JP2014065621A - シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】石英原料粉末を成形型11内に供給して直胴部、コーナー部および底部を有するシリカ粉成形体20を形成し、このシリカ粉成形体20をアーク放電により加熱溶融してシリカガラスルツボを得る製造方法であって、酸素雰囲気中でのアーク放電による加熱溶融の際に、シリカ粉成形体20の開口端部に接するようにカーボン部材21を配置する。
【選択図】図2
Description
前記外層の不透明層は、合成シリカガラスに比べて、純度は低いものの、耐熱性に優れた天然シリカ原料により形成され、多数の気泡を含有している。一方、前記内層の透明層は、引上げられるシリコン単結晶インゴットに対する不純物汚染の抑制のため、高純度の合成シリカ原料により形成され、また、前記単結晶インゴットの結晶化率の向上等の観点から、ルツボ内表面は平滑に形成される。
このようなシリカガラスルツボの前記内層はシリコン単結晶引上げ開始前において実質的に無気泡の透明層であるが、シリコン単結晶引上げのために減圧、高温に曝されると気泡が生じ、その気泡が膨張することによりルツボ内表面が剥離する、もしくは気泡内部のガスがガス泡となって原料シリコン融液内に放出されることがある。この剥離片やガス泡が原料シリコン融液の対流によりシリコン単結晶の成長界面に到達し、取り込まれるとシリコン単結晶の品質を低下させるという問題があった。
アーク放電による加熱溶融の際、カーボン電極から生じるカーボン粒子がルツボ内表面に付着することを防止するため、加熱溶融中の酸素供給をなくすることはできないが、シリカ粉成形体の開口端部にカーボン部材を設け、該開口端部からシリカ粉成形体内へ侵入する酸素をカーボン部材との反応、燃焼などによって防止することで、得られるシリカガラスルツボの透明層における酸素過剰欠陥の増加を抑制することができることを見出して、本発明を完成したものである。
このような製造方法によれば、加熱溶融中において透明層のシリカガラス構造内に酸素を取り込むことを抑制し、透明層内の酸素過剰欠陥を少なくすることができる。
カーボン部材を上記範囲とすることにより、シリカガラス中のOH濃度が増加して透明層の高温強度が低下することなく、加熱溶融中において透明層のシリカガラス構造内に酸素を取り込むことを抑制し、透明層内の酸素過剰欠陥を少なくすることができる。
このような製造装置によれば、加熱溶融中において透明層のシリカガラス構造内に酸素を取り込むことを抑制し、透明層内の酸素過剰欠陥を少なくすることができる。
ここで、不透明層とは、シリカガラス中に多数の気泡(好ましくは、20個/mm3以上)を含み、見かけ上、白濁した状態のシリカガラス層であり、透明層とは、シリカガラス中に気泡をほとんど含まず(好ましくは、2個/mm3以下)、実質的に透明であるシリカガラス層を意味する。
なお、一般に、不透明層は、純度は低いものの、耐熱性に優れた、水晶等の天然シリカ原料により形成し、透明層は、シリコンアルコキシドの加水分解等により得られる高純度の合成シリカ原料により形成する。
そして、この天然シリカ原料粉末に続いて合成シリカ原料粉末がルツボ成形用型11内に供給され、合成シリカ原料粉末は、遠心力によって天然シリカ原料粉末の層に押圧され一つの合成シリカ原料粉末層20aが形成され、全体としてルツボ形状の2層のシリカ粉成形体20が形成される。
その後、シリカ粉成形体20の開口端部にカーボン部材21を配置して、大気雰囲気において減圧機構18の作動により減圧し、カーボン電極19に通電してシリカ粉成形体20の内側から加熱し、シリカ粉成形体20を内側から順次溶融する。
気孔率が20%未満である場合には、酸素との反応性が乏しく、酸素を完全に燃焼させられないため、カーボン部材とシリカ粉成形体との間から酸素が回り込んでしまい、透明層のシリカガラス構造内に酸素を取り込むことを抑制できなくなるため好ましくない。
一方、気孔率が40%を超える場合には、カーボン部材の酸化が激しくなり、カーボン部材の劣化や割れが生じるため好ましくない。
[実施例1]
上記の実施の形態において説明した製造装置を用いた製造方法により、外径約600mm、高さ約500mmのシリカ粉成形体を形成し、シリカ粉成形体の開口端部に、シリカ粉成形体の内表面から1mm外周側となるように厚さ30mmのカーボン部材を配置し、カーボン部材の内表面にシリカ粉成形体と内表面と同じ内径になるまで合成シリカ粉層を形成し、アーク放電により加熱溶融してシリカガラスルツボを製造した。
上記実施例1において、カーボン部材の位置および厚さを下記表1の実施例2〜6、比較例1〜4に示すように変化させ、それ以外は実施例1と同様にしてシリカガラスルツボを製造した。
上記実施例1において、カーボン部材を配置しないこと以外は実施例1と同様にしてシリカガラスルツボを製造した。
また、上記実施例及び比較例において製造したシリカガラスルツボを、カーボンルツボに嵌め込んでセットし、ルツボ外周からヒータ加熱して、ルツボ内で多結晶シリコン原料を溶融させ、CZ法により、直径8インチのシリコン単結晶引上げを行った。
これらの評価結果をまとめて表1に示す。
尚、それぞれの気泡密度は、各ルツボ周方向に略等間隔で4点(90°間隔)切り出したサンプルを測定した平均値と定義した。
2 透明シリカガラス層
3 不透明シリカガラス層
10 シリカガラスルツボ製造装置
11 ルツボ成形用型
12 内側部材
13 通気部
14 保持体
15 回転軸
16 開口部
17 排気口
18 減圧機構
19 カーボン電極
20 シリカ粉成形体
21 カーボン部材
22 合成シリカ粉層
Claims (4)
- 石英原料粉末を成形型内に供給して直胴部、コーナー部および底部を有するシリカ粉成形体を形成し、このシリカ粉成形体をアーク放電により加熱溶融してシリカガラスルツボを得る製造方法であって、
酸素雰囲気中でのアーク放電による加熱溶融の際に、シリカ粉成形体の開口端部に接するようにカーボン部材を配置することを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法。 - 前記カーボン部材が厚さ30mm以上であり、かつ、内径がシリカ粉成形体の内表面から0mm超5mm以内に配置したことを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
- 石英原料粉末を成形型内に供給して直胴部、コーナー部および底部を有するシリカ粉成形体を形成し、このシリカ粉成形体をアーク放電により加熱溶融してシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボを得る製造装置であって、
シリカ粉成形体の直胴部の開口端部を覆うようにカーボン部材を配置したことを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造装置。 - 前記カーボン部材が厚さ30mm以上であり、かつ、内径がシリカ粉成形体の内表面から0mm超5mm以内に配置されていることを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造装置。
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