本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石英玻璃基板的制造方法和制造設(shè)備。

背景技術(shù)：

高純度的透明石英玻璃是一種光學性能非常好的材料，廣泛應用于激光技術(shù)、航天航空、光通信和半導體集成電路制造等領(lǐng)域。與普通玻璃相比，石英玻璃中二氧化硅(SiO₂)的含量在96％以上，其具有軟化溫度點高、耐磨性能好和紫外線透過率高的優(yōu)點，這些優(yōu)點極大地拓展了石英玻璃的應用領(lǐng)域。

目前,常用的制備石英玻璃基板的工藝有如下兩種。一種是化學氣相沉積法，該方法采用四氯硅烷(SiCl₄)、氧氣(O₂)、氫氣(H₂)等氣體通過化學氣相沉積制備得到SiO₂基板，這種工藝對設(shè)備要求高，同時需對尾氣排放進行特殊處理，不利于環(huán)境保護。另一種方法還可以通過SiCl₄火焰水解得到SiO₂顆粒，對SiO₂顆粒熔融并且玻璃化形成透明的合成石英玻璃錠，對石英玻璃錠經(jīng)過槽沉、熱處理和精密機械加工后得到石英玻璃基板，制備過程不能避免對環(huán)境造成影響。

但是，上述兩種制備石英玻璃基板的制造方法成本高、加工難度大且對環(huán)境造成不良影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種石英玻璃基板的制造方法和制造設(shè)備，用于降低制造成本，降低加工難度以及避免對環(huán)境造成不良影響。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種石英玻璃基板的制造方法，包括：

將目標基板和反應容器放置于反應爐中，所述目標基板位于所述反應容器上方，所述反應容器中放置有硅粉；

在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在所述目標基板上生成二氧化硅層；

將所述二氧化硅層從所述目標基板上剝離，形成石英玻璃基板。

可選地，所述在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在所述目標基板上生成二氧化硅層之前還包括：

向所述反應爐中通入惰性氣體，并將所述反應爐的溫度升溫至第一設(shè)定溫度；

對所述反應爐進行抽真空處理以使所述反應爐的壓強降至設(shè)定壓強。

可選地，所述使硅粉與氧氣反應以在所述目標基板上生成二氧化硅層包括：

向所述反應爐中通入混合氣體，使所述硅粉和所述混合氣體中的氧氣進行反應生成一氧化硅蒸汽，所述混合氣體包括惰性氣體和氧氣或者所述混合氣體包括惰性氣體和空氣，所述空氣包括氧氣；

在所述混合氣體的氣流的控制下，所述一氧化硅蒸汽在所述目標基板上與所述氧氣進行反應生成二氧化硅層。

可選地，所述使硅粉與氧氣反應以在所述目標基板上生成二氧化硅層之后還包括：

控制反應爐的溫度以將反應爐的溫度以設(shè)定速度降至第二設(shè)定溫度，并打開反應爐的爐門進行自然降溫以將反應爐的溫度降至第三設(shè)定溫度，所述第二設(shè)定溫度大于所述第三設(shè)定溫度；

將形成有二氧化硅層的目標基板從所述反應爐中取出。

可選地，所述目標基板與所述反應容器之間的距離的范圍為100mm至1000mm。

可選地，所述第一設(shè)定溫度大于或等于1000℃，所述第二設(shè)定溫度小于1000℃，所述第三設(shè)定溫度為室溫。

可選地，所述混合氣體包括惰性氣體和氧氣時，所述混合氣體中惰性氣體的流量的范圍為100mL/min至1000mL/min，氧氣的流量的范圍為0.1mL/min至1mL/min；或者，所述混合氣體包括惰性氣體和空氣時，所述混合氣體中惰性氣體的流量的范圍為100mL/min至1000mL/min，空氣的流量的范圍為0.1mL/min至1mL/min；

所述氧氣的分壓的范圍為5Pa至50Pa。

可選地，所述設(shè)定壓強的范圍為20Kpa至80KPa。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種石英玻璃基板的制造設(shè)備，包括：反應容器、反應爐和充氣裝置，目標基板和反應容器放置于反應爐中，所述目標基板位于所述反應容器上方；

所述反應容器，用于放置硅粉；

所述充氣裝置，用于向所述反應爐中充入氧氣；

所述反應爐，用于使硅粉與氧氣反應以在所述目標基板上生成二氧化硅層，所述二氧化硅層從所述目標基板上剝離后形成石英玻璃基板。

可選地，所述充氣裝置具體用于向反應爐中通入混合氣體，所述混合氣體包括惰性氣體和氧氣或者所述混合氣體包括惰性氣體和空氣，所述空氣包括氧氣，以實現(xiàn)向反應爐中通入氧氣；

所述充氣裝置包括第一充氣裝置和第二充氣裝置，所述第一充氣裝置通過第一充氣管道與反應爐連通，所述第一充氣管道上設(shè)置有第一開關(guān)控制裝置，所述第二充氣裝置通過第二充氣管道與反應爐連通，所述第二充氣管道上設(shè)置有第二開關(guān)控制裝置；

所述第一充氣裝置，用于向所述反應爐中通入惰性氣體；

所述第二充氣裝置，用于向所述反應爐中通入氧氣或者空氣；

所述第一開關(guān)控制裝置，用于控制惰性氣體的流量；

所述第二開關(guān)控制裝置，用于控制氧氣的流量或者空氣的流量。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的石英玻璃基板的制造方法和制造設(shè)備中，在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層，將二氧化硅層從目標基板上剝離形成石英玻璃基板，從而降低了制造成本，降低了加工難度以及避免了對環(huán)境造成不良影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種石英玻璃基板的制造方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種石英玻璃基板的制造方法的流程圖；

圖3a為實施例二中放置硅粉的示意圖；

圖3b為實施例二中放置目標基板和反應容器的示意圖；

圖3c為實施例三中通入惰性氣體的示意圖；

圖3d為實施例三中對反應爐進行抽真空處理的示意圖；

圖3e為實施例三中生成一氧化硅蒸汽的示意圖；

圖3f為實施例三中生成二氧化硅層的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例三提供的一種石英玻璃基板的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的石英玻璃基板的制造方法和制造設(shè)備的進行詳細描述。

圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種石英玻璃基板的制造方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括：

步驟101、將目標基板和反應容器放置于反應爐中，目標基板位于反應容器上方，反應容器中放置有硅粉。

步驟102、在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層。

本步驟具體可以為：在反應爐處于第一設(shè)定溫度時使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層。

步驟103、將二氧化硅層從目標基板上剝離，形成石英玻璃基板。

本實施例提供的石英基板的制造方法中，在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層，將二氧化硅層從目標基板上剝離形成石英玻璃基板，從而降低了制造成本，降低了加工難度以及避免了對環(huán)境造成不良影響。

圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種石英玻璃基板的制造方法的流程圖，如圖2所示，該方法包括：

步驟201、將硅粉放置入反應容器中。

圖3a為實施例二中放置硅粉的示意圖，如圖3a所示，將硅粉1放置入反應容器2中。具體地，可將硅粉1平鋪在反應容器2中。反應容器2底部的材料可以為透氣材料，以便于后續(xù)工藝中通入的氣體透過反應容器2的底部，其中，透氣材料可以為多孔結(jié)構(gòu)材料，例如：多孔陶瓷。優(yōu)選地，反應容器2可以為坩堝，例如：氧化鋁坩堝，氧化鋁坩堝具有耐高溫的特性且成本低。

步驟202、將目標基板和反應容器放置于反應爐中，目標基板位于反應容器上方。

圖3b為實施例二中放置目標基板和反應容器的示意圖，如圖3b所示，將目標基板3和反應容器2放置于反應爐4中，目標基板3位于反應容器2上方。目標基板3采用耐高溫基板，且其表面要平整光潔，例如：目標基板的材料為ZrO₂。

本實施例中，目標基板3與反應容器2之間的距離的范圍為100mm至1000mm。優(yōu)選地，目標基板3與反應容器2之間的距離為100mm。

步驟203、向反應爐中通入惰性氣體，并將反應爐的溫度升溫至第一設(shè)定溫度。

圖3c為實施例三中通入惰性氣體的示意圖，如圖3所示，向反應爐4中通入惰性氣體。具體地，反應爐4的底部通過第一充氣管道5與第一充氣裝置6連通，第一充氣管道5上還設(shè)置有第一開關(guān)控制裝置7。第一充氣裝置6通過第一充氣管道5向反應爐4中通入惰性氣體，其中，第一開關(guān)控制裝置7可控制第一充氣管道5中的惰性氣體的流量。優(yōu)選地，惰性氣體為Ar。并且將反應爐的溫度升溫至第一設(shè)定溫度，第一設(shè)定溫度可大于或等于1000℃，優(yōu)選地，第一設(shè)定溫度的范圍為1100℃至1300℃，例如：第一設(shè)定溫度為1100℃。反應爐4的溫度達到第一設(shè)定溫度后，第一充氣裝置5停止向反應爐4中充入惰性氣體。

步驟204、對反應爐進行抽真空處理以使反應爐的壓強降至設(shè)定壓強。

圖3d為實施例三中對反應爐進行抽真空處理的示意圖，如圖3d所示，反應爐4的頂部與真空泵8連通，開啟真空泵8并通過真空泵8對反應爐4進行抽真空處理以使反應爐的壓強降至設(shè)定壓強。其中，設(shè)定壓強的范圍為20Kpa至80KPa，優(yōu)選地，設(shè)定壓強為50Kpa。

步驟205、向反應爐中通入混合氣體，使硅粉和混合氣體中的氧氣進行反應生成一氧化硅蒸汽，混合氣體包括惰性氣體和氧氣或者混合氣體包括惰性氣體和空氣，空氣包括氧氣。

圖3e為實施例三中生成一氧化硅蒸汽的示意圖，如圖3e所示，反應爐4的底部還通過第二充氣管道9與第二充氣裝置10連通，第二充氣管道9上還設(shè)置有第二開關(guān)控制裝置11。

第一充氣裝置6通過第一充氣管道5向反應爐4中通入惰性氣體，同時，第二充氣裝置10通過第二充氣管道9向反應爐4中通入氧氣，以實現(xiàn)向反應爐4中通入包括惰性氣體和氧氣的混合氣體。在通入混合氣體的過程中，可通過第一開關(guān)控制裝置7控制惰性氣體的流量并通過第二開關(guān)控制裝置11控制氧氣的流量。其中，混合氣體中惰性氣體的流量的范圍為100mL/min至1000mL/min，氧氣的流量的范圍為0.1mL/min至1mL/min。優(yōu)選地，混合氣體中惰性氣體的流量為500mL/min，氧氣的流量為0.1mL/min。

或者，第一充氣裝置6通過第一充氣管道5向反應爐4中通入惰性氣體，同時，第二充氣裝置10通過第二充氣管道9向反應爐4中通入空氣，以實現(xiàn)向反應爐4中通入包括惰性氣體和空氣的混合氣體。在通入混合氣體的過程中，可通過第一開關(guān)控制裝置7控制惰性氣體的流量并通過第二開關(guān)控制裝置11控制空氣的流量。其中，混合氣體中惰性氣體的流量的范圍為100mL/min至1000mL/min，空氣的流量的范圍為0.1mL/min至1mL/min。優(yōu)選地，混合氣體中惰性氣體的流量為500mL/min，空氣的流量為0.5mL/min。

通入上述混合氣體之后，反應爐4中氧氣的分壓的范圍為5Pa至50Pa，優(yōu)選地，氧氣的分壓可以為10Pa，從而在反應爐4中形成了“微量氧環(huán)境”，硅粉在“微量氧環(huán)境中”不會完全被氧化。因此本步驟中混合氣體進入反應爐4之后從反應容器2的底部透過，硅粉會和混合氣體中的氧氣進行初步反應生成一氧化硅蒸汽12。

步驟206、在混合氣體的氣流的控制下，一氧化硅蒸汽在目標基板上與氧氣進行反應生成二氧化硅層。

圖3f為實施例三中生成二氧化硅層的示意圖，如圖3f所示，由于混合氣體從反應爐4的底部通入，因此混合氣體進入反應爐4之后會產(chǎn)生向上的氣流(圖中箭頭所示)，一氧化硅蒸汽12在向上的氣流的控制下上升到達目標基板3，然后在目標基板3上再次與混合氣體中的氧氣13進行反應生成二氧化硅層14。

本步驟中，一氧化硅蒸汽12在設(shè)定時間段內(nèi)在目標基板3上與氧氣13進行反應生成二氧化硅層14，以使二氧化硅層14具備設(shè)定厚度。因此本步驟可通過控制一氧化硅蒸汽12和氧氣13的反應時間來控制二氧化硅層14的厚度。需要說明的是：控制二氧化硅層14的厚度的方法包括但不限于通過控制一氧化硅蒸汽12和氧氣13反應的設(shè)定時間段的大小來實現(xiàn)，在實際應用中還可以采用其他方式，此處不再一一列舉。

綜上所述，本實施例采用的是化學氣相沉積法。

步驟207、控制反應爐的溫度以將反應爐的溫度以設(shè)定速度降至第二設(shè)定溫度，并打開反應爐的爐門進行自然降溫以將反應爐的溫度降至第三設(shè)定溫度，第二設(shè)定溫度大于第三設(shè)定溫度。

本實施例中，第二設(shè)定溫度小于1000℃，第三設(shè)定溫度為室溫。優(yōu)選地，第二設(shè)定溫度為600℃。

本步驟中將反應爐的溫度從第一設(shè)定溫度降至第三設(shè)定溫度，以方便將目標基板從反應爐中取出。

步驟208、將形成有二氧化硅層的目標基板從反應爐中取出。

步驟209、將二氧化硅層從目標基板上剝離，形成石英玻璃基板。

從目標基板上剝離下的二氧化硅層即為石英玻璃基板。

本實施例提供的石英玻璃基板的制造方法中，在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層，將二氧化硅層從目標基板上剝離形成石英玻璃基板，從而降低了制造成本，降低了加工難度以及避免了對環(huán)境造成不良影響。本實施例的制造方法的原料成本低，對設(shè)備要求低，便于大尺寸石英玻璃基板的制造。本實施例的制備過程中的第一設(shè)定溫度要低于現(xiàn)有技術(shù)中氧化硅顆粒熔融溫度，從而降低了反應時的溫度。

圖4為本發(fā)明實施例三提供的一種石英玻璃基板的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，該石英玻璃基板的制造設(shè)備包括：反應容器2、反應爐4和充氣裝置，目標基板3和反應容器2放置于反應爐4中，目標基板3位于反應容器2上方。反應容器2用于放置硅粉1；充氣裝置用于向反應爐4中充入氧氣；4反應爐4用于處于第一設(shè)定溫度和設(shè)定壓強下時使硅粉與氧氣反應以在目標基板3上生成二氧化硅層，二氧化硅層從目標基板3上剝離后形成石英玻璃基板。

充氣裝置具體向反應爐4中通入混合氣體，混合氣體包括惰性氣體和氧氣或者混合氣體包括惰性氣體和空氣，以實現(xiàn)向反應爐4中通入氧氣。充氣裝置包括第一充氣裝置6和第二充氣裝置10，第一充氣裝置6用于向反應爐4中通入惰性氣體，第二充氣裝置10用于向反應爐4中通入氧氣或者空氣。

進一步地，第一充氣裝置6通過第一充氣管道5與反應爐4連通，第一充氣管道5上設(shè)置有第一開關(guān)控制裝置7，第二充氣裝置10通過第二充氣管道9與反應爐4連通，第二充氣管道9上設(shè)置有第二開關(guān)控制裝置11。第一開關(guān)控制裝置7用于控制惰性氣體的流量，第二開關(guān)控制裝置11用于控制氧氣的流量或者空氣的流量。具體地，第一充氣裝置6通過第一充氣管道5與反應爐4的底部連通，第二充氣裝置10通過第二充氣管道9與反應爐4的底部連通。

進一步地，該石英玻璃基板的制造設(shè)備還包括真空泵8。真空泵8用于對反應爐4進行抽真空處理以使反應爐4的壓強降至設(shè)定壓強。真空泵8與反應爐4的頂部連通。

本實施例提供的石英玻璃基板的制造設(shè)備可用于實現(xiàn)上述實施例一或者實施例二提供的石英玻璃基板的制造方法，具體描述可參見上述實施例一或者實施例二。

本實施例提供的石英玻璃基板的制造設(shè)備中，在反應爐中使硅粉與氧氣反應以在目標基板上生成二氧化硅層，將二氧化硅層從目標基板上剝離形成石英玻璃基板，從而降低了制造成本，降低了加工難度以及避免了對環(huán)境造成不良影響。本實施例的制造方法的原料成本低，對設(shè)備要求低，便于大尺寸石英玻璃基板的制造。本實施例的制備過程中的第一設(shè)定溫度要低于現(xiàn)有技術(shù)中氧化硅顆粒熔融溫度，從而降低了反應時的溫度。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。