den Schmelzbedingungen möglich. Jedoch werden die vom Anwender geforderten Werte auch im günstigsten Fall von konventionellem, bekanntem Quarzglas, beispielsweise von Lithosi I™ der Fa. Schott AG, immer noch um einen Faktor 2 überschritten und damit nicht erreicht.

Ein konventionelles Quarzglas Lithosi I™ wird nach dem erwähnten flammenhydrolitischen Schmelzverfahren mittels Direktabscheidung hergestellt. In einer eine N2-Atmosphäre wird das Quarzglas auf Temperaturen zwischen 1070- 1150 °C erwärmt und dort 10 h gehalten. Danach wird das Material mit einer Abkühlrate zwischen 15K/h bis IK/h auf Temperaturen von 850°C abgekühlt. Dort wird es 10 Minuten gehalten und anschließen frei nach Ofencharakteristik auf Raumtemperatur abgekühlt. Dies ist eine klassische Geschwindigkeitskühlung, wogegen nach dem erfinderischen Herstellverfahren mit einer Haltekühlung gearbeitet wird.

Mit einem simplifizierten physikalischen Modell lässt sich, die Eigenschaft des RDP (in Form des dk/dH) mit dem im Material während der Schmelzprozesses eingetragenen physikalisch gelösten Wasserstoff und mit den durch den Schmelzprozess und den nachgeschalteten thermischen Prozessen im Material generierten so genannten Vorläuferdefekten, zu denen insbesondere ODC ^' s und gestresste -O-Si-0 Bindungen gehören, beschreiben. Unter ODC ^' s werden oxygen defizit center verstanden, d . h. in der Glasstruktur fehlt an einer Si- Bindung im Si02-Tetraeder ein Sauerstoff, was zu einer unerwünschten Absorptionsbande im UV-Bereich führt.

In den Fig. 3 und 4 sind diese Korrelationen grafisch dargestellt. Fiq.3 zeigt den Zusammenhang zwischen RDP und dem im Material physikalisch gelösten Wasserstoff, wobei alle Quarzglaskörper konventionell in bekannter Weise gekühlt sind. Die Kühlprozesse sind in Tabelle 3 als Standardkühlung und als Feinkühlung beschrieben. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen RDP und der funktionalen Verbindung von H₂-Gehalt und Konzentration von Vorläuferdefekten, die nach einer Vorbestrahlung ausheilen. Die Vorbestrahlung mit der im Diagramm angegebenen Energiedichte wird durchgeführt, um die Messwerte in einen der Anwendung sehr ähnlichen Zustand zu gewinnen. Die damit erzeugten Defekte werden durch den im Quarzglas vorhandenen H₂ wieder abgesättigt und sind dann für den weiteren Bestrahlungsprozess nicht mehr absorptionsaktiv. Enthält das Quarzglas viele Vorläuferdefekte muss in der Regel ein hoher H₂-Gehalt im Quarzglas vorhanden sein, damit die bei Vorbestrahlung entstehenden Defekte abgesättigt werden können und die Transmission am Anfang ansteigt. Enthält das Quarzglas bei gleicher Anzahl von Vorläuferdefekten zu wenig H₂ oder bei erhöhter Anzahl an Vorläuferdefekten genauso viel H₂, so kommt es nach einer gewissen Anzahl von Pulsen zum Zusammenbrechen der Transmission (Abnahme), da die erzeugten Defekte nicht mehr mit H₂ abgesättigt werden können (SAT- Effekt). Beide, sowohl der H₂-Gehalt als auch die Konzentration der Vorläuferdefekte sind in gewisser Weise von den Schmelzbedingungen abhängig. Insbesondere der H₂- Gehalt lässt sich über thermische Prozesse definiert einstellen. Höhere H₂-Werte führen zu höheren RDP-Werten. Die Konzentration der Vorläuferdefekte, die bei der Vorbestrahlung ausheilen oder die sich in absorbierende Defekte umwandeln, hat einen nicht geringen Einfluss auf das RDP-Verhalten sowie auf den Rarefaction-Prozess und die induzierte Absorption.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass durch eine erfinderisch modifizierte Kühlung die Konzentration der Vorläuferdefekte minimiert und der H₂-Gehalt im Quarzglas so einstellt werden kann, dass der als SAT-Effekt bekannte Prozess bei Laserbestrahlung mit einer Wellenlänge kleiner 248 nm nicht auftritt.

Während bei der bekannten konventionellen Kühlung die Kühlgeschwindigkeit der Prozess bestimmende Parameter ist, sind bei der erfinderisch modifizierten Kühlung die Haltezeit und die Haltetemperatur die zielführenden Parameter.

Konventionell werden Quarzglasprodukte von einer Haltetemperatur nahe bei der Transformationstemperatur T_g (1070-1150 °C) mit einer definierten Kühlgeschwindigkeit zwischen ΙΚ/h und 50 K/h auf Temperaturen zwischen 800°C bis 850°C gefahren und dann frei nach Ofencharakteristik abgekühlt.

Bei der erfinderisch modifizierten Kühlung wird ein Quarzglaskörper von einer Haltetemperatur nahe bei T_g mit einer definierten Kühlgeschwindigkeit von 15 bis 50 K/h auf die gewünschte Haltetemperatur T, welche im Temperaturbereich zwischen 750 °C und 1070°C liegt, gefahren. Die Haltezeit beträgt ein Vielfaches, mindestens größer 3, der über die Scherviskosität η bei einer bestimmten Haltetemperatur T errechneten Relaxationszeit für die entsprechende Haltetemperatur T. Die Relaxationszeit ist die Zeit, die eine durch einen Temperaturgradienten oder Temperaturunterschied im Quarzglas erzeugte Spannung braucht um vollständig ausgeglichen (relaxiert) zu werden. Diese ist in nahe liegender Weise abhängig von der Viskosität. Als Abschätzung für die Relaxationszeit bei Scherspannungen wird dabei T_s = G/η . verwendet

mit

T_s als Scherspannung G als Schermodul

η als Scherviskosität

wobei G = const. angenommen wird. Aus G = 30GPa und der Kurve η (T) ergeben sich Schätzwerte für notwendige Relaxationszeiten bei vorgegebenen Haltetemperaturen T. In Fig. 5 ist die Abhängigkeit der Relaxationszeit für abgeschätzte Relaxationszeiten bei verschiedenen Haltetemperaturen als Abschätzung über den Scherviskositätsansatz dargestellt.

Hierbei gelten entsprechend Kurve 51 bei einer jeweiligen Temperatur folgende Relaxationszeiten :

Tabelle 1

Kurve 52 stellt die in Experimenten benutzten Haltezeiten dar. Sie liegen, deutlich über den rechnerisch notwendigen, da für solche Experimente Relaxationszeiten verwendet werden, die mindestens 10% über den rechnerischen Werten liegen, die, da sie Annahmen beinhalten, nicht fehlerfrei sind . Durch die Auswahl einer um mindestens 10 % längeren Haltezeit wird ein sicherer Bereich für die Relaxationszeit bei der jeweiligen Haltetemperatur ausgewählt.

Überraschend haben die Erfinder gefunden, dass bei Haltekühlungen im Temperaturbereich von 855°C bis 945°C, vorzugsweise von 870°C bis 915°C und Haltezeiten von größer gleich dem 3fachen der abgeschätzten Relaxationszeit, gegenüber Standardkühlung, Feinkühlung und den Haltekühlungen im Temperaturbereich von 750°C bis 850°C und von 950°C bis 1070°C signifikante Verbesserungen sowohl im RDP-Verhalten als auch in der radialen Homogenitätsverteilung der Brechzahl des Quarzglaskörpers zu erreichen sind.

Fig. 6 zeigt Messungen an identischen Quarzglaskörpern nach unterschiedlichen Kühlversuchen.

Kurve 61 zeigt einen Quarzglaskörper nach Standardkühlung,

Kurve 62 zeigt einen Quarzglaskörper nach Feinkühlung (FK) + H₂-Beladung bei

500°C,

Kurve 63 zeigt einen Quarzglaskörper nach Haltekühlung (HK) bei 850°C,

Kurve 64 zeigt einen Quarzglaskörper nach Haltekühlung (HK) bei 900°C,

Kurve 65 zeigt einen Quarzglaskörper nach Haltekühlung (HK) bei 970°C,

Die dazu gehörigen Werte für k₀ und dem als RDP-Wert benutzten Anstieg dk/dH sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefasst. k₀ ist hierbei der Wert, der sich als Schnittpunkt der jeweiligen Geraden 61, 62, 63, 64, 65 mit der y- Achse „k (1/cm)" ergibt und bezeichnet die Absorption im strahlungsfreien Zustand.

Die Quarzglaskörper wurden identisch erschmolzen und dann unterschiedlichen Kühlbehandlungen unterzogen. Die Standardkühlung und die Feinkühlung entsprechen jeweils derjenigen, wie sie in Tabelle 3 beschrieben werden. Bei der Feinkühlung + H₂-Beladung, wie sie, wenn auch mit einem unterschiedlichen Quarzglaskörper in der EP 1 288 169 beschrieben wird, wurde in einer Ofenathmosphäre aus reinem H₂-Gas, bei einem H₂-Druck von 5 bar und einer Temperatur bei 500 °C mit einer Haltezeit von 730 h Wasserstoff wieder in das Quarzglas eingebracht und somit der H₂-Gehalt im Quarzglas signifikant von lxlO¹⁷ auf 5xl0¹⁷ Moleküle/cm³ erhöht. Die erfinderische Haltekühlung ist in Tabelle 3 als Modifizierte Kühlung angegeben und wird hier bei 850°C, 900°C, und 950°C beispielhaft dargestellt. Mit Ausnahme der Proben Kurve 62 weisen alle Proben, die in Fig. 6 dargestellt sind, einen H₂-Gehalt im Bereich 0,9 bis l,24xl0¹⁸ Moleküle/cm auf, da der H₂-Gehalt im Quarzglas abhängig von den Schmelzbedingungen ist und teilweise beim Kühlen aus dem Quarzglas heraus diffundiert. Weiterhin ist der H₂-Gehalt auch abhängig von der Probengröße und vom Ausgangsniveau des H₂-Gehaltes im Quarzglas. Standard- FK + Hz- HK HK HK

FK

kühlung Beladung 850°C 970°C 900°C

Ko [*i(r³] 1,29 1,25 1,22 1,35 1,39 1,15 dk/dH [*10^"

4,2 2,1 1,98 4,9 3,1 1,65 4]

induzierte

Absorption

Bemerkung

+ SAT - effekt

Tabelle 2: Gemessene Werte für k₀ und dk/dH für unterschiedliche Kühlungsverfahren von Quarzglas. (Feinkühlung FK, Haltekühlung HK)

Ein bisheriges Problem bei Feinkühlungen, welches mit dem Austreiben von H₂ aus dem Quarzglas auf Gehalte kleiner 0,5xl0¹⁸ Moleküle/cm³ H₂ verbunden war, war die im Verlauf der Bestrahlungsexperimente auftretende induzierte Absorption, die bei höheren Energiedichten und/oder längeren Bestrahlzeiten zum SAT-Effekt führte. Aus diesem Grund wurden derart behandelte Quarzglaskörper hinterher einer Wasserstoff beladung bei einem H₂-Überdruck von ca. 5 bar und einer Ofentemperatur von ca. 500 °C unterzogen. Quarzglaskörper werden einer Feinkühlung unterzogen, d.h. sie werden im Bereich zwischen 1050°C und 850 °C mit Abkühlgeschwindigkeiten von kleiner gleich ΙΚ/h gekühlt, um die Spannungen und die Strukturdifferenzen durch die langsamere Kühlgeschwindigkeit signifikant zu minimieren. Dies führt jedoch zu deutlich längeren Kühlzeiten und somit zu einer deutlichen Verringerung des H₂-Gehaltes im Quarzglas (unter lxlO¹⁸ Mol/cm³).

Nach der Kenntnis des Fachmanns stellt sich bei einer konstanten hohen Anzahl von Vorläuferdefekten in einem Quarzglas, welches mittels Direktabscheidung hergestellt wurde, bei einer Unterschreitung einer bestimmten H₂-Konzentration (lxlO¹⁸ Moleküle/cm³) der SAT-Effekt bei Bestrahlung im Quarzglas ein und das Bauteil wird für lithografische Anwendungen unbrauchbar. Gelingt es nun die Anzahl der Vorläuferdefekte im Quarzglas deutlich zu reduzieren, dann wird sich auch bei signifikant abgesenkten H₂-Gehalten im Quarzglas bei identischen Bestrahlungsbedingungen kein SAT Effekt einstellen. Gleichzeitig verringern sich auch die durch Bestrahlung erzeugbaren ODCs deutlich und die sich noch bildenden ODCs sind mit dem deutlich abgesenkten H2-Gehalt noch ausheilbar. Durch die erfindungsgemäße Kühlung ist es gelungen sowohl die Vorläuferdefekte (gestresste Bindungen) als auch die sich bei Bestrahlung daraus bildenden ODC zu minimieren. Der Wasserstoffgehalt wird in den Quarzglaskörpern durch diese Behandlung bis unter die messtechnische Nachweisgrenze von 5xl0¹⁶ Moleküle/cm³.

Die überraschenden Ergebnisse hinsichtlich der Auswirkungen auf das RDP- Verhalten sowie die induzierte Absorption sind in Fig. 7 und Fig . 8 dargestellt. Fig.7 zeigt die Änderung des dk/dh in Abhängigkeit von verschiedenen Kühlverfahren und dem entsprechend sich einstellenden H₂-Gehalt in den Quarzglaskörpern. Die technische Beschreibung der in Fig.7 dargestellten 3 Kühlarten wird in Tabelle 3 dargestellt. Die mit 71 gekennzeichneten Werte kennzeichnen einen H₂-Gehalt von größer 0,5 x 10¹⁸ Moleküle/cm³ nach Kühlung, die mit 72 gekennzeichneten Werte kennzeichnen einen H₂-Gehalt von kleiner 5,1 x 10¹⁶ Moleküle/cm³ nach Kühlung und Austemperung bei 500°C mit Haltezeiten von 10 - 12 h pro mm Probenhöhe bei Durchmessern von 100 - 300 mm . Die mit 73 gekennzeichneten Werte kennzeichnen einen H₂-Gehalt von größer 2,5 x 10¹⁸ Moleküle/cm³ nach Kühlung und anschließender Beladung des Quarzglases mit Wasserstoff bei 500°C und 5 bar in H₂-Atmosphäre mit Haltezeiten von etwa 100 h bis 240 h. Fig.7 macht deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Haltekühlung (900°C/Luft/120h) sowie durch Feinkühlung (FK) gegenüber der Standardkühlung (Standard) zwar das dk/dH sehr stark erniedrigt werden kann, aber nur bei der erfindungsgemäßen Haltekühlung werden die Vorläuferdefekte so stark reduziert, dass man ein Minimum von kleiner 0,5 als dk/dH Wert erhält und sich trotz nicht mehr messbarem H₂-Gehalt im Quarzglas bei längerer Bestrahlung, wie Fig.8 zeigt, kein Einbruch der Transmission einstellt. Die H₂-Menge reicht trotzdem aus, die gebildeten ODCs abzusättigen. Somit wird deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Kühlung die Vorläuferdefekte drastisch abgenommen haben und mit einen sehr geringen H₂-Gehalt im Quarzglas nun außergewöhnlich gute RDP-Werte erzielt werden können, was mit den Arten Feinkühlung und Standardkühlung nach Stand der Technik nicht in diesem Maße möglich ist. Fiq.8 stellt den Transmissionsverlaufs während der Vorbestrahlung mit einer Energiedichte von 3,1 mJ/cm² in Abhängigkeit von der Pulszahl für unterschiedliche Kühlverfahren dar. Insbesondere ging es hier um das Ausheilen von Defekten durch eine Vorbestrahlung Kurve 81 zeigt den Verlauf für ein Quarzglas, welches erfindungsgemäß mit 120 h bei 900°C Haltetemperatur gekühlt wurde und einen H₂-Gehalt von kleiner 5 x 10¹⁶ Molekülen/cm³ aufweist. Kurve 82 zeigt zum Vergleich den Verlauf für ein Quarzglas, welches einer Feinkühlung mit einer Temperaturabsenkung von ΙΚ/h von 1070°C auf 850°C unterzogen wurde und einen H₂-Gehalt von 2 x 10¹⁸ Molekülen/cm³ aufweist.

Durch die zusätzliche Absenkung des H₂-Gehaltes lässt sich das RDP-Verhalten weiter verbessern. Trotz des nicht oder nur marginal vorhandenen physikalisch gelösten Wasserstoffs verstärkt sich bei Quarzglaskörpern, welche mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen modifizierten Kühlung behandelt wurden, die induzierte Absorption auch bei hohen Pulszahlen nicht. Daraus folgt, dass sich durch die modifizierte Kühlung die Anzahl der Vorläuferdefekte drastisch verringert und dass es zu strukturellen Umordnungen in der Ringstruktur des Quarzglases kommt, wie die Annäherung der Ringstruktur des Quarzglases an die Tridymitringstruktur. Beide Effekte wirken sich positiv auf das RDP-Verhalten aus.

Tabelle 3 zeigt Parameter des erfinderischen modifizierten Kühlverfahrens im Vergleich mit Standardkühlung und Feinkühlung:

Modifizierte

Parameter Standardkühlung Feinkühlung erfindungsgemäße

Kühlung

Obere

Haltetemperatur 1070 1070 1070

(OHT) [°C]

Haltezeit [h] 10 10 10

Abkühlrampe bis

7-15 1-3 15-50

UHT [K/h]

Untere

Haltetemperatur 850 850 875 - 915

(UHT) [°C Haltezeit [h] 1 1 > 80

Abkühlrampe bis frei nach frei nach frei nach RT Ofencharakteristik Ofencharakteristik Ofencharakteristik

Tabelle 3

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anschluss an die modifizierte Haltekühlung eine nachträgliche Wärmebehandlung vorgenommen, um gegebenenfalls den Absenkung des H₂-Gehalt noch weiter abzusenken, ohne das messbare Strukturveränderungen im Quarzglas stattfinden, was sich als günstig erweist. Die nachträgliche Wärmebehandlung kann direkt im Anschluss an die modifizierte Haltekühlung erfolgen oder auch zeitlich später, wobei es unerheblich ist, ob der Quarzglaskörper dafür nochmals auf die Temperatur aufgeheizt werden muss oder nicht. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Haltetemperatur zwischen 500°C bis 550°C und einer Haltezeit von 24h bis 48h durchgeführt in Abhängigkeit von den Dimensionen eines Quarzglaskörpers, insbesondere der Höhe. Die Atmosphäre sollte aus trockener Luft oder trockenem Stickstoff mit einer Feuchte kleiner 1% bestehen. Die Haltezeiten gelten für Körper mit durchschnittlichen Höhen von 35 mm bis 45 mm . Bei Quarzglaskörpern mit Höhen um 80 mm bis 100 mm erhöht sich die Haltezeit auf 100 h bis 120 h.

Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist, dass sich erstaunlicherweise trotz des weiterhin hohen OH-Gehaltes von größer 900 ppm im verwendeten Quarzglas, insbesondere bei Quarzglaskörpern bei denen sich während der modifizierten Kühlung der H₂-Gehalt unterhalb der Nachweisgrenze einstellt oder bei Quarzglaskörpern, die durch eine nachträgliche Wärmebehandlung bei Temperaturen kleiner 500°C auf einen Wasserstoffgehalt unterhalb der Nachweisgrenze von 5 x 10¹⁶ Moleküle/cm³ gebracht wurden, bei Laserbestrahlung mit 248 nm Wellenlänge mit geringen Energiedichten im Bereich kleiner 0,4 mJ/cm² nicht mehr das für den Stand der Technik, z. B. für konventionelles Quarzglas Lithosi I™ der Fa. Schott AG, typische Rarefactionsverhalten zeigt. Das Rarefactionverhalten eines Quarzglases hergestellt nach dem erfinderischen Verfahren ist zum Vergleich mit einem herkömmlichen Quarzglas Lithosi I™ der Fa . Schott AG in Fig. 9 dargestellt. Dabei ist auf der y-Achse die Brechzahländerung (dn) in nm/mm und auf der x-Achse die Energiedichte H dargestellt. Die Pulszahl der Bestrahlung lag bei beiden Versuchen bei 10 GP (10⁹ Pulse), da hier bei Bestrahlung mit diesen Energiedichten ein Langzeiteffekt im Quarzglas untersucht werden sollte. Das Quarzglas nach dem erfinderischen Verfahren mit modifizierter Kühlbehandlung zeigt keine Aufweitung des Gitters (Rarefaction) sondern nur noch Compaction (Komprimierung des Gitters) im Bereich geringer Energiedichten.

Man kann weiterhin auf Grund des stark reduzierten Gehaltes an Vorläuferdefekten im so behandelten Quarzglas davon ausgehen, das die induzierte Absorption sich nicht anders verhält als bei Quarzglas mit hohen Wasserstoffgehalten von größer 1 x 10¹⁸Mol/cm³.

Somit ist erfindungsgemäß ein Verfahren entwickelt worden, das es ermöglicht die bisherigen Mängel optischer Elemente aus einem Quarzglas hinsichtlich der relevanten Laserdamageeigenschaften deutlich zu verbessern. So weist ein optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ein RDP-Verhalten mit einem dk/dH-Wert von kleiner 0,5 auf, sodass kein Transmissionsverlust bei einer Vorbestrahlung auch bei sehr hohen Pulszahlen erfolgt, im Gegensatz zu konventionellem Quarzglas mit einem dk/dH-Wert von größer 2,0. Weiterhin zeigt ein optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei einer Laserbestrahlung im Wellenlängenbereich kleiner 250 nm, im Bereich kleiner Energiedichten bis zu 0,3 mJ/cm² keine Rarefaction, da sich nur noch Compaction einstellt, im Gegensatz zu konventionellem Quarzglas mit einer deutlichen Rarefaction. Weiterhin sättigt bei einem solchen erfinderisch hergestellten optischen Element die induzierte Absorption auf sehr geringem Niveau. Weiterhin weist ein optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine Spannungsdoppelbrechung kleiner gleich 5nm/cm auf. Weiterhin weist ein optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine Brechzahlhomogenität kleiner 5 ppm bevorzugt kleiner 2ppm auf. Quarzglaskörper, welche nach dem erfinderischen Herstellungsverfahren hergestellt wurden, können als optische Fasern eingesetzt werden. Insbesondere sind sie geeignet für den Einsatz in Beleuchtungs- sowie Projektionsoptiken von Mikrolithographiegeräten.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers für optischen Elemente aus synthetischem Quarzglas für die Übertragung ultravioletter Strahlung einer Wellenlänge von 250 nm und kürzer, umfassend folgende Verfahrensschritte:

1. Synthese von feinkörnigem Si0₂ mittels Flammenhydrolyse einer Siliciumverbindung

2. Herstellen eines Quarzglaskörpers durch Abscheiden und Verglasen des feinkörnigen Siliziumoxids auf einem Substrat unter Bildung eines synthetischem Quarzglaskörpers

3. Kühlung des Quarzglaskörpers von einer Haltetemperatur im Bereich nahe T_g von 1070°C bis 1150°C mit einer Abkühlrate im Bereich von 15K/h bis 50K/h auf eine Haltetemperatur T im Bereich von 750°C bis 1070°, bevorzugt 855°C bis 945°C, besonders bevorzugt 870°C bis 915°C

4. Halten der Haltetemperatur T während einer Haltezeit, welche größer gleich dem Dreifachen der über die Scherviskosität errechneten Relaxationszeit des Quarzglasmaterials liegt

5. Abkühlen auf eine vorgegebene Endtemperatur unterhalb von 700°C, vorzugsweise unterhalb von 400°C mit einer Abkühlrate entsprechend der jeweiligen Ofencharakteristik nach Ausschalten des Ofens.

Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Abkühlen auf eine vorgegebene Endtemperatur eine Wärmebehandlung bei Temperaturen kleiner 600°C, vorzugsweise kleiner 550°C erfolgt, bei welcher der Wasserstoffgehalt auf unterhalb von 5 x 10¹⁶ Moleküle/cm³ wird .

Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung unter Stickstoff- oder Luftatmosphäre durchgeführt wird .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Haltetemperatur T größer 80 h, vorzugsweise größer 120 h beträgt.

5. Optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis dk/dH kleiner 0,5 beträgt.

6. Optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass sein H₂-Gehalt kleiner 5 x 10¹⁶ Moleküle/cm³ beträgt.

7. Optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass seine Spannungsdoppelbrechung kleiner gleich 5nm/cm beträgt.

8. Optisches Element, hergestellt aus einem Quarzglaskörper nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass seine Brechzahlhomogenität kleiner 5 ppm bevorzugt kleiner 2ppm beträgt.

9. Optisches Element, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Optische Element eine optische Faser ist.

Verwendung eines optischen Elements nach Anspruch 5 bis Beleuchtungs- und Projektionsoptiken von Mikrolithographiegeräten.