DE112018002317T5

DE112018002317T5 - Quarzglastiegel und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112018002317T5
Application number: DE112018002317.6T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kishi; Kouta HASEBE; Takahiro Abe; Hideki Fujiwara; Eriko Kitahara
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2020-03-26
Also published as: SG11201910063VA; US11473209B2; JP7070719B2; JPWO2018203454A1; CN110709539B; JP2021050139A; JP6828811B2; US20200115820A1; KR20190117743A; CN110709539A; WO2018203454A1; TW201843114A; TWI664154B; KR102265452B1

Abstract

Bereitgestellt werden ein Quarzglastiegel, der in der Lage ist, einem über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Einkristall-Hochziehschritt, wie etwa Mehrfachziehen, standzuhalten, und ein Herstellungsverfahren dafür.Ein Quarzglastiegel 1 umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper 10, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilme 13A und 13B, die auf Oberflächen des Tiegelkörpers 10 ausgebildet sind, um zu bewirken, dass mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schichten in der Nähe der Oberflächen des Tiegelkörpers 10 durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren ausgebildet werden.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzglastiegel und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere einen Quarzglastiegel, der zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Ein Quarzglastiegel wird zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls durch das CZ-Verfahren verwendet. Beim CZ-Verfahren wird ein Silicium-Rohmaterial in dem Quarzglastiegel zwecks Schmelzens erhitzt, ein Impfkristall wird in die Siliciumschmelze getaucht und dann wird der Impfkristall allmählich hochgezogen, während der Tiegel gedreht wird, um einen Einkristall zu züchten. Um einen qualitativ hochwertigen Silicium-Einkristall für eine Halbleitervorrichtung kostengünstig herzustellen, ist es erforderlich, so genanntes Mehrfachziehen durchzuführen, bei dem nicht nur die Ausbeute an Einkristallen durch einen einzelnen Hochziehschritt erhöht werden kann, sondern auch eine Mehrzahl von Silicium-Einkristall-Blöcken aus einem einzelnen Tiegel hochgezogen werden kann. Dafür ist ein Tiegel mit einer stabilen Form erforderlich, der in der Lage ist, einer Langzeitverwendung standzuhalten.
Bei einem Quarzglastiegel nach dem Stand der Technik wird in einer thermischen Umgebung bei 1400 °C oder höher während des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls die Viskosität verringert, sodass seine Form nicht aufrechterhalten werden kann und eine Verformung des Tiegels, wie etwa Verbeulen oder Zusammenfallen nach innen, auftritt. Dementsprechend werden Veränderungen der Höhe der Flüssigkeitsoberfläche einer Siliciumschmelze, ein Brechen des Tiegels, Kontakt mit Komponenten in einem Ofen und dergleichen zu Problemen. Des Weiteren wird die Innenfläche des Tiegels kristallisiert, indem sie während des Hochziehens eines Einkristalls mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommt, und es wird als brauner Ring bezeichneter Cristobalit ausgebildet. In dem Fall, dass der Cristobalit delaminiert und während der Züchtung in den Silicium-Einkristall integriert wird, verursacht dies eine Versetzung.
Um derartige Probleme zu lösen, wird ein Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit eines Tiegels durch positives Kristallisieren der Wandfläche des Tiegels vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt Patentdokument 1 einen Quarzglastiegel, bei dem ein Beschichtungsfilm eines Kristallisationsbeschleunigers aus Elementen in Gruppe 2a in der Innenfläche des Quarzglastiegels innerhalb einer Tiefe von 1 mm vorliegt. Wenn ein Silicium-Einkristall unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogen wird, wird auf der Innenfläche des Tiegels eine Kristallschicht ausgebildet, sodass die Wärmebeständigkeitseigenschaft verbessert wird. Daher wird beispielsweise, selbst wenn ein Silicium-Einkristall bei einem verringerten Druck hochgezogen wird, die Innenfläche nicht rau und bleibt glatt, sodass das Hochziehen über einen langen Zeitraum mit einem guten Kristallisationsverhältnis möglich ist.
Außerdem beschreibt Patentdokument 2, dass ein Entglasungsbeschleuniger, wie etwa eine wässrige Bariumhydroxidlösung, auf die Innenfläche eines Tiegels aufgetragen wird und die Kristallisationsrate insbesondere durch Ändern der Konzentration des Entglasungsbeschleunigers in unterschiedlichen Teilen des Tiegels eingestellt wird, wodurch eine Delamination von Kristallen verhindert wird. Die Kristallisationsraten eines Eckabschnitts, eines Wandabschnitts und eines Bodenabschnitts des Tiegels werden in absteigender Reihenfolge eingestellt und die Entglasungswachstumsrate wird für eine einheitliche Entglasung so eingestellt, dass sie in einem Bereich von 0,1 bis 0,6 µm/h liegt.
Patentdokument 3 beschreibt ein Oberflächenbehandlungsverfahren eines Quarzglasprodukts, wie etwa eines Quarzglastiegels, bei dem die Innenfläche eines Tiegels mit einem reduzierenden Beschichtungsmittel (Aminen, Organosilanhalogenen oder dergleichen) beschichtet wird, das eine Methylgruppe enthält, um die Cristobalitbildung während des Ziehens zu beschleunigen, wodurch eine Delamination eines Entglasungspunkts verhindert wird.
Patentdokument 4 beschreibt einen Quarzglastiegel, bei dem die Festigkeit durch Halbkristallisieren der Innenfläche erhöht wird. Der Quarzglastiegel enthält einen Kristallisationsbeschleuniger in der Innenfläche des Tiegels mit einer Dicke von 1 bis 10 µm und eine Halbkristallschicht mit einer Kristallinität von 80 % bis 95 %. Die Halbkristallschicht wird ausgebildet, indem bei einem Rotationsformverfahren während eines Lichtbogenschmelzens eine Spannung an eine Form angelegt wird, um den Kristallisationsbeschleuniger zur Innenfläche des Quarzglastiegels zu bewegen.
Patentdokument 5 beschreibt, dass die Außenschicht einer Seitenwand eines Tiegels als ein dotierter Bereich ausgebildet wird, der eine erste Komponente, wie etwa Ti, die als ein Vernetzungsmittel in Quarzglas wirkt, und eine zweite Komponente, wie etwa Ba, die als ein Trennpunktausbildungsmittel in dem Quarzglas wirkt und eine Dicke von 0,2 mm oder mehr aufweist, enthält und, wenn ein Quarzglastiegel in einem spezifischen Gebrauchsmodus zum Kristallziehen erhitzt wird, Cristobalit in dem dotierten Bereich ausgebildet wird, um die Kristallisation des Quarzglases zu beschleunigen, wodurch die Festigkeit des Tiegels erhöht wird.
[Literatur des Stands der Technik]
[Patentdokumente]

Patentdokument 1 Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H8-2932
Patentdokument 2 Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-160393
Patentdokument 3 Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-537945
Patentdokument 4 Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-206342
Patentdokument 5 Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-523229

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Bei dem Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit eines Tiegels nach dem in Patentdokument 1 und 2 beschriebenen Stand der Technik können jedoch Fälle vorkommen, in denen die Dicke der Kristallschicht unzureichend ist und abhängig vom Kristallisationszustand eine Delamination von Kristallkörnern auftritt. Das heißt, wenn Kristalle ohne Regelmäßigkeit der Kristallwachstumsrichtung in der Kristallschicht in alle Richtungen wachsen (im Folgenden „zufälliges Wachstum“), wird der Kristallisationsbeschleuniger in der Kristallkorngrenze gefangen, sodass die Kristallisationsrate mit der Zeit abnimmt und das Kristallwachstum in der Dickenrichtung des Tiegels in einem relativ frühen Stadium in einem Hochziehschritt gestoppt wird. Daher besteht bei dem Hochziehschritt, der über einen sehr langen Zeitraum unter Hochtemperaturwärmebelastung durchgeführt wird, wie etwa Mehrfachziehen, das Problem, dass eine dünne Kristallschicht in der Innenfläche des Tiegels in die Siliciumschmelze hinein abgetragen wird und vollständig verschwindet.
Das Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit eines Tiegels nach dem in Patentdokument 3 beschriebenen Stand der Technik konzentriert sich nur auf die Dichte des braunen Rings auf der Oberfläche und berücksichtigt nicht das Kristallwachstum in der Dickenrichtung des Tiegels. Wenn die Dicke der Kristallschicht nicht ausreichend sichergestellt ist, besteht das Problem, dass die Festigkeit des Tiegels nicht aufrechterhalten werden kann und eine Verformung auftritt oder eine Delamination des auf der Oberfläche des Quarzglases erzeugten braunen Rings auftritt. Des Weiteren trägt, da der braune Ring nicht die gesamte Innenfläche des Tiegels bedeckt, der braune Ring nicht zu einer Erhöhung der Festigkeit des Tiegels bei.
Bei dem Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit eines Tiegels nach dem in Patentdokument 4 und 5 beschriebenen Stand der Technik erzeugt, da der Kristallisationsbeschleuniger in einer Glasmatrix vorliegt, der Kristallisationsbeschleuniger gleichzeitig Kristallkeime, sodass die Kristallschicht zufällig wächst. Daher besteht das Problem, dass die Dicke der Kristallschicht aufgrund einer Abnahme der Kristallisationsrate unzureichend ist. Da die Möglichkeit besteht, dass die Innenfläche des Tiegels während des Hochziehens eines Einkristalls um 1 mm oder mehr abgetragen wird, bestehen in dem Fall, dass die Kristallschicht dünn ist, Bedenken, dass die Kristallschicht in der zweiten Hälfte des Einkristall-Hochziehschritts verschwinden kann.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Quarzglastiegel, der in der Lage ist, einem über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Einkristall-Hochziehschritt, wie etwa Mehrfachziehen, standzuhalten, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Die Erfinder führten intensive Studien zum Kristallisationsmechanismus der Oberfläche eines Tiegels bei einer hohen Temperatur in einem Kristallhochziehschritt durch und entdeckten als Ergebnis die Struktur einer Kristallschicht, die ein kontinuierliches Kristallwachstum ermöglicht und ein Verschwinden der Kristallschicht aufgrund von Delamination der Kristallschicht und Abtragung in eine Siliciumschmelze verhindern kann.
Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Fachwissen und ein Quarzglastiegel gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Oberfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht in der Nähe der Oberfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Kristallisation des Quarzglases durch das Vorhandensein der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht als flüssige Phase während des Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls beschleunigt wird, eine Kristallschicht ausgebildet werden, die aus einem Aggregat kuppelförmiger oder säulenartiger Kristallkörner gebildet ist. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es möglich, eine Versetzung des Silicium-Einkristalls, die durch eine Delamination von Kristallkörnern (Cristobalit) von der Innenwandfläche des Tiegels verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist, obwohl an einer Glasschicht, die in Kontakt mit der Kristallschicht steht, aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht Spannung in einer Schrumpfrichtung anliegt, die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht ein binäres oder höheres Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt und die Spannung wird durch Einschieben der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht als flüssige Phase vermindert.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Dicke der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht 0,1 µm oder mehr und 50 µm oder weniger beträgt. Die Fluidität des Teils ist nicht so hoch, da die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht eine geeignete Dicke aufweist, sodass die Kristallschicht und die Glasschicht mit geringerer Wahrscheinlichkeit gegeneinander verschoben werden, in der Oberfläche der Kristallschicht keine Falten und Risse erzeugt werden und die Kristallschicht nicht delaminiert wird. Daher kann die Produktionsausbeute (Einkristall-Ausbeute) des Silicium-Einkristalls erhöht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Tiegelkörper einen geraden Körperabschnitt mit einer zylindrischen Form und einen Bodenabschnitt, der gekrümmt ist, umfasst und ein Eckabschnitt den geraden Körperabschnitt mit dem Bodenabschnitt verbindet und der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm mindestens auf dem geraden Körperabschnitt ausgebildet ist und besonders bevorzugt auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt ausgebildet ist. Der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm kann mindestens auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt ausgebildet sein, kann aber auch nur auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt ausgebildet sein. Durch Ausbilden der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht mindestens in dem geraden Körperabschnitt des Tiegelkörpers ist es möglich, ein Zusammenfallen des geraden Körperabschnitts nach innen zu verhindern. Außerdem ist es durch Ausbilden der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt nicht nur möglich, ein Zusammenfallen des geraden Körperabschnitts nach innen zu verhindern, sondern auch möglich, ein Zusammensinken, das eine Zunahme der Dicke des unteren Abschnitts des Tiegels bewirkt, oder Verbeulen (Anheben) zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Kristallisationsbeschleuniger eine Verbindung enthält, die Glas aus einem System von zwei oder mehr Komponenten mit SiO₂ ausbildet, und besonders bevorzugt Barium (Ba) ist. Andere Beispiele für den Kristallisationsbeschleuniger können Ma, Ca, Sr, Ra, Li, Zn und Pb umfassen. Da Barium einen kleinen Segregationskoeffizienten zu einem Silicium-Einkristall aufweist, kann jedoch, selbst wenn Ba in eine Siliciumschmelze aufgenommen wird, Ba das Risiko, in den Silicium-Einkristall integriert zu werden und ein Problem zu verursachen, unterdrücken. Außerdem kann, solange der Kristallisationsbeschleuniger ein Element ist, das Glas aus einem System von zwei Komponenten oder drei oder mehr Komponenten in Kombination mit Si ausbildet, die gleiche Wirkung wie mit Ba erzielt werden.
Außerdem wird ein Quarzglastiegel gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, die entsprechend auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers und einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet sind, um zu bewirken, dass ein Verhältnis t_i/t_o einer Dicke t_i einer inneren Kristallschicht, die auf der Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet wird, zu einer Dicke t_o einer äußeren Kristallschicht, die auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, 0,3 oder mehr und 5 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Bewirken, dass das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht in einem Bereich von 0,3 bis 5 liegt, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, die Zugspannung der Glasschicht von der Innenfläche sowie der Außenfläche des Tiegels ausgewogen, wodurch eine Erzeugung von Falten und Rissen in der Kristallschicht verhindert wird. Daher ist es möglich, durch Verhindern einer Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, die Einkristall-Ausbeute zu erhöhen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis c_i/c_o einer Konzentration c_i eines Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm zu einer Konzentration c_o des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 0,3 oder mehr und 20 oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass das Konzentrationsverhältnis c_i/c_o zwischen den Kristallisationsbeschleunigern in dem ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm in einem Bereich von 0,3 bis 20 liegt, kann das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis η_i/η_ο einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite zu einer Glasviskosität η_ο auf einer Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,2 oder mehr und 5 oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass das Glasviskositätsverhältnis η_i/η_o bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens in einem Bereich von 0,2 bis 5 liegt, kann das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm anders ist als die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm und eine Glasviskosität auf einer Oberflächenseite der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegelkörpers, die mit einem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer höheren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht, höher ist als eine Glasviskosität auf der anderen Oberflächenseite, die mit einem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer niedrigeren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht. Durch Bewirken, dass die Viskosität der Glasfläche, die mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer höheren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht, höher ist, kann die Kristallisationsrate verlangsamt werden und dementsprechend kann das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein ebeneninterner Gradient der Dicke jeder der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt. In dem Fall, dass der ebeneninterne Gradient der Dicke der Kristallschicht kleiner als 0,5 oder größer als 1,5 ist und es eine Ungleichmäßigkeit der Dicke der Kristallschicht gibt, ist die Zugspannung auf einen dünnen Abschnitt der Kristallschicht konzentriert und es werden Falten und Risse erzeugt. Da der ebeneninterne Gradient der Dicke der Kristallschicht in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt und die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich ist, gibt es jedoch, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, keine Ursprünge einer Verformung der Kristallschicht, wie etwa Falten und Risse, und Falten und Risse der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht werden verhindert.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ebeneninterne Gradienten von Konzentrationen von Kristallisationsbeschleunigern in dem ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger betragen. Durch Bewirken, dass die ebeneninternen Gradienten der Konzentrationen der Kristallisationsbeschleuniger in dem ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 bis 150 % betragen, kann der ebeneninterne Gradient der Dicke jeder der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht in einem Hochziehschritt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 1,5 liegen.
Außerdem wird ein Quarzglastiegel gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei ein Verhältnis η_o/η_i einer Glasviskosität η_o auf einer Außenflächenseite zu einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr und 10 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da das Glasviskositätsverhältnis η_o/η_i der Außenflächenseite zur Innenflächenseite des Tiegelkörpers in einem Bereich von 0,5 bis 10 liegt und die Viskosität der äußeren Glasschicht im Wesentlichen die gleiche ist wie die der inneren Glasschicht, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt der Innenflächenseite des Tiegelkörpers kristallisiert wird und schrumpft, die Spannung in der inneren Glasschicht oder der äußeren Glasschicht vermindert. Daher kann die Erzeugung von Falten und Rissen in der inneren Kristallschicht verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein ebeneninterner Gradient einer Dicke der inneren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass der ebeneninterne Gradient der Dicke der inneren Kristallschicht in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt, gibt es, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der inneren Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich ist, keine Ursprünge einer Verformung, wie etwa Falten und Risse, der inneren Kristallschicht und die Erzeugung von Falten und Rissen in der inneren Kristallschicht kann verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein ebeneninterner Konzentrationsgradient eines Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass der ebeneninterne Konzentrationsgradient des Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 bis 150 % beträgt, kann der ebeneninterne Gradient der Dicke der äußeren Kristallschicht in einem Hochziehschritt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 1,5 liegen.
Außerdem wird ein Quarzglastiegel gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei ein Verhältnis η_i/η_o einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite zu einer Glasviskosität η_o auf einer Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung tritt, da das Glasviskositätsverhältnis η_i/η_o der Innenflächenseite zur Außenflächenseite des Tiegelkörpers 0,5 oder mehr beträgt und die Viskosität der inneren Glasschicht im Wesentlichen die gleiche ist wie die der äußeren Glasschicht, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers kristallisiert wird und schrumpft, eine Verformung und Abtrennung nur der inneren Glasschicht nicht auf. Daher kann eine Verformung des Tiegels verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein ebeneninterner Gradient einer Dicke der äußeren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass der ebeneninterne Gradient der Dicke der äußeren Kristallschicht in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 liegt, gibt es, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der äußeren Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht einheitlich ist, keine Ursprünge einer Verformung, wie etwa Falten und Risse, der äußeren Kristallschicht. Daher kann die Erzeugung von Falten und Rissen in der äußeren Kristallschicht verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein ebeneninterner Konzentrationsgradient eines Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass der ebeneninterne Konzentrationsgradient des Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 bis 150 % beträgt, kann der ebeneninterne Gradient der Dicke der äußeren Kristallschicht in einem Hochziehschritt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 1,5 liegen.
Außerdem wird ein Quarzglastiegel gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger oder säulenartiger Kristallkörner gebildet ist, auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Bewirken, dass die Kristallstruktur der inneren Kristallschicht eine Ausrichtung aufweist, die Kristallisation beschleunigt, sodass die Kristallschicht mit einer Dicke, die keine Verformung in der Tiegelwand verursacht, ausgebildet werden kann. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es möglich, eine Versetzung des Silicium-Einkristalls, die durch eine Delamination von Kristallkörnern (Cristobalit) von der Innenwandfläche des Tiegels verursacht wird, zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Innenfläche des Tiegelkörpers, auf der die innere Kristallschicht ausgebildet ist, durch ein Röntgenbeugungsverfahren, 7 oder weniger beträgt. In dem Fall, dass das Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens den obigen Bedingungen genügt, kann bestimmt werden, dass die innere Kristallschicht eine Kristallstruktur in einer kuppelförmigen Ausrichtung oder säulenartigen Ausrichtung aufweist. Man beachte, dass „Ausrichtung“ sich auf ein Aggregat von Kristallkörnern bezieht, die so gezüchtet wurden, dass Kristallachsen in einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind, und „kuppelförmige Ausrichtung“ sich auf eine Kristallstruktur bezieht, bei der, wenn ein Aggregat kuppelförmiger Kristallkörner durch XRD (Röntgenbeugung) evaluiert wird, Kristallkörner mit zufälligen Kristallachsenrichtungen und Kristallkörner, die in einer Ausrichtung gezüchtet wurden, miteinander koexistieren, und die Ausrichtung in einem Abschnitt des Aggregats von Kristallkörnern bestätigt ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die innere Kristallschicht eine kuppelförmige Kristallschicht, die aus dem Aggregat kuppelförmiger Kristallkörner, das auf dem Oberflächenschichtabschnitt der Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, gebildet ist, und eine säulenartige Kristallschicht, die aus dem Aggregat säulenartiger Kristallkörner unmittelbar unter der kuppelförmigen Kristallschicht gebildet ist,aufweist. Wenn die Innenfläche des Tiegels Kristallwachstum in einer Ebene erfährt, bestehen Bedenken, dass Kristallkörner, die gewachsen sind, großenteils delaminiert werden können, was eine Versetzung des Silicium-Einkristalls verursachen kann. Da das Kristallwachstum der inneren Kristallschicht von der kuppelförmigen Ausrichtung zu der säulenartigen Ausrichtung geändert wird und die säulenartigen Kristallkörner in der Dickenrichtung wachsen, kann jedoch großenteils eine Struktur, bei der die Kristallkörner mit geringerer Wahrscheinlichkeit delaminiert werden, selbst wenn die Kristallkörner wachsen, erreicht werden, wodurch eine Versetzung des Silicium-Einkristalls verhindert wird. Außerdem kann durch Gestatten weiteren Kristallwachstums die Festigkeit des Tiegels stets erhöht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Innenfläche des Tiegelkörpers, auf der die innere Kristallschicht ausgebildet ist, gemessen durch ein Röntgenbeugungsverfahren, weniger als 0,4 beträgt. In dem Fall, dass das Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens den obigen Bedingungen genügt, kann bestimmt werden, dass die innere Kristallschicht vorwiegend die Kristallstruktur in einer säulenartigen Ausrichtung aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationsbeschleuniger, der in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm enthalten ist, ein Element ist, das zu zweiwertigen Kationen werden kann, um Glas mit Quarzglas auszubilden, und besonders bevorzugt Barium ist, das verglichen mit anderen Elementen am stärksten in einer Ausrichtung wächst. In dem Fall, dass der Kristallisationsbeschleuniger Barium ist, beträgt eine Konzentration des Bariums in der Innenfläche des Tiegelkörpers vorzugsweise 3,9×10¹⁶ Atome/cm² oder mehr. Dementsprechend werden innerhalb eines kurzen Zeitraums unzählige Kristallkeime auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt, sodass ein Kristallwachstum in einer säulenartigen Ausrichtung vom frühestmöglichen Zeitpunkt an beschleunigt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass der Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger oder säulenartiger Kristallkörner gebildet ist, auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während des Schritts des Hochziehens ausgebildet wird. Mit dieser Ausgestaltung wird durch Bewirken, dass die Kristallstruktur der äußeren Kristallschicht eine Ausrichtung aufweist, die Kristallisation beschleunigt, sodass die Kristallschicht mit einer Dicke, die keine Verformung in der Tiegelwand verursacht, ausgebildet werden kann. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es, da die äußere Kristallschicht eine geeignete Dicke gemäß der Hochziehzeit aufweisen kann, möglich, eine Schaumbildung und Delamination von der Quarzglasgrenzfläche der äußeren Kristallschicht zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Außenfläche des Tiegelkörpers, auf der die äußere Kristallschicht ausgebildet ist, durch ein Röntgenbeugungsverfahren, 0,4 oder mehr und 7 oder weniger beträgt. In dem Fall, dass das Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens den obigen Bedingungen genügt, kann bestimmt werden, dass die äußere Kristallschicht die Kristallstruktur in einer kuppelförmigen Ausrichtung aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationsbeschleuniger, der in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm enthalten ist, Barium ist und eine Konzentration des Bariums in der Außenfläche des Tiegelkörpers gleich oder höher als 4,9×10¹⁵ Atome/cm² und niedriger als 3,9×10¹⁶ Atome/cm² ist. Dementsprechend kann ein Kristallwachstum in einer kuppelförmigen Ausrichtung beschleunigt werden.
Außerdem wird ein Quarzglastiegel gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas besteht; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger oder säulenartiger Kristallkörner gebildet ist, auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Bewirken, dass die Kristallstruktur der äußeren Kristallschicht eine Ausrichtung aufweist, die Kristallisation beschleunigt, sodass die Kristallschicht mit einer Dicke, die keine Verformung in der Tiegelwand verursacht, ausgebildet werden kann. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es, da die äußere Kristallschicht eine geeignete Dicke gemäß der Hochziehzeit aufweisen kann, möglich, eine Schaumbildung und Delamination von der Quarzglasgrenzfläche der äußeren Kristallschicht zu verhindern.
Ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Außenfläche des Tiegelkörpers, auf der die äußere Kristallschicht ausgebildet ist, durch ein Röntgenbeugungsverfahren, beträgt vorzugsweise 7 oder weniger und besonders bevorzugt 0,4 oder mehr und 7 oder weniger. In dem Fall, dass A/B aus dem Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens 7 oder weniger beträgt, kann bezüglich der äußeren Kristallschicht bestimmt werden, dass sie die Kristallstruktur in einer kuppelförmigen Ausrichtung oder säulenartigen Ausrichtung aufweist, und in dem Fall, dass A/B 0,4 oder mehr und 7 oder weniger beträgt, kann bestimmt werden, dass sie eine kuppelförmige Ausrichtung aufweist.
Außerdem ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit folgenden Schritten: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht in der Nähe einer Oberfläche wenigstens einer der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Kristallisation des Quarzglases beschleunigt wird, eine Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger oder säulenartiger Kristallkörner gebildet ist, ausgebildet werden. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem wird, da die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht als flüssige Phase eingeschoben ist, Spannung vermindert und da die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht eine geeignete Dicke aufweist, ist die Fluidität des Teils nicht so hoch, sodass die Kristallschicht und die Glasschicht mit geringerer Wahrscheinlichkeit gegeneinander verschoben werden, keine Falten und Risse auf der Oberfläche der Kristallschicht erzeugt werden und die Kristallschicht nicht delaminiert wird. Daher kann die Produktionsausbeute des Silicium-Einkristalls erhöht werden.
Außerdem ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit folgenden Schritten: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; Ausbilden eines ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird; und Ausbilden eines zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht mit einer Dicke t_o auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei die Schritte des Ausbildens des ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms einen Schritt eines Auftragens von Kristallisationsbeschleunigern umfassen, wobei Konzentrationen der Kristallisationsbeschleuniger dazu eingestellt sind zu bewirken, dass ein Verhältnis t_i/t_o einer Dicke t_i der inneren Kristallschicht zur Dicke t_o der äußeren Kristallschicht 0,3 oder mehr und 5 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, die Zugspannung der Glasschicht von der Innenfläche sowie der Außenfläche des Tiegels ausgewogen, wodurch eine Erzeugung von Falten und Rissen in der Kristallschicht verhindert wird. Daher ist es möglich, einen Tiegel herzustellen, der sich während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, mit geringerer Wahrscheinlichkeit verformt.
Außerdem ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit folgenden Schritten: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelkörpers einen Schritt eines Lichtbogenschmelzens von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform umfasst und Arten des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Innenflächenseite des Tiegels ausbildet, und des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Außenflächenseite des Tiegels ausbildet, geändert werden, um zu bewirken, dass ein Verhältnis η_o/η_i einer Glasviskosität η_o auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers zu einer Glasviskosität η_i auf der Innenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr und 10 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers kristallisiert wird und schrumpft, möglich, einen Quarzglastiegel herzustellen, der sich mit geringerer Wahrscheinlichkeit verformt.
Außerdem ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit folgenden Schritten: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelkörpers einen Schritt eines Lichtbogenschmelzens von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform umfasst und Arten des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Innenflächenseite des Tiegels ausbildet, und des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Außenflächenseite des Tiegels ausbildet, geändert werden, um zu bewirken, dass ein Verhältnis η_i/η_ο einer Glasviskosität η_i auf der Innenflächenseite des Tiegelkörpers zu einer Glasviskosität η_o auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt auf der Innenflächenseite des Tiegelkörpers kristallisiert wird und schrumpft, möglich, einen Quarzglastiegel herzustellen, der sich mit geringerer Wahrscheinlichkeit verformt.
Außerdem umfasst ein Herstellungsverfahren eines Quarzglastiegels gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung: Auftragen einer ersten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, die ein Verdickungsmittel enthält, auf eine Innenfläche des Quarzglastiegels, um zu bewirken, dass eine Konzentration eines Kristallisationsbeschleunigers in der Innenfläche 3,9×10¹⁶ Atome/cm² oder mehr beträgt. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung ferner Folgendes umfasst: Auftragen einer zweiten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, die das Verdickungsmittel enthält, auf eine Außenfläche des Quarzglastiegels, um zu bewirken, dass die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der Außenfläche gleich oder höher als 4,9×10¹⁵ Atome/cm² und niedriger als 3,9×10¹⁶ Atome/cm² ist. Wie oben beschrieben, kann die innere Kristallschicht in der säulenartigen Ausrichtung auf der Innenfläche des Tiegels ausgebildet werden und die äußere Kristallschicht in der kuppelförmigen Ausrichtung kann auf der Außenfläche des Tiegels ausgebildet werden.
Ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Auftragen einer Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf eine Oberfläche eines Quarzglasbasismaterials; Ausbilden einer Kristallschicht auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Oberfläche des Quarzglasbasismaterials durch eine Evaluierungswärmebehandlung bei 1400 °C oder höher; Analysieren eines Kristallisationszustands der Oberfläche des Quarzglasbasismaterials durch ein Röntgenbeugungsverfahren und Einstellen einer Konzentration eines Kristallisationsbeschleunigers in der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung basierend auf einem Analyseergebnis; und Auftragen der eingestellten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf eine Oberfläche des Quarzglastiegels.
Kristallkörner in einer kuppelförmigen Ausrichtung oder einer säulenartigen Ausrichtung können gezüchtet werden, indem bewirkt wird, dass der Kristallisationsbeschleuniger an der Grenzfläche zwischen dem Quarzglas und den Kristallkörnern in einer hohen Dichte vorliegt. Der Grad der Dichte, in dem der Kristallisationsbeschleuniger durch Auftragen der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Quarzglastiegels vorliegt, ist jedoch unklar. Durch Vorab-Prüfen der Wirkung der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung unter Verwendung des Quarzglasbasismaterials können jedoch Probleme, wie etwa eine Verformung des Quarzglastiegels in einem tatsächlichen Hochziehschritt, im Voraus verhindert werden.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall durch ein Czochralski-Verfahren, bei dem ein Silicium-Einkristall aus einer Siliciumschmelze in einem Quarzglastiegel hochgezogen wird, Folgendes: Auftragen einer ersten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf eine Innenfläche des Quarzglastiegels; Ausbilden - auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Innenfläche des Quarzglastiegels - einer inneren Kristallschicht mit einer laminierten Struktur aus einer kuppelförmigen Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger Kristallkörner gebildet ist, und einer säulenartigen Kristallschicht, die aus einem Aggregat säulenartiger Kristallkörner unmittelbar unter der kuppelförmigen Kristallschicht gebildet ist, durch Erhitzen in einem Schritt des Hochziehens des Silicium-Einkristalls; und Hochziehen des Silicium-Einkristalls, während eines Gestattens weiteren Wachstums der inneren Kristallschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Bewirken, dass die Kristallstruktur der inneren Kristallschicht eine Ausrichtung aufweist, die Kristallisation beschleunigt, sodass die Kristallschicht mit einer Dicke, die keine Verformung in der Tiegelwand verursacht, ausgebildet werden kann. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es möglich, eine Versetzung des Silicium-Einkristalls, die durch eine Delamination von Kristallkörnern (Cristobalit) von der Innenwandfläche des Tiegels verursacht wird, zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Innenfläche des Tiegelkörpers, auf der die innere Kristallschicht ausgebildet ist, gemessen durch ein Röntgenbeugungsverfahren, weniger als 0,4 beträgt. In dem Fall, dass das Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens den obigen Bedingungen genügt, kann bestimmt werden, dass die innere Kristallschicht vorwiegend die Kristallstruktur in einer säulenartigen Ausrichtung aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationsbeschleuniger, der in der ersten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung enthalten ist, Barium ist und eine Konzentration des auf die Innenfläche aufgetragenen Bariums 3,9×10¹⁶ Atome/cm² oder mehr beträgt. Dementsprechend werden innerhalb eines kurzen Zeitraums unzählige Kristallkeime auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt, sodass ein Kristallwachstum in einer säulenartigen Ausrichtung vom frühestmöglichen Zeitpunkt an beschleunigt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung ferner Folgendes umfasst: Auftragen einer zweiten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf eine Außenfläche des Quarzglastiegels; Ausbilden einer äußeren Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger Kristallkörner gebildet ist, auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Außenfläche des Quarzglastiegels durch Erhitzen in dem Schritt des Hochziehens des Silicium-Einkristalls; und Hochziehen des Silicium-Einkristalls, ohne Gestatten weiteren Wachstums der äußeren Kristallschicht.
Dementsprechend wird durch Bewirken, dass die Kristallstruktur der äußeren Kristallschicht eine Ausrichtung aufweist, die Kristallisation beschleunigt, sodass die Kristallschicht mit einer Dicke, die keine Verformung in der Tiegelwand verursacht, ausgebildet werden kann. Daher ist es möglich, eine Verformung des Tiegels, die während des über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Hochziehschritts, wie etwa Mehrfachziehen, verursacht wird, zu verhindern. Außerdem ist es, da die äußere Kristallschicht eine geeignete Dicke gemäß der Hochziehzeit aufweisen kann, möglich, eine Schaumbildung und Delamination von der Quarzglasgrenzfläche der äußeren Kristallschicht zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis A/B zwischen einem Maximalwert A einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und einem Maximalwert B einer Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, erhalten durch Analysieren der Außenfläche des Quarzglastiegels, auf der die äußere Kristallschicht ausgebildet ist, durch ein Röntgenbeugungsverfahren, 0,4 oder mehr und 7 oder weniger beträgt. In dem Fall, dass das Analyseergebnis des Röntgenbeugungsverfahrens den obigen Bedingungen genügt, kann bestimmt werden, dass die äußere Kristallschicht eine Kristallstruktur in einer kuppelförmigen Ausrichtung aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationsbeschleuniger, der in der zweiten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung enthalten ist, Barium ist und eine Konzentration des auf die Außenfläche aufgetragenen Bariums gleich oder höher als 4,9×10¹⁵ Atome/cm² und niedriger als 3,9×10¹⁶ Atome/cm² ist. Dementsprechend kann ein Kristallwachstum in einer kuppelförmigen Ausrichtung beschleunigt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung ferner ein Verdickungsmittel enthalten. Dementsprechend kann die Viskosität der Beschichtungslösung erhöht werden, sodass es möglich ist, beim Auftragen auf den Tiegel zu verhindern, dass die Beschichtungslösung mit der Schwerkraft und dergleichen fließt und ungleichmäßig wird. Außerdem ist es, da der Kristallisationsbeschleuniger in der Beschichtungslösung nicht zusammenbleibt, sondern diffundiert, möglich, den Kristallisationsbeschleuniger einheitlich auf die Oberfläche des Tiegels aufzutragen. Daher kann der Kristallisationsbeschleuniger in einer hohen Konzentration einheitlich und dicht an der Wandfläche des Tiegels fixiert werden, wodurch das Wachstum von Kristallkörnern in einer säulenartigen Ausrichtung oder einer kuppelförmigen Ausrichtung beschleunigt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Bereich mit einer vorbestimmten Breite, der sich von einem oberen Randende der Innenfläche und einem oberen Randende der Außenfläche des Tiegelkörpers nach unten erstreckt, ein nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichteter Bereich ist, in dem der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm nicht ausgebildet ist. Dementsprechend kann die Erzeugung von Partikeln aus kleinen Kristallfragmenten am oberen Randende unterdrückt werden und eine Verringerung der Ausbeute des Silicium-Einkristalls kann verhindert werden. Es ist bevorzugt, dass der nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichtete Bereich durch Auftragen der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung durch ein Sprühverfahren in einem Zustand ausgebildet wird, in dem der Bereich mit einer vorbestimmten Breite, der sich von dem oberen Randende nach unten erstreckt, maskiert ist.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationszustand der inneren Kristallschicht, die durch Erhitzen in dem Schritt des Hochziehens ausgebildet wird, analysiert wird und basierend auf einem Analyseergebnis eine Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der ersten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, die auf eine Innenfläche eines neuen Quarzglastiegels aufgetragen wird, der in einem nachfolgenden Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls verwendet wird, eingestellt wird. Dementsprechend kann der Kristallisationszustand der Innenfläche des verwendeten Tiegels evaluiert werden und in die Qualität eines nachfolgenden Quarzglastiegels einfließen, wodurch die Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit des Tiegels verbessert werden.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Kristallisationszustand der äußeren Kristallschicht, die durch Erhitzen in dem Schritt des Hochziehens ausgebildet wird, analysiert wird und basierend auf einem Analyseergebnis eine Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der zweiten Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, die auf eine Außenfläche eines neuen Quarzglastiegels aufgetragen wird, der in einem nachfolgenden Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls verwendet wird, eingestellt wird. Dementsprechend können durch Evaluieren des Kristallisationszustands der Innenfläche des verwendeten Tiegels und Einfließenlassen desselben in die Qualität eines nachfolgenden Quarzglastiegels die Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit des Tiegels verbessert werden.
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Quarzglastiegel, der in der Lage ist, einem über einen sehr langen Zeitraum durchgeführten Einkristall-Hochziehschritt, wie etwa Mehrfachziehen, standzuhalten, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung des Quarzglastiegels bereitzustellen.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[2] 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur des Quarzglastiegels in einem Zustand darstellt, in dem die Oberfläche durch Erhitzen kristallisiert ist.
[3] 3 (a) bis (c) sind schematische Ansichten zum Erläutern eines Kristallisationsmechanismus des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels durch einen Kristallisationsbeschleuniger.
[4] 4 (a) und (b) sind Querschnittsansichten der Umgebung der Oberfläche des Quarzglastiegels nach der in 2 dargestellten Verwendung, wobei (a) ein mit einem optischen Mikroskop aufgenommenes Bild ist und (b) eine Ba-Ionen-Bildkarte einer Kristall-Glas-Grenzfläche ist, bei der es sich um ein TOF-SIMS-Analyseergebnis handelt.
[5] 5 (a) bis (e) sind Fotografien der kristallisierten Oberfläche des Tiegels, wobei (a) einen Zustand zeigt, in dem Falten auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind, (b) einen Zustand zeigt, in dem es keine Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels gibt, (c) einen Zustand zeigt, in dem nur Falten auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind und keine Risse erzeugt sind, (d) einen Zustand zeigt, in dem Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind, und (e) einen Zustand zeigt, in dem Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind und des Weiteren eine Delamination der Kristallschicht auftritt.
[6] 6 (a) bis (c) zeigen Diagramme, die Messergebnisse bezüglich des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels durch das Oberflächen-Röntgenbeugungsverfahren zeigen, wobei 6(a), 6(b) und 6(c) entsprechend Kristallschichten in einer zufälligen Ausrichtung, in einer kuppelförmigen Ausrichtung und in einer säulenartigen Ausrichtung zeigen.
[7] 7 ist eine Tabelle, die geeignete Kristallstrukturen einer inneren Kristallschicht 14A und einer äußeren Kristallschicht 14B für jeden Teil zeigt.
[8] 8 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung des Quarzglastiegels 1 gemäß der Ausführungsform.
[9] 9 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls durch das CZ-Verfahren.
[10] 10 (a) und (b) sind schematische Querschnittsansichten, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
[11] 11 (a) und (b) sind schematische Ansichten zum Erläutern des Zusammenhangs zwischen der Glasviskosität und Kristallschichten des Tiegels.
[12] 12 (a) und (b) sind schematische Querschnittsansichten, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
[13] 13 (a) und (b) sind schematische Ansichten zum Erläutern des Zusammenhangs zwischen der Glasviskosität und den Kristallschichten des Tiegels.
[14] 14 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[15] 15 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Beispiels eines Verfahrens zum Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms, der auf einer Außenfläche des in 14 dargestellten Quarzglastiegels ausgebildet wird.
[16] 16(a) ist ein Bild, das Beobachtungsergebnisse durch REM zeigt, und 16(b) ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer Erhitzungszeit einer Quarzglasplatte und einer Dicke einer auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Quarzglasplatte ausgebildeten Kristallschicht zeigt.
[17] 17 (a) und (b) zeigen Evaluierungsergebnisse bezüglich Kristallisationszuständen und Verformung, wenn (Probe Nr. 1) ein Quarzglastiegel, auf den eine bariumhaltige Beschichtungslösung aufgetragen ist, in einem tatsächlichen Kristallhochziehschritt verwendet wird, wobei (a) ein REM-Bild der Kristallschicht ist und (b) ein Diagramm eines Röntgenbeugungsspektrums ist.
[18] 18 (a) und (b) zeigen Evaluierungsergebnisse bezüglich Kristallisationszuständen und Verformung, wenn (Probe Nr. 2) ein Quarzglastiegel, auf den eine bariumhaltige Beschichtungslösung aufgetragen ist, in einem tatsächlichen Kristallhochziehschritt verwendet wird, wobei (a) ein REM-Bild der Kristallschicht ist und (b) ein Diagramm eines Röntgenbeugungsspektrums ist.
[19] 19 (a) und (b) zeigen Evaluierungsergebnisse bezüglich Kristallisationszuständen und Verformung, wenn (Probe Nr. 3) ein Quarzglastiegel, auf den eine bariumhaltige Beschichtungslösung aufgetragen ist, in einem tatsächlichen Kristallhochziehschritt verwendet wird, wobei (a) ein REM-Bild der Kristallschicht ist und (b) ein Diagramm eines Röntgenbeugungsspektrums ist.
[20] 20 ist eine Tabelle, die Evaluierungsergebnisse von für ein tatsächliches Kristallziehen verwendeten Quarzglastiegeln zeigt.
[21] 21 ist eine Tabelle, die Evaluierungsergebnisse von für ein tatsächliches Kristallziehen verwendeten Quarzglastiegeln zeigt.
[22] 22 ist eine Tabelle, die Evaluierungsergebnisse von für ein tatsächliches Kristallziehen verwendeten Quarzglastiegeln zeigt.
[23] 23 ist eine Tabelle, die Evaluierungsergebnisse von für ein tatsächliches Kristallziehen verwendeten Quarzglastiegeln zeigt.
[24] 24 ist eine Tabelle, die Evaluierungsergebnisse von für ein tatsächliches Kristallziehen verwendeten Quarzglastiegeln zeigt.

Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Quarzglastiegel 1 ein zylindrischer Behälter mit einem Boden zum Aufnehmen einer Siliciumschmelze und umfasst einen geraden Körperabschnitt 1a mit einer zylindrischen Form, einen Bodenabschnitt 1b, der leicht gekrümmt ist, und einen Eckabschnitt 1c, der eine größere Krümmung als der Bodenabschnitt 1b aufweist und den geraden Körperabschnitt 1a mit dem Bodenabschnitt 1b verbindet.
Der Durchmesser D (Öffnung) des Quarzglastiegels 1 beträgt 24 Inch (etwa 600 mm) oder mehr und beträgt vorzugsweise 32 Inch (etwa 800 mm) oder mehr. Dies liegt daran, dass ein solcher Tiegel mit einer großen Öffnung zum Hochziehen eines großformatigen Silicium-Einkristall-Blocks mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr verwendet wird und es erforderlich ist, dass er mit geringerer Wahrscheinlichkeit verformt wird, selbst wenn er über einen langen Zeitraum verwendet wird. In den letzten Jahren ist mit einer Zunahme der Größe eines Tiegels aufgrund einer Zunahme der Größe eines Silicium-Einkristalls und einer Zunahme der Zeit für einen Hochziehschritt die thermische Umgebung des Tiegels rauer geworden und eine Verbesserung der Dauerhaltbarkeit eines großen Tiegels ist ein äußerst wichtiger Aspekt. Obgleich die Dicke des Tiegels je nach dessen Teil leicht variiert, beträgt die Dicke des geraden Körperabschnitts 1a eines Tiegels von 24 Inch oder mehr vorzugsweise 8 mm oder mehr, die Dicke des geraden Körperabschnitts 1a eines großen Tiegels von 32 Inch oder mehr beträgt vorzugsweise 10 mm oder mehr und die Dicke des geraden Körperabschnitts 1a eines großen Tiegels von 40 Inch (etwa 1000 mm) oder mehr beträgt vorzugsweise 13 mm oder mehr.
Der Quarzglastiegel 1 weist eine Zweischichtstruktur auf und umfasst eine opake Schicht 11 (Blasenschicht), die aus Quarzglas hergestellt ist, das eine große Anzahl winziger Blasen enthält, und eine transparente Schicht 12 (blasenfreie Schicht), die aus Quarzglas hergestellt ist, in dem im Wesentlichen keine Blasen enthalten sind.
Die opake Schicht 11 ist vorgesehen, um die Siliciumschmelze in dem Tiegel so einheitlich wie möglich zu erhitzen, ohne dass Strahlungswärme von einem Heizelement einer Einkristall-Hochziehvorrichtung durch die Tiegelwand hindurch übertragen wird. Daher ist die opake Schicht 11 im gesamten Tiegel vorgesehen und reicht von dem geraden Körperabschnitt 1a bis zu dem Bodenabschnitt 1b des Tiegels. Die Dicke der opaken Schicht 11 ist ein Wert, der durch Subtrahieren der Dicke der transparenten Schicht 12 von der Dicke der Tiegelwand erhalten wird, und variiert je nach Teil des Tiegels.
Die Blasengehaltsrate in dem Quarzglas, das die opake Schicht 11 ausbildet, beträgt 0,8 % oder mehr und vorzugsweise 1 bis 5 %. Die Blasengehaltsrate der opaken Schicht 11 kann durch Messung der relativen Dichte (Archimedisches Verfahren) erhalten werden. Wenn ein opakes Quarzglasstück einer Volumeneinheit (1 cm³) aus einem Tiegel ausgeschnitten wird und seine Masse als A bezeichnet wird und die relative Dichte des Quarzglases, wenn keine Blasen darin enthalten sind (Reindichte des Quarzglases), als B = 2,2 g/cm³ bezeichnet wird, beträgt die Blasengehaltsrate P (%): P = (B - A) / B × 100.
Die transparente Schicht 12 ist eine Schicht, welche die Innenfläche der Tiegelwand ausbildet und mit der Siliciumschmelze in Kontakt steht, hochrein sein muss, um eine Verunreinigung der Siliciumschmelze zu verhindern, und vorgesehen ist, um, wenn Blasen enthalten sind, eine Versetzung eines Einkristalls aufgrund von Tiegelfragmenten und dergleichen bei Platzen der Blasen zu verhindern. Die Dicke der transparenten Schicht 12 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10 mm und ist für jeden Teil des Tiegels auf eine geeignete Dicke eingestellt, um zu verhindern, dass die opake Schicht 11 aufgrund dessen, dass die transparente Schicht 12 durch Abtragung während eines Einkristall-Hochziehschritts vollständig entfernt wird, freigelegt wird. Ähnlich zu der opaken Schicht 11 ist es bevorzugt, dass die transparente Schicht 12 über dem gesamten Tiegel von dem geraden Körperabschnitt 1a bis zu dem Bodenabschnitt 1b des Tiegels vorgesehen ist. Im oberen Endabschnitt (Randabschnitt) des Tiegels, der nicht mit der Siliciumschmelze in Kontakt steht, ist es jedoch auch möglich, die Ausbildung der transparenten Schicht 12 wegzulassen.
„Im Wesentlichen keine Blasen enthaltend“ bei der transparenten Schicht 12 meint eine Blasengehaltsrate, bei der die Einkristall-Ausbeute nicht durch Tiegelfragmente bei Platzen von Blasen verringert wird, und meint, dass die Blasengehaltsrate 0,8 % oder weniger beträgt und der mittlere Durchmesser der Blasen 100 µm oder weniger beträgt. Eine Änderung der Blasengehaltsrate an der Grenze zwischen der opaken Schicht 11 und der transparenten Schicht 12 erfolgt jäh und die Grenze zwischen den beiden ist mit bloßem Auge erkennbar.
Die Blasengehaltsrate der transparenten Schicht 12 kann unter Verwendung optischer Detektionsmittel zerstörungsfrei gemessen werden. Das optische Detektionsmittel umfasst eine Lichtempfangsvorrichtung, die das reflektierte Licht des Lichts, das die Innenfläche eines zu untersuchenden Tiegels bestrahlt, empfängt. Bestrahlungslicht emittierende Mittel können eingebaut sein oder es können auch externe lichtemittierende Mittel verwendet werden. Außerdem wird als das optische Detektionsmittel vorzugsweise eines verwendet, das entlang der Innenfläche des Quarzglastiegels gedreht werden kann. Als das Bestrahlungslicht können Röntgenstrahlen, Laserlicht und dergleichen sowie sichtbares Licht, ultraviolettes Licht und Infrarotlicht verwendet werden und es kann ein beliebiges Licht verwendet werden, solange das Licht zwecks Blasendetektion reflektiert werden kann. Die Lichtempfangsvorrichtung wird gemäß der Art des Bestrahlungslichts ausgewählt und es kann beispielsweise eine optische Kamera verwendet werden, die eine Lichtempfangslinse und eine Bilderzeugungseinheit umfasst.
Messergebnisse durch das optische Detektionsmittel werden von einer Bildverarbeitungsvorrichtung empfangen, um die Blasengehaltsrate zu berechnen. Konkret wird unter Verwendung der optischen Kamera ein Bild der Innenfläche des Tiegels aufgenommen, die Innenfläche des Tiegels wird in vorbestimmte Bereiche als Referenzbereiche S1 geteilt, für jeden Referenzbereich S1 wird ein Bereich S2 erhalten, der von Blasen besetzt ist, und die Blasengehaltsrate P (%) wird durch P = (S2 / S1) × 100 berechnet. Um Blasen zu detektieren, die in einer konstanten Tiefe von der Oberfläche des Quarzglases vorliegen, kann der Brennpunkt einer Lichtempfangslinse in einer Tiefenrichtung von der Oberfläche aus abgetastet werden. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von Bildern aufgenommen und die Blasengehaltsrate in einem Raum kann auf der Grundlage der Blasengehaltsrate jedes der Bilder erhalten werden.
Der Quarzglastiegel 1 gemäß der Ausführungsform umfasst einen aus Quarzglas hergestellten Tiegelkörper 10 und einen ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13A und 13B, die entsprechend auf einer Innenfläche 10a und einer Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet sind. Derartige Beschichtungsfilme spielen beim Beschleunigen der Kristallisation des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegelkörpers 10 durch Erhitzen in einem Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls eine Rolle. Typischerweise dient die Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 als die Oberfläche der transparenten Schicht 12, die Außenfläche 10b dient als die Oberfläche der opaken Schicht 11 und der erste Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und der zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B sind entsprechend auf der transparenten Schicht 12 und der opaken Schicht 11 ausgebildet. Die Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B enthalten ein wasserlösliches Polymer, das als Verdickungsmittel fungiert, wodurch ein Hartfilm auf der Oberfläche des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wird.
Die Dicke der Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B beträgt vorzugsweise 0,3 bis 100 µm. Dementsprechend wird die Konzentration von auf den Tiegelkörper 10 aufgetragenem Barium durch Ändern der Dicke der Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B gesteuert. Man beachte, dass Elemente, die als Kristallisationsbeschleuniger fungieren können, nicht gezielt zu dem aus Quarzglas hergestellten Tiegelkörper 10 zugegeben werden und es beispielsweise in dem Fall, dass der Tiegelkörper 10 aus natürlichem Quarzpulver ausgebildet ist, bevorzugt ist, dass die Konzentration von Barium, das in dem Tiegelkörper 10 enthalten ist, weniger als 0,10 ppm beträgt, die Konzentration von Magnesium weniger als 0,10 ppm beträgt und die Konzentration von Calcium weniger als 2,0 ppm beträgt. Im Fall der Verwendung von synthetischem Quarzpulver als dem konstituierenden Rohmaterial der Innenfläche in dem Tiegelkörper 10 ist es bevorzugt, dass die in dem Tiegelkörper 10 enthaltenen Konzentrationen von Magnesium sowie Calcium weniger als 0,02 ppm betragen.
Der Kristallisationsbeschleuniger, der in den Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilmen 13A und 13B enthalten ist, ist ein Element in Gruppe 2a und Beispiele dafür umfassen Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra). Barium ist jedoch wegen seines kleinen Segregationskoeffizienten zu Silicium und der Eigenschaften, dass die Kristallisationsrate sich im Zuge der Kristallisation nicht abschwächt und Wachstum in einer Ausrichtung verglichen mit anderen Elementen am stärksten bewirkt wird, besonders bevorzugt. Außerdem ist Barium bei Raumtemperatur stabil und leicht zu handhaben und weist im Wesentlichen den gleichen Kernradius wie derjenige von Glas (Si) auf, sodass es auch den Vorteil gibt, dass eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht, die später beschrieben wird, leicht ausgebildet wird. Die Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B können durch Auftragen einer bariumhaltigen Beschichtungslösung auf die Wandfläche des Tiegels ausgebildet werden. Beispiele für den Kristallisationsbeschleuniger umfassen zusätzlich zu den Elementen in Gruppe 2a Lithium (Li), Zink (Zn) und Blei (Pb).
Die bariumhaltige Beschichtungslösung kann eine Beschichtungslösung sein, die eine Bariumverbindung und Wasser enthält, oder kann eine Beschichtungslösung sein, die kein Wasser, sondern wasserfreies Ethanol und eine Bariumverbindung enthält. Beispiele für die Bariumverbindung umfassen Bariumcarbonat, Bariumchlorid, Bariumacetat, Bariumnitrat, Bariumhydroxid, Bariumoxalat und Bariumsulfat. Man beachte, dass, wenn die Oberflächenkonzentration (Atome/cm²) des Bariumelements gleich ist, die Kristallisationsbeschleunigungswirkung auch gleich ist, ungeachtet dessen, ob es unlöslich oder wasserlöslich ist. Da Barium, das in Wasser unlöslich ist, mit geringerer Wahrscheinlichkeit in den menschlichen Körper aufgenommen wird, ist es jedoch im Hinblick auf die Handhabung hoch sicher und vorteilhaft.
Es ist bevorzugt, dass die bariumhaltige Beschichtungslösung ferner ein hochviskoses wasserlösliches Polymer (Verdickungsmittel), wie etwa ein Carboxyvinylpolymer, enthält. Im Fall der Verwendung einer Beschichtungslösung, in der kein Verdickungsmittel enthalten ist, ist die Fixierung von Barium an der Wandfläche des Tiegels instabil, sodass eine Wärmebehandlung zum Fixieren von Barium erforderlich ist. Wenn eine solche Wärmebehandlung durchgeführt wird, diffundiert Barium und dringt in das Quarzglas ein und wird die Ursache einer Beschleunigung von zufälligem Kristallwachstum, was später beschrieben wird. Im Fall der Verwendung einer Beschichtungslösung, die ein Verdickungsmittel zusammen mit Barium enthält, nimmt jedoch die Viskosität der Beschichtungslösung zu, sodass es möglich ist zu verhindern, dass die Beschichtungslösung beim Auftragen auf den Tiegel mit der Schwerkraft fließt und somit ungleichmäßig wird. Des Weiteren bleibt in Bezug auf die Bariumverbindung, wie etwa Bariumcarbonat, in dem Fall, dass die Beschichtungslösung das wasserlösliche Polymer enthält, die Bariumverbindung in der Beschichtungslösung nicht zusammen, sondern diffundiert, sodass es möglich ist, die Bariumverbindung einheitlich auf die Oberfläche des Tiegels aufzutragen. Daher kann Barium in einer hohen Konzentration einheitlich und dicht an der Wandfläche des Tiegels fixiert werden, wodurch das Wachstum von Kristallkörnern in einer säulenartigen Ausrichtung oder einer kuppelförmigen Ausrichtung beschleunigt wird, was später beschrieben wird.
Beispiele für das Verdickungsmittel umfassen wasserlösliche Polymere, die eine kleine Menge metallischer Verunreinigungen enthalten, wie etwa Polyvinylalkohol, ein Cellulose-Verdickungsmittel, hochreines Glucomannan, ein Acrylpolymer, ein Carboxyvinylpolymer und einen Polyethylenglykol-Fettsäureester. Außerdem können auch ein Acrylsäure-Alkylmethacrylat-Copolymer, Polyacrylat, Polyvinylcarbonsäureamid, Vinylcarbonsäureamid oder dergleichen als das Verdickungsmittel verwendet werden. Die Viskosität der bariumhaltigen Beschichtungslösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 10000 MPas und der Siedepunkt des Lösungsmittels beträgt vorzugsweise 50 bis 100 °C.
Beispielsweise enthält eine Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung zum Beschichten der Außenfläche eines 32-Zoll-Tiegels 0,0012 g/ml Bariumcarbonat und 0,0008 g/ml eines Carboxyvinylpolymers und kann durch Einstellen des Verhältnisses zwischen Ethanol und reinem Wasser und Vermischen und Rühren des Gemischs darin hergestellt werden.
Das Auftragen der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Tiegels kann mittels eines Pinsels oder eines Sprays erfolgen. Nach dem Auftragen verdampfen Wasser und dergleichen, sodass durch das Verdickungsmittel ein Hartfilm ausgebildet wird. Man beachte, dass in einem Verfahren nach dem Stand der Technik nach dem Auftragen von Wasser oder Alkoholen, das/die Bariumcarbonat enthält/enthalten, der Tiegel zum Zweck des Unterdrückens einer Delamination auf 200 bis 300 °C erhitzt wird. Aufgrund des Erhitzens diffundiert Barium auf der Oberfläche nach innen und gleichzeitig werden Kristallkeime erzeugt, sodass es zwangsläufig zu zufälligem Wachstum kommt. Daher sollte der Beschichtungsfilm nach dem Auftragen vor dem Hochziehvorgang nicht erhitzt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem Oberflächenschichtabschnitt des Tiegelkörpers 10, auf dem der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm ausgebildet wird, niedrig ist. In dem Fall, dass die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem Tiegelkörper 10 hoch ist, tritt in dem Oberflächenschichtabschnitt des Tiegelkörpers 10 zufälliges Wachstum auf und der Kristallisationsbeschleuniger in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm wird an der Kristallgrenzfläche gefangen, wodurch es schwierig ist, eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereichert Schicht auszubilden. In dem Fall, dass der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm auf der Oberfläche des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wird, kann der Kristallisationsbeschleuniger jedoch mit einer einheitlichen Konzentration auf der Oberfläche des Tiegelkörpers 10 lokalisiert werden. Insbesondere in dem Fall, dass die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem Quarzglas niedrig ist, wird der Kristallisationsbeschleuniger mit einer hohen Konzentration einheitlich auf der Oberfläche des Tiegelkörpers 10 lokalisiert, sodass es nicht zu zufälligem Wachstum kommt, wenn die Kristallisation aufgrund von durch nachfolgendes Kristallziehen anliegender Wärme fortschreitet, und eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht mit größerer Wahrscheinlichkeit ausgebildet wird.
In der Ausführungsform werden der erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und 13B im Wesentlichen auf der gesamten Innen- und Außenfläche des Tiegelkörpers 10 ausgebildet, sie können aber mindestens auf dem geraden Körperabschnitt 1a ausgebildet werden. Durch Ausbilden der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht mindestens auf dem geraden Körperabschnitt 1a ist es möglich zu verhindern, dass der gerade Körperabschnitt 1a nach innen zusammenfällt.
Es ist bevorzugt, dass der erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und 13B auf dem geraden Körperabschnitt 1a und dem Eckabschnitt 1c ausgebildet werden. Der erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und 13B können mindestens auf dem geraden Körperabschnitt 1a und dem Eckabschnitt 1c ausgebildet werden, sie können aber auch nur auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt ausgebildet werden. Durch Ausbilden der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht auf dem geraden Körperabschnitt und dem Eckabschnitt ist es nicht nur möglich zu verhindern, dass der gerade Körperabschnitt nach innen zusammenfällt, sondern auch möglich, ein Zusammensinken, das eine Zunahme der Dicke des unteren Abschnitts des Tiegels bewirkt, oder Verbeulen (Anheben) zu verhindern. Der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm kann sich auf dem Bodenabschnitt 1b befinden oder nicht. Es kann Fälle geben, in denen der Bodenabschnitt 1b des Tiegels so verformt wird, dass er angehoben wird, und eine solche Anhebung kann durch das Vorhandensein der Kristallschicht auf dem Bodenabschnitt 1b verhindert werden.
Obwohl die Einzelheiten später beschrieben werden, kann der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm nur auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausgebildet werden oder nur auf der Seite der Außenfläche 10b ausgebildet werden. In diesem Fall bedarf es doch sorgfältiger Abwägung, sodass durch die Schrumpfspannung keine Verformung verursacht wird, wenn die Oberfläche des Tiegelkörpers 10 durch die Wirkung des Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms kristallisiert wird.
Bei der Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Verhältnis c_i/c_o der Konzentration c_i des Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13A zur Konzentration c_o des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13B 0,3 oder mehr und 20 oder weniger beträgt. Durch Bewirken, dass das Verhältnis c_i/c_o der Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in einem Bereich von 0,3 bis 20 liegt, kann das Dickenverhältnis (t_i/t_o) der inneren Kristallschicht 14A zu einer äußeren Kristallschicht 14B, die später beschrieben wird, innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
In der Ausführungsform beträgt das Verhältnis η_i/η_ο der Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a zur Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 bei einer Erhitzungstemperatur in einem Hochziehschritt 0,2 oder mehr und 5 oder weniger. Durch Bewirken, dass das Verhältnis η_i/η_o der Glasviskosität in einem Bereich von 0,2 bis 5 liegt, kann das Dickenverhältnis (t_i/t_o) der inneren Kristallschicht 14A zur äußeren Kristallschicht 14B, die später beschrieben wird, innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
In der Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Konzentration c_i des Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13A anders ist als die Konzentration c_o des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm und die Glasviskosität auf einer Oberflächenseite der Innenfläche 10a und der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10, die mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer höheren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht, höher ist als die Glasviskosität auf der anderen Oberflächenseite, die mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer niedrigeren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht. Beispielsweise ist es in einem Fall von ci > co bevorzugt, dass die Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 höher ist als die Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b. Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall von ci < co bevorzugt, dass die Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 höher ist als die Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a. Durch Bewirken, dass die Viskosität der Glasfläche, die mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer höheren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht, höher ist, kann die Kristallisationsrate verlangsamt werden und dementsprechend kann das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 5 liegen.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur des Quarzglastiegels 1 in einem Zustand darstellt, in dem die Oberfläche durch Erhitzen kristallisiert ist.
Wie in 2 dargestellt, wird die Oberfläche des Quarzglastiegels, auf die der Kristallisationsbeschleuniger aufgetragen wird, während des Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls erhitzt, sodass die Kristallisation des Quarzglases beschleunigt wird, sodass die innere Kristallschicht 14A und die äußere Kristallschicht 14B entsprechend auf der Innenfläche 10a und der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet werden. Das Erhitzen während des Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls wird sogar mehrere zehn Stunden oder länger bei einer Temperatur des Schmelzpunkts von Silicium (etwa 1400 °C) oder höher durchgeführt. Wie die Kristallschicht auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Tiegelkörpers 10 ausgebildet ist, kann evaluiert werden - durch tatsächliches Durchführen des Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls ebenso wie durch Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die gleich oder höher als 1400 °C und gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt von Kieselglas ist, über 1,5 Stunden oder länger. Besonders bevorzugt wird das Erhitzen vorzugsweise bei einer Erhitzungstemperatur, die auf 1500 °C eingestellt ist, über eine Erhitzungszeit, die auf 15 Stunden oder länger eingestellt ist, gemäß tatsächlichen Kristallziehbedingungen (Atmosphärenkomponente wie etwa Ar, vermindertes Druckniveau und dergleichen) durchgeführt.
Es ist bevorzugt, dass der Kristallisationszustand der inneren Kristallschicht 14A eine Einzelschicht aus einer kuppelförmigen Kristallschicht oder eine Zweischichtstruktur aus einer kuppelförmigen Kristallschicht und einer säulenartigen Kristallschicht (im Folgenden als kuppelförmige + säulenartige Kristallschicht bezeichnet) aufweist. Insbesondere ist in dem Fall, dass die Verwendungszeit des Tiegels sehr lang ist, die innere Kristallschicht 14A vorzugsweise eine kuppelförmige + säulenartige Kristallschicht und in dem Fall, dass die Verwendungszeit des Tiegels relativ kurz ist, kann die innere Kristallschicht 14A eine Einzelschichtstruktur aufweisen, die lediglich aus einer kuppelförmigen Kristallschicht besteht. Hierbei handelt es sich bei der kuppelförmigen Kristallschicht um eine Kristallschicht, die aus einem Aggregat kuppelförmiger Kristallkörner gebildet ist, und bei der säulenartigen Kristallschicht handelt es sich um eine Kristallschicht, die aus einem Aggregat säulenartiger Kristallkörner gebildet ist.
Die Dicke der inneren Kristallschicht 14A, die in der Lage ist, die Verformung des Tiegels zu unterdrücken, beträgt 200 µm oder mehr und insbesondere 400 µm oder mehr. Die innere Kristallschicht 14A, die während des Hochziehens eines Einkristalls mit der Siliciumschmelze in Kontakt steht, wird allmählich abgetragen. Da die säulenartige Kristallschicht allmählich wächst, ist es jedoch auch möglich, die Dicke der inneren Kristallschicht 14A bei 400 µm oder mehr zu halten. Außerdem kann der Grad der Dicke der inneren Kristallschicht 14A, bei dem die Verformung des Tiegels unterdrückt werden kann, leicht durch ein so genanntes Balkenbiegeverfahren unter Verwendung eines Quarzglastiegelstücks mit einer darin ausgebildeten Kristallschicht evaluiert werden.
Der Kristallisationszustand der äußeren Kristallschicht 14B weist vorzugsweise eine Einzelschichtstruktur aus der kuppelförmigen Kristallschicht auf. Obwohl später ausführlich beschrieben, liegt dies daran, dass das Kristallwachstum in der kuppelförmigen/säulenartigen (gemischten) Kristallschicht anhält, sodass die Dicke der äußeren Kristallschicht 14B zunimmt und an der Grenzfläche zwischen der Kristallschicht und der Quarzglasschicht wahrscheinlich eine Schaumbildung und Delamination auftreten. In dem Fall, dass die Verwendungszeit des Tiegels relativ kurz ist und die äußere Kristallschicht nicht übermäßig dick wird, kann die äußere Kristallschicht 14B jedoch eine Struktur aufweisen, die aus der kuppelförmigen/säulenartigen Kristallschicht besteht.
Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis t_i/t_o der Dicke t_i der inneren Kristallschicht 14a zur Dicke t_o der äußeren Kristallschicht 14B 0,3 oder mehr bis 5 oder weniger beträgt. Im Fall eines Dickenverhältnisses t_i/t_o von > 5 wird die Schrumpfspannung auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 stark, sodass Falten und Risse auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 erzeugt werden und Bedenken bestehen, dass der Tiegel sich verformen kann. Im Fall eines Dickenverhältnisses t_i/t_o von < 0,3 wird die Schrumpfspannung auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 stark, sodass Falten und Risse auf der Innenfläche 10a erzeugt werden, die innere Kristallschicht 14A delaminiert wird und Bedenken bestehen, dass die Einkristall-Ausbeute abnehmen kann. Durch Bewirken, dass das Dickenverhältnis t_i/t_o der inneren Kristallschicht 14A zur äußeren Kristallschicht 14B in einem Bereich von 0,3 bis 5 liegt, ist jedoch, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, die Zugspannung von der Innenfläche sowie der Außenfläche ausgewogen, wodurch eine Erzeugung von Falten und Rissen in der Kristallschicht verhindert wird.
Wie oben beschrieben, kann, da die Innenfläche des Tiegels mit der Kristallschicht bedeckt ist, eine Abtragung des Tiegels unterdrückt werden und eine Versetzung des Silicium-Einkristalls aufgrund einer Delamination von Kristallkörnern kann verhindert werden. Des Weiteren kann, da die Außenfläche des Tiegels kristallisiert ist, die Festigkeit des Tiegels erhöht werden und eine Verformung des Tiegels, wie etwa Verbeulen oder Zusammenfallen nach innen, kann unterdrückt werden.
3 (a) bis (c) sind schematische Ansichten zum Erläutern eines Kristallisationsmechanismus des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels durch den Kristallisationsbeschleuniger.
Wie in 3(a) dargestellt, ist in dem Fall, dass Barium (Ba) als der Kristallisationsbeschleuniger auf der Oberfläche des Tiegels (Quarzglasgrenzfläche) vorliegt und die Konzentration von Ba-Ionen (Ba²⁺) aus ionisiertem Barium niedriger ist als die Konzentration von Si-Ionen (Si⁴⁺), die Menge an Kristallkeimen, die anfänglich auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt werden, klein, sodass auf den Kristallkeimen als den Ursprüngen zufälliges Kristallwachstum auftritt. Hierbei werden die Ba-Ionen in den Kristallkorngrenzen gefangen, sodass die Menge an Ba-Ionen, die an der Grenzfläche zwischen dem Quarzglas und den Kristallkörnern vorliegen und somit zum Kristallwachstum in der Dickenrichtung des Tiegels beitragen, abnimmt. Dementsprechend wird das Kristallwachstum allmählich schwächer und endet bald.
Wie in 3(b) dargestellt, wird jedoch in dem Fall, dass die Konzentration der Ba-Ionen höher ist als die Konzentration der Si-Ionen, eine große Menge an Kristallkeimen auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt und Kristalle wachsen konkurrierend auf den Kristallkeimen als den Ursprüngen, sodass Kristallkörner in einer kuppelförmigen Ausrichtung ausgebildet werden. Wenn die Kristallisation weiter fortschreitet, überleben nur Kristalle in einer vertikalen Ausrichtung im Konkurrenzprozess. Die Ba-Ionen werden jedoch in den Kristallkorngrenzen gefangen, sodass die Menge an Ba-Ionen, die an der Grenzfläche zwischen dem Quarzglas und den Kristallkörnern vorliegen, abnimmt. Dementsprechend wird das Kristallwachstum allmählich schwächer und endet bald. Mit der Kristallschicht in der kuppelförmigen Ausrichtung ist es jedoch möglich, eine Kristallschicht auszubilden, die ausreichend dicker ist als eine Kristallschicht in einer zufälligen Ausrichtung.
Außerdem erzeugen in einer Struktur nach dem Stand der Technik, in der Ba-Ionen in einer Glasmatrix vorliegen, Ba-Ionen gleichzeitig Kristallkeime. Die Kristalle wachsen jedoch zufällig und die Menge an Ba-Ionen, die zu einem Kristallwachstum in der Dickenrichtung beitragen, nimmt ab. Daher kann die Kristallschicht nicht dick hergestellt werden. Im Gegensatz dazu versiegen, wie in 3(b) dargestellt, in einem Modell, in dem Kristallkeime einheitlich in der Tiefenrichtung von der Glasoberfläche aus zu wachsen beginnen, Kristalle in einer vertikalen Ausrichtung nicht, sodass es möglich ist, eine dicke Kristallschicht auszubilden.
Des Weiteren werden, wie in 3(c) dargestellt, in dem Fall, dass die Konzentration von Ba-Ionen sehr hoch ist und insbesondere das 50-fache oder mehr der Konzentration von Si-Ionen auf der Oberfläche des Quarzglases beträgt, innerhalb eines kurzen Zeitraums unzählige Kristallkeime auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt und es tritt schnell ein selektives Kristallwachstum in einer vertikalen Richtung auf, sodass Kristallkörner in einer säulenartigen Ausrichtung ausgebildet werden. Mit dem Wachsen der Kristallkörner werden Ba-Ionen mit geringerer Wahrscheinlichkeit in den Kristallkorngrenzen gefangen und eine Abnahme der Menge an Ba-Ionen wird unterdrückt, sodass eine Abnahme der Kristallisationsrate unterdrückt wird. Wie oben beschrieben, ist es durch Gestatten, dass Ba-Ionen in einer hohen Konzentration auf der äußersten Oberfläche des Quarzglases vorliegen, um eine sofortige Kristallisation in das Innere des Glases hinein voranzutreiben, möglich, die Kristallstruktur von der kuppelförmigen Ausrichtung in die säulenartige Ausrichtung zu ändern. Mit der Kristallschicht in der säulenartigen Ausrichtung kann eine Fortsetzung des Kristallwachstums des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels gestattet werden, sodass es möglich ist, eine Kristallschicht auszubilden, die dicker ist als die Kristallschicht in der kuppelförmigen Ausrichtung.
Da die Kristallschicht der Innenfläche des Tiegels durch die Reaktion mit der Siliciumschmelze geschmolzen wird, verschwindet während eines zufälligen Wachstums, bei dem die Kristallisation des Quarzglases in einem Anfangsstadium des Erhitzens endet, die Kristallschicht der Innenfläche des Tiegels, was für eine Langzeitverwendung nicht zweckmäßig ist. Außerdem bestehen, da die Dicke der Kristallschicht der Außenfläche des Tiegels aufgrund der Reaktion mit einem Kohlenstoff-Suszeptor auch abnimmt, Bedenken, dass die Kristallschicht der Außenfläche während eines zufälligen Wachstums, bei dem die Kristallisation in einem Anfangsstadium des Erhitzens endet, verschwindet. Der Kristallwachstumszeitraum kann jedoch im Fall von kuppelartigem Wachstum verlängert werden und die Dicke der Kristallschicht kann ausreichend sichergestellt werden. Außerdem kann der Kristallwachstumszeitraum im Fall von säulenartigem Wachstum weiter verlängert werden und es kann ein kontinuierliches Kristallwachstum realisiert werden.
In dem Fall, dass das Kristallwachstum in der kuppelartigen oder säulenartigen Ausrichtungen sich fortsetzt, wird an der Grenzfläche zwischen einer Kristallschicht 14 und einer Glasschicht 10G, die nicht kristallisiert ist, eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereichert Schicht 10P (mit Ba angereicherte Schicht) ausgebildet. Bei der vorliegenden Erfindung ist die „mit Kristallisationsbeschleuniger angereichert Schicht“ eine Schicht, die an der Grenzfläche zwischen der Kristallschicht 14 und der Glasschicht 10G in dem Fall ausgebildet wird, dass der Kristallisationsbeschleuniger, wie etwa Ba, auf die Oberfläche des Tiegels aufgetragen und erhitzt wird, und in der somit der Kristallisationsbeschleuniger in einer hohen Dichte vorliegt. Die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht 10P beträgt das 5-fache oder mehr der Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der Kristallschicht 14.
4 (a) und (b) sind Querschnittsansichten der Umgebung der Oberfläche des Quarzglastiegels 1 nach der in 2 dargestellten Verwendung, wobei (a) ein mit einem optischen Mikroskop aufgenommenes Bild ist und (b) eine Ba-Ionen-Bildkarte einer Kristall-Glas-Grenzfläche ist, bei der es sich um ein TOF-SIMS- (Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie) Analyseergebnis handelt.
Wie in 4(a) gezeigt, ist eine Kristallschicht auf der Oberfläche des Quarzglastiegels 1 ausgebildet, eine Glasschicht, die nicht kristallisiert ist, liegt darunter vor und die Grenze zwischen den zwei Schichten ist klar. Man beachte, dass große schwarze Massen in der Figur Blasen sind.
Wie in 4(b) gezeigt, ist, wenn mit TOF-SIMS eine Oberflächenanalyse durchgeführt wird, nachdem die Umgebung der Kristall-Glas-Grenzfläche geätzt wurde, zu sehen, dass in der Umgebung der Kristall-Glas-Grenzfläche eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht, bei der es sich um einen Bereich mit einer hohen Ba-Ionendichte handelt, erzeugt ist. Die mit Kristallisationsbeschleuniger angereichert Schicht in dieser Figur weist eine Dicke von etwa 8 bis 10 µm auf.
Es ist bevorzugt, dass die Dicke der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht 10P 0,1 µm oder mehr und 50 µm oder weniger beträgt. In dem Fall, dass die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht 10P zu dick ist, nimmt die Fluidität zu und die Positionen der Kristallschicht 14 und der Glasschicht 10G werden gegeneinander verschoben, was die Erzeugung von Falten und Rissen auf der Oberfläche der Kristallschicht 14 zur Folge hat. In dem Fall, dass die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht 10P nicht vorhanden oder zu dünn ist, tritt sogar während des Erhitzens eine extreme Abnahme der Kristallisationsrate auf und die Kristallschicht 14 mit einer ausreichenden Dicke kann nicht ausgebildet werden. Auch tritt aufgrund der Spannung, die durch den Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht 14 und der Glasschicht 10G während des Erhitzens verursacht wird, leicht eine Abtrennung der Kristallschicht 14 auf. Diese Spannung verursacht auch Risse und Risse führen zu einer Verformung des Tiegels.
5 (a) bis (e) sind Fotografien der kristallisierten Oberfläche des Tiegels, wobei (a) einen Zustand zeigt, in dem Falten auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind, (b) einen Zustand zeigt, in dem es keine Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels gibt, (c) einen Zustand zeigt, in dem nur Falten auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind und keine Risse erzeugt sind, (d) einen Zustand zeigt, in dem Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind, und (e) einen Zustand zeigt, in dem Falten und Risse auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt sind und des Weiteren eine Delamination der Kristallschicht auftritt.
Wie in 5(a) gezeigt, nimmt in dem Fall, dass die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht zu dick ist, die Fluidität zu und die Positionen der Kristallschicht und der Glasschicht werden tendenziell gegeneinander verschoben, was die Erzeugung von Falten auf der Oberfläche der Kristallschicht zur Folge hat. Wie in 5(b) gezeigt, ist die Oberfläche der Kristallschicht, in der keine Falten erzeugt sind, sehr glatt. Andererseits werden, wenn der Grad der Positionsverschiebung zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht klein ist, wie in 5(c) gezeigt, nur Falten auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt und es werden keine Risse erzeugt. Bei Falten handelt es sich um einen Zustand, in dem ein Teil der Kristallschicht fließt und die Oberfläche dünne Fältelungen bekommt. Die Glasschicht wird nicht freigelegt, aber eine winzige Menge an kleinen Kristallteilchen (Partikeln) wird von den Fältelungen erzeugt. Daher nimmt in dem Fall, dass Falten auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegels erzeugt werden, die Einkristall-Ausbeute ab. Es wird die Ansicht vertreten, dass, selbst wenn Falten auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegels erzeugt werden, keine direkte Auswirkung auf die Einkristall-Ausbeute gegeben ist.
Wenn die Positionsverschiebung zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht zunimmt, werden Risse sowie Falten erzeugt. 5(d) zeigt den Zustand, in dem Risse auf der Oberfläche der Kristallschicht erzeugt sind. Bei Rissen handelt es sich um einen Zustand, bei dem ein Teil der Kristallschicht gespalten wird, ein Reißen auftritt und somit ein Querschnitt der Glasschicht freigelegt wird. Wie in der Figur gezeigt, wird eine große Anzahl kleiner Kristallteilchen (Partikel) von den Rissen erzeugt. Daher nimmt, wenn Risse auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegels erzeugt werden, die Silicium-Einkristall-Ausbeute erheblich ab. Außerdem tritt, wenn Falten und Risse auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers erzeugt werden, eine Delamination der Kristallschicht auf, wie in 5(e) gezeigt, was eine weitere Auswirkung auf die Einkristall-Ausbeute hat. Selbst wenn Falten auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegels erzeugt werden, ist keine direkte Auswirkung auf die Einkristall-Ausbeute gegeben. Die Erzeugung von Falten verringert jedoch die Festigkeit des Tiegels erheblich und führt zu einer Verformung des Tiegels.
In dem Fall, dass die mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht eine geeignete Dicke aufweist, ist jedoch die Fluidität des Teils nicht so hoch, sodass die Kristallschicht und die Glasschicht mit geringerer Wahrscheinlichkeit gegeneinander verschoben werden, keine Falten und Risse in der Kristallschicht erzeugt werden und die Kristallschicht nicht delaminiert wird.
Der Kristallisationszustand des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels kann unter Verwendung eines REM (Rasterelektronenmikroskop) beobachtet werden, kann aber auch durch ein Oberflächen-Röntgenbeugungsverfahren evaluiert werden.
6 (a) bis (c) zeigen Diagramme, die Messergebnisse bezüglich des Oberflächenschichtabschnitts des Tiegels durch das Oberflächen-Röntgenbeugungsverfahren zeigen, wobei 6(a), 6(b) und 6(c) entsprechend Kristallschichten in einer zufälligen Ausrichtung, in einer kuppelförmigen Ausrichtung und in einer säulenartigen Ausrichtung zeigen.
In dem Fall, dass die Kristallschicht in einer zufälligen Ausrichtung vorliegt, wie in 6(a) dargestellt, ist der Maximalwert A der Peakintensität (Counts) bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25°, bedingt durch eine Kristallausrichtung (100), sehr hoch, der Maximalwert B der Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40°, bedingt durch eine Kristallausrichtung (200), ist sehr niedrig und das Peakintensitätsverhältnis A/B wird größer als 7.
Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, dass die Kristallschicht in der kuppelförmigen Ausrichtung vorliegt, wie in 6(b) dargestellt, der Unterschied zwischen dem Maximalwert A der Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° und dem Maximalwert B der Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40° ab und das Peakintensitätsverhältnis A/B wird 0,4 oder mehr und 7 oder weniger.
Des Weiteren ist in dem Fall, dass die Kristallschicht in der säulenartigen Ausrichtung vorliegt, wie in 6(c) dargestellt, der Maximalwert A der Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 20 bis 25° sehr niedrig, der Maximalwert B der Peakintensität bei einem Beugungswinkel 29 von 33 bis 40° ist sehr hoch und das Peakintensitätsverhältnis A/B wird kleiner als 0,4.
7 ist eine Tabelle, die geeignete Kristallstrukturen der inneren Kristallschicht 14A und der äußeren Kristallschicht 14B für jeden Teil zeigt, wobei eine bevorzugte Kristallstruktur für jeden Teil durch „B“ angegeben ist und eine besonders bevorzugte Kristallstruktur durch „A“ angegeben ist.
Wie in 7 gezeigt, kann hinsichtlich der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 bewirkt werden, dass die gesamte Innenfläche von dem geraden Körperabschnitt (W-Abschnitt) 1a bis zum Bodenabschnitt (B-Abschnitt) 1b eine kuppelförmige/säulenartige Kristallschicht aufweist (A/B ist kleiner als 0,4). Außerdem kann bewirkt werden, dass nur der Eckabschnitt (R-Abschnitt) 1c und der Bodenabschnitt 1b eine kuppelförmige/säulenartige Kristallschicht aufweisen, während bewirkt wird, dass die Innenfläche des geraden Körperabschnitts 1a eine kuppelförmige Kristallschicht aufweist (A/B ist gleich oder größer als 0,4 und kleiner als 7). Dies liegt daran, dass die Innenfläche des geraden Körperabschnitts 1a eine kürzere Kontaktzeit mit der Siliciumschmelze aufweist als diejenige des Eckabschnitts 1c oder des Bodenabschnitts 1b und es ausreichend ist, eine kuppelförmige Kristallschicht darauf auszubilden. In dem Fall, dass eine Kristallhochziehzeit relativ kurz ist, ist es auch bevorzugt, die Bedingung anzunehmen, dass die Innenfläche des geraden Körperabschnitts 1a des Tiegelkörpers 10 eine kuppelförmige Kristallschicht wird. Die Dicke des Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms 13A in dem geraden Körperabschnitt 1a kann verringert werden, sodass die Integration von in dem Beschichtungsfilm enthaltenen Verunreinigungen in die Siliciumschmelze verringert werden kann.
Hinsichtlich der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 kann die gesamte Außenfläche von dem geraden Körperabschnitt 1a bis zu dem Bodenabschnitt 1b ungeachtet des Teils des Tiegels eine kuppelförmige/säulenartige Kristallschicht oder eine kuppelförmige Kristallschicht aufweisen, weist aber besonders bevorzugt eine kuppelförmige Kristallschicht auf. Dies liegt daran, dass, obwohl die Festigkeit des Tiegels durch Gestatten, dass die äußere Kristallschicht 14B eine bestimmte Dicke aufweist, erhöht werden kann, wenn die Dicke der äußeren Kristallschicht 14B zunimmt, Blasen in einer Blasenschicht des kristallisierten Quarzglases sich zusammenfügen und expandieren und leicht eine Verformung des Tiegels oder eine Delamination der Kristallschicht auftritt. Wenn die Dicke der äußeren Kristallschicht 14B 1,5 mm oder mehr wird, tritt eine Delamination der äußeren Kristallschicht 14B besonders leicht auf. Daher ist es bevorzugt, dass die Kristallwachstumsrate der äußeren Kristallschicht 14B sich verlangsamt, während ihr Kristallwachstum fortschreitet, und es ist bevorzugt, dass die Dicke der äußeren Kristallschicht 14B so unterdrückt wird, dass sie weniger als 1,5 mm beträgt.
Es ist bevorzugt, dass die Beschichtungslösung, die zum Ausbilden der Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B verwendet wird, in einem tatsächlichen Quarzglastiegel verwendet wird, nachdem ein Test bezüglich eines Kristallisationszustands im Voraus auf einem Basismaterial, wie etwa einer Quarzglasplatte, durchgeführt wurde. Bei dem Test bezüglich eines Kristallisationszustands wird, nachdem eine Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung in einer vorbestimmten Konzentration auf die Oberfläche des Quarzglasbasismaterials aufgetragen wurde, eine Evaluierungswärmebehandlung bei 1400 °C oder höher durchgeführt, um eine Kristallschicht auf einem Oberflächenschichtabschnitt der Oberfläche des Quarzglasbasismaterials auszubilden. Als Nächstes wird der Kristallisationszustand der Oberfläche des Quarzglasbasismaterials durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung wird basierend auf dem Analyseergebnis eingestellt. Dann wird die Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung nach der Einstellung der Konzentration auf die Oberfläche des Quarzglastiegels (des Tiegelkörpers 10) aufgetragen, wodurch der Quarzglastiegel 1 fertiggestellt wird. Wie oben beschrieben, kann ein gewünschter Kristallisationszustand ungeachtet geringfügiger Unterschiede der Bedingungen, wie etwa die Konzentration, Zusammensetzung, Beschichtungsbedingungen und dergleichen der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, zuverlässig reproduziert werden, wodurch ein Quarzglastiegel mit hoher Zuverlässigkeit realisiert wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung des Quarzglastiegels 1 gemäß der Ausführungsform.
Wie in 8 dargestellt, wird bei der Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß der Ausführungsform ein Quarzglastiegel verwendet, in dem der erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und 13B ausgebildet sind. Daher wird ein Quarzglastiegel (Tiegelkörper 10) hergestellt, auf den der Kristallisationsbeschleuniger nicht aufgetragen ist (unbeschichtet), und Bariumverbindungs-Beschichtungslösungen mit geeigneten Konzentrationen werden entsprechend auf seine Innenfläche und Außenfläche aufgetragen (Schritt S11).
Als Nächstes wird unter Verwendung des Quarzglastiegels 1, in dem der erste und zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A und 13B ausgebildet sind, ein Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls durchgeführt (Schritt S12). Bei dem Hochziehschritt kann es sich um ein Mehrfachziehen, bei dem eine Mehrzahl von Silicium-Einkristallen aus demselben Tiegel hochgezogen wird, oder ein Einfachziehen, bei dem nur ein einziger Silicium-Einkristall hochgezogen wird, handeln.
Als Nächstes wird die Oberfläche des verwendeten Tiegels nach dem Ende des Hochziehschritts durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und der Kristallisationszustand der Kristallschicht wird evaluiert (Schritt S13). Wie oben beschrieben, kann ein Peakintensitätsverhältnis A/B von mehr als 7 als eine Kristallschicht in einer zufälligen Ausrichtung evaluiert werden, ein Peakintensitätsverhältnis A/B von 0,4 oder mehr und 7 oder weniger kann als eine Kristallschicht in einer kuppelförmigen Ausrichtung evaluiert werden und ein Peakintensitätsverhältnis A/B von weniger als 0,4 kann als eine Kristallschicht in einer säulenartigen Ausrichtung evaluiert werden.
Als Nächstes werden die Analyse- und Evaluierungsergebnisse rückgemeldet, um die Konzentration der Bariumverbindungs-Beschichtungslösung einzustellen (Schritt S14). Beispielsweise kann in dem Fall, dass der Kristallisationszustand der äußeren Kristallschicht 14B in einer säulenartigen Ausrichtung vorliegt und die Kristallschicht übermäßig dick wird, die Bariumkonzentration in der zu verwendenden Bariumverbindungs-Beschichtungslösung so eingestellt werden, dass sie verringert ist. Außerdem kann in dem Fall, dass der Kristallisationszustand der inneren Kristallschicht 14A in einer kuppelförmigen Ausrichtung vorliegt, aber eine säulenartige Ausrichtung gewünscht wird, die Bariumkonzentration in der zu verwendenden Bariumverbindungs-Beschichtungslösung so eingestellt werden, dass sie erhöht ist.
Die Analyse- und Evaluierungsergebnisse können den Grad der Ausrichtung von Kristallen (Evaluierungsergebnisse durch Röntgenbeugung: Peakverhältnis), die Dicke einer Kristallschicht, den Dickengradienten, die Dickenverteilung, die Korngröße von Kristallen, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Schaumbildung und Delamination der Kristallschicht, die Dicke der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht und dergleichen umfassen. Außerdem können Einstellungselemente die Konzentration (jedes Teils), die Dicke des Beschichtungsfilms (jedes Teils), die Formulierung des Verdickungsmittels, die Partikelgröße von Bariumcarbonat und dergleichen umfassen. Als ein Verfahren zum Einstellen der Elemente wird, da die thermische Belastung je nach Teil des Tiegels abhängig von den Kristallhochziehbedingungen variiert, das Hochziehen anfänglich durch Auftragen von Barium mit einer einheitlichen Bariumkonzentration ungeachtet des Teils des Tiegels durchgeführt, die Dickenverteilung und dergleichen der Kristallschicht des verwendeten Tiegels werden analysiert und die oben genannten Elemente können für jeden Teil so eingestellt werden, dass die Kristallschicht einheitlich wird.
Danach wird ein neuer unbeschichteter Quarzglastiegel hergestellt, die Bariumverbindungs-Beschichtungslösung, deren Konzentration eingestellt ist, wird auf dessen Oberfläche aufgetragen (Schritt S15) und der Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls wird unter Verwendung des Quarzglastiegels erneut durchgeführt (Schritt S16). In dem wie oben beschrieben durchgeführten Hochziehschritt liegt die Kristallschicht der Oberfläche des Quarzglastiegels 1 im optimalen Kristallisationszustand für jeden Teil vor, sodass eine Kristallschicht, die in einer Ebene einheitlich ist, ohne eine Delamination von Kristallkörnern an der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausgebildet werden kann und säulenartige Kristalle kontinuierlich gezüchtet werden können, was wiederum jederzeit die Festigkeit aufrechterhält. Außerdem können auf der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 Störungen, wie etwa Schaumbildung und Delamination, verhindert werden, während eine bestimmte Festigkeit aufrechterhalten wird.
9 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls durch das CZ-Verfahren.
Wie in 9 dargestellt, wird in dem Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls durch das CZ-Verfahren eine Einkristall-Hochziehvorrichtung 20 verwendet. Die Einkristall-Hochziehvorrichtung 20 umfasst eine Kammer 21 vom Wasserkühltyp, den Quarzglastiegel 1, der eine Siliciumschmelze 4 enthält, in der Kammer 21, einen Kohlenstoff-Suszeptor 22, der den Quarzglastiegel 1 hält, eine Rotationswelle 23, die den Kohlenstoff-Suszeptor 22 trägt, einen Wellenantriebsmechanismus 24, der die Rotationswelle 23 dreht und anhebt/absenkt, ein Heizelement 25, das in der Peripherie des Kohlenstoff-Suszeptors 22 angeordnet ist, ein Wärmeisoliermaterial 26, das außerhalb des Heizelements 25 entlang der Innenfläche der Kammer 21 angeordnet ist, einen Wärmeschildkörper 27, der über dem Quarzglastiegel 1 angeordnet ist, einen Kristallhochziehdraht 28, der über dem Quarzglastiegel 1 koaxial mit der Rotationswelle 23 angeordnet ist, und einen Drahtaufwickelmechanismus 29, der am oberen Abschnitt der Kammer 21 angeordnet ist.
Die Kammer 21 wird durch eine Hauptkammer 21a und eine lang gestreckte zylindrische Ziehkammer 21b, die mit einer oberen Öffnung der Hauptkammer 21a verbunden ist, gebildet. Der Quarzglastiegel 1, der Kohlenstoff-Suszeptor 22, das Heizelement 25 und der Wärmeschildkörper 27 sind in der Hauptkammer 21a vorgesehen. Ein Gaseinlasskanal 21c zum Einbringen von Inertgas (Spülgas), wie etwa Argongas, oder Dotiergas in die Kammer 21 ist im oberen Abschnitt der Ziehkammer 21b vorgesehen und ein Gasauslasskanal 21d zum Auslassen des Atmosphärengases in der Kammer 21 ist am unteren Abschnitt der Hauptkammer 21a vorgesehen. Außerdem ist ein Sichtfenster 21e am oberen Abschnitt der Hauptkammer 21a vorgesehen, um zu gestatten, dass ein Wachstumszustand eines Silicium-Einkristalls 3 durch das Sichtfenster 21e hindurch beobachtet wird.
Der Kohlenstoff-Suszeptor 22 wird zum Aufrechterhalten der Form des Quarzglastiegels 1 verwendet, der durch Erhitzen erweicht wird, und hält und umgibt den Quarzglastiegel 1, indem er mit der Außenfläche des Quarzglastiegels 1 in engen Kontakt kommt. Der Quarzglastiegel 1 und der Kohlenstoff-Suszeptor 22 bilden einen Doppelstruktur-Quarzglastiegel, der die Siliciumschmelze in der Kammer 21 aufnimmt.
Der Kohlenstoff-Suszeptor 22 ist am oberen Endabschnitt der Rotationswelle 23 befestigt und der untere Endabschnitt der Rotationswelle 23 verläuft durch den Bodenabschnitt der Kammer 21 und ist mit dem Wellenantriebsmechanismus 24 verbunden, der außerhalb der Kammer 21 vorgesehen ist. Die Rotationswelle 23 und der Wellenantriebsmechanismus 24 bilden einen Rotationsmechanismus und einen Anhebe-/Absenkmechanismus des Quarzglastiegels 1 und des Kohlenstoff-Suszeptors 22.
Das Heizelement 25 wird zum Erzeugen der Siliciumschmelze 4 durch Schmelzen eines Silicium-Rohmaterials, das den Quarzglastiegel 1 füllt, und zum Aufrechterhalten des Schmelzzustands der Siliciumschmelze 4 verwendet. Das Heizelement 25 ist ein Kohlenstoff-Heizelement eines Widerstandsheiztyps und ist so vorgesehen, dass es den Quarzglastiegel 1 in dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 umgibt. Des Weiteren ist das Wärmeisoliermaterial 26 außerhalb des Heizelements 25 so vorgesehen, dass es das Heizelement 25 umgibt, wodurch der Wärmerückhalt in der Kammer 21 verstärkt werden kann.
Der Wärmeschildkörper 27 ist vorgesehen, um durch Unterdrücken von Temperaturschwankungen der Siliciumschmelze 4 eine geeignete heiße Zone in der Nähe der Kristallwachstumsgrenzfläche auszubilden und zu verhindern, dass der Silicium-Einkristall 3 durch Strahlungswärme von dem Heizelement 25 und dem Quarzglastiegel 1 erhitzt wird. Der Wärmeschildkörper 27 ist ein Graphitelement, das den Bereich über der Siliciumschmelze 4, ausschließlich des Hochziehwegs des Silicium-Einkristalls 3, abdeckt und beispielsweise die Form eines umgekehrten Kegelstumpfs mit einer Öffnungsgröße, die vom unteren Ende zum oberen Ende zunimmt, aufweist.
Der Durchmesser einer Öffnung 27a des unteren Endes des Wärmeschildkörpers 27 ist größer als der Durchmesser des Silicium-Einkristalls 3, wodurch der Hochziehweg des Silicium-Einkristalls 3 sichergestellt wird. Der Durchmesser der Öffnung 27a des Wärmeschildkörpers 27 ist kleiner als die Öffnung des Quarzglastiegels 1 und der untere Endabschnitt des Wärmeschildkörpers 27 ist innerhalb des Quarzglastiegels 1 angeordnet. Daher beeinträchtigt der Wärmeschildkörper 27 den Quarzglastiegel 1 nicht, selbst wenn das obere Randende des Quarzglastiegels 1 über das untere Ende des Wärmeschildkörpers 27 hinaus angehoben wird.
Während die Menge der Schmelze in dem Quarzglastiegel 1 mit Wachsen des Silicium-Einkristalls 3 abnimmt, werden Temperaturschwankungen in der Siliciumschmelze 4 unterdrückt, indem der Quarzglastiegel 1 angehoben wird, um zu bewirken, dass der Spalt zwischen der Schmelzenoberfläche und dem unteren Ende des Wärmeschildkörpers 27 konstant ist, und die Menge an Dotierungsmitteln, die aus der Siliciumschmelze 4 verdampft werden, kann gesteuert werden, indem bewirkt wird, dass die Strömungsrate von Gas, das in der Nähe der Schmelzenoberfläche strömt, konstant ist. Daher ist es möglich, die Stabilität einer Kristallfehlerverteilung, einer Sauerstoffkonzentrationsverteilung, einer Verteilung des spezifischen Widerstands und dergleichen in einer Hochziehachsenrichtung des Silicium-Einkristalls 3 zu verbessern.
Über dem Quarzglastiegel 1 sind der Draht 28 als Hochziehachse des Silicium-Einkristalls 3 und der Drahtaufwickelmechanismus 29 zum Aufwickeln des Drahts 28 vorgesehen. Der Drahtaufwickelmechanismus 29 weist eine Funktion des Drehens des Silicium-Einkristalls 3 zusammen mit dem Draht 28 auf. Der Drahtaufwickelmechanismus 29 ist am oberen Abschnitt der Ziehkammer 21b angeordnet, der Draht 28 erstreckt sich von dem Drahtaufwickelmechanismus 29 durch die Ziehkammer 21b hindurch nach unten und der Spitzenendabschnitt des Drahts 28 reicht in den Innenraum der Hauptkammer 21a. 1 stellt einen Zustand dar, in dem der Silicium-Einkristall 3 während des Wachsens an dem Draht 28 aufgehängt ist. Während des Hochziehens des Silicium-Einkristalls 3 wird der Silicium-Einkristall 3 durch allmähliches Hochziehen des Drahts 28 gezüchtet, während sowohl der Quarzglastiegel 1 als auch der Silicium-Einkristall 3 gedreht werden.
Außerhalb des Sichtfensters 21e ist eine CCD-Kamera 30 vorgesehen. Während des Schritts des Hochziehens eines Einkristalls fotografiert die CCD-Kamera 30 die Grenze zwischen dem Silicium-Einkristall 3 und der Siliciumschmelze 4 schräg von oben von dem Sichtfenster 21e aus durch die Öffnung 27a des Wärmeschildkörpers 27 hindurch. Das von der CCD-Kamera 30 aufgenommene Bild wird von einer Bildverarbeitungseinheit 31 verarbeitet und das Verarbeitungsergebnis wird von einer Steuerung 32 dazu verwendet, Hochziehbedingungen zu steuern.
Obwohl die Innenfläche des Quarzglastiegels 1 durch die Reaktion mit der Siliciumschmelze 4 während des Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls abgetragen wird, da die Kristallisation der Innenfläche und der Außenfläche aufgrund der Wirkung des Kristallisationsbeschleunigers, der auf die Innenfläche und die Außenfläche des Tiegels aufgetragen ist, fortschreitet, verschwindet die Kristallschicht der Innenfläche nicht und die Dicke der Kristallschicht kann in gewissem Maß sichergestellt werden, wodurch die Festigkeit des Tiegels aufrechterhalten und seine Verformung unterdrückt wird. Daher ist es möglich zu verhindern, dass der Tiegel verformt wird und mit den Elementen in dem Ofen, wie etwa dem Wärmeschildkörper 27, in Kontakt kommt, und Schwankungen der Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze 4 aufgrund einer Änderung des Innenvolumens des Tiegels zu verhindern.
Wenn ein von der Innenfläche des Quarzglastiegels 1 delaminiertes Kristallteilchen auf der Konvektionsströmung der Siliciumschmelze 4 mitgetragen wird und eine Festkörper/Flüssigkeit-Grenzfläche erreicht, wird das Kristallteilchen in den Silicium-Einkristall 3 integriert, sodass Bedenken bestehen, dass eine Versetzung auftritt. Gemäß der Ausführungsform kann die Delamination des Kristallteilchens von der Innenfläche des Tiegels jedoch verhindert werden, wodurch eine Versetzung eines Einkristalls verhindert werden kann.
Wie oben beschrieben, kann in dem Quarzglastiegel 1 gemäß der Ausführungsform, da die innere Kristallschicht 14A, die aus der kuppelförmigen + säulenartigen Kristallschicht oder der kuppelförmigen Kristallschicht ausgebildet ist, auf der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 durch Erhitzen in dem Hochziehschritt ausgebildet wird, die innere Kristallschicht 14A eine ausreichende Dicke aufweisen. Daher kann durch Erhöhen der Festigkeit des Tiegels seine Verformung verhindert werden. Außerdem ist es möglich zu verhindern, dass die innere Kristallschicht 14A aufgrund der Abtragung der Innenfläche des Tiegels vollständig verschwindet.
In dem Fall, dass die innere Kristallschicht 14A die kuppelförmige + säulenartige Kristallschicht ist, kann, selbst wenn die kuppelförmige Kristallschicht abgetragen wird, da die Ausrichtungsrichtung der säulenartigen Kristallschicht die Dickenrichtung der Tiegelwand ist, eine Delamination säulenartiger Kristallkörner verhindert werden. Außerdem kann durch Bewirken, dass die innere Kristallschicht 14A die säulenartige Ausrichtung annimmt, das Kristallwachstum in der Dickenrichtung der Tiegelwand konzentriert werden, sodass die Kristallwachstumsrate erhöht werden kann.
Außerdem kann in dem Quarzglastiegel 1 gemäß der Ausführungsform, da die äußere Kristallschicht 14B, die aus der kuppelförmigen Kristallschicht ausgebildet ist, auf der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 durch Erhitzen in dem Hochziehschritt ausgebildet wird, die äußere Kristallschicht 14B eine ausreichende Dicke aufweisen. Daher kann durch Erhöhen der Festigkeit des Tiegels seine Verformung verhindert werden. Außerdem können durch Ausbilden der kuppelförmigen Kristallschicht in der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 die Kristallkorngrenzen verdichtet werden, wodurch verhindert wird, dass Risse aufgrund von Stößen und dergleichen von der Außenfläche des Tiegels aus das Innere des Tiegels erreichen.
Außerdem wird durch Bewirken, dass die äußere Kristallschicht 14B die kuppelförmige Kristallschicht statt der säulenartigen Kristallschicht aufweist, das Kristallwachstum nicht aufrechterhalten, sodass die äußere Kristallschicht 14B nicht übermäßig dick wird. Daher ist es möglich, eine Delamination der Kristallschicht aufgrund einer Expansion von Blasen an der Grenzfläche zwischen einer dicken Kristallschicht und Quarzglas zu verhindern, und des Weiteren ist es möglich, die Erzeugung von Rissen, die sich von den Blasen aus entlang der Grenzen der säulenartigen Kristallkörner ausbreiten, zu verhindern.
Auch können gemäß der Ausführungsform die Kristallisationszustände der Kristallschichten der Oberflächen (der Innenfläche und der Außenfläche) des Tiegels leicht durch das Röntgenbeugungsverfahren evaluiert werden. Daher können die Beschichtungsbedingungen bezüglich des Kristallisationsbeschleunigers basierend auf den Evaluierungsergebnissen ausgewählt werden und der Quarzglastiegel 1 kann mit einem Kristallisationszustand hergestellt werden, der auf die Hochziehbedingungen des Silicium-Einkristalls und den Teil des Tiegels abgestimmt ist.
Die Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B müssen nicht zwangsläufig auf der Innenfläche 10a sowie der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet werden, sondern können nur auf der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 oder nur auf der Außenfläche 10b ausgebildet werden. Jedoch ist, da die Innenfläche 10a des Tiegels mit der Siliciumschmelze in Kontakt steht und ein großes Abtragungsausmaß aufweist, deren Kristallisationswirkung größer als diejenige der Außenfläche 10b des Tiegels und es ist wichtiger, eine Kristallschicht auf der Innenfläche als auf der Außenfläche des Tiegels auszubilden.
10 (a) und (b) sind schematische Querschnittsansichten, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Außerdem sind 11 (a) und (b) schematische Ansichten zum Erläutern des Zusammenhangs zwischen der Glasviskosität und Kristallschichten des Tiegels.
Wie in 10 (a) und (b) dargestellt, ist in einem Quarzglastiegel 2A der erste Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A nur auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 in dem Quarzglastiegel 1 in 1 ausgebildet und der zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B auf der Seite der Außenfläche 10b ist weggelassen.
In dem Quarzglastiegel 2A beträgt das Verhältnis η_ο/η_i der Glasviskosität η_ο auf der Seite der Außenfläche 10b zur Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 bei einer Erhitzungstemperatur in einem Hochziehschritt vorzugsweise 0,5 oder mehr und 10 oder weniger. In dem Fall, dass die Glasviskosität η_ο auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 zu niedrig ist (η_o/η_i < 0,5), wird die Seite der Innenfläche 10a des Tiegels in einem relativ frühen Stadium des Hochziehschritts kristallisiert und nimmt an Festigkeit zu und die Innenfläche 10a wird freistehend, während das Glas auf der Seite der Außenfläche 10b keine Affinität für den Suszeptor aufweist, die äußere Glasschicht durch Absenken und Abtrennen verformt wird, wie in 11(a) dargestellt, und die Wanddicke dünner wird, was eine Verringerung der Festigkeit des Tiegels zur Folge hat. Andererseits wird in dem Fall, dass die Glasviskosität η_ο auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 zu hoch ist (η_o/η_i > 10), wie in 11(b) dargestellt, die innere Glasschicht verformt, indem sie an der Grenze zwischen der inneren Glasschicht und der äußeren Glasschicht von der äußeren Glasschicht abgetrennt wird, was eine Verringerung der Festigkeit des Tiegels zur Folge hat. Durch Bewirken, dass das Verhältnis η_o/η_i zwischen den Glasviskositäten auf der Seite der Außenfläche 10b und der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 in einem Bereich von 0,5 bis 10 liegt, kann jedoch die Schrumpfspannung vermindert werden, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 kristallisiert wird und schrumpft, wodurch eine Verformung des Tiegels verhindert wird.
Um zu bewirken, dass das Verhältnis η_o/η_i der Glasviskosität η_ο auf der Seite der Außenfläche 10b zur Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 bei einer Erhitzungstemperatur in einem Hochziehschritt 0,5 oder mehr und 10 oder weniger beträgt, kann, wenn der Tiegelkörper 10 durch Lichtbogenschmelzen von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform hergestellt wird, das Verhältnis durch Ändern der Arten von Rohmaterial-Quarzpulver, das die Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausbildet, und Rohmaterial-Quarzpulver, das die Seite der Außenfläche 10b ausbildet, realisiert werden. Konkret kann das Verhältnis durch Verwenden von Quarzpulvern realisiert werden, die sich bezüglich Verunreinigungskonzentration, Partikelgröße, Kristallisationsgrad und dergleichen unterscheiden.
Beim Herstellen von Quarzglastiegeln werden die Arten von Rohmaterial-Quarzpulver, das die Innenflächenseite des Tiegels ausbildet, und Rohmaterial-Quarzpulver, das die Außenflächenseite ausbildet, in vielen Fällen geändert. Beispielweise kann es Fälle geben, in denen ein Rohmaterial-Quarzpulver, das Verunreinigungen in kleinstmöglicher Menge aufweist und somit hochrein ist, auf der Innenflächenseite des Tiegels verwendet wird und ein Rohmaterial-Quarzpulver, das eine geringe Reinheit aufweist und somit preiswert ist, wird mit Schwerpunkt auf Kosten statt Reinheit auf der Außenflächenseite des Tiegels verwendet. Die Dicke der inneren Schicht, die aus dem hochreinen Material ausgebildet wird, ist größer als die Dicke der Innenfläche des Tiegels, die in die Siliciumschmelze abgetragen wird und ist auf etwa 1 bis 3 mm eingestellt. Der Anteil der Dicke der Innenschicht an der Gesamtdicke des Tiegels beträgt etwa 5 % bis 30 %. In diesem Fall unterscheiden die Glasviskositäten auf der Innenflächenseite und der Außenflächenseite des Tiegels sich voneinander. Durch Steuern des Glasviskositätsverhältnisses, wie oben beschrieben, kann jedoch eine durch die Ausbildung der inneren Kristallschicht bedingte Verformung des Tiegels unterdrückt werden.
12 (a) und (b) sind schematische Querschnittsansichten, welche die Struktur eines Tiegels gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Außerdem sind 13 (a) und (b) schematische Ansichten zum Erläutern des Zusammenhangs zwischen der Glasviskosität und den Kristallschichten des Quarzglastiegels.
Wie in 12 (a) und (b) dargestellt, ist in einem Quarzglastiegel 2B der zweite Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B nur auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 in dem Quarzglastiegel 1 in 1 ausgebildet und der erste Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A auf der Seite der Innenfläche 10a ist weggelassen.
In dem Quarzglastiegel 2B beträgt das Verhältnis η_i/η_ο der Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a zur Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 bei einer Erhitzungstemperatur in einem Hochziehschritt vorzugsweise 0,5 oder mehr. In dem Fall, dass die Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 zu hoch ist (η_i/η_ο < 0,5), wie in 13(a) dargestellt, wird die innere Glasschicht verformt, indem sie abgesenkt und abgetrennt wird, was eine Verringerung der Festigkeit des Tiegels zur Folge hat. Andererseits wird, selbst wenn die Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 niedrig ist (η_i/η_ο > 10), wie in 13(b) dargestellt, die äußere Glasschicht in dem Kohlenstoff-Suszeptor in dem CZ-Ofen gehalten und kann durch ihr Eigengewicht und das Gewicht der Siliciumschmelze gegen den Suszeptor gedrückt werden, sodass keine Abtrennung der äußeren Glasschicht auftritt. Daher kann durch Bewirken, dass das Verhältnis η_i/η_o zwischen den Glasviskositäten auf der Seite der Innenfläche 10a und der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 in einem Bereich von 0,5 oder mehr liegt, die Schrumpfspannung vermindert werden, selbst wenn der Oberflächenschichtabschnitt auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 kristallisiert wird und schrumpft, wodurch eine Verformung des Tiegels verhindert wird.
Um zu bewirken, dass das Verhältnis η_i/η_o der Glasviskosität η_i auf der Seite der Innenfläche 10a zur Glasviskosität η_o auf der Seite der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 bei einer Erhitzungstemperatur in einem Hochziehschritt 0,5 oder mehr beträgt, kann, wenn der Tiegelkörper 10 durch Lichtbogenschmelzen von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform hergestellt wird, das Verhältnis durch Ändern der Arten von Rohmaterial-Quarzpulver, das die Seite der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausbildet, und Rohmaterial-Quarzpulver, das die Seite der Außenfläche 10b ausbildet, realisiert werden.
In den Quarzglastiegeln 2A und 2B beträgt der ebeneninterne Gradient der Dicken der inneren Kristallschicht 14A und der äußeren Kristallschicht 14B vorzugsweise 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger. Dementsprechend gibt es, selbst wenn es aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Dichte zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht während des Erhitzens einen Unterschied der Schrumpfspannung gibt, wenn die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich ist, keine Ursprünge einer Verformung der Kristallschicht, wie etwa Falten und Risse, und die Kristallschicht kann weniger anfällig für eine Erzeugung von Falten und Rissen sein. Außerdem beträgt der ebeneninterne Konzentrationsgradient des Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13A und 13B 40 % oder mehr und 150 % oder weniger. Durch Bewirken, dass die ebeneninternen Konzentrationsgradienten der Kristallisationsbeschleuniger in den Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilmen 40 bis 150 % beträgt, kann der ebeneninterne Gradient der Dicke der Kristallschicht in einem Hochziehschritt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 1,5 liegen.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur eines Quarzglastiegels gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 14 dargestellt, weist ein Quarzglastiegel 5 gemäß der Ausführungsform das Merkmal auf, dass die Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B, die entsprechend auf der Innenfläche 10a und der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet sind, nicht so ausgebildet sind, dass sie das obere Randende des Tiegelkörpers 10 erreichen. Das heißt, ein bandartiger Bereich mit einer vorbestimmten Breite, der sich vom oberen Randende der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 nach unten erstreckt, ist ein nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichteter Bereich 15A (im Folgenden einfach als „unbeschichteter Bereich 15A“ bezeichnet), in dem der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13A nicht ausgebildet ist, und ein bandartiger Bereich mit einer vorbestimmten Breite, der sich vom oberen Randende der Außenfläche 10b nach unten erstreckt, ist ein nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichteter Bereich 15B (im Folgenden einfach als „unbeschichteter Bereich 15B“ bezeichnet), in dem der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B nicht ausgebildet ist.
In dem Fall, dass die Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme 13A und 13B jeweils so ausgebildet sind, dass sie die oberen Randenden der Innenfläche 10a und der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 erreichen, wird der obere Randendabschnitt (die Innenfläche 10a und die Außenfläche 10b in der Nähe der oberen Randendfläche und des oberen Randendes) kristallisiert und es bestehen Bedenken, dass Partikel kleiner Kristallteilchen, die von dem kristallisierten Bereich erzeugt werden, in die Siliciumschmelze in dem Tiegel integriert werden, was eine Verringerung der Ausbeute des Silicium-Einkristalls zur Folge hat. In dem Fall, dass die unbeschichteten Bereiche 15A und 15B vorgesehen sind, kann jedoch eine Kristallisation des oberen Randendabschnitts unterdrückt werden und eine Verringerung der Ausbeute des Silicium-Einkristalls aufgrund der Erzeugung von Partikeln kleiner Kristallteilchen am oberen Randendabschnitt kann verhindert werden.
Es ist bevorzugt, dass die unbeschichteten Bereiche 15A und 15B sich vom oberen Randendabschnitt in einem Bereich von 2 mm oder mehr bis 40 mm oder weniger nach unten erstrecken. Dies liegt daran, dass in dem Fall, dass die Breite der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B kleiner als 2 mm ist, die Wirkung des Vorsehens der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B unzureichend ist. Außerdem besteht in dem Fall, dass die Breite der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B größer als 40 mm ist, die Möglichkeit, dass die Position der Grenze zwischen dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm und dem unbeschichteten Bereich in der Siliciumschmelze vorliegen kann, und wenn die Grenze zwischen der Kristallschicht und der Glasschicht in die Siliciumschmelze eingetaucht ist, ist eine höhere Wahrscheinlichkeit gegeben, dass durch Spannungskonzentration auf dem Grenzbereich Risse erzeugt werden können und Partikel kleiner Kristallteilchen erzeugt werden können.
Außerdem steht, wie in 9 dargestellt, obwohl der Quarzglastiegel 1 während des Kristallhochziehschritts in dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 aufgenommen ist, der obere Randendabschnitt des Quarzglastiegels 1 über das obere Ende des Kohlenstoff-Suszeptors 22 hinaus nach oben vor und ist somit immer in einem selbsttragenden Zustand, ohne von dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 getragen zu werden. Es ist bevorzugt, dass die unbeschichteten Bereiche 15A und 15B in einem Bereich vorgesehen sind, der über das obere Ende des Kohlenstoff-Suszeptors 22 hinaus nach oben vorsteht. Wie oben beschrieben, kann durch Bewirken, dass der obere Randendabschnitt des Quarzglastiegels 1, der nicht mit dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 in Kontakt steht, der unbeschichtete Bereich ist, die Ausbeute des Silicium-Einkristalls verbessert werden und eine Verformung des Tiegels aufgrund von Schaumbildung und Delamination der Kristallschicht kann verhindert werden.
Es ist bevorzugt, dass der Bereich der Breite der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B das 0,02-fache bis 0,1-fache der Länge des geraden Körperabschnitts 1a des Tiegels beträgt. Dies liegt daran, dass in dem Fall, dass die Breite der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B kleiner als das 0,02-fache der Länge des geraden Körperabschnitts 1a des Tiegels ist, die Wirkung des Vorsehens der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B unzureichend ist. Außerdem ist in dem Fall, dass die Breite der unbeschichteten Bereiche 15A und 15B größer als das 0,1-fache der Länge des geraden Körperabschnitts 1a des Tiegels ist, der unbeschichtete Bereich so ausgebildet, dass er den von dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 getragenen Bereich erreicht, und es bestehen Bedenken hinsichtlich einer Verformung des Tiegels aufgrund von Schaumbildung und Delamination der Kristallschicht oder einer Verschlechterung der Ausbeute des Silicium-Einkristalls.
15 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Beispiels für ein Verfahren zum Ausbilden des unbeschichteten Bereichs 15B zusammen mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13B auf der Außenfläche des in 14 dargestellten Quarzglastiegels 5.
Wie in 15 dargestellt, kann im Fall eines Ausbildens des Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms 13B auf der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B durch ein Sprühverfahren ausgebildet werden. Hierbei wird in dem Fall, dass der unbeschichtete Bereich 15B am oberen Randendabschnitt vorgesehen ist, zunächst eine Polyethylenfolie (PE-Folie) 41 auf eine Öffnung 10d des Tiegelkörpers 10 aufgebracht, um die Öffnung 10d abzudecken, und die PE-Folie 41 am Eingang der Öffnung 10d wird mit einem Polypropylenband (PP-Band) 42 fixiert, um die Öffnung 10d dicht zu verschließen.
Danach wird, wie dargestellt, die Öffnung 10d des Tiegelkörpers 10 in einem nach unten gewandten Zustand auf einer Rotationsplattform 40 platziert, ein Endabschnitt 41e der PE-Folie 41, der sich über die Fixierposition des PP-Bands 42 hinaus nach außen erstreckt, wird umgewendet, um in einen nach unten weisenden Zustand gebracht zu werden, und der Endabschnitt 41e der PE-Folie 41 wird mit einem Gummiband 43 an der äußeren Umfangsfläche der Rotationsplattform 40 fixiert.
Nach einem Maskieren des Bereichs mit einer vorbestimmten Breite (2 bis 40 mm), der sich von dem oberen Randendabschnitt der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 nach unten erstreckt, mit der PE-Folie 41 und dem PP-Band 42 wird unter Verwendung eines Sprays 45 eine Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungslösung auf die gesamte Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 aufgetragen, wodurch der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm 13B ausgebildet werden kann und der unbeschichtete Bereich 15B in der Nähe des oberen Randendes der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet werden kann.
Die obige Beschreibung ist ein Beispiel des Verfahrens zum Ausbilden des unbeschichteten Bereichs 15B zusammen mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13B auf der Außenfläche des Quarzglastiegels 5 und dasselbe kann auch in einem Fall eines Ausbildens des unbeschichteten Bereichs 15A zusammen mit dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 13A auf der Innenfläche des Quarzglastiegels 5 angewendet werden. Das heißt, die Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung kann durch das Sprühverfahren in einem Zustand aufgetragen werden, in dem ein Bereich mit einer vorbestimmten Breite, der sich vom oberen Randende in der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 nach unten erstreckt, maskiert ist.
Obwohl oben die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedenartig abgewandelt werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind alle derartigen Abwandlungen in der vorliegenden Erfindung inbegriffen.
Außerdem kann in der Ausführungsform die innere Kristallschicht 14A eine Einzelschichtstruktur aus einer kuppelförmigen Kristallschicht aufweisen und die äußere Kristallschicht 14B kann eine zufällige Kristallschicht oder eine kuppelförmige Kristallschicht aufweisen.
Außerdem ist in der Ausführungsform der Fall beispielhaft angeführt, dass der Kristallisationszustand des Tiegels, der im laufenden Kristallhochziehschritt verwendet wird, an den im nachfolgenden Kristallhochziehschritt verwendeten Tiegel rückgemeldet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Daher können beispielsweise die Bedingungen eines Simulationstests mit einem Quarzstück basierend auf vorbestimmten Kristallhochziehbedingungen bestimmt werden und eine Evaluierung des Quarzstücks kann unter diesen Bedingungen durchgeführt werden und Beschichtungsbedingungen können basierend auf den Evaluierungsergebnissen bestimmt werden. Das heißt, der Kristallisationszustand der Kristallschicht, die auf der Oberflächenschicht des Quarzstücks durch Erhitzen während des dem Kristallhochziehschritt nachgebildeten Simulationstests ausgebildet wird, kann analysiert werden und basierend auf den Analyseergebnissen kann die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung, die auf die Innenfläche des in einem tatsächlichen Silicium-Einkristall-Hochziehschritt verwendeten Quarzglastiegels aufgetragen wird, eingestellt werden.
Außerdem kann als Verfahren zum Auftragen der Kristallisationsbeschleuniger-Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Tiegels neben einem Verfahren unter Verwendung eines Pinsels auch eines vom Sprühtyp, vom Eintauchtyp, Vorhangbeschichtung oder dergleichen angewendet werden.
[Beispiel]
Die Auswirkung der Konzentration der Bariumverbindungs-Beschichtungslösung auf den Kristallisationszustand der Kristallschicht wurde evaluiert. In diesem Evaluierungstest wurde zunächst eine wässrige Lösung mit einer Referenzkonzentration, bei der 50 g/l Polyvinylalkohol (Verdickungsmittel) in Bariumacetat (0,02 M Metallionen) gelöst war, hergestellt und es wurden sechs Arten von Beschichtungslösungen hergestellt, in denen die Konzentration von Bariumacetat in der wässrigen Lösung auf das 0,01-fache, 0,031-fache, 0,063--fache, 0,125-fache, 0,5-fache und 2-fache eingestellt war. Als Nächstes wurden 12 Quarzglasplatten hergestellt und ein Satz von zwei Platten wurde nach Einstellen der Konzentration in jede der sechs Arten von Beschichtungslösungen eingetaucht, um beschichtet zu werden.
Als Nächstes wurde die Bariumkonzentration auf der Oberfläche der Quarzglasplatte erhalten. Um die Bariumkonzentration zu berechnen, wurde die Molzahl von Barium aus dem Gewicht der wässrigen Bariumacetatlösung erhalten, welches durch Eintauchen der Quarzglasplatte verringert wurde, die Atomzahl von Barium wurde aus der Molzahl von Barium und der Avogadro-Konstante berechnet und die Bariumkonzentration wurde aus der Atomzahl davon und der Fläche der Quarzglasplatte, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung aufgebracht wurde, erhalten.
Als Nächstes wurden die 12 Quarzglasplatten in einem Testofen bei 1450 °C erhitzt. Die Erhitzungszeit wurde für eine der zwei Quarzglasplatten, auf die dieselbe wässrige Lösung aufgetragen wurde, auf 30 Minuten und für die andere auf 90 Minuten eingestellt.
Als Nächstes wurde der Kristallisationszustand des Oberflächenschichtabschnitts der 12 Quarzglasplatten nach der Wärmebehandlung durch ein REM (Rasterelektronenmikroskop) beobachtet. Des Weiteren wurden von den 12 Quarzglasplatten die Oberflächen der Quarzglasplatten, die der Wärmebehandlung mit den Beschichtungslösungen mit einem Konzentrationsverhältnis des 0,031-fachen, 0,125-fachen, 0,5-fachen und 2-fachen über 90 Minuten unterzogen worden waren, durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und das Peakintensitätsverhältnis A/B wurde erhalten. Die Evaluierung der Quarzglasplatten durch das Röntgenbeugungsverfahren erfolgte unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers RINT 2500, hergestellt von der Rigaku Corporation, mit: Target: Cu (λ = 1,5418 nm), Abtastachse: 2θ, Messverfahren: kontinuierlich, 2θ-Winkelabtastbereich: 10° bis 70°, lichtempfangender Spalt: 0,15 mm, Divergenzspalt: 1°, Streuungsspalt: 1°, Abtastbreite: 0,02°, und Abtastgeschwindigkeit: 10 °/min. Die Tiefe (Detektionstiefe) ab Oberfläche, die mittels Röntgenstrahlen evaluiert wurde, variierte abhängig vom Einfallswinkel der Röntgenstrahlen und wurde auf mehrere Nanometer bis mehrere zehn Mikrometer eingestellt.

Tabelle 1 ist eine Liste von Evaluierungstestergebnissen der Quarzglasplatten. [Tabelle 1]

Quarzglasplattenprobe	Konzentrationsverhältnis der Beschichtungslösung	Oberflächenkonzentration (Atome/cm²)	Kristallausrichtung	Kristallwachstumsrate 30 → 90 min	Röntgenbeugungs-Peakintensitätsverhältnis
A1	×0,01	7,8E14	Zufällig
A2	×0,031	2,4E15	Zufällig	0 µm/h	8
A3	×0,063	4,9E15	Kuppelartig
A4	×0,125	9,7E15	Kuppelartig	150 µm/h	0,64
A5	×0,5	3,9E16	Säulenartig	450 µm/h	0,16
A6	×2	1,6E17	Säulenartig	450 µm/h

Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug die Bariumkonzentration auf der Oberfläche (Oberflächenbariumkonzentration) einer Quarzglasplattenprobe A1, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 0,01-fachen der Referenzkonzentration aufgetragen wurde, 7,8×10¹⁴ Atome/cm² und die Bariumkonzentration auf der Oberfläche einer Quarzglasplattenprobe A2, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 0,031-fachen aufgetragen wurde, betrug 2,4×10¹⁵ Atome/cm², sodass beide ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer zufälligen Ausrichtung aufwiesen.
Die Bariumkonzentration auf der Oberfläche einer Quarzglasplattenprobe A3, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 0,063-fachen aufgetragen wurde, betrug 4,9×10¹⁵ Atome/cm² und die Bariumkonzentration auf der Oberfläche einer Quarzglasplattenprobe A4, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 0,125-fachen aufgetragen wurde, betrug 9,7×10¹⁵ Atome/cm², sodass beide ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer kuppelförmigen Ausrichtung aufwiesen.
Außerdem betrug die Bariumkonzentration auf der Oberfläche einer Quarzglasplattenprobe A5, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 0,5-fachen aufgetragen wurde, 3,9×10¹⁶ Atome/cm² und die Bariumkonzentration auf der Oberfläche einer Quarzglasplattenprobe A6, auf welche die wässrige Bariumacetatlösung in einem Konzentrationsverhältnis des 2-fachen aufgetragen wurde, betrug 1,6×10¹⁷ Atome/cm², sodass beide ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer säulenartigen Ausrichtung aufwiesen.
16(a) ist ein Bild, das die Beobachtungsergebnisse der Kristallschichten mittels REM zeigt. Außerdem ist 16(b) ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Erhitzungszeit der Quarzglasplatte und der Dicke der auf dem Oberflächenschichtabschnitt der Quarzglasplatte ausgebildeten Kristallschicht zeigt und in dem die horizontale Achse die Erhitzungszeit darstellt und die vertikale Achse die Dicke der Kristallschicht darstellt.
Wie in 16(a) gezeigt, betrug in dem Fall, dass die wässrige Bariumacetatlösung auf das 0,031-fache der Referenzkonzentration verdünnt auf die Quarzglasplatte aufgetragen wurde, die Dicke der Kristallschicht nach 30 Minuten ab dem Beginn des Erhitzens etwa 200 µm und sie betrug auch nach 90 Minuten etwa 200 µm, was bedeutet, dass die Kristallschicht nach 30 Minuten ab dem Beginn des Erhitzens kaum wuchs. Das heißt, die Kristallwachstumsrate nach 30 Minuten ab dem Beginn des Erhitzens betrug etwa 0 µm/h. Außerdem wies, wie in 16(b) gezeigt, die Kristallschicht aus dem REM-Bild ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer zufälligen Ausrichtung auf. Des Weiteren wurde die Kristallstruktur der Kristallschicht durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und sie wies ein Peakmuster wie in 6(a) gezeigt auf und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 8.
In dem Fall, in dem die wässrige Bariumacetatlösung auf das 0,125-fache der Referenzkonzentration verdünnt auf die Quarzglasplatte aufgetragen wurde, betrug die Dicke der Kristallschicht nach 30 Minuten etwa 250 µm und nach 90 Minuten etwa 400 µm, was bedeutet, dass die Kristallwachstumsrate nach 30 Minuten ab dem Beginn des Erhitzens ungefähr 150 µm/h betrug. Außerdem wies, wie in 16(b) gezeigt, die Kristallschicht aus dem REM-Bild ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer kuppelförmigen Ausrichtung auf. Sowohl die Breite als auch die Länge der kuppelförmigen Kristallkörner betrug etwa 5 bis 30 µm. Des Weiteren wurde die Kristallstruktur der Kristallschicht durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und sie wies ein Peakmuster wie in 6(b) gezeigt auf und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 0,64.
In dem Fall, in dem die wässrige Bariumacetatlösung auf das 0,5-fache der Referenzkonzentration verdünnt, auf die Quarzglasplatte aufgetragen wurde, betrug die Dicke der Kristallschicht nach 30 Minuten etwa 190 µm, nach 90 Minuten aber etwa 600 µm, was bedeutet, dass die Kristallwachstumsrate nach 30 Minuten ab dem Beginn des Erhitzens etwa 450 µm/h betrug. Außerdem änderte sich, wie in 16(b) gezeigt, die Kristallschicht aus dem REM-Bild von einer kuppelförmigen Ausrichtung zu Kristallwachstum in einer säulenartigen Ausrichtung. Die Breite der säulenartigen Kristallkörner betrug etwa 10 bis 50 µm und ihre Länge betrug 50 µm oder mehr und größtenteils etwa 50 bis 100 µm. Des Weiteren wurde die Kristallstruktur der Kristallschicht durch das Röntgenbeugungsverfahren analysiert und sie wies ein Peakmuster wie in 6(c) gezeigt auf und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 0,16.
In dem Fall, in dem die wässrige Bariumacetatlösung auf das Zweifache der Referenzkonzentration eingestellt auf die Quarzglasplatte aufgetragen wurde, wurden dieselben Ergebnisse erhalten wie als die wässrige Bariumacetatlösung auf das 0,5-fache der Referenzkonzentration eingestellt verwendet wurde. Außerdem wurde, wie in 16(b) gezeigt, festgestellt, dass, obwohl die Kristallschicht aus dem REM-Bild von der kuppelförmigen Ausrichtung zu dem Kristallwachstum in der säulenartigen Ausrichtung geändert wurde, die Kristallwachstumsdauer der kuppelförmigen Ausrichtung sehr kurz war und die Kristallschicht in einem frühen Stadium von der kuppelförmigen Ausrichtung zu der säulenartigen Ausrichtung geändert wurde.
Anhand der obigen Ergebnisse wurde festgestellt, dass der Kristallisationszustand der Kristallschicht in der Reihenfolge der zufälligen Ausrichtung, der kuppelförmigen Ausrichtung und der säulenartigen Ausrichtung geändert wurde, indem die Konzentration der wässrigen Bariumacetatlösung erhöht wurde, und die Kristallschicht zuverlässig von Wachstum in der kuppelförmigen Ausrichtung zu Wachstum in der säulenartigen Ausrichtung geändert wurde, wenn die Konzentration das Vierfache oder mehr der Konzentration während des Wachstums in der Kuppelausrichtung betrug. Daher ist ersichtlich, dass, wenn die Kristallschicht in der säulenartigen Ausrichtung vorliegt, die Bariumkonzentration auf der Oberfläche 3,9×10¹⁶ Atome/cm² oder mehr beträgt. Man beachte, dass die Bariumkonzentration auf der Oberfläche auch durch Analyse mit fluoreszierenden Röntgenstrahlen oder dergleichen erhalten werden kann.
Als Nächstes wurde ein Evaluierungstest bezüglich des Kristallisationszustands und der Verformung der Oberfläche des Tiegels durchgeführt, wenn der Quarzglastiegel, auf den die bariumhaltige Beschichtungslösung aufgetragen wurde, in einem tatsächlichen Kristallhochziehschritt verwendet wurde. In dem Kristallhochziehschritt wurde unter Verwendung eines 32-Zoll-Quarzglastiegels ein Silicium-Einkristall-Block mit einem Durchmesser von etwa 300 mm gezüchtet. Als die auf den Quarzglastiegel aufgetragene Beschichtungslösung wurde eine Bariumcarbonat-Beschichtungslösung verwendet. Als die Bariumcarbonat-Beschichtungslösung wurde eine Lösung verwendet, die 0,0012 g/ml Bariumcarbonat und 0,0008 g/ml Carboxyvinylpolymer enthielt, wobei das Verhältnis zwischen Ethanol und reinem Wasser eingestellt war. Das Auftragen auf die Oberfläche des Tiegels erfolgte mit einem Pinsel.
Bei diesem Evaluierungstest wurden drei Arten von Tiegelproben hergestellt. Probe Nr. 1 wurde durch einmaliges Auftragen der Beschichtungslösung auf die Außenfläche des Tiegels erhalten, Probe Nr. 2 wurde durch sechsmaliges Auftragen der Beschichtungslösung auf die Innenfläche des Tiegels erhalten und Probe Nr. 3 wurde durch fünfmaliges Auftragen der Beschichtungslösung auf die Innenfläche des Tiegels erhalten. Nach dem Auftragen verdampfte Wasser in etwa 10 Minuten und Ethanol verdampfte in etwa 30 Minuten, sodass ein Hartfilm aus dem Verdickungsmittel ausgebildet wurde. Nach dem Auftragen wurde aus der Menge der verwendeten Beschichtungslösung die Bariumkonzentration auf der Oberfläche des Tiegels erhalten.
Danach wurden unter Verwendung der Proben Nr. 1 bis Nr. 3 des Quarzglastiegels Silicium-Einkristall-Blöcke durch das CZ-Verfahren hochgezogen. Nachdem der Hochziehschritt endete, wurden die Formen der verwendeten Tiegelproben Nr. 1 bis Nr. 3 sichtgeprüft und es wurde keine Verformung beobachtet. Der Kristallisationszustand des Tiegels wurde anhand von REM-Bildern der Schnitte der verwendeten Tiegelproben Nr. 1 bis Nr. 3 evaluiert und die Kristallstruktur der Kristallschicht wurde durch das Röntgenbeugungsverfahren weiter analysiert.

Tabelle 2 ist eine Tabelle, welche die Evaluierungstestergebnisse der Quarzglastiegel zeigt. [Tabelle 2]

Tiegelprobe	Beschichtungsbedingungen	Oberflächenkonzentration (Atome/cm²)	Kristallausrichtung	Kristallschichtdicke	Röntgenbeugungs-Peakintensitätsverhältnis	Tiegelverformung
Nr. 1	Außenfläche: einmalig	1,1E16	Kuppelartig	360 µm	1,7	Keine
Nr. 2	Innenfläche: sechsmal	6,6E16	Säulenartig	380 µm	0,14	Keine
Nr. 3	Innenfläche: fünfmal	5,5E16	Säulenartig	350 µm	0,23	Keine

Außerdem sind 17 bis 19 Diagramme von REM-Bildern und einem Röntgenbeugungsspektrum der Kristallschichten der jeweiligen Tiegelproben Nr. 1 bis Nr. 3.
Die Bariumkonzentration auf der Außenfläche der Probe Nr. 1 des Quarzglastiegels, bei dem die Beschichtungslösung einmal auf die Außenfläche des Tiegels aufgetragen wurde, betrug 1,1×10¹⁶ Atome/cm² und ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer kuppelförmigen Ausrichtung wurde anhand des in 17(a) gezeigten REM-Bildes bestätigt. Außerdem betrug die Dicke der äußeren Kristallschicht etwa 360 µm. Des Weiteren wies das Röntgenbeugungsspektrum der äußeren Kristallschicht ein Peakmuster auf, in dem die Peakintensität B (der rechte Peak bei 29 von 33 bis 40°) niedriger war als die Peakintensität A (der linke Peak bei 29 von 20° bis 25°), wie in 17(b) gezeigt, und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 1,7.
Außerdem betrug die Bariumkonzentration auf der Innenfläche der Tiegelprobe Nr. 2, bei der die Beschichtungslösung sechsmal auf die Innenfläche des Tiegels aufgetragen wurde, 6,6×10¹⁶ Atome/cm² und ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer säulenartigen Ausrichtung wurde anhand des in 18(a) gezeigten REM-Bildes bestätigt. Außerdem betrug die Dicke der inneren Kristallschicht etwa 380 µm. Des Weiteren wies das Röntgenbeugungsspektrum der inneren Kristallschicht ein Peakmuster auf, bei dem die Peakintensität B höher war als die Peakintensität A, wie in 18(b) gezeigt, und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 0,14.
Außerdem betrug die Bariumkonzentration auf der Innenfläche der Tiegelprobe Nr. 3, bei der die Beschichtungslösung fünfmal auf die Innenfläche des Tiegels aufgetragen wurde, 5,5×10¹⁶ Atome/cm² und ein Kristallwachstum von Cristobalit in einer säulenartigen Ausrichtung wurde anhand des in 19(a) gezeigten REM-Bildes bestätigt. Außerdem betrug die Dicke der inneren Kristallschicht etwa 350 µm. Des Weiteren wies das Röntgenbeugungsspektrum der inneren Kristallschicht ein Peakmuster auf, bei dem die Peakintensität B höher war als die Peakintensität A, wie in 19(b) gezeigt, und das oben erwähnte Peakintensitätsverhältnis A/B betrug 0,23.
Als Nächstes wurden basierend auf den Evaluierungsergebnissen der oben erwähnten Tiegelproben Nr. 1 bis Nr. 3 mehr Tiegelproben (X1 bis X24 und Y1 bis Y6) hergestellt und für ein tatsächliches CZ-Ziehen verwendet und danach wurden die Verformung des Tiegels, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Erzeugung von Falten und Rissen und dergleichen evaluiert. Tabellen, welche die Bedingungen und Ergebnisse von Evaluierungstests zusammenfassen, sind in 20 bis 24 gezeigt.
Von den Proben waren bei den Proben X1 bis X11, Y1 und Y2 der Quarzglastiegel Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilme auf der Innenfläche 10a sowie der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet und bei den Proben X12 bis X18, Y3 und Y4 war ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nur auf der Innenfläche 10a ausgebildet und bei den Proben X19 bis X24, Y5 und Y6 war ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nur auf der Außenfläche 10b ausgebildet.
(Tiegelprobe X1)
Bei der Probe X1 des Quarzglastiegels wurden die Bedingungen bezüglich der Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme derart eingestellt, dass die Dicke der Kristallschicht in der inneren Kristallschicht größer war als in der äußeren Kristallschicht. Konkret wurde die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 1×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt und die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung wurde auf 8×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt. Das Verhältnis (Barium-Konzentrationsverhältnis (Innenfläche/Außenfläche)) der Konzentration von Ba in einem Innenflächenbeschichtungsfilm zur Konzentration von Ba in einem Außenflächenbeschichtungsfilm betrug 12,5, wobei die Beschichtungsfilme durch Auftragen der Beschichtungslösungen ausgebildet wurden. Außerdem lagen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide in einem Bereich von 70 bis 130 %. Man beachte, dass der Ba-Konzentrationsgradient das Maß an Änderung der Konzentration von Ba in dem Beschichtungsfilm an einer in einer vertikalen oder horizontalen Richtung 1 cm entfernten Position ist und ein Gesamtwert ist, wenn der Bereich von der Mitte des Bodenabschnitts des Tiegels bis zum oberen Abschnitt des geraden Körperabschnitts in Abständen von 1 cm gemessen wurde. Das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des unbeschichteten Quarzglastiegels (Tiegelkörper) betrug 0,8. Man beachte, dass die Messung der Glasviskosität durch eine Dreipunkt-Biegeprüfung (Balkenbiegung) eines aus dem Tiegel ausgeschnittenen Glasstücks erfolgt und somit eine zerstörende Prüfung ist. Daher wird unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Tiegel, welcher der zerstörenden Prüfung unterzogen wurde, eine tatsächliche Tiegelprobe hergestellt.
Wenn ein Silicium-Einkristall-Block von 300 mm unter Verwendung der Probe X1 eines solchen Quarzglastiegels hochgezogen wurde, betrug die Silicium-Einkristall-Ausbeute (Gewicht des Einkristall-Blocks/Gewicht des eingesetzten polykristallinen Rohmaterials) 89 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn das äußere Erscheinungsbild des Tiegels nach Gebrauch sichtgeprüft wurde, keine Verformung, es gab keine Falten und Risse auf der Oberfläche und es war keine Delamination der Kristallschicht zu sehen.
Als Nächstes wies, wenn die Tiegelprobe X1 nach Gebrauch durchgeschnitten wurde und der Querschnitt durch REM beobachtet wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, während die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung aufwies. Außerdem betrug das Dickenverhältnis (Kristallschichtdickenverhältnis) der inneren Kristallschicht zur äußeren Kristallschicht 4,5 und die Dickengradienten der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht lagen beide in einem Bereich von 0,8 bis 1,2. Man beachte, dass, wie der Ba-Konzentrationsgradient, der Dickengradient das Maß an Änderung der Dicke der Kristallschicht an einer in der vertikalen oder horizontalen Richtung 1 cm entfernten Position ist und ein Gesamtwert ist, wenn der Bereich von der Mitte des Bodenabschnitts des Tiegels bis zum oberen Abschnitt des geraden Körperabschnitts in Abständen von 1 cm gemessen wurde. Beispielsweise beträgt, wenn die Dicke 110 µm beträgt, wenn sie in einer Oberflächenrichtung 1 cm entfernt von der Position gemessen wird, an der die Dicke der Kristallschicht 100 µm beträgt, der Dickengradient 110/100 = 1,1 und wenn die Dicke 160 µm beträgt, wenn sie 1 cm entfernt von der Position gemessen wird, an der die Dicke der Kristallschicht 100 µm beträgt, beträgt der Dickengradient 160/100 = 1,6.
Des Weiteren wurde, wenn die Kristall-Glas-Grenzflächen auf der Innenflächenseite und der Außenflächenseite durch TOF-SIMS analysiert wurden, das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht bestätigt. Die Dicke der mit Ba angereicherten Schicht betrug sowohl auf der Innenflächenseite als auch auf der Außenflächenseite etwa 6 µm.
Wie oben beschrieben, war bei der Probe X1 des Quarzglastiegels, da die Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung oder eine säulenartige Ausrichtung aufwies und die Glasviskosität der Innenfläche leicht niedrig war, die Kristallbeschleunigung schnell. Außerdem wurde, da die Konzentration von Ba in dem Beschichtungsfilm auf der Innenflächenseite hoch war, die innere Kristallschicht dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X2)
Bei der Probe X2 des Quarzglastiegels wurden die Bedingungen bezüglich der Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilme derart eingestellt, dass die Dicke der Kristallschicht in der inneren Kristallschicht kleiner war als in der äußeren Kristallschicht. Konkret wurde die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 8×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt und die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung wurde ebenfalls auf 8×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt. Das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) zwischen den Beschichtungsfilmen, die entsprechend auf der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegels durch Auftragen der Beschichtungslösungen ausgebildet wurden, betrug 1. Außerdem lagen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide in einem Bereich von 70 bis 130 %. Das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des unbeschichteten Quarzglastiegels (Tiegelkörper) betrug 2,0.
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X2 eines solchen Quarzglastiegels erfolgte, betrug die Einkristall-Ausbeute 88 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn das äußere Erscheinungsbild des Tiegels nach Gebrauch sichtgeprüft wurde, keine Verformung, es gab keine Falten und Risse auf der Oberfläche und es war keine Delamination der Kristallschicht zu sehen.
Als Nächstes wies, wenn die Tiegelprobe X2 nach Gebrauch durchgeschnitten wurde und der Querschnitt durch REM beobachtet wurde, sowohl die innere Kristallschicht als auch die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf. Außerdem betrug das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) 0,6 und die Dickengradienten der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht lagen beide in einem Bereich von 0,8 bis 1,2.
Des Weiteren wurde, wenn die Kristall-Glas-Grenzflächen durch TOF-SIMS analysiert wurden, das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht bestätigt. Die Dicke der mit Ba angereicherten Schicht betrug sowohl auf der Innenflächenseite als auch auf der Außenflächenseite etwa 6 µm.
Wie oben beschrieben, nahm bei der Probe X2 des Quarzglastiegels, da die Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung oder eine säulenartige Ausrichtung aufwies und die Glasviskosität der Innenfläche leicht hoch war, die Kristallisationsrate ab und die äußere Kristallschicht wurde dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X3)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X3 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 6,5 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 86 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige Ausrichtung auf, das Kristallschichtdickenverhältnis betrug 1,5 und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm in jeder der Kristall-Glas-Grenzflächen auf der Innenflächenseite und der Außenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X3 des Quarzglastiegels, obwohl die Kristallisationsrate wegen einer hohen Glasviskosität in der Innenfläche, weil die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite hoch war, langsam war, die Kristallschicht dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X4)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X4 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X2, außer dass das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,1 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 87 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, sowohl die innere Kristallschicht als auch die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf, das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) betrug 1,2 und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm in jeder der Kristall-Glas-Grenzflächen auf der Innenflächenseite und der Außenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X2.
Wie oben beschrieben, nahm bei der Probe X4 des Quarzglastiegels, da die Glasviskosität der Innenfläche niedriger war als diejenige bei der Probe X2, die Kristallisationsrate zu und die innere Kristallschicht wurde leicht dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X5)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X5 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 2,4×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) zwischen den Beschichtungsfilmen 30 betrug und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 2 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 85 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) betrug 2,5. Es wurde auch bestätigt, dass eine mit Ba angereicherte Schicht mit einer Dicke von 7 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite und einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite vorhanden war. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, nahm bei der Probe X5 des Quarzglastiegels, obwohl die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite verglichen mit der Probe X1 zu hoch war, da die Glasviskosität der Innenfläche hoch ist, die Kristallisationsrate ab und die innere Kristallschicht wurde dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X6)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X6 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X2, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 6,0×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt wurde, die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 3,0×10¹⁶ Atome/cm² eingestellt wurde, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) zwischen den Beschichtungsfilmen 0,2 betrug und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,8 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 85 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, sowohl die innere Kristallschicht als auch die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) betrug 0,6. Es wurde auch bestätigt, dass eine mit Ba angereicherte Schicht mit einer Dicke von 5 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite und einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite vorhanden war. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X2.
Wie oben beschrieben, nahm bei der Probe X6 des Quarzglastiegels, obwohl die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite niedriger und die Ba-Auftragskonzentration auf der Außenflächenseite höher war als bei der Probe X2, da die Glasviskosität der Innenfläche niedrig war, die Kristallisationsrate zu und die äußere Kristallschicht wurde dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X7)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X7 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass es Bereiche gab, in denen die Dickengradienten der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht beide 0,2 betrugen, und es Bereiche gab, in denen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide 30 % betrugen, betrug die Einkristall-Ausbeute 81 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, obwohl einige Falten auf der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegels zu sehen waren, keine Verformung des Tiegels und es wurde(n) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht beobachtet. Darüber hinaus gab es Bereiche, in denen die Dickengradienten der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht beide 0,2 betrugen. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X7 des Quarzglastiegels, obwohl die Glasviskosität der Innenfläche leicht niedrig war, weil die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite hoch war, die innere Kristallschicht dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels. Obwohl es keine Delamination der Kristallschicht und Risse gab, waren, da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht nicht einheitlich war, einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X8)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X8 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X7, außer dass es Bereiche gab, in denen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide 30 % betrugen und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 6,5 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 79 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, obwohl einige Falten auf der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegels zu sehen waren, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Darüber hinaus gab es Bereiche, in denen die Dickengradienten des Innenflächenbeschichtungsfilms und des Außenflächenbeschichtungsfilms beide 0,2 betrugen. Die innere Kristallschicht wies eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) betrug 1,5. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren die gleichen wie bei der Probe X7.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X8 des Quarzglastiegels, obwohl die Glasviskosität der Innenfläche höher war als diejenige bei der Probe X1 und die Kristallisationsrate abnahm, da die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite hoch war, die innere Kristallschicht dick. Da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels. Obwohl es keine Delamination der Kristallschicht und Risse gab, waren, da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht nicht einheitlich war, einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X9)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X9 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X7, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 2,4×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenseite/Außenseite) zwischen den Beschichtungsfilmen 30 betrug, es Bereiche gab, in denen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide 30 % betrugen und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 2 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 80 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, obwohl einige Falten auf der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegels zu sehen waren, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Darüber hinaus gab es Bereiche, in denen die Dickengradienten der Innenflächenschicht und der Außenflächenschicht beide 0,2 betrugen. Die innere Kristallschicht wies eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von 7 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite und einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X7.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X9 des Quarzglastiegels, obwohl die Glasviskosität der Innenfläche höher war als diejenige bei der Probe X1 und die Kristallisationsrate abnahm, da die BaQAuftragskonzentration auf der Innenflächenseite höher war, die innere Kristallschicht dick. Jedoch gab es, da die Spannung zwischen der Innen- und Außenseite in einem ausgewogenen Bereich lag, keine Verformung des Tiegels. Obwohl es keine Delamination der Kristallschicht und Risse gab, waren, da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht nicht einheitlich war, einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X10)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X10 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 2,4×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) 6,5 betrug, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenseite/Außenseite) zwischen den Beschichtungsfilmen 30 betrug und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 7,5 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 80 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, obwohl einige Falten auf der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegels zu sehen waren, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Die innere Kristallschicht wies eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von 7 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite und einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X10 des Quarzglastiegels, obwohl die Glasviskosität der Innenfläche höher war als diejenige bei der Probe X1 und die Kristallisationsrate abnahm, da die BaQAuftragskonzentration auf der Innenflächenseite höher war, die innere Kristallschicht dick. Außerdem gab es keine Verformung des Tiegels, obgleich die Spannungsbalance zwischen der Innen- und Außenseite leicht von einem geeigneten Bereich abwich. Obwohl es keine Delamination der Kristallschicht und Risse gab und die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, waren auf der inneren Kristallschicht einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X11)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X11 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X2, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche des Tiegelkörpers aufgetragenen Beschichtungslösung auf 1,0×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenseite/Außenseite) zwischen den Beschichtungsfilmen 0,08 betrug und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,1 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 86 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem gab es, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, obwohl einige Falten auf der Außenfläche des Tiegels zu sehen waren, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Außerdem wies die innere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf, die äußere Kristallschicht wies eine kuppelförmige/säulenartige Ausrichtung auf und das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenseite/Außenseite) betrug 0,1. Des Weiteren wurde das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren die gleichen wie bei der Probe X2.
Wie oben beschrieben, wurde bei der Probe X11 des Quarzglastiegels, obwohl die Glasviskosität der Innenfläche niedrig war und somit die Kristallisationsrate zunahm, da die BaQAuftragskonzentration auf der Außenflächenseite hoch war, die äußere Kristallschicht dick. Außerdem gab es keine Verformung des Tiegels, sodass die Spannungsbalance zwischen der Innen- und Außenseite leicht von einem geeigneten Bereich abwich. Obwohl es keine Delamination der Kristallschicht und Risse gab und die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht einheitlich war, waren auf der äußeren Kristallschicht einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X12)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X12 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nicht auf der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wurde, sondern nur auf der Innenfläche 10a ausgebildet wurde und des Weiteren das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 3,0 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 89 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 0,6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, gab es bei der Probe X12 des Quarzglastiegels, da die Kristallausrichtung innerhalb des Bereichs lag, keine Verformung des Tiegels und da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, gab es keine Glasabtrennung. Außerdem gab es, da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich war, keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X13)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X13 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, betrug die Einkristall-Ausbeute 93 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 18 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X12.
Wie oben beschrieben, gab es bei der Probe X13 des Quarzglastiegels, da die Kristallausrichtung innerhalb des Bereichs lag, keine Verformung des Tiegels und da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, gab es keine Glasabtrennung. Außerdem gab es, da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich war, keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X14)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X14 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, außer dass das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,3 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 81%, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt.
Des Weiteren wurde bei der Probe X14 des Quarzglastiegels, da die äußere Glasviskosität niedrig war, das äußere Glas abgesenkt und abgetrennt und somit wurde der Tiegel leicht verformt. Da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich war, gab es jedoch keine Falten oder Delamination.
(Tiegelprobe X15)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X15 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, außer dass das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 12 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 81%, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt.
Des Weiteren wurde bei der Probe X15 des Quarzglastiegels, da die äußere Glasviskosität hoch war und eine Glasabtrennung zwischen der Innenfläche und der Außenfläche aufgetreten war, der Tiegel leicht verformt. Da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich war, gab es jedoch keine Falten oder Delamination.
(Tiegelprobe X16)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X16 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, außer dass es Bereiche gab, in denen der Ba-Konzentrationsgradient in dem Innenflächenbeschichtungsfilm 30 % betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 80 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt. Außerdem gab es Bereiche, in denen der Dickengradient der inneren Kristallschicht 0,2 betrug.
Des Weiteren war bei der Probe X16 des Quarzglastiegels, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, keine Glasabtrennung aufgetreten und somit gab es keine Verformung des Tiegels. Außerdem war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht nicht einheitlich war, waren jedoch einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X17)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X17 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, betrug die Einkristall-Ausbeute 83%, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 50 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt.
Wie oben beschrieben, hatte bei der Probe X17 des Quarzglastiegels, obwohl die mit Ba angereicherte Schicht leicht dick war und einige Falten auf der Oberfläche der inneren Kristallschicht erzeugt wurden, dies keinen Einfluss auf die Einkristall-Ausbeute. Außerdem gab es, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag und keine Glasabtrennung aufgetreten war, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen.
(Tiegelprobe X18)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X18 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X12, betrug die Einkristall-Ausbeute 72 %. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 80 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite wurde bestätigt.
Wie oben beschrieben, wurden bei der Probe X18 des Quarzglastiegels, da die mit Ba angereicherte Schicht zu dick war, Falten und Risse auf der Oberfläche der inneren Kristallschicht erzeugt und die Einkristall-Ausbeute war niedriger als diejenige bei der Tiegelprobe X17. Da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag und keine Glasabtrennung aufgetreten war, gab es jedoch keine Verformung des Tiegels und es war keine Delamination der Kristallschicht zu sehen.
(Tiegelprobe X19)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X19 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X1, außer dass ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nicht auf der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wurde, sondern nur auf der Außenfläche 10b ausgebildet wurde und des Weiteren das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 2,0 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 88 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 0,6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X1.
Wie oben beschrieben, gab es bei der Probe X19 des Quarzglastiegels, da die Kristallausrichtung innerhalb des Bereichs lag, keine Verformung des Tiegels und da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, gab es keine Glasabtrennung. Außerdem gab es, da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht einheitlich war, keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X20)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X20 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X19, betrug die Einkristall-Ausbeute 93 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 18 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche wurde bestätigt. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe X21.
Wie oben beschrieben, gab es bei der Probe X20 des Quarzglastiegels, da die Kristallausrichtung innerhalb des Bereichs lag, keine Verformung des Tiegels und da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, gab es keine Glasabtrennung. Außerdem gab es, da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht einheitlich war, keine Falten oder Delamination, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden.
(Tiegelprobe X21)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X21 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X19, außer dass das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,3 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 80%, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt.
Des Weiteren wurde bei der Probe X21 des Quarzglastiegels, da die innere Glasviskosität niedrig war, das äußere Glas abgesenkt und abgetrennt und somit wurde der Tiegel leicht verformt. Da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht einheitlich war, gab es jedoch keine Falten oder Delamination.
(Tiegelprobe X22)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X22 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X19, außer dass es Bereiche gab, in denen der BaDKonzentrationsgradient in dem Außenflächenbeschichtungsfilm 30 % betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 79 %, sodass allgemein gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelförmige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 6 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt. Außerdem gab es Bereiche, in denen der Dickengradient der äußeren Kristallschicht 0,2 betrug.
Des Weiteren war bei der Probe X22 des Quarzglastiegels, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, keine Glasabtrennung aufgetreten und somit gab es keine Verformung des Tiegels. Außerdem war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen. Da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht nicht einheitlich war, waren jedoch einige Falten zu sehen.
(Tiegelprobe X23)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X23 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X19, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche des Tiegelkörpers aufgetragenen Beschichtungslösung auf 4.0×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, betrug die Einkristall-Ausbeute 88 %, sodass gute Ergebnisse erzielt wurden. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 50 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt.
Wie oben beschrieben, hatte bei der Probe X23 des Quarzglastiegels, obwohl die mit Ba angereicherte Schicht leicht dick war und einige Falten auf der Oberfläche der äußeren Kristallschicht erzeugt wurden, dies keinen Einfluss auf die Einkristall-Ausbeute. Außerdem gab es, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag und keine Glasabtrennung aufgetreten war, keine Verformung des Tiegels und es war(en) keine Risse oder Delamination der Kristallschicht zu sehen.
(Tiegelprobe X24)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X24 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe X19, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche des Tiegelkörpers aufgetragenen Beschichtungslösung auf 8.0×10¹⁷ Atome/cm² eingestellt wurde, betrug die Einkristall-Ausbeute 72 %. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine kuppelartige + säulenartige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht mit einer Dicke von etwa 80 µm an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite wurde bestätigt.
Wie oben beschrieben, wurden bei der Probe X24 des Quarzglastiegels, da die mit Ba angereicherte Schicht zu dick war, Falten und Risse auf der Oberfläche der äußeren Kristallschicht erzeugt und die Einkristall-Ausbeute war niedriger als diejenige bei der Tiegelprobe X23. Obwohl die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag und es keine Glasabtrennung oder Delamination der Kristallschicht gab, wurde der Tiegel leicht verformt.
(Tiegelprobe Y1)
Bei der Probe Y1 des Quarzglastiegels wurde die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 3×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt und die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung wurde auf 1×10¹⁴ Atome/cm² eingestellt. Das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) zwischen den Beschichtungsfilmen betrug 30. Außerdem gab es Bereiche, in denen die Ba-Konzentrationsgradienten in dem Innenflächenbeschichtungsfilm und dem Außenflächenbeschichtungsfilm beide 30 % betrugen. Das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des unbeschichteten Quarzglastiegels (Tiegelkörper) betrug 30.
Wenn ein Silicium-Einkristall-Block von 300 mm unter Verwendung der Probe Y1 eines solchen Quarzglastiegels hochgezogen wurde, betrug die Einkristall-Ausbeute 53 %. Außerdem war, wenn das äußere Erscheinungsbild des Tiegels nach Gebrauch in Augenschein genommen wurde, der Tiegel klar verformt, Falten und Risse waren auf der Oberfläche erzeugt und eine Delamination der Kristallschicht war aufgetreten.
Als Nächstes wies, wenn der Querschnitt der Tiegelprobe Y1 nach Gebrauch durch REM beobachtet wurde, sowohl die innere Kristallschicht als auch die äußere Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf. Außerdem betrug das Kristallschichtdickenverhältnis (Innenfläche/Außenfläche) 6,5 und es gab Bereiche, in denen die Dickengradienten der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht beide 0,2 betrugen.
Des Weiteren lag, wenn die Kristall-Glas-Grenzflächen auf der Innenflächenseite und der Außenflächenseite durch TOF-SIMS analysiert wurden, die Dicke einer mit Ba angereicherten Schicht unter dem Detektionsgrenzwert (≤ 0,1 µm) und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht konnte nicht bestätigt werden.
Wie oben beschrieben, wies bei der Probe Y1 des Quarzglastiegels die Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und es war schwierig, eine mit Ba angereicherte Schicht zu bestimmen. Außerdem war, da die Ba-Auftragskonzentration auf der Innenflächenseite zu hoch war und die Glasviskosität der Innenfläche hoch war, die Kristallisationsrate langsam und da die innere Kristallschicht zu dick war, war die Spannungsbalance zwischen der Innen- und Außenseite unzulänglich. Außerdem wurden, da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht nicht einheitlich war, Falten erzeugt und es war eine Delamination der Kristallschicht aufgetreten.
(Tiegelprobe Y2)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe Y2 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe Y1, außer dass die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 1×10¹⁴ Atome/cm² eingestellt wurde, die Konzentration von Ba in der auf die Außenfläche aufgetragenen Beschichtungslösung auf 1×10¹⁵ Atome/cm² eingestellt wurde, das Dickenverhältnis (Innenseite/Außenseite) zwischen den Kristallschichten 0,1 betrug, das Ba-Konzentrationsverhältnis (Innenseite/Außenseite) zwischen den Beschichtungsfilmen 0,1 betrug und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,1 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 53 %. Die übrigen Evaluierungsergebnisse waren ebenfalls die gleichen wie bei der Probe Y1.
Wie oben beschrieben, wies bei der Probe Y2 des Quarzglastiegels die Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und es war schwierig, eine mit Ba angereicherte Schicht zu bestimmen. Außerdem war, da die Ba-Auftragskonzentration auf der Außenflächenseite zu hoch war und die Glasviskosität der Außenfläche hoch war, die Kristallisationsrate langsam und da die äußere Kristallschicht zu dick war, war die Spannungsbalance zwischen der Innen- und Außenseite unzulänglich. Außerdem wurden, da die ebeneninterne Dicke der Kristallschicht nicht einheitlich war, Falten erzeugt und es war eine Delamination der Kristallschicht aufgetreten.
(Tiegelprobe Y3)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe X12 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe Y1, außer dass ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nicht auf der Außenfläche 10b des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wurde, sondern nur auf der Innenfläche 10a ausgebildet wurde, die Konzentration von Ba in der auf die Innenfläche aufgetragene Beschichtungslösung auf 1×10¹⁴ Atome/cm² eingestellt wurde, der Ba-Konzentrationsgradient in dem Innenflächenbeschichtungsfilm in einem Bereich von 40 bis 150 % lag und des Weiteren das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 3,0 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 59 %.
Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite konnte nicht bestätigt werden (< 0,1 µm). Außerdem lag der Dickengradient der inneren Kristallschicht in einem Bereich von 0,5 bis 1,5. Obwohl der Tiegel aufgrund der dünnen inneren Kristallschicht verformt wurde, gab es, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, keine Glasabtrennung und da die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination.
(Tiegelprobe Y4)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe Y4 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe Y3, außer dass es Bereiche gab, in denen der Ba-Konzentrationsgradient in dem Innenflächenbeschichtungsfilm 30 % betrug, und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 12 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 48%. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die innere Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Innenflächenseite konnte nicht bestätigt werden (< 0,1 µm). Außerdem wurde, da die äußere Glasviskosität hoch war und eine Glasabtrennung zwischen der Innenfläche und der Außenfläche aufgetreten war, der Tiegel verformt. Die ebeneninterne Dicke der inneren Kristallschicht war nicht einheitlich, Falten und Risse wurden erzeugt und des Weiteren war auch eine Delamination der Kristallschicht zu sehen.
(Tiegelprobe Y5)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe Y5 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe Y1, außer dass ein Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm nicht auf der Innenfläche 10a des Tiegelkörpers 10 ausgebildet wurde, sondern nur auf der Außenfläche 10b ausgebildet wurde, der Ba-Konzentrationsgradient in dem Außenflächenbeschichtungsfilm in einem Bereich von 70 bis 130 % lag und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 3,0 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 60 %.
Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite konnte nicht bestätigt werden (< 0,1 µm). Außerdem lag der Dickengradient der äußeren Kristallschicht in einem Bereich von 0,8 bis 1,2. Obwohl der Tiegel aufgrund der dünnen äußeren Kristallschicht verformt wurde, gab es, da die Glasviskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs lag, keine Glasabtrennung und da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht einheitlich war, gab es keine Falten oder Delamination.
(Tiegelprobe Y6)
Wenn ein Kristallziehen unter Verwendung der Probe Y6 eines Quarzglastiegels erfolgte, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Tiegelprobe Y5, außer dass es Bereiche gab, in denen der Ba-Konzentrationsgradient in dem Außenflächenbeschichtungsfilm 30 % betrug, und das Glasviskositätsverhältnis (Innenseite/Außenseite) des Tiegelkörpers 0,3 betrug, betrug die Einkristall-Ausbeute 49 %. Außerdem wies, wenn der Tiegel nach Gebrauch evaluiert wurde, die äußere Kristallschicht eine zufällige Ausrichtung auf und das Vorhandensein einer mit Ba angereicherten Schicht an der Kristall-Glas-Grenzfläche auf der Außenflächenseite konnte nicht bestätigt werden (< 0,1 µm). Außerdem gab es Bereiche, in denen der Dickengradient der äußeren Kristallschicht 0,2 betrug. Außerdem wurde, da die innere Glasviskosität niedrig war und das innere Glas abgesenkt und abgetrennt wurde, der Tiegel verformt. Da die ebeneninterne Dicke der äußeren Kristallschicht nicht einheitlich war, wurden Falten und Risse erzeugt und des Weiteren war auch eine Delamination der Kristallschicht zu sehen.
Bezugszeichenliste

1: Quarzglastiegel
1a: gerader Körperabschnitt des Quarzglastiegels
1b: Bodenabschnitt des Quarzglastiegels
1c: Eckabschnitt des Quarzglastiegels
2A, 2B: Quarzglastiegel
3: Silicium-Einkristall
4: Siliciumschmelze
5: Quarzglastiegel
10: Tiegelkörper
10a: Innenfläche des Tiegelkörpers
10b: Außenfläche des Tiegelkörpers
10G: Glasschicht
10P: mit Kristallisationsbeschleuniger angereichert Schicht (mit Ba angereicherte Schicht)
11: opake Schicht
12: transparente Schicht
13A: erster Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm
13B: zweiter Kristallisationsbeschleuniger enthaltender Beschichtungsfilm
14: Kristallschicht
14A: innere Kristallschicht
14B: äußere Kristallschicht
15A: nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichteter Bereich
15B: nicht mit Kristallisationsbeschleuniger beschichteter Bereich
20: Einkristall-Hochziehvorrichtung
21: Kammer
21a: Hauptkammer
21b: Ziehkammer
21c: Gaseinlasskanal
21d: Gasauslasskanal
21e: Sichtfenster
22: Kohlenstoff-Suszeptor
23: Rotationswelle
24: Wellenantriebsmechanismus
25: Heizelement
26: Wärmeisoliermaterial
27: Wärmeschildkörper
27a: Öffnung des Wärmeschildkörpers
28: Kristallhochziehdraht
29: Drahtaufwickelmechanismus
30: CCD-Kamera
31: Bildverarbeitungseinheit
32: Steuerung
40: Rotationsplattform
41: Polyethylenfolie (PE-Folie)
41e: Endabschnitt der Polyethylenfolie
42: Polypropylenband (PP-Band)
43: Gummiband
45: Spray

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H82932 [0008]
JP 2003160393 [0008]
JP 2010537945 [0008]
JP 2006206342 [0008]
JP 2005523229 [0008]

Claims

Quarzglastiegel, der zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet wird, umfassend: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Oberfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht in der Nähe der Oberfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Quarzglastiegel nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherten Schicht 0,1 µm oder mehr und 50 µm oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tiegelkörper umfasst: einen geraden Körperabschnitt mit einer zylindrischen Form, einen Bodenabschnitt der gekrümmt ist, und einen Eckabschnitt, der den geraden Körperabschnitt mit dem Bodenabschnitt verbindet, und der Kristallisationsbeschleuniger enthaltende Beschichtungsfilm mindestens auf dem geraden Körperabschnitt ausgebildet ist.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kristallisationsbeschleuniger eine Verbindung enthält, die Glas aus einem System von zwei oder mehr Komponenten mit SiO₂ ausbildet.
Quarzglastiegel, der zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet wird, umfassend: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, die entsprechend auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers und einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet sind, um zu bewirken, dass ein Verhältnis t_i/t_o einer Dicke t_i einer inneren Kristallschicht, die auf der Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet wird, zu einer Dicke t_o einer äußeren Kristallschicht, die auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, 0,3 oder mehr und 5 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis c_i/c_o einer Konzentration c_i eines Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm zu einer Konzentration c_o des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 0,3 oder mehr und 20 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 6, wobei ein Verhältnis η_i/η_o einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite zu einer Glasviskosität η_ο auf einer Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,2 oder mehr und 5 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 7, wobei die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm anders ist als die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers in dem zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm und eine Glasviskosität auf einer Oberflächenseite der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegelkörpers, die mit einem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer höheren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht, höher ist als eine Glasviskosität auf der anderen Oberflächenseite, die mit einem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm mit einer niedrigeren Kristallisationsbeschleunigerkonzentration in Kontakt steht.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein ebeneninterner Gradient der Dicke jeder der inneren Kristallschicht und der äußeren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei ebeneninterne Gradienten von Konzentrationen von Kristallisationsbeschleunigern in dem ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger betragen.
Quarzglastiegel, der zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet wird, umfassend: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei ein Verhältnis η_o/η_i einer Glasviskosität η_ο auf einer Außenflächenseite zu einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr und 10 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 11, wobei ein ebeneninterner Gradient einer Dicke der inneren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein ebeneninterner Konzentrationsgradient eines Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel, der zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls durch ein Czochralski-Verfahren verwendet wird, umfassend: einen zylindrischen Tiegelkörper, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und einen Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm, der auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers ausgebildet ist, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei ein Verhältnis η_i/η_o einer Glasviskosität η_i auf einer Innenflächenseite zu einer Glasviskosität η_ο auf einer Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 14, wobei ein ebeneninterner Gradient einer Dicke der äußeren Kristallschicht 0,5 oder mehr und 1,5 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 14 oder 15, wobei ein ebeneninterner Konzentrationsgradient eines Kristallisationsbeschleunigers in dem Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilm 40 % oder mehr und 150 % oder weniger beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel, das folgende Schritte umfasst: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine mit Kristallisationsbeschleuniger angereicherte Schicht in der Nähe einer Oberfläche mindestens einer der Innenfläche und der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel, das folgende Schritte umfasst: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; Ausbilden eines ersten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls ausgebildet wird; und Ausbilden eines zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht mit einer Dicke t_o auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei die Schritte des Ausbildens des ersten und zweiten Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms einen Schritt eines Auftragens von Kristallisationsbeschleunigern umfassen, wobei Konzentrationen der Kristallisationsbeschleuniger dazu eingestellt sind zu bewirken, dass ein Verhältnis t_i/t_o einer Dicke t_i der inneren Kristallschicht zur Dicke t_o der äußeren Kristallschicht 0,3 oder mehr und 5 oder weniger beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel, das folgende Schritte umfasst: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Innenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine innere Kristallschicht auf der Innenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelkörpers einen Schritt eines Lichtbogenschmelzens von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform umfasst und Arten des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Innenflächenseite des Tiegels ausbildet, und des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Außenflächenseite des Tiegels ausbildet, geändert werden, um zu bewirken, dass ein Verhältnis η_o/η_i einer Glasviskosität η_ο auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers zu einer Glasviskosität η_i auf der Innenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr und 10 oder weniger beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel, das folgende Schritte umfasst: Herstellen eines zylindrischen Tiegelkörpers, der einen Boden aufweist und aus Quarzglas hergestellt ist; und Ausbilden eines Kristallisationsbeschleuniger enthaltenden Beschichtungsfilms auf einer Außenfläche des Tiegelkörpers, um zu bewirken, dass eine äußere Kristallschicht auf der Außenfläche des Tiegelkörpers durch Erhitzen während eines Schritts des Hochziehens des Silicium-Einkristalls ausgebildet wird, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelkörpers einen Schritt eines Lichtbogenschmelzens von Rohmaterial-Quarzpulvern in einer Rotationsform umfasst und Arten des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Innenflächenseite des Tiegels ausbildet, und des Rohmaterial-Quarzpulvers, das eine Außenflächenseite des Tiegels ausbildet, geändert werden, um zu bewirken, dass ein Verhältnis η_i/η_ο einer Glasviskosität η_i auf der Innenflächenseite des Tiegelkörpers zu einer Glasviskosität η_ο auf der Außenflächenseite des Tiegelkörpers bei einer Erhitzungstemperatur während des Schritts des Hochziehens 0,5 oder mehr beträgt.