DE112011101800B4

DE112011101800B4 - Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels

Info

Publication number: DE112011101800B4
Application number: DE112011101800.2T
Authority: DE
Inventors: Walter Lehmann; Thomas Kayser
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: DE112011101800A5; WO2011147860A1; DE102010021694A1; JP5639264B2; CN102906037A; CN102906037B; JP2013527113A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels zum Ziehen von Einkristallen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: (a) Bereitstellen einer Vakuum-Schmelzform (1; 21; 31) mit einer Wandung, die eine Innenseite, eine Außenseite und durchgehende Löcher (6; 7) zwischen Außenseite und Innenseite aufweist, (b) Ausformen einer tiegelförmigen, porösen Körnungsschicht (12) aus SiO2-Körnung auf der Innenseite der Vakuum-Schmelzform (1; 21; 31), wobei die Körnungsschicht (12) einen Bodenbereich (8) und einen Seitenwandbereich (9; 10) hat, (c) Ausbilden einer Hautschicht (14) aus blasenarmem Quarzglas auf mindestens einem Teil der porösen Körnungsschicht (12), (d) Entfernen gasförmiger Komponenten aus dem mindestens einem Teil der an die Hautschicht (14) angrenzenden Körnungsschicht (12), indem ein Unterdruck über die Außenseite der Schmelzform-Wandung (1; 21; 31) angelegt wird, (e) Verglasen der porösen Körnungsschicht (12) unter Bildung des Quarzglastiegels (40) mit einer Tiegelhöhe H, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen ringförmigen Bereich (10) der Körnungsschicht (12), der sich an den unteren Bereich (9) anschließend bis zur vollen Höhe H erstreckt, beim Verglasen unterhalb der Hautschicht (14) und an diese angrenzend eine Blasenzone (41) erzeugt wird, die gasgefüllte Blasen mit einem spezifischen Blasenvolumen enthält, das mindestens doppelt so groß ist wie das spezifische Volumen gasgefüllter Blasen im blasenarmen Quarzglas, indem der Unterdruck in einem unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) angelegt wird, der sich vom Bodenbereich (8) bis maximal dem 0,8-fachen der Tiegelhöhe H erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels zum Ziehen von Einkristallen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Bereitstellen einer Vakuum-Schmelzform mit einer Wandung, die eine Innenseite, eine Außenseite und durchgehende Löcher zwischen Außenseite und Innenseite aufweist,
(b) Ausformen einer tiegelförmigen, porösen Körnungsschicht aus SiO₂-Körnung auf der Innenseite der Vakuum-Schmelzform, wobei die Körnungsschicht einen Bodenbereich und einen Seitenwandbereich hat,
(c) Ausbilden einer Hautschicht aus blasenarmem Quarzglas auf mindestens einem Teil der porösen Körnungsschicht,
(d) Entfernen gasförmiger Komponenten aus mindestens einem Teil der an die Hautschicht angrenzenden Körnungsschicht, indem ein Unterdruck über die Außenseite der Schmelzform-Wandung angelegt wird,
(e) Verglasen der porösen Körnungsschicht unter Bildung des Quarzglastiegels mit einer Tiegelhöhe H.

Stand der Technik
Quarzglastiegel werden zur Aufnahme einer Siliziumschmelze beim Ziehen von Siliziumeinkristallen nach dem so genannten Czochralski-Verfahren eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird polykristallines, metallisches Silizium im Quarzglastiegel erschmolzen und ein Impfkristall aus Siliziumeinkristall von oben an die Schmelzoberfläche herangeführt, so dass sich Schmelz-Meniskus zwischen Kristall und Schmelze ausbildet. Der Einkristall wird langsam unter Rotation des Tiegels nach oben abgezogen, wobei der Siliziumeinkristall am Impfkristall anwächst. Dieser Vorgang wird im Folgenden als „Ansetzprozess” oder kurz als „Ansetzen” bezeichnet.
Die Quarzglastiegel sind üblicherweise mit einer transparenten Innenschicht auf einer Poren enthaltenden, opaken Außenschicht ausgeführt. Die transparente Innenschicht steht beim Kristallziehprozess im Kontakt zur Siliziumschmelze und unterliegt hohen mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen. Um den korrosiven Angriff der Siliziumschmelze zu verringern und damit einhergehend die Freisetzung von Verunreinigungen aus der Tiegelwandung zu minimieren, ist die Innenschicht möglichst homogen und blasenarm.
Zur Verbesserung der Blasenfreiheit sind Tiegelherstellungsverfahren mit vakuumunterstützter Ausbildung der Innenschicht bekannt. Dabei wird eine Vakuum-Schmelzform eingesetzt, deren Wandung durchgehende Löcher aufweist, die also porös ist oder die mit einer Vielzahl durchgehender Bohrungen versehen ist, so dass bei Anlegen eines Unterdrucks an der Schmelzformaußenseite Gase aus der SiO₂-Körnungsschicht nach außen abgezogen werden können.
Ein derartiges Vakuum-Herstellungsverfahren ist aus der nicht vorveröffentlichten EP 2 236 469 A1 bekannt. Darin ist ein Quarzglastiegel mit blasenfreier Innenschicht unbestimmter Dicke und blasenhaltiger Außenschicht beschrieben. Blasengehalt und Blasengröße der Außenschicht nehmen vom Bodenbereich des Tiegels über die Seitenwand nach oben zu. Der Übergang zwischen hochblasenhaltigem Bereich und niedrigblasenhaltigem Bereich ist nicht exakt definiert, wobei das Ausführungsbeispiel schematisch eine Teilung in etwa der Tiegelmitte zeigt. Die Herstellung der blasenfreien Innenschicht erfolgt durch Anlegen eines Vakuums. Für die Erzeugung der unterschiedlichen Blasengehalte wird der Einsatz unterschiedlicher Quarzglaskörnungen als Einsatzmaterial vorgeschlagen. Durch den höheren Blasengehalt des oberen Wandungsabschnitts wird dessen Gewicht verringert, so dass sich eine geringere Verformung des Quarzglastiegels beim bestimmungsgemäßen Einsatz ergibt.
Ein Vakuum-Herstellungsverfahren gemäß der eingangs genannten Gattung ist aus der DE 10 2008 030 310 B3 bekannt. Hierbei wird an der Schmelzform-Innenwandung zunächst eine Außenkörnungsschicht aus relativ grobkörniger Quarzkörnung erzeugt. Auf dieser wird eine weitere SiO₂-Körnungsschicht aus feinteiligem, synthetisch erzeugtem SiO₂-Pulver aufgebracht. Die Körnungsschichten werden anschließend unter der Einwirkung eines Lichtbogens von der Innenwandung aus erhitzt und dabei die SiO₂-Körnungsschichten zu dem Quarzglastiegel mit opaker Außenschicht und transparenter Innenschicht gesintert. Die feinteilige Körnung wirkt dabei als mechanische Sperrschicht, indem sie beim Anlegen des Vakuums an der Schmelzform-Außenwandung das Einsaugen von Atmosphäre aus dem Schmelztiegel-Innenraum behindert, so dass sich schnell und ohne lokale Inhomogenitäten eine dichte, glasige Versiegelungsschicht bildet, die das rasche Anlegen eines stärkeren Vakuums ermöglicht.
Die Innenschicht aus synthetischem erzeugtem Quarzglas gewährleistet eine geringe Konzentration an Verunreinigungen im schmelznahen Bereich und wirkt sich insoweit günstig auf die Ausbeute an reinem und versetzungsfreiem Siliziumeinkristall aus. Es hat sich aber gezeigt, dass Tiegel mit einer Innenschicht aus synthetischem Quarzglas im Vergleich zu Quarzglastiegeln, die aus natürlich vorkommendem Quarzsand hergestellt sind, eher dazu neigen, Oszillationen der Schmelzoberfläche zu bewirken. Derartige Oszillationen können beispielsweise durch die Rotation von Schmelze und Impfkristall oder durch das Eintauchen des Impfkristalls verursacht oder verstärkt werden. Sie machen sich insbesondere beim Ansetzprozess nachteilig bemerkbar, indem sie die Nukleation erschweren, hinauszögern oder sogar verhindern. Dies verringert die Produktivität und kann soweit gehen, dass die Standzeit des Quarzglastiegels bereits beim Ansetzprozess überschritten wird, oder dass Versetzungen im Einkristall erzeugt werden, die ein Wiederaufschmelzen des erstarrten Siliziums erforderlich machen.
Um Oszillationen der Schmelzoberfläche zu vermindern, wird in der EP 1 532 297 A1 ein Quarzglastiegel vorgeschlagen, der eine transparente Innenschicht aus synthetischem Quarzglas aufweist, die jedoch in einer Höhe des Schmelzspiegels zu Beginn des Kristallziehprozesses von einer transparenten Blasenzone aus natürlich vorkommendem Quarzglas unterbrochen ist. Diese Blasenzone erstreckt sich in einem Bereich von mindestens 0,5 × H bis 0,8 × H, wobei H die Tiegelhöhe zwischen der Unterseite des Bodens und der Seitenwand-Oberkante repräsentiert.
Der umlaufende Seitenwandbereich des Quarzglastiegels, der zu Beginn des Kristallziehprozesses in der Höhe des Schmelzspiegels liegt, wird im Folgenden auch als „Ansetzzone” bezeichnet.
Bei einem anderen, zur Verminderung von Oszillationen der Schmelzoberfläche beitragenden Schmelztiegel gemäß der EP 1 045 046 A1 ist vorgesehen, dass die Innenwandung im Bereich der Ansetzzone als umlaufende Ringfläche mit einer Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet ist. Ein ähnlicher Quarzglastiegel ist auch aus der JP 2004-250304 A bekannt. Hier ist zur Unterdrückung von Vibrationen der Siliziumschmelze eine umlaufende Ringfläche vorgesehen, in der Blasen mit einem Volumenanteil von 0,01 bis 0,2% enthalten sind.
Die so aufgeraute Oberfläche um den Bereich der Ansetzzone kann zur Siliziumschmelze alle möglichen Kontaktwinkel einnehmen, was ein phasengleiches Benetzen oder Nichtbenetzen der Quarzglasoberfläche verhindert und so dem Entstehen von Vibrationen entgegenwirkt. Andererseits können sich, beispielsweise bei Reinigungsmaßnahmen, beim Transport oder bei der Handhabung des Quarzglastiegels, Verunreinigungen im aufgerauten Bereich ansammeln, die beim Kristallziehprozess in die Siliziumschmelze freigesetzt werden.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die reproduzierbare Herstellung eines Quarzglastiegels anzugeben, das den Ansetzprozess erleichtert und bei dem die Gefahr des Eintrags von Verunreinigungen in die Siliziumschmelze gering ist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem oberen Bereich der Körnungsschicht, der sich an den unteren Bereich anschließend bis zur vollen Höhe H erstreckt, beim Verglasen unterhalb der Hautschicht und an diese angrenzend eine Blasenzone erzeugt wird, die gasgefüllte Blasen mit einem spezifischen Blasenvolumen enthält, das mindestens doppelt so groß ist wie das spezifische Volumen gasgefüllter Blasen im blasenarmen Quarzglas, indem der Unterdruck in einem unteren Bereich der Körnungsschicht angelegt wird, der sich vom Bodenbereich bis maximal dem 0,8-fachen der Tiegelhöhe H erstreckt.
Es wird eine umlaufende, blasenhaltige Zone (hier auch als „Blasenzone” bezeichnet) in der Seitenwand des Quarzglastiegels erzeugt, die in der Höhe der Schmelzoberfläche zu Beginn des Einkristall-Ziehprozesses liegt – also im Bereich der Ansetzzone. Im Unterschied zum Stand der Technik ist die blasenhaltige Zone von einer – vorzugsweise dünnen – Hautschicht aus dichtem Quarzglas bedeckt.
Die Hautschicht wird entweder erzeugt, indem die Körnungsschicht in der Schmelzform einer Hochtemperaturatmosphäre ausgesetzt und dabei oberflächlich verglast wird, oder indem auf der Körnungsschicht eine dünne glasige, dichte Schicht abgeschieden wird. Im einfachsten Fall bedeckt die Hautschicht die gesamte Innenwandung der Körnungsschicht.
Die Hautschicht verhindert, dass sich beispielsweise bei Reinigungs- oder Weiterbehandlungsschritten des Tiegels, beim Transport oder beim Einbau in die Kristallzieheinrichtung, Verunreinigungen in rauen Oberflächenbereichen festsetzen können. Die Hautschicht ist mindestens im Bereich der Ansetzzone so dünn, dass sie beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Quarzglastiegels innerhalb kurzer Zeit durch den korrosiven Angriff der Siliziumschmelze aufgelöst wird, so dass dann die daran unmittelbar angrenzende blasenhaltige Zone der Seitenwand mit der Oberfläche der Siliziumschmelze in direkten Kontakt kommt.
Nach dem Freilegen zeigt die Blasenzone die in Bezug auf die Verminderung von Oszillationen der Siliziumschmelze erwartete Wirkung. Die Blasenzone dient als aufgerauter Oberflächenbereich, der mit der Schmelze alle möglichen Kontaktwinkel einnehmen kann und so Oszillationen minimiert.
Die Blasenzone erstreckt sich oberhalb und unterhalb der Ansetzzone. Das heißt, sie liegt in einer Höhe der Quarzglastiegel-Seitenwand, die der Schmelzspiegelhöhe zu Beginn des Kristallziehprozesses entspricht. Diese Höhe ist vor Beginn des Ziehprozesses aufgrund des Innenvolumens des Quarzglastiegels und dem Füllvolumen an Siliziumschmelze bekannt.
Das spezifische Blasengehalt (Blasenvolumen/cm³) ist in der Blasenzone mindestens doppelt so groß wie im blasenarmen Quarzglas, wie es beispielsweise in der Hautschicht vorliegt. Blasenzone und blasenarmes Quarzglas grenzen in der Regel nicht unmittelbar aneinander, sondern es gibt einen fließenden Übergang. In jedem Fall liegt der untere Rand der Blasenzone im Bereich der Tiegelseitenwand, also oberhalb des Bodens. Dieser obere, blasenhaltige Teilbereich wird hier auch als „oberer Bereich” der Seitenwand (beziehungsweise der Körnungsschicht) bezeichnet, und der untere Teilbereich als „unterer Bereich” der Seitenwand (beziehungsweise der Körnungsschicht).
Die Blasenzone erstreckt sich von ihrem unteren Ende ausgehend entweder über die gesamte restliche obere Fläche der Seitenwand oder nur über einen Teil davon. Die Stärke der Blasenzone – in radialer Richtung gesehen – entspricht entweder der Wandstärke des Quarzglastiegels in diesem Bereich (abzüglich der Hautzone) oder einem Teil davon. Als Tiegelhöhe H wird – wie auch sonst üblich – der Abstand zwischen der Unterseite des Tiegelbodens und der Seitenwand-Oberkante definiert.
Da die Blasenzone mit Gas gefüllte Blasen aufweist, können diese beim Aufheizen des Quarzglastiegels nicht verschwinden.
Die Erzeugung der anfänglich von der Hautschicht überdeckten Blasenzone beruht auf einer inhomogenen Verteilung der Absaugung über der Tiegelwandung beim Verglasungsprozess. Dabei wird der Unterdruck ausschließlich oder überwiegend in einem unteren Bereich der Körnungsschicht angelegt, der dadurch definiert ist, dass er sich vom Bodenbereich bis maximal dem 0,8-fachen der Tiegelhöhe H erstreckt.
Ergänzend dazu sind mehrere Methoden zur Herstellung der Blasenzone geeignet.
Bei einer ersten bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die gasgefüllten Blasen im oberen Bereich der Körnungsschicht dadurch erzeugt werden, dass dem oberen Bereich beim oder vor dem Verglasen der Körnungsschicht ein Gas zugeführt wird oder indem ein Zufluss von Gas in den oberen Bereich ermöglicht wird.
Dem oberen Bereich der Körnungsschicht wird ein Gas zugeführt, wohingegen im unteren Bereich vorhandene Gase infolge der Unterdruckbehandlung abgezogen werden. Die Gaszufuhr im oberen Bereich der Körnungsschicht erhöht den Gasgehalt in diesem Bereich, so dass beim gleichzeitigen oder anschließenden Verglasen dieses Bereiches gasgefüllte Blasen unterhalb der Hautschicht erzeugt und eingeschlossen werden. Geeignete Gase für die Gaszufuhr sind beispielsweise um Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Gemische dieser Gase oder Luft.
Um eine andauernde Gaszufuhr zu gewährleisten, werden Vorkehrungen getroffen, die während des Verglasens ein Dichtsintern des oberen Randes der Körnungsschicht verhindern.
Alternativ dazu wird das Gas nicht aktiv zugeführt, sondern es werden ebenfalls Vorkehrungen ergriffen, die während des Verglasens ein Dichtsintern des oberen Randes der Körnungsschicht verhindern und so den weiteren Zufluss von Gas in diesen Bereich ermöglichen.
Denn beim Verglasen der Körnungsschicht durch Erzeugen einer Hochtemperatur-Atmosphäre von der Schmelzform-Innenseite aus sintern in der Regel die freien Oberflächenbereiche der Körnungsschicht schnell dicht, was die weitere Gaszufuhr verhindert. Dies gilt insbesondere für den oberen Rand der Körnungsschicht. Um dennoch beim Verglasen eine fortlaufende, passive oder aktive Gaszufuhr in den oberen Bereich der Körnungsschicht zu gewährleisten, erfolgt die Gaszufuhr in die der Hochtemperatur-Atmosphäre abgewandte „Rückseite” der Körnungsschicht, und zwar über einen gasdurchlässigen Wandungsabschnitt der Schmelzform.
Dabei wird das Gas der Körnungsschicht vorzugsweise durch einen an den oberen Bereich der Körnungsschicht angrenzenden, gasdurchlässigen Wandungsabschnitt der Vakuum-Schmelzform zugeführt.
Die Gasdurchlässigkeit kann vorteilhaft durch Bohrungen in der Schmelzform-Wandung bewirkt werden, die an der Körnungsschicht enden oder durch einen Ring aus porösem Werkstoff wie etwa aus porösem Grafit, der im oberen Bereich der Körnungsschicht angeordnet ist und der Bestandteil der Schmelzform ist.
Ergänzend dazu hat es sich bewährt, wenn zwischen dem oberen und dem unteren Bereich der Körnungsschicht eine Körnungssperrschicht vorgesehen ist, die eine Gasströmung vom oberen in den unteren Bereich behindert.
Dem oberen Bereichs der Körnungsschicht wird kontinuierlich beim Verglasen oder einmalig vor oder beim Verglasen Gas zugeführt. Besonders geeignet sind Gase und Gasgemische, die in Quarzglas langsam diffundieren, insbesondere Stickstoff, Argon, Sauerstoff oder Luft. Die Körnungssperrschicht erhöht den Strömungswiderstand, um ein Abströmen von Gas aus dem oberen Bereich in den der Absaugung unterliegenden unteren Bereich der Körnungsschicht zu begrenzen.
Die Körnungssperrschicht ist dabei vorzugsweise als ringförmige Zwischenlage innerhalb der Körnungsschicht aus SiO₂-Pulver ausgeführt, das eine höhere Schüttdichte als die übrige SiO₂-Körnung der Körnungsschicht aufweist.
Die Körnungssperrschicht bildet dabei eine geschlossene Pulverschicht zwischen dem oberen und den unteren Bereich der Körnungsschicht. Die aus Teilchen mit einer vergleichsweise höheren Schüttdichte bestehende Pulverschicht setzt der Gasströmung einen höheren Strömungswiderstand als gröbere Körnung entgegen. Das Abfließen von Gas aus dem oberen Bereich der Körnungsschicht infolge der im unteren Bereich wirkenden Absaugung wird so verringert.
Bei einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die gasgefüllten Blasen im oberen Bereich der Körnungsschicht dadurch erzeugt werden, dass im unteren Bereich der Körnungsschicht vorhandenes Gas durch Helium ausgetauscht wird, und dass dieser Gasaustausch im oberen Bereich der Körnungsschicht behindert wird.
Bei dieser Verfahrensvariante wird ein Unterschied zwischen den Blasigkeiten vom unteren Bereich der Seitenwand und oberen Bereich der Seitenwand erzeugt, indem nur oder überwiegend im unteren Bereich der Körnungsschicht vorhandene Gase durch Helium ausgetauscht werden. Heliumatome haben eine geringe Größe und können in Quarzglas vergleichsweise schnell diffundieren, was der Entstehung gasgefüllter Poren in Quarzglas entgegenwirkt.
Vorkehrungen, die einen Gasaustausch im oberen Bereich der Körnungsschicht verhindern oder verhindern oder vermindern bestehen vorzugsweise darin, dass Helium dem Bodenbereich der Körnungsschicht zugeführt wird und gleichzeitig infolge des im unteren Bereichs der Körnungsschicht anliegenden Unterdrucks über die Wandung der Schmelzform abgesaugt wird, und zwar vor Erreichen des oberen Bereichs der Körnungsschicht.
Auf diese Weise wird der Gasaustausch nur oder überwiegend im unteren Bereich der Körnungsschicht bewirkt und im oberen Bereich der Körnungsschicht vermieden. Beim Verglasen sintert der untere, mit Helium beladene oder evakuierte Bereich der Körnungsschicht zu blasenarmem oder blasenfreiem Quarzglas, wohingegen im oberen Bereich gasgefüllte Blasen verbleiben.
Die Hautschicht ist einerseits so dick ausgebildet, dass sie bei Handling und Transport des Quarzglastiegels nicht einfach abgerieben wird, jedoch andererseits so dünn, so dass sie in einem möglichst frühen Stadium des Einschmelzprozesses bereits vollständig abgetragen ist. Im Hinblick hierauf hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine Hautschicht erzeugt wird, die im oberen Bereich der Körnungsschicht eine Dicke im Bereich von 50 μm bis 800 μm aufweist.
Es hat sich bewährt, wenn der Unterdruck in einem unteren Bereich der Körnungsschicht angelegt wird, der sich vom Bodenbereich bis einer Höhe erstreckt, die mindestens 0,2 × H, vorzugsweise mindestens 0,4 × H, beträgt.
Bei Anlegen eines Unterdrucks in diesem Bereich wird mindestens im Boden und in der Tiegelseitenwand in einer Höhe bis 0,2 × der Tiegelhöhe H, vorzugsweise bis 0,4 × H, ein vergleichsweise blasenarmes Quarzglas erhalten. Nach oben hin schließt sich entweder direkt die Blasenzone oder ein Übergangsbereich zur Blasenzone an.
Die Breite der Blasenzone unterhalb des Schmelzspiegels ist vorteilhafterweise so schmal wie möglich und so breit wie nötig. Da die Höhe der Ansetzzone im fertigen Quarzglastiegel in der Regel vorab bekannt ist, kann die Blasenzone auf diesen Höhenbereich des Quarzglastiegels begrenzt werden.
Im Hinblick hierauf ist es vorteilhaft, wenn dem Seitenwandbereich eine fiktive Ansetzzone in einer Höhe zwischen 0,5 × H bis 0,95 × H zugeordnet wird, wobei die Blasenzone nicht mehr als 10 cm, vorzugsweise nicht mehr als 5 cm, unterhalb diese Ansetzzone reicht.
Beim erfindungsgemäß hergestellten Quarzglastiegel bedeckt eine dünne Hautschicht aus dichtem Quarzglas eine umlaufende, blasenhaltige Zone in der Wandung des Quarzglastiegels, die in der Höhe der Schmelzoberfläche zu Beginn des Einkristall-Ziehprozesses liegt, also im Bereich der Ansetzzone.
Die Hautschicht verhindert, dass sich Verunreinigungen, beispielsweise bei Reinigungs- oder Weiterbehandlungsschritten des Tiegels, beim Transport oder beim Einbau in die Kristallzieheinrichtung, in den Blasen ansammeln können.
Sie ist so dünn, dass sie beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Quarzglastiegels innerhalb kurzer Zeit durch den korrosiven Angriff der Siliziumschmelze aufgelöst wird, so dass dann die daran unmittelbar angrenzende blasenhaltige Zone der Seitenwandung mit der Oberfläche der Siliziumschmelze in direkten Kontakt kommt. Nach dem Freilegen dient die Blasenzone” somit als aufgerauter Oberflächenbereich, der mit der Schmelze alle möglichen Kontaktwinkel einnehmen kann und so Oszillationen minimiert. Das spezifische Blasenvolumen in der Blasenzone ist mindestens doppelt so groß wie im blasenarmen Quarzglas der Hautschicht. In Bezug auf den Blasengehalt unterscheiden sich Hautschicht und blasenarmes Quarzglas nicht oder nicht nennenswert. Optisch ist zwischen der dem blasenarmen Quarzglas der Hautschicht dem blasenarmen Quarzglas im Boden und der unteren Seitenwand des Tiegels in der Regel kein Unterschied zu erkennen.
Die Blasenzone liegt im Bereich der Ansetzzone, also in einer Höhe der Quarzglastiegel-Seitenwand, die der Schmelzspiegelhöhe zu Beginn des Kristallziehprozesses entspricht. Diese Höhe ist vor Beginn des Ziehprozesses aufgrund des Innenvolumens des Quarzglastiegels und des Volumens der einzufüllenden Siliziumschmelze in der Regel bekannt.
Die Blasenzone weist mit Gas gefüllte Blasen auf, so dass diese beim Aufheizen des Quarzglastiegels nicht verschwinden.
Der Quarzglastiegel ist anhand des oben erläuterten Verfahrens gemäß der Erfindung herstellbar. Nach der Entnahme des Quarzglastiegels aus der Schmelzform ist der obere Rand uneben und wird abgeschliffen oder abgeschnitten. Die Höhe H entspricht der Höhe der Tiegelseitenwand nach dem Abschleifen oder Abschneiden und etwa auch der Höhe des Seitenwandbereichs der vormaligen Körnungsschicht.
Die Hautschicht weist im oberen Bereich der Seitenwand eine Dicke im Bereich von 50 μm bis 800 μm auf.
Bei einer Dicke von weniger als 50 μm besteht die Gefahr, dass sie durch Abrieb bei Handling und Transport des Quarzglastiegels entfernt wird. Bei Dicken von mehr als 800 μm erfordert das Abtragen der Hautschicht durch die Schmelze beim Kristallziehprozess unnötig lange Zeiten.
Der Übergang von der Blasenzone in die angrenzenden blasenärmeren Bereiche der Seitenwand ist in der Regel nicht scharf sondern fließend und es gibt einen Übergangsbereich. In jedem Fall liegt der untere Rand der Blasenzone in der Tiegel-Seitenwand, also oberhalb des Tiegelbodens. Die Blasenzone erstreckt sich von ihrem unteren Ende ausgehend entweder über die gesamte obere Teilfläche der Seitenwand oder nur über einen Teilabschnitt desselben.
Die Blasenzone ist lediglich am Beginn des Kristallziehprozesses zu Minderung der Schmelz-Oszillation hilfreich. In den späteren Stadien des Kristallziehprozesses ist eine blasenhaltige Oberfläche eher unerwünscht.
Daher erstreckt sich die Blasenzone idealerweise nur in der Höhe der Ansetzzone, aber nicht weit darunter. In der Praxis hat es sich bewährt, wenn sich die Blasenzone in einer Höhe erstreckt, die im Bereich von 0,4 × H bis zum oberen Tiegelrand reicht.
Im Hinblick hierauf wird auch ein Quarzglastiegel bevorzugt, bei dem der Seitenwand eine fiktive Ansetzzone in einer Höhe zwischen 0,5 × H bis 0,95 × H zugeordnet ist, wobei die Blasenzone nicht mehr als 10 cm, vorzugsweise nicht mehr als 5 cm, unterhalb diese Ansetzzone reicht.
Die Stärke der Blasenzone – in radialer Richtung gesehen – entspricht entweder der Wandstärke des Quarzglastiegels in diesem Bereich (abzüglich der Hautzone) oder einem Teil davon.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In schematischer Darstellung zeigt
1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglastiegels gemäß der Erfindung,
2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglastiegels gemäß der Erfindung,
3 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglastiegels gemäß der Erfindung, und
4 eine Ausführungsform des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Quarzglastiegels in einer Seitenansicht im Schnitt.
Die in 1 schematisch dargestellte Schmelzvorrichtung umfasst eine Schmelz-form 1 aus Metall mit einem Innendurchmesser von 68 cm, einem gewölbten Boden und einer Seitenwand mit einer Höhe von 50 cm. Die Schmelzform 1 ist um ihre Mittelachse 2 rotierbar gelagert. In den Innenraum 3 der Schmelzform 1 ragen Elektroden 4 aus Graphit, die innerhalb des Innenraums 3 in allen Raumrichtungen verfahrbar sind angedeutet.
Im Bodenbereich und im Bereich der unteren Wandungshälfte der Schmelzform 1 sind eine Vielzahl von Durchlässen 6 vorgesehen, über die ein an der Außenseite der Schmelzform 1 anliegendes Vakuum in den Innenraum 3 durchgreifen kann. Im oberen Wandungsdrittel 17 der Schmelzform 1 sind weitere Durchlässe 7 vorgesehen, über die ein Gas in Richtung Schmelzform-Innenraum 3 geleitet werden kann. Die Durchlässe 7 münden in einer gemeinsamen Ringnut 16, die in die Oberseite der Schmelzformwandung eingestochen ist. Die Durchlässe 6; 7 sind jeweils mit einem Stopfen 11 aus porösem Graphit verschlossen, der das Austreten von SiO₂-Körnung aus dem Innenraum 3 verhindert.
Nachfolgend wird eine Verfahrensweise zur Herstellung eines Quarzglastiegels anhand der in 1 dargestellten Schmelzvorrichtung näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird in die Schmelzform 1 kristalline Körnung aus natürlichem, mittels Heißchlorierung gereinigtem Quarzsand eingebracht. Der Quarzsand hat eine Korngröße im Bereich von 90 μm bis 315 μm. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft und unter Einsatz einer Formschablone wird an der Innenwandung der um die Längsachse 2 rotierenden Schmelzform 1 eine rotationssymmetrische, tiegelförmige Körnungsschicht 12 aus mechanisch verfestigtem Quarzsand ausgeformt. Die Schichtdicke der Körnungsschicht ist im Bodenbereich 8 und im unteren und oberen Seitenbereich 9, 10 ungefähr gleich und beträgt etwa 12 mm. Die Höhe der Körnungsschicht im Seitenwandbereich entspricht der Höhe der Schmelzform, also 50 cm.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Elektroden 4 in die weiterhin um ihre Längsachse 2 rotierende Schmelzform 1 in der Nähe der Körnungsschicht 12 positioniert und zwischen den Elektroden 4 ein Lichtbogen 13 gezündet.
Die Elektroden werden dabei mit einer Leistung von 600 kW (300 V, 2000 A) beaufschlagt, so dass sich im Schmelzform-Innenraum 3 eine Hochtemperatur-Atmosphäre einstellt. Auf diese Weise wird auf der Quarzkörnungsschicht 12 eine Hautschicht 14 aus dichtem, transparentem Quarzglas mit einer Dicke von etwa 0,5 mm erzeugt. Dabei wird auch die freie Oberseite 5 der Körnungsschicht 12 verdichtet.
Nach Ausbildung der Hautschicht 14 wird in einem dritten Verfahrensschritt über die Durchlässe 6 ein Vakuum (100 mbar Absolutdruck) an die Körnungsschicht 12 im Bodenbereich 8 und im unteren Wandungsbereich 9 angelegt. Gleichzeitig wird Luft über die Durchlässe 7 in das obere Drittel 10 der noch porösen Körnungsschicht 12 eingeleitet. Die jeweiligen Gasflüsse beim Absaugen und Einleiten von Luft sind in den 1 bis 3 durch Pfeile angedeutet.
Die Luft verbleibt im Wesentlichen im oberen Drittel 10 der Körnungsschicht. Nach unten, in den unteren Bereich 9 gelangende Luft wirkt dem Absaugen durch das Vakuum im unteren Wandungsbereich 9 entgegen. Dadurch kommt es im oberen Bereich 10 der Körnungsschicht zu einer relativ starken Beladung der SiO₂-Körnung mit Luft. Im unteren Bereich 9 und im Bodenbereich 8 verhindert der Strömungswiderstand der Körnungsschicht 12 in Verbindung mit dem angelegten Vakuum das Eindringen von Luft in diese Bereiche 8; 9.
Um den Strömungswiderstand zwischen dem Bodenbereich 8, dem unteren Seitenbereich 9 einerseits und dem oberen Seitenbereich 10 der Körnungsschicht andererseits weiter zu erhöhen, ist im Höhenbereich der zu erwartenden Ansetzzone – das ist eine Höhe von 2/3 H, wobei „H” die endgültige Tiegelhöhe ist – eine ringförmige Zwischenlage 15 vorgesehen, die aus besonders feinkörniger Körnung mit Korngrößen im Bereich um 80 μm besteht und die sich durch einen hohen Strömungswiderstand auszeichnet.
Bim Verglasen wandert eine Schmelzfront von Innen nach Außen durch die Körnungsschicht 12. Dabei bildet sich im oberen Bereich 10 – oberhalb der Höhe H – infolge der stärkeren Luftbeladung eine durchgängig blasenhaltige, verglaste Zone (4; Blasenzone 41) aus. Diese erstreckt sich über das gesamte obere Drittel der Wandung, also eine Länge von etwa 17 cm und sie ist von der Innenhaut 14 vollständig überdeckt.
Der untere Bereich 9 und der Bodenbereich der Körnungsschicht 12 verglasen hingegen zunächst ohne nennenswerte Blasenbildung. Hinsichtlich Transparenz gibt es zwischen dem Quarzglas der Hautschicht 14 und dem blasenarmen Quarzglas von Boden und Seitenwand keinen merklichen Unterschied.
Wenn die Schmelzfront noch etwa 4 cm von der Schmelzform-Wandung entfernt ist, wird das Evakuieren beendet. Dadurch verglasen die rückwärtige Seite der Körnungsschicht 12 auch im Boden- und unteren Seitenwandbereich zu opakem, blasenhaltigem Quarzglas. Das Verglasen wird gestoppt, kurz bevor die Schmelzfront die Schmelzform erreicht.
Nach dem Verglasen markiert die ehemalige Zwischenlage 15 einen relativ scharfen Übergang von blasenhaltigem Quarzglas in einen blasenarmen Bereich. Als Blasenzone wird derjenige Bereich angesehen, in dem das spezifische Blasenvolumen unterhalb der Hautschicht doppelt so hoch ist wie in der Hautschicht. Der unterer Rand dieser Zone liegt etwa 3 cm unterhalb der erwarteten Ansetzzone.
Sofern in den 2 bis 4 dieselben Bezugsziffern wie in 1 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand 1 näher erläutert sind.
Bei der in 2 schematisch gezeigten Schmelzvorrichtung ist eine Schmelzform 21 vorgesehen, die aus einem unteren metallischen Unterteil 22 besteht, welches den gewölbten Boden und die beiden unteren Drittel der Seitenwand mit einer Höhe von insgesamt 50 cm vorgibt, die auch in etwa der Höhe „H” des herzustellenden Quarzglastiegels entspricht.
Auf dem Unterteil 22 ist ein Oberteil in Form eines Grafitringes 23 mit einer Höhe von 17 cm und einem Innendurchmesser von 68 cm fixiert. Der Grafitring 23 besteht aus porösem Grafit mit einer Porosität von 25%. Über den porösen Grafitring 23 wird bei Anlegen des Vakuums Luft in den oberen Körnungsbereich 10 eingesaugt. Abgesehen von dem Grafitring 23, der insoweit eine ähnliche Funktion wie die Ringnut 16 und die Durchlässe 7 der Schmelzvorrichtung von 1 hat, unterscheiden sich die erste und zweite Ausführungsform der Schmelzvorrichtung nicht.
Nachfolgend wird eine Verfahrensweise zur Herstellung eines Quarzglastiegels anhand der in 2 dargestellten Schmelzvorrichtung näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird in der Schmelzform 21 eine Körnungsschicht 12 ausgeformt und diese in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer Hautschicht 14 versehen, wie anhand 1 beschrieben.
In einem dritten Verfahrensschritt wird über die Durchlässe 6 ein Vakuum (100 mbar Absolutdruck) an die Körnungsschicht 12 im Bodenbereich 8 und im unteren Wandungsbereich 9 angelegt, und gleichzeitig gelangt infolge des Unterdrucks Luft über den porösen Grafitring 23 Luft in den oberen Wandungsbereich 10 der noch porösen Körnungsschicht 12. Der Grafitring 23 dient nicht nur als Formelement beim Ausformen der Körnungsschicht 12, sondern er schirmt diese auch gegen die Hitze des Lichtbogens 13 ab, so dass ein Dichtsintern der Körnungsschicht 12 von ihrer dem Plasma 13 abgewandten Schichtseite verhindert wird.
Dadurch kann über den Grafitring 23 Luft in den oberen Bereich 10 der Körnungsschicht 12 einströmen. In den unteren Bereich 9 abströmende Luft wird abgesaugt, so dass das Vakuum nicht vollständig in den oberen Bereich 10 der Körnungsschicht 12 durchgreifen kann und sich zwischen dem oberen Bereich 10 und dem unteren Bereich 9 der Körnungsschicht 12 ein Druckgradient einstellt. Dadurch kommt es im oberen Bereich 10 der Körnungsschicht zu einer relativen Beladung der SiO₂-Körnung mit Luft. Im unteren Bereich 9 und im Bodenbereich 8 vermindert der Strömungswiderstand der Körnungsschicht 12 in Verbindung mit dem angelegten Vakuum das Eindringen von Luft in diese Bereiche 8; 9.
Beim Verglasen der Körnungsschicht 12 bildet sich im oberen Bereich 10 infolge der stärkeren Luftbeladung eine durchgängig blasige Zone aus, die sich über das obere Drittel der Tiegelhöhe H, also über eine Länge von etwa 17 cm, nach unten erstreckt, und die von der Innenhaut 14 vollständig überdeckt ist.
Der untere Bereich 9 und der Bodenbereich 8 der Körnungsschicht 12 verglasen hingegen ohne nennenswerte Blasenbildung, solange das Vakuum angelegt wird. Der Außenbereich des Quarzglastiegels wird durchgehend opak erzeugt, wie oben anhand 1 beschrieben. Der Übergang der Blasenzone in den blasenarmen beziehungsweise blasenfreien Bereich ist fließend. Als Blasenzone wird derjenige Bereich angesehen, in dem das spezifische Blasenvolumen des an die Hautschicht 14 angrenzenden Quarzglases doppelt so hoch ist wie im blasenarmen Quarzglas der Hautschicht 14.
Die in 3 schematisch dargestellte Schmelzvorrichtung umfasst eine Schmelzform 31 aus Metall mit einem Innendurchmesser von 68 cm, einem gewölbten Boden und einer Seitenwand mit einer Höhe „H” von 50 cm. Die Schmelzform 31 ist um ihre Mittelachse 2 rotierbar gelagert. Im Innenraum 3 der Schmelzform 31 sind Elektroden 4 aus Graphit in allen Raumrichtungen verfahrbar, wie anhand der Richtungspfeile 5 angedeutet.
Im Bereich der unteren Wandungshälfte der Schmelzform 31 sind eine Vielzahl von Durchlässen 6 vorgesehen, über die ein an der Außenseite der Schmelzform 31 anliegendes Vakuum nach innen durchgreifen kann. Über eine zentrale Öffnung 32 am Boden der Schmelzform 31, die mit einem Stopfen 33 aus porösem Grafit verschlossen ist, kann der Schmelzform 31 Helium zugeführt werden.
Nachfolgend wird eine Verfahrensweise zur Herstellung eines Quarzglastiegels anhand der in 3 dargestellten Schmelzvorrichtung näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird in der Schmelzform 21 eine Körnungsschicht 12 ausgeformt und diese in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer Hautschicht 14 versehen, wie anhand 1 beschrieben.
In einem dritten Verfahrensschritt wird über die Durchlässe 6 im unteren Wandungsbereich 9 ein Vakuum an die Körnungsschicht 12 angelegt, und gleichzeitig wird die Körnungsschicht 12 über die zentrale Öffnung 32 mit einem Gasgemisch aus Helium drucklos geflutet. Die Zufuhr des Gasgemischs und die gleichzeitige Absaugung bewirken einen Austausch von Luft durch das He/H₂-Gasgemsich im Boden- und unteren Seitenbereich 8; 9 der Körnungsschicht 12. Der Spülvorgang wird während des Verglasens fortgesetzt. Im oberen Wandungsbereich 10 der porösen Körnungsschicht 12 verbleibt im Wesentlichen die vorab enthaltene Luft.
Beim Verglasen der Körnungsschicht 12 bildet sich im oberen Bereich 10 infolge der starken Luftbeladung eine durchgängig blasige Blasenzone aus, die sich über eine Höhe von etwa 17 cm vom oberen Rand nach unten erstreckt und die von der Innenhaut 14 vollständig überdeckt ist.
Der untere Bereich 9 und der Bodenbereich der Körnungsschicht 12 verglasen hingegen zunächst ohne nennenswerte Blasenbildung. Hinsichtlich Transparenz gibt es zwischen dem Quarzglas der Hautschicht 14 und dem blasenarmen Quarzglas von Boden 8 und unterem Seitenwandbereich 9 keinen merklichen Unterschied.
Wenn die Schmelzfront noch etwa 5 cm von der Schmelzform-Wandung entfernt ist, wird das Einleiten von Helium und das Absaugen beendet. Dadurch verglasen die Außenseiten der Körnungsschicht 12 auch im Boden- und unteren Seitenwandbereich zu opakem, blasenhaltigem Quarzglas, wie oben anhand 1 beschrieben. Das Verglasen wird gestoppt, kurz bevor die Schmelzfront die Schmelzform-Innenwandung erreicht.
Nach Entnahme aus der Schmelzform wird der obere, teilweise verglaste Rand der vormaligen Körnungsschicht abgeschnitten und es wird mit allen oben näher erläuterten Verfahrensvarianten ein Quarzglastiegel 40 mit einer Blasenzone 41 erhalten, wie er schematisch in 4 dargestellt ist. Deren unterer Rand reicht etwa 2 bis 3 cm unterhalb einer fiktiven Ansetzzone, die in einer Höhe „A” verläuft. Die Blasenzone 41 ist optisch leicht als opaker Bereich erkennbar. Ihr spezifischer Blasengehalt ist mindestens doppelt so groß wie in der Hautschicht 14. In diesem Bereich, der mit „B” bezeichnet ist, grenzt die Hautschicht 14 somit an die Blasenzone 41 an. Die Blasenzone 41 reicht bis zum oberen Tiegelrand und erstreckt sich über dessen gesamte Wandung.
Beim Tiegelboden 42 und im unteren Bereich der Seitenwand 43 grenzt die Hautschicht 14 an ähnlich blasenarmes Quarzglas an, wie es in der Hautschicht 14 vorliegt. Dieser blasenarme Bereich ist in 4 mit der Bezugsziffer 44 bezeichnet. Der äußere Wandungsbereich des Quarzglastiegels 40 besteht auch im Boden- und unteren Seitenwandbereich aus opakem, blasenhaltigen Quarzglas.
In 4 ist auch die Tiegelhöhe „H” als Abstand zwischen der Unterseite des Bodens 42 und dem oberen Rand 44 der Seitenwand dargestellt.
Beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Quarzglastiegels unterliegen die gasgefüllten Blasen einem Blasenwachstum. Nach Auflösung der Hautschicht 14 liegt eine raue, beziehungsweise wellige Tiegeloberfläche im Bereich der Oberfläche der Siliziumschmelze frei. Aufgrund dieser aufgerauten Tiegeloberfläche ergibt sich jeder beliebige Kontaktwinkel zwischen Siliziumschmelze und Wandung, so dass Schmelzvibrationen unterdrückt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels zum Ziehen von Einkristallen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: (a) Bereitstellen einer Vakuum-Schmelzform (1; 21; 31) mit einer Wandung, die eine Innenseite, eine Außenseite und durchgehende Löcher (6; 7) zwischen Außenseite und Innenseite aufweist, (b) Ausformen einer tiegelförmigen, porösen Körnungsschicht (12) aus SiO₂-Körnung auf der Innenseite der Vakuum-Schmelzform (1; 21; 31), wobei die Körnungsschicht (12) einen Bodenbereich (8) und einen Seitenwandbereich (9; 10) hat, (c) Ausbilden einer Hautschicht (14) aus blasenarmem Quarzglas auf mindestens einem Teil der porösen Körnungsschicht (12), (d) Entfernen gasförmiger Komponenten aus dem mindestens einem Teil der an die Hautschicht (14) angrenzenden Körnungsschicht (12), indem ein Unterdruck über die Außenseite der Schmelzform-Wandung (1; 21; 31) angelegt wird, (e) Verglasen der porösen Körnungsschicht (12) unter Bildung des Quarzglastiegels (40) mit einer Tiegelhöhe H, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen ringförmigen Bereich (10) der Körnungsschicht (12), der sich an den unteren Bereich (9) anschließend bis zur vollen Höhe H erstreckt, beim Verglasen unterhalb der Hautschicht (14) und an diese angrenzend eine Blasenzone (41) erzeugt wird, die gasgefüllte Blasen mit einem spezifischen Blasenvolumen enthält, das mindestens doppelt so groß ist wie das spezifische Volumen gasgefüllter Blasen im blasenarmen Quarzglas, indem der Unterdruck in einem unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) angelegt wird, der sich vom Bodenbereich (8) bis maximal dem 0,8-fachen der Tiegelhöhe H erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasgefüllten Blasen im oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) dadurch erzeugt werden, dass dem oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) beim oder vor dem Verglasen ein Gas zugeführt wird oder indem ein Zufluss von Gas in den oberen Bereich (10) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas der Körnungsschicht (12) durch einen, an den oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) angrenzenden, gasdurchlässigen Wandungsabschnitt (17; 23) der Vakuum-Schmelzform (21) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit des Wandungsabschnitts (17) durch Bohrungen (7; 16) in der Wandung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit des Wandungsabschnitts (23) durch einen Ring aus porösem Werkstoff bewirkt wird, der einen Teil der Wandung der Vakuum-Schmelzform (21) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem oberen (10) und dem unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) eine Körnungssperrschicht (15) vorgesehen ist, die eine Gasströmung vom oberen (10) in den unteren Bereich (9) behindert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnungssperrschicht (15) als ringförmige Zwischenlage innerhalb der Körnungsschicht (12) aus SiO₂-Pulver ausgeführt ist, das eine höhere Schüttdichte als die übrige SiO₂-Körnung der Körnungsschicht (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasgefüllten Blasen im oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) dadurch erzeugt werden, dass im unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) vorhandene Gase durch Helium ausgetauscht werden, wobei der Gasaustausch im oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) behindert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaustausch im unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) und die Behinderung des Gasaustauschs im oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) bewirkt werden, indem dem Bodenbereich (8) der Körnungsschicht (12) Helium zugeführt wird, das infolge des im unteren Bereichs (9) der Körnungsschicht (12) anliegenden Unterdrucks über die Wandung der Schmelzform (31) abgesaugt wird, und zwar vor Erreichen des oberen Bereichs (10) der Körnungsschicht (12).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hautschicht (14) erzeugt wird, die im oberen Bereich (10) der Körnungsschicht (12) eine Dicke im Bereich von 50 μm bis 800 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck in einem unteren Bereich (9) der Körnungsschicht (12) angelegt wird, der sich vom Bodenbereich (8) bis einer Höhe erstreckt, die mindestens 0,2 × H, vorzugsweise mindestens 0,4 × H, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Seitenwandbereich (9; 10) eine fiktive Ansetzzone (A) in einer Höhe zwischen 0,5 × H bis 0,95 × H zugeordnet wird, und dass die Blasenzone (41) nicht mehr als 10 cm unterhalb diese Ansetzzone (A) reicht.