JP4482567B2

JP4482567B2 - シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法

Info

Publication number: JP4482567B2
Application number: JP2007041694A
Authority: JP
Inventors: 龍弘佐藤; 繁夫水野; 康生大浜
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP2007191392A

Description

本発明は、シリコン単結晶の引き上げに有効に使用される石英ガラスるつぼの製造方法に関する。

近年、シリコン単結晶の低欠陥、大口径化に伴い、それを引き上げるための石英ガラスるつぼは、高純度化が望まれ、原料にゾルゲル法による高純度な合成石英ガラス粉や合成クリストバライト粉、あるいは高純度化された天然石英粉が使用されるようになった。

そして、この原料を回転型に供給し、型内面に沿って粉体層を成形し内側からアークで加熱溶融して粉体層を石英ガラスるつぼにした後、アークを停止して型の回転は継続しつつ室温まで冷却する、いわゆるアーク回転溶融法が一般的に用いられている。その際シリコン単結晶の単結晶化率を向上させるために、石英ガラスるつぼの内表面層を、出来るだけ泡の少ない層にすることが必要とされる。

しかしながら、このように作られた石英ガラスるつぼも、減圧下で使用するうちに、透明層内に気泡が発生・成長し、内表面が凹凸となり単結晶化率が低下してくるという不都合があった。

この問題に対し、本願出願人は、水素をドープして透明層の微気泡の膨張を抑止した石英ガラスるつぼおよびその製造方法を提案した（特許文献１）。しかしながら、この提案した製造方法は、るつぼが大型になり水素雰囲気処理炉が大型になってコスト高になることや、可燃性ガスのため爆発に対する安全対策が必要であるという欠点があった。

さらに、本願出願人は、アーク停止後にるつぼの内表面を水素ガス含有雰囲気で冷却することによって、上記した方法の欠点を解消した石英ガラスるつぼの製造方法も提案した（特許文献２）。しかし、この方法においても水素ガス含有雰囲気で処理する工程は必須であり、それだけ装置も複雑化し、かつ工程の複雑化を避けることはできず、安定的な方法とはいえなかった。

本願発明者らは、シリコン単結晶引き上げ後の石英ガラスるつぼ内面の微気泡の挙動についての研究をさらに進めたところ、シリコン単結晶を引き上げる際、シリコン単結晶引き上げ工程に使用する前の石英ガラスるつぼの内面から深さ１ｍｍ以内に実質上泡が確認されなくても、シリコン単結晶引き上げ工程に使用した後に石英ガラスるつぼの内面を観察すると、透明層中に径０．５ｍｍ以上の泡が確認され、その場合、シリコンの単結晶化率が低いことを見いだした。これは、泡がはじけて、石英ガラス破片が浮遊し、シリコン単結晶に到達することが原因と推測された。
特開平５−１２４８８９号公報特開平７−３３０３５８号公報

本願発明者等は、石英ガラスるつぼの透明層中の泡発生を防止する為、以下の方法についての検討を行った。

（１）アーク回転溶融法におけるいくつかの溶融加熱条件を従来の条件から変更して石英ガラスるつぼを製造し、その石英ガラスるつぼを用いて、シリコン単結晶を引き上げ、使用後の当該石英ガラスるつぼの透明層を調べたところ、従来方法によって製造した石英ガラスるつぼに比べて透明層中の泡膨張が減少するという知見を得た。

（２）アーク回転溶融法における従来の溶融加熱条件は変更せず、あらかじめガス含有量、または、ＯＨ基濃度の少ない、あるいは粒度の細かい石英原料粉を内面透明層形成用に使用し、石英ガラスるつぼを製造し、その石英ガラスるつぼを用いてシリコン単結晶を引き上げ、使用後の当該石英ガラスるつぼの透明層を調べたところ、従来の石英原料粉を用いて製造した石英ガラスるつぼに比べて透明層中の泡膨張が減少するという知見も得た。

上記した２つの方法（１）（２）によって製造された、石英ガラスるつぼの内面透明層中に予め存在する泡の最大径とその総泡断面積、含有ガス量は低減され、シリコン単結晶引き上げ後の透明層中に確認される泡の最大径は、０．５ｍｍ以下で、泡断面積は、４０％以下に抑制され、したがって、シリコン単結晶の引き上げ安定性が、大幅に改善されることを見出し本発明を完成したものである。

本発明は、結晶欠陥のないシリコン単結晶を引き上げることができるとともにシリコン単結晶の単結晶化率を極めて向上させることができるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法を提供することを目的とする。

本発明方法により製造されるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの第１の態様は、半透明石英ガラス層のるつぼ基体と、該るつぼ基体の内壁面に形成された透明石英ガラス層からなるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼであり、シリコン単結晶引き上げ後のるつぼ内面の１ｍｍ以内に径０．５ｍｍ以上の泡膨張が存在しないようにしたことを特徴とする。さらにいえば、径０．３ｍｍ以上の泡膨張が存在しないのがさらに好ましい。

前記るつぼ内面の１ｍｍ以内の泡断面積が４０％以下であるのが好適であり、２０％以下がさらに好適である。

本発明方法により製造されるのシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの第２の態様は、半透明石英ガラス層のるつぼ基体と、該るつぼ基体の内壁面に形成された透明石英ガラス層からなるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼであり、該透明石英ガラス層中の最大泡径が０．２ｍｍ以下、泡断面積が２０％以下及びガス含有量が１μｌ／ｇ以下であることを特徴とする。該透明層中の最大泡径が０．１ｍｍ以下、泡断面積が１０％以下であるのがさらに好適である。

本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼは、水素をドープすることなく製造されるものである。

上記シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼのるつぼ径が２２″〜２８″の場合には、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、好ましくは、２０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは、６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が４００〜１０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、好ましくは、３００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件で製造される。

上記シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼのるつぼ径が２２″〜２８″の場合には、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が２０μｌ／ｇ以下、好ましくは１０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは、６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が２００〜４００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、好ましくは、３００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下、及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件で製造される。

上記シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼのるつぼ径が３０″〜４８″の場合には、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、好ましくは、２０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは、６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が６００〜２０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が１５００ｍｍ以下、好ましくは、５００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下、及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは、１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件で製造される。

本発明のるつぼ径２２″〜２８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法の第１の態様は、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、好ましくは２０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が４００〜１０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、好ましくは３００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とする。

本発明のるつぼ径２２″〜２８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法の第２の態様は、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が２０μｌ／ｇ以下、好ましくは、１０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が２００〜４００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、好ましくは３００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とする。

本発明のるつぼ径３０″〜４８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法は、アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成する方法を用い、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、好ましくは２０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは６０ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が６００〜２０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が１５００ｍｍ以下、好ましくは５００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とする。

上記二酸化珪素粉末のガス含有量の下限値としては１μｌ／ｇをあげることができる。また、上記二酸化珪素粉末の粒径の下限値は１０μｍが好適である。さらに、上記二酸化珪素粉末の落とし速度の下限値としては３０ｇ／ｍｉｎが好ましい。

本発明で用いられる二酸化珪素粉末としては、合成石英ガラス粉又は天然石英ガラス粉のいずれも用いることができるが、合成石英ガラス粉がより好適に用いられる。

本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造にあたっては、前記型の内部粉体層を常圧状態で行えばよいが、粉体層を外面（即ち、型内部）より減圧引きを行って実施することもできる。減圧の場合には１０〜７００ｍｍＨｇ程度が好適である。

また、本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスに用いられる石英ガラス粉中のＣＯ，ＣＯ₂ などのカーボンを含むガス比率は１０％以下が好ましい。

以上述べたごとく、本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼは、シリコン単結晶を引き上げる際に結晶欠陥の発生がなく、シリコン単結晶の単結晶化率を極めて向上させることができるという大きな効果を奏する。

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明方法の実施に使用される装置と該装置を使用する石英ガラスるつぼ製造方法を示す断面説明図である。

図１において、回転型１は回転軸２を備える。型１にはキャビティ１ａが形成され、このキャビティ１ａ内に二酸化珪素粉末、例えば天然石英粉末から形成される半透明石英ガラス、すなわち外層を構成する石英ガラスるつぼの基体３が配置されている。

該基体３は、二酸化珪素粉末を回転する型１の中に投入し、該型１の内壁に沿って形成して所要のるつぼ形状の前成型体とし、この前成型体を内面から加熱して二酸化珪素粉末を溶融させたのち、冷却することにより製造される。

内面からの加熱のために、図１に示すように電源１０に接続されたカーボン電極５１，５２を備えるアーク放電装置５を使用することができる。アーク放電装置５の代わりにプラズマ放電装置を使用してもよい。この基体３の製造については、特公平４−２２８６１号公報に詳細な記載がある。

図１に示す装置は、内層４を形成するために、型１の上方に合成石英粉末６を収容する石英粉末供給槽を備える。この供給槽９には計量フィーダ９２が設けられた吐出パイプ９３に接続されている。供給槽９内には攪拌羽根９１が配置される。型１の上部は、スリット開口７５を残して蓋７１により覆われる。なお、内層４の形成には、合成石英粉末又は天然石英粉末のいずれを用いてもよいが、図示例では合成石英粉末６を用いた例を示してある。

基体３が形成された後、又は基体３の形成の途中において、アーク放電装置５のカーボン電極５１，５２からの放電による加熱を継続しながら、合成石英粉末６供給のための計量フィーダ９２を調整した開度に開いて、吐出パイプ９３から合成石英粉末を基体３の内部に供給する。アーク放電装置５の作動により、基体３内には高温ガス雰囲気８が形成されている。したがって、合成石英粉末は、この高温ガス雰囲気８中に供給されることとなる。

なお、高温ガス雰囲気とは、カーボン電極５１，５２を用いたアーク放電によりその周囲に形成された雰囲気を指し、石英ガラスを溶かすに十分な温度、つまり２千数百度の高温になっている。

高温ガス雰囲気８中に供給された合成石英粉末は、高温ガス雰囲気８内の熱により少なくとも一部が溶融され、同時に基体３の内壁面に向けて飛散させられて、該基体３の内壁面に付着し、基体３と一体融合的に基体３の内面に実質的に無気泡の石英ガラス層すなわち内層４を形成する。この内層４の形成方法については、上述した特公平４−２２８６１号公報に詳細な記載がある。

以下に本発明の別の実施の形態を添付図面中、図６〜図８に基いて説明する。図６は本発明方法の実施に使用される石英ルツボの製造装置の１例を示す縦断面図、図７は同上の横断面図及び図８は図６の要部を示す摘示断面図である。この実施の形態については、特開平１０−２５１８４号公報に詳細な記載がある。

図中、１２は石英ルツボの製造装置で、水平回転自在な中空型１４を有している。該中空型１４は、黒鉛又はグラファイト等のカーボン質材料によって形成される。該中空型１４は、不図示の回転駆動手段によって水平回転せしめられる。該中空型１４の外周は、真空ポンプ等の減圧吸引手段Ｐに接続され、その外周が減圧吸引されるようになっている。１６は、該中空型１４の内面を加熱するための加熱手段、例えばアーク放電手段である。

１８は、通気性部材で、該中空型１４の内面に臨むように設けられている。該通気性部材１８は、上記中空型１４の内面に均一に多数配設されるものである。この通気性部材１８の配設方法としては、各々の通気性部材１８の吸引範囲が交叉しないように配設するのが効率的であり、格子状の交点に通気性部材１８を配置すればよいが、吸引効率の観点からは千鳥状（ジグザグ状）に通気性部材１８を配置するのが好適である。

該通気性部材１８は、黒鉛又はグラファイト等の通気性カーボン質材料によって形成されている。２０は、該中空型１４の壁体１４ａの内部に穿設された吸引通路である。該吸引通路２０の一端は該通気性部材１８に接続し、その他端は該中空型１４の外周面と連通している。

Ｂは、前記中空型１４の外周面に設けられた支持枠体で、該支持枠体Ｂの内底面に配置されたパッキン部材Ｃを介して該中空型１４を支持するものである。

上記した製造装置を用いて石英ルツボを製造するに際しては、まず前記中空型１４を回転しながら原料石英粉体を該中空型１４の内周面に投入する。該石英粉体は、回転する中空型１４の遠心力の作用により、該中空型１４の内周面に押し付けられ、該内周面に沿って堆積し、石英粉体層Ａが形成される。

次に、アーク放電手段等の加熱手段１６により、該石英粉体層Ａをその内周面側から加熱溶融する。この加熱溶融とともに、該中空型１４の外面、図示の例では底部外面を真空ポンプ等の減圧吸引手段Ｐによって減圧吸引し、該石英粉体層Ａ内の内部ガスを前記通気性部材１８及び吸引通路２０を介して吸引排気する。

上記加熱溶融により、石英粉体層Ａはその内周面から外表面付近まで次第に溶融し、ルツボ状に焼結する。

図６〜図８に示した例においては、多数の通気性部材１８としては、小円板状部材を多数独立して配設した場合を示したが、長方形状部材、正方形部材、三角形状部材等を用いることができる他、該中空型１４の内周面を一周する環状又はリング状部材を多数配設することも可能である。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

（実施例１）図１に示した装置を用いて次の手順により径２２″の石英ガラスるつぼを製造した。粉径が５０μｍから５００μｍの天然石英ガラス粉を１００ｒｐｍで回転する、内径５６０ｍｍの成形型（回転型）中に３０ｍｍの均一な厚さで堆積させ、アーク放電により内部から加熱溶融させると同時に、上方向から、粉径が５０μｍから３００μｍのＯＨ濃度が１００ｐｐｍで、０〜１０００度までの昇温加熱ガス分析によって確認される含有ガス量が３０μｌ／ｇの合成石英ガラス粉を、アーク発生の中心点から水平距離で１００ｍｍの位置から、１００ｇ／ｍｉｎの割合で連続供給しながら、アーク点高さ位置は、溶融形成されるるつぼ底内面から５００ｍｍの高さに保ち、該成形型中央位置から側面方向へ水平移動させながら、アーク熱量を直流２０００Ａ、２５０Ｖで５００ｋｗの瞬間熱量で供給しながら、透明ガラス層を全内面領域にわたり、１〜３ｍｍの厚さで形成した。

石英ガラスるつぼ形成後の内面１ｍｍまでの透明層中の含有ガスを０〜１０００度までの昇温加熱分析で測定したところ、１μｌ／ｇ以下であった。また、この石英ガラスるつぼの内面１ｍｍ以内の最大泡径は、０．２ｍｍ以下で、泡断面積は、１０％以下であった。当該製造した石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状の顕微鏡写真を図２に示す。

この石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶解し、シリコン単結晶の引き上げを、減圧度２０ｍｍｂで、１００時間行ったところ、シリコン単結晶は、結晶欠陥を発生することなく引き上がった。使用後の石英ガラスるつぼ内面の透明層を観察したところ、深さ１ｍｍまでは、０．５ｍｍ以上の泡がなく、泡断面積は、４０％以下であった。当該使用後の石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状の顕微鏡写真を図３に示す。

（実施例２）図１に示した装置を用いて次の手順により径２２″の石英ガラスるつぼを製造した。粉径が５０μｍから５００μｍの天然石英ガラス粉を１００ｒｐｍで回転する、内径５６０ｍｍの成形型（回転型）中に３０ｍｍの均一な厚さで堆積させ、アーク放電により内部から加熱溶融させると同時に、上方向から、粉径が５０μｍから３００μｍのＯＨ濃度が５ｐｐｍで、０〜１０００度までの昇温加熱ガス分析によって確認される含有ガス量が５μｌ／ｇ、かつ、ＣＯ，ＣＯ₂，ＣＨ₄のガスの容量％はトータルで２％である。合成石英ガラス粉を、アーク発生の中心点から水平距離で１００ｍｍの位置から、１００ｇ／ｍｉｎの割合で連続供給しながら、アーク点高さ位置は、溶融形成されるるつぼ底内面から５００ｍｍの高さに保ち、該成形型中央位置から側面方向へ水平移動させながら、アーク熱量を直流１５００Ａ、２００Ｖで３００ｋｗの瞬間熱量で供給しながら、透明ガラス層を全内面領域にわたり、１〜３ｍｍの厚さで形成した。

石英ガラスるつぼ形成後の内面１ｍｍまでの透明層中の含有ガスを０〜１０００度までの昇温加熱分析で測定したところ、１μｌ／ｇ以下であった。また最大泡径は、０．２ｍｍ以下で、泡断面積は、１０％以下であった。又、この気泡中のＣＯ，ＣＯ₂，ＣＨ₄のガスの容量％はトータルで２％であった。当該製造した石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状は図２と同様であった。

この石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶解し、シリコン単結晶の引き上げを、減圧度２０ｍｍｂで、１００時間行ったところ、シリコン単結晶は、結晶欠陥を発生することなく引き上がった。使用後のるつぼ内面の透明層を観察したところ、深さ１ｍｍまでは、０．５ｍｍ以上の泡がなく、泡断面積は、４０％以下であった。当該使用後の石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状は図３と同様であった。

（実施例３）図１に示した装置を用いて次の手順により径３０″の石英ガラスるつぼを製造した。粉径が５０μｍから５００μｍの天然石英ガラス粉を１００ｒｐｍで回転する、内径７８０ｍｍの成形型（回転型）中に３５ｍｍの均一な厚さで堆積させ、アーク放電により内部から加熱溶融させると同時に、上方向から、粉径が５０μｍから３００μｍのＯＨ濃度が１００ｐｐｍで、０〜１０００度までの昇温加熱ガス分析によって確認される含有ガス量が３０μｌ／ｇの合成石英ガラス粉を、アーク発生の中心点から水平距離で１００ｍｍの位置から、１００ｇ／ｍｉｎの割合で連続供給しながら、アーク点高さ位置は、溶融形成されるるつぼ底内面から５００ｍｍの高さに保ち、該成形型中央位置から側面方向へ水平移動させながら、アーク熱量を直流３０００Ａ、２５０Ｖで７５０ｋｗの瞬間熱量で供給しながら、透明ガラス層を全内面領域にわたり、１〜３ｍｍの厚さで形成した。

石英ガラスるつぼ形成後の内面１ｍｍまでの透明層中の含有ガスを０〜１０００度までの昇温加熱分析で測定したところ、１μｌ／ｇ以下であった。また最大泡径は、０．２ｍｍ以下で、泡断面積は、１０％以下であった。当該製造した石英ガラスるつぼのアルミ部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状は図２と同様であった。

（比較例１）図１に示した装置を用いて次の手順により径２２″の石英ガラスるつぼを製造した。粉径が５０μｍから５００μｍの天然石英ガラス粉を１００ｒｐｍで回転する、内径５６０ｍｍの成形型（回転型）中に３０ｍｍの均一な厚さで堆積させ、アーク放電により内部から加熱溶融させると同時に、上方向から、粉径が５０μｍから３００μｍのＯＨ濃度が１００ｐｐｍで、０〜１０００度までの昇温加熱ガス分析によって確認される含有ガス量が３０μｌ／ｇ、かつ、ＣＯ，ＣＯ₂，ＣＨ₄のガスの容量％はトータルで２５％である。合成石英ガラス粉を、アーク発生の中心点から水平距離で１００ｍｍの位置から、１００ｇ／ｍｉｎの割合で連続供給しながら、アーク点高さ位置は、溶融形成されるるつぼ底内面から５００ｍｍの高さに保ち、該成形型中央位置から側面方向へ水平移動させながら、アーク熱量を直流１５００Ａ、２００Ｖで３００ｋｗの瞬間熱量で供給しながら、透明ガラス層を全内面領域にわたり、１〜３ｍｍの厚さで形成した。

石英ガラスるつぼ形成後の内面１ｍｍまでの透明層中の含有ガスを０〜１０００度までの昇温加熱分析で測定したところ、３μｌ／ｇ以下であった。また最大泡径は、０．３ｍｍで、泡断面積は、２０％以下であった。又、この時の気泡中のガス分析の結果、ＣＯ，ＣＯ₂，ＣＨ₄のトータルのガスの容量％は２５％であった。当該製造した石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状の顕微鏡写真を図４に示す。

この石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶解し、シリコン単結晶の引き上げを、減圧度２０ｍｍｂで、１００時間行ったところ、シリコン単結晶は、引き上げ途中で乱れた。使用後のるつぼ内面の透明層を観察したところ、深さ０．５ｍｍまでの範囲に、０．８ｍｍの泡が多数発生し、中には、内表面まで泡界面が到達し破裂しているものもあった。泡断面積は、６０％であった。当該使用後の石英ガラスるつぼのアール部を厚さ１ｍｍにカットした断面形状の顕微鏡写真を図５に示す。

実施例１〜３の結果から明らかなように、シリコン単結晶引き上げ後の石英ガラスるつぼ内面の１ｍｍ以内に径０．５ｍｍ以上の泡膨張が存在しない場合には、シリコン単結晶は、結晶欠陥を発生することなく、引き上げることができるが、比較例１に示されるように、石英ガラスるつぼ内面の１ｍｍ以内に径０．５ｍｍ以上の泡膨張が存在するとシリコン単結晶は引き上げ途中で乱れてしまうことが判明した。

また、上記の場合には、石英ガラスるつぼ内面１ｍｍ以内の泡断面積は４０％以下であれば、シリコン単結晶は、欠陥を発生することなく引き上げることができる（実施例１〜３）が、石英ガラスるつぼ内面の１ｍｍ以内の泡断面積が４０％を越えると（比較例１では６０％）、シリコン単結晶は引き上げ途中で乱れてしまうことが判明した。

さらに、実施例１〜３に示されるように、形成された石英ガラスるつぼの内面１ｍｍまでの透明層中の含有ガス量は１μｌ／ｇ以下、最大泡径は０．２ｍ以下、泡断面積は２０％以下であれば、シリコン単結晶引き上げ後の石英ガラスるつぼ内面１ｍｍ以内に径０．５ｍｍ以上の泡膨張が存在せず、また泡断面積が４０％以下であるようにすることができるが、比較例１に示されるように上記条件を外れた場合（比較例１ではガス含有量が３μｌ／ｇ以下及び最大泡径は０．３ｍｍ）には、シリコン単結晶引き上げ後の石英ガラスるつぼ内面１ｍｍ以内に径０．５ｍｍ以上の泡膨張が存在し、泡断面積も４０％を越えてしまうことがわかった。

実施例１に示されるごとく、アーク回転溶融法を用いて、合成石英ガラス粉のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下（実施例１では３０μｌ／ｇ）、合成石英ガラス粉のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下（実施例１では１００ｐｐｍ）、溶融加熱電力が４００〜１０００ｋｗ（実施例１では５００ｋｗ）、アーク中心点から合成石英ガラス粉の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ（実施例１では１００ｍｍ）、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下（実施例１では５００ｍｍ）、合成石英ガラス粉の粒径が３００μｍ以下（実施例１では５０μｍ〜３００μｍ）及び合成石英ガラス粉の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下（実施例１では１００ｇ／ｍｉｎ）の条件で径２２″の石英ガラスるつぼを製造すれば、本発明の所定の性能を有する石英ガラスるつぼを得ることができる。

また、実施例２に示されるごとく、アーク回転溶融法を用いて、合成石英ガラス粉のガス含有量が３〜２０μｌ／ｇ（実施例２では３μｌ／ｇ）、合成石英ガラス粉のＯＨ基含有濃度が２００ｐｐｍ以下（実施例２では５ｐｐｍ）、溶融加熱電力が２００〜４００ｋｗ（実施例２では３００ｋｗ）、アーク中心点から合成石英ガラス粉の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ（実施例２では１００ｍｍ）、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下（実施例２では５００ｍｍ）、合成石英ガラス粉の粒径が３００μｍ以下（実施例２では５０μｍ〜３００μｍ）及び合成石英ガラス粉の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下（実施例２では１００ｇ／ｍｉｎ）の条件で径２２″の石英ガラスるつぼを製造すれば、本発明の所定の性能を有する石英ガラスるつぼを得ることができる。

さらに、実施例３に示されるごとく、アーク回転溶融法を用いて、合成石英ガラス粉のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下（実施例３では３０μｌ／ｇ）、合成石英ガラス粉のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下（実施例３では１００ｐｐｍ）、溶融加熱電力が６００〜２０００ｋｗ（実施例３では７５０ｋｗ）、アーク中心点から合成石英ガラス粉の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ（実施例３では１００ｍｍ）、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下（実施例３では５００ｍｍ）、合成石英ガラス粉の粒径が３００μｍ以下（実施例３では５０μｍ〜３００μｍ）及び合成石英ガラス粉の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下（実施例３では１００ｇ／ｍｉｎ）の条件で径３０″の石英ガラスるつぼを製造すれば、本発明の所定の性能を有する石英ガラスるつぼを得ることができる。

上記した実施例１〜３においては、図１に示した装置を用いて型の内部は常圧状態で石英ガラスるつぼを製造した例を示したが、型の内部を図６〜図８に示した装置を用いて減圧状態として製造することも可能である。型の内部を５００ｍｍＨｇとした以外は、実施例１〜３と同様の条件で実験を行ったところ、実施例１〜３と同様の結果を得ることができた。

また、実施例１〜３においては、内層を形成する石英ガラス粉としては、合成石英ガラス粉を用いた場合を示したが、合成石英ガラス粉のかわりに天然石英ガラス粉を用いても同様の結果が得られることも確認した。

また、本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法によれば、本発明の優れた作用を有する石英ガラスるつぼを複雑工程を要することなく安定して製造できるという効果を有する。

本発明方法の実施に使用される装置と該装置を使用する石英ガラスるつぼ製造方法を示す概略断面説明図である。実施例１によって製造された石英ガラスるつぼの内面部分の断面形状を示す顕微鏡写真である。実施例１によって製造された石英ガラスるつぼを用いてシリコン単結晶を引き上げた後の石英ガラスるつぼの内面部分の断面形状を示す顕微鏡写真である。比較例１によって製造された石英ガラスるつぼの内面部分の断面形状を示す顕微鏡写真である。比較例１によって製造された石英ガラスるつぼを用いてシリコン単結晶を引き上げた後の石英ガラスるつぼの内面部分の断面形状を示す顕微鏡写真である。本発明方法の実施に使用される装置の他の実施の形態を示す縦断面説明図である。図６の横断面説明図である。図６の要部を示す摘示断面図である。

符号の説明

１：回転型、１ａ：キャビティ、２：回転軸、３：基体、４：内層、５：アーク放電装置、６：合成石英粉末、８：高温ガス雰囲気、９：供給層、１０：電源、１２：石英るつぼの製造装置、１４：中空型、１６：加熱手段、１８：通気性部材、２０：吸引通路、５１，５２：カーボン電極、７１：蓋、７５：スリット開口、９１：攪拌羽根、９２：計量フィーダ、９３：吐出パイプ。

Claims

アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法であり、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が４００〜１０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とするるつぼ径２２″〜２８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法。
アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法であり、二酸化珪素粉末のガス含有量が２０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が２００〜４００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が８００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とするるつぼ径２２″〜２８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法。
アーク回転溶融法において型中で二酸化珪素粉末によって基体を形成しかつ該基体の内面に二酸化珪素粉末によって内層を形成するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法であり、二酸化珪素粉末のガス含有量が３０μｌ／ｇ以下、二酸化珪素粉末のＯＨ基含有濃度が３００ｐｐｍ以下、溶融加熱電力が６００〜２０００ｋｗ、アーク中心点から二酸化珪素粉末の落とし位置までの水平距離が５０〜３００ｍｍ、アーク中心点から堆積粉底内面までの距離が１５００ｍｍ以下、二酸化珪素粉末の粒径が３００μｍ以下及び二酸化珪素粉末の落とし速度が２００ｇ／ｍｉｎ以下の条件であることを特徴とするるつぼ径３０″〜４８″のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法。
前記型の内部粉体層を型内面より減圧引きして減圧状態とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法。
前記減圧状態が１０〜７００ｍｍＨｇであることを特徴とする請求項４記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法。