Technologiekompetenz

Der Einsatz von zunehmend leistungsstärkeren Lasern führt zu immer höheren Anforderungen an die Optiken. Neben den bekannten Anforderungen an die optische Homogenität und Spannungsdoppelbrechung gewinnt blasen- und einschlussfreies Quarzglas immer mehr an Bedeutung. Defektgrößen bis hin zu 10µm Durchmesser spielen dabei eine wesentliche Rolle im Schädigungs- verhalten. Die durch den Defekt hervorgerufene Wellen- frontverzerrung kann zu lokalen Feldspitzen führen. Die daraus dem Glas lokal zugeführte Energie liegt über der Zerstörschwelle des Quarzglases.

Heraeus Quarzglas hat daher ein Gerät entwickelt, das die Detektion solcher Defekte bis zu 10µm Durchmesser ermöglicht. Damit ist Heraeus Quarzglas in der Lage, nicht nur sein einschlussfreies Quarzglas sondern jedes Quarzglas auf den Blasen- und Einschlussgehalt hin zu zertifizieren. Die nebenstehende Abbildung zeigt das Gerät im Einsatz.

Der zunehmende Einsatz von leistungsstärkeren Lasern unter anderem in der Materialbearbeitung stellt an die Optiken immer größere Herausforderungen. Gerade im infraroten Wellenlängenbreich spielt dabei die Absorption durch „Wasser“, d.h. OH-Gruppen, im Glas eine sehr wichtige Rolle. Moderne Lasersysteme, die z.B. im Wellenlängenbereich um 1064nm arbeiten, erfordern bei zunehmenden Laserleistungen den Einsatz von Optiken, die eine sehr geringe Absorption besitzen. Denn die Absorption führt zur Erwärmung. Die Erwärmung führt wiederum zur Änderung des Brechungsindex, was die Bildung einer thermischen Linse zur Folge hat. Die thermische Linse ist der Grund für eine Defokussierung, die um so stärker wird, je wärmer die Optik wird.

Heraeus Quarzglas hat daher eine nahezu OH-freie Synthetik für Optiken mit extrem niedriger Absorption entwickelt, die ideal für diesen Einsatz geeignet ist. Absorptionswerte, die typischerweise bei 0,3ppm/cm liegen, wurden in Spezial- laboren gemessen.

In der Mikrolithografie, bei der über verschiedene Fotomasken die bis zu 45 Nanometer (ein Nanometer entspricht dem Millionstel eines Millimeters) kleinen Strukturen der hochkomplexen integrierten Schaltungen auf den Silizium-Wafer projiziert werden, bilden Linsen- systeme aus blasenfreiem, optisch höchst homogenem Quarzglas die winzigen Chip-Strukturen ab. Die Speicher- dichte und Leistung von Mikrochips verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Entsprechend werden immer neue Generationen von Objektiven benötigt, die immer feinere Strukturen abbilden können. Mit dieser Entwicklung müssen auch die synthetischen Quarzgläser mithalten. Mit Suprasil 501 haben Dr. Stephan Thomas und sein Team von der Heraeus Quarzglas GmbH eine besonders langzeit- stabile Quarzglas-Generation entwickelt. In seinem Leben als Linsenmaterial in Stepperoptiken muss Quarzglas beispielsweise den Beschuss von über 200 Milliarden Laserpulsen unbeschadet überstehen und darf dabei nur geringste Abweichungen im Brechungsindex oder Transmissionsverluste aufzeigen.

Diese Anforderungen erfüllt Suprasil 501. Das liegt daran, dass im Glas vorhandene Wasserstoffmoleküle laser- induzierte Defektzentren wieder ausheilen können, die ansonsten eine Verschlechterung der hervorragenden optischen Eigenschaften verursachen würden.