[发明专利]从合成石英玻璃产生光学坯件的方法

说明书

本发明涉及从合成石英玻璃产生光学坯件的方法，其通过在包括具有底部板的熔融模具的加热区中使多孔、圆柱形SiO₂烟灰体玻璃化并成型来实施，所述方法包括：(a)使所述SiO₂烟灰体在所述加热区中玻璃化，以形成完全圆柱形石英玻璃体；(b)通过在所述熔融模具中软化使所述玻璃化石英玻璃体成型，以形成粘性石英玻璃团块；(c)冷却所述石英玻璃团块且从所述熔融模具取出以形成所述光学坯件。本发明提出，根据方法步骤(b)于所述熔融模具中成型期间，通过受控供应的方式使所述完全圆柱形石英玻璃体与所述底部板)的定心构件接触。

技术领域

本发明涉及通过在包括具有底部板的熔融模具的加热区中使具有纵向轴的多孔、圆柱形SiO₂烟灰体玻璃化且成型自合成石英玻璃产生光学坯件的方法，所述方法包括下列步骤：

(a)使所述SiO₂烟灰体在所述加热区中于玻璃化温度下玻璃化以形成完全圆柱形、完全玻璃化、透明石英玻璃体，且随后直接

(b)通过在所述熔融模具中软化来使所述玻璃化石英玻璃体成型以形成完全或部分地填充所述熔融模具的体积的粘性石英玻璃团块，和

(c)冷却所述石英玻璃块且从所述熔融模具取出以形成所述光学坯件。

举例来说，从合成石英玻璃的坯件产生用于半导体制造中的组件、光学组件(例如微光刻中的透镜或镜子)或用于通信工程用光学纤维的预形成物。

通常通过火焰水解或使用沉淀燃烧器氧化含硅起始化合物的方式来产生合成石英玻璃。用于制造合成石英玻璃的充分确定的起始化合物为四氯化硅(SiCl₄)。然而，已知许多其它可通过水解或通过氧化自其形成SiO₂的有机硅化合物。举例来说，本文提及含氯或无氯硅烷、硅氮烷或聚硅氧烷。在这些物质中，无氯聚硅氧烷八甲基-环四硅氧烷(OMCTS)变得尤其有用。

已知产生方法为VAD方法(气相轴向沉积)、OVD方法(外部气相沉积)或等离子体支持式沉积方法(例如POD方法(等离子体外部沉积))。其它方法使用如下模具：其中通过垂直沉积SiO₂颗粒和直接玻璃化来使石英玻璃体从底部到顶部累积。在所有这些程序中，借助一个或若干个沉淀燃烧器来产生SiO₂颗粒且逐层沉积于相对于燃烧器火焰发生移动的载体上。在适当高温于载体表面区域中，将SiO₂颗粒直接玻璃化(“直接玻璃化”)。与之相比，在所谓的“烟灰方法”中，在沉积SiO₂颗粒期间温度较低，从而获得分别在单独方法步骤中烧结且玻璃化成透明石英玻璃的多孔SiO₂烟灰体。最终，直接玻璃化和烟灰方法皆产生致密、透明的高纯度合成石英玻璃。本发明涉及通过中间阶段的烟灰体来制造合成石英玻璃。

通常，因制造工艺，SiO₂烟灰体具有高含量的羟基(OH基团)。其会影响所得石英玻璃的光学透射率和石英玻璃的粘度以及其对短波UV辐射的抗性。因此，在制造合成石英玻璃时，通常应注意，观察到预定含量羟基，且已提出许多方法来最小化烟灰体中的羟基含量或将其调节到预定值。举例来说，在约1000℃的高温下于含氯气氛中对多孔烟灰体实施脱水处理，从而使得OH基团由氯取代。或者，还可在含氟气氛中干燥烟灰体，此会伴有氟掺杂。在打算避免将氯或氟纳入SiO₂网络中时，实施热干燥，其中在真空及约1100℃温度下于加热炉中使用石墨加热元件将烟灰体脱水。

通过烧结方式(＝玻璃化)从经预处理烟灰体来产生透明石英玻璃体。通常，将经干燥或以其它方式预处理的烟灰体引入可抽真空玻璃化炉中以用于此目的且在其中烧结以形成透明石英玻璃体。随后，通过机械成型方式或通过热加工赋予玻璃化石英玻璃体坯件或半成品产品的预定最终形状。