JP2012116710A - シリカガラスルツボの製造方法、シリカガラスルツボ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶又は多結晶シリコンインゴット製造用のシリカガラスルツボ1の製造方法であって、前記ルツボ1は、ルツボ形状のシリカ粉焼結体3に対して、前記シリカ粉焼結体3をルツボ内面側からアーク溶融させて前記シリカ粉焼結体3の厚さ方向の全部又は一部をガラス化させる工程を備え、(1)前記アーク溶融時にルツボ外面側から前記シリカ粉焼結体3を減圧することと、(2)前記アーク溶融時に前記シリカ粉焼結体3の内面に合成シリカ粉を散布することによってルツボ内面に合成シリカガラス層5を形成すること、のうちの少なくとも一方の手段を備えるシリカガラスルツボ1の製造方法。
【選択図】図1
Description
(1)前記アーク溶融時にルツボ外面側から前記シリカ粉焼結体を減圧することと、(2)前記アーク溶融時に前記シリカ粉焼結体の内面に合成シリカ粉を散布することによってルツボ内面に合成シリカガラス層を形成すること、
のうちの少なくとも一方の手段を備えるシリカガラスルツボの製造方法が提供される。
本実施形態のシリカガラスルツボの製造方法は、単結晶又は多結晶シリコンインゴット製造用のシリカガラスルツボの製造方法であって、ルツボ1は、ルツボ形状のシリカ粉焼結体3に対して、シリカ粉焼結体3をルツボ内面側からアーク溶融させてシリカ粉焼結体3の厚さ方向の全部又は一部をガラス化させる工程を備え、
(1)前記アーク溶融時にルツボ外面側からシリカ粉焼結体3を減圧することと、(2)前記アーク溶融時にシリカ粉焼結体3の内面に合成シリカ粉を散布することによってルツボ内面に合成シリカガラス層5を形成すること、のうちの少なくとも一方の手段を備える。
以下、各構成要素について詳細に説明する。
本実施形態の方法で用いられるシリカ粉焼結体3は、図1(a)に示すようにルツボ形状である。図1(a)には丸底のルツボ形状のシリカ粉焼結体3を示しているが、シリカ粉焼結体3は、平底のルツボ形状であってもよい。また、本実施形態の方法は、単結晶シリコンインゴット引き上げ用ルツボと多結晶シリコンインゴット製造用のルツボの両方を対象としており、ルツボの上面から見た形状は、円形であっても四角形であってもよい。
ところで、「粒度」とは、一般に、JIS Z 8901「試験用粉体及び試験用粒子」の用語の定義の項にあるように、ふるい分け法によって測定した試験用ふるいの目開きで表したもの、沈降法によるストークス相当径で表したもの、顕微鏡法による円相当径で表したもの及び光散乱法による球相当、並びに電気抵抗試験方法による球相当値で表したものを示す(粒子径ともいう)が、本明細書においては、粒度分布の測定は、レーザー光を光源としたレーザー回折・散乱式測定法を用いる。
原理は、粒子に光を照射した時、各粒子径により散乱される散乱光量とパターンが異なることを利用する(ミー散乱)。レーザー光を粒子に照射した場合、粒子径が大きな場合は全周方向に散乱強度が強く、特に前方の散乱光強度が強く検出される。また、粒子径が小さくなるに従い、全体的に散乱光強度が弱くなり、強い前方散乱光が弱く検出される。このため粒子径が大きな粒子の場合、粒子によって散乱された光のうち、前方散乱光を凸レンズで集めるとその焦点面上に回折像を生じる。その回折光の明るさと大きさは、粒子の大きさ(粒径)によって決まる。従ってこれらの散乱光情報を利用すれば容易に粒子径が得られる。一方、粒子径が小さくなると、前方散乱光の強度が減少し、前方に設置した検出器では検出が困難であるが、側方および後方の散乱光の散乱パターンが粒子径によって異なることから、これらを測定すれば粒子径を求めることができる。以上の測定結果と得られた光の散乱パターンと同等な散乱パターンを示す球形粒子を比較し、粒度分布として出力する。従って、得られる粒径とは、例えば、1μm直径の球と同じ回折・散乱光のパターンを示す被測定粒子の径は、その形状に関わらず、1μm直径として判定される。従って、他の測定方法では、目視や画像解析では、ランダムに配向した粒子を一定軸方向の長さについて測定する「定方向径」や、粒子の投影面積に等しい理想形状(通常は円)の粒子の大きさを求める「相当径」、この他に粒子の長軸と短軸の比率を表すアスペクト比とは異なる。そして、「平均粒径」とは、得られた粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。
アーク溶融工程では、図1(b)に示すように、シリカ粉焼結体3をモールド7にセットし、その状態でシリカ粉焼結体3をルツボ内面側からアーク溶融させてシリカ粉焼結体3の厚さ方向の全部又は一部をガラス化させる。これによって、ルツボ形状のシリカ粉焼結体3の内面を溶融させて形成したシリカガラス層5を有するシリカガラスルツボ1が得られる。アーク溶融は、モールド7を回転させながら、炭素電極8の間でアーク放電10させることによって行うことができる。シリカ粉焼結体3を溶融させる厚さは、アーク溶融の時間を変化させることによって調節可能である。アーク溶融を十分に長い時間行ってシリカ粉焼結体3の全体をガラス化させてシリカガラス層5にしても、アーク溶融を比較的短い時間行って、ルツボ外層に未溶融焼結体層9が残るようにしてもよい。未溶融焼結体層9は強度が比較的高く、未溶融焼結体層9が外層に設けられることによって、ルツボ1の強度が向上する。未溶融焼結体層9の厚さは、例えば、ルツボ1の壁厚の30%〜90%であり、30〜60%が好ましく、具体的には例えば、30,40,50,60,70,80,90%であり、ここで例示した何れか2つの数値の間の範囲内であってもよい。薄すぎるとルツボ1の強度向上の効果が小さく、厚すぎると、内面のシリカガラス層5の厚さが薄くなりすぎるからである。
モールド7には多数の通気口11が設けられており、この通気口11を通じてルツボ外面側からシリカ粉焼結体3を減圧することが可能である。減圧の圧力は、−50以上〜−95kPa未満にすることが好ましい。この程度強く減圧すると、シリカ粉焼結体3が溶融されると、そこに含まれる気泡が直ちに除去され、気泡を実質的に有さない(気泡含有率が0.5%未満の)透明層を作製することができる。従来技術で述べた回転モールド減圧法によってルツボを製造する場合、シリカ粉の粒径の下限は100μm程度であり、それよりも小さいとシリカ粉層形成時に粉が舞ってしまってシリカ粉層を安定して形成することができない。また、シリカ粉層を形成できたとしてもアークの衝撃波でシリカ粉、特にアーク直下の部分が吹き飛んでしまう。従って、シリカ粉の粒径はある程度大きくせざるを得ず、シリカ粉の個々の粒子内に気泡が閉じ込められる。そして、この気泡がアーク溶融後のシリカガラス層中にも含まれる。一方、本実施形態の方法によれば、個々の粒子内部に気泡が閉じ込められない程度のサイズにまで細かく粉砕したシリカ粉を用いて焼結体を形成することが容易であるので、個々の粒子中の気泡を除去することが容易であり、従って、気泡を実質的に有さない透明層を形成することができる。
焼結体3を減圧しながらアーク溶融する代わりに又は減圧すると共に、アーク溶融時にシリカ粉焼結体3の内面に合成シリカ粉を散布する(不図示)ことによってルツボ内面に合成シリカガラス層(以下,「合成層」と称する)を形成する工程を備えることが好ましい。この場合、図2に示すように内面側に合成層13を有するルツボ1が得られる。合成シリカ粉とは、四塩化珪素(SiCl4)の気相酸化(乾式合成法)や、シリコンアルコキシド(Si(OR)4)の加水分解(ゾル・ゲル法)などの化学合成によって製造されるシリカ粉である。
外径470mm、高さ345mm、壁厚15mmの平底のシリカ粉焼結体を製造し、このシリカ粉焼結体をモールドにセットし、モールド側から減圧した状態で、シリカ粉焼結体をルツボ内面側からアーク溶融させてシリカ粉焼結体の厚さ方向の半分が溶融した時点でアーク溶融を終了させ、冷却してガラス化させた。アーク溶融の温度は、約2200℃であり、減圧の圧力は、−70kPaであった。この結果、ルツボの内面側に気泡が実質的に存在しないシリカガラス層が形成されていることが確認できた。
外径470mm、高さ345mm、壁厚15mmの平底のシリカ粉焼結体を製造し、このシリカ粉焼結体をモールドにセットし、シリカ粉焼結体をルツボ内面側からアーク溶融させてシリカ粉焼結体が溶融し始めた直後に合成シリカ粉の散布を開始して、厚さ1mmの合成層を形成し、アーク溶融を終了させた。アーク溶融の温度は、約2200℃であった。この結果、ルツボの内面側に透明な合成層が形成されていることが確認できた。また、ルツボの壁厚に対する未熔融焼結体層の厚さは、壁厚全体の50%程度であった。
Claims (13)
- 単結晶又は多結晶シリコンインゴット製造用のシリカガラスルツボの製造方法であって、前記ルツボは、ルツボ形状のシリカ粉焼結体に対して、前記シリカ粉焼結体をルツボ内面側からアーク溶融させて前記シリカ粉焼結体の厚さ方向の全部又は一部をガラス化させる工程を備え、
(1)前記アーク溶融時にルツボ外面側から前記シリカ粉焼結体を減圧することと、(2)前記アーク溶融時に前記シリカ粉焼結体の内面に合成シリカ粉を散布することによってルツボ内面に合成シリカガラス層を形成すること、
のうちの少なくとも一方の手段を備えるシリカガラスルツボの製造方法。 - 前記合成シリカ粉の散布は、前記シリカ粉焼結体の内表面が溶融し始めてから開始する請求項1に記載の方法。
- 前記合成シリカ粉の散布は、前記シリカ粉焼結体の内表面が溶融し始めた直後に開始し、
前記アーク溶融は、所望厚さの合成シリカガラス層が形成された直後に終了する請求項1又は請求項2に記載の方法。 - 前記アーク溶融は、前記シリカ粉焼結体の内表面温度が1700〜2600℃になるように行う請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の方法。
- 前記シリカ粉焼結体は、シリカガラスを粉砕して得られたシリカ粉を分散媒と混合してスラリーにし、これをルツボ形状に形成した後、焼成する工程によって製造される請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の方法。
- 前記シリカ粉の平均粒径は1〜250μmである請求項5に記載の方法。
- 前記焼成の温度は、800〜1500℃である請求項5又は請求項6に記載の方法
- ルツボ形状のシリカ粉焼結体の内面を溶融させて形成したシリカガラス層を有するシリカガラスルツボ。
- 前記シリカガラス層は、気泡を実質的に含有しない請求項8に記載のルツボ。
- 前記シリカガラス層上に合成シリカガラス層を備える請求項8又は請求項9に記載のルツボ。
- 前記シリカガラス層は、少なくとも部分的に結晶化されている請求項8〜請求項10の何れか1つに記載のルツボ。
- 前記ルツボの外面側に未溶融焼結体層を有する請求項8〜請求項11の何れか1つに記載のルツボ。
- 前記シリカガラス層上に合成シリカガラス層を備え、前記未溶融焼結体層の厚さは、ルツボの壁厚の30%以上である請求項12の何れか1つに記載のルツボ。
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