JP2018043897A - Quartz glass crucible, and production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石英ガラスルツボ及びその製造方法に関し、特に原料シリコンの溶融開始からシリコン単結晶引き上げ初期段階において、ルツボ上端開口の倒れ込みを抑制し、且つルツボ上端領域におけるクラック発生を防止することのできる石英ガラスルツボ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a quartz glass crucible and a method for manufacturing the same, and in particular, in the initial stage of pulling a silicon single crystal from the start of melting of raw material silicon, can prevent the crucible upper end opening from falling and prevent cracks from occurring in the crucible upper end region. The present invention relates to a quartz glass crucible and a method for manufacturing the same.
シリコン単結晶の育成に関し、チョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く用いられている。この方法は、石英ガラスルツボ内に形成されたシリコン溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引き上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。 The Czochralski method (CZ method) is widely used for the growth of silicon single crystals. In this method, the seed crystal is brought into contact with the surface of the silicon melt formed in the quartz glass crucible, the crucible is rotated, and the seed crystal is pulled upward while rotating the seed crystal in the opposite direction. In this way, a single crystal is formed.
ところで、石英ガラスルツボは、年々大型化しているが、石英ガラスルツボの大型化は、多結晶シリコンの装填量を増大させることができ、生産性が向上するというメリットがある。
しかしながら、その反面、溶融の長時間化、加熱用カーボンヒータの大出力化といった難しい環境下で使用しなければならず、石英ガラスルツボへの悪影響も大きい。例えば、従来の石英ガラスルツボは、高温域での粘性値が低く、１４００℃以上の熱環境下では、長時間その形状を維持し難かった。そのため、石英ガラスルツボの変形による溶融シリコンの溶融面の変動、及び単結晶化率低下など、単結晶引き上げ工程で問題が生じていた。
By the way, although the quartz glass crucible is increasing in size year by year, the increase in the size of the quartz glass crucible has an advantage that the amount of polycrystalline silicon loaded can be increased and the productivity is improved.
However, on the other hand, it must be used in difficult environments such as a longer melting time and a larger output of the heating carbon heater, and the quartz glass crucible has a great adverse effect. For example, a conventional quartz glass crucible has a low viscosity value in a high temperature range, and it has been difficult to maintain its shape for a long time in a thermal environment of 1400 ° C. or higher. For this reason, problems have occurred in the single crystal pulling process, such as fluctuations in the melted surface of the molten silicon due to deformation of the quartz glass crucible and reduction in the single crystallization rate.
この問題を解決するため、特許文献１には、図５に示すように外層６１が結晶化促進剤としてのＡｌを添加した石英層、中間層６２が天然石英層、内層６３が高純度合成石英層からなる３層構造の石英ガラスルツボ６０について開示されている。
このルツボによれば、シリコン単結晶引き上げ工程の加熱昇温過程において、外層は１２００℃以上で一定加熱すると、クリストバライトへと結晶化する。
クリストバライトの成長過程においては、粘性が向上し、また、結晶化することで高い耐久性を得ることができるため、前記のようにルツボの変形や破損といった課題を解決することができる。
In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses that as shown in FIG. 5, the
According to this crucible, the outer layer is crystallized into cristobalite when heated constantly at 1200 ° C. or higher in the heating temperature raising process of the silicon single crystal pulling process.
In the growth process of cristobalite, the viscosity is improved, and high durability can be obtained by crystallization, so that the problems such as deformation and breakage of the crucible as described above can be solved.
しかしながら、特許文献１に開示された石英ガラスルツボのように３層構造のルツボにあっては、最外層のＡｌ添加石英ガラス層の粘性が低い場合、あるいはＡｌ添加石英ガラス層の厚さが殆ど無い場合に、ルツボ上部に内側方向への力が加わり、口元（ルツボ上端開口）の倒れ込み量が大きくなる虞があった。
また、最外層のＡｌ層を厚く形成すると、熱膨張率が大きくなり、ルツボ上端領域の急激な温度変化によって外層からクラックが発生するという課題があった。
However, in a crucible having a three-layer structure like the quartz glass crucible disclosed in Patent Document 1, when the viscosity of the outermost Al-added quartz glass layer is low, or the thickness of the Al-added quartz glass layer is almost the same. In the absence, there is a risk that an inward force is applied to the upper part of the crucible, and the amount of collapse of the mouth (crucible upper end opening) is increased.
Further, when the outermost Al layer is formed thick, the coefficient of thermal expansion increases, and there is a problem that cracks are generated from the outer layer due to a rapid temperature change in the upper end region of the crucible.
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、外層に結晶化促進剤添加石英ガラス層を有する３層構造の石英ガラスルツボにおいて、ルツボ上端開口の内側方向への倒れこみを抑制し、且つルツボ上端領域のクラック発生を防止することのできる石英ガラスルツボ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances described above. In a quartz glass crucible having a three-layer structure having a crystallization accelerator-added quartz glass layer as an outer layer, the crucible upper end opening is collapsed inward. An object of the present invention is to provide a quartz glass crucible that can be suppressed and can prevent crack generation in the upper end region of the crucible, and a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る石英ガラスルツボは、結晶化促進剤添加石英ガラスからなる外層と、天然石英ガラスからなる中間層と、高純度合成石英ガラスからなる内層とを有する３層構造の石英ガラスルツボであって、ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さは、前記ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さよりも薄いことに特徴を有する。
尚、前記ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さは、前記ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さの２０％〜５０％の範囲であることが望ましい。
また、前記中間層において、前記ルツボ上端領域の下端位置を中心とする所定高さの帯域には、該中間層の他の部位よりも粘度が高くなされていることが望ましい。
The quartz glass crucible according to the present invention made to solve the above problems has an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and an inner layer made of high-purity synthetic quartz glass. A quartz glass crucible having a three-layer structure, wherein the thickness of the outer layer in the crucible upper end region downward from the crucible upper end opening to a predetermined distance is thinner than the thickness of the outer layer on the side of the crucible below the crucible upper end region. It has the characteristics.
In addition, the thickness of the outer layer in the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward is in the range of 20% to 50% of the thickness of the outer layer on the side of the crucible below the crucible upper end region. Is desirable.
Further, in the intermediate layer, it is desirable that the band having a predetermined height centered on the lower end position of the crucible upper end region has a higher viscosity than other portions of the intermediate layer.
あるいは、前記課題を解決するためになされた本発明に係る石英ガラスルツボは、結晶化促進剤添加石英ガラスからなる外層と、天然石英ガラスからなる中間層と、高純度合成石英ガラスからなる内層とを有する３層構造の石英ガラスルツボであって、前記中間層において、ルツボ上端開口から下方に所定距離の位置を中心とする所定高さの帯域には、該中間層の他の部位よりも粘度が高くなされていることに特徴を有する。
また、前記ルツボ上端領域の下端位置は、単結晶引き上げ前にシリコン原料が溶融された溶融液の液面高さを示す初期メルトラインの位置であることが望ましい。
Alternatively, a quartz glass crucible according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and an inner layer made of high-purity synthetic quartz glass. A quartz glass crucible having a three-layer structure having a viscosity higher than that of other portions of the intermediate layer in a band of a predetermined height centered at a predetermined distance from the crucible upper end opening in the intermediate layer. Is characterized by being high.
Further, the lower end position of the crucible upper end region is preferably the position of the initial melt line indicating the liquid surface height of the melt obtained by melting the silicon raw material before pulling the single crystal.
このような構成によれば、ルツボ上端領域の外層において熱膨張率が過大にならず、急激な温度変化下でもクラックの発生が防止される。また、ルツボ上端領域において薄くても外層が結晶化することにより、ルツボ上端開口の内側への倒れこみを抑制することができる。 According to such a configuration, the coefficient of thermal expansion does not become excessive in the outer layer in the upper end region of the crucible, and the occurrence of cracks is prevented even under a sudden temperature change. Further, even if the crucible upper end region is thin, the outer layer is crystallized, so that the collapse of the crucible upper end inside the crucible upper end opening can be suppressed.
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る石英ガラスルツボの製造方法は、結晶化促進剤添加石英ガラスからなる外層と、天然石英ガラスからなる中間層と、高純度合成石英ガラスからなる内層とを有する３層構造の石英ガラスルツボの製造方法であって、ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さを、該ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さよりも薄く形成することに特徴を有する。
尚、前記ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さを、該ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さの２０％〜５０％の範囲とすることが望ましい。
また、前記中間層において、前記ルツボ上端領域の下端位置を中心とする所定高さの帯域に対し、該中間層の他の部位よりも粘度を高くすることが望ましい。
In addition, a method for producing a quartz glass crucible according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and a high-purity synthetic quartz glass. A method of manufacturing a quartz glass crucible having a three-layer structure having an inner layer comprising: a thickness of the outer layer in a crucible upper end region from a crucible upper end opening to a predetermined distance below a crucible side lower than the crucible upper end region. It is characterized in that it is formed thinner than the thickness of the outer layer of the part.
Note that the thickness of the outer layer in the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward is set to a range of 20% to 50% of the thickness of the outer layer on the side of the crucible below the crucible upper end region. Is desirable.
Further, in the intermediate layer, it is desirable that the viscosity of the band having a predetermined height centered on the lower end position of the crucible upper end region is higher than that of other portions of the intermediate layer.
このような方法によれば、ルツボ上端領域の外層において熱膨張率が過大にならず、急激な温度変化下でもクラックの発生が防止される。また、ルツボ上端領域において薄くても外層が結晶化することにより、ルツボ上端開口の内側への倒れこみを抑制することができる。 According to such a method, the coefficient of thermal expansion does not become excessive in the outer layer in the upper end region of the crucible, and the occurrence of cracks is prevented even under a sudden temperature change. Further, even if the crucible upper end region is thin, the outer layer is crystallized, so that the collapse of the crucible upper end inside the crucible upper end opening can be suppressed.
本発明によれば、外層にＡｌ添加石英ガラス層を有する３層構造の石英ガラスルツボにおいて、ルツボ上端開口の内側方向への倒れこみを抑制し、且つルツボ上端領域のクラック発生を防止することのできる石英ガラスルツボ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in a quartz glass crucible having a three-layer structure having an Al-added quartz glass layer as an outer layer, the collapse of the crucible upper end opening in the inner direction can be suppressed, and crack generation in the crucible upper end region can be prevented. A quartz glass crucible and a method for producing the same can be provided.
以下、本発明に係る石英ガラスルツボ及びその製造方法の実施形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る石英ガラスルツボ１の断面図である。図２は、図１の石英ガラスルツボ１の上端開口部を一部拡大した断面図である。
この石英ガラスルツボ１は、単結晶引上装置（図示せず）において用いられ、装置内でカーボンサセプタ（図示せず）によって抱持された状態で使用される。前記単結晶引上装置では、石英ガラスルツボ１内に原料シリコンが溶融され、溶融液からシリコン単結晶が引き上げられる。
Embodiments of a quartz glass crucible and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a quartz glass crucible 1 according to the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the upper end opening of the quartz glass crucible 1 of FIG.
This quartz glass crucible 1 is used in a single crystal pulling apparatus (not shown), and is used while being held by a carbon susceptor (not shown) in the apparatus. In the single crystal pulling apparatus, the raw material silicon is melted in the quartz glass crucible 1, and the silicon single crystal is pulled up from the melt.
図示するように石英ガラスルツボ１は、３層構造のルツボであって、外層２が結晶化促進剤としてのＡｌ（アルミニウム）を添加したＡｌ添加石英ガラス層により形成され、中間層３が天然原料石英ガラス層により形成され、内層４が高純度合成原料石英ガラス層により形成されている。
As shown in the figure, the quartz glass crucible 1 is a crucible having a three-layer structure, the
また、単結晶引き上げ時において、ルツボ内部にシリコン原料を溶融した際の溶融液面の高さの帯域を初期メルトラインＭＬとすると、この初期メルトラインＭＬは、図２に示すようにルツボ上端６から下方に高さｈ１（例えば６０ｍｍ）の位置とされる。また、このルツボ上端６から初期メルトラインＭＬまでの領域を、本実施形態ではルツボ上端領域１０と呼ぶ。
In addition, when the single crystal is pulled up, the initial melt line ML is defined as the initial melt line ML when the silicon raw material is melted into the crucible. As shown in FIG. The position is a height h1 (for example, 60 mm) downward. In addition, the region from the crucible
前記ルツボ上端領域１０にあっては、外層２の厚さは、それより下方のルツボ側部７の外層２の厚さ（例えば２ｍｍ〜３ｍｍ）よりも薄く（好ましくは側部７の外層２の厚さの２０％以上５０％以下）、例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍに形成されている。
また、ルツボ上端領域１０において、中間層３の厚さは例えば４ｍｍ〜２０ｍｍと厚く形成され、内層４は例えば１ｍｍ〜３ｍｍに形成されている。
In the crucible
Further, in the crucible
また、ルツボ上端領域１０の下方に位置するルツボ側部７にあっては、外層２の厚さはルツボ上端領域１０よりも厚く、例えば２ｍｍ〜３ｍｍに形成されている。
また、ルツボ側部７における中間層３の厚さは、外層２の厚さがルツボ上端領域１０よりも厚いため、ルツボ上端領域１０の中間層３よりも薄く、例えば１．４ｍｍ〜１９．５ｍｍに形成されている。
また、ルツボ側部７の内層４は、ルツボ上端領域１０と同様に例えば１ｍｍ〜３ｍｍに形成されている。
Moreover, in the
Further, the thickness of the
Moreover, the
また、ルツボ側部７の下方における底部コーナー８、及び底部９における外層２、中間層３、内層４の厚さは、それぞれ側部７と同じ厚さに形成されている。
Further, the
前記のように、ルツボ上端領域１０において、Ａｌ添加石英層からなる外層２は、それより下方のルツボ側部７よりも薄い厚さに形成されている。より具体的には、ルツボ側部７の厚さ（例えば２ｍｍ〜３ｍｍ）の２０％〜５０％の間の厚さ（例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ）に形成されている。これにより、熱膨張率が過大にならず、急激な温度変化下でもクラックの発生が抑制される。
また、薄くても外層２としてルツボ上端領域１０で結晶化することで、ルツボ上端開口６の内側への倒れこみを抑制することができる。
As described above, in the crucible
Even if it is thin, the
更に、中間層３では、図２にクロスハッチで示すように、初期メルトラインＭＬを中心として所定高さｈ２の帯域（例えば初期メルトラインＭＬを境に±３０ｍｍの範囲）は、高粘性の原料により形成されている。具体的には高粘性の原料として、例えば通常の天然石英ガラス原料にＡｌ添加（ルツボ側部７の中間層３におけるＡｌ濃度に対し＋１〜＋２ｐｐｍ程度添加）したものが用いられる。
このように初期メルトラインＭＬの帯域において、ルツボの粘性が高く形成されることにより、ルツボ口元の内側への倒れこみ、及びクラック発生をより効果的に抑制することができる。
Further, in the
Thus, in the zone of the initial melt line ML, the crucible having a high viscosity can be more effectively suppressed from falling into the inner side of the crucible mouth and the occurrence of cracks.
続いて、前記の石英ガラスルツボ１の製造方法について、図３を用いて説明する。図３は本発明に係る石英ガラスルツボの製造方法が実施される製造装置を模式的に示す断面図である。
石英ガラスルツボ製造装置３０のルツボ成形用型１１は、例えば複数の貫通孔が穿設された金型、もしくは高純化処理した多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成された内側部材１２と、その外周に通気部１３を設けて、前記内側部材１２を保持する保持体１４とから構成されている。
Then, the manufacturing method of the said quartz glass crucible 1 is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing apparatus in which the method for manufacturing a silica glass crucible according to the present invention is implemented.
The crucible molding die 11 of the quartz glass
また、保持体１４の下部には、図示しない回転手段と連結されている回転軸１５が固着されていて、ルツボ成形用型１１を回転可能に支持している。通気部１３は、保持体１４の下部に設けられた開口部１６を介して、回転軸１５の中央に設けられた排気路１７と連結されており、この排気路１７は、減圧機構１８と連結されている。
内側部材１２に対向する上部にはアーク放電用のアーク電極１９と、結晶化促進剤としてのＡｌが添加された石英ガラス原料を供給するＡｌ添加石英ガラス供給ノズル２０と、天然原料シリカガラス供給ノズル２１と、合成原料シリカガラス供給ノズル２２とが設けられている。
A rotating
An
外層２に用いられるＡｌ添加石英ガラス粉は、次のようにして得られる。例えば、Ａｌ硝酸塩（Ａｌ（ＮＯ3）3）を石英ガラス粉のＡｌ濃度が３５〜１００ｐｐｍとなるようにＡｌ（ＮＯ3）3水溶液を、天然原料石英ガラス粉に添加、攪拌する。Ａｌ（ＮＯ3）3水溶液に浸された石英ガラス粉は、脱水、酸分除去を目的として８００〜１１００℃で加熱処理される。
The Al-added quartz glass powder used for the
こうして得られたＡｌ添加石英ガラス粉を上述したルツボ製造装置３０を用いて石英ガラスルツボ１の製造を行う場合、図示しない回転駆動源を稼働させて回転軸１８を矢印の方向に回転させ、これによりルツボ成形用型１１を高速で回転させる。
次いで、ルツボ成形用型１１内にＡｌ添加石英ガラス供給ノズル２０から上述のようにして得られたＡｌ添加石英ガラス粉を供給する。供給されたＡｌ添加石英ガラス粉は、遠心力によって内側部材１２の内面１２ａ側に押圧され、所定厚さ、例えば２ｍｍ〜３ｍｍの外層２として形成される。
ここで、外層２は、図１、図２に示したルツボ上端領域１０のみが該外層２の他の部位よりも薄い所定厚さ、例えば厚さ１．４ｍｍ〜１９．５ｍｍとなるように図示しない治具を用いて内側から厚さ方向に削られる。
When manufacturing the silica glass crucible 1 using the above-described
Next, the Al-added quartz glass powder obtained as described above is supplied from the Al-added quartz
Here, the
次いで、Ａｌ添加石英ガラス層からなる外層２の内面側において、図１、図２に示した初期メルトラインＭＬの上下３０ｍｍの所定範囲に対し、例えば天然原料石英ガラス供給ノズル２１とは別に設けられたノズル（図示せず）から、高粘性材料としてのＡｌを所定濃度（ルツボ側部７の中間層３におけるＡｌ濃度に対し＋１〜＋２ｐｐｍとなる濃度）含有する天然原料石英ガラス粉をルツボ周方向に供給し、帯状の中間層３（図２のクロスハッチ部分）を形成する。このとき、ルツボ上端領域１０では４ｍｍ〜２０ｍｍ以上、その他の部位では厚さが１．４ｍｍ〜１９．５ｍｍ以上となるように供給する。
Next, on the inner surface side of the
そして、前記形成した帯状の中間層３を除く部位（前記初期メルトラインＭＬの上下３０ｍｍの範囲を除く他の部位）に対し、ルツボ上端領域１０では４ｍｍ〜２０ｍｍ以上、その他の部位では厚さが１．４ｍｍ〜１９．５ｍｍ以上の中間層３が形成されるように、天然原料石英ガラス粉を天然原料石英ガラス供給ノズル２１から供給する。
供給された天然原料石英ガラス粉は、遠心力によって外層２の内面側に押圧されて、不透明層である中間層３の成形体として成形される。
Then, with respect to the portion excluding the formed belt-shaped intermediate layer 3 (other portions excluding the range of 30 mm above and below the initial melt line ML), the crucible
The supplied natural raw quartz glass powder is pressed to the inner surface side of the
次に、中間層３の内面側に１ｍｍ〜３ｍｍ以上の厚さを有する透明層が形成されるように、Ｎａ、Ｋ、Ａｌの金属不純物含有量が各々１ｐｐｍ以下の合成原料石英ガラス粉（または天然原料石英ガラス粉）を合成原料石英ガラス供給ノズル２２から供給する。
供給された合成原料石英ガラス粉は、遠心力によって中間層３の内面側に押圧されて、透明層である内層４の成形体として成形される。
Next, synthetic raw material quartz glass powder (or Na, K, Al metal impurity content of 1 ppm or less each so that a transparent layer having a thickness of 1 mm to 3 mm or more is formed on the inner surface side of the intermediate layer 3 (or Natural raw quartz glass powder) is supplied from a synthetic raw quartz
The supplied synthetic raw material quartz glass powder is pressed to the inner surface side of the
このようにしてＡｌ添加石英ガラス層からなる外層２と、不透明層からなる中間層３と、透明層からなる内層４のルツボ成形体が得られる。
さらに、減圧機構１８の作動により内側部材１２内を減圧し、アーク電極１９に通電してルツボ成形体の内側から加熱し、ルツボ成形体の内層４、中間層３、および外層２を溶融して、石英ガラスルツボ１を製造する。
Thus, a crucible molded body of the
Furthermore, the inside of the
以上のように、本実施の形態によれば、外層２が結晶化促進剤としてのＡｌを添加した石英ガラス層、中間層３が天然石英ガラス層、内層４が高純度合成石英ガラス層により形成された３層構造の石英ガラスルツボ１において、ルツボ上端領域１０の外層２の厚さが、それよりの下方のルツボ側部の厚さ（例えば２ｍｍ〜３ｍｍ）の２０％〜５０％の厚さ（例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ）に形成される。
この構成により、ルツボ上端領域１０の外層２において熱膨張率が過大にならず、急激な温度変化下でもクラックの発生が防止される。また、ルツボ上端領域１０において薄くても外層２が結晶化することにより、ルツボ上端開口の内側への倒れこみを抑制することができる。
さらには、中間層３において、ルツボ上端領域１０の下端（初期メルトラインＭＬ）を中心として、上下３０ｍｍの範囲は、高粘性材料としてＡｌを所定濃度（ルツボ側部７の中間層のＡｌ濃度に対し＋１〜＋２ｐｐｍ）含むものとされる。これにより、ルツボ上端開口における倒れこみ、及びクラック発生をより効果的に抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
With this configuration, the coefficient of thermal expansion does not become excessive in the
Further, in the
尚、前記実施の形態にあっては、ルツボ上端領域１０において、Ａｌ添加石英ガラス層である外層２の厚さはすべて均一なものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図４に示すように、初期メルトラインＭＬからルツボ上端開口に向かって、その厚さが漸減する形状でもよい。
In the above embodiment, the thickness of the
For example, as shown in FIG. 4, the shape may be such that the thickness gradually decreases from the initial melt line ML toward the crucible upper end opening.
本発明に係る石英ガラスルツボ及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した石英ガラスルツボ製造装置を用いて石英ガラスルツボの製造を行い、得られた石英ガラスルツボに基づき検証した。 The quartz glass crucible and the manufacturing method thereof according to the present invention will be further described based on examples. In this example, a quartz glass crucible was manufactured using the quartz glass crucible manufacturing apparatus described in the above embodiment, and verification was performed based on the obtained quartz glass crucible.
［実施例１〜６］
実施例１〜６では、ルツボ上端領域の外層の厚さ、及び中間層における初期メルトラインを中心とした±３０ｍｍの帯域における粘性比率（中間層の他部位を１とする）を条件として、ルツボ上端開口の倒れ込み量、及びクラック発生の有無を観察した。
また、比較例１として、ルツボ上端領域の外層厚さが他の外層の部位と同じ、且つ中間層における初期メルトラインを中心とした±３０ｍｍの帯域における粘性比率が中間層の他部位と同じものを用いた。
また、比較例２として、ルツボ上端領域の外層厚さが他の外層の部位よりも厚く、且つ中間層における初期メルトラインを中心とした±３０ｍｍの帯域における粘性比率が中間層の他部位と同じものを用いた。
表１に、条件及び結果を示す。
[Examples 1 to 6]
In Examples 1 to 6, the crucible was obtained on condition that the thickness of the outer layer in the upper end region of the crucible and the viscosity ratio in the band of ± 30 mm centered on the initial melt line in the intermediate layer (the other part of the intermediate layer is 1). The amount of collapse of the upper end opening and the presence or absence of cracks were observed.
As Comparative Example 1, the outer layer thickness of the crucible upper end region is the same as that of the other outer layer, and the viscosity ratio in the ± 30 mm band centering on the initial melt line in the intermediate layer is the same as that of the other part of the intermediate layer. Was used.
Further, as Comparative Example 2, the outer layer thickness of the crucible upper end region is thicker than other outer layer portions, and the viscosity ratio in the band of ± 30 mm centering on the initial melt line in the intermediate layer is the same as other portions of the intermediate layer. A thing was used.
Table 1 shows the conditions and results.
表１に示すように、実施例１では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さよりも薄い１ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比は１．０とした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生せず、倒れ込み量は８ｍｍ程度に留まった。
また、実施例２、３では、ルツボ上端領域の厚さを１ｍｍとした上に、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比をそれぞれ１．２，１．１とし、より粘性を高くした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生せず、また、倒れ込み量はそれぞれ３ｍｍ、５ｍｍとなり、より効果的に倒れ込みを抑制することができた。
As shown in Table 1, in Example 1, the outer layer thickness in the upper end region of the crucible was set to 1 mm thinner than the thickness of the other outer layer portions, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was set to 1.0. . As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, and the amount of collapse remained at about 8 mm.
In Examples 2 and 3, the thickness of the upper end region of the crucible was set to 1 mm, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was set to 1.2 and 1.1, respectively. As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, and the amounts of collapse were 3 mm and 5 mm, respectively, and the collapse could be suppressed more effectively.
また、実施例４では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さと同じ２ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比を１．２とし、より粘性を高くした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生せず、倒れ込み量は７ｍｍ程度に留まった。
また、実施例５では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さよりも薄い０．３ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比は１．０とした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生しなかったが、倒れ込み量は１１ｍｍと大きくなった。
また、実施例６では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さよりも薄い０．４ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比は１．０とした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生せず、倒れ込み量は８ｍｍ程度に留まった。
In Example 4, the thickness of the outer layer in the upper end region of the crucible was set to 2 mm, which is the same as the thickness of the other outer layer, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was set to 1.2, thereby increasing the viscosity. As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, and the amount of collapse remained at about 7 mm.
In Example 5, the thickness of the outer layer in the upper end region of the crucible was set to 0.3 mm thinner than the thickness of the other outer layer portions, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was set to 1.0. As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, but the amount of collapse was as large as 11 mm.
In Example 6, the thickness of the outer layer in the upper end region of the crucible was 0.4 mm, which was thinner than the thickness of the other outer layers, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was 1.0. As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, and the amount of collapse remained at about 8 mm.
また、比較例１では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さと同じ２ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比は１．０とした。その結果、ルツボ上端領域のクラックは発生しなかったが、倒れ込み量は１０ｍｍと大きくなった。
また、比較例２では、ルツボ上端領域の外層厚さを、その他の外層の部位の厚さよりも厚い３ｍｍとし、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比は１．０とした。その結果、ルツボ上端領域のクラックが発生し、倒れ込み量も１２ｍｍと大きくなった。
In Comparative Example 1, the thickness of the outer layer in the upper end region of the crucible was set to 2 mm, which is the same as the thickness of the other outer layer, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was 1.0. As a result, cracks in the upper end region of the crucible did not occur, but the amount of collapse was as large as 10 mm.
In Comparative Example 2, the outer layer thickness in the upper end region of the crucible was 3 mm thicker than the thickness of the other outer layer regions, and the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer was 1.0. As a result, a crack in the upper end region of the crucible was generated, and the amount of collapse was as large as 12 mm.
以上の結果より、ルツボ上端領域の外層厚さを、外層におけるその他の部位の厚さの２０％〜５０％の範囲内とすることにより、ルツボ上端領域のクラック発生を防止し、ルツボ上端開口の倒れ込みを抑制できることを確認した。
更に、中間層における初期メルトライン帯域の粘性比を高くすることにより、より効果的にルツボ上端領域のクラック発生、及び、ルツボ上端開口の倒れ込みを抑制できることを確認した。
From the above results, by making the outer layer thickness of the crucible upper end region within the range of 20% to 50% of the thickness of the other part in the outer layer, crack generation in the crucible upper end region is prevented, and the crucible upper end opening It was confirmed that collapse could be suppressed.
Furthermore, it was confirmed that the crack generation in the crucible upper end region and the collapse of the crucible upper end opening could be more effectively suppressed by increasing the viscosity ratio of the initial melt line zone in the intermediate layer.
１ 石英ガラスルツボ
２ 外層
３ 中間層
４ 内層
６ 上端開口
７ ルツボ側部
８ 底部コーナー
９ 底部
１０ ルツボ上端領域
ＭＬ 初期メルトライン
1
Claims (9)
ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さは、
前記ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さよりも薄いことを特徴とする石英ガラスルツボ。 A quartz glass crucible having a three-layer structure having an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and an inner layer made of high-purity synthetic quartz glass,
The thickness of the outer layer in the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward is as follows:
A quartz glass crucible characterized by being thinner than the thickness of the outer layer on the side of the crucible below the upper end region of the crucible.
前記ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さの２０％〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載された石英ガラスルツボ。 The thickness of the outer layer in the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward is as follows:
2. The quartz glass crucible according to claim 1, which is in a range of 20% to 50% of a thickness of an outer layer on a side portion of the crucible below the upper end region of the crucible.
前記中間層において、ルツボ上端開口から下方に所定距離の位置を中心とする所定高さの帯域には、該中間層の他の部位よりも粘度が高くなされていることを特徴とする石英ガラスルツボ。 A quartz glass crucible having a three-layer structure having an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and an inner layer made of high-purity synthetic quartz glass,
In the intermediate layer, a quartz glass crucible having a higher viscosity than the other part of the intermediate layer in a band having a predetermined height centered at a predetermined distance downward from the crucible upper end opening. .
ルツボ上端開口から下方に所定距離までのルツボ上端領域の前記外層の厚さを、
該ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さよりも薄く形成することを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法。 A method for producing a quartz glass crucible having a three-layer structure having an outer layer made of crystallization accelerator-added quartz glass, an intermediate layer made of natural quartz glass, and an inner layer made of high-purity synthetic quartz glass,
The thickness of the outer layer in the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward,
A method for producing a quartz glass crucible, characterized in that the quartz glass crucible is formed thinner than the thickness of the outer layer of the crucible side portion below the upper end region of the crucible.
該ルツボ上端領域より下方のルツボ側部の外層の厚さの２０％〜５０％の範囲とすることを特徴とする請求項７に記載された石英ガラスルツボの製造方法。 The thickness of the outer layer of the crucible upper end region from the crucible upper end opening to a predetermined distance downward,
The method for producing a quartz glass crucible according to claim 7, wherein the thickness of the outer layer of the crucible side part below the upper end region of the crucible is in the range of 20% to 50%.
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