JP2684449B2 - シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法Info
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
- C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、アーク回転溶融法によるシリコン単結晶引
上げ用の高純度石英ガラスルツボの製造方法に関し、特
に、シリコン単結晶の減圧引上げ及び高マルチプーリン
グに適した耐熱性の高いアーク回転溶融法によるシリコ
ン単結晶引上げ用の高純度石英ガラスルツボの製造方法
に関するものである。
上げ用の高純度石英ガラスルツボの製造方法に関し、特
に、シリコン単結晶の減圧引上げ及び高マルチプーリン
グに適した耐熱性の高いアーク回転溶融法によるシリコ
ン単結晶引上げ用の高純度石英ガラスルツボの製造方法
に関するものである。
（ロ）従来の技術 シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボは、一般に
は、水晶、硅砂等の天然に産する石英材料を原料として
製造される。即ち、水晶や硅砂等の石英材料を粉砕し、
この粉砕して得られた石英材料分を精製処理し、この精
製処理により得られた高純度の石英粉を回転モールド中
で成形し、アーク溶融して製造されている。
は、水晶、硅砂等の天然に産する石英材料を原料として
製造される。即ち、水晶や硅砂等の石英材料を粉砕し、
この粉砕して得られた石英材料分を精製処理し、この精
製処理により得られた高純度の石英粉を回転モールド中
で成形し、アーク溶融して製造されている。
シリコン単結晶の高純度化に伴い、石英ガラスルツボ
は、高純度なものが要求されている。このような高純度
の石英ガラスルツボの要求に対し、天然産の石英粉を高
純度処理や、電気分解等による石英ガラスルツボの精製
処理など、石英ガラスルツボの高純度化の努力がなされ
ている。
は、高純度なものが要求されている。このような高純度
の石英ガラスルツボの要求に対し、天然産の石英粉を高
純度処理や、電気分解等による石英ガラスルツボの精製
処理など、石英ガラスルツボの高純度化の努力がなされ
ている。
一方、例えば、ダイナミック形RAM（DRAM）にあって
は、メモリ容量が、4M、16M、64Mと大容量化するに伴っ
て高集積比しており、このようなMOSトランジスタ回路
の高集積化に伴い、石英ガラスルツボの高純度化の要求
は、益々高くなっている。
は、メモリ容量が、4M、16M、64Mと大容量化するに伴っ
て高集積比しており、このようなMOSトランジスタ回路
の高集積化に伴い、石英ガラスルツボの高純度化の要求
は、益々高くなっている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 この石英ガラスルツボの高純度化の要求に対して、ゾ
ルゲル法による石英ガラスルツボ用の石英ガラス粉の開
発がなされている。
ルゲル法による石英ガラスルツボ用の石英ガラス粉の開
発がなされている。
ところで、ゾルゲル法による石英ガラス粉は、高純度
化が容易であり、また、アーク回転溶融法によって石英
ガラスルツボを製造する場合に、ルツボ成形性が良好で
あるが、このようにして製造された石英ガラスルツボ
は、減圧下におけるシリコン単結晶引上げ時に、ルツボ
壁面に膨張や、変形が生じるので、問題とされている。
化が容易であり、また、アーク回転溶融法によって石英
ガラスルツボを製造する場合に、ルツボ成形性が良好で
あるが、このようにして製造された石英ガラスルツボ
は、減圧下におけるシリコン単結晶引上げ時に、ルツボ
壁面に膨張や、変形が生じるので、問題とされている。
また天然産の石英粉から製造される従来の石英ガラス
ルツボにおいても、長時間の使用、マルチプーリング、
特に減圧下でのシリコン単結晶引上げの場合には、ルツ
ボ壁面に膨張や変形が避け難く、問題とされている。
ルツボにおいても、長時間の使用、マルチプーリング、
特に減圧下でのシリコン単結晶引上げの場合には、ルツ
ボ壁面に膨張や変形が避け難く、問題とされている。
このような特に減圧下での石英ガラスルツボ壁面の膨
張又は変形は、シリコン単結晶の大口径化に伴う石英ガ
ラスルツボの大型化を図る上で大きな問題となってきて
いる。
張又は変形は、シリコン単結晶の大口径化に伴う石英ガ
ラスルツボの大型化を図る上で大きな問題となってきて
いる。
このような使用態様に対処するために、石英ガラスル
ツボの減圧溶融法が提案されているが、ルツボの製造コ
ストが従来の製造方法に比べ高くなり、また耐熱性が良
くても均熱特性が悪くなるという弱点もあり、安価で耐
久性の高い高純度な合成石英ルツボが望まれていた。
ツボの減圧溶融法が提案されているが、ルツボの製造コ
ストが従来の製造方法に比べ高くなり、また耐熱性が良
くても均熱特性が悪くなるという弱点もあり、安価で耐
久性の高い高純度な合成石英ルツボが望まれていた。
本発明は、シリコン単結晶の長時間引上げ、マルチプ
ーリング、特に減圧引上げに使用される石英ガラスルツ
ボに係る問題点を解決することを目的としている。
ーリング、特に減圧引上げに使用される石英ガラスルツ
ボに係る問題点を解決することを目的としている。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、石英ガラスルツボの壁面に膨張及び変形を
生じることがなく使用できるシリコン単結晶引上げ石英
ガラスルツボを提供することを目的としている。
生じることがなく使用できるシリコン単結晶引上げ石英
ガラスルツボを提供することを目的としている。
この目的を達成するために、本発明者らは、種々の高
純度合成α−クリストバライト粉体を含む石英粉体を石
英ガラスルツボ用原料粉として使用して、アーク回転溶
融法で石英ガラスルツボを製造し、ここで得られた石英
ガラスルツボの諸物性を調べた。
純度合成α−クリストバライト粉体を含む石英粉体を石
英ガラスルツボ用原料粉として使用して、アーク回転溶
融法で石英ガラスルツボを製造し、ここで得られた石英
ガラスルツボの諸物性を調べた。
その結果、透明な合成α−クリストバライト粒子が多
量に含まれているクリストバライト粉体を原料粉とし
て、アーク溶融法により製造した石英ガラスルツボにつ
いては、真空中で1480℃で４時間加熱する減圧下のシリ
コン単結晶引上げのシミュレーションテストで、膨張率
が著しく低いことを発見した。
量に含まれているクリストバライト粉体を原料粉とし
て、アーク溶融法により製造した石英ガラスルツボにつ
いては、真空中で1480℃で４時間加熱する減圧下のシリ
コン単結晶引上げのシミュレーションテストで、膨張率
が著しく低いことを発見した。
そこで、この透明な合成α−クリストバライト粒子を
含んだ粉体を使用して、アーク回転溶融法により石英ガ
ラスルツボを製造し、この製造された石英ガラスルツボ
を、シリコン単結晶引上げ、マルチプーリング、特に減
圧引上げに使用したが、ルツボ壁面の膨張及び変形を起
こすことなく、シリコン単結晶を製造することができる
ことを確認し、本発明に至った。
含んだ粉体を使用して、アーク回転溶融法により石英ガ
ラスルツボを製造し、この製造された石英ガラスルツボ
を、シリコン単結晶引上げ、マルチプーリング、特に減
圧引上げに使用したが、ルツボ壁面の膨張及び変形を起
こすことなく、シリコン単結晶を製造することができる
ことを確認し、本発明に至った。
即ち、本発明は、アーク回転溶融法によるシリコン単
結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法において、主
として透明なα−クリストバライトから形成されている
クリストバライト粒子を主たる割合で含んでいるクリス
トバライト粉体を、成形し、回転させながらアーク溶融
させてルツボに成形することを特徴とするアーク回転溶
融法によるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの
製造方法にある。
結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法において、主
として透明なα−クリストバライトから形成されている
クリストバライト粒子を主たる割合で含んでいるクリス
トバライト粉体を、成形し、回転させながらアーク溶融
させてルツボに成形することを特徴とするアーク回転溶
融法によるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの
製造方法にある。
本発明において、石英ガラスルツボの原料として、主
として透明なα−クリストバライトから形成されている
クリストバライト粒子を主たる割合で含んでいるクリス
トバライト粉体が使用される。この場合、クリストバラ
イト粉体として、透明な合成α−クリストバライト粉体
が使用されるのが好ましい。
として透明なα−クリストバライトから形成されている
クリストバライト粒子を主たる割合で含んでいるクリス
トバライト粉体が使用される。この場合、クリストバラ
イト粉体として、透明な合成α−クリストバライト粉体
が使用されるのが好ましい。
本発明において、原料のクリストバライト粉体は、42
〜150メッシュの透明なα−クリストバライトを主とし
て含む透明なα−クリストバライト粒子から組成されて
おり、このα−クリストバライト粉体を使用して回転成
形アーク溶融法でルツボを作ると、密度2.185g/cm3以上
の石英ルツボが製造され、このものは高温熱変形が少な
く、減圧引上げの体膨張が小さい。
〜150メッシュの透明なα−クリストバライトを主とし
て含む透明なα−クリストバライト粒子から組成されて
おり、このα−クリストバライト粉体を使用して回転成
形アーク溶融法でルツボを作ると、密度2.185g/cm3以上
の石英ルツボが製造され、このものは高温熱変形が少な
く、減圧引上げの体膨張が小さい。
一般に、クリストバライトは、転移温度1470℃以上の
高温、例えば、1630℃の温度に石英ガラス粉を加熱して
得られる。クリストバライトは、180〜270℃以上の温度
ではβ型であり、180〜270℃の温度でα型へ相転移し、
その際５％もの収縮を生じるので、粒子に歪を生じ、つ
いにはクラックが発生して、粉体粒子は多数のクラック
により白化する。
高温、例えば、1630℃の温度に石英ガラス粉を加熱して
得られる。クリストバライトは、180〜270℃以上の温度
ではβ型であり、180〜270℃の温度でα型へ相転移し、
その際５％もの収縮を生じるので、粒子に歪を生じ、つ
いにはクラックが発生して、粉体粒子は多数のクラック
により白化する。
本発明者らは、α−クリストバライト粒子には製造方
法の条件により、白化した粒子以外に透明な粒子が得ら
れることを、この度のルツボ原料粉の開発の過程で発見
した。
法の条件により、白化した粒子以外に透明な粒子が得ら
れることを、この度のルツボ原料粉の開発の過程で発見
した。
本発明は、この透明なα−クリストバライト粉体を選
択することにより、α−クリストバライトからβ−クリ
ストバライトへの相転移の際に生じる５％に及ぶ体膨張
変化を積極的に利用することによって、石英ガラスルツ
ボ壁面の膨張及び変形の防止を図るものである。
択することにより、α−クリストバライトからβ−クリ
ストバライトへの相転移の際に生じる５％に及ぶ体膨張
変化を積極的に利用することによって、石英ガラスルツ
ボ壁面の膨張及び変形の防止を図るものである。
このような透明なα−クリストバライトは、β−クリ
ストバライトから製造される。
ストバライトから製造される。
即ち、ゾルゲル法により製造された高純度石英ガラス
粉を、1600℃で10時間加熱保持して、β−クリストバラ
イトに相転移させる。このβ−クリストバライト化にお
いては、特に結晶化剤を用いずにβ−クリストバライト
化させた方が、結晶化剤の除去をしなくて済むので有利
である。
粉を、1600℃で10時間加熱保持して、β−クリストバラ
イトに相転移させる。このβ−クリストバライト化にお
いては、特に結晶化剤を用いずにβ−クリストバライト
化させた方が、結晶化剤の除去をしなくて済むので有利
である。
このようにして得られたβ−クリストバライトの常温
迄冷却される。この冷却の過程で、相転移温度の240℃
付近で、クラックを生じて白色の外観を呈する粒子と、
クラックを生じないでβ型での透明性を維持する粒子が
生成することが、種々のクリストバライト化条件により
明らかとなった。
迄冷却される。この冷却の過程で、相転移温度の240℃
付近で、クラックを生じて白色の外観を呈する粒子と、
クラックを生じないでβ型での透明性を維持する粒子が
生成することが、種々のクリストバライト化条件により
明らかとなった。
クラックが入った白色化したクリストバライト粒子
は、加熱により240℃付近で再びα型からβ型へ相転移
を起し、この相転移で生じる５％の体膨張により、不完
全ながらクラックが閉じて、やや透明に戻るが、相転移
の体膨張がクラックの閉じることに多く費やされるため
に、粒子自体の外径はあまり増大しておらず、この傾向
は、クラックの多い粒子ほど大きくなっている。
は、加熱により240℃付近で再びα型からβ型へ相転移
を起し、この相転移で生じる５％の体膨張により、不完
全ながらクラックが閉じて、やや透明に戻るが、相転移
の体膨張がクラックの閉じることに多く費やされるため
に、粒子自体の外径はあまり増大しておらず、この傾向
は、クラックの多い粒子ほど大きくなっている。
これに対して、透明なα−クリストバライト粒子は、
同様な加熱条件でα型からβ型へ相転移を起させた場
合、クラックが無いために、相転移の体膨張は５％の粒
子自体の外形変化となり、その体膨張の他に瞬間の膨張
による急激な外力が発生し、空隙率が減少する。
同様な加熱条件でα型からβ型へ相転移を起させた場
合、クラックが無いために、相転移の体膨張は５％の粒
子自体の外形変化となり、その体膨張の他に瞬間の膨張
による急激な外力が発生し、空隙率が減少する。
したがって、透明なα−クリストバライト粉体を原料
として、アーク回転溶融法により石英ガラスルツボを製
造する場合には、アーク加熱時に、α型からβ型への相
転移を起こして、粒子の体膨張と瞬時の急激な外力を生
じ、粉体粒子の再配列が起こるので、その空隙率は、透
明なα−クリストバライト粉体成形直後の場合より小さ
くなる。
として、アーク回転溶融法により石英ガラスルツボを製
造する場合には、アーク加熱時に、α型からβ型への相
転移を起こして、粒子の体膨張と瞬時の急激な外力を生
じ、粉体粒子の再配列が起こるので、その空隙率は、透
明なα−クリストバライト粉体成形直後の場合より小さ
くなる。
これに対して、白化したα−クリストバライト粉を使
用した場合には、加熱による体膨張は極めて小さく、空
隙率の低下効果の向上は殆んど無い。また、これ迄使用
されている天然石英粉では、573℃で、α型からβ型へ
の相転移は存在するが、クリストバライトに比べ膨張率
は小さく、外力も小さいため、十分な嵩密度の向上を得
ることができない。
用した場合には、加熱による体膨張は極めて小さく、空
隙率の低下効果の向上は殆んど無い。また、これ迄使用
されている天然石英粉では、573℃で、α型からβ型へ
の相転移は存在するが、クリストバライトに比べ膨張率
は小さく、外力も小さいため、十分な嵩密度の向上を得
ることができない。
実際に、同じ粒子形状及び粒度分布を有する透明なα
−クリストバライト粉、クラックの入った白いα−クリ
ストバライト粉、天然石英粉及び石英ガラス粉で作られ
た各石英ガラスルツボについて、真空下、1480℃の温度
で、４時間の熱処理した後におけるルツボ片の膨張率を
比較すると、明らかに、透明クリストバライト粉から製
造された石英ガラスルツボ片の膨張率が最も低く、シリ
コン単結晶の減圧引上げ、マルチプーリングに有利であ
る。
−クリストバライト粉、クラックの入った白いα−クリ
ストバライト粉、天然石英粉及び石英ガラス粉で作られ
た各石英ガラスルツボについて、真空下、1480℃の温度
で、４時間の熱処理した後におけるルツボ片の膨張率を
比較すると、明らかに、透明クリストバライト粉から製
造された石英ガラスルツボ片の膨張率が最も低く、シリ
コン単結晶の減圧引上げ、マルチプーリングに有利であ
る。
透明なα−クリストバライトは、比較的粒子径の小さ
い粒子に多く存在するが、粒度範囲は42〜200メッシュ
が望ましく、42メッシュ以上になるとクリストバライト
化粒子のβ型からα型への相転移の際にクラックが入り
やすく、透明度が低下し、比表面積も増加して、膨張率
は高くなるので好ましくない。また、200メッシュ以下
の小径の粒子は殆んど透明粉のみとなるが、アーク回転
溶融法に適さない。
い粒子に多く存在するが、粒度範囲は42〜200メッシュ
が望ましく、42メッシュ以上になるとクリストバライト
化粒子のβ型からα型への相転移の際にクラックが入り
やすく、透明度が低下し、比表面積も増加して、膨張率
は高くなるので好ましくない。また、200メッシュ以下
の小径の粒子は殆んど透明粉のみとなるが、アーク回転
溶融法に適さない。
粒度分布はほぼ正規分布を示すものが望ましい。
α−クリストバライト粒子は、実際は、透明なα−ク
リストバライトと白化したα−クリストバライトが混合
した状態で存在し、透明なα−クリストバライトを50％
以上含有するα−クリストバライト粒子と、白化したα
−クリストバライトを50％以上含有するα−クリストバ
ライト粒子の比率は、透明なα−クリストバライト粒子
が、60重量％以上存在することが望ましく、好ましくは
75重量％以上存在すると膨張は更に小さくなるので好ま
しい。
リストバライトと白化したα−クリストバライトが混合
した状態で存在し、透明なα−クリストバライトを50％
以上含有するα−クリストバライト粒子と、白化したα
−クリストバライトを50％以上含有するα−クリストバ
ライト粒子の比率は、透明なα−クリストバライト粒子
が、60重量％以上存在することが望ましく、好ましくは
75重量％以上存在すると膨張は更に小さくなるので好ま
しい。
この透明なα−クリストバライト粒子と白化したα−
クリストバライト粒子の混合粉の比表面積は、透明なα
−クリストバライト粒子が、90重量％以上存在する場合
で、42〜60メッシュにおいて、0.1m2/g以下、60〜100メ
ッシュにおいて、0.1m2/g以下、100〜150メッシュにお
いて、0.1m2/g以下となるのに対して、クラックの入っ
た白化したα−クリストバライト粒子が、90重量％以上
存在する場合には、42〜60メッシュにおいて、0.2m2/
g、60〜100メッシュにおいて、0.25m2/g以上、100〜150
メッシュにおいて、0.35m2/g以上となる。
クリストバライト粒子の混合粉の比表面積は、透明なα
−クリストバライト粒子が、90重量％以上存在する場合
で、42〜60メッシュにおいて、0.1m2/g以下、60〜100メ
ッシュにおいて、0.1m2/g以下、100〜150メッシュにお
いて、0.1m2/g以下となるのに対して、クラックの入っ
た白化したα−クリストバライト粒子が、90重量％以上
存在する場合には、42〜60メッシュにおいて、0.2m2/
g、60〜100メッシュにおいて、0.25m2/g以上、100〜150
メッシュにおいて、0.35m2/g以上となる。
以上のように、透明なα−クリストバライト粒子が多
量に含まれる場合は、粒子径が小さくても粉体の比表面
積はあまり大きくならないが、透明なα−クリストバラ
イト粒子が多量に含まれていない粉体については、比表
面積は高くなり、得られたルツボの膨張率は、天然粉に
よりルツボの膨張率に比べて若干高くなる。したがっ
て、透明なα−クリストバライト粒子の含まれている比
率が高い粉体程低膨張のルツボが得られるが、透明なα
−クリストバライト粒子は、クリストバライト粉体中
に、60重量％以上含まれていることが必要であることが
実験的に確かめられた。
量に含まれる場合は、粒子径が小さくても粉体の比表面
積はあまり大きくならないが、透明なα−クリストバラ
イト粒子が多量に含まれていない粉体については、比表
面積は高くなり、得られたルツボの膨張率は、天然粉に
よりルツボの膨張率に比べて若干高くなる。したがっ
て、透明なα−クリストバライト粒子の含まれている比
率が高い粉体程低膨張のルツボが得られるが、透明なα
−クリストバライト粒子は、クリストバライト粉体中
に、60重量％以上含まれていることが必要であることが
実験的に確かめられた。
一般には、天然石英粉の見掛け嵩密度に比し、α−ク
リストバライト粉の見掛け嵩密度は小さいので、本発明
において、粉体層は30％程厚くするのが好ましい。こう
して成形された粉体層は、アーク溶融によって石英ガラ
スルツボに溶融成形される。この場合、アーク加熱の初
期に240℃付近でα−クリストバライトからβ−クリス
トバライトの変態が起り、粉体層空隙率の減少が起る。
リストバライト粉の見掛け嵩密度は小さいので、本発明
において、粉体層は30％程厚くするのが好ましい。こう
して成形された粉体層は、アーク溶融によって石英ガラ
スルツボに溶融成形される。この場合、アーク加熱の初
期に240℃付近でα−クリストバライトからβ−クリス
トバライトの変態が起り、粉体層空隙率の減少が起る。
本発明においては、粉体層は、殆んど膨張せず、透明
なα−クリストバライト粒子の体膨張の殆んどが、空隙
率の減少に作用する。この空隙率の減少した状態におい
て、β−クリストバライト化した粉体は真密度が、ρ−
2.219g/cm3となり、石英ガラスとほぼ同等の値を示すよ
うになる。
なα−クリストバライト粒子の体膨張の殆んどが、空隙
率の減少に作用する。この空隙率の減少した状態におい
て、β−クリストバライト化した粉体は真密度が、ρ−
2.219g/cm3となり、石英ガラスとほぼ同等の値を示すよ
うになる。
（ホ）作用 本発明において、このように、透明なα−クリストバ
ライト粒子をシリコン単結晶引上げ石英ガラスルツボの
石英原料とするので、合成により製造された透明なα−
クリストバライト粒子を、原料として使用できることと
なり、原料を豊富に入手することができる。
ライト粒子をシリコン単結晶引上げ石英ガラスルツボの
石英原料とするので、合成により製造された透明なα−
クリストバライト粒子を、原料として使用できることと
なり、原料を豊富に入手することができる。
しかも、透明なα−クリストバライト粒子を使用でき
調整された比率で含んでいる合成α−クリストバライト
粉体が、アーク回転溶融法における回転モールドに粉体
成形させて、石英ガラスルツボを製造するので、所望の
ルツボの肉厚、形状及び寸法を考慮して、粉体成形層の
厚さを、経験的に及び実験的に、容易に決定することが
できる。
調整された比率で含んでいる合成α−クリストバライト
粉体が、アーク回転溶融法における回転モールドに粉体
成形させて、石英ガラスルツボを製造するので、所望の
ルツボの肉厚、形状及び寸法を考慮して、粉体成形層の
厚さを、経験的に及び実験的に、容易に決定することが
できる。
しかも、本発明においては、透明なα−クリストバラ
イトは結晶性を有するものであるから、アーク溶融にお
いて、粉体層は晶性を有するため、一定の融点を持ち、
はっきりした溶融界面を持っている。溶融は粉体層内側
から外側へ進行するが、溶融の進行により、粒子隙間の
空気は内側から外側へと移動し、溶融界面が形成されて
いるので、空気は抜けやすい傾向にある。透明クリスト
バライト粉は、α型からβ型へ転移することにより、空
隙率は更に低下することとなるので、より気泡の少い石
英ガラスルツボとなる。
イトは結晶性を有するものであるから、アーク溶融にお
いて、粉体層は晶性を有するため、一定の融点を持ち、
はっきりした溶融界面を持っている。溶融は粉体層内側
から外側へ進行するが、溶融の進行により、粒子隙間の
空気は内側から外側へと移動し、溶融界面が形成されて
いるので、空気は抜けやすい傾向にある。透明クリスト
バライト粉は、α型からβ型へ転移することにより、空
隙率は更に低下することとなるので、より気泡の少い石
英ガラスルツボとなる。
従って、晶性を有する石英粉、クリストバライト粉及
びクラックの無いか又は有っても極めて少ない透明なα
−クリストバライト粒子から成る粉体を使用するのが最
も好ましい。これは、意外な利点であるが、晶性を有す
る透明なα−クリストバライトを多量に含んでいる粉体
の石英ガラスルツボへ成形する時のアーク溶融による加
熱時間は、天然石英粉の加熱の場合に比して同等乃至は
30％程短くて済み、製造コストの上からも好ましい。
びクラックの無いか又は有っても極めて少ない透明なα
−クリストバライト粒子から成る粉体を使用するのが最
も好ましい。これは、意外な利点であるが、晶性を有す
る透明なα−クリストバライトを多量に含んでいる粉体
の石英ガラスルツボへ成形する時のアーク溶融による加
熱時間は、天然石英粉の加熱の場合に比して同等乃至は
30％程短くて済み、製造コストの上からも好ましい。
晶性を有する天然石英粉と透明なα−クリストバライ
ト粉では、α−クリストバライト粉のほうが、人工合成
できるので、容易に純度設計ができ、容易に入手するこ
とができる。
ト粉では、α−クリストバライト粉のほうが、人工合成
できるので、容易に純度設計ができ、容易に入手するこ
とができる。
（ヘ）実施例 以下、例を挙げて本発明の実施の態様を説明するが、
本発明は、以下の説明及び例示によって、何等の制限を
受けるものではない。
本発明は、以下の説明及び例示によって、何等の制限を
受けるものではない。
（実施例１） 42〜200メッシュの範囲で、比表面積が0.03m2/gで、
平均粒径200μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、
透明粉の比率が90重量％であるα−クリストバライト粉
を、石英ガラス粉から1600℃でアルゴン（Ar）雰囲気下
で10時間で約23kg作成した。このα−クリストバライト
粉を18インチ（457.2mm）直径の石英ガラスルツボ用回
転モールドに投入し、粉体成形を行い、次いでアーク回
転溶融法で、天然石英粉と同じ溶融プログラムを用いて
溶融したところ、10.2kgの18インチ直径の石英ガラスル
ツボが得られた。この石英ガラスルツボの円筒部分から
3cm角に切り出し、10-2torr下、1480℃で４時間加熱
後、膨張率を測定したところ、密度の変化率は７％であ
った。
平均粒径200μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、
透明粉の比率が90重量％であるα−クリストバライト粉
を、石英ガラス粉から1600℃でアルゴン（Ar）雰囲気下
で10時間で約23kg作成した。このα−クリストバライト
粉を18インチ（457.2mm）直径の石英ガラスルツボ用回
転モールドに投入し、粉体成形を行い、次いでアーク回
転溶融法で、天然石英粉と同じ溶融プログラムを用いて
溶融したところ、10.2kgの18インチ直径の石英ガラスル
ツボが得られた。この石英ガラスルツボの円筒部分から
3cm角に切り出し、10-2torr下、1480℃で４時間加熱
後、膨張率を測定したところ、密度の変化率は７％であ
った。
（比較例１） 同じ条件で天然石英粉からのルツボの膨張率は15％で
あった。
あった。
（比較例２） 同じ条件で低いOH濃度を有する石英ガラス粉からの石
英ガラスルツボの膨張率は25％であった。
英ガラスルツボの膨張率は25％であった。
（実施例２） 42〜200メッシュの範囲で比表面積が、0.08m2/gで平
均粒径190μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、透
明粉比率が75重量％であるα−クリストバライト粉体
を、石英ガラス粉体から、1600℃のAr雰囲気下で10時間
加熱し、19.5kg作成した。このα−クリストバライト粉
体でアーク回転溶融法で10.8kgの石英ガラスルツボを作
成した。この石英ガラスルツボの膨張率は、9.5％であ
った。
均粒径190μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、透
明粉比率が75重量％であるα−クリストバライト粉体
を、石英ガラス粉体から、1600℃のAr雰囲気下で10時間
加熱し、19.5kg作成した。このα−クリストバライト粉
体でアーク回転溶融法で10.8kgの石英ガラスルツボを作
成した。この石英ガラスルツボの膨張率は、9.5％であ
った。
（比較例３） 42〜200メッシュの範囲で比表面積が、0.15m2/gで、
平均粒径205μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、
非常にクラックの多いクリストバライト粉体を、1600℃
のAr雰囲気下で、10時間加熱し、クリストバライト化
後、軽い粉砕を加えて20.5kg作成した。この粉体の透明
粉の比率は20重量％であった。この粉体から実施例と同
様の溶融条件で、石英ガラスルツボを作り、膨張率を測
定してみると、18％であった。
平均粒径205μｍを有し、正規分布の粒度分布を持つ、
非常にクラックの多いクリストバライト粉体を、1600℃
のAr雰囲気下で、10時間加熱し、クリストバライト化
後、軽い粉砕を加えて20.5kg作成した。この粉体の透明
粉の比率は20重量％であった。この粉体から実施例と同
様の溶融条件で、石英ガラスルツボを作り、膨張率を測
定してみると、18％であった。
（ト）発明の効果 本発明においては、透明なα−クリストバライトを多
量に含んでいるクリストバライト粉体を、石英ガラスル
ツボの原料として使用するので、原料を選択する場合
に、種々のグレードの純度が得られ、製法も石英ガラス
から容易に行うことができるなど、天然石英に比して優
れている。
量に含んでいるクリストバライト粉体を、石英ガラスル
ツボの原料として使用するので、原料を選択する場合
に、種々のグレードの純度が得られ、製法も石英ガラス
から容易に行うことができるなど、天然石英に比して優
れている。
また、本発明においては、透明なα−クリストバライ
トを多量に含んでいるクリストバライト粉体を原料とす
るので、人工合成が容易であるという点で、水晶、α−
石英（α−quartz）や、他の天然石英結晶に比べ、原料
として、断然有利であり、大量に得られる唯一の結晶質
の原料である。
トを多量に含んでいるクリストバライト粉体を原料とす
るので、人工合成が容易であるという点で、水晶、α−
石英（α−quartz）や、他の天然石英結晶に比べ、原料
として、断然有利であり、大量に得られる唯一の結晶質
の原料である。
しかも、本発明によると、ルツボ用として、α−クリ
ストバライトの中でも透明なクリストバライト粉を用い
ることは現有の石英ガラスルツボ製造設備をそのまま使
用でき、天然石英粉からの石英ガラスルツボ以上の物性
の石英ガラスルツボを提供することを可能にするなど、
優れている。
ストバライトの中でも透明なクリストバライト粉を用い
ることは現有の石英ガラスルツボ製造設備をそのまま使
用でき、天然石英粉からの石英ガラスルツボ以上の物性
の石英ガラスルツボを提供することを可能にするなど、
優れている。
しかも、本発明は、従来の、例えばクラックが入って
白化したα−クリストバライト粉体の場合では、α型か
らβ型に変態しても、体膨張がクラックを閉じるのに専
ら使用されるので、粉体自体の空隙率の低下が小さく、
ルツボの気泡減少効果が少ないのに比して、α型からβ
型に相転移の時に生じる体膨張が、空隙率の低下に専ら
作用するので、ルツボの気泡減少効果が著しく大きくな
り、優れている。
白化したα−クリストバライト粉体の場合では、α型か
らβ型に変態しても、体膨張がクラックを閉じるのに専
ら使用されるので、粉体自体の空隙率の低下が小さく、
ルツボの気泡減少効果が少ないのに比して、α型からβ
型に相転移の時に生じる体膨張が、空隙率の低下に専ら
作用するので、ルツボの気泡減少効果が著しく大きくな
り、優れている。
また、本発明は、透明なα−クリストバライトが結晶
質であるために、従来の石英ガラス等の非晶質とは相違
して、溶融時、一定の融点を有し、次第に柔らかくなる
ことがなく、したがって、泡が逃げにくくなることがな
く、優れている。
質であるために、従来の石英ガラス等の非晶質とは相違
して、溶融時、一定の融点を有し、次第に柔らかくなる
ことがなく、したがって、泡が逃げにくくなることがな
く、優れている。
したがって、本発明は、実際に非晶質の石英ガラス粉
体の場合の石英ガラスルツボの微小気泡の占める体積比
率に比して、同じ粒度分布及び形状で遥かに少なく、ル
ツボの膨張率も1/2乃至1/3となり、遥かに小さくなり、
優れた性質を有している。
体の場合の石英ガラスルツボの微小気泡の占める体積比
率に比して、同じ粒度分布及び形状で遥かに少なく、ル
ツボの膨張率も1/2乃至1/3となり、遥かに小さくなり、
優れた性質を有している。
さらに、本発明は、従来の石英ガラスルツボでは困難
であった、シリコン単結晶製造における減圧引上げ、マ
ルチプーリングに使用することを可能にさせるものであ
り、従来の石英ガラスルツボに比して遥かに優れてい
る。
であった、シリコン単結晶製造における減圧引上げ、マ
ルチプーリングに使用することを可能にさせるものであ
り、従来の石英ガラスルツボに比して遥かに優れてい
る。
Claims (4)
- 【請求項１】アーク回転溶融法によるシリコン単結晶引
上げ用石英ガラスルツボの製造方法において、主として
透明なα−クリストバライトから形成されているクリス
トバライト粒子を主たる割合で含んでいるクリストバラ
イト粉体を、成形し、回転させながらアーク溶融させて
ルツボに成形することを特徴するアーク回転溶融法によ
るシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方
法。 - 【請求項２】主として透明なα−クリストバライトから
形成されているクリストバライト粒子がクリストバライ
ト粉体中に60重量％以上含まれていることを特徴とする
請求項（１）に記載のアーク回転溶融法によるシリコン
単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法。 - 【請求項３】クリストバライト粉体の比表面積が、42〜
60メッシュにおいて0.1m2/g以下、60〜100メッシュにお
いて、0.1m2/g以下、100〜150メッシュにおいて0.1m2/g
以下であることを特徴とする請求項（１）に記載のアー
ク回転溶融法によるシリコン単結晶引上げ用石英ガラス
ルツボの製造方法。 - 【請求項４】クリストバライト粉体の粒度が42〜150メ
ッシュであることを特徴とするアーク回転溶融法による
シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294410A JP2684449B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294410A JP2684449B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04170387A JPH04170387A (ja) | 1992-06-18 |
| JP2684449B2 true JP2684449B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=17807390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2294410A Expired - Fee Related JP2684449B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684449B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19962449C2 (de) * | 1999-12-22 | 2003-09-25 | Heraeus Quarzglas | Quarzglastiegel und Verfahren für seine Herstellung |
| KR100710049B1 (ko) * | 2002-12-27 | 2007-04-20 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정 성장 장치의 석영 도가니 |
| JP4781020B2 (ja) * | 2005-06-29 | 2011-09-28 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法 |
| JP5941774B2 (ja) * | 2012-07-11 | 2016-06-29 | 日本化成株式会社 | 合成シリカガラス粉、及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2294410A patent/JP2684449B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04170387A (ja) | 1992-06-18 |
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