[发明专利]石英管/棒的高纯度化方法、装置、石英管/棒及用途

说明书

本发明提供了一种石英管/棒的高纯度化方法、装置、石英管/棒及用途，其特征在于，包括：高纯度化步骤，所述高纯度化步骤包括对石英玻璃管/棒进行加热，同时在石英玻璃管/棒外部产生连续稳定的电弧，使石英玻璃管/棒中包含的碱金属离子移动向石英玻璃管/棒的外壁。本公开的技术方案，不仅提高了石英玻璃管/棒的纯度，还提高了生成效率，同时对设备要求简单，大大节省了工程成本。

技术领域

本公开的实施例一般涉及石英玻璃生产领域，并且更具体地，涉及石英管/棒的高纯度化方法、装置、石英管/棒及用途。

背景技术

高纯石英材料由于其耐温、耐酸、低膨胀、光透过性等特殊物理性能，成为该领域中不可缺少的载具材料。熔融石英管可作为高纯反应室、气体/液体入口或输送管道广泛应用于分批式烧制炉之中。由石英材料制造的扩散管、钟罩等贯穿了半导体制程扩散、氧化、沉积、蚀刻等关键过程。半导体工业对载具材料中碱金属含量的要求苛刻。

半导体工业中，需要通过扩管工艺生产大型石英管，目前的扩管工艺一般是首先获取具有中间管厚和中间外径的由中间石英管并随后冷却，且其中在第二成型步骤中将冷却的中间石英管的至少一个长度段供应到加热区，在其中逐区加热到软化温度并在围绕其纵轴旋转的同时成型为具有最终管厚和最终外径的大型石英管。

由于碱金属离子会由高温区向低温区移动，因此，现有扩管工艺会导致大型石英管内壁的碱金属离子含量升高，无法满足导体工业对载具材料中碱金属含量的要求。

现有技术中还有通过在石英玻璃管内壁和外壁分别设置直流电极进行高纯度化，但这种方法不仅结构复杂，效率低慢，耗能更高，同时电极直接与玻璃管接触，导致玻璃管会在纯化过程中产生电极，并且容易造成玻璃管表面产生缺陷。

发明内容

根据本公开的实施例，提供了一种石英玻璃管/棒的高纯度化方法，包括：高纯度化步骤，所述高纯度化步骤包括对石英玻璃管/棒进行加热，同时在石英玻璃管/棒外部产生连续稳定的电弧，使石英玻璃管/棒中包含的碱金属离子移动向石英玻璃管/棒的外壁。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步地，对石英玻璃管/棒加热，是在石英玻璃管/棒的圆周的均匀分布一个或多个加热源，所述加热源是等离子体喷灯、氢氧气火焰喷灯或激光器；对石英玻璃管/棒进行加热的温度为1700℃-1900℃。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，连续稳定的电弧是通过在石英玻璃管/棒外侧设置一对电极，在电极上施加交流电压产生的交流电弧，交流电压为50-200千伏，电流为80-200mA。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，所述一对电极设置在石英玻璃管/棒上的同一个横截面上，或者设置在不同的横截面上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，所述电弧与石英玻璃管/棒外表面不接触，电极也与石英玻璃管/棒不接触。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，所述石英玻璃管/棒以其心轴作为旋转轴而旋转，转速为30-70r/min；电极和喷灯在石英玻璃管/棒外侧与石英玻璃管/棒轴向平行的方向水平移动，水平移动速度是40-100mm/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，石英玻璃管的高纯度化方法在高纯度化步骤之后，还包括：进行扩管，扩管温度为1700℃-1900℃，转速为80-200r/min，喷灯水平移动速度40-100mm/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，石英玻璃管的高纯度化方法在高纯度化步骤之前，还包括：进行扩管，扩管温度为1700℃-1900℃，转速为80-200r/min，喷灯水平移动速度40-100mm/min。

在本公开的第二方面，提供了一种由上述方法制备得到的高纯度化的石英玻璃管/棒，其特征在于，内壁表层锂离子含量为0.5ppm或更低；体杂质锂离子含量为0.1ppm或更低。