本發(fā)明涉及石英基板制備，具體涉及一種制備光掩模石英基板的燒結(jié)槽沉一體化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、石英玻璃是由單一組分二氧化硅組成的非晶態(tài)材料，是特種工業(yè)技術(shù)玻璃，具有膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱震，以及化學穩(wěn)定性和電絕緣性良好等特點，并且能透過紫外線和紅外線，廣泛應用于制作半導體、電光源器、半導體通信裝置、激光器，光學儀器等工業(yè)領(lǐng)域。就半導體光掩?；宥?，由石英玻璃制成的基板，其化學穩(wěn)定性最優(yōu)，具有高硬度、低膨脹系數(shù)和透光性強等優(yōu)勢，適用于較高精度要求的產(chǎn)品生產(chǎn)，廣泛應用于ic用光掩膜等。

2、合成石英具有純度高、透過率高、均勻性好、應力低、無條紋、無顆粒結(jié)構(gòu)、無氣泡、無包裹體、無熒光、耐激光損傷等優(yōu)異的光學性能，還兼?zhèn)渥吭降臒嵝阅?、電性能、機械性能和化學性能，是193nm波段光刻系統(tǒng)所選的關(guān)鍵材料。光刻級石英材料要求極高，僅其光學均勻性就需在1.0×10-6內(nèi)，其對石英材料的均勻性、透過率有著越來越高的要求，這意味著對石英坯料制備環(huán)節(jié)的要求也越來越嚴格。

3、石英玻璃生產(chǎn)工藝目前已具有多種，其中之一為vad(真空電弧加熱脫氣)法合成石英，vad屬于間接合成法，該合成方法的工藝特點為：沉積效率高、速率快、羥基含量低，且該方法為氣相沉積法，工藝路線簡單，原料為sicl4以及氫氣和氧氣，來源廣泛，成本低廉。

4、vad法生產(chǎn)的石英產(chǎn)品雜質(zhì)含量極低，具有高抗激光損傷性能、高光學均勻性及低吸收系數(shù)的顯著優(yōu)點，但因其尺寸問題，應用場景受限，為滿足各類應用需求，vad法沉積的石英棒材料通常需要經(jīng)過槽沉改型，以到達特定應用尺寸。槽沉就是高溫下通過石英玻璃軟化而達到二次成型的目的。而vad法生產(chǎn)的石英棒，因其長徑比比較大的緣故，槽沉時，在玻璃軟化階段易出現(xiàn)傾倒、折疊現(xiàn)象，造成產(chǎn)品出現(xiàn)氣泡、條紋、應力大、均勻性差等問題，嚴重情況下會造成石墨模具的破損，導致材料浪費及成本增加。

5、光學均勻性是衡量石英玻璃光學質(zhì)量的一個重要指標，它表示各向同性介質(zhì)內(nèi)部折射率均勻的程度。光通過不均勻的介質(zhì)時，將出現(xiàn)波面的畸變，畸變的大小取決于折射率差與厚度的乘積，其降低分辮率及成像的質(zhì)量，這將導致光學系統(tǒng)無法實現(xiàn)預期功能，甚至無法正常工作。應力雙折射是衡量光學石英玻璃的另一項重要指標，其主要影響有：(1)加工過程易造成材料崩邊、破損，(2)精密加工過程中，應力不斷釋放，易造成加工不出面形的問題，(3)偏正光系統(tǒng)應用時造成光學系統(tǒng)質(zhì)量的下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種制備光掩模石英基板的燒結(jié)槽沉一體化系統(tǒng)及方法，開發(fā)一套燒結(jié)-槽沉一體化系統(tǒng)，通過驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動vad沉積的石英棒逐漸下降，經(jīng)燒結(jié)爐進行燒結(jié)致密化后逐漸下降至槽沉爐，石英棒由下到上逐漸經(jīng)高溫后形成熔融石英攤開在槽沉模具內(nèi)，槽沉后的石英基板性能優(yōu)異，避免了vad沉積石英棒由于長徑比過大導致槽沉時容易發(fā)生折疊、傾倒，從而導致產(chǎn)品容易出現(xiàn)條紋、氣泡、均勻性差以及應力大的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提供了一種制備光掩模石英基板的燒結(jié)槽沉一體化系統(tǒng)，包括燒結(jié)爐、槽沉爐、稱重機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及槽沉模具；

3、所述稱重機構(gòu)連接驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)連接石英棒，所述稱重機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和石英棒從上到下順序豎直設(shè)置且位于所述燒結(jié)爐的正上方；

4、所述燒結(jié)爐的底端與槽沉爐的頂端連接，且二者的內(nèi)部腔體連通設(shè)置；

5、所述槽沉模具設(shè)置于槽沉爐內(nèi)，且所述槽沉模具位于所述石英棒的正下方。

6、本發(fā)明將vad工序后的燒結(jié)工序與槽沉工序結(jié)合，將燒結(jié)爐與槽沉爐一體化設(shè)置，通過驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動vad沉積的石英棒向下移動，經(jīng)燒結(jié)爐的燒結(jié)區(qū)進行燒結(jié)致密化后，繼續(xù)下降至槽沉爐，石英棒的底端至頂端依次逐漸進入槽沉爐的高溫槽沉區(qū)域，經(jīng)高溫后形成熔融石英掉落攤開在槽沉模具內(nèi)。過程中，石英棒由驅(qū)動機構(gòu)吊掛，由底部開始逐漸的熔融軟化掉落進入槽沉模具，并通過稱重機構(gòu)檢測石英棒的重量變化，通過驅(qū)動機構(gòu)調(diào)控石英棒下降的速率，進而控制石英棒的重量減小速率。避免了石英棒整體熔融軟化，因長徑比過大導致折疊、傾倒等問題，進而導致石英基板出現(xiàn)條紋、氣泡、均勻性差及應力差的問題。

7、進一步的，所述燒結(jié)爐包括爐芯管，所述爐芯管的外周從上到下套設(shè)第一保溫層、第一加熱器和第二保溫層。

8、進一步的，所述槽沉爐包括爐體，所述爐體上部的外周設(shè)置第二加熱器，所述槽沉模具位于所述第二加熱器包圍的區(qū)域內(nèi)。

9、進一步的，所述爐芯管的材料為高純jgs3石英材料，所述第一加熱器和第二加熱器為石墨加熱器。

10、進一步的，還包括位于所述槽沉爐內(nèi)的支撐平臺，所述支撐平臺設(shè)置于所述槽沉模具的下方，用于支撐槽沉模具；所述槽沉爐的底部設(shè)置可升降爐門，所述支撐平臺設(shè)置于所述爐門上方，槽沉模具通過可升降爐門進出槽沉爐。

11、進一步的，還包括plc模塊，所述plc模塊連接稱重機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)，槽沉時，通過稱重機構(gòu)檢測產(chǎn)品重量變化，聯(lián)動控制驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)石英棒的下降速度。

12、進一步的，所述槽沉模具內(nèi)放置石墨紙，所述石墨紙的厚度為0.5-1.0mm，灰分＜20ppm。

13、本發(fā)明另一方面提供一種光掩模石英基板制備方法，采用第一方面所述的系統(tǒng)，包括如下步驟：

14、s1、將vad沉積的石英棒掛至驅(qū)動機構(gòu)下端，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動石英棒底端下降至燒結(jié)爐的燒結(jié)區(qū)；

15、s2、所述燒結(jié)爐的加熱器啟動，待燒結(jié)區(qū)升溫至1400-1450℃，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動石英棒旋轉(zhuǎn)并下降，所述石英棒經(jīng)燒結(jié)區(qū)燒結(jié)致密化，待所述石英棒的底端下降至燒結(jié)爐與槽沉爐連接處，所述驅(qū)動機構(gòu)停止，所述燒結(jié)爐的加熱器控制燒結(jié)區(qū)降溫至750-900℃；

16、s3、所述槽沉爐的加熱器啟動，待槽沉區(qū)升溫至1750-1805℃，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動石英棒逐漸下降至槽沉爐內(nèi)，且石英棒由下到上逐漸經(jīng)高溫形成熔融石英攤開在槽沉模具內(nèi)槽沉，槽沉過程中，稱重機構(gòu)實時監(jiān)測石英棒的重量變化；

17、s4、待所述稱重機構(gòu)檢測到石英棒的重量減少為0時，驅(qū)動機構(gòu)停止，靜置1-4h后，驅(qū)動機構(gòu)啟動上升復位；

18、s5、所述槽沉爐降溫至1050-1150℃恒溫退火24-72h，隨后降溫至室溫，精加工后得到光掩模石英基板。

19、進一步的，s1中，所述石英棒的下降速度為10-400mm/min。

20、進一步的，s2中，所述石英棒的下降速度為0.5-10mm/min，旋轉(zhuǎn)速度為0.1-10r/min。

21、進一步的，s2中，所述燒結(jié)爐的升溫時長為2-4h。

22、進一步的，s3中，所述槽沉爐的升溫時長為8-10h。

23、進一步的，s3中，所述稱重機構(gòu)檢測石英棒的重量變化，并通過plc聯(lián)動控制驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)石英棒的下降速度，以使所述石英棒重量減少的速率為0.5-5kg/min。

24、進一步的，s4中，石英棒的重量減少為0時，石英棒頭部剛好位于燒結(jié)爐與槽沉爐連接處，在槽沉爐的高溫下，受重力影響，石英棒頭部位置與有效段分離。

25、進一步的，s5中，所述槽沉爐降溫至1050-1150℃的降溫速度為50-200℃/h；所述降溫至室溫具體為：以3-10℃/h的速率降溫至600-700℃后，自然降溫至室溫。

26、進一步的，s2中，稱重機構(gòu)檢測石英棒的重量，用于檢測石英棒在燒結(jié)致密化過程是否斷裂。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、本發(fā)明將燒結(jié)爐與槽沉爐一體化設(shè)置，vad沉積的石英棒在燒結(jié)后直接進行槽沉整形，有效縮短生產(chǎn)時長，降低生產(chǎn)成本。

29、本發(fā)明采用驅(qū)動機構(gòu)吊掛并驅(qū)動石英棒逐漸下降，經(jīng)燒結(jié)區(qū)致密化后逐漸進入槽沉爐，并由底部開始逐漸熔融軟化攤開在槽沉模具內(nèi)，避免了因石英棒長徑比過大導致折疊、傾倒，進而造成產(chǎn)品中出現(xiàn)條紋、氣泡、均勻性差以及應力大的問題。

30、本發(fā)明通過槽沉改型的方式，解決了vad石英棒因尺寸導致應用受限的問題，實現(xiàn)了大尺寸、低缺陷、高性能、高純度產(chǎn)品的生產(chǎn)，可應用于ic光掩膜基板的開發(fā)。