一种高均匀石英砣的热处理方法及生产装置与流程

1.本发明涉及生产光掩膜石英基板的技术领域，尤其是指一种高均匀石英砣的热处理方法及生产装置。


背景技术：

2.光掩膜版产业是半导体产业的上游，光掩膜版是集成电路制造光刻工艺中最重要的耗材之一。石英掩膜版凭借其精密度较高的优势成为了掩膜版行业主流产品，合成石英是半导体光掩膜版的重要原料之一，半导体用高精度掩膜版的石英基板工艺难度高，技术门槛高。
3.目前，光掩膜石英基板的均匀性和稳定性主要是靠生产石英砣的过程中控制，石英砣进行槽沉退火等热处理所得，槽沉是将材料进行高温变形均化，利用模具将石英进行变形，退火是在应变点和转变点且在退火炉内进行高温均化处理，石英砣直接放在退火炉内热处理，在此过程中石英砣和炉子直接接触，严重影响石英砣的纯度。制作高端领域的石英砣必须将边缘有污染的部分进行去除，造成高纯度石英原料的浪费，且该工序大大的增加加工成本和制作周期。且现有的热处理工艺需要一个长时间的保温降温的过程，才能改善石英砣的光学应力及光学均匀性。对于更高领域的应用还一直在突破阶段。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术石英砣热处理时直接放在退火炉内，石英砣和炉子直接接触，严重影响石英砣的纯度，制作高端领域的石英砣必须将边缘有污染的部分进行去除，造成高纯度石英原料浪费的缺陷。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高均匀石英砣的热处理方法，包括：
6.s1:酸洗高纯度合成石英砣，在石英砣两端均焊接石英靶棒，并将石英砣放置在石英筒的筒口；
7.s2:控制石英砣匀速的从石英筒的筒口经设定的第一低温区运动至设定的高温区，再进入设定的第二低温区内进行热处理；
8.s3:石英砣的顶端通过第二低温区后，停止高温区、第一低温区和第二低温区的加热，并将石英砣匀速上升至石英筒的筒口；
9.s4:待石英砣冷却后，取下包含石英靶棒的石英砣，再将包含石英靶棒的石英砣，整体倒置，再重复步骤s2至步骤s3进行热处理过程。
10.在本发明的一个实施例中，所述高温区的设定值为1200-1300℃，所述第一低温区和所述第二低温区的设定值为900-1100℃。
11.在本发明的一个实施例中，石英砣从石英筒的筒口以10-15mm/min的速度运动至第一低温区，再以0.1-2mm/min的速度进入设定的第一低温区、高温区、第二低温区内进行热处理。
12.一种高均匀石英砣的生产装置，利用上述实施例中任一项所述的高均匀石英砣的
热处理方法来处理石英砣，包括：
13.牵引部件，所述牵引部件包括支架，所述支架两端分别连接有上牵引和下牵引，所述上牵引通过石英砣连接所述下牵引，所述石英砣两端各焊接一个石英靶棒，所述上牵引和所述下牵引均通过石英靶棒连接所述石英砣；
14.控温部件，所述控温部件包括炉壳，所述炉壳固定于支架，所述炉壳内套设有中心筒，所述炉壳和所述中心筒之间布设有控温区，所述中心筒内套设有石英筒，所述石英砣悬置于所述石英筒内；
15.其中所述控温区包括高温区和设置所述高温区两端的第一低温区和第二低温区，所述第一低温区靠近所述上牵引。
16.在本发明的一个实施例中，所述上牵引和所述下牵引内均设有卡爪，所述石英靶棒卡接在所述卡爪内。
17.在本发明的一个实施例中，所述石英筒内设置有高温涂层，所述石英筒两端分别密封设有石英环，所述石英环设有用于穿设所述石英靶棒的穿设孔。
18.在本发明的一个实施例中，所述控温区内设有第一加热线圈、第二加热线圈和第三加热线圈，所述第一加热线圈与所述第一低温区对应设置，所述第二加热线圈与所述高温区对应设置，所述第三加热线圈与所述第二低温区对应设置。
19.在本发明的一个实施例中，所述炉壳上端设有第一端盖，所述第一端盖上设有第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖上均设置有用于穿设所述石英筒的上预留孔，且所述第二端盖上设有用于通入保护气体的通孔。
20.在本发明的一个实施例中，所述炉壳底部安装有底板，所述底板上设有用于穿设所述石英筒的下预留孔，所述上预留孔和所述下预留孔为同轴设置。
21.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22.本发明所述的高均匀石英砣的热处理方法及生产装置，控制酸洗后的高纯度合成石英砣从石英筒的筒口经过第一低温区和高温区，再进入第二低温区内进行热处理，石英砣经过多段的控温，可有效的避免急热急冷产生新的应力，使得石英砣内外部的材料纯度一致，提高石英砣材料的均匀性和稳定性，保证材料内部有较低的应力双折射，同时可节约降温时间，且控制石英砣材料无接触式运动，有效的杜绝直接污染的问题，在石英砣上升至石英筒的筒口，将包含石英靶棒的石英砣整体倒置，再进行热处理动作，可减少重力对应力及光学均匀性的影响，进一步提高石英砣的均匀性。该方法可以提高石英砣的光学均匀性，保证材料内部有较低的应力双折射，且热处理过程材料不受污染，有效降低高纯度石英原料的浪费，也避免了因杂质污染而影响材料的光学均匀性。
附图说明
23.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
24.图1是本发明高均匀石英砣的生产装置的结构示意图；
25.说明书附图标记说明：1、牵引部件；11、支架；12、上牵引；13、下牵引；14、石英靶棒；15、石英砣；2、控温部件；21、炉壳；22、中心筒；23、控温区；24、石英筒；25、石英环；26、第一端盖；27、第二端盖；28、底板。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
27.实施例一
28.本发明提供了一种高均匀石英砣的热处理方法，包括：
29.s1:酸洗高纯度合成石英砣，在石英砣15两端均焊接石英靶棒14，并将石英砣15放置在石英筒24的筒口；
30.s2:控制石英砣15匀速的从石英筒24的筒口经设定的第一低温区运动至设定的高温区，再进入设定的第二低温区内进行热处理；
31.s3:石英砣15的顶端通过第二低温区后，停止高温区、第一低温区和第二低温区的加热，并将石英砣15匀速上升至石英筒24的筒口；
32.s4:待石英砣15冷却后，取下包含石英靶棒14的石英砣15，再将包含石英靶棒14的石英砣15整体倒置，再重复步骤s2至步骤s3进行热处理过程。
33.该方法中的石英砣15经过多段的控温，可有效的避免急热急冷产生新的应力，使得石英砣15内外部的材料纯度一致，提高石英砣15材料的均匀性和稳定性，保证材料内部有较低的应力双折射，同时可节约降温时间，且控制石英砣15材料无接触式运动，有效的杜绝直接污染的问题。在石英砣15上升至石英筒24的筒口，待冷却后将石英砣15和石英砣15两端的石英靶棒14整体倒置，再进行热处理动作，可减少重力对应力及光学均匀性的影响，进一步提高石英砣15的均匀性。该方法可以提高石英砣15的光学均匀性，保证材料内部有较低的应力双折射，且热处理过程材料不受污染，有效降低高纯度石英原料的浪费，也避免了因杂质污染而影响材料的光学均匀性。
34.具体的，该方法中的操作均在无尘环境下进行，高纯度合成石英砣15需经酸洗，去除表面的的油污染及吸附物，优选的，酸可以选择为hf酸，且石英砣15的纯度大于99.999995％。
35.在本实施例中，将石英砣15从石英筒24的筒口以10-15mm/min的速度运动至第一低温区，再将石英砣15以0.1-2mm/min的速度进入设定的第一低温区、高温区、第二低温区内进行热处理，石英砣15的顶端通过第二低温区后，停止高温区、第一低温区和第二低温区的加热，并将石英砣15以0.5-3mm/s的速度上升至石英筒24的筒口，其中高温区的设定值为1200-1300℃，第一低温区和第二低温区的设定值为900-1100℃。
36.经过此条件下的验证情况与传统槽沉退火的技术条件对比得出：
[0037][0038]
实施例二
[0039]
请参照图1所示，本发明提供了一种高均匀石英砣的生产装置，包括牵引部件1和控温部件2，牵引部件1包括支架11，支架11两端分别连接有上牵引12和下牵引13，上牵引12通过石英砣15连接下牵引13，石英砣15两端各焊接一个石英靶棒14，上牵引12和下牵引13均通过石英靶棒14连接石英砣15，控温部件2包括炉壳21，炉壳21固定于支架11，炉壳21内套设有中心筒22，炉壳21和中心筒22之间布设有控温区23，中心筒22内套设有石英筒24，石英砣15悬置于石英筒24内，其中，控温区23包括高温区和设置高温区两端的第一低温区和第二低温区，第一低温区靠近上牵引12。
[0040]
该生产装置，上牵引12的设置便于安装和拆卸石英砣15，上牵引12和下牵引13可保证石英砣15在控温部件2内的稳定，且可利用上牵引12和下牵引13控制石英砣15的运动，使得石英砣15为无接触的运动。选择石英靶棒14支撑在上牵引12和下牵引13，可以避免石英砣15在热处理过程中出现开裂脱落的风险，同时也避免因重力而导致的变形。利用上牵引12和下牵引13将石英砣15悬置于石英筒24的筒口，通过上牵引12和下牵引13将石英砣15从石英筒24的筒口以一定的速度运动至第一低温区，再通过上牵引12和下牵引13将石英砣15以一定的速度进入设定的第一低温区、高温区、第二低温区内进行热处理，石英砣15的顶端通过第二低温区后，停止高温区、第一低温区和第二低温区的加热，利用石英筒24的保温作用，不会出现急冷的过程，并通过上牵引12和下牵引13的共同牵引作用下，将石英砣15以一定速度运动至石英筒24的筒口进行慢速冷却。
[0041]
炉壳21和中心筒22之间的控温区23通过石英筒24对石英砣15进行多段控温，即石英砣15采用无接触式的多段控温，无接触式使得石英砣15材料外径不会发生变化，也不会有任何污染，有效杜绝直接污染问题。多段控温可有效的避免急热急冷产生新的应力，提高了石英砣15的均匀性和稳定性，保证材料内部有较低的应力双折射，同时可节约降温时间，其中石英筒24作为内衬，保证高温环境下高纯合成石英砣15不受外界污染，保证石英砣15的纯度不发生任何变化。该装置在热处理过程材料不受污染，有效降低高纯度石英原料的浪费，也避免了因杂质污染而影响材料的光学均匀性。
[0042]
具体的，上牵引12和下牵引13均通过石英靶棒14连接石英砣15，优选的，石英砣15的两端各焊接一个石英靶棒14，且石英靶棒14的长度不低于石英筒24的长度，选择石英靶
棒14支撑在上牵引12和下牵引13，可以避免石英砣15在热处理过程中出现开裂脱落的风险，同时也避免因重力而导致的变形，上牵引12和下牵引13内均设有卡爪，石英靶棒14卡接在卡爪内，可以通过控制部件控制，也可将石英靶棒14夹装稳定，便于拆卸。
[0043]
在本实施例中，控温区23内设有第一加热线圈、第二加热线圈和第三加热线圈，第一加热线圈与第一低温区对应设置，第二加热线圈与高温区对应设置，第三加热线圈与第二低温区对应设置。
[0044]
此外，还包括控制部件，控制部件分别与第一加热线圈、第二加热线圈和第三加热线圈相连，可以实现精准控温。上牵引12和下牵引13均由电机驱动在支架11上运动，且电机与控制部件连接，实现了自动化设置，提高了生产效率且减少了人工成本。
[0045]
进一步的，石英筒24的高度1200-1500mm，石英靶棒14总长度不低于1500mm，其中处在控温区23的高度是600-800mm，内径φ150-φ600mm，整个加热区间相对温度变化区间较长，防止石英靶棒14和石英砣15过快冷却或者受热不均匀导致开裂；在石英筒24内设置有高温涂层，可耐高温，石英筒24两端分别密封设有石英环25，石英环25设有用于穿设石英靶棒14的穿设孔，石英环25可防止热量流失。
[0046]
具体的，炉壳21上端设有第一端盖26，第一端盖26上设有第二端盖27，第一端盖26和第二端盖27上均设置有用于穿设石英筒24的上预留孔，且第二端盖27上设有用于通入保护气体的通孔。炉壳21底部安装有底板28，底板28可以作为下支撑，在底板28上设有用于穿设石英筒24的下预留孔，上预留孔和下预留孔为同轴设置，可以保证石英筒24的放置。在底板28上设有用于通入保护气体的通孔，在生产作业过程中，一直通入保护气体，可防止控温区23内的第一加热线圈、第二加热线圈和第三加热线圈被氧化，优选的，保护气体为氮气。
[0047]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。