DE112020006320T5

DE112020006320T5 - Quarzglastiegel und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112020006320T5
Application number: DE112020006320.8T
Authority: DE
Inventors: Masami Ohara; Hiroshi Kishi; Eriko Kitahara
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-10-06
Also published as: JP7400835B2; WO2021131321A1; US20230010489A1; CN114846180A; KR20220107274A; TW202129089A; JPWO2021131321A1; TWI762073B

Abstract

[Probleme] Es werden ein Quarzglastiegel, der in der Lage ist, die Ausbeute eines Silicium-Einkristalls zu verbessern, indem das Ablösen von braunen Ringen unterdrückt wird, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitgestellt.[Mittel zur Lösung der Probleme] In einem Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Peak einer Verteilung einer Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einer Tiefenrichtung von einer Innenfläche 10i des Tiegels an einer Position vorhanden, die tiefer als die Innenfläche liegt.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzglastiegel und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere einen Quarzglastiegel zur Verwendung beim Hochziehen eines Silicium-Einkristalls gemäß dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) und ein Herstellungsverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Ein Quarzglastiegel wird bei der Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß dem CZ-Verfahren verwendet. Beim CZ-Verfahren wird ein Silicium-Rohmaterial in dem Quarzglastiegel zwecks Schmelzens erhitzt, gefolgt von einem Eintauchen eines Impfkristalls in die erhaltene Siliciumschmelze, und der Impfkristall wird allmählich hochgezogen, während der Tiegel gedreht wird, um einen Einkristall wachsen zu lassen. Um einen qualitativ hochwertigen Silicium-Einkristall für ein Halbleiterbauelement kostengünstig herzustellen, muss die Einkristall-Ausbeute in einem Hochziehprozess erhöht werden. Dies erfordert einen Tiegel mit einer stabilen Form, der längerem Gebrauch standhalten kann.
Durch die jüngste Vergrößerung des Durchmessers eines Silicium-Einkristalls hat sich die Zeit, die zum Hochziehen eines Einkristalls benötigt wird, erheblich verlängert. Wenn die Innenfläche eines Quarzglastiegels lange Zeit mit einer Siliciumschmelze von 1400 °C oder mehr in Kontakt kommt, reagiert sie mit der zu kristallisierenden Siliciumschmelze und es entsteht ringförmiger brauner Cristobalit, der als „brauner Ring“ bezeichnet wird. Eine Cristobalitschicht wird nicht im Inneren des braunen Rings ausgebildet oder die Cristobalitschicht, falls vorhanden, ist eine dünne Schicht. Der braune Ring vergrößert seine Fläche mit Ablauf der Betriebszeit und die benachbarten braunen Ringe verschmelzen und wachsen. Schließlich wird die Mitte des braunen Rings korrodiert, um eine unregelmäßige glaseluierende Oberfläche freizulegen. Sobald diese glaseluierende Oberfläche entsteht, werden wahrscheinlich Verwerfungen in einem Silicium-Einkristall erzeugt, was die Einkristall-Ausbeute verringert. Daher ist ein Quarzglastiegel erwünscht, in dem ein brauner Ring weniger wahrscheinlich erzeugt wird, oder ein brauner Ring, falls vorhanden, sich weniger wahrscheinlich ausdehnt.
Um die Erzeugung und das Wachstum von braunen Ringen zu unterdrücken, beschreibt Patentdokument 1 beispielsweise ein Verfahren zur Bildung einer mit einer Siliciumschmelze hochreaktiven Schicht in der Innenschicht eines Quarzglastiegels, sodass eine Abtragungsgeschwindigkeit erreicht wird, die höher ist als die Erzeugungsgeschwindigkeit eines Kristallkerns, um dadurch die Anzahl der braunen Ringe zu verringern. Ferner beschreibt Patentdokument 2 ein Verfahren zur Erhöhung der Anzahl der braunen Ringe, die an einer Schwingungsposition der geschmolzenen Metalloberfläche erzeugt werden, indem die Schwingungsposition der geschmolzenen Metalloberfläche geätzt oder sandgestrahlt wird, und zur Verringerung der Anzahl der braunen Ringe, die unterhalb der Schwingungsposition der geschmolzenen Metalloberfläche erzeugt werden.
Ferner beschreibt Patentdokument 3 einen Quarzglastiegel, bei dem die OH-Gruppenkonzentration 90 ppm oder weniger in einer Oberflächenglasschicht mit einer Dicke von 100 µm von der Innenfläche des Tiegels aus beträgt und die OH-Gruppenkonzentration 90 bis 200 ppm in einer Glasschicht unterhalb der Oberflächenglasschicht in Richtung der Dicke des Tiegels beträgt und sich bis in eine Tiefe von 1 mm von der Innenfläche des Tiegels erstreckt. Das heißt, die OH-Gruppenkonzentration in der Oberflächenschicht auf der flacheren Seite der Tiegelinnenschicht wird reduziert, um die Auflösungsrate des Quarzglases zu verringern und einen Zustand herzustellen, in dem der Kristallkern eines braunen Rings wahrscheinlich verbleibt, und die OH-Gruppenkonzentration in der Schicht unterhalb der flacheren Oberflächenschicht wird erhöht, um einen Zustand herzustellen, in dem der Kristallkern wahrscheinlich wächst, um ein Ablösen des braunen Rings zu verhindern.
Ferner beschreibt Patentdokument 4, dass ein Quarzglastiegel mit einem geraden Körperteil und einem Bodenabschnitt eine innerste Schicht aus einem SiOx-Film (0 < x < 2) mit einer Dicke von 0,5 bis 200 µm, eine transparente Quarzglas-Innenschicht mit einer OH-Gruppenkonzentration von weniger als 30 ppm und einer Dicke von 3 bis 5 mm, die einen Bereich aufweist, der mit der innersten Schicht in Kontakt kommt, und eine äußere Schicht aus opakem Quarzglas umfasst, wobei die innerste Schicht, die als Opferschicht dient, zuvor auf die Innenfläche des Tiegels aufgetragen wird. Selbst in einem Fall, in dem ein Kristallkern von Cristobalit auf der Oberfläche der innersten Schicht ausgebildet wird, bevor das Polysilicium vollständig geschmolzen ist, wird die Erzeugung des Cristobalitkerns auf der Oberfläche der Innenschicht, die nach der Auflösung der innersten Schicht freigelegt wird, unterdrückt, wenn die innerste Schicht in einer Siliciumschmelze mit einer Geschwindigkeit aufgelöst wird, die höher ist als die Kristallisationsgeschwindigkeit um den Bildungsbereich des Cristobalitkerns herum, wodurch es möglich wird, die Erzeugung und das Wachstum eines braunen Rings zu unterdrücken, der zu einer Verringerung der Silicium-Einkristall-Ausbeute im Hochziehprozess beiträgt.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-306708
Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-320241
Patentliteratur 3: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2009-161364
Patentliteratur 4: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-136400

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Wie oben beschrieben, wird auf der Innenfläche des Quarzglastiegels während des Hochziehprozesses des Silicium-Einkristalls ein brauner Ring erzeugt. Wenn sich der braune Ring von der Tiegelinnenfläche ablöst und in die Siliciumschmelze gemischt wird, kann die Ausbeute eines Silicium-Einkristalls abnehmen. Daher muss das Ablösen des braunen Rings unterdrückt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Quarzglastiegel, der in der Lage ist, die Ausbeute eines Silicium-Einkristalls zu verbessern, indem das Ablösen von braunen Ringen unterdrückt wird, sowie ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die vorliegenden Erfinder haben sich intensiv mit dem Mechanismus der Erzeugung, des Wachstums und des Ablösens von braunen Ringen befasst und festgestellt, dass es zur Verhinderung des Ablösens von braunen Ringen wichtig ist, die Anzahl der erzeugten braunen Ringe so weit wie möglich zu verringern und die erzeugten braunen Ringe stabil wachsen zu lassen, und dass es möglich ist, die Verringerung der Anzahl der erzeugten braunen Ringe und das stabile Wachstum der erzeugten braunen Ringe zu erreichen, indem die Verteilung von Na, K und Ca um die Innenfläche eines Tiegels in Tiefenrichtung eingestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der obigen technischen Erkenntnisse getätigt, und ein Quarzglastiegel zur Verwendung beim Hochziehen eines Silicium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Peak einer Verteilung einer Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einer Tiefenrichtung von einer Innenfläche des Tiegels an einer Position vorhanden ist, die tiefer als die Innenfläche liegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der auf der Tiegelinnenfläche erzeugten braunen Ringkerne unterdrückt werden. Somit ist es möglich, das Wachstum und das Ablösen von braunen Ringen zu unterdrücken, um die Ausbeute eines Silicium-Einkristalls zu verbessern.
Bei dem erfindungsgemäßen Quarzglastiegel ist der Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca vorzugsweise in einem Tiefenbereich von 32 µm oder weniger von der Innenfläche und noch bevorzugter in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche vorhanden. Dadurch kann die Auflösungsrate der Tiegelinnenfläche höher werden als die Wachstumsrate der braunen Ringe, wodurch braune Ringkerne eliminiert werden. Somit ist es möglich, das Wachstum und das Ablösen von braunen Ringen zu unterdrücken, um die Silicium-Einkristall-Ausbeute zu verbessern.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der Peakwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im Bereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche vorzugsweise das 2-Fache oder mehr und 19-Fache oder weniger eines Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche. Dies kann die Erzeugung und das Wachstum von braunen Ringkernen unterdrücken.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt ein Durchschnittswert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger von der Innenfläche vorzugsweise das 0,6-Fache oder mehr und das 1-Fache oder weniger des Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche. Ferner weist die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger von der Innenfläche vorzugsweise einen negativen Konzentrationsgradienten mit der Tiefenrichtung als positiver Richtung auf und weist noch bevorzugter einen Konzentrationsgradienten von -8,2 × 10¹⁰ Atomen/cm³/µm oder weniger auf. Dies kann die Auflösung der Tiegelinnenfläche unterdrücken, sodass die braunen Ringe stabil wachsen, was wiederum das Ablösen der braunen Ringe von der Innenfläche unterdrücken kann.
Ein Quarzglastiegel für das Hochziehen eines Silicium-Einkristalls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen ersten Oberflächenschichtabschnitt auf, der in einer Tiefenposition von 0 µm oder mehr und 16 µm oder weniger von der Innenfläche vorgesehen ist, einen zweiten Oberflächenschichtabschnitt, der in einer Tiefenposition von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche vorgesehen ist, und einen dritten Oberflächenschichtabschnitt, der in einer Tiefenposition von 32 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger von der Innenfläche vorgesehen ist, wobei der Maximalwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem zweiten Oberflächenschichtabschnitt größer ist als der Maximalwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem ersten Oberflächenschichtabschnitt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Erzeugung von braunen Ringkernen auf der Tiegelinnenfläche zu unterdrücken. Ferner können braune Ringkerne dadurch eliminiert werden, dass die Auflösungsrate der Tiegelinnenfläche höher als die Wachstumsrate brauner Ringkerne gestaltet wird. Somit ist es möglich, das Ablösen von braunen Ringen zu unterdrücken, um die Silicium-Einkristall-Ausbeute zu verbessern.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der Maximalwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem zweiten Oberflächenschichtabschnitt vorzugsweise das 2-Fache oder mehr und das 19-Fache oder weniger des Maximalwerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem ersten Oberflächenschichtabschnitt. Dadurch kann die Erzeugung und das Wachstum des braunen Ringkerns unterdrückt werden.
Der Maximalwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem dritten Oberflächenschichtabschnitt beträgt vorzugsweise das 0,6-Fache oder mehr und das 1-Fache oder weniger des Maximalwerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem ersten Oberflächenschichtabschnitt. In diesem Fall weist der Gesamtkonzentrationsgradient von Na, K und Ca im dritten Oberflächenschichtabschnitt vorzugsweise einen negativen Konzentrationsgradienten mit der Tiefenrichtung als positiver Richtung auf und noch bevorzugter einen Konzentrationsgradienten von -8,2 × 10¹⁰ Atomen/cm³/µm oder weniger auf. Dies kann die Auflösung der Tiegelinnenfläche unterdrücken, sodass die braunen Ringe stabil wachsen, was wiederum das Ablösen der braunen Ringe von der Innenfläche unterdrücken kann.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt ein Durchschnittswert einer Gesamtkonzentration von Li, Al, Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche vorzugsweise 3,6 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder mehr und 5,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger. Li, Al, Na, K und Ca fördern die Erzeugung von braunen Ringkernen, sodass, wenn Li, Al, Na, K und Ca in großen Mengen an der Tiegelinnenfläche vorhanden sind, die zuerst mit einer Siliciumschmelze in Kontakt kommt, wahrscheinlich braune Ringkerne an der Tiegelinnenfläche erzeugt werden, was zu einer Verringerung der Silicium-Einkristall-Ausbeute führt. Wenn jedoch die Gesamtkonzentration von Li, Al, Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Tiegelinnenfläche auf 5,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger reduziert wird, kann die Erzeugung des braunen Ringkerns unterdrückt werden, um die Silicium-Einkristall-Ausbeute zu verbessern.
Der erfindungsgemäße Quarzglastiegel umfasst vorzugsweise eine transparente Schicht aus Quarzglas, die keine Blasen enthält und die Innenfläche darstellt, und eine Blasenschicht aus Quarzglas, die eine große Anzahl von Blasen enthält und außerhalb der transparenten Schicht angeordnet ist, wobei die Dicke der transparenten Schicht vorzugsweise 1 mm oder mehr beträgt. Dadurch kann ein Ablösen von braunen Ringen durch Ausdehnung und Platzen der Blasen im Quarzglas bei hohen Temperaturen während eines Silicium-Einkristall-Hochziehprozesses verhindert werden.
Ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Herstellen eines Quarzglastiegels durch Lichtbogenschmelzen von Rohmaterial-Quarzpulver, das auf einer Innenfläche einer rotierenden Form abgelagert ist, das Waschen einer Innenfläche des Quarzglastiegels mit reinem Wasser, wodurch die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca, die in einem Quarzglas um die Innenfläche herum enthalten sind, im Vergleich zu derjenigen vor dem Waschen verringert wird, und das Ätzen der Innenfläche mit einer Waschflüssigkeit, die Fluorwasserstoffsäure enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Quarzglastiegel zur Verwendung beim Hochziehen eines Silicium-Einkristalls mit einem Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche des Tiegels hergestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der spezifische Widerstand des reinen Wassers, das beim Schritt des Waschens der Innenfläche des Quarzglastiegels mit dem reinen Wasser verwendet wird, vorzugsweise 17 MΩ cm oder mehr, die pro Quarzglastiegel zu verwendende Wassermenge beträgt vorzugsweise 125 Liter oder mehr, und die Wassertemperatur beträgt vorzugsweise 45 bis 99 °C. Dadurch kann die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche reduziert werden, und es kann insbesondere ein Quarzglastiegel hergestellt werden, in dem die Gesamtkonzentration von Li, Al, Na, K und Ca 3,6 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder mehr und 5,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Ätzmenge für die Innenfläche vorzugsweise 5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, wobei es bevorzugt ist, einen Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche einzustellen. Durch Einstellen des Peaks der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche kann die Erzeugung von braunen Ringkernen in der Tiegelinnenfläche in der ersten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts unterdrückt werden. Ferner kann in der zweiten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts die Auflösungsrate der Tiegelinnenfläche höher als die Wachstumsrate der braunen Ringkerne gehalten werden, um so braune Ringkerne zu eliminieren.
Der erfindungsgemäße Quarzglastiegel bewirkt, dass die Erzeugung brauner Ringe, die zu einer Verwerfung eines Signalkristalls führen können, auf der Tiegelinnenfläche verhindert wird. Braune Ringe werden durch längeren Kontakt der Tiegelinnenfläche mit einer Hochtemperatur-Siliciumschmelze erzeugt. Daher weist die Innenfläche des Quarztiegels, die mit der Hochtemperatur-Siliciumschmelze in Kontakt kommt, vorzugsweise Verunreinigungseigenschaften der vorliegenden Erfindung auf. Insbesondere der Tiegelbodenabschnitt und/oder der Eckabschnitt, die lange Zeit mit der Hochtemperatur-Siliciumschmelze in Kontakt sind, weisen/weist vorzugsweise die Verunreinigungseigenschaften der vorliegenden Erfindung auf.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Quarzglastiegel, der in der Lage ist, die Ausbeute des Silicium-Einkristalls durch Unterdrücken des Ablösens des braunen Rings zu verbessern, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitgestellt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Seitenquerschnittsansicht, welche die Konfiguration eines Quarzglastiegels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Diagramm, das eine Änderung in der Tiefenrichtung der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca veranschaulicht, die in dem Quarzglas in einem Oberflächenschichtabschnitt auf der Innenflächenseite des Quarzglastiegels von 1 enthalten sind.
[3] 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Quarzglastiegels veranschaulicht.
[4] 4 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Quarzglastiegels nach einem Rotationsformverfahren.
[5] 5 (a) bis 5 (c) sind Diagramme zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Quarzglastiegels und veranschaulichen jeweils spezifisch die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung von der Tiegelinnenfläche.
[6] 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Silczium-Einkristall-Hochziehprozess nach dem CZ-Verfahren unter Verwendung des Quarzglastiegels veranschaulicht.
[7] 7 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip des SICAS-Verfahrens veranschaulicht.
[8] 8 (a) und 8 (b) sind Bilder eines Quarzglasstücks, die nach dem SAICAS-Verfahren aufgenommen wurde, wobei 8 (a) einen Abschnitt der Tiegelinnenfläche nach dem Schneiden des Quarzglasstücks veranschaulicht, und 8 (b) das aus der Tiegelinnenfläche ausgeschnittene Quarzglasstück veranschaulicht.
[9] 9 ist eine Tabelle, die Bewertungsbedingungen und Ergebnisse für die Quarzglastiegelproben A1 bis A8 zeigt.

ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische Seitenquerschnittsansicht, welche die Konfiguration eines Quarzglastiegels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 1, dargestellt, handelt es sich bei einem Quarzglastiegel 1 um einen Quarzglasbehälter zur Aufnahme einer Siliciumschmelze, der einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 10a, einen Bodenteil 10b und einen Eckabschnitt 10c umfasst, der zwischen dem Seitenwandabschnitt 10a und dem Bodenteil 10b angeordnet ist. Der Bodenabschnitt 10b ist vorzugsweise ein so genannter runder Boden, der leicht gekrümmt ist, es kann jedoch auch ein so genannter flacher Boden sein. Der Eckabschnitt 10c ist zwischen dem Seitenwandabschnitt 10a und dem Bodenabschnitt 10b positioniert und weist eine größere Krümmung als der Bodenabschnitt 10b auf. Die Grenze zwischen dem Seitenwandabschnitt 10a und dem Eckabschnitt 10c ist eine Position, an der der Seitenwandabschnitt 10a beginnt, sich zu krümmen. Die Grenze zwischen dem Eckabschnitt 10c und dem Bodenabschnitt 10b ist eine Position, an der die große Krümmung des Eckabschnitts 10c beginnt, sich zu der kleinen Krümmung des Bodenabschnitts 10b zu ändern.
Der Durchmesser des Quarzglastiegels 1 beträgt vorzugsweise 22 Zoll (ca. 560 mm) oder mehr und insbesondere 32 Zoll (ca. 800 mm) oder mehr, obwohl er je nach Durchmesser eines hochzuziehenden Silicium-Einkristall-Blocks variiert. Ein solcher Tiegel mit großem Durchmesser wird vorzugsweise zum Hochziehen eines großformatigen Silicium-Einkristall-Blocks mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr verwendet und hat auch bei langfristiger Verwendung keine nachteiligen Auswirkungen auf die Qualität des Einkristalls. Während die Dicke des Quarzglastiegels 1 von einem Abschnitt zum anderen leicht variiert, beträgt die Dicke des Seitenwandabschnitts 10a eines Tiegels mit einem Durchmesser von 22 Zoll oder mehr vorzugsweise 7 mm oder mehr, und die Dicke des Seitenwandabschnitts 10a eines großformatigen Tiegels mit einem Durchmesser von 32 Zoll oder mehr beträgt vorzugsweise 10 mm oder mehr. Dadurch kann eine große Menge an Siliciumschmelze bei hohen Temperaturen stabil gehalten werden.
Der Quarzglastiegel 1 weist eine doppelschichtige Struktur auf und umfasst eine transparente Schicht 11 aus Quarzglas, die keine Blasen enthält, und eine Blasenschicht 12 (opake Schicht) aus Quarzglas, die eine große Anzahl von Mikroblasen enthält und außerhalb der transparenten Schicht 11 angeordnet ist.
Die transparente Schicht 11 ist eine Schicht, die eine Innenfläche 10i des Tiegels darstellt, die mit einer Siliciumschmelze in Kontakt kommt, und ist dazu vorgesehen, eine Reduzierung der Einkristall-Ausbeute durch die Blasen im Quarzglas zu verhindern. Die Dicke der transparenten Schicht 11 beträgt vorzugsweise 1 bis 12 mm und wird in diesem Bereich für jede Stelle im Tiegel auf einen ausreichenden Wert eingestellt, um zu verhindern, dass die transparente Schicht 11 während eines Silicium-Einkristall-Hochziehprozesses durch Abtragung vollständig eliminiert und die Blasenschicht 12 freigelegt wird. Die transparente Schicht 12 ist wie die Blasenschicht 11 vorzugsweise über die gesamte Oberfläche des Tiegels vom Seitenwandabschnitt 10a bis zum Bodenabschnitt 10b ausgebildet; sie kann jedoch am oberen Endabschnitt (Randabschnitt) des Tiegels, der nicht mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommt, entfallen.
Die transparente Schicht 11 stellt die Innenseite des Tiegels dar und weist einen Blasengehalt von 0,1 Vol.-% oder weniger auf. Der Ausdruck „enthält keine Blasen“ in Bezug auf die transparente Schicht 11 bedeutet, dass die transparente Schicht 11 einen Blasengehalt und eine Blasengröße aufweist, die die Einkristall-Ausbeute nicht vermindern. Wenn Blasen in der Nähe der Innenfläche des Tiegels vorhanden sind, können die Blasen in der Nähe der Tiegelinnenfläche nicht durch Abtragung der Tiegelinnenfläche innerhalb des Quarzglases eingeschlossen werden. Dies kann dazu führen, dass die Blasen im Quarzglas aufgrund der thermischen Ausdehnung während eines Kristall-Hochziehprozesses platzen, was zum Ablösen von Tiegelstücken (Quarzstücken) führt. Wenn die in der Siliciumschmelze freigesetzten Tiegelstücke durch Schmelzekonvektion zur Wachstumsgrenzfläche eines Einkristalls transportiert werden, um in den Einkristall eingeschlossen zu werden, können im Einkristall Verwerfungen erzeugt werden. Wenn alternativ die durch die Abtragung der Tiegelinnenfläche in die Schmelze freigesetzten Blasen zur Fest/Flüssig-Grenzfläche aufschwimmen, um im Einkristall eingeschlossen zu werden, können Pinholes erzeugt werden. Der durchschnittliche Blasendurchmesser in der transparenten Schicht 11 beträgt vorzugsweise 100 µm oder weniger.
Die Blasenschicht 12 ist eine Schicht, die eine Außenfläche 100 des Tiegels darstellt und dazu vorgesehen ist, die Wärmerückhalteeigenschaft der Siliciumschmelze im Tiegel zu verbessern und Strahlungswärme von einem Heizer zu verteilen, der in einer Einkristall-Hochzieh-Einheit so vorgesehen ist, dass er den Tiegel umgibt, sodass die Siliciumschmelze im Tiegel möglichst gleichmäßig erhitzt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Blasenschicht 12 über die gesamte Oberfläche des Tiegels vom Seitenwandabschnitt 10a bis zum Bodenabschnitt 10b ausgebildet. Die Dicke der Blasenschicht 12 ist, obwohl sie von einem Abschnitt zum anderen im Tiegel variiert, gleich einem Wert, der durch Subtrahieren der Dicke der transparenten Schicht 11 von der Dicke des Tiegels erhalten wird.
Der Blasengehalt der Blasenschicht 12 ist höher als derjenige der transparenten Schicht 11 und beträgt vorzugsweise mehr als 0,1 Vol.% und 5 Vol.% oder weniger und noch bevorzugter 1 Vol.% oder mehr und 4 Vol.% oder weniger. Wenn der Blasengehalt der Blasenschicht 12 0,1 Vol.-% oder weniger beträgt, kann die Blasenschicht 12 nicht die erforderliche Wärmerückhaltefunktion erfüllen. Wenn der Blasengehalt der Blasenschicht 12 mehr als 5 Vol.-% beträgt, könnte sich der Tiegel aufgrund der Ausdehnung der Blasen verformen, was die Einkristall-Ausbeute verringern könnte, und die Wärmeleitfähigkeit würde unzureichend werden. Insbesondere dann, wenn der Blasengehalt der Blasenschicht 12 in dem Bereich von 1 bis 4 % liegt, wird ein gutes Gleichgewicht zwischen Wärmerückhalteeigenschaft und Wärmeleitfähigkeit aufrechterhalten. Der Blasengehalt der Blasenschicht 12 kann beispielsweise durch Messung des spezifischen Gewichts eines aus dem Tiegel ausgeschnittenen opaken Quarzglasstücks berechnet werden.
Um eine Kontamination der Siliciumschmelze zu verhindern, weist das die transparente Schicht 11 bildende Quarzglas vorzugsweise eine hohe Reinheit auf. Daher besteht der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise aus zwei Schichten einer synthetischen Quarzglasschicht, die aus synthetischem Quarzpulver ausgebildet ist, und einer natürlichen Quarzglasschicht, die aus natürlichem Quarzpulver ausgebildet. Das synthetische Quarzpulver kann mittels einer Gasphasenoxidation (trockenes Syntheseverfahren) von Siliciumtetrachlorid (SiCl₄) oder Hydrolyse von Siliciumalkoxid (Sol-Gel-Verfahren) hergestellt werden. Das natürliche Quarzpulver ist Quarzpulver, das durch Pulverisieren eines natürlichen Minerals hergestellt wird, das hauptsächlich aus α-Quarz besteht.
Obwohl dies später noch ausführlich beschrieben wird, kann die zweischichtige Struktur aus der synthetischen Quarzglasschicht und der natürlichen Quarzglasschicht dadurch hergestellt werden, dass das natürliche Quarzpulver entlang der Innenfläche einer Form zur Herstellung eines Tiegels abgelagert wird, das synthetische Quarzpulver auf das abgelagerte natürliche Quarzpulver abgelagert wird und die so abgelagerten Quarzpulverschichten unter Verwendung von Joulescher Wärme über Lichtbogenentladung geschmolzen werden. Im Anfangsstadium des Lichtbogenschmelzens werden Blasen entfernt, indem von außerhalb der abgelagerten Schicht des Quarzpulvers stark mit Unterdruck beaufschlagt wird, um die transparente Schicht 11 zu bilden. Danach wird die Beaufschlagung mit Unterdruck gestoppt oder vermindert, um die Blasenschicht 12 außerhalb der transparenten Schicht 11 auszubilden. Daher stimmt die Grenze zwischen der synthetischen Quarzglasschicht und der natürlichen Quarzglasschicht nicht notwendigerweise mit der Grenze zwischen der transparenten Schicht 11 und der Blasenschicht 12 überein; die synthetische Quarzglasschicht weist jedoch wie die transparente Schicht 11, vorzugsweise eine solche Dicke auf, dass sie durch Abtragung der Tiegelinnenfläche während eines Kristall-Hochziehprozesses nicht vollständig beseitigt wird.
2 ist ein Diagramm, das eine Änderung in der Tiefenrichtung der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca veranschaulicht, die in dem Quarzglas in einem Oberflächenschichtabschnitt X auf der Innenflächenseite 10i des Quarzglastiegels 1 von 1 enthalten sind. Die horizontale Achse gibt eine Position in Tiefenrichtung von der Innenfläche 10i des Tiegels an, und die vertikale Achse gibt die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca an.
Wie in 2 dargestellt, ist der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungskonzentration eines ersten Oberflächenschichtabschnitts Z₁ an der Tiefenposition von 0 bis 16 µm von der Innenfläche 10i des Tiegels relativ niedrig ist, die Verunreinigungskonzentration eines zweiten Oberflächenschichtabschnitts Z₂ an der Tiefenposition von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i relativ hoch ist, und die Verunreinigungskonzentration eines dritten Oberflächenschichtabschnitts Z₃ an der Tiefenposition von 32 bis 1000 µm von der Innenfläche 10i relativ niedrig ist. Die Tiefenrichtungsverteilung der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca, die in dem den Tiegel bildenden Quarzglas enthalten sind, weist keinen Peak an der Position der Innenfläche 10i des Tiegels auf, sondern weist einen Peak innerhalb des Tiefenbereichs von 32 µm oder weniger von der Innenfläche 10i auf, und zwar vorzugsweise innerhalb eines Tiefenbereichs von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i. Der Peakwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i beträgt das 2- bis 19-Fache des Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 bis 8 µm von der Innenfläche 10i.
Der erste Oberflächenschichtabschnitt Z₁ in der Tiefenposition von 0 bis 16 µm von der Innenfläche 10i des Tiegels ist eine Schicht, die zuerst mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommt. In der ersten Hälfte (I) eines Rohmaterialschmelzschritts, in der der erste Oberflächenschichtabschnitt Z₁ mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommt, werden viele Cristobalitkerne auf der Innenfläche 10i des Tiegels erzeugt. Metallverunreinigungen, wie etwa Li, Al, Na, K und Ca, die in der Nähe der Tiegelinnenfläche verbleiben, tragen zur Erzeugung von braunen Ringkernen bei und können die Erzeugung weiterer brauner Ringe verursachen. Somit beträgt der Durchschnittswert der Gesamtkonzentration von Li, Al, Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 bis 8 µm von der Innenfläche 10i des Tiegels vorzugsweise 3,6 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder mehr und 5,5 1017 Atome/cm³ oder weniger. Dies kann die Anzahl der erzeugten braunen Ringkerne reduzieren.
Die Innenfläche 10i mit einer reduzierten Konzentration von Verunreinigungen, wie etwa Na muss insbesondere am Bodenabschnitt 10b und/oder Eckabschnitt 10c des Quarzglastiegels 1 ausgebildet werden. Dies liegt daran, dass der Bodenabschnitt 10b und der Eckabschnitt 10c des Quarzglastiegels 1 mit der Siliciumschmelze länger in Kontakt stehen als der Seitenwandabschnitt 10a und somit wahrscheinlich den braunen Ring erzeugen. Der Seitenwandabschnitt 10a kann die Innenfläche 10i mit einer reduzierten Konzentration von Verunreinigungen, wie etwa Na, aufweisen oder auch nicht.
Die Innenfläche 10i des Tiegels ist vorzugsweise so glatt wie möglich. Insbesondere die Innenfläche 10i des Bodenabschnitts 10b weist vorzugsweise eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,02 bis 0,3 µm auf. Dadurch kann die Anzahl der erzeugten braunen Ringkerne in der ersten Hälfte (I) des Rohmaterialschmelzschritts reduziert werden.
Die Anzahl der erzeugten braunen Ringkerne nimmt nach Erreichen des Peaks irgendwann abrupt ab, und danach tritt eine Wachstumsphase der braunen Ringkerne ein. Somit nimmt die Anzahl der erzeugten braunen Ringkerne danach nicht erheblich zu, selbst wenn die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca etwas hoch ist. In der zweiten Hälfte (II) des Rohmaterialschmelzschritts wächst der Kern allmählich zu braunen Ringen. Wenn jedoch der Peakwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i auf das 2- bis 19-Fache des Durchschnittswerts (Referenzkonzentration) der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 bis 8 µm von der Innenfläche 10i eingestellt wird, können braune Ringkerne eliminiert werden, indem die Auflösungsrate der Innenfläche 10i höher als die Wachstumsrate der braunen Ringkerne ist.
Es ist bekannt, dass Na, K und Ca, die im Quarzglas enthalten sind, die Auflösung des Quarzglases fördern. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i relativ hoch, sodass die Auflösungsrate der Innenfläche 10i höher sein kann als die Wachstumsrate der braunen Ringe. Dadurch können braune Ringkerne eliminiert werden, bevor sie größer werden, wodurch der braune Ringkern entfernt werden kann.
Wie oben beschrieben, kann die Anzahl der braunen Ringe bis zu einem gewissen Grad reduziert werden, indem man die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im ersten Oberflächenschichtabschnitt Z₁ relativ niedrig und die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ relativ hoch ansetzt. Es ist jedoch schwierig, braune Ringe vollständig zu eliminieren, und einige braune Ringe werden auf der Innenfläche 10i des Tiegels erzeugt. Während eines Silicium-Einkristall-Hochziehprozesses (III) werden die braunen Ringe größer, wodurch die Gefahr des Ablösens der braunen Ringe steigt. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Durchschnittswert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich (32 bis 1000 µm), der tiefer als 32 µm von der Innenfläche 10i liegt, das 0,6-bis 1-Fache der Referenzkonzentration, sodass die Auflösung der Innenfläche 10i während des Einkristall-Hochziehprozesses unterdrückt werden kann. Ferner weist die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 bis 1000 µm von der Innenfläche 10i des Tiegels einen negativen Konzentrationsgradienten von 8,2 × 10¹⁰ Atomen/cm³/µm oder weniger auf, wobei die Tiefenrichtung die positive Richtung ist, sodass es möglich ist, braune Ringe stabil wachsen zu lassen, während eine abrupte Änderung der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca unterdrückt wird, wodurch das Ablösen von braunen Ringen unterdrückt werden kann.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Quarzglastiegels 1 veranschaulicht. 4 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Quarzglastiegels 1 nach einem Rotationsformverfahren. Auch 5(a) bis 5(c) sind Diagramme zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Quarzglastiegels 1 und veranschaulichen jeweils spezifisch die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung von der Tiegelinnenfläche 10i.
Bei der Herstellung des Quarzglastiegels 1, wird der Quarzglastiegel 1 zunächst durch ein Rotationsformverfahren (Schritt S11) hergestellt, wie in 3 und 4 dargestellt. Beim Rotationsformverfahren wird eine Form 14 mit einem Hohlraum hergestellt, der der äußeren Form des Tiegels entspricht, und natürliches Quarzpulver 16B und synthetisches Quarzpulver 16A werden seriell entlang einer Innenfläche 14i der rotierenden Form 14 abgelagert, um eine abgelagerte Schicht 16 aus Rohmaterial-Quarzpulver auszubilden. Als Material des Tiegels kann nur natürliches Quarzpulver 16B verwendet werden. Das Rohmaterial-Quarzpulver wird an einer bestimmten Position der Innenfläche 14i der Form 14 durch Zentrifugalkraft zurückgehalten, und die Tiegelform bleibt erhalten. Durch Ändern der Dicke der abgelagerten Schicht 16 aus Rohmaterial-Quarzpulver kann die Tiegeldicke an jeder Stelle eingestellt werden.
Dann werden Lichtbogenelektroden 15 in die Form 14 eingesetzt, und die abgelagerte Schicht 16 des Rohmaterial-Quarzpulvers wird von der Seite der Innenfläche 14i der Form 14 her lichtbogengeschmolzen. Konkrete Bedingungen, wie etwa Erhitzungszeit und Erhitzungstemperatur, müssen unter Berücksichtigung von Bedingungen, wie etwa Rohmaterialien und Größe des Tiegels, bestimmt werden. Dabei wird die abgelagerte Schicht 16 des Rohmaterial-Quarzpulvers durch viele in der Innenfläche 14i der Form 14 ausgebildete Entlüftungslöcher 14a angesaugt, um die Menge der Blasen in geschmolzenem Glas zu kontrollieren. Konkret wird die Ansaugkraft durch die vielen in der Innenfläche 14i der Form 14 ausgebildeten Entlüftungslöcher 14a beim Beginn des Lichtbogenschmelzens erhöht, um die transparente Schicht 11 auszubilden, und dann wird die Ansaugkraft nach Ausbildung der transparenten Schicht 11 reduziert, um die Blasenschicht 12 auszubilden.
Die Lichtbogenwärme wird allmählich von der Innenseite der abgelagerten Schicht 16 des Rohmaterial-Quarzpulvers nach außen übertragen, um das Rohmaterial-Quarzpulver zu schmelzen, sodass durch Änderung der Unterdruckbedingungen zu dem Zeitpunkt, zu dem das Rohmaterial-Quarzpulver zu schmelzen beginnt, die transparente Schicht 11 und die Blasenschicht 12 separat ausgebildet werden können. Durch die Durchführung von Unterdruckschmelzen zur Erhöhung des Unterdrucks zu dem Zeitpunkt, zu dem das Quarzpulver schmilzt, wird das Lichtbogenatmosphärengas nicht im Glas eingeschlossen, und es wird Quarzglas ausgebildet, das keine Blasen enthält. Darüber hinaus wird, wenn normal geschmolzen wird (Schmelzen bei atmosphärischem Druck), um den Unterdruck zu dem Zeitpunkt abzuschwächen, zu dem das Rohmaterial-Quarzpulver geschmolzen wird, das Gas der Lichtbogenatmosphäre im Glas eingeschlossen, und Quarzglas mit einer großen Anzahl von Blasen wird ausgebildet. Durch Änderung beispielsweise der Anordnung der Lichtbogenelektroden 15 oder des während des Unterdruckschmelzens oder des normalen Schmelzens an ihnen anliegenden Stroms zur teilweisen Änderung des Schmelzgrads kann an jeder Stelle die Dicke der transparenten Schicht 11 bzw. der Blasenschicht 12 eingestellt werden.
Danach wird das Lichtbogenheizen beendet und der Tiegel abgekühlt, wodurch der Quarzglastiegel 1 fertiggestellt wird, bei dem die transparente Schicht 11 und die Blasenschicht 12 nacheinander von der Innenseite zur Außenseite der Tiegelwand bereitgestellt werden. In dem so erhaltenen Quarzglastiegel 1 nach dem Lichtbogenschmelzen (vor dem Waschen) ist die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung von der Innenfläche 10i wie in 5(a) dargestellt, und die Verunreinigungselemente sind an der Innenfläche 10i des Tiegels konzentriert. Dabei hat Li einen kleineren Atomradius als andere Verunreinigungselemente und bewegt sich leicht im Glas. Somit wandert Li auf die Innenfläche 10i des Tiegels, die sich nahe der Bogenelektrodenseite befindet, um auf einem hohen Niveau und in einem weiten Bereich in der Tiefenrichtung konzentriert zu werden. Außerdem hat Al-Oxid (Al₂O₃) einen höheren Siedepunkt als Oxide anderer Verunreinigungselemente und wird wahrscheinlich auch nach Sublimation von Quarz, der auf einem hohen Niveau und in einem weiten Bereich in der Tiefenrichtung wie Li konzentriert werden soll, an der Innenfläche 10i des Tiegels verbleiben.
Anschließend wird die Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 mit reinem Wasser gewaschen (Schritt S12). Der spezifische Widerstand des dabei verwendeten reinen Wassers beträgt vorzugsweise 17 MΩ cm oder mehr, und seine Strömungsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 50 bis 60 1/min. Die pro Quarzglastiegel 1 verwendete Wassermenge beträgt vorzugsweise 125 Liter oder mehr (125 Liter pro Tiegel), und die Wassertemperatur beträgt vorzugsweise 45 bis 99 °C. Unter diesen Bedingungen werden Li, Na, K und Ca, die sich leicht in reinem Wasser auflösen, aus der Nähe der Innenfläche 10i des Tiegels eluiert, um die Verunreinigungskonzentration im Quarzglas im Vergleich zu der vor dem Waschen zu verringern. Im Ergebnis wird die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung von der Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 wie in 5(b) dargestellt, und somit können die Konzentrationen von Na, K und Ca an der Innenfläche 10i des Tiegels reduziert werden. Die Al-Konzentration zeigt keine erhebliche Änderung und wird in Tiefenrichtung auf einem annähernd konstanten Wert gehalten. Der Bereich in der Nähe der Innenfläche 10i, in dem die Konzentration von Verunreinigungen, wie etwa Li, bestimmt wird, basiert auf dem Ätzgrad an der Innenfläche 10i und ist, obwohl nicht besonders begrenzt, vorzugsweise zwischen 0 und 26 µm (engster Bereich) von der Innenfläche 10i oder zwischen 0 und 37 µm (weitester Bereich) von der Innenfläche 10i definiert.
Die Wassertemperatur des beim Reinwasserwaschen eingesetzten reinen Wassers beträgt vorzugsweise 45 bis 99 °C, besonders bevorzugt 55 bis 65 °C, um eine einfache Handhabung und Sicherheit zu gewährleisten. Wenn die Temperatur des reinen Wassers etwa 25 bis 35 °C beträgt, kann der Effekt der Verringerung der Gesamtkonzentration von Li, Na, K und Ca auf der Innenfläche 10i des Tiegels nicht erzielt werden. Wenn das reine Wasser absichtlich auf 45 °C oder mehr erhitzt wird, ist es möglich, Li, Na, K und Ca von der Innenfläche 10i des Tiegels zu eluieren, um so die Konzentration von Verunreinigungen im Quarzglas zu verringern. Durch die Verwendung von hochtemperiertem reinem Wasser können somit Verunreinigungen in der Tiegelinnenfläche in das reine Wasser gelöst und ausgewaschen werden, sodass der Peak der Verunreinigungskonzentration in einem Bereich ausgebildet werden kann, der leicht tiefer liegt als die äußerste Oberfläche.
Anschließend wird die Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 unter Verwendung von Waschflüssigkeit geätzt, die Fluorwasserstoffsäure enthält, um den Oberflächenschichtabschnitt der Tiegelinnenfläche 10i zu entfernen (Schritt S13). Der Ätzgrad an der Innenfläche beträgt dabei vorzugsweise 5 bis 10 µm. Durch dieses Ätzen kann die Innenfläche 10i des Tiegels gereinigt werden, und die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung von der Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 ist wie in 5(c) dargestellt. Das heißt, die Peakposition der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca kann innerhalb eines Bereichs von 16 bis 32 µm von der Innenfläche 10i eingestellt werden. Beim Waschen mit Fluorwasserstoffsäure kann durch Einstellen (Erhöhen oder Verringern) der Waschzeit der Ätzgrad an der Innenfläche 10i des Tiegels verändert werden, wodurch die Peakposition und das Peakniveau der Verunreinigungskonzentration eingestellt werden können.
Schließlich wird der Quarzglastiegel 1 vollständig mit reinem Wasser nachgewaschen (Schritt 14). Bei diesem Nachwaschen muss mit reinem Wasser gewaschen werden, und zwar unter der Bedingung, dass sich die Peakposition der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca nicht wesentlich verändert. Dies beinhaltet eine Reduzierung der Waschzeit und der Wassertemperatur, um die Elution von Na, K und Ca zu unterdrücken. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt.
Typischerweise ist bei dem durch Lichtbogenschmelzen hergestellten Quarzglastiegel 1 die Verunreinigungskonzentration an der Innenfläche 10i aufgrund der Oberflächenkondensationswirkung am höchsten. Somit ist es wahrscheinlich, dass durch die Wirkung der Verunreinigungen braune Ringkerne an der Tiegelinnenfläche erzeugt werden, und dass die erzeugten braunen Ringkerne wachsen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch die Peakposition der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca, die zur Erzeugung von braunen Ringkernen und zur Auflösung des Tiegels beitragen, in eine tiefere Position als die Tiegelinnenfläche verschoben, sodass die Anzahl der erzeugten braunen Ringkerne verringert und die erzeugten braunen Ringkerne entfernt werden können. Somit kann die Wahrscheinlichkeit des Ablösens des braunen Rings während des Silicium-Einkristall-Hochziehprozesses verringert und die Einkristall-Ausbeute verbessert werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Silczium-Einkristall-Hochziehprozess nach dem CZ-Verfahren unter Verwendung des Quarzglastiegels 1 veranschaulicht.
Wie in 6 dargestellt, umfasst der Silicium-Einkristall-Hochziehprozess einen Rohmaterialschmelzschritt S21, in dem Polysilicium-Rohmaterial im Quarzglastiegel 1 geschmolzen wird, um eine Siliciumschmelze zu erzeugen, einen Tauchschritt S22, in dem ein Impfkristall in die Siliciumschmelze getaucht wird und für eine bestimmte Zeit stehen gelassen wird, um sich an die Siliciumschmelze anzupassen, einen Einschnürungsschritt S23, in dem der Durchmesser des Kristalls verengt wird, sodass Verwerfung, die in dem Impfkristall aufgrund von Wärmeeinwirkung oder dergleichen auftritt, beseitigt wird, einen Schritt des Wachsens des Schulterabschnitts S24, in dem der Kristalldurchmesser allmählich vergrößert wird, sodass ein Einkristall mit einem vorbestimmten Durchmesser (z. B. etwa 300 mm) erhalten wird, einen Schritt des Wachsens des geraden Körperabschnitts S25, in dem der vorbestimmte Kristalldurchmesser aufrechterhalten wird, einen Schritt des Wachsens des Endabschnitts S26, in dem der Kristalldurchmesser zur Beendigung des Hochziehens verengt wird, um den Einkristall von der Schmelzoberfläche zu trennen, und einen Kühlschritt S27, in dem der von der Siliciumschmelze getrennte Einkristall gekühlt wird.
In der ersten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts S21, werden braune Ringkerne auf der Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 erzeugt, die mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommt. Bei dem Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich (im ersten Oberflächenschichtabschnitt Z₁) von 0 bis 8 µm von der Tiegelinnenfläche 10i gering, was die Anzahl der in der ersten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts S21 erzeugten braunen Ringkerne verringern kann.
In der zweiten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts S21, wird der braune Ringkern größer. Bei dem Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich (im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂) von 16 bis 32 µm von der Tiegelinnenfläche 10i hoch, und der Peakwert der Gesamtkonzentration von Na, K, und Ca in dem zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ beträgt das 2- bis 19-Fache des Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem ersten Oberflächenschichtabschnitt Z₁, sodass es möglich ist, die Auflösung der Tiegelinnenfläche 10i zu fördern, um die Auflösungsrate der Tiegelinnenfläche 10i höher als die Wachstumsrate der braunen Ringe werden zu lassen. Somit können die in der ersten Hälfte des Rohmaterialschmelzschritts erzeugten braunen Ringkerne entfernt werden, um die Anzahl der erzeugten braunen Ringe zu reduzieren.
Während des Schritts des Wachsens des Silicium-Einkristalls vom Einschnürungsschritt S23 bis zum Schritt des Wachsens des Endabschnitts S26 können braune Ringe nicht nur wachsen, sondern auch teilweise abgelöst werden. Wenn einige braune Ringe durch Schmelzekonvektion zur Fest/Flüssig-Grenzfläche transportiert werden, können Verwerfungen im Silicium-Einkristall erzeugt werden. Die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich (im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃) von 32 bis 1000 µm von der Tiegelinnenfläche 10i ist jedoch niedrig, und der Durchschnittswert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ beträgt das 0,6- bis 1-Fache des Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im ersten Oberflächenschichtabschnitt Z₁, sodass eine übermäßige Auflösung der Tiegelinnenfläche 10i unterdrückt werden kann. Ferner zeigt die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in dem dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ eine kleine Änderung und weist insbesondere einen Gradienten von -8,2x 10¹⁰ Atomen/cm³/µm oder mehr und weniger als 0 Atomen/cm³/µm auf, sodass es möglich ist, das Ablösen des braunen Rings aufgrund einer abrupten Änderung des Zustands der Tiegelinnenfläche 10i zu unterdrücken.
Auch wenn die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Abwandlungen können im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, und alle derartigen Abwandlungen sind in der vorliegenden Erfindung inbegriffen.
Beispiele
Es wurden die Proben A1 bis A8 von 32-Zoll-Quarzglastiegeln hergestellt. Die Quarzglastiegel wurden nach einem oben beschriebenen Rotationsformverfahren hergestellt, gefolgt von Reinwasserwaschen, Waschen mit Fluorwasserstoffsäure und Nachwaschen in dieser Reihenfolge. Wie oben beschrieben, wurde beim Reinwasserwaschen der spezifische Widerstand des reinen Wassers auf 17 MΩ cm oder mehr eingestellt und seine Strömungsgeschwindigkeit auf 50 bis 60 1/min. Die pro Quarzglastiegel verwendete Wassermenge wurde auf 150 Liter eingestellt, und die Wassertemperatur auf 55 bis 65 °C. Beim Waschen mit Fluorwasserstoffsäure wurde der Ätzgrad an der Innenfläche auf etwa 8 µm eingestellt. Die Verteilung (Peakposition und Konzentrationsverhältnis der Gesamtkonzentration) in der Tiefenrichtung der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca um die Tiegelinnenfläche wurde durch Änderung der Waschzeit mit Fluorwasserstoffsäure (Ätzmenge) eingestellt.
Dann wurde die arithmetische mittlere Rauheit Ra (µm) der Innenfläche für jede der Quarzglastiegelproben A1 bis A8 gemessen. Um die Verunreinigungskonzentration eines oberen Oberflächenschichtabschnitts der Quarzglastiegelinnenfläche zu bewerten, wurde ferner eine Probe eines Quarzglasstücks im oberen Oberflächenschichtabschnitt mit einem SAICAS-Verfahren (Surface And Interfacial Cutting Analysis System) entnommen.
7 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip des SICAS-Verfahrens veranschaulicht.
Wie in 7 dargestellt, wird beim SAICAS-Verfahren eine Schrägschneidvorrichtung 20 verwendet, und eine Schneidklinge 21 wird in einer horizontalen Richtung D_x und einer vertikalen Richtung D_Y bewegt, um den oberen Oberflächenschichtabschnitt auf der Innenfläche 10i des Quarzglastiegels 1 schräg dünn abzukratzen und dadurch das Quarzglasstück zu entnehmen. Dadurch kann eine Fläche für den Nachweis der Verunreinigungskonzentration mittels D-SIMS, das später beschrieben wird, vergrößert werden, um die Nachweisempfindlichkeit zu verbessern. Somit kann die Verunreinigungskonzentrationsverteilung im oberen Oberflächenschichtabschnitt des Quarzglastiegels 1 mit hoher Empfindlichkeit analysiert werden.
8(a) und 8 (b) sind Bilder des Quarzglasstücks, die nach dem SAICAS-Verfahren aufgenommen wurde. 8(a) veranschaulicht einen Abschnitt der Tiegelinnenfläche nach dem Schneiden des Quarzglasstücks, und 8(b) veranschaulicht das aus der Tiegelinnenfläche ausgeschnittene Quarzglasstück. Die Breite des Quarzglasstücks beträgt ca. 50 µm, die Länge davon ca. 500 µm und die Schnitttiefe ca. 50 µm. Somit ist das Quarzglasstück als Probe sehr schlank und dünn.
Dann wurde die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca, die in dem Quarzglasstück jeder der Quarzglastiegelproben A1 bis A8 enthalten waren, gemäß D-SIMS (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry) gemessen. Die Verunreinigungskonzentration wurde unter Verwendung der in 8(b) dargestellten Probe in einer Tiefenposition von 0 bis 8 µm (ein Abschnitt des ersten Oberflächenschichtabschnitts Z₁) von der Tiegelinnenfläche, in einer Tiefenposition von 16 bis 32 µm (zweiter Oberflächenschichtabschnitt Z₂) und in einer Tiefenposition von 32 bis 500 mm (dritter Oberflächenschichtabschnitt Z₃) gemessen. Danach wurden das Gesamtkonzentrationsverhältnis ([II/I]) von Na, K und Ca, das Gesamtkonzentrationsverhältnis ([III/I]) von Na, K und Ca und der Gesamtkonzentrationsgradient von Na, K und Ca im dritten Oberflächenschichtabschitt Z₃ durch Berechnung ermittelt. Es ist zu beachten, dass das Gesamtkonzentrationsverhältnis ([II/I]) von Na, K und Ca ein Verhältnis des Peakwerts (II) der Gesamtkonzentration im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ zum Durchschnittswert (I) der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 bis 8 µm von der Tiegelinnenfläche ist. Auch das Gesamtkonzentrationsverhältnis ([III/I]) von Na, K und Ca ist ein Verhältnis des Durchschnittswerts (III) der Gesamtkonzentration im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ zum Durchschnittswert (I) der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 bis 8 µm von der Tiegelinnenfläche.
Dann wurden andere Quarzglastiegelproben, die unter den gleichen Bedingungen wie die Proben A1 bis A8 hergestellt wurden, hergestellt, und ein Silicium-Einkristall wurde tatsächlich darin hochgezogen. Danach wurde die Anzahldichte (die Anzahl der braunen Ringe/cm²) der auf der Innenfläche des Quarzglastiegels erzeugten braunen Ringe bewertet. Zusätzlich wurden eine Verzögerungszeit (Std.) für den Silicium-Einkristall und eine Einkristall-Ausbeute (%) bewertet. Es ist zu beachten, dass sich die Verzögerungszeit (Std.) auf die Zeitdifferenz zwischen dem Startzeitpunkt des ersten Einschnürungsschritts und dem Startzeitpunkt des letzten Einschnürungsschritts bei der Herstellung eines Silicium-Einkristalls bezieht. Wenn der Einkristall normal hergestellt wird, ohne dass der Einkristall erneut hochgezogen wird, beträgt die Verzögerungszeit 0 Stunden. Die Einkristall-Ausbeute bezieht sich auf einen Wert, der sich aus (Einkristallgewicht nach zylindrischer Vermahlung) / (Siliciumrohmaterialgewicht) × 100 % ergibt.
9 ist eine Tabelle, die Bewertungsbedingungen und Ergebnisse für die Quarzglastiegelproben A1 bis A8 zeigt.
Wie in 9 dargestellt, betrug in den Beispielen 1 bis 4 (Proben A1 bis A4) das Konzentrationsverhältnis ([II/I]) in dem zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ 2 bis 19, das Konzentrationsverhältnis ([III/I]) in dem dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ 0,6 bis 1,0. und der Konzentrationsgradient in dem dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ betrug -8,5 × 10¹⁰ Atome/cm³/µm bis -8,6 × 10¹¹ Atome/cm³/µm. Auch die arithmetische durchschnittliche Rauheit der Innenfläche am Tiegelbodenabschitt betrug 0,02 bis 0,03 µm. Ferner betrug in den verwendeten Tiegeln nach dem Hochziehen des Silicium-Einkristalls die Anzahldichte der braunen Ringe auf der Tiegelinnenfläche 2/cm² oder weniger, und das Ablösungsflächenverhältnis betrug 8 % oder weniger. Somit wurden im Allgemeinen gute Ergebnisse erzielt. Ferner trat bei den Ergebnissen des Silicium-Einkristall-Hochziehens keine Verzögerungszeit auf, und die Einkristall-Ausbeute betrug 80 % oder mehr.
Im Vergleichsbeispiel 1 (Probe A5) betrug das Konzentrationsverhältnis ([II/I]) im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ 1, das Konzentrationsverhältnis ([III/I]) im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ 0,1 und der Konzentrationsgradient im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ -2,9 × 10¹⁰ Atome/cm³/µm. Auch die arithmetische durchschnittliche Rauheit der äußersten Oberfläche betrug 0,03 µm. Ferner betrug in den verwendeten Tiegeln nach dem Hochziehen des Silicium-Einkristalls die Anzahldichte der braunen Ringe auf der Tiegelinnenfläche 5/cm², und das Ablösungsflächenverhältnis betrug 26 %. Ferner betrug bei den Ergebnissen des Silicium-Einkristall-Hochziehens die Verzögerungszeit 15,3 Stunden, und die Einkristall-Ausbeute betrug 35,1 %. In der Probe A5 ist die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ relativ niedrig, und die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ war sehr niedrig, und somit wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der erzeugten braunen Ringe und das Ablösungsflächenverhältnis der braunen Ringe zugenommen haben, was zu Verwerfungen des Einkristalls führt.
Im Vergleichsbeispiel 2 (Probe A6) betrug das Konzentrationsverhältnis ([II/I]) im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ 1, das Konzentrationsverhältnis ([III/I]) im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ 0,1 und der Konzentrationsgradient im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ -8,9 × 10¹⁰ Atome/cm³/µm. Auch die arithmetische durchschnittliche Rauheit der äußersten Oberfläche betrug 0,02 µm. Ferner betrug in den verwendeten Tiegeln nach dem Hochziehen des Silicium-Einkristalls die Anzahldichte der braunen Ringe auf der Tiegelinnenfläche 6/cm², und das Ablösungsflächenverhältnis betrug 31 %. Ferner betrug bei den Ergebnissen des Silicium-Einkristall-Hochziehens die Verzögerungszeit 5,3 Stunden, und die Einkristall-Ausbeute betrug 51,5 %. Auch in der Probe A6 war die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ relativ niedrig, und die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ war sehr niedrig, und somit wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der erzeugten braunen Ringe und das Ablösungsflächenverhältnis der braunen Ringe zugenommen haben, was zu Verwerfungen des Einkristalls führt.
Im Vergleichsbeispiel 3 (Probe A7) betrug das Konzentrationsverhältnis ([II/I]) im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ 2, das Konzentrationsverhältnis ([III/I]) im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ 0,1, und der Konzentrationsgradient im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ -5,9 × 10¹⁰ Atome/cm³/µm. Auch die arithmetische durchschnittliche Rauheit der äußersten Oberfläche betrug 0,04 µm. Ferner betrug in den verwendeten Tiegeln nach dem Hochziehen des Silicium-Einkristalls die Anzahldichte der braunen Ringe auf der Tiegelinnenfläche 2/cm², und das Ablösungsflächenverhältnis betrug 42 %. Ferner trat bei den Ergebnissen des Silicium-Einkristall-Hochziehens keine Verzögerungszeit auf, aber die Einkristall-Ausbeute betrug 60,5 %. In der Probe A7 war die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ sehr niedrig, und daher wird davon ausgegangen, dass das Ablösungsflächenverhältnis zunahm, was zu Verwerfungen des Einkristalls führt.
Im Vergleichsbeispiel 4 (Probe A8) betrug das Konzentrationsverhältnis ([II/I]) im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ 21, das Konzentrationsverhältnis ([III/I]) im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ 0,8, und der Konzentrationsgradient im dritten Oberflächenschichtabschnitt Z₃ -4,3 × 10¹⁰ Atome/cm³/µm. Auch die arithmetische durchschnittliche Rauheit der äußersten Oberfläche betrug 0,05 µm. Ferner betrug in den verwendeten Tiegeln nach dem Hochziehen des Silicium-Einkristalls die Anzahldichte der braunen Ringe auf der Tiegelinnenfläche 1/cm², und das Ablösungsflächenverhältnis betrug 36 %. Ferner trat bei den Ergebnissen des Silicium-Einkristall-Hochziehens keine Verzögerungszeit auf, aber die Einkristall-Ausbeute betrug 45,9 %. In der Probe A8 war die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im zweiten Oberflächenschichtabschnitt Z₂ relativ übermäßig hoch, und somit wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der erzeugten braunen Ringe und das Ablösungsflächenverhältnis zunahmen, was zu Verwerfungen des Einkristalls führt.
Bezugszeichenliste

1: Quarzglastiegel
10a: Seitenwandabschnitt
10b: Bodenabschnitt
10c: Eckabschnitt
10i: Innenfläche
10o: Außenfläche
11: Transparente Schicht
12: Blasenschicht
14: Form
14i: Forminnenfläche
14a: Entlüftungsloch
15: Lichtbogenelektrode
16: Abgelagerte Schicht
16A: Synthetisches Quarzpulver
16B: Natürliches Quarzpulver
20: Schrägschneidvorrichtung
21: Schneidklinge
S11: Tiegelherstellungsschritt
S12: Reinwasser-Waschschritt
S13: Schritt des Wasches mit Fluorwasserstoffsäure (Ätzen)
S14: Nachwaschschritt S21: Rohmaterialschmelzschritt
S22: Tauchschritt
S23: Einschnürungsschritt
S24: Schritt des Wachsens des Schulterabschnitts
S25: Schritt des Wachsens des geraden Körperabschnitts
S26: Schritt des Wachsens des Endabschnitts
S27: Kühlschritt
X: Oberflächenschichtabschnitt
Z1: Erster Oberflächenschichtabschnitt
Z2: Zweiter Oberflächenschichtabschnitt
Z3: Dritter Oberflächenschichtabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005306708 [0006]
JP 2005320241 [0006]
JP 2009161364 [0006]
JP 2012136400 [0006]

Claims

Quarzglastiegel, dadurch gekennzeichnet, dass ein Peak einer Verteilung einer Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einer Tiefenrichtung von einer Innenfläche des Tiegels an einer Position, die tiefer als die Innenfläche liegt, vorhanden ist.
Quarzglastiegel nach Anspruch 1, wobei der Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 µm oder weniger von der Innenfläche vorhanden ist.
Quarzglastiegel nach Anspruch 2, wobei der Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm weniger von der Innenfläche vorhanden ist.
Quarzglastiegel nach Anspruch 3, wobei der Peakwert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca im Bereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche das 2-Fache oder mehr und 19-Fache oder weniger eines Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Durchschnittswert der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger von der Innenfläche das 0,6-Fache oder mehr und das 1-Fache oder weniger des Durchschnittswerts der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 5, wobei die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 32 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger von der Innenfläche einen negativen Konzentrationsgradienten mit der Tiefenrichtung als positiver Richtung aufweist.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Durchschnittswert einer Gesamtkonzentration von Li, Al, Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 0 µm oder mehr und 8 µm oder weniger von der Innenfläche 3,6 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder mehr und 5,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend: eine transparente Schicht aus Quarzglas, die keine Blasen enthält und die Innenfläche darstellt; und eine Blasenschicht aus Quarzglas, die eine große Anzahl von Blasen enthält und außerhalb der transparenten Schicht angeordnet ist, wobei die Dicke der transparenten Schicht vorzugsweise 1 mm oder mehr beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel umfassend: Herstellen eines Quarzglastiegels durch Lichtbogenschmelzen von Rohmaterial-Quarzpulver, das auf einer Innenfläche einer rotierenden Form abgelagert ist; Waschen einer Innenfläche des Quarzglastiegels mit reinem Wasser, wodurch die Gesamtkonzentration von Na, K und Ca, die in einem Quarzglas um die Innenfläche herum enthalten sind, im Vergleich zu derjenigen vor dem Waschen verringert wird; und Ätzen der Innenfläche mit einer Waschflüssigkeit, die Fluorwasserstoffsäure enthält.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach Anspruch 9, wobei ein spezifischer Widerstand des reinen Wassers, das beim Schritt des Waschens der Innenfläche des Quarzglastiegels mit dem reinen Wasser verwendet wird, 17 MΩ, cm oder mehr beträgt, die pro Quarzglastiegel zu verwendende Wassermenge 125 Liter oder mehr beträgt und die Wassertemperatur 45 bis 99 °C beträgt.
Herstellungsverfahren eines Quarzglastiegels nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Ätzgrad an der Innenfläche 5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger beträgt und wobei ein Peak der Gesamtkonzentration von Na, K und Ca in einem Tiefenbereich von 16 µm oder mehr und 32 µm oder weniger von der Innenfläche eingestellt ist.