JP2006213556A - シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボとその製造方法、および取り出し方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 シリコン単結晶引上げ終了時の使用済みルツボの取り出しが容易な石英ガラスルツボを提供する。
【手段】 外表面の全面または一部、好ましくはルツボ側壁の外表面に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボであり、引上げ終了後の冷却時にルツボ外層がサセプターに密着しても小さく破損するので、工具などで破砕する必要がなく、高価なサセプターを損傷する虞がない。
【選択図】 なし
【手段】 外表面の全面または一部、好ましくはルツボ側壁の外表面に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボであり、引上げ終了後の冷却時にルツボ外層がサセプターに密着しても小さく破損するので、工具などで破砕する必要がなく、高価なサセプターを損傷する虞がない。
【選択図】 なし
Description
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶引上げに使用する石英ガラスルツボに関し、特に引上げ終了時の使用済みルツボの取り出しが容易な石英ガラスルツボに関する。
ＣＺ法によるシリコン単結晶引上げに使用する石英ガラスルツボは、単結晶の大口径化に伴って大型化し、高温の熱環境下に長時間曝されるため、より高い強度が求められており、その解決方法の一例として、ルツボ表面に結晶化促進剤を施し、引上げ工程の高温下でルツボ表面を結晶化することによってルツボ強度を高める技術が実用に供されている（特許文献１、２、３）。
上記シリコン単結晶の引上げにおいては、サセプターに石英ガラスルツボを装着してルツボ全体を加熱し、ルツボ内部にチャージした多結晶シリコン塊を溶融して単結晶を引き上げる。溶融シリコンに接触する石英ガラスルツボの内表面は溶損するので、数回の引き上げ後に、サセプターには溶損したルツボが残り、この使用済みルツボには溶融シリコンが残留している。このルツボとシリコン残液は冷却するにつれて熱膨張率の違いによって互いに歪みが生じ、ルツボが破損し、ルツボ残がシリコン塊と共にサセプターに残る。このルツボ残は取り出されて廃棄される。
特許第３０４６５４５号公報
特開２０００−２４７７７８号公報
特開２００４−０２０８３号公報
特表２００４−５３１４４９号公報
従来の石英ガラスルツボは、ルツボ残をサセプターから取り出す際に、石英ルツボの側壁部分がサセプターに密着して取り出しに難渋する場合があり、工具を用いて密着した部分を破砕して取り出すなどの必要が生じ、大型ルツボにおいてはハンドリングが困難で、時には高価なサセプターに傷をつける場合も生じている。そのため、引上げ終了後にルツボ残を簡単に取り出すことができる石英ガラスルツボがユーザーから強く求められている。
本発明は、シリコン単結晶引き上げに使用する従来の石英ガラスルツボにおける上記問題を解決したものであり、引上げ終了後にルツボ残を簡単に取り出すことができる石英ガラスルツボとその製造方法を提供する。
本発明は以下の単結晶引上げ用石英ガラスルツボとその製造方法に関する。
（１）外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボ。
（２）ルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されている上記(1)の石英ガラスルツボ。
（３）アーク溶融回転モールド法による石英ルツボの製造方法において、ルツボ外表面部分を形成する原料石英粉として結晶化促進剤を混在させたものを用い、結晶化促進剤を含有する原料石英粉の堆積厚みを制御することによって、結晶化時におけるルツボ外表面の結晶層の厚みを０.５〜２mmにする石英ガラスルツボの製造方法。
（４）上記(1)または(2)の石英ガラスルツボを使用したシリコン単結晶引上げ後に、サセプターに装着した状態で使用済みルツボを冷却して破砕し、そのルツボ残を除去することを特徴とする使用済みルツボの取り出し方法。
（１）外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボ。
（２）ルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されている上記(1)の石英ガラスルツボ。
（３）アーク溶融回転モールド法による石英ルツボの製造方法において、ルツボ外表面部分を形成する原料石英粉として結晶化促進剤を混在させたものを用い、結晶化促進剤を含有する原料石英粉の堆積厚みを制御することによって、結晶化時におけるルツボ外表面の結晶層の厚みを０.５〜２mmにする石英ガラスルツボの製造方法。
（４）上記(1)または(2)の石英ガラスルツボを使用したシリコン単結晶引上げ後に、サセプターに装着した状態で使用済みルツボを冷却して破砕し、そのルツボ残を除去することを特徴とする使用済みルツボの取り出し方法。
本発明の石英ガラスルツボは、外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが冷却時の破砕に適した厚さに形成されているので、引き上げ終了後にルツボが次第に冷却したときに、ガラス質シリカと結晶質シリカの熱膨張率の違いからルツボ外表面の結晶化層から亀裂が生じてルツボが小さく破損し、サセプターにルツボが密着しても、ルツボ残をサセプターから容易に取り出すことができる。
特にルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが冷却時の破砕に適した厚さに形成されているので、引上げ終了後の冷却時にルツボ側壁部分が小さく破損するので、工具などで破砕する必要がなく、従って、高価なサセプターを損傷する虞がない。
また、本発明の石英ガラスルツボは、引き上げ時の高温下で、ルツボ外表面が結晶化するのでルツボの強度が向上し、安定に引き上げを行うことができると共にルツボの寿命が長くなる。
以下、本発明を実施例および比較例と共に具体的に説明する。
本発明のルツボは、外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボである。特に、本発明のルツボは、ルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されている石英ガラスルツボである。
本発明のルツボは、外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボである。特に、本発明のルツボは、ルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されている石英ガラスルツボである。
ルツボ外表面に結晶化促進剤を施して使用時の高温下で外表面に結晶層を生成させる技術は、上記特許文献１〜４に記載されているが、何れの開示例も、高温下でのルツボ強度を高めることを目的としたものであり、引き上げ後の冷却時にルツボがサセプターに貼着しても適度に破砕されることを目的としたものではない。例えば、上記特許文献２（特開２０００−２４７７７８号公報）には、ルツボ外層（厚さ４mm）のアルミニウム濃度を高くすると共にアルミニウム濃度の少ない高純度の内層を設け、さらに外層と内層の中間にアルミニウム濃度が段階的に減少する中間層を設けて内部応力の歪みを緩和し、破損を防止した石英ガラスルツボ（肉厚約８mm）が開示されている（文献２：実施例１、図２および図５）。
従来の上記石英ガラスルツボは、高温下での十分なルツボ強度を得るために肉厚に対して約半分の層厚の外層部分に高濃度のアルミニウムが含有させて結晶化させるものであるため、使用中に内部歪みによる破損を防止する中間層を設けているが、引き上げ終了後の冷却時には内部歪みが大きいために破壊が進みすぎて冷却の途中で崩落が生じ、湯漏れを起こす危険がある。
そこで、本発明の石英ガラスルツボは、ルツボ外表面の結晶層が冷却時の破砕に適した層厚になるように形成したものであり、具体的には、高温下での結晶化の際に、結晶層の厚さが０.５〜２mmとなるように結晶化促進剤を含む層厚を制御した石英ガラスルツボである。上記結晶層の厚みが０.５ｍｍより薄いと十分な破壊効果が得られず、一方、２ｍｍを超えると破壊が進みすぎて冷却の途中で崩落が生じ、湯漏れを起こす危険がある。
ルツボ外表面の結晶化層は、必ずしも外表面の全面に設ける必要はなく、その一部、例えば、ルツボ側壁の外表面にだけ設けても、ルツボ残の取り出しに十分に有効である。
本発明に使用する結晶化促進剤としては、従来知られている促進剤をすべて使用することができる。特に好ましいのはＡｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｎａ、Ｌｉなどである。結晶化層の厚みを調整する方法としては、ルツボ外層を形成する原料石英粉の最外層部に結晶化促進剤粉末を所定の厚さに含有させる方法が好適に用いられる。この他、結晶化促進剤を含む溶液に浸漬させた原料石英粉を最外層部に供給してもよい。結晶化促進剤の濃度は５〜３００ppmであれば良い。このように結晶化促進剤を含有する原料石英粉の堆積厚みを制御し、次いで、通常のアーク溶融回転モールド法を実施して本発明の石英ガラスルツボを製造することができる。
上記アーク溶融回転モールド法に従い、外層に結晶化促進剤を含有する石英ガラスルツボを製造した。この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。この結果を、外層の結晶化促進剤の濃度、結晶化層の層厚等と共に、表１に示した。
本発明の実施例に係る石英ガラスルツボ（No.A1〜A5）は何れもルツボの外表面が完全に結晶化し、リチャージ法を用いて３回繰り返して引上げを行っても、ルツボは十分な強度を示したうえ、冷却後はルツボ外表面が細かく破砕して剥離し、ルツボ残を極めて容易に取り出すことができた。
一方、本発明から外れる石英ガラスルツボ（No.B1〜B2）は、ルツボの外表面が完全に結晶化し、リチャージ法を用いて２回繰り返して引上げを行っても、ルツボは十分な強度を示したが、比較例Ｂ１は引き上げ終了後の冷却時にルツボ外表面の結晶層が破砕せず、ルツボ残のモールドからの剥離が困難であった。また比較例Ｂ２は通常の冷却速度では途中で破砕し、ルツボの崩壊を防ぐため冷却に長時間を要した。
Claims (4)
- 外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、高温下で外表面が結晶化するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、ルツボ外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボ。
- ルツボ側壁の外表面の全面または一部に結晶化促進剤を含有し、ルツボ側壁外表面の結晶層の厚みが０.５〜２mmとなるように形成されている請求項１の石英ガラスルツボ。
- アーク溶融回転モールド法による石英ルツボの製造方法において、ルツボ外表面部分を形成する原料石英粉として結晶化促進剤を混在させたものを用い、結晶化促進剤を含有する原料石英粉の堆積厚みを制御することによって、結晶化時におけるルツボ外表面の結晶層の厚みを０.５〜２mmにする石英ガラスルツボの製造方法。
- 請求項１または２の石英ガラスルツボを使用したシリコン単結晶引上げ後に、サセプターに装着した状態で使用済みルツボを冷却して破砕し、そのルツボ残を除去することを特徴とする使用済みルツボの取り出し方法。
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