DE60129376T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Quarzglaskörpern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Quarzglaskörpern Download PDF

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Shinichi Satoh
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Description

  • HINTERGRUNG DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglas-Blocks, speziell zur Herstellung einer Quarzglas-Bramme.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Quarzglas-Herstellungsvorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es gibt viele Verfahren zur Herstellung eines Quarzglas-Blocks durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver, in denen Wärme durch eine Flamme aus Wasserstoff-Sauerstoff oder eine Flamme aus Propan-Sauerstoff, einem Lichtbogen oder durch elektrische Wärme zugeführt wird. Im Allgemeinen wird gemäß dem japanischen Patent Sho46-42111 (1971-42111, B2, JP) ein Quarzglas-Block durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver, dem Ablagern des geschmolzenen Siliziumoxids auf einer sich drehenden Zielfläche, dem allmählichen Absenken der Zielfläche bei einer konstanten Geschwindigkeit und dem Abschrecken des geschmolzenen Siliziumoxids hergestellt, wobei dadurch ein schalenähnlicher Coulomb-Block auf der Zielfläche gebildet wird. Wie in der Druckschrift Kokai Hei04-325425 (1992-325425, JP, A) offenbart ist, wird das Siliziumoxid-Pulver durch einen Plasmalichtbogen verschmolzen, wobei das geschmolzene Siliziumoxid auf einem sich drehenden Tisch abgelagert und dann ein Coulomb-Quarzglas-Block auf dem sich drehenden Tisch gebildet wird. Jeder der fertigen Quarzglas-Blöcke hat eine Form eines Coulomb.
  • In der Druckschrift Kokai-Sho47-41640 (1972-41640, A, JP) oder in der Druckschrift Kokai 52-145422 (1977-145422, a, JP) wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rundstangen-Quarzglases direkt durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver ohne ein sekundäres Erwärmungsverfahren des Quarzglas-Blocks offenbart, in dem Silizi umoxid-Pulver in einen Ofen eingeführt, darin verschmolzen und dann das geschmolzene Siliziumoxid vom Boden des Ofens kontinuierlich entnommen wird. Die Wärmequelle dieser Verfahren ist ein elektrisches Heizgerät, das innerhalb oder außerhalb des Ofens angeordnet ist.
  • Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer runden Stange oder einer rechteckigen Stange durch Verwendung einer Sauerstoff-Wasserstoffflamme als eine Wärmequelle ist zunächst die Herstellung eines Quarzglas-Blocks mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme, dann dem mechanischen Bohren eines Glaskerns aus dem Block, oder wie in der Druckschrift Kokai Sho 48-12319 (1973-12319, A, JP) offenbart ist, ein vorher ausgebildeter Quarzglas-Zylinder wird in einem Behälter angeordnet, in einem Induktionsofen oder einem Tanman-Ofen bei 2000 Grad Celsius erwärmt, geschmolzen und aus einer Düse entnommen, um eine runde Stange oder eine rechteckige Stange zu erhalten. Die herkömmlichen Verfahren erfordern einen sekundären Prozess, wobei daher der Prozess ein Zweistufen-Herstellungsverfahren genannt wird.
  • Zusätzlich ist es bei den Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases durch Nutzung einer Flamme als eine Wärmequelle nicht vorzuziehen, einem Metallbrenner zu verwenden, da der Metallbrenner Metalldampf oder Metalloxid freigibt, die zu Verunreinigungen des Quarzglases werden.
  • Es kann ein Propangas für das Verschmelzungsverfahren mit Flamme zur Herstellung von Quarzglas verwendet werden, wobei aber vom Standpunkt der Reinheit des Quarzglases, einer Regelung der Atmosphäre des Ofens oder der Qualität des Quarzglases das Herstellungsverfahren mit Sauerstoff-Wasserstoffflamme gegenüber dem Propangasverfahren überlegen ist.
  • Eine Herstellungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2 ist aus der Druckschrift WO-A1-00/03955 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung offenbart verschiedene Brenner, von denen jeder dazu dient, den Tiegel zu erwärmen und einen Strom aus Siliziumoxid auf der Oberfläche des Ofenbetts abzulagern.
  • Jedes der Dokumente nach dem Stand der Technik US-A-3 303 115 A und WO 97/30 933 A offenbart eine Vorrichtung, in der Pulver von verschiedenen Öffnungen zugeführt wird, die im über einem Ofenbett angeordneten Deckel ausgebildet sind.
  • Ein Quarzglas, das chemisch inaktiv ist, besonders ein Quarzglas, das durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver mit einem Sauerstoff-Wasserstoff-Hydrolyseverfahren hergestellt wird, ist in der Halbleiterindustrie weit verbreitet, da es eine hohe Wärmebeständigkeit im Vergleich mit einem synthetischen Quarzglas hat. Die Größe das Halbleiter-Wafers wird jedes Jahr für die Produktivität der Halbleitervorrichtungen immer größer, wobei folglich ein größer dimensionierter Quarzglas-Block erforderlich ist.
  • Der nach dem Stand der Technik hergestellte Quarzglas-Block ist jedoch meistens ein Coulomb-Block, wobei die Schnittfläche des Blocks für die Produktion von groß dimensionierten Halbleitervorrichtungen nicht groß genug ist.
  • Wenn außerdem bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Quarzglases durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver mit einem elektrischen Heizgerät die Größe der Maschinen sehr umfangreich wird, werden wahrscheinlich Blasen in dem hergestellten Quarzglas-Block zurückbleiben. Ferner ist die Menge von Verunreinigungen viel größer als bei dem, der durch ein mit Sauerstoff-Wasserstoffflammenverfahren hergestellt wird.
  • Es ist manchmal erforderlich, dass Quarzglas, das für die Produktion von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, abhängig vom Zweck der Nutzung einen hohen OH-Gehalt umfasst. Das Quarzglas, das durch das Verschmelzungsverfahren durch elektrische Wärme hergestellt wird, enthält aber weniger OH, lediglich maximal 10 ppm (parts per million – Teile pro Millionen). Es ist nicht vorzuziehen, den OH-Gehalt nach der Produktion zu dotieren (Anmerkung des Übersetzers: im Original steht "dorp" statt "dope"), da der Herstellungsprozess kompliziert wird.
  • Zur Lösung dieser Probleme hat man lange darauf gehofft, ein neues Verfahren bereitzustellen, das das Sauerstoff-Wasserstoffflammenverfahren nutzt, wodurch es möglich wird, Quarzglas mit der Form einer länglichen Stange herzustellen, das etwa 200 ppm OH enthält.
  • Bei dem Verfahren mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme ist es anders als bei dem Verschmelzungsverfahren mit dem elektrischen Heizgerät, in dem das elektrische Heizgerät um den geschlossenen Ofen herum angeordnet werden kann, schwierig, die Atmosphäre des Ofens zu regulieren, weil das Siliziumoxid-Pulver direkt durch die Sauerstoff-Wasserstoffflamme verschmolzen wird und der Ofen nicht geschlossen werden kann. Die Ofenmaterialien und eine Düse zur Entnahme des Quarzglases sind in kurzer Zeit abgenutzt, da die Sauerstoff-Wasserstoffflamme in einem atmosphärischen Zustand erzeugt wird, die Atmosphäre des Ofens dann ein Sauerstoffzustand wird, wobei es folglich schwierig ist, den Ofen für einen langen Zeitraum kontinuierlich zu betreiben.
  • Ferner wird mit Bezug auf den Entnahmeprozess das Quarzglas-Produkt von der Düse durch die Schwerkraft entnommen und in einem Korb aufgenommen, daher ist es ebenfalls schwierig, die Temperatur des Ofens zu regulieren, wobei das Quarzglas nach der Entnahme aus dem Ofen in die gewünschte Form geformt und gekühlt wird, wobei die Form des Produktes jedoch eingeschränkt und die Genauigkeit des Produktes nicht ausreichend ist.
  • Bei dem herkömmlichen Brenner des Siliziumoxid-Ofens wird das Siliziumoxid-Pulver in den Ofen nicht durch eine Mitte des Brenners, sondern durch verschiedene Verteilerkanäle mit einem Trägergas, zum Beispiel Wasserstoffgas, zugeführt, wobei es möglich ist, dem Ofen eine große Menge des Siliziumoxid-Pulvers zuzuführen und geeignet ist, den Maßstab des Quarzglas-Blocks zu vergrößern.
  • Um einen noch größer dimensionierten Quarzglas-Block zu erzeugen, wird der Durchmesser des Außengehäuses des Brenners oder der Durchmesser der Sauerstoff- oder Wasserstoffdüse vergrößert, wobei dadurch die Menge des zugeführten Siliziumoxid-Pulvers, des Sauerstoffs und des Wasserstoffs erhöht wird.
  • Entsprechend dem Aufbau eines herkömmlichen Brenners gemäß 3 strömt das Wasserstoffgas aber direkt vom Rand des Außengehäuses zu einem Brennpunkt (Konvergenzpunkt) aus, wobei dies ein vergleichsweise langer Abstand zum Mischen mit einem Sauerstoffgas ist, das aus den Sauerstoffgasdüsen herausströmt, die innerhalb des Außengehäuses angeordnet sind.
  • Da der Gasmischbereich ziemlich lang ist, wird sowohl die Verteilungs- als auch die Mischrate der Gase niedrig, wobei folglich nicht alle Gase in Wärmeenergie umgewandelt werden, was zu einem großen Energieverlust führt. Der Brennpunkt des Gemisches aus Sauerstoffgas und Wasserstoffgas wird ein kleiner Flächenpunkt auf der Oberfläche des zu erzeugenden Blocks, speziell im Fall eines groß dimensionierten Quarzglas-Blocks, wobei es daher schwierig ist, eine gleichförmige Verschmellungsfläche vorzubereiten.
  • Um die Wärmeeffizienz der Sauerstoff-Wasserstoffflamme zu erhöhen, wird ein Punkt mit einer vergleichsweise breiten Fläche in der Nähe des Randes des Außengehäuses ausgewählt. Zum Beispiel hat der Punkt einen Durchmesser von 60 mm, wobei der Quarzglas-Block durch Verschmelzen des Siliziumoxid-Pulvers mit der Sauerstoff-Wasserstoffflamme hergestellt wird. Die Oberflächentemperatur des Blocks wird jedoch nicht hoch genug, wobei die geschmolzene Punktfläche mit Doppelkreisen versehen wird und das Innere des Blocks infolge der Unzulänglichkeit der Verschmelzung schwärzlich wird.
  • Zusätzlich behindert sich bei dem herkömmlichen Brenner ein Strom des Siliziumoxid-Pulvers mit dem Strom des Wasserstoffgases, und wenn der Durchmesser des Quarzglas-Blocks 400 mm übersteigt und die Zuführungsrate des Siliziumoxid-Pulvers erhöht wird, wird der Strom des Wasserstoffgases verwirbelt, was eine gleichförmige Verteilung des Siliziumoxid-Pulvers in das Sauerstoff-Wasserstoffgasgemisch verhindert. Dann wird das Siliziumoxid-Pulver nicht gleichförmig verschmolzen, wobei innerhalb des verschmolzenen Quarzglases Blasen erzeugt werden, wodurch die Qualität des Quarzglases beschädigt wird. Aus diesen Gründen ist eine einfache Vergrößerung des Maßstabs des Brenners eingeschränkt.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen großen Quarzglas-Block direkt durch Verschmelzen von Siliziumoxid-Pulver ohne Verschmelzen eines Coulomb-Blocks mit einer sekundären Heizung herzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung dargelegt, die folgt, und werden zum Teil anhand der Beschreibung deutlich oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und weitere Vorteile der Erfindung werden durch den Aufbau verwirklicht und erreicht, auf den in der schriftlichen Beschreibung und in den Ansprüchen hiervon sowie in den beigefügten Zeichnungen besonders hingewiesen wird.
  • Um diese und weitere Vorteile zu erreichen und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Bramme bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
  • Ferner wird eine Herstellungsvorrichtung für eine Quarzglas-Bramme, wie sie im Anspruch 2 definiert ist, ebenfalls bereitgestellt, um die Probleme zu lösen, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfinderischen Vorrichtung wird in Anspruch 3 definiert.
  • Es ist unnötig zu sagen, dass es vorzuziehen ist, äußerst reine Materialien zu verwenden, die weniger Alkalimetalle enthalten, die mit kleinen Mengen die Qualität des Quarzglases beschädigen. Die Quarzglas-Platte zum Abdichten des Ofens von der äußeren Atmosphäre wirkt nicht nur als ein Verschluss für die Oxidationsatmosphäre, sondern auch als eine Wärmeisolierung durch einen Selbstauskleidungseffekt und verhindert die Verunreinigung des Quarzglas-Produktes.
  • Des Weiteren ist der Boden des Ofens eine Schicht aus Aluminiumsteinen, wobei die Seitenwände Silikat-Kohlenstoffsteine oder Zirconiumoxid-Steine umfassen. An der Außenseite der Seitenwände wird eine doppelte Wärmeisolierungswand mit porösen Aluminiumsteinen und Aluminiumsteinen bereitgestellt. Der Ofendeckel besteht aus Aluminiumsteinen, porösen Aluminiumsteinen oder Zirconiumoxid-Steinen mit wärmebeständigen Merkmalen, in denen ein Loch für den Brenner ausgebildet ist.
  • Da der Boden des Ofens der Wärme ausgesetzt ist, die von dem Brenner am oberen Deckel ausgestrahlt wird, ist es vorzuziehen, hintereinander ZrO2-SiO2 Zirkonsteine oder wärmebeständige Metalle mit hohem Schmelzpunkt wie Zirconiumoxid, Wolfram oder Molybdän zu verwenden. Die Zirconsteine reagieren jedoch bei Kontakt mit dem geschmolzenen Siliziumoxid, wobei wie bei den Aluminiumsteinen die Oberfläche der Steine mit Zirconiumoxid-Partikeln bedeckt sein sollte, die von der Oberfläche leicht abgeteilt werden. Des Weiteren ist der Boden des Ofens mit der Quarzglas-Platte bedeckt, wobei ein Doppelschicht-Aufbau gebildet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und die in dieser Patentbeschreibung eingearbeitet sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
  • 1 eine Vorderansicht eines Quarzglas-Herstellungsofens der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Vorderansicht des Ofens, der mit einem Nebenbrenner ausgestattet ist;
  • 3 eine Vorderansicht eines Brenners nach dem Stand der Technik.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Es wird nun ein ausführlicher Bezug zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellt, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind.
  • Gemäß 1 wird ein Ofen 1 auf einem drehbaren Rahmen 11 platziert, auf dem Aluminiumsteine angeordnet und Seitenwände 4 mit Kohlenstoff-Silikatsteinen aufgestellt sind, die der Form des herzustellenden Quarzglas-Blocks entsprechen. Außerhalb der Seitenwände 4 werden poröse Aluminiumsteine und Aluminiumsteine platziert, die eine Doppelwand 41 für die Wärmeisolation doppelt bilden. Eine Oberseite des Ofens ist zur Luft hin offen, wobei ein Deckel 2 über den Ofen 1 mit einem Zwischenraum S gehängt wird, so dass sich der Ofen 1 unabhängig drehen kann.
  • Der Deckel 2 besteht aus wärmebeständigen Materialien wie Aluminiumsteinen, porösen Steinen oder Zirconiumoxid-Steinen und hat Öffnungen zur Installation von Brennern und ein Überwachungsfenster.
  • Die Materialien für die Ofenkonstruktion, ein feuerfestes Magnesiumoxid wie MgO-Steine oder MgO-Al2O3-Steine und eine feuerfeste Grundlage wie CaO sind als Ofenmaterialien nicht geeignet, da sie gegen die hohen Temperaturen nicht dauerstandfest sind, während das Quarzglas geschmolzen wird, und sie sehr stark mit dem geschmolzenen Quarzglas reagieren.
  • Außerdem hat ein neutrales feuerfestes Material wie Al2O3 ausreichend wärmebeständige Eigenschaften für die Quarzglas-Herstellung, reagiert aber stark mit dem geschmolzenen Quarzglas und ist nicht für die Elemente des Ofens geeignet, die mit dem geschmolzenen Quarzglas direkt in Kontakt kommen.
  • Andererseits ist ein feuerfestes Siliziumkarbid ein geeignetes Material für die Seitenwände des Ofens, da es eine hohe wärmebeständige Eigenschaft und eine hohe Festigkeit hat und das geschmolzene Quarzglas nicht daran haftet. Unter dem feuerfesten Siliziumkarbid sind Siliziumkarbid-Steine, die aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid als einem Bindemittel hergestellt sind, vorzuziehen, wobei durch Siliziumnitrid verbundene Kohlenstoffnitrid-Steine (SiC 80%, SiN4 20%) mehr vorzuziehen sind.
  • Die Oberflächen der für die Konstruktion des Ofens 1 verwendeten Steine werden vor der Konstruktion bei hohen Temperaturen gebrannt, um Metallverunreinigungen zu entfernen, die an den Oberflächen zurückgeblieben sind. Ferner wirken kleine Partikel auf der Oberfläche der Steine als ein Gas erzeugendes Mittel und verursachen eine Entglasung des Quarzglases, wobei sie vor der Konstruktion durch Brennen der Oberfläche vollständig entfernt sein sollten.
  • Ein Ofenbett 3 ist der Wärme ausgesetzt, die von dem Brenner ausgestrahlt wird, wobei die Oberfläche des Betts vorzugsweise mit sehr wärmebeständigen ArO2-SiO2-Zirconsteinen aufgebaut ist. Zirconsteine reagieren aber stark mit dem geschmolzenen Siliziumoxid, wenn sie direkt mit dem geschmolzenen Siliziumoxid in Kontakt kommen, wie Aluminiumsteine, wobei das Herstellungsprodukt brechen kann oder es sehr schwierig wird, das Produkt aus dem Ofen zu entnehmen. So haben Zirconiumoxid-Partikel mit Durchmessern von 2 bis 10 mm eine gute Wärmebeständigkeit und werden leicht auf der Oberfläche des Ofenbetts 3 ausgelegt, dass das Quarzglas-Produkt einfach entnommen werden kann. Da das Zirconiumoxid in der Form von Partikeln ausgelegt wird, verringert es den Einfluss der Probleme mit der Differenz durch die Wärmeausdehnung beim Erwärmen und Abkühlen.
  • Siliziumoxid-Pulver, ein Rohmaterial des Quarzglases sind Siliziumoxid-Stein, Siliziumoxid-Sand, Quarz-Pulver oder Siliziumoxid-Pulver, das durch Hydrolisieren von Silizium-Alkoxid unter dem Vorhandensein von Chlorwasserstoffsäure oder Ammonium als ein Katalysator und dem Sintern angesetzt wird. Siliziumoxid-Pulver wird auch durch Reagieren einer Alkalimetall-Silikatlösung mit einer Säure und dem Sintern des erzeugten Siliziumoxids angesetzt.
  • Siliziumoxid-Pulver besteht vorzugsweise aus 40 bis 250 Maschen, besser 80 bis 100 Maschen, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit aus 1,0 bis 20 Kg/Std. abhängig von der Spezifizierung des Produktes, zum Beispiel transparent oder undurchsichtig, der Nutzung und der Bildung des Produktes ausgewählt wird.
  • Wenn ein Block mit einem speziellen Abschnitt mit einem besseren Oberflächenzustand hergestellt werden soll, kann die Zuführungsgeschwindigkeit in Anbetracht der Produktivität 2 bis 5 Kg/Std. betragen.
  • Wenn das Quarzglas-Produkt undurchsichtig ist, wird Siliziumnitrid-Pulver zum Siliziumoxid-Pulver als ein Gas erzeugendes Mittel hinzugefügt.
  • Es kann ein herkömmlicher Quarzglas-Brenner gemäß 3 mit Versorgungsröhren für Sauerstoff 502 und Wasserstoff 503 und einer Versorgungsröhre für Siliziumoxid-Pulver 504 angewandt werden.
  • Der Brenner 5 wird so installiert, dass er von dem Deckel 2 gemäß 1 und 2 in einer Öffnung vorsteht, die in den Deckelsteinen angeordnet ist.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden gemäß 2 einer oder mehrere Nebenbrenner 52 anders als ein Hauptbrenner 51 installiert. Der Nebenbrenner 52 liefert Wärme zum Schmelzen des geschmolzenen und abgelagerten Siliziumoxids auf dem Ofenbett 3 und breitet das abgelagerte Siliziumoxid nach außen zu den Seitenwänden 4 aus.
  • Die Flammenrichtung des Nebenbrenners 52 ist nicht nur vertikal, sondern auch eine schräge Einstellung ist zulässig, um die Wärme im Ofen gleichförmig zu verteilen. Für diesen Zweck können die Nebenbrenner 52, 52 um den Hauptbrenner 51 herum angeordnet werden.
  • Der Nebenbrenner 52 ist vorzugsweise 5 bis 15 Grad mit Bezug auf die Drehrichtung des Ofens geneigt, um eine Störung oder eine Behinderung der Flamme zwischen den Brennern zu verhindern.
  • Auf der Oberfläche des Ofenbetts 3 werden Zirconiumoxid-Partikel 10 mm dick ausgelegt, um einen direkten Kontakt des geschmolzenen Siliziumoxids und der Steine des Ofenbetts zu verhindern. Wenn das geschmolzene Siliziumoxid mit den Steinen des Ofenbetts in Kontakt kommt, kann das Quarzglas reißen, wobei die Dicke der Zirconiumoxid-Partikelschicht abhängig vom Oberflächenzustand des Ofenbetts 3 bestimmt wird.
  • Der Deckel 2 wird über den Ofen 1 mit einem Zwischenspalt S gehängt, so dass der Deckel von der Drehung des Ofens 1 unabhängig ist. Der Hauptbrenner 51 oder wenn nötig die Nebenbrenner 52 werden in der Öffnung installiert, die in den Deckelsteinen angeordnet ist, wobei Wasserstoffgas- und Sauerstoffgas-Zuführungsrohre mit den Brennern 5 verbunden werden. Das Zuführungsrohr für das Siliziumoxid-Pulver von einem Zuführungstrichter (nicht dargestellt) wird mit der Siliziumoxid-Zuführungsröhre 504 des Hauptbrenners 51 verbunden. In dem Zuführungssystem für Siliziumoxid-Pulver ist eine Vibrationsvorrichtung (nicht dargestellt) installiert, um ein Aufschichten des Pulvers zu verhindern.
  • Beim Zünden des Hauptbrenners 51 und des Nebenbrenners 52 wird der Ofen 1 mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 10 UpM gedreht. Der Ofen 1 wird wenn nötig 1 bis 3 Stunden lang vor dem Vorgang vorgeheizt, um Verunreinigungen und kleine Trümmerrückstände auf den Ofensteinen zu entfernen.
  • Das Siliziumoxid-Pulver wird von dem Trichter zum Hauptbrenner 51 durch ein Pulver-Zuführungssystem zugeführt und im Ofen 1 verschmolzen. Das Siliziumoxid-Pulver fällt auf die Mitte des Ofenbetts 3 vom Deckel 2, wird durch die Wärme vom Brenner und einer Wärmekapazität des geschmolzenen Siliziumoxids verschmolzen, wobei das geschmolzene Siliziumoxid abgelagert wird, während es zu den Seitenwänden 4 des Ofens 1 fließt und sich ausdehnt. Die Mitte des Ofens wird durch die Brenner 51, 52 bei 2000°C aufrechterhalten, höher als der Schmelzpunkt des Quarzglases, wobei der Ofen sich dreht und sich das geschmolzene Siliziumoxid nach außen des Ofens ausdehnt, wenn das geschmolzene Siliziumoxid abgelagert wird.
  • Der Quarzglas-Block ist hergestellt, wenn das abgelagerte, geschmolzene Siliziumoxid fließt und sich ausdehnt, wobei man einen Quarzglas-Block erhält, der weniger Blasen enthält. Im Wesentlichen lässt man bei dem herkömmlichen Flammen-Hydrolyseverfahren zur Herstellung des Quarzglas-Blocks Siliziumoxid-Pulver kontinuierlich herabfallen und durch die Wärme von dem Brenner und die Wärmekapazität des geschmolzenen Siliziumoxids verschmelzen, wobei ein Block mit weniger Blasen im Vergleich mit dem Verfahren eines Elektrowärmeofens erreicht wird.
  • Wenn aber bei dem herkömmlichen Flammen-Hydrolyseverfahren die Wärmekapazität abnimmt, werden die Siliziumoxid-Pulverpartikel nicht vollständig verschmolzen, wobei Zwischenräume zwischen den Partikeln im Block verbleiben und wahrscheinlich zu Blasen im Block werden. Andererseits werden entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Zwischenräume zwischen den Partikeln gefüllt, während das geschmolzene Siliziumoxid fließt und sich nach außen ausdehnt, wobei man folglich einen Quarzglas-Block erhält, der weniger Blasen enthält.
  • Der Ofen wird automatisch abgesenkt, wenn das abgelagerte geschmolzene Siliziumoxid anwächst, wobei ein Abstand zwischen dem Hauptbrenner und der Oberseite des abgelagerten geschmolzenen Siliziumoxids konstant geregelt wird. Des Weiteren kann der Ofen seitlich 50 bis 150 mm geschüttelt werden, um das sanfte Ausdehnen des geschmolzenen Siliziumoxids zu unterstützen. Gemäß 2 wird der Ofen durch zwei elektrische Motoren angetrieben, einer für den Umlauf und einer für die Drehung, wobei der Ofen folglich seitlich geschüttelt wird.
  • Das geschmolzene Siliziumoxid erreicht die Seitenwände 4 als Folge der Ausdehnungsbewegung, wobei ein Block gebildet wird, der dem Abschnitt des Ofens 1 entspricht. Zum Beispiel sind die Ofenwände als ein Rechteck von 100 mm × 100 mm angeordnet, wobei man dann einen 300 mm dicken, rechteckigen Quarzglas-Block erhalten kann. Wenn die Wandsteine als Polygon oder kreisförmig angeordnet sind, erhält man entsprechend einen Polygon-Block oder einen kreisförmigen Block.
  • Wenn die vorgegebene Menge des Siliziumoxid-Pulvers zum Brenner zugeführt und abgelagert wurde, wird das Zuführungssystem für das Siliziumoxid-Pulver angehalten, wobei aber die Erwärmung fortgesetzt wird, bis die obere Mitte der Ablagerung mit der Form eines Hügels fast flach wird.
  • Nach dem Verlöschen der Brenner wird die Drehung des Ofens angehalten, wobei die Seitenwände des Ofens entfernt werden, um den hergestellten Quarzglas-Block herauszunehmen.
  • Vor dem Entfernen der Seitenwände kann der Block für mehrere Stunden mit der Wärme der Brenner geglüht werden, wobei dadurch die Schichten des Mittelbereiches des Blocks dünner werden und folglich die Brechungsindex-Gleichförmigkeit Δn außerordentlich verbessert ist.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Quarzglas-Blocks in einem Ofen, der eine drehbare Wanne mit einem Boden, der ein Ofenbett (3) bildet, und einen stationären Deckel (2) umfasst, der direkt über dem Tiegel angeordnet ist, wobei es die folgenden Schritte umfasst: Schütten von Siliziumoxidpulver aus einer Siliziumoxidpulver-Zuführeinrichtung, die an dem Deckel (2) des Ofens (1) installiert ist, um so das Siliziumoxid nur in der Mitte des Ofenbetts (3) abzulagern, und Ausdehnen der Ablagerung zur Außenseite des Ofens (1) hin durch Erhitzen und Drehen der Wanne, wobei Erhitzen durch einen Hauptbrenner (5) und wenigstens einen Nebenbrenner (52) ausgeführt wird, die an dem Deckel (2) installiert sind.
  2. Vorrichtung zum Herstellen eines Quarzglas-Blocks, die umfasst: einen Ofen (1), der einen Deckel (2), der stationär ist, und eine drehbare Wanne umfasst, die aus einem Rahmen (1) aufgebaut ist, in dem feuerfeste Steine einen offenen Raum bilden, in dem der Quarzglas-Block hergestellt wird, wobei die Innenauskleidung aus Siliziumkarbid-Steinen aufgebaut ist, und der Boden der Wanne ein Ofenbett (3) bildet, eine Siliziumoxidpulver-Zuführeinrichtung, die an dem Deckel installiert ist, und einen Hauptbrenner (5) sowie wenigstens einen Nebenbrenner (52), die an dem Deckel (2) installiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumoxidpulver-Zuführeinrichtung nur über der Mitte des Ofenbetts (3) angeordnet ist, um so Siliziumoxid nur in der Mitte des Ofenbetts (3) abzulagern.
  3. Vorrichtung zum Herstellen eines Quarzglas-Blocks nach Anspruch 2, wobei das Ofenbett (3) mit einer Schicht aus Zirkoniumoxid-Teilchen bedeckt ist.
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