专利名称：制造带有透明的由合成石英制成的内层的石英玻璃坩埚的方法
制造带有透明的由合成石英制成的内层的石英玻璃坩埚的方法本发明涉及制造带有透明的、由合成石英制成的内壁的石英玻璃坩埚的方法。石英玻璃坩埚主要用于容纳通过所谓直拉法实现的单晶特别是硅单晶的拉拔过程中产生的半导体熔体。此类石英玻璃坩埚的壁部一般由一个不透明的外层形成，该外层配置有一个透明的、尽可能无气泡的石英玻璃内层。透明的内层在拉拔过程中与熔体相接触并且处于较高的机械、化学和热学负载下。残留在内层中的气泡在温度和压力的作用下生长，并且最终可能破裂，由此碎片和杂质进入熔体内，于是造成了较低的无错位硅单晶产率。为了降低对熔体的蚀刻性侵蚀并随之尽量少地从坩埚壁释放杂质，该内层应尽量是均质的且少气泡。此外，在继续进行的半导体晶片微型化过程中对半导体晶体以及石英玻璃坩埚纯度的要求不断提高。
背景技术：
在DE 10 2008 030 310 B3中已知一种石英玻璃坩埚的制造方法，按照所述方法，在真空熔融模具中借助一个模具刮板形成了一个由机械固定的石英砂制成的层厚为大约12 mm的、旋转对称的坩埚形颗粒层，然后同样通过使用模具刮板在此颗粒层上再成型一个合成石英玻璃粉末的内颗粒层。合成石英玻璃粉末的粒径处于50 Mm 120 Mm的范围内。随后，该颗粒层由内向外通过在熔融模具内部空间中点燃的电弧来烧结。在不透明的坩埚预成型件上产生一个透明的内层。合成石英玻璃粉沫是通过，例如，把热解生产的SiO2粉末的悬浮液粒化来生产的。此时从松散的SiO2灰尘产出 悬浮液并通过湿法制粒将悬浮液加工为SiO2粒料颗粒。在干燥处理和纯化之后，通过在含氯气氛中加热来将这些颗粒烧结成致密的石英玻璃颗粒。在悬浮液的均质化和粒化过程中，悬浮液可能会和设备的壁部或研磨体高强度接触，这可能会导致杂质进入粒料中。US 3，741，796 Al中已知的用于制造完全由合成SiO2组成的坩埚的方法可以避免这个缺点。在其中，SiO2颗粒是通过火焰水解SiCl4制成的并借助多个氢氧燃烧器沉积在一个旋转的石墨芯模(Dorn)上面。在此氢氧燃烧器生成的火焰温度在1500°C的范围内，这个温度热致预致密化(Vorverdichten)SiO2灰料层,从而达到一个湿强度,该湿强度可以使坩埚形坯体在冷却后从芯模上取下来并且放入一个加热炉以便完全玻璃化。在一个单独的加热炉内烧结预致密化的坯体会导致额外的设备耗费，时间耗费和能量耗费，因此花费巨大和产量不高。JP 11-011956 A中所述的方法可以避免上述缺点，该方法也与开篇时所述的类别相符。其中建议，为了制造具有合成石英玻璃内壁的石英玻璃坩埚，提供一个石英玻璃的坩埚预成型件，该预成型件通过其指向下方的坩埚开口围绕一条旋转轴线旋转并且在其内侧上面借助于气相沉积而生成一个石英玻璃内层。为此使用一个氢氧燃烧器，向该燃烧器输送氧气、氢气和含硅的起始材料，并且燃烧器的火焰指向坩埚内部空间。在氢氧火焰的作用下，产生了 SiO2微粒，并且这些微粒在坩埚预成型件的内侧上沉积并同时借助氢氧火焰直接玻璃化成内层。抟术仵备
所产生的内层由高纯度的合成石英玻璃构成。然而，由于生产条件，内层的石英玻璃含有高含量的羟基，这造成了比较低的粘度。因此，常用的坩埚在晶体拉拔过程中无法长时间耐受高温。因此，本发明的基本目的是，提出一种低成本的石英玻璃坩埚制造方法，该坩埚具有一个透明、少气泡且纯净的石英玻璃内层而且其突出之处在于具有较长的使用寿命。发明介绍
按照本发明，该目的将通过一种包括下述方法步骤的方法实现:
(a)通过固定至少一个由SiO2颗粒形成的颗粒层的表面来生成一个具有一个内层的透气性坩埚基底，
(b)通过气相沉积在坩埚基底内侧的至少一个部分表面上沉积一个多孔的SiO2灰料层(21)，并且
(c)借助电弧和通过真空熔融模具的壁而作用的真空，对多孔的SiO2灰料层(21)和坩埚基底的至少一部分进行真空烧结，同时形成石英玻璃坩埚和透明石英玻璃内层。在真空熔融模具的内侧处生成一个坩埚形状的、通过固定而具有一定机械强度的SiO2微粒层，例如，石英砂或SiO2灰料颗粒层，并且该层总体上或至少在其自由表面的区域得到固定。这个固定的层在这里被称作“坩埚基底”。坩埚基底具有一个底部，该底部通过一个弯曲的过渡区域与一个圆筒形环绕的侧壁相连。底部、过渡区域和侧壁限定了坩埚内侧和坩埚内部空间。坩埚基底的机械强度可能很低。只需要将其内侧固定到以下的程度:在随后的方法步骤中，即在用以生成一个多孔SiO2灰料层的气相沉积中，SiO2灰料颗粒具有足够牢固的、在沉积过程不能被吹走的基底。但是，关键的是，这种固定不能使坩埚基底变得不透气。下面还会对此进行详细的解释。借助气相沉积在坩埚基底内侧上产生一个多孔的SiO2灰料层。在此，在反应区内通过水解或热解含硅的起始化合物形成SiO2微粒并且将其在形成多孔的SiO2灰料层的同时沉积在坩埚基底内侧上。灰料层覆盖整个内侧或其一部分，但至少覆盖该过渡区域。重要的是SiO2灰料层，除了一个可选存在的、致密的表层(下面还会对此进行详细的说明)，还具有开放的孔隙度。该孔隙度是通过以下方式获得:在沉积过程中，将灰料层的表面温度保持在一个较低的温度，从而防止将沉积的SiO2颗粒直接致密烧结。表面的温度可以例如通过反应区到表面的距离来调节。合适的表面温度，可以通过少量的试验确定。坩埚基底和灰料层的孔隙度一方面使得可以进行后处理，例如，层的干燥和掺杂剂的负载，而另一方面可以借助等离子火焰(在这里也被称作“电弧”)在一个真空熔融模具内进行真空辅助的烧结。这两项(真空辅助的烧结和电弧的使用)是可靠的和高效的方法措施，它们允许快速地、可重复地和低成本地制造坩埚。
但是，只有坩埚是多孔时才能使用这两种措施。因为在烧结灰料层时会发生明显的层体积减小，其中，可能容易封入气泡。因此，在借助电弧对灰料层执行无气泡致密烧结时,要求同时把气体从灰料层抽吸出，即，同时对灰料层的外壁施加真空。不需要用于烧结灰料层的玻璃化炉，这样消除了设备耗费和能源耗费。因为在真空辅助的烧结时不使用氢氧火焰，所以给内层负载羟基的缺点也随之消除。在烧结多孔的灰料层之后获得的内层是透明的和基本上没有气泡的。由于开始时坩埚基底的孔隙度，灰料层与坩埚基底啮合并熔合，从而排除了层离。如果真空烧结是在一个含水少的、理想情况下是无水的环境中进行，则获得一个相对较低的羟基含量，优选少于200重量ppm。为了固定SiO2颗粒层，可以对灰料层进行，例如，热致密化，例如，通过激光器(CO2激光器)或热燃烧器，例如，也像在沉积SiO2灰料层时一样，使用一个火焰水解燃烧器进行加热。但是，尤其优选，按照方法步骤(a)通过借助电弧进行热致密化来固定颗粒层。在此，通常在旋转的真空熔融模具的壁上生成一个颗粒层，随后借助电弧对其进行加热并热致密化成多孔的坩埚基底。可以使用廉价的、来自天然石英原料的石英颗粒来制造该坩埚基底。以这种方式，能够快速和廉价地制造坩埚基底。因为在按照方法步骤(C)进行真空辅助的烧结时也使用电弧，所以这种把颗粒层致密化成坩埚基底的方式和方法不需要在加热方法上进行系统更换。
替代于或附加于所述的热致密化，按照方法步骤(a)固定颗粒层包括机械压制颗粒层或在颗粒层上施用SiO2浆料。例如，在制造颗粒层时机械压制可以通过使用工具完成，例如，一个刮铲，如在颗粒层成形时同样使用的。借此可以在颗粒层的整个厚度上实现基本均匀的预致密化。使用SiO2浆料时，浆料内所含的细小的SiO2微粒会堵住颗粒层的孔隙，这样基本上是在表面附近进行致密化。多孔灰料层的中位密度优选是在石英玻璃密度的10%到35%的范围内，优选为石英玻璃密度的15%到30%的范围内。在此未掺杂的石英玻璃的密度基本为2.21 g/cm3。较低的灰料密度会使灰料层的无气泡式玻璃化作用更困难。这适用于小于15%的密度，尤其是在小于10%的密度下。如果密度特别高，超过30%，尤其是超过35%，这可能减弱后续的气相处理的效率，例如脱水处理，并且很容易导致不均质性，无论是在灰料层内部还是在从此产生的、玻璃化的层中。已经证明有用的是,按照方法步骤(b)的SiO2灰料层生产有处于5 mm至50 mm范围内的层厚度。当层厚小于5 mm时，烧结后出现一个薄的内层，该内层可以在坩埚的使用中被迅速去除。当层厚大于50 _时，难以玻璃化并且由于其隔热效果会延长加热时间。真空辅助的烧结可以细分为两个阶段。在初始阶段，在坩埚内部空间中生成一个足以烧结灰料层的高温。但是，通常不会施加或最多施加一个较小的负压，以避免来自熔融模具气氛的气体吸入多孔区域中。实际的烧结阶段是在灰料层上形成一个致密表层之后开始，所述表层减少了来自熔融模具气氛的气体的吸入。然后才把负压调节到烧结阶段的额定值。在这个工艺阶段施加的负压以下也被称作“全真空”。在这方面已经证实有益的是，灰料层在真空辅助的烧结之前具有一个厚度少于5mm、密度超过石英玻璃密度的50%的上灰料表层。预致密化的灰料表层作为阻止吸入来自熔融模具内部空间的气体的屏障起作用。此外，它还具有高的烧结活性，这可以使随后进行的致密烧结更容易，从而可以在早期施加全真空并加速位于其下的多孔区域的玻璃化。最上面的灰料表层不必完全致密。具有微弱透气性的灰料表层也可能会有帮助。致密化的灰料表层是在灰料沉积过程中产生或在真空辅助的烧结之前的一个单独的方法步骤中生成。可以使用激光器或电弧进行致密化。但是优选，在上灰料表层的区域中，借助一个灰料沉积燃烧器生成灰料层和进行预致密化。灰料沉积燃烧器生成一个燃烧器火焰形式的反应区，SiO2颗粒是在该反应区中形成。此外，可以使用如下的火焰压力:该火焰压力使在反应区内形成的SiO2灰料微粒朝着涂覆的坩埚基底内侧加速。为了能够按期望致密化上灰料表层，只是略微提高燃烧器的温度或缩小与灰料层上表面的距离，致使温度在灰料表面微弱提高，从而能够导致致密化直至一个完全玻璃化的层。在此不要求在燃烧器火焰内继续形成SiO2颗粒。在“真空辅助的烧结”时，通过熔融模具壁生成负压，该负压通过坩埚基底的多孔区穿入灰料层。在灰料层的自由内侧上形成一个致密表面层之前，熔融坩埚内的烧结气氛起着重要的作用，因为，在这之前气氛内所含的气体会进入灰料层和坩埚基底的多孔区。在一个优选的工艺方法中这种影响被阻止，在所述工艺方法中灰料层在真空辅助的烧结之前具有一个厚度低于0.5 mm的玻璃表层。玻璃表层是致密性的并且阻止把来自坩埚内部空间的气体吸入灰料层并且允许在其形成之后直接施加全真 空。在一个特别优选的方法中提出，SiO2灰料层经历一个干燥过程用以降低羟基含量，其中，在坩埚基底内部空间的内部对由一种干燥气体组成的气氛进行调节，该干燥气体被加热和通过多孔灰料层从内部空间向外部抽出。
降低羟基含量会导致内层的石英玻璃具有相对较高的黏度，这对石英玻璃坩埚的使用寿命产生有利的影响。干燥过程可在灰料层烧结之前或烧结过程中完成。干燥过程包括，例如，在高温下真空处理灰料层(^300 mbar ;温度范围优选从500°C至1000°C)或通过一种反应性干燥气体，例如，含卤的干燥气体，进行处理。但是，优选使用热干燥方法，在所述方法中使用惰性的干燥气体，这种气体被加热和通过多孔灰料层从内部空间向外部抽出。也可以在热的或仍然较热的灰料层内和坩埚基底内加热气体。被加热的惰性气体的温度优选至少为800°C。借此，内层的石英玻璃内的羟基含量可以调节到低于150重量ppm。优选，在一种贫氢的气氛下，例如氦气，烧结灰料层。通过氧气或氧化物与氢气反应可以阻止产生新的羟基，这样在内层的石英玻璃内即使没有热的或反应性的干燥也可以调节到微少的羟基含量，优选，少于200重量ppm。低于200重量ppm羟基含量会导致内层的石英玻璃具有足够高的黏度，从而使内层在高温下也能承受长的处理时间。氦气的突出之处是在石英玻璃中的高扩散速率。因此，在烧结灰料层时不产生填充有氦气的气泡，或者它们可以在烧结过程中再被消除。以这种方式同样可以得到特别少气泡的内层。如果是为了得到一个多孔的灰料层，原则上人们所熟悉的化学气相沉积法都适用于制造二氧化硅灰料层。优选，按照方法步骤(b)借助一种方法生成多孔的SiO2灰料层，在所述方法中坩埚基底可以围绕一个中轴线转动、并且具有一个底部区和一个与底部区连接的带有上边缘的环形侧壁区，并且按照方法步骤(b)借助一个沉积燃烧器在围绕中轴线转动的坩埚基底处沉积多孔的SiO2灰料层，方法是使坩埚基底从底部区开始按照一个螺旋形的运动路径沿侧壁区向上边缘运动。在此，通过使沉积燃烧器沿侧壁区向上边缘运动，在围绕中轴线转动的坩埚基底的内侧上从底部开始一个灰料层沉积。在此，沉积燃烧器沿侧壁区按照一个螺旋形的运动路径运动，其中，在一个唯一的通孔内以期望的厚度生成灰料层。〈以此方式生成的灰料层是均质的且基本上没有与沉积面平行延伸的共轴的分层(Schichtungen)，因此可以阻止灰料层的层离。如果想获得特别高的生产率，优选一种方法变体，在所述方法变体中，按照方法步骤(b)借助一个包括多个沉积燃烧器的燃烧器安排来沉积多孔的SiO2灰料层。通常，在交付之前要清洁石英玻璃坩埚的内侧。为此使用蚀刻工艺。然而，在本发明的方法中从一开始就提供了较高的表面品质，它并不要求任何蚀刻处理或至多需要强度较低的蚀刻处理。按照方法步骤(c)烧结后从内层蚀刻掉一个低于0.5 mm的层厚，所述层厚通常不是通过全真空下烧结生成的，因此含有气泡。
实施例 以下借助实施例和附图对本发明进行详细说明。在示意性图示中分别展示了:
图1 一种坩埚预成型件的制造方法，
图2 —种在坩埚预成型件的内侧上沉积灰料层的方法
图3 —种为了制造石英玻璃坩埚的真空辅助烧结灰料层和坩埚预成型件的方法，
图4 另一种制造坩埚预成型件的方法，
图5 另一种在坩埚预成型件的内侧上沉积灰料层的方法，以及 图6 另一种为了制造石英玻璃坩埚的真空辅助烧结灰料层和坩埚预成型件的方法。按照图1的熔融装置包括一个金属的真空熔融模具1，其内径为75 cm且高度为50 cm，可以围绕中轴线2转动。由石墨制成的、在熔融模具I内部可在所有空间方向上移动的一个阴极一个阳极(电极5)，如有向箭头7所示，伸入熔融模具I的内部空间3内。熔融模具I可借助一个真空装置抽真空并为此具有多个通孔8，通过这些通孔可以实现一个施加于熔融模具I外侧处朝向内部空间3中的真空。通孔8分别用一个由多孔石墨制成的塞子10封闭，该塞子阻止SiO2颗粒从内部空间3逸出。下面借助图1示例性地解释一个28英寸石英玻璃坩埚的坩埚预成型件的制造过程。由通过热氯化作用纯化的天然石英砂制成的、粒径为90 Mm至315 Mm的晶体颗粒被填入围绕其纵轴线2旋转的真空熔融模具I内。在离心力的作用下并且借助于模具刮板，在熔融模具I的内壁上由机械固定的石英砂成型一个旋转对称的、坩埚形的颗粒层4。颗粒层4的中位层厚度为大约15 _。颗粒层4在侧壁区中的高度相当于熔融模具的高度，SP，大约50 cm。为了热致密化SiO2颗粒层4，电极5被导入内部空间3并且在电极5之间点燃一个电弧6。在此电极5被置入图1中所示的侧面位置并加载微小的功率，以便在侧壁区中将颗粒层4固定至如下程度:使得生成颗粒的凝聚物，但是开放的孔隙度保持不变。为了在底部区中热致密化颗粒层4，在熔融模具I围绕纵轴线2旋转的情况下，电极5被置入一个中心位置并下降。
通过这种方法可以得到一个热固定的、但是仍然透气的坩埚预成型件20 (图2)，该坩埚预成型件形成了本发明意义上的一个坩埚基底。在致密化过程中，在内侧区9局部地发生完全的致密烧结，但是，只要坩埚预成型件20的透气性总体上能够得以保证则这是无害的。否则的话内侧9的致密烧结的表面区必须后续地清除掉，例如通过研磨或蚀刻。冷却之后，从熔融模具I取出坩埚预成型件20，其中，未烧结的石英玻璃颗粒的层床留在熔融模具I内。取出的坩埚预成型件20的外壳被磨掉。坩埚预成型件有一个底部区27，所述底部区通过一个弯曲的过渡区与一个圆柱形的侧壁28连接。坩埚预成型件20的壁总体上具有一个统一的厚度，为大约10 mm，并且是贯通式开孔的和透气的。随后，在坩埚预成型件20的内侧上沉积一个SiO2灰料层21，如图2示意性所示。为此，坩埚预成型件20是头朝下通过指向下方的坩埚开口安装在一个围绕旋转轴线23转动的支架22内。在本实施例中的旋转轴线23相对竖直方向倾斜的角度为30°C。通过常规火焰水解燃烧器24，在旋转的坩埚预成型件20的内侧上产生一个灰料层21,其中，向燃烧器输送氧气和氢气作为燃气以及八甲基环四娃氧烧(OMCTS)作为含娃的起始材料。为此，沉积燃烧器24从底部区27开始沿着侧壁28向上边缘26方向移动，如有向箭头25所示。其中，沉积燃烧器24沿着侧壁28描绘一个螺旋形的运动路径。热致密化的坩埚预成型件20在此为灰料层提供一个适当的、机械上牢固的基础。通过这种方式在坩埚预成型件20的内侧处生成一个厚度均匀的、平均厚度为大约10 mm的开孔SiO2灰料层21，所述灰料层基本上没有共轴的分层并且其密度为石英玻璃密度的25%。在沉积过程中，正在形成的灰料层21区域内的表面温度最大为1250°C。为了在一个薄的、大约为2 mm的表面层中实现提高大约(石英玻璃的密度的)80%的致密化，制成的灰料层21的表面在没有进行微粒沉积的情况下最后与沉积燃烧器24 —起被取出，其中，产生一个高出大约100°C的表面温度。随后，透气的坩埚预成型件20连同多孔的具有致密化表面层的灰料层21在一个真空辅助的烧结过程中玻璃化。烧结与制造坩埚预成型件20在同一个设备中完成，并且在图3中示意性展示。坩埚预成型件20连同在表面附近被致密化的灰料层21为此重新被放入熔融模具I内并且用石英玻璃颗粒重新把熔融模具内侧与坩埚预成型件20外侧之间的间隙完全填满。在围绕其纵轴线2旋转的熔融模具I内，电极5定位在灰料层21附近并且在电极5之间点燃一个电弧6。这些电极在此被施加了 600 kff (300 V, 2000 A)的功率，这样使得在熔融模具内部空间3中设定有高温气氛。通过这种方法在灰料层21上生成一个由致密的、但是含气泡的石英玻璃形成的、厚度为大约0.5 mm的表层， 这个区域内的更加致密的表面层对该表层有积极的影响。在形成致密的表层之后，通过底部区和下壁区内的通孔8施加一个全真空(100mbar绝对压力)，如有向箭头11所示。在真空辅助的玻璃化过程中，一个熔体前沿从内向外流动，经过整个灰料层21和坩埚预成型件20的一部分。在此，灰料层21玻璃化成一个透明的且高纯度的内层，没有形成明显的气泡(从薄的表层看)。一旦熔融前沿距熔融模具壁约4 cm，停止抽真空。借此，坩埚预成型件20的和剩余的颗粒层床的背面在底部区和侧壁区玻璃化成不透明的、含气泡的石英玻璃。在熔体前沿快要抵达熔融模具I的壁前不久时，玻璃化停止。随后，把在烧结时生成的气泡含量较高的表层从烧结的层清除。为此，通过氢氟酸蚀刻去除大约0.4 mm的层厚度。所制造的石英玻璃坩埚的内层具有一个3 mm的中位厚度。该内层平滑、少气泡且羟基含量为180重量ppm。它与之前的坩埚预成型件20是牢固连接的，所述坩埚预成型件形成石英玻璃坩埚一个透明的和一个不透明的外部区域。图4至图6中使用的参考数字与图1至图3中一致，借用这些数字描述该装置中相同的和等价的组成部分。在某种程度上可以参考图1至图3说明。图4中所示的熔融装置与图1中所示的装置相符。为了制造一个28英寸的石英玻璃坩埚的坩埚预成型件，在熔融模具I的内壁处借助模具刮板由晶体颗粒成型出一个厚度为大约15 mm的旋转对称的坩埚形颗粒层4并由此机械地固定，如上文借助图1所述。向颗粒层4的内侧9喷射由去离子水和SiO2微粒组成的悬浮液。SiO^j粒是合成制造的，基本上是具有双峰粒径分布的球形颗粒，其中，分布的第一最大值为大约0.5 Mffl且第二最大值为大约40 Mm。悬浮液中的固体含量为65重量百分比。球形SiO2微粒部分地填充颗粒层4的中间空间。这些微粒的作用与糨糊类似(kleisterjihnliche),在一个厚度为3 mm至5 mm的表面区44内会导致对颗粒层4的某种程度的致密化和固定，但是其中，所得到的坩埚预成型件40的透气性保持不变。因此，这种坩埚预成型件是在本发明意义上的一种具有机械地固定的表面区44的多孔坩埚基底。随后，在坩埚预成型件40的内侧上沉积SiO2灰料层41，如图5示意性所示。在此，坩埚预成型件40留在熔融模具I内，熔融`模具在沉积过程中围绕其旋转轴线2转动。通过常规火焰水解燃烧器24，在旋转的坩埚预成型件40的内侧9产生一个灰料层41，其中，向燃烧器输送氧气和氢气作为燃气以及八甲基环四娃氧烧(OMCTS)作为含娃的起始材料。为此，借助沉积燃烧器24从底部区开始沉积灰料层41，方法是将沉积燃烧器24沿着侧壁28向上边缘26方向移动，如有向箭头25所示。其中，沉积燃烧器器24沿着侧壁描绘一个螺旋形的运动路径。热致密化的表面区44在此为灰料层41提供一个适当的、机械上牢固的基础。在沉积过程中，正在形成的灰料层41区域内的表面温度最大为1250°C。以此方式在坩埚预成型件40的内侧9处生成一个平均厚度为大约10 mm、厚度均匀、开孔的SiO2灰料层41，该层没有分层并且密度为石英玻璃密度的25%。随后，在同一个熔融模具I内烧结内部涂覆的坩埚预成型件40，如图6中示意性所示。事先干燥坩埚预成型件40以及灰料层41。为此，通过导入氦气并在电极5之间点燃一个电弧6,在熔融模具的内部空间3内生成一个由氦气形成的高温气氛,这样熔融模具的内部空间的温度就会升高到大约800°C。随后，通过底部区和下壁区内的通孔8施加真空，使热的氦气通过坩埚预成型件40被从熔融模具的内部空间抽走，以便交换包含在颗粒层4的中间空间内的气体。抽吸关闭后，给电极短时间地加载一个600 kff (300 V, 2000 A)的功率，这样造成
在熔融模具的内部空间3内温度继续升高，由此在灰料层41上形成一个由致密的但是含气泡的石英玻璃形成的、厚度为大约0.5 mm的表层。在形成致密的表层之后，施加一个全真空(100 mbar绝对压力)，如有向箭头11所示。在真空辅助的玻璃化过程中，一个熔体前沿从内向外运动，经过整个灰料层41和坩埚预成型件40的一部分。在此，灰料层41玻璃化成一个透明的且高纯度的内层，没有形成明显的气泡(除了薄的表层)。一旦熔融前沿距熔融模具壁约4 cm，就停止抽真空。借此，坩埚预成型件40的和剩余的颗粒层床的背面在底部区和下侧壁区中玻璃化成一个不透明的、含气泡的石英玻璃。在熔体前沿抵达熔融模具I的壁前不久，玻璃化停止。随后，把在烧结时生成的气泡含量较高的表层从烧结层清除。为此，通过氢氟酸蚀刻去除大约0.4 mm的层厚。所制造的石英玻璃坩埚的内层具有一个3 _的中位厚度。该内层平滑、少气泡且羟基含量为130重量ppm。它与之前的坩埚预成型件40是牢固连接的，所述坩埚预成型件形成石英玻璃坩埚一 个透明的和一个不透明的外部区域。
权利要求
1.用于制造带有由合成制备的石英玻璃制成的透明内层的石英玻璃坩埚的方法，包括以下方法步骤: (a)通过至少固定一个由SiO2颗粒形成的颗粒层(4)的表面来生成一个具有一个内侧(9)的透气性坩埚基底(20 ;40)， (b)通过气相沉积在该坩埚基底(20；40)的内侧(9)的至少一个部分表面上沉积一个多孔的SiO2灰料层(21 ;41)，并且 (c)借助电弧(6)并在经真空熔融模具的壁进行作用的真空下，对该多孔的SiO2灰料层(21 ;41)和坩埚基底(20 ；40)的至少一部分进行真空辅助的烧结，形成该石英玻璃坩埚和该透明的石英玻璃内层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照方法步骤(a)通过热致密化，优选借助电弧(6)来固定该颗粒层(4)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，按照方法步骤(a)固定该颗粒层(4)包括机械压制该颗粒层(4)或在颗粒层(4)上施用SiO2浆料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据方法步骤(b)生成该多孔SiO2灰料层(21 ;41)，使其平均密度为石英玻璃密度的10%-35%，优选为石英玻璃密度的15%-30%。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据方法步骤(b)生成该SiO2灰料层(21 ；41),使其层厚度为5 mm至50 mm。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该灰料层(21;41)在真空辅助烧结之前具有一个厚度少于5 mm、密度超过石英玻璃密度的50%的上灰料表层。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，该灰料层(21)的生成和预致密化是借助一个灰料沉积燃烧器(24)在该上灰料表层区域中进行的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该灰料层(21;41)在真空辅助烧结之前具有一个厚度低于0.5 mm的玻璃表层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该SiO2灰料层(21)经历一个干燥过程用以降低羟基含量，其中，在一个坩埚基底内部空间(3)的内部设定一种干燥气体气氛，并且该干燥气体被加热并通过该多孔灰料层(41)从内部空间向外部抽出。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，该内层的石英玻璃内的中位羟基含量被调节到低于150重量ppm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该坩埚基底(20)能够围绕一条中轴线(2)转动、并且具有一个底部区和一个与该底部区相连接的带有上边缘的环形侧壁区，并且按照方法步骤(b)借助一个沉积燃烧器(24)在围绕该中轴线(2)转动的坩埚基底(20)处沉积该多孔的SiO2灰料层(21)，其方式为使该坩埚基底从该底部区开始按照一个螺旋形的运动路径沿该侧壁区向该上边缘方向运动。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，按照方法步骤(b)借助一种包括多个沉积燃烧器的燃烧器安排来沉积该多孔的SiO2灰料层(21)。
全文摘要
本发明的基本目的是，提出一种低成本的石英玻璃坩埚制造方法，该坩埚具有透明的合成石英玻璃组成的一个内层而且其特殊之处在于较长的使用寿命。按照本发明，该目的通过一种包括下述方法步骤的方法实现(a)通过至少固定一个由SiO2颗粒形成的颗粒层的表面来生成一个具有一个内层的透气性坩埚基底，(b)通过气相沉积在坩埚基底的内侧的至少一个部分表面上沉积一个多孔的SiO2灰料层，以及(c)借助电弧并在经真空熔融模具的壁进行作用的真空下，对多孔的SiO2灰料层和坩埚基底的至少一部分进行真空辅助烧结，同时形成石英玻璃坩埚和透明石英玻璃内层。
文档编号C03B19/09GK103118995SQ201180045176
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月21日
发明者A.霍夫曼, M.许纳曼 申请人:赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司