CN102531347A - 氧化硅玻璃坩埚的制造方法 - Google Patents

Abstract

制造内表面的状态(坩埚内表面特性)等得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具(10)内，通过多个碳电极(13)的电弧放电加热熔化由氧化硅粉末构成的氧化硅粉层(11)，制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法包括：对上述氧化硅粉层(11)的多个部位预先求出加热熔化时的最佳熔化温度的预备工序；测量上述多个部位的加热熔化时的实际温度的温度测量工序；以及控制上述多个部位的上述实际温度使之成为上述最佳熔化温度的温度控制工序。

Description

氧化硅玻璃坩埚的制造方法

技术领域

本发明涉及适合用于单晶硅的提拉的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。

背景技术

在单晶硅制造中采用使用氧化硅玻璃坩埚(以下，也有只称为“坩埚”)的切克劳斯基法(CZ法)。在CZ法中，在氧化硅玻璃坩埚内存积有熔化多晶硅原料的硅熔液。然后，将单晶硅晶种浸渍在硅熔液并慢慢提拉，从而以晶种为核使单晶硅进行生长。

在这种CZ法中使用的氧化硅玻璃坩埚，通过所谓旋转模具法，即，向旋转模具内供给氧化硅粉形成氧化硅粉层，并利用碳电极的电弧放电加热溶化该氧化硅粉层来制造。在旋转模具法中，电弧熔化的部分成为高达超过2000℃的温度。

此外，这样被制造的氧化硅玻璃坩埚，被做成为由含有许多气泡的外层和透明的内层构成的两层结构。在此，已知内层表面(单晶提拉时与硅熔液接触的内表面)的特性，左右能提拉的单晶硅的特性，也给最终的硅晶片的收获率带来影响。

具体来讲，例如，使用氧化硅玻璃坩埚来提拉单晶时，在硅熔液的液面产生波纹，难以通过适当浸渍晶种而进行配种(seeding)。这时出现不能提拉单晶硅，或者，单晶化被妨碍的问题。这种现象被称作熔液面振动，随着最近的单晶硅的大口径化，变得越发容易发生。此外，已知这样的熔液面振动现象，与氧化硅玻璃坩埚的内表面的状态有关系。这样的情况作为背景，已知例如专利文献1所记载一样的对应。

此外，对应于φ300mm以上且φ450mm左右的晶片，要求单晶硅大口径化，单晶的提拉时间也随之变得更长，坩埚内表面也与1400℃以上的硅熔液长时间接触。因此凸显出如下问题。

即，若提拉操作被长时间化，则坩埚内表面与硅熔液的接触时间也被长时间化。其结果，坩埚内表面与硅熔液反应，坩埚内表面的表面位置或者在离表面浅的层发生结晶化，使褐色的白硅石呈环状。以下将该环状称为褐色环。该褐色环内不存在白硅石层或者即便存在也为非常薄的层，不过随着操作时间的经过，褐色环面积扩大，相互融合并继续生长，而最终侵蚀其中心部分，成为不规则的玻璃熔出面。

微量玻璃片从这种玻璃熔出面脱落，容易使单晶硅发生位错，从而阻碍单晶提拉的成品率(收获率)。特别是，在生长用于制造φ300mm以上大口径晶片的单晶硅时，需要操作超过100小时的CZ法，会使上述玻璃熔出面的出现明显化。

这样的褐色环，可认为以玻璃表面细微的损伤、作为原料粉溶解残留物的晶质残留部分、玻璃结构的缺陷等为核心发生。因此，为减少褐色环的数量，可考虑保持坩埚内表面状态良好，或者为消除晶质残留成分，坩埚制造工序中在高温下花长时间熔化原料粉末，或者如专利文献2、3所述，作为形成内表面的原料粉使用非晶质的合成粉。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本公开专利特开2002-154894号公报

专利文献2：日本专利第2811290号公报

专利文献3：日本专利第2933404号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，以往没有确立能生产率良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的技术，即，没有确立制造内表面的状态等被适当控制的氧化硅玻璃坩埚的技术。

本发明鉴于上述情况而成，其课题在于提供内表面的状态(坩埚内表面特性)等的坩埚特性被适当控制的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。

解决问题的技术手段

本发明的发明人，对得到内表面的状态等被适当控制的氧化硅玻璃坩埚的方法进行深入探讨的结果，发现这种坩埚可通过如下方式制造，即，对氧化硅粉层的多个部位，预先求出根据电弧放电加热溶化时的最佳熔化温度，以使这些多个部位的实际温度(实测温度)成为各最佳熔化温度的方式，一边控制这些实际温度，一边通过加热熔化氧化硅粉层来制造。

本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具内用多个碳电极电弧放电来加热溶化氧化硅粉层，制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法包括：

对于上述氧化硅粉层的不同高度位置的多个部位，预先求出加热熔化时的最佳熔化温度的预备工序；

测量上述多个部位的加热熔化时的实际温度的温度测量工序；以及

将上述多个部位的上述实际温度控制成为上述最佳熔化温度的温度控制工序。

作为上述最佳熔化温度及上述实际温度，优选为上述多个部位的内表面的温度。

随时间求出上述最佳熔化温度时，优选为随时间控制上述实际温度。

上述多个部位中的至少一个优选为相当于氧化硅玻璃坩埚的角部的部位。

根据本发明，对于熔化状态的氧化硅粉层，能实时地控制该多个部位的各实际温度为各最佳熔化温度，因此，能适当控制氧化硅粉层的熔化状态。其结果，能制造例如内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。

在本发明中，以模具的旋转轴为中心边旋转边加热熔化氧化硅粉层。所谓“多个部位”实际上相当于不同高度位置的同心圆状的“多个圆周部”。

如后所述，在求出最佳熔化温度时，或者测量加热熔化时的实际温度时，作为温度测量部，优选使用检测出来自被测量物的辐射能、测量温度的辐射温度计。固定辐射温度计，测量旋转的氧化硅粉层的多个部位的温度，在此情况下，自然而然的，对圆周部进行温度测量而不是对点的一个部位进行温度测量。

此外，最佳熔化温度是指从能够制造如下坩埚时的温度数据以经验得到的温度或者通过模拟等的计算方法求出的合适温度等，该坩埚具备能生产率良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的坩埚特性。

此外，坩埚特性是指例如坩埚内表面的玻璃化状态、坩埚厚度方向的气泡分布及气泡的大小、OH基的含有量、杂质分布、表面的凹凸、这些在坩埚高度方向的分布状态等，是对用该石英玻璃坩埚提拉的单晶硅的特性产生影响的主要原因。

氧化硅玻璃坩埚是作为与硅熔液接触的唯一部件决定单晶硅的成品率和质量的重要部件。根据坩埚厚度方向的气泡分布及气泡的大小，有单晶硅提拉时气泡破裂而玻璃片混入硅熔液中、附着到单晶硅锭时多晶化的可能性。根据OH基的含有量，氧化硅玻璃坩埚有结晶化而容易发生白硅石、从氧化硅玻璃坩埚剥离的白硅石附着到单晶硅边而使单晶硅多结晶化的可能性。此外，也有氧化硅低粘度化而变形的可能性。若存在杂质，则该杂质会在结晶提拉的过程中促进氧化硅玻璃坩埚内表面的斑点状的白硅石的形成。这样形成的白硅石，从坩埚脱离并落入硅熔液内，降低所提拉单晶的单晶化率。

特别是在23英寸(58.4cm)～40英寸(116cm)的大口径坩埚中，熔化时内表面温度出现不均匀，其结果，有时在坩埚的内表面的状态产生面内分布。根据本发明，能够将多个部位的实际温度分别控制为最佳熔化温度，因此能防止发生这样的温度不均匀，制造出具有圆周方向均匀的内表面特性的氧化硅玻璃坩埚。

在本发明中，上述最佳熔化温度及上述实际温度为上述多个部位的特别内表面的温度时，能特别适宜地控制对所制造的单晶硅的特性带来较大影响的坩埚的内表面的状态。

在本发明中，在上述预备工序中先随时间求出上述最佳熔化温度，在上述温度控制工序中，随时间控制上述实际温度，从而能够制造更加可靠、内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。

在重要的时刻求出最佳熔化温度，并在该时刻进行温度控制也可。

在这种情况下也能够得到本发明效果。

在本发明中，若上述多个部位中的一个部位相当于氧化硅玻璃坩埚的角部时，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。

坩埚被分为底部、壁部以及角部等3个区域，角部意味着例如位于圆筒形的壁部与具有固定曲率半径的底部之间，使它们平滑地连接的部分。换言之，从底部中心沿着坩埚内表面朝着开口部上端，在底部中被设定的曲率半径开始变化的部分到成为壁部的曲率半径(圆筒形的情况下无限大)的部分就是角部。

本发明的发明人在从氧化硅粉层的底部中心达到氧化硅粉层的开口部上端的径向上，如图3所示，对位置B、位置B-R、位置R、位置R-W、位置W1、位置W2这6处的内表面进行了温度测量。

在此，位置B是成形体的底部中心(旋转轴上)。位置B-R是底部和角部的边界与位置B的中间附近。位置R是角部中与底部的边界附近的位置。位置R-W是角部中与壁部的边界附近的位置。位置W1是角部和壁部的边界与开口部上端的中间附近。位置W2是开口部上端附近。

再者，位置X和位置Y的中间附近是指从位置X和位置Y的中间位置起对距离X-Y的比成为±5％的长度的范围。其结果，测量的温度散乱，如图4所示，标准偏差大的是位置R-W以及位置R。

从该结果，可知对于角部先求出最佳熔化温度，以使该部分成为该最佳熔化温度的方式控制实际温度，从而能够更加精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。

在角部，特别是在角部中的与壁部的边界附近，进行加热熔化时，因重力而熔化玻璃容易从壁部垂下，从底部因模具的旋转产生的离心力而熔化玻璃容易聚集，因此具有厚度尺寸相较于设定值变大的倾向。为此，对于角部特别是与壁部的边界附近的位置，先求出最佳熔化温度，通过控制该部分的实际温度成为最佳熔化温度，能够控制坩埚的厚度。

本发明中，对于多个部位，即2处以上部位求出最佳熔化温度，并控制实际温度。作为对象的部位的数量越增加，精度就越得到提高，不过会增加人工、成本。因而，作为对象的部位数量，要兼顾精度和人工、成本而决定。

附图说明

图1是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置的一实施方式的示意主视图。

图2是表示图1氧化硅玻璃坩埚制造装置所具备的碳电极的俯视图(a)、示意侧视图(b)。

图3是表示氧化硅粉层的温度测量位置的示意图。

图4是表示氧化硅粉层的温度测量位置的温度偏差的图表，其中有表示标准差的图表(a)，表示所测量的温度的图表(b)。

图5是表示最佳熔化温度对于与角部相当的部位的随时间变化的图表。

图6是表示玻璃的光谱透射率和波长的关系的图表。

图7是表示氧化硅玻璃坩埚制造方法的一实施方式的流程图。

图8是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置的其他一实施方式的示意主视图。

图9是表示本发明的氧化硅玻璃坩埚制造方法的一实施方式的碳电极的高度位置的变化的图表。

具体实施方式

以下，对于本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，图示并详细说明适宜用于制造的氧化硅玻璃坩埚制造装置的一实施方式。

图1是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置1的一实施方式的示意主视图。

该氧化硅玻璃坩埚制造装置1是在300kVA～12,000kVA的输出范围内，通过多个碳电极13，13，13的电弧放电，加热熔化由非导电性对象物的氧化硅粉末构成的氧化硅粉层11的高输出的装置。

如图1所示，该氧化硅玻璃坩埚制造装置1具有模具10。模具10能通过未图示的旋转部进行旋转，具有由碳构成的大致碗状的内面形状，该碗型的内面形状为类似于坩埚外形，规定所制造的氧化硅玻璃坩埚的外形。在该模具10内，通过将氧化硅粉末作为原料粉末喷上既定厚并加以沉积来供给氧化硅粉末，形成由氧化硅粉末构成的氧化硅粉层11。

此外，在该模具10的内部设有多个减压通路12，该减压通路12在其内表面开口的同时与未图示的减压部连接，能使氧化硅粉层11内减压。在比模具10靠上侧的位置，设有与未图示的电力供给部连接的碳电极13，13，13作为电弧放电部，通过该碳电极13，13，13的电弧放电产生电弧火焰，从而加热熔化氧化硅粉末的氧化硅粉层11。

碳电极13，13，13为例如相同形状的电极棒，以进行交流3相(R相、S相、T相)的电弧放电，如图1和图2所示，以成为在下方具有顶点的倒三角锥状的方式，分别设为使各自的轴线13L呈角度θ1(例如120°)。电极的数量、配置状态、供给电力方式并不限于上述的构成，也能采用其他的构成。

此外，通过电极位置设定部20，如图中箭头T所示那样碳电极13，13，13能上下移动，并能设定电极前端部13a的高度位置(离氧化硅粉层11上端位置(模具开口上端位置)的高度位置)H。同时，根据电极位置设定部20使碳电极13，13，13的电极展开程度可变，并能如图中箭头D所示那样设定电极间距离D等，并且通过该电极位置设定部20，也能设定与模具10的高度以外的相对位置。

具体而言，如图1所示，电极位置设定部20包括：能设定碳电极13，13，13的电极间距离D的方式支撑的支撑部21；能在水平方向移动该支撑部21的水平移动部；以及能将多个支撑部21(即，各碳电极各自的支撑部)以及与所述水平移动部一同沿上下方向移动的上下移动部。

在支撑部21中，具有电极旋转部，该电极旋转部以使碳电极13能绕角度设定轴22转动地被支撑，控制角度设定轴22的旋转角度。

要调节碳电极13，13的电极间距离D时，如图1中箭头T3所示，用电极旋转部控制碳电极13的角度，并且如箭头T2所示，用水平移动部控制支撑部21的水平位置。此外，用上下移动部控制支撑部21的高度位置，从而能控制高度位置H。

再者，在图中仅在左端的碳电极13示出支撑部21等，不过其他的电极也以同样的构成支撑，也能个别地控制各个碳电极13的高度。

此外，碳电极13，13，13由粒径0.3mm以下，优选为0.1mm以下，更优选为0.05mm以下的高纯度碳粒子形成，当其密度为1.30g/cm³～1.80g/cm³，优选为1.30g/cm³～1.70g/cm³时，能使在电极各相配置的碳电极互相的密度差为0.2g/cm³以下，具有高的均质性。

氧化硅玻璃坩埚制造装置1在以模具10加热熔化的氧化硅粉层11内表面的多个部位，具备测量其实际温度的温度测量部(辐射温度计Cam1，Cam2)。此外，氧化硅玻璃坩埚制造装置1具备控制实际温度的温度控制部，以使温度测量部测量的各部位的实际温度成为预先输入的各部位的最佳熔化温度。

本实施方式中作为温度测量部所具备的辐射温度计Cam1，Cam2，检测出来自测量对象的辐射能而测量温度。

如图1所示，辐射温度计Cam1，Cam2配置在将进行电弧放电的炉内和炉外进行分离的间隔壁SS外侧。再者，辐射温度计Cam1，Cam2包括：光学系统，该光学系统通过覆盖被设在间隔壁SS的窗部的过滤器F1，对来自测量对象的辐射能进行聚光；光谱部，得到用该光学系统聚光的光谱；以及检测元件，从上述光谱检测出关于测量对象的光。该辐射温度计与控制部连接，该控制部因该检测元件的模拟输出或设定部的设定信号等必要的其他信号被输入而进行既定的运算并测量温度。

即，辐射温度计Cam1，Cam2各自通过透镜等光学系统对来自氧化硅粉层11内表面的辐射能光进行聚光，用光谱部得到上述光谱，用检测元件从上述光谱检测出既定波长的光。

检测元件的模拟输出信号通过同步检测器按每个波长分离并由放大器放大，经由多频低分辨率的小比特的AD转换器输入到控制部(CPU)，从而进行既定的运算处理，能得到所希望的温度信号。该温度信号能输出到LCD显示器等显示部，并且输出到氧化硅玻璃坩埚制造装置1的温度控制部。然后，温度控制部根据该信息实时地控制制造条件，以使实际温度顺着预先输入的最佳熔化温度。

在该例子中，辐射温度计Cam1被设置成在氧化硅粉层11中，测量与氧化硅玻璃坩埚的角部相当的部位(位置R-W)内表面的温度，辐射温度计Cam2设置成为测量与壁部相当的部位(位置W1)内表面。

温度控制部是通过改变氧化硅粉层11的加热熔化状态来控制各部位的实际温度的单元，与电极位置设定部20连接。本例的温度控制部通过改动向碳电极13供给的电力、碳电极13的位置状态、模具10与碳电极13的相对位置状态、模具10的位置状态的任意至少一种，使氧化硅粉层11的加热熔化状态变化，控制各部位的实际温度。

在此，碳电极13，13，13的位置状态是指这些多个电极互相所成的角度即电极展开程度或电极前端部13a的水平方向分离状态或者电极前端部13a的高度方向分离状态、以及作为由多个碳电极13，13，13形成的电弧火焰的喷出方向而被加以规定的电极中心方向的朝向等。

模具10与碳电极13，13，13的相对位置状态包含模具10的旋转轴方向与碳电极13，13，13的中心方向的相对位置关系、以及模具10与被视为电弧发生位置的电极前端部13a的相对高度位置关系(高度)、模具10与被视为电弧发生位置的电极前端部13a的相对水平方向位置关系(偏心等)。

此外，模具10的位置状态包含模具10的旋转轴的方向等。

以下，对使用了该氧化硅玻璃坩埚制造装置1的氧化硅玻璃坩埚的制造方法进行说明。

首先，对于模具10内的氧化硅粉层11内表面的多个部位，进行预先求出各个最佳熔化温度的预备工序。

在这里最佳熔化温度得自经验，或者通过模拟等的计算方法求出。例如，对于多个坩埚，用辐射温度计Cam1，Cam2取得在制造坩埚之际的加热熔化时，氧化硅粉层11内表面的多个部位随时间示出怎样的温度举动的温度数据。另一方面，使用这样制造的多个坩埚的每一个，利用CZ法在1400℃以上高温中对单晶硅提拉。然后，从利用CZ法能生产率良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的坩埚相关的上述温度数据，得自经验或者通过计算方法决定加热熔化氧化硅粉层11时的随时间的最佳熔化温度。

若对各部位的内表面的温度预先求出最佳熔化温度，并在后续的温度控制工序中控制该内表面的温度，则能特别适宜地控制对所制造的单晶硅的特性带来较大的影响的坩埚的内表面的状态。

此外，如果多个部位的至少一个有角部，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉层11的熔化状态。例如，多个部位之一为角部，另一个为壁部。

如示出图3及图4而先说明的那样，经探讨发明人明确了角部是位于壁部和底部之间的部分，是在加热熔化氧化硅粉层11时温度变动大的部位。为此，以角部为对象预先求出最佳熔化温度，并控制该部分的温度，以能顺着该最佳熔化温度，从而能进一步精密地控制坩埚的内表面等的状态。

此外，角部特别是角部中与壁部的边界附近，是在电弧熔化工序中，从壁部因重力而熔化部分容易下垂的部分，并且是从底部因模具10的离心力而熔化部分容易聚集的部分。因此，角部是厚度尺寸容易比设定值变大的部分。因此，通过将温度控制成为能顺着角部的最佳熔化温度，也能特别控制坩埚的厚度尺寸。

图5是表示在本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造方法中，对于与位置R-W相当的部位的内表面，在时刻t0开始电力供给(图7的S31)、在时刻t3停止电力供给(图7的S33)时的随时间的最佳熔化温度的图表。

在制造共计10个坩埚(口径：914mm，36英寸)时分别取得与位置R-W相当的部位的加热熔化时随时间的温度数据，通过计算方法能从这些温度数据与利用所得到的各坩埚实际用CZ法提拉单晶硅时的成品率、最终的硅晶片的收获率等的关系，能得到该图表。

再者，辐射温度计Cam1、Cam2最好测量温度范围为400～2800℃，此外，能够检测出波长4.8～5.2μm的辐射能而测量温度。若测量温度范围为400～2800℃，则能囊括氧化硅粉层11的加热熔化时的温度。在比上述的范围低的温度范围的情况下，该温度对坩埚特性带来的影响少，因此测量温度并求出最佳熔化温度几乎没有意义。另一方面，也可以设定比上述的范围高的范围作为测量范围，但认为现实中没有以那样的温度进行坩埚制造的情况。

此外，检测出波长4.8～5.2μm的辐射能而测量温度时，能测量到更准确的温度。图6是表示光谱透射率和波长的关系的图表，如该图表所示，认为从电弧放电中的碳电极13发生的CO₂的吸收带波长为4.2～4.6μm。因而，为了排除CO₂的吸收对温度测量的影响，需要避开该波长范围。此外，可知为了测定测量对象的氧化硅玻璃的表面温度，需要使该氧化硅玻璃的透射率为0、波长为4.8μm以上。此外，作为氧化硅玻璃坩埚制造的环境的大气中所包含的H₂O的吸收带波长为5.2～7.8μm，因此需要避开该波长范围。

从这些方面来看，优选检测出4.8～5.2μm的辐射能而测量温度。

此外，过滤器F1优选由BaF₂或CaF₂构成。这样的过滤器F，对于从坩埚内表面放射的波长范围的光而言的透射率高。因而，用于温度测量的光的强度不会降低。

此外，BaF₂或CaF₂的透射率在8.0μm～14μm的波长范围降低，作为测量波长不用这样的波长，由此能更准确地测量温度。

再者，优选在温度测量时，连接辐射温度计和测量点的观测线为离碳电极分离100mm以上的状态。藉此，降低在碳电极附近发生的来自电弧火焰的影响和电极辐射的影响，从而能提高温度测量的准确性。在这里若比上述的范围更接近电极，则温度测量的准确性降低，因此并不理想，此外，若从碳电极13超越坩埚半径地分离，则对于坩埚口径而言设定距离变大，将无法测量既定测量点的温度，或者来自测量点的辐射量降低，有辐射温度计的输出不足、不能进行准确的温度测量的倾向。

如上进行了预备工序之后，实际利用旋转模具法，制造坩埚。在图7示出制造工序的流程图。

具体来讲，首先，在氧化硅粉末供给工序S1中，通过向模具10内表面沉积氧化硅粉，形成氧化硅粉层11。由这样的石英粉体构成的氧化硅粉层11，因模具10旋转的离心力而被保持在模具10的内壁面。

接着，在电极初始位置设定工序S2中，如图1、图2所示，通过电极位置设定部20设定电极初期位置，以使碳电极13，13，13维持顶点在下方这样的倒三角锥状，且使各自的轴线13L维持角度θ1，并在前端13a互相接触。同时，设定高度位置H、由碳电极13，13，13形成的倒三角锥的中心轴的电极位置中心轴和模具10的旋转轴线的位置及角度组成的模具-电极相对位置状态的初始状态。

接着，在电弧熔化工序S3中，进行碳电极13的位置设定，并且用电弧放电部加热熔化所保持的氧化硅粉层11，并且通过减压通路12进行减压，形成氧化硅玻璃层。

电弧熔化工序S3包括电力供给开始工序S31、电极位置调整工序S32、及电力供给结束工序S33。

在电力供给开始工序S31中，从未图示的电力供给部，以上述那样设定的电力量开始向碳电极13，13，13供给电力。在该状态下，不发生电弧放电。

在电极位置调整工序S32中，通过电极位置设定部20，使碳电极13，13，13维持下方有顶点这样的倒三角锥状，或者变更其角度，扩大电极间距离D。由此，在碳电极13，13间随之开始产生放电。这时，通过电力供给部控制供给电力，以使各碳电极13中的电力密度成为40kVA/cm²～1，700kVA/cm²。而且，通过电极位置设定部20，在维持角度θ1的状态下，设定电极的高度位置H等模具10与碳电极13的相对位置状态，以满足作为对熔化氧化硅粉层11所必要的热源的条件。这样加热熔化氧化硅粉层11。

在电力供给结束工序S33中，氧化硅粉层11的熔化成为既定的状态之后，停止电力供给部的电力供给。

通过该电弧熔化，能加热熔化氧化硅粉层11，制造氧化硅玻璃坩埚。

再者，在电弧熔化工序S3中，通过未图示的控制部控制模具10的旋转状态。

然后，在本实施方式中，在这样的电弧熔化工序S3中，对于与角部相当的部位的内表面和与壁部相当的部位的内表面，进行以下工序：利用辐射温度计Cam1，Cam2随时间测量加热熔化时的各实际温度的温度测量工序；以及随时间控制这些部位的内表面的各实际温度，使之成为预备工序中所要求的各最佳熔化温度的温度控制工序。

具体来讲，根据最佳熔化温度与实际温度的数据，温度控制部通过改动向碳电极13供给的电力、碳电极13的位置状态、模具10与碳电极13的相对位置状态、模具10的位置状态的任意至少一种，进行调整，以使各部位的实际温度都成为最佳熔化温度，并且加热熔化氧化硅粉层11。

藉此，对于熔化状态的氧化硅粉层11，能实时地控制各部位的内表面为各自的最佳熔化温度，能适当地控制氧化硅粉层11的熔化状态，并且加热熔化。其结果，能制造坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。

接着，在冷却工序S4中，冷却停止了电力供给之后的氧化硅玻璃坩埚。此后，在取出工序S5中，从模具10取出氧化硅玻璃坩埚。此后，作为后处理工序S6，进行外周方面喷射高压水的珩磨处理、使坩埚高度尺寸成为既定状态的缘部切割处理、用氟酸等清洗坩埚内表面的清洗处理。

再者，在本实施方式中，将辐射温度计Cam1，Cam2置于电弧炉的间隔壁SS外侧，不过如图8所示，也可以收纳到设于间隔壁SS内侧的遮蔽体SS1内部(省略了辐射温度计Cam2的图示)。这时在遮蔽体SS1上设有过滤器F1。

如以上所述，依据这样的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，对于熔化状态的氧化硅粉层11，能实时地控制该多个部位的各实际温度为各自的最佳熔化温度，因此，能适当控制氧化硅粉层11的熔化状态。其结果，例如能制造内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。

此时，特别是对于氧化硅粉层的内表面，求出最佳熔化温度，测量实际温度半进行控制时，能特别适宜控制对所制造的单晶硅的特性带来大的影响的坩埚的内表面的状态。

此外，在预备工序中，随时间先求出最佳熔化温度，在温度控制工序中，随时间控制实际温度，能更可靠地制造内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。

而且，若上述的多个部位中的至少一个为与氧化硅玻璃坩埚的角部相当的部位，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。

再者，作为氧化硅粉，对应于内面层能主要使用合成氧化硅粉，对应于外面层能使用天然氧化硅粉。在此合成氧化硅粉意味着由合成氧化硅构成。合成氧化硅是化学合成/制造的原料，合成氧化硅粉是非晶质的。由于合成氧化硅的原料为气体或液体，能容易精制，合成氧化硅粉的纯度可比天然氧化硅粉高。作为合成氧化硅的原料，有四氯化硅等气体原料来源和如硅醇盐的液体原料来源。合成氧化硅粉能够将全部的金属杂质控制在0.1ppm以下。

在使用溶胶-凝胶法时，合成氧化硅粉中残留50～100ppm由加水分解醇盐而生成的硅烷醇。在以四氯化硅作为原料的合成氧化硅中，虽然能在0～1000ppm的大范围内控制硅烷醇，不过通常包含100ppm左右以上的氯。如果以醇盐为原料，能轻易制得不含氯的合成氧化硅。

使用溶胶-凝胶法制得的合成氧化硅粉如上所述在熔化前含有50～100ppm左右的硅烷醇。若对此进行真空熔化会发生硅烷醇的脱离，而使制得的氧化硅玻璃的硅烷醇的含量降低至5～30ppm左右。另外，硅烷醇量根据熔化温度、升温温度等的熔化条件的不同而不同。在同等条件下熔化天然氧化硅粉而得的玻璃的硅烷醇量不足5ppm。

一般认为，在高温下合成氧化硅玻璃的粘度低于天然氧化硅玻璃。作为其原因之一，可列举为是因为硅烷醇、卤切断SiO₄四面体的网眼结构。

合成氧化硅玻璃中，若测量光透射率，则其能良好地使波长至200nm左右的紫外线透过，可知其特性接近以用于紫外线光学用途的四氯化硅为原料的合成氧化硅玻璃。

在合成氧化硅玻璃中，若测量以波长245nm的紫外线激励而得的荧光光谱，则不会发现如天然氧化硅玻璃那样的荧光峰值。

所谓“天然氧化硅粉”是指由天然氧化硅构成的粉，所谓“天然氧化硅”是挖出自然界存在的石英原石，经过粉碎、精制等工序得到的原料，天然氧化硅粉由α-石英的结晶构成。天然氧化硅粉中包含1ppm以上的Al、Ti。此外对于其他金属杂质的水平也高于合成氧化硅粉。天然氧化硅粉几乎不含硅烷醇。天然氧化硅玻璃的硅烷醇含量为＜50p p m。

在天然氧化硅玻璃中，测量光透射率，由于主要作为杂质包含约1ppm的Ti而当波长成为250nm以下时透射率急剧降低，在波长200nm几乎不透过。此外，在245nm附近可观测到缺氧缺陷引起的吸收峰。

此外，在天然氧化硅玻璃中，测量由波长245nm的紫外线激励而得的荧光光谱，能在280nm和390nm观测到荧光峰值。这些荧光峰值起因于玻璃中的缺氧缺陷。

通过测量含有的杂质浓度、或测量硅烷醇量的不同或光透射率、测量以波长245nm的紫外线激励而得的荧光光谱，能够辨别出玻璃材料是天然氧化硅还是合成氧化硅。

在本发明中，作为原料粉末使用氧化硅粉末，而氧化硅粉既可为合成氧化硅粉，也可为天然氧化硅粉。天然氧化硅粉，既可为石英粉，也可为水晶、硅砂等作为氧化硅玻璃坩埚原材料的已知材料的粉末。此外，氧化硅粉可以为结晶、非结晶、玻璃状态之中的任何一种。

以上，对于本发明的实施方式进行了描述，但这些是本发明的例示，也可采用上述以外各种各样的构成。此外，也可组合采用上述实施方式中记载的构成。

[实施例]

作为本发明的实施例，制造了10个口径为610mm(24英寸)的坩埚并作为实验例A。此时，用图1所示的电极位置设定部20，随时间如图9所示那样改变基准位置而设定电极前端部13a的高度位置H。在从时刻t0到t1为高度位置H1、从时刻t2到t3为高度位置H2，并且各高度位置设定为H1＞H2。

同时，在图3所示的位置R-W中测量电弧熔化中的温度，对位置R-W进行高度位置H的调整以及供给电力的微调整，以使测量温度如图5所示那样对于预先设定的最佳熔化温度(设定温度)成为±15℃的容许范围。同样，在位置R中，也进行了测量温度的微调整。

进而，在与上述同样的条件下，且仅在高度位置设定上不进行温度测量及微调整的状态下制造10个坩埚，作为实验例B。

在这样制造的氧化硅玻璃坩埚中，对与位置R对应的角部，测量其厚度尺寸。

其结果，在实验例A中，与位置R对应的角部厚度尺寸，没有脱离规定值的12mm±0.5mm，与之相对，在实验例B中，出现12.6mm的1个、12.8mm的1个、13mm的1个，在这3个坩埚中就有大于规格的值。

从该结果可知，认为起因于温度控制的不均匀性的厚度偏差，如实验例A那样，通过在多个部位进行温度测量/微调整来能进行抑制。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域的技术人员应当了解的一点是该实施例说到底仅为例示，其还可以有各种变形例，此外那些变形例也属于本发明的保护范围。

符号的说明

1…氧化硅玻璃坩埚制造装置

10…模具

11…氧化硅粉层

12…减压通路

13…碳电极

13a…电极前端部

13L…轴线

20…电极位置设定部

21…支撑部

22…角度设定轴

Cam1、Cam2…辐射温度计

SS…间隔壁

F1…过滤器

SS1…遮蔽体

Claims (4)

1.一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具内，通过多个碳电极的电弧放电来加热熔化氧化硅粉层，制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法的特征在于包括：

预备工序，对于上述氧化硅粉层的高度位置不相同的多个部位，预先求出在加热熔化时的最佳熔化温度；

温度测量工序，测量上述多个部位的加热熔化时的实际温度；以及

温度控制工序，控制上述多个部位的上述实际温度，以成为上述最佳熔化温度。

2.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于：

上述最佳熔化温度及上述实际温度是上述多个部位的内表面的温度。

3.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于：

随时间先求出上述最佳熔化温度，随时间控制上述实际温度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于：

上述多个部位中的至少一个是相当于氧化硅玻璃坩埚的角部的部位。

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