JP5473878B2 - Method for producing quartz glass crucible for pulling silicon single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法に関し、特に、石英ガラスルツボの層構造に関する。   The present invention relates to a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal and a method for manufacturing the same, and more particularly to a layer structure of a quartz glass crucible.

シリコン単結晶の製造には石英ガラスルツボが使用される。チョクラルスキー法(CZ法)では、ポリシリコンを石英ガラスルツボに入れて加熱溶融し、このシリコン融液に種結晶を浸漬し、ルツボと種結晶とを互いに逆方向に回転させながら徐々に引き上げて単結晶を成長させる。半導体デバイス用の高純度シリコン単結晶を製造するためには、石英ガラスルツボに含まれる不純物の溶出によってシリコン単結晶が汚染されないことが求められ、またルツボ内のシリコン融液の温度制御が容易となるよう十分な熱容量を有することも必要である。そのため、多数の微小な気泡を含む不透明な外層と、気泡含有率が0.1%以下であり、気泡の平均直径が100μm以下である透明な内層とを有する二層構造の石英ガラスルツボが好ましく使用されている(特許文献1参照)。また、ルツボの外層を天然石英で形成して高温下でのルツボの強度を高める一方、シリコン融液に接触するルツボの内層を合成石英で形成して不純物の混入を防止するようにした二層構造の石英ガラスルツボも使用されている(特許文献2参照)。   A quartz glass crucible is used for manufacturing a silicon single crystal. In the Czochralski method (CZ method), polysilicon is heated and melted in a quartz glass crucible, the seed crystal is immersed in this silicon melt, and the crucible and the seed crystal are gradually pulled up while rotating in opposite directions. To grow a single crystal. In order to produce a high-purity silicon single crystal for semiconductor devices, it is required that the silicon single crystal is not contaminated by elution of impurities contained in the quartz glass crucible, and the temperature control of the silicon melt in the crucible is easy. It is also necessary to have a sufficient heat capacity. Therefore, a quartz glass crucible having a two-layer structure having an opaque outer layer containing a large number of minute bubbles and a transparent inner layer having a bubble content of 0.1% or less and an average bubble diameter of 100 μm or less is preferable. It is used (see Patent Document 1). In addition, the outer layer of the crucible is made of natural quartz to increase the strength of the crucible at high temperatures, while the inner layer of the crucible in contact with the silicon melt is made of synthetic quartz to prevent impurities from entering. A quartz glass crucible having a structure is also used (see Patent Document 2).

近年、シリコンウェーハの大型化に伴って700mm以上の大口径の石英ガラスルツボが使用されており、溶融量の増大や100時間以上の長時間の引上げ、ルツボにあるヒーターから単結晶までの距離が遠くなり今までより強加熱になることなどによって石英ルツボに対する熱負荷が大きくなり、引き上げ中の自重により石英ルツボ下部が変形してしまう沈み込みという現象が起きている。変形を防止する方法の一つとして、ルツボの外層がAl添加石英層、中間層が天然石英層または高純度合成石英層、内層が透明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が提案されている(特許文献3参照)。また、変形を防止する他の方法として、ルツボの内表面や外表面を結晶化させて強化した石英ルツボが知られている。例えば、特許文献4には、ルツボ外表面に結晶化促進剤を塗布し、引き上げ中にルツボを結晶化させて強化することが記載されている。また特許文献5には、ルツボ外表面に酸水素炎を吹き付けて結晶化ガラス層をルツボ外表面に形成することが記載されている。また、特許文献6には、ルツボ内表面全体をサンドブラスト等によって研磨し、この研磨面をさらに酸水素炎によって加熱処理して平滑化した石英ルツボが記載されている。   In recent years, quartz glass crucibles with large diameters of 700 mm or more have been used with the increase in size of silicon wafers, and the distance from the heater in the crucible to the single crystal has increased, the amount of melting has increased, the pulling time has been longer than 100 hours. The heat load on the quartz crucible increases due to the fact that it is farther and more intense than before, and a phenomenon of subduction in which the lower part of the quartz crucible is deformed by its own weight during pulling has occurred. One method of preventing deformation is a three-layer quartz glass crucible in which the outer layer of the crucible is an Al-added quartz layer, the intermediate layer is a natural quartz layer or a high-purity synthetic quartz layer, and the inner layer is a transparent high-purity synthetic quartz layer. It has been proposed (see Patent Document 3). As another method for preventing deformation, a quartz crucible in which the inner surface and outer surface of the crucible are crystallized and strengthened is known. For example, Patent Document 4 describes that a crystallization accelerator is applied to the outer surface of the crucible, and the crucible is crystallized and strengthened during pulling. Patent Document 5 describes that an oxyhydrogen flame is sprayed on the outer surface of the crucible to form a crystallized glass layer on the outer surface of the crucible. Patent Document 6 describes a quartz crucible in which the entire inner surface of the crucible is polished by sandblasting and the polished surface is further heat treated with an oxyhydrogen flame and smoothed.

特開平1−197381号公報JP-A-1-197381 特開平1−261293号公報JP-A-1-261293 特開2000−247778号公報JP 2000-247778 A 特開平09−110590号公報JP 09-110590 A 特開平10−203893号公報JP-A-10-203893 特開2001−328831号公報JP 2001-328831 A

しかしながら、特許文献3に記載された従来のルツボにおいて、ルツボの外表面に塗布される結晶化促進剤はシリコン単結晶にとって不純物であり、製造されたウェーハの電気的特性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、特許文献4に記載のルツボによれば、ルツボ外表面に酸水素炎を吹き付けて結晶化ガラス層をルツボ外表面に形成できるが、酸素雰囲気中で石英ガラスを軟化点(約1700℃)以上まで加熱すると、冷却過程でクリストバライト結晶が析出する。石英ガラスとクリストバライトでは熱膨張係数が大きく異なるので、この方法で形成されたクリストバライト層は剥離しやすく、実用化に適さない。さらに、特許文献5に記載された従来のルツボは、内表面が気泡を含まず、純度が高いので単結晶化率を向上できる利点が指摘されているが、ルツボの自重により特に石英ルツボ下部が変形してしまう沈み込み現象の問題は解決されていない。   However, in the conventional crucible described in Patent Document 3, the crystallization accelerator applied to the outer surface of the crucible is an impurity for the silicon single crystal and may adversely affect the electrical characteristics of the manufactured wafer. is there. Further, according to the crucible described in Patent Document 4, an oxyhydrogen flame can be sprayed on the outer surface of the crucible to form a crystallized glass layer on the outer surface of the crucible, but the softening point (about 1700 ° C.) of quartz glass in an oxygen atmosphere. When heated to the above, cristobalite crystals precipitate during the cooling process. Since quartz glass and cristobalite have greatly different coefficients of thermal expansion, the cristobalite layer formed by this method is easy to peel off and is not suitable for practical use. Further, the conventional crucible described in Patent Document 5 has an advantage that the inner surface does not contain bubbles and the purity is high, so that the single crystallization rate can be improved. The problem of the subduction phenomenon that deforms has not been solved.

本発明は上記課題を解決するものであり、シリコン単結晶引き上げ中の高温下において、沈み込みが抑制された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 solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a quartz glass crucible in which sinking is suppressed at a high temperature during pulling of a silicon single crystal and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重をルツボ下部よりも小さくすることにより、シリコン単結晶引き上げ中の石英ルツボ外側にあるヒーターからの1500℃以上の高熱負荷による沈み込みを防止することができ、そのためには使用する石英粉のOH基濃度を調整すればよいことを見出した。本発明はこのような技術的知見に基づきなされたものであり、本発明は、側壁部、湾曲部及び底部を有する石英ガラスルツボであって、ルツボの外表面側に設けられた多数の気泡を含む不透明石英ガラス層と、ルツボの内表面側に設けられた透明石英ガラス層とを備え、不透明石英ガラス層は、ルツボの上端から当該上端よりも下方の第1の中間位置までの範囲に属するルツボ上部に設けられた第1の不透明石英ガラス部分と、ルツボ上部よりも下方であって、第1の中間位置よりも下方の第2の中間位置からルツボの下端までの範囲に属するルツボ下部に設けられた第2の不透明石英ガラス部分とを有し、第1の石英ガラス部分の高さhがルツボ全体の高さhに対して0.1h以上0.6h以下であり、第2の不透明石英ガラス部分の比重は1.7以上2.1以下であり、第1の不透明石英ガラス部分の比重は1.4以上1.8以下であって第2の不透明石英ガラス部分の比重よりも小さく、前記第1の不透明石英ガラス部分のOH基濃度は前記第2の不透明石英ガラス層のOH基濃度よりも高く、前記第1の不透明石英ガラス部分のAl濃度が10ppm以上であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the specific gravity of the opaque quartz glass layer in the upper part of the crucible is made smaller than that in the lower part of the crucible. It has been found that subsidence due to a high heat load of 1500 ° C. or higher can be prevented, and for that purpose, the OH group concentration of the quartz powder used can be adjusted. The present invention has been made on the basis of such technical knowledge, and the present invention is a quartz glass crucible having a side wall portion, a curved portion and a bottom portion, and a large number of bubbles provided on the outer surface side of the crucible. And a transparent quartz glass layer provided on the inner surface side of the crucible, and the opaque quartz glass layer belongs to a range from the upper end of the crucible to a first intermediate position below the upper end. A first opaque quartz glass portion provided at the upper part of the crucible, and a lower part of the crucible belonging to a range from the second intermediate position below the upper part of the crucible and below the first intermediate position to the lower end of the crucible. and a second opaque quartz glass portion provided, the height h 1 of the first quartz glass portion is at 0.1 h 0 or 0.6 h 0 or less with respect to the height h 0 of the entire crucible, Second opaque quartz glass The specific gravity of the portion is 1.7 or more and 2.1 or less, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion is 1.4 or more and 1.8 or less, which is smaller than the specific gravity of the second opaque quartz glass portion, The OH group concentration in the first opaque quartz glass portion is higher than the OH group concentration in the second opaque quartz glass layer, and the Al concentration in the first opaque quartz glass portion is 10 ppm or more.

Alをより多く含ませることによって粘性が向上したルツボは大型化が可能であるが、このような大型の石英ガラスルツボは非常に重いため、ルツボの自重によって沈み込みが発生しやすいという新たな課題が発生している。そのため、Alによって粘性を高めるだけでは十分でなく、長時間の使用に十分に耐え得るためのさらなる工夫が求められている。本発明によれば、ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重が小さいので、ルツボ下部にかかる自重による負荷を低減することができ、ルツボの沈み込みを抑制することができる。また、ルツボ上部の不透明石英ガラス層がより多くの気泡を含むことから、ルツボ上部の保温性を高めることができ、例えば冷却速度3.0℃/minなどの急冷によるシリコン単結晶のクラックの発生を防止することができる。   The crucible whose viscosity has been improved by adding more Al can be enlarged, but since such a large quartz glass crucible is very heavy, a new problem that subduction is likely to occur due to its own weight Has occurred. For this reason, it is not sufficient to increase the viscosity with Al, and further contrivances are required to withstand long-time use. According to the present invention, since the specific gravity of the opaque quartz glass layer at the upper part of the crucible is small, it is possible to reduce the load due to the own weight applied to the lower part of the crucible, and to suppress the sinking of the crucible. In addition, since the opaque quartz glass layer on the upper part of the crucible contains more bubbles, the heat retaining property on the upper part of the crucible can be improved. For example, the generation of cracks in the silicon single crystal due to rapid cooling such as a cooling rate of 3.0 ° C./min. Can be prevented.

また、本発明は、側壁部、湾曲部及び底部を有する石英ガラスルツボの製造方法であって、石英ガラスルツボの外形に合わせた内面を有する中空状のモールドを回転させながらモールド内に石英粉を充填し、モールドの内面に沿った石英粉の層を形成する工程と、石英粉の層を加熱して石英粉を溶融することにより不透明石英ガラス層を形成する工程とを備え、石英粉の層を形成する工程は、ルツボの上端から当該上端よりも下方の第1の中間位置までの範囲に属するルツボ上部に相当する位置に第1の石英粉を充填する工程と、前記ルツボ上部よりも下方であって、前記第1の中間位置よりも下方の第2の中間位置からルツボの下端までの範囲に属するルツボ下部に相当する位置に第2の石英粉を充填する工程と、第1及び第2の石英粉に覆われたルツボの内面に第3の石英粉を充填する工程とを含み、第1の石英粉のOH基濃度は、第2の石英粉よりも高いことを特徴とする。   The present invention also relates to a method for producing a quartz glass crucible having a side wall portion, a curved portion and a bottom portion, wherein quartz powder is introduced into the mold while rotating a hollow mold having an inner surface adapted to the outer shape of the quartz glass crucible. A step of filling and forming a layer of quartz powder along the inner surface of the mold and a step of forming an opaque quartz glass layer by heating the layer of quartz powder to melt the quartz powder. Forming the first quartz powder at a position corresponding to the upper part of the crucible belonging to the range from the upper end of the crucible to the first intermediate position below the upper end, and below the upper part of the crucible. And filling the second quartz powder into a position corresponding to the crucible lower part belonging to the range from the second intermediate position below the first intermediate position to the lower end of the crucible; 2 quartz powder And a step of filling the crack crucible third quartz powder on the inner surface of, OH group concentration of the first quartz powder is characterized by higher than the second silica powder.

本発明によれば、ルツボ上部の形成に使用される石英粉のOH基濃度が比較的高く、これにより気泡含有率の高い石英ガラスが形成されることから、ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重を小さくすることができる。ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重が小さければルツボ下部にかかる負荷を低減することができるので、大型ルツボにおいて特に問題となるルツボの沈み込みを抑制することができる。また、ルツボ上部の不透明石英ガラス層がより多くの気泡を含むことから、引き上げ直後のシリコン単結晶に対する保温性を高めることができ、急冷によるシリコン単結晶のクラックの発生を防止できる。一方、ルツボ下部に使用される石英粉のOH基濃度が比較的低く、これにより気泡含有率の低い石英ガラスが形成されることから、ルツボ下部の比重を大きくすることができる。したがって、ルツボ下部の強度を確保することができ、軽量化されたルツボ上部と共にルツボの沈み込みを抑制することができる。   According to the present invention, the quartz powder used for forming the upper part of the crucible has a relatively high OH group concentration, thereby forming a quartz glass having a high bubble content. Can be reduced. If the specific gravity of the opaque quartz glass layer at the upper part of the crucible is small, the load applied to the lower part of the crucible can be reduced, so that the crucible sinking, which is particularly problematic in large crucibles, can be suppressed. Moreover, since the opaque quartz glass layer on the upper part of the crucible contains more bubbles, the heat retention of the silicon single crystal immediately after the pulling can be improved, and the occurrence of cracks in the silicon single crystal due to rapid cooling can be prevented. On the other hand, the quartz powder used in the lower portion of the crucible has a relatively low OH group concentration, thereby forming a quartz glass having a low bubble content, and thus the specific gravity of the lower portion of the crucible can be increased. Therefore, the strength of the crucible lower portion can be secured, and the crucible sinking can be suppressed together with the lightened crucible upper portion.

本発明において、前記第1の石英粉のOH基濃度は30ppm以上60ppm以下であり、前記第2の石英粉のOH基濃度は30ppm未満であることが好ましい。また、前記第1の石英粉のAl濃度は10ppm以上であることが好ましい。第1及び第2の石英ガラス部分の形成に使用するこれらの石英粉のOH基濃度とAl濃度が上記条件を満たす場合には、ルツボ上部とルツボ下部を適切な比重とすることができ、高温下でルツボを高強度に保ちながら、ルツボの沈み込みを十分に抑制することができる。   In the present invention, the OH group concentration of the first quartz powder is preferably 30 ppm or more and 60 ppm or less, and the OH group concentration of the second quartz powder is preferably less than 30 ppm. Further, the Al concentration of the first quartz powder is preferably 10 ppm or more. When the OH group concentration and Al concentration of these quartz powders used for forming the first and second quartz glass portions satisfy the above conditions, the crucible upper portion and the crucible lower portion can have appropriate specific gravity, and the high temperature The crucible sinking can be sufficiently suppressed while keeping the crucible high in strength.

本発明においては、第1の石英粉を脱水処理することにより当該第1の石英粉よりもOH基濃度が低い第2の石英粉を生成することが好ましい。これによれば、共通の原料からOH基濃度のみが異なる第1及び第2の石英粉を生成することができるので、所望の条件を満たす石英ガラスルツボを製造するための各種制御を容易に行うことができる。あるいは、OH基濃度のみならず各種不純物濃度が異なる石英粉をそれぞれ用意してもよい。   In the present invention, it is preferable to generate a second quartz powder having a lower OH group concentration than the first quartz powder by dehydrating the first quartz powder. According to this, since the first and second quartz powders having only different OH group concentrations can be generated from a common raw material, various controls for manufacturing a quartz glass crucible that satisfies a desired condition are easily performed. be able to. Alternatively, quartz powders having different impurity concentrations as well as OH group concentrations may be prepared.

本発明による石英ガラスルツボの製造方法は、石英粉の層を加熱して石英粉を溶融する際、モールドに設けられた通気孔から加熱中の石英粉を脱気することによりルツボの内表面側に透明石英ガラス層を形成する工程と、脱気のための減圧を弱め又は停止することによりルツボの外表面側に不透明石英ガラス層を形成する工程を含むことが好ましい。   In the method for producing a quartz glass crucible according to the present invention, when a quartz powder layer is heated to melt the quartz powder, the quartz powder being heated is degassed from a vent hole provided in the mold, thereby the inner surface side of the crucible. It is preferable to include a step of forming a transparent quartz glass layer and a step of forming an opaque quartz glass layer on the outer surface side of the crucible by weakening or stopping decompression for deaeration.

本発明によれば、ルツボの外表面側に設けられた多数の気泡を含む不透明石英ガラス層と、ルツボの内表面側に設けられた実質的に気泡を含まない透明石英ガラス層とを有し、ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重が比較的小さな石英ガラスルツボを確実に形成することができる。   According to the present invention, it has an opaque quartz glass layer containing many bubbles provided on the outer surface side of the crucible, and a transparent quartz glass layer substantially free of bubbles provided on the inner surface side of the crucible. A quartz glass crucible with a relatively small specific gravity of the opaque quartz glass layer on the upper part of the crucible can be reliably formed.

本発明は、口径812mm以上の大型のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボでより大きな効果を確認することができる。口径812mm以上の大型ルツボは、直径300mmのシリコンウェーハ用インゴットの引き上げに用いられるものであり、大容量で重量も大きく、自重により特に石英ルツボ下部が変形してしまう沈み込み現象が生じやすい。しかし、本発明によれば、口径812mm以上の大型ルツボにおいて沈み込みを防止することができ、シリコン単結晶の製造歩留まりを向上させることができる。   In the present invention, a large effect can be confirmed with a quartz glass crucible for pulling a large silicon single crystal having a diameter of 812 mm or more. A large crucible having a diameter of 812 mm or more is used for pulling up an ingot for a silicon wafer having a diameter of 300 mm, and has a large capacity and a large weight. However, according to the present invention, sinking can be prevented in a large crucible having a diameter of 812 mm or more, and the production yield of silicon single crystals can be improved.

本発明によれば、シリコン単結晶の引き上げ中の高温下においてルツボの沈み込みが効果的に防止された石英ガラスルツボを容易に製造するための製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a manufacturing method for easily manufacturing a quartz glass crucible in which the crucible is effectively prevented from sinking at a high temperature during pulling of the silicon single crystal.

本発明の第1の実施形態による石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the quartz glass crucible by the 1st Embodiment of this invention. 石英ガラスルツボの製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of a quartz glass crucible. 石英ガラスルツボの製造方法を説明するための第1の模式図である。It is a 1st schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of a quartz glass crucible. 石英ガラスルツボの製造方法を説明するための第2の模式図である。It is the 2nd schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of a quartz glass crucible. 本発明の第2の実施形態による石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the quartz glass crucible by the 2nd Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態による石英ガラスルツボ10は二層構造であって、外層を構成する不透明石英ガラス層11と、内層を構成する透明石英ガラス層12とを備えている。   As shown in FIG. 1, the quartz glass crucible 10 according to the present embodiment has a two-layer structure, and includes an opaque quartz glass layer 11 constituting an outer layer and a transparent quartz glass layer 12 constituting an inner layer.

不透明石英ガラス層11は、多数の微小な気泡を内包する結晶質シリカガラス層である。本明細書において「不透明」とは、石英ガラス中に多数の気泡が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。不透明石英ガラス層11は、ルツボ外周に配置されたヒーターからの熱を石英ガラスルツボ中のシリコン融液に均一に伝達する役割を果たす。不透明石英ガラス層11は、透明石英ガラス層12に比べて保温性が高いことから、シリコン融液の温度を容易に一定に保つことが出来る。   The opaque quartz glass layer 11 is a crystalline silica glass layer containing a large number of minute bubbles. In the present specification, “opaque” means a state in which a large number of bubbles are inherently present in quartz glass, and it is apparently clouded. The opaque quartz glass layer 11 plays a role of uniformly transferring heat from a heater disposed on the outer periphery of the crucible to the silicon melt in the quartz glass crucible. Since the opaque quartz glass layer 11 has higher heat retention than the transparent quartz glass layer 12, the temperature of the silicon melt can be easily maintained constant.

不透明石英ガラス層11は、ルツボ上部に位置する第1の不透明石英ガラス部分11aと、ルツボ下部に位置する第2の不透明石英ガラス部分11bとを有し、各々の気泡含有率及び比重は異なっている。ここで、「ルツボ上部」とは、ルツボの上端Pから中間位置Pまでの範囲に属する部分をいい、「ルツボ下部」とは、「ルツボ上部」よりも下方であって、中間位置Pからルツボの下端Pまでの範囲に属する部分をいう。ルツボ全高hとするとき、第1の不透明石英ガラス部分11aの高さhは0.1h〜0.6hであることが好ましい。hが0.1h未満の場合には第1の不透明石英ガラス部分11aを設けたことによる効果が得られず、hが0.6hを超える場合にはルツボの強度が低下してルツボの変形が生じやすくなるからである。 The opaque quartz glass layer 11 has a first opaque quartz glass portion 11a located at the upper portion of the crucible and a second opaque quartz glass portion 11b located at the lower portion of the crucible, and the bubble content and specific gravity are different. Yes. Here, the “crucible upper part” means a part belonging to the range from the upper end P 0 of the crucible to the intermediate position P 1 , and the “crucible lower part” is lower than the “crucible upper part” and the intermediate position P 1 refers to a portion that belongs to range up to the lower end P 2 of the crucible from. When the crucible overall height h 0, it is preferable that the height h 1 of the first opaque vitreous silica portion 11a is 0.1h 0 ~0.6h 0. If h 1 is less than 0.1h 0, the effect of providing the first opaque quartz glass portion 11a is not obtained, and if h 1 exceeds 0.6h 0 , the strength of the crucible decreases. This is because the crucible is likely to be deformed.

第1の不透明石英ガラス部分11aは、第2の不透明石英ガラス部分11bに比べてより多くの気泡を含み、その比重は比較的小さい。具体的には、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重は1.4〜1.8であり、第2の不透明石英ガラス部分11bの比重は1.7〜2.1であって第1の不透明石英ガラス部分11aよりも大きい。両者の比重差は0.1〜0.3であることが好ましく、0.2〜0.28であることが特に好ましい。このような比重を実現するため、第1の不透明石英ガラス部分11aの原料には、OH基濃度が30ppm〜60ppm程度の石英粉が使用される。一方、第2の不透明石英ガラス部分11bの原料には、OH基濃度が30ppm未満の石英粉が使用される。なお、30ppm未満のOH基濃度を有する石英粉は、ルツボの不透明石英ガラス層の形成に好ましく用いられる原料であるのに対し、30〜60ppmのOH基濃度は、通常よりも高いOH基濃度を有する石英粉である。   The first opaque quartz glass portion 11a contains more bubbles than the second opaque quartz glass portion 11b, and its specific gravity is relatively small. Specifically, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a is 1.4 to 1.8, and the specific gravity of the second opaque quartz glass portion 11b is 1.7 to 2.1. It is larger than the opaque quartz glass portion 11a. The specific gravity difference between the two is preferably 0.1 to 0.3, and particularly preferably 0.2 to 0.28. In order to realize such a specific gravity, quartz powder having an OH group concentration of about 30 ppm to 60 ppm is used as a raw material for the first opaque quartz glass portion 11a. On the other hand, quartz powder having an OH group concentration of less than 30 ppm is used as a raw material for the second opaque quartz glass portion 11b. Quartz powder having an OH group concentration of less than 30 ppm is a raw material that is preferably used for forming an opaque quartz glass layer of a crucible, whereas an OH group concentration of 30 to 60 ppm has a higher OH group concentration than usual. It has quartz powder.

上記のような原料石英粉が使用されることにより、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重は第2の不透明石英ガラス部分11bよりも小さくなり、第1の不透明石英ガラス部分11aのOH基濃度は第2の不透明石英ガラス部分11bよりも大きくなる。ここで、第1の石英ガラス部分11aのAl濃度は10ppm以上であることが好ましい。OH基濃度が高い場合には石英ガラスの粘性が低下することが知られているが、Al濃度が高い場合には石英ガラスの粘性を高くすることができるので、OH基による粘性の低下をAlによって相殺して所望の粘性を確保することができる。   By using the raw material quartz powder as described above, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a is smaller than that of the second opaque quartz glass portion 11b, and the OH group concentration of the first opaque quartz glass portion 11a. Is larger than the second opaque quartz glass portion 11b. Here, the Al concentration of the first quartz glass portion 11a is preferably 10 ppm or more. It is known that when the OH group concentration is high, the viscosity of the quartz glass decreases. However, when the Al concentration is high, the viscosity of the quartz glass can be increased. The desired viscosity can be ensured by offsetting.

第1の不透明石英ガラス部分11aの原料石英粉のOH基濃度と第2の不透明石英ガラス部分11bの原料石英粉のOH基濃度との差は15ppm以上であることがより好ましい。OH基濃度の差が15ppm以上であれば、上述した第1及び第2の不透明石英ガラス部分11a,11bの気泡含有率及び比重の差を確保することができ、ルツボの沈み込みを効果的に抑制することができる。   The difference between the OH group concentration of the raw quartz powder of the first opaque quartz glass portion 11a and the OH group concentration of the raw quartz powder of the second opaque quartz glass portion 11b is more preferably 15 ppm or more. If the difference in OH group concentration is 15 ppm or more, the difference in the bubble content and specific gravity of the first and second opaque quartz glass portions 11a and 11b described above can be ensured, and the crucible sinking can be effectively performed. Can be suppressed.

このようにOH基濃度の異なる石英粉を使い分けることにより、比重の異なる不透明石英ガラス部分11aと11bが形成される。OH基濃度が高い石英ガラスの粘性は低下することが知られており、そのためOH基濃度が高い石英ガラスで構成されたルツボ側壁部では内倒れ等の変形が生じるおそれがある。しかし、Al濃度の高い石英粉を使用することで高温下での粘性を高めることができ、OH基の影響による粘性低下を抑制することが出来る。沈み込みが抑制されたルツボでは、沈み込みを発端としてルツボ側壁部が僅かに傾斜し、この傾斜が進行して大きな変形が生じるという事態を防止することができる。   In this way, opaque quartz glass portions 11a and 11b having different specific gravities are formed by properly using quartz powders having different OH group concentrations. It is known that the viscosity of quartz glass having a high OH group concentration is lowered, and therefore there is a possibility that deformation such as inward tilting may occur in a crucible side wall portion made of quartz glass having a high OH group concentration. However, the use of quartz powder having a high Al concentration can increase the viscosity at a high temperature, and can suppress a decrease in viscosity due to the influence of OH groups. In a crucible in which subsidence is suppressed, it is possible to prevent a situation in which the crucible side wall portion is slightly inclined starting from the subsidence, and the inclination proceeds and a large deformation occurs.

不透明石英ガラス層11は天然石英ガラスからなることが好ましい。天然石英ガラスとは、天然水晶、ケイ石等の天然質原料を溶融して製造されたシリカガラスを意味する。一般に天然石英は合成石英に比べて金属不純物の濃度が高く、OH基の濃度が低いという特性を有している。例えば、天然石英に含まれるAlの濃度は1ppm以上、アルカリ金属(Na,K及びLi)の濃度はそれぞれ0.05ppm以上、OH基の濃度は60ppm未満である。尚、天然石英か否かは一つの要素に基づいて判断されるべきものではなく、複数の要素に基づいて総合的に判断されるべきものである。天然石英は、合成石英に比べて高温における粘性が高いことから、ルツボ全体の耐熱強度を高めることができる。また、天然質原料は合成石英に比べて安価であり、コスト面でも有利である。   The opaque quartz glass layer 11 is preferably made of natural quartz glass. Natural quartz glass means silica glass produced by melting natural raw materials such as natural quartz and quartzite. In general, natural quartz has the characteristics that the concentration of metal impurities is higher and the concentration of OH groups is lower than that of synthetic quartz. For example, the concentration of Al contained in natural quartz is 1 ppm or more, the concentration of alkali metals (Na, K, and Li) is 0.05 ppm or more, and the concentration of OH groups is less than 60 ppm. It should be noted that whether or not it is natural quartz should not be determined based on one element, but should be comprehensively determined based on a plurality of elements. Since natural quartz has a higher viscosity at high temperatures than synthetic quartz, the heat resistance of the entire crucible can be increased. Natural materials are cheaper than synthetic quartz and are advantageous in terms of cost.

透明石英ガラス層12は、実質的に気泡を含まない非晶質シリカガラス層である。透明石英ガラス層12によれば、ルツボ内表面から剥離する石英片の増加を防止することができ、シリコン単結晶化率を高めることができる。ここで、「実質的に気泡を含まない」とは、気泡が原因で単結晶化率が低下しない程度の気泡含有率及び気泡サイズであることを意味し、特に限定されるものではないが、気泡含有率が0.1%以下であり、気泡の平均直径が100μm以下であることをいう。不透明石英ガラス層11から透明石英ガラス層12への気泡含有率の変化は比較的急峻であり、透明石英ガラス層12の気泡含有率が増加し始めた位置からルツボの外表面側に向かって30μm程度進んだところでほぼ不透明石英ガラス層11の気泡含有率に達する。したがって、不透明石英ガラス層11と透明石英ガラス層12とは見かけ上明確に区別できる。   The transparent quartz glass layer 12 is an amorphous silica glass layer substantially free of bubbles. According to the transparent quartz glass layer 12, it is possible to prevent an increase in the number of quartz pieces peeled from the inner surface of the crucible, and to increase the silicon single crystallization rate. Here, “substantially free of bubbles” means that the bubble content and bubble size are such that the single crystallization rate does not decrease due to bubbles, and is not particularly limited, It means that the bubble content is 0.1% or less and the average diameter of the bubbles is 100 μm or less. The change in the bubble content from the opaque quartz glass layer 11 to the transparent quartz glass layer 12 is relatively steep, and 30 μm from the position where the bubble content of the transparent quartz glass layer 12 starts to increase toward the outer surface of the crucible. At a certain degree of progress, the bubble content of the substantially opaque quartz glass layer 11 is reached. Therefore, the opaque quartz glass layer 11 and the transparent quartz glass layer 12 can be clearly distinguished apparently.

透明石英ガラス層12の気泡含有率は、光学的検出手段を用いて非破壊的に測定することができる。光学的検出手段は、ルツボに照射した光の透過光または反射光を受ける受光装置を備える。照射光の発光手段は内蔵されたものでもよく、また外部の発光手段を利用するものでもよい。また、光学的検出手段は、石英ルツボの内表面に沿って回動操作できるものが用いられる。照射光としては、可視光、紫外線および赤外線のほか、X線もしくはレーザー光などを利用でき、反射して気泡を検出できるものであれば何れも適用できる。受光装置は照射光の種類に応じて選択されるが、例えば光学レンズ及び撮像素子を含むデジタルカメラを用いることができる。表面から一定深さに存在する気泡を検出するには、対物レンズの焦点を表面から深さ方向に走査すればよい。   The bubble content of the transparent quartz glass layer 12 can be measured nondestructively using an optical detection means. The optical detection means includes a light receiving device that receives transmitted light or reflected light of light irradiated on the crucible. The light emitting means for irradiating light may be built-in or may use an external light emitting means. As the optical detection means, one that can be rotated along the inner surface of the quartz crucible is used. As the irradiation light, in addition to visible light, ultraviolet light and infrared light, X-rays or laser light can be used, and any light can be applied as long as it can reflect and detect bubbles. The light receiving device is selected according to the type of irradiation light. For example, a digital camera including an optical lens and an image sensor can be used. In order to detect bubbles existing at a certain depth from the surface, the focal point of the objective lens may be scanned in the depth direction from the surface.

上記光学検出手段による測定結果は画像処理装置に取り込まれ、気泡含有率P(%)が算出される。詳細には、光学カメラを用いてルツボ内表面の画像を撮像し、ルツボ内表面を一定体積ごとに区分して基準体積W1とし、この基準体積W1に対する気泡の占有体積W2を求め、P(%)=(W2/W1)×100により算出される。   The measurement result by the optical detection means is taken into the image processing apparatus, and the bubble content P (%) is calculated. More specifically, an image of the inner surface of the crucible is taken using an optical camera, the inner surface of the crucible is divided into a predetermined volume to obtain a reference volume W1, and an occupied volume W2 of bubbles with respect to the reference volume W1 is obtained, and P (% ) = (W2 / W1) × 100.

透明石英ガラス層12は合成石英ガラスからなることが好ましい。合成石英ガラスとは、例えばケイ素アルコキシドの加水分解により得られる合成原料を溶融して製造されたシリカガラスを意味する。一般に合成石英は天然石英に比べて金属不純物の濃度が低く、OH基の濃度が高いという特性を有している。例えば、合成石英に含まれる各金属不純物の濃度は0.05ppm未満であり、OH基の濃度は30ppm以上である。ただし、Al等の金属不純物が添加された合成石英も知られていることから、合成石英か否かは一つの要素に基づいて判断されるべきものではなく、複数の要素に基づいて総合的に判断されるべきものである。このように、合成石英ガラスは天然石英ガラスと比べて不純物が少ないことから、ルツボからシリコン融液中へ溶出する不純物の増加を防止することができ、シリコン単結晶化率を高めることができる。   The transparent quartz glass layer 12 is preferably made of synthetic quartz glass. Synthetic silica glass means silica glass produced by melting a synthetic raw material obtained by, for example, hydrolysis of silicon alkoxide. In general, synthetic quartz has the characteristics that the concentration of metal impurities is lower than that of natural quartz and the concentration of OH groups is high. For example, the concentration of each metal impurity contained in synthetic quartz is less than 0.05 ppm, and the concentration of OH groups is 30 ppm or more. However, since synthetic quartz to which metal impurities such as Al are added is also known, whether or not it is synthetic quartz should not be determined based on one element, but comprehensively based on a plurality of elements. It should be judged. Thus, since synthetic quartz glass has fewer impurities than natural quartz glass, it is possible to prevent an increase in impurities eluted from the crucible into the silicon melt, and to increase the silicon single crystallization rate.

不透明石英ガラス層11及び透明石英ガラス層12は共にルツボの側壁部10Aから底部10Bまでのルツボ全体に設けられている。ルツボの側壁部10Aは、ルツボの中心軸(Z軸)と平行な円筒状の部分であって、ルツボの開口から略真下に延びている。但し、側壁部10AはZ軸に対して完全に平行である必要はなく、開口に向かって徐々に広がるように傾斜していてもよい。また、側壁部10Aは直線的であってもよく、緩やかに湾曲していてもよい。特に限定されるものではないが、側壁部10Aは、Z軸と直交するXY平面に対するルツボ壁面の接線傾斜角が80度以上となる領域として定義することができる。   Both the opaque quartz glass layer 11 and the transparent quartz glass layer 12 are provided on the entire crucible from the side wall 10A to the bottom 10B of the crucible. The crucible side wall 10A is a cylindrical portion parallel to the central axis (Z axis) of the crucible, and extends substantially directly below the opening of the crucible. However, the side wall portion 10A does not have to be completely parallel to the Z axis, and may be inclined so as to gradually spread toward the opening. Further, the side wall portion 10A may be straight or may be gently curved. Although not particularly limited, the side wall portion 10A can be defined as a region where the tangential inclination angle of the crucible wall surface with respect to the XY plane orthogonal to the Z axis is 80 degrees or more.

ルツボの底部10Bは、ルツボのZ軸との交点を含む比較的平坦な部分であり、底部10Bと側壁部10Aとの間には湾曲部10Cが形成されている。底部10Bは、引き上げるシリコン単結晶の投影面をカバーすることが好ましい。ルツボ底部10Bの形状はいわゆる丸底であってもよく、平底であってもよい。また、湾曲部10Cの曲率や角度も任意に設定することができる。ルツボ底部10Bが丸底の場合には、底部10Bも適度な曲率を有するため、底部10Bと湾曲部10Cとの曲率差は平底に比べて非常に小さい。ルツボ底部10Bが平底の場合には、底部10Bが平坦或いは極めて緩やかな湾曲面をなし、湾曲部10Cの曲率は非常に大きい。特に限定されるものではないが、平底の場合、底部10Bは、Z軸と直交するXY平面に対するルツボ壁面の接線傾斜角が30度以下となる領域として定義することができる。   The bottom 10B of the crucible is a relatively flat portion including the intersection with the Z-axis of the crucible, and a curved portion 10C is formed between the bottom 10B and the side wall 10A. The bottom 10B preferably covers the projection surface of the silicon single crystal to be pulled up. The shape of the crucible bottom 10B may be a so-called round bottom or a flat bottom. Further, the curvature and angle of the bending portion 10C can be arbitrarily set. When the crucible bottom portion 10B has a round bottom, the bottom portion 10B also has an appropriate curvature, so that the difference in curvature between the bottom portion 10B and the curved portion 10C is very small compared to the flat bottom. When the crucible bottom portion 10B is a flat bottom, the bottom portion 10B has a flat or extremely gentle curved surface, and the curvature of the curved portion 10C is very large. Although not particularly limited, in the case of a flat bottom, the bottom portion 10B can be defined as a region where the tangential inclination angle of the crucible wall surface with respect to the XY plane orthogonal to the Z axis is 30 degrees or less.

ルツボの肉厚は10mm以上であることが好ましく、13mm以上であることがより好ましい。通常、口径812mm(32インチ)以上の大型ルツボの肉厚は10mm以上、1016mm(40インチ)以上の大型ルツボの肉厚は13mm以上であり、これらの大型ルツボは大容量で長時間の引き上げに使用されるため沈み込みが生じやすく、本発明による効果が顕著だからである。ルツボの肉厚は側壁部10Aから底部10Bまで一定である必要はなく、例えば、湾曲部10Cの肉厚が最も厚く、側壁部10Aの上端や底部10Bの中心に向かうにつれて薄くなるように構成されていてもよい。   The thickness of the crucible is preferably 10 mm or more, and more preferably 13 mm or more. Usually, the thickness of large crucibles with a diameter of 812 mm (32 inches) or more is 10 mm or more, and the thickness of large crucibles of 1016 mm (40 inches) or more is 13 mm or more. Because it is used, sinking is likely to occur, and the effect of the present invention is remarkable. The thickness of the crucible need not be constant from the side wall portion 10A to the bottom portion 10B. For example, the thickness of the curved portion 10C is the largest, and the thickness is reduced toward the upper end of the side wall portion 10A or the center of the bottom portion 10B. It may be.

透明石英ガラス層12の厚さは、0.5mm以上であることが好ましく、1.0mm以上であることがより好ましい。透明石英ガラス層12が0.5mmよりも薄い場合には、シリコン単結晶の引き上げ中に透明石英ガラス層12が溶損し切って不透明石英ガラス層11が露出するおそれがあるからである。なお、透明石英ガラス層12の厚さは側壁部10Aから底部10Bまで一定である必要はなく、例えば、湾曲部10Cの透明石英ガラス層12の厚さが最も厚く、側壁部10Aの上端や底部10Bの中心に向かうにつれて薄くなるように構成されていてもよい。   The thickness of the transparent quartz glass layer 12 is preferably 0.5 mm or more, and more preferably 1.0 mm or more. This is because when the transparent quartz glass layer 12 is thinner than 0.5 mm, the transparent quartz glass layer 12 may be completely melted during the pulling of the silicon single crystal, and the opaque quartz glass layer 11 may be exposed. The thickness of the transparent quartz glass layer 12 does not need to be constant from the side wall portion 10A to the bottom portion 10B. For example, the thickness of the transparent quartz glass layer 12 of the curved portion 10C is the largest, and the upper end or bottom portion of the side wall portion 10A is You may be comprised so that it may become thin as it goes to the center of 10B.

以上説明したように、本実施形態によれば、ルツボ上部の第1の不透明石英ガラス部分11a比重がルツボ下部の第2の不透明石英ガラス部分11bよりも小さいので、ルツボの大型化に起因するルツボの沈み込みを抑制することができる。また、第1の不透明石英ガラス部分11aがより多くの気泡を含むことから、ルツボ上部の保温性を高めることができ、引き上げ途中のシリコン単結晶を保温することができ、急冷によるクラックの発生を防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, the specific gravity of the first opaque quartz glass part 11a at the upper part of the crucible is smaller than that of the second opaque quartz glass part 11b at the lower part of the crucible, so that the crucible resulting from the enlargement of the crucible. Can be suppressed. In addition, since the first opaque quartz glass portion 11a contains more bubbles, it is possible to increase the heat retention of the upper part of the crucible, to retain the temperature of the silicon single crystal being pulled up, and to generate cracks due to rapid cooling. Can be prevented.

次に、図2乃至図4を参照しながら、石英ガラスルツボ10の製造方法について詳細に説明する。   Next, a method for manufacturing the quartz glass crucible 10 will be described in detail with reference to FIGS.

図2は、石英ガラスルツボ10の製造工程を概略的に示すフローチャートである。また、図3及び図4は、石英ガラスルツボ10の製造方法を説明するための模式図である。   FIG. 2 is a flowchart schematically showing a manufacturing process of the quartz glass crucible 10. 3 and 4 are schematic views for explaining a method for manufacturing the quartz glass crucible 10.

石英ガラスルツボ10は回転モールド法によって製造することができる。回転モールド法では、図3に示すように、石英ガラスルツボ10の外形に合わせたキャビティを有するカーボンモールド14を用意し、モールド14を回転させながら石英粉を充填し、モールドの内面に沿った石英粉の層を形成する。このとき、ルツボ上部に相当するキャビティ上部に第1の石英粉13aを充填し、ルツボ下部に相当するキャビティ下部に第2の石英粉13bを充填する(ステップS11)。第1及び第2の石英粉13a,13bの充填の順番は特に問わない。カーボンモールド14は一定速度で回転しているので、充填された石英粉は遠心力によって内面に張り付いたまま一定の位置に留まり、その形状が維持される。   The quartz glass crucible 10 can be manufactured by a rotational mold method. In the rotary mold method, as shown in FIG. 3, a carbon mold 14 having a cavity that matches the outer shape of the quartz glass crucible 10 is prepared, and quartz powder is filled while rotating the mold 14, and the quartz along the inner surface of the mold is prepared. Form a layer of powder. At this time, the upper part of the cavity corresponding to the upper part of the crucible is filled with the first quartz powder 13a, and the lower part of the cavity corresponding to the lower part of the crucible is filled with the second quartz powder 13b (step S11). The order of filling the first and second quartz powders 13a and 13b is not particularly limited. Since the carbon mold 14 rotates at a constant speed, the filled quartz powder stays at a fixed position while being stuck to the inner surface by centrifugal force, and its shape is maintained.

第1及び第2の石英粉13a,13bは共に不透明石英ガラス層11となるが、特に、第1の石英粉13aは第1の不透明石英ガラス部分11aとなり、第2の石英粉は第2の不透明石英ガラス部分となる。そのため、第1の石英粉13aは第2の石英粉13bよりもOH基濃度が高い。   Both the first and second quartz powders 13a and 13b become the opaque quartz glass layer 11. In particular, the first quartz powder 13a becomes the first opaque quartz glass portion 11a, and the second quartz powder is the second quartz powder. It becomes an opaque quartz glass part. Therefore, the first quartz powder 13a has a higher OH group concentration than the second quartz powder 13b.

本実施形態において、第1の石英粉13aは、30ppm〜60ppmのOH基濃度を有する天然石英粉であることが好ましく、また、第2の石英粉13bは、30ppm未満のOH基濃度を有する天然石英粉であることが好ましい。本実施形態においては、第2の石英粉13bに合成石英粉を加えることにより当該第2の石英粉13bよりもOH基濃度が高い第1の石英粉を生成することができる。ケイ素アルコキシド等を原料とする合成石英粉のOH基濃度は天然石英粉に比べて非常に高いことから、第2の石英粉と合成石英粉とを所定の比率で混合することで第1の石英粉を得ることができる。   In the present embodiment, the first quartz powder 13a is preferably natural quartz powder having an OH group concentration of 30 ppm to 60 ppm, and the second quartz powder 13b is a natural stone having an OH group concentration of less than 30 ppm. It is preferably an English powder. In the present embodiment, the first quartz powder having an OH group concentration higher than that of the second quartz powder 13b can be generated by adding the synthetic quartz powder to the second quartz powder 13b. Since the OH group concentration of synthetic quartz powder made from silicon alkoxide or the like is much higher than that of natural quartz powder, the first quartz is mixed by mixing the second quartz powder and synthetic quartz powder at a predetermined ratio. Powder can be obtained.

また、本実施形態においては、第1の石英粉13aを脱水処理することにより当該第1の石英粉13aよりもOH基濃度が低い第2の石英粉13bを生成してもよい。これによれば、共通の原料からOH基濃度のみが異なる第1及び第2の石英粉13a、13bを生成することができるので、安定した品質を有する石英ガラスルツボを容易に製造することができる。脱水処理の方法は特に限定されないが、例えば、石英粉1400℃程度に加熱して乾燥する方法や、1000〜1500℃の温度下で石英粉を塩素ガス又は塩素ガス含有化合物ガスに接触させる方法を挙げることができる(特開平6−40713号参照)。   Moreover, in this embodiment, you may produce | generate the 2nd quartz powder 13b whose OH group density | concentration is lower than the said 1st quartz powder 13a by dehydrating the 1st quartz powder 13a. According to this, since the 1st and 2nd quartz powder 13a, 13b from which only OH group concentration differs from a common raw material can be generated, a quartz glass crucible having stable quality can be easily manufactured. . The method of dehydration is not particularly limited. For example, a method in which quartz powder is heated to about 1400 ° C. and dried, or a method in which quartz powder is brought into contact with chlorine gas or a chlorine gas-containing compound gas at a temperature of 1000 to 1500 ° C. (See JP-A-6-40713).

次に、図4に示すように、不透明石英ガラス層11の原料となる第1及び第2の石英粉13a,13bの層が形成されたモールド14内に透明石英ガラス層12の原料となる第3の石英粉13cを充填し、石英粉の層をさらに厚く形成する(ステップS12)。第3の石英粉13cは、モールド内全体に所定の厚さにて充填される。第3の石英粉13cは、天然石英粉であってもよく、合成石英粉であってもよい。   Next, as shown in FIG. 4, the first material used as the raw material for the transparent quartz glass layer 12 in the mold 14 in which the layers of the first and second quartz powders 13a and 13b used as the raw material for the opaque quartz glass layer 11 are formed. 3 quartz powder 13c is filled to form a thicker quartz powder layer (step S12). The third quartz powder 13c is filled in the entire mold with a predetermined thickness. The third quartz powder 13c may be natural quartz powder or synthetic quartz powder.

上記石英粉のOH基濃度は、フーリエ変換赤外分光光度分析法(FT−IR)により求めることができ、化合物の化学構造が独自の赤外線領域の吸収スペクトルを持つ原理を利用している。FT−IRは、同一光源から異なる航路を通ってきた2つの赤外光の干渉光の強度を光路長の差に対してプロットすることによって得られるインターフェログラムをフーリエ変換することによって赤外スペクトルを測定し、分子構造などを分析する方法である。OH基の赤外線吸収位置は、3672cm−1である。 The OH group concentration of the quartz powder can be determined by Fourier transform infrared spectrophotometry (FT-IR), and utilizes the principle that the chemical structure of the compound has an absorption spectrum in the unique infrared region. FT-IR is an infrared spectrum obtained by Fourier transforming an interferogram obtained by plotting the intensity of interference light of two infrared lights that have passed through different routes from the same light source against the difference in optical path length. Is a method for analyzing the molecular structure and the like. The infrared absorption position of the OH group is 3672 cm −1 .

その後、キャビティ内にアーク電極15を設置し、モールドの内側からアーク放電を行い、石英粉の層全体を1720℃以上に加熱して溶融する。また、この加熱と同時にモールド側から減圧し、モールドに設けた通気孔を通じて石英内部の気体を外層側に吸引し、加熱中の石英粉を脱気することにより、ルツボ内表面の気泡を除去し、実質的に気泡を含まない透明石英ガラス層12を形成する(ステップS13)。ここで、「実質的に気泡を含まない」とは、気泡が原因で単結晶化率が低下しない程度の気泡含有率及び気泡サイズであることを意味し、特に限定されるものではないが、気泡含有率が0.1%以下であり、気泡の平均直径が100μm以下であることをいう。その後、加熱を続けながら脱気のための減圧を弱め又は停止し、気泡を残留させることにより、多数の微小な気泡を内包する不透明石英ガラス層11を形成する(ステップS14)。このとき、原料の違いから、第1の不透明石英ガラス部分11aの気泡含有率は第2の不透明石英ガラス部分11bよりも高くなり、1の不透明石英ガラス部分11aの比重は第2の不透明石英ガラス部分11bよりも小さくなる。以上により、本実施形態による石英ガラスルツボが完成する。   Then, the arc electrode 15 is installed in the cavity, arc discharge is performed from the inside of the mold, and the entire quartz powder layer is heated to 1720 ° C. or more to melt. Simultaneously with this heating, the pressure is reduced from the mold side, the gas inside the quartz is sucked to the outer layer side through the vents provided in the mold, and the quartz powder being heated is degassed, thereby removing bubbles on the inner surface of the crucible. Then, the transparent quartz glass layer 12 substantially free of bubbles is formed (step S13). Here, “substantially free of bubbles” means that the bubble content and bubble size are such that the single crystallization rate does not decrease due to bubbles, and is not particularly limited, It means that the bubble content is 0.1% or less and the average diameter of the bubbles is 100 μm or less. Thereafter, the decompression for deaeration is weakened or stopped while continuing the heating, and the bubbles remain, thereby forming the opaque quartz glass layer 11 containing a large number of minute bubbles (step S14). At this time, the bubble content of the first opaque quartz glass portion 11a is higher than that of the second opaque quartz glass portion 11b due to the difference in raw materials, and the specific gravity of one opaque quartz glass portion 11a is the second opaque quartz glass portion. It becomes smaller than the part 11b. As described above, the quartz glass crucible according to the present embodiment is completed.

このように、本実施形態による石英ガラスルツボの製造方法は、不透明石英ガラス層11の原料粉のOH基濃度をルツボの上部と下部とで異ならせることにより、第1の不透明石英ガラス部分11aと第2の不透明石英ガラス部分11bとを作り分けているので、ルツボに対して部分的な加熱や吸引を行うことなく、ルツボ上部の不透明石英ガラス層の比重とルツボ下部の不透明石英ガラス層の比重とを極めて簡単に異ならせることができる。   As described above, the method for producing the quartz glass crucible according to the present embodiment is different from the first opaque quartz glass portion 11a by changing the OH group concentration of the raw material powder of the opaque quartz glass layer 11 between the upper part and the lower part of the crucible. Since the second opaque quartz glass portion 11b is formed separately, the specific gravity of the opaque quartz glass layer above the crucible and the opaque quartz glass layer below the crucible without partial heating or suction to the crucible. Can be made very different.

上記第1の実施形態においては、不透明石英ガラス層11の比重をルツボ上部とルツボ下部の2段階に分けて構成しているが、本発明は2段階に限定されるものではなく、3段階以上に分けて構成することも可能である。   In the first embodiment, the specific gravity of the opaque quartz glass layer 11 is divided into two stages, that is, the upper part of the crucible and the lower part of the crucible. However, the present invention is not limited to two stages, but three or more stages. It is also possible to divide and configure.

図5は、本発明の第2の実施の形態によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal according to a second embodiment of the present invention.

図5に示すように、本実施形態による石英ガラスルツボ20は、ルツボ上部に位置する第1の不透明石英ガラス部分11aと、ルツボ下部に位置する第2の不透明石英ガラス部分11bと、ルツボ中間部に位置する第3の不透明石英ガラス部分11cとを有し、各部の気泡含有率及び比重が異なっていることを特徴としている。すなわち、不透明石英ガラス層11の比重の変化が高さ方向に3段階となっており、下方ほど比重が高いことを特徴としている。   As shown in FIG. 5, the quartz glass crucible 20 according to the present embodiment includes a first opaque quartz glass part 11 a located at the upper part of the crucible, a second opaque quartz glass part 11 b located at the lower part of the crucible, and an intermediate part of the crucible. And the third opaque quartz glass portion 11c located in the region, wherein the bubble content and specific gravity of each portion are different. That is, the change in specific gravity of the opaque quartz glass layer 11 has three steps in the height direction, and the specific gravity is higher in the lower part.

ここで、「ルツボ上部」とは、ルツボの上端Pから第1の中間位置P11までの範囲に属する部分をいい、「ルツボ下部」とは、「ルツボ上部」よりも下方であって、第1の中間位置P11よりも低い第2の中間位置P12からルツボの下端Pまでの範囲に属する部分をいい、「ルツボ中間部」とは、第1の中間位置P11から第2の中間位置P12までの範囲に属する部分をいう。具体的には、第1の不透明石英ガラス部分11aの高さhを0.3h,第2の不透明石英ガラス部分11aの高さを0.4h,第3の不透明石英ガラス部分11cの高さは0.3hに設定することができる。また、第1の不透明石英ガラス部分11aの高さhを0.1h,第2の不透明石英ガラス部分11aの高さを0.4h,第3の不透明石英ガラス部分11cの高さを0.5hに設定してもよい。これらの具体例はいずれも、第1の実施形態において示した第1の不透明石英ガラス部分11aの高さhが0.1h〜0.6hであるという条件を満たすものである。 Here, the “crucible upper part” means a part belonging to the range from the upper end P 0 of the crucible to the first intermediate position P 11 , and the “crucible lower part” is lower than the “crucible upper part”, A portion belonging to a range from the second intermediate position P 12 lower than the first intermediate position P 11 to the lower end P 2 of the crucible, and the “crucible intermediate portion” refers to the second intermediate position P 11 to the second intermediate position P 11 . It refers to the portion that belongs in the range up to the intermediate position P 12. Specifically, the height h 1 of the first opaque quartz glass portion 11a is 0.3h 0 , the height of the second opaque quartz glass portion 11a is 0.4h 0 , and the height of the third opaque quartz glass portion 11c is the height can be set to 0.3h 0. Also, the height h 1 of the first opaque quartz glass portion 11a is 0.1h 0 , the height of the second opaque quartz glass portion 11a is 0.4h 0 , and the height of the third opaque quartz glass portion 11c is 0.5h may be set to 0. Each of these specific examples satisfies the condition that the height h 1 of the first opaque quartz glass portion 11a shown in the first embodiment is 0.1 h 0 to 0.6 h 0 .

第1,第2の不透明石英ガラス部分11a、11bの気泡含有率及び比重は、第1の実施形態による石英ガラスルツボ10と同様である。つまり、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重は1.4〜1.8であり、第2の不透明石英ガラス部分11bの比重は1.7〜2.1であって第1の不透明石英ガラス部分11aよりも大きい。第3の不透明石英ガラス部分11cの気泡含有率及び比重は、第1,第2の不透明石英ガラス部分11a、11bの中間値であり、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重よりも大きく、第2の不透明石英ガラス部分11bの比重よりも小さい。   The bubble contents and specific gravity of the first and second opaque quartz glass portions 11a and 11b are the same as those of the quartz glass crucible 10 according to the first embodiment. That is, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a is 1.4 to 1.8, and the specific gravity of the second opaque quartz glass portion 11b is 1.7 to 2.1. It is larger than the portion 11a. The bubble content and specific gravity of the third opaque quartz glass portion 11c are intermediate values of the first and second opaque quartz glass portions 11a and 11b, and are larger than the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a. 2 and less than the specific gravity of the opaque quartz glass portion 11b.

第1の不透明石英ガラス部分11aの原料である第1の石英粉13aは、OH基濃度が30〜60ppmであることが好ましい。また、第2の不透明石英ガラス部分11bの原料である第2の石英粉13bは、OH基濃度が30ppm未満であることが好ましい。   The first quartz powder 13a, which is a raw material of the first opaque quartz glass portion 11a, preferably has an OH group concentration of 30 to 60 ppm. Moreover, it is preferable that the 2nd quartz powder 13b which is a raw material of the 2nd opaque quartz glass part 11b is less than 30 ppm in OH group concentration.

さらに、第3の不透明石英ガラス部分11cの原料は、第1の石英粉13aと第2の石英粉13bとを所定の比率で混合したものを用いることが好ましい。このようにすれば、第1の不透明石英ガラス部分11aよりも大きく且つ第2の不透明石英ガラス部分11よりも小さな比重を有する第3の不透明石英ガラス部分11cを容易に形成することができる。   Further, as the raw material for the third opaque quartz glass portion 11c, it is preferable to use a material obtained by mixing the first quartz powder 13a and the second quartz powder 13b at a predetermined ratio. In this way, the third opaque quartz glass portion 11c having a specific gravity larger than that of the first opaque quartz glass portion 11a and smaller than that of the second opaque quartz glass portion 11 can be easily formed.

以上説明したように、本実施形態による石英ガラスルツボ20は、ルツボ上部とルツボ下部との間にルツボ中間部を設け、第1の不透明石英ガラス部分11aの高さhを0.1h〜0.6hとし、ルツボ中間部に位置する第3の不透明石英ガラス部分11cの比重をルツボ上部よりも大きく且つルツボ下部よりも小さくしているので、第1の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 As described above, the quartz glass crucible 20 according to the present embodiment is provided with the crucible middle part between the crucible upper part and the crucible lower part, and the height h 1 of the first opaque quartz glass part 11a is set to 0.1 h 0 to. and 0.6 h 0, is made smaller than the larger and the crucible bottom than the specific gravity of the crucible upper part of the third opaque quartz glass portion 11c located crucible middle section, the same effects as the first embodiment Can play.

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that the present invention is included in the scope of the present invention.

(実施例1)
口径812mmの石英ガラスルツボサンプルA1を用意した。石英ガラスルツボサンプルA1のサイズは、直径812mm、高さ500mmであった。また、ルツボの肉厚は側壁部で18mm、湾曲部で20mmm、底部で18mmであり、側壁部の透明石英ガラス層12の厚さは1.0mmとした。
Example 1
A quartz glass crucible sample A1 having a diameter of 812 mm was prepared. The size of the quartz glass crucible sample A1 was 812 mm in diameter and 500 mm in height. The thickness of the crucible was 18 mm at the side wall, 20 mm at the curved portion, and 18 mm at the bottom, and the thickness of the transparent quartz glass layer 12 on the side wall was 1.0 mm.

石英ガラスルツボサンプルA1は回転モールド法によって製造し、第1の不透明石英ガラス部分11aの原料には平均OH基濃度が30ppm、平均Al濃度が15ppmの天然石英粉を用い、第2の不透明石英ガラス部分11bの原料には平均OH基濃度が15ppmの天然石英粉を用いた。さらに、透明石英ガラス層12の原料には平均OH基濃度が90ppmの合成石英粉を用いた。なお、上記石英粉の平均OH基濃度はFT−IRを用いて求めた。FT−IRによる測定方法はJIS K0117に示されている。石英粉をFT−IRで測定する場合は、溶媒として屈折率が石英粉と同程度の例えば四塩化炭素などの液体を使用して、試料セル内を密に充填する必要がある。初めに、使用する溶媒をセルに充填して測定を行い、OH基の測定波長2.73μm(OH基の赤外線吸収位置3672cm−1)の吸収ピーク高さからOH基濃度を算出し、バックグランドとする。その後、石英粉が充填された試料セルを、FT−IRによりOH基の赤外線吸収位置3672cm−1での吸収ピークを測定する。吸収ピークからのOH基濃度算出方法は、OH基濃度=ピーク高さ÷試料セル厚み÷石英粉の充填率×1000である。 The quartz glass crucible sample A1 is manufactured by a rotational mold method, and natural quartz powder having an average OH group concentration of 30 ppm and an average Al concentration of 15 ppm is used as a raw material for the first opaque quartz glass portion 11a. Natural quartz powder having an average OH group concentration of 15 ppm was used as the raw material for the portion 11b. Further, synthetic quartz powder having an average OH group concentration of 90 ppm was used as a raw material for the transparent quartz glass layer 12. The average OH group concentration of the quartz powder was determined using FT-IR. The measuring method by FT-IR is shown in JIS K0117. When quartz powder is measured by FT-IR, it is necessary to use a liquid such as carbon tetrachloride having a refractive index similar to that of quartz powder as a solvent, and to closely fill the sample cell. First, the cell is filled with the solvent to be used for measurement, and the OH group concentration is calculated from the height of the absorption peak at the OH group measurement wavelength of 2.73 μm (the infrared absorption position of the OH group is 3672 cm −1 ). And Then, the absorption peak in the infrared absorption position 3672 cm < -1 > of OH group is measured for the sample cell filled with quartz powder by FT-IR. The calculation method of the OH group concentration from the absorption peak is OH group concentration = peak height ÷ sample cell thickness ÷ quartz powder filling rate × 1000.

また、上記石英粉の平均Al濃度はICP−AES(誘導結合プラズマ発光分光分析法)により求めた。詳細には、予め洗浄した石英粉をフッ酸と他の無機酸(硝酸など)との混酸で加圧酸蒸気分解し、分解液に硫酸を加えた後、白煙が出るまで蒸留固化し、その後放置冷却した固形物を純水で溶解して水溶液を作成した。定量分析は、初めに発光強度法による検量線作成をおこなう。Al濃度が異なる4種類以上の検量線作成用溶液を調整し、これらを用いて発光強度と濃度との関係線を作成して検量線とする。この検量線を用いて、前記前処理された水溶液を分析対象試料とし、ICP−AESにより発光強度を測定し、検量線に対応するAl濃度を求めた。ここでの濃度の意はモル分率である。Alの測定波長は237.312nmである。ICP−AESによる測定方法はJIS K0116に示されている。   The average Al concentration of the quartz powder was determined by ICP-AES (inductively coupled plasma emission spectroscopy). Specifically, quartz powder that has been washed in advance is subjected to pressurized acid vapor decomposition with a mixed acid of hydrofluoric acid and other inorganic acids (such as nitric acid), sulfuric acid is added to the decomposition solution, and then solidified by distillation until white smoke is produced. Thereafter, the solid substance that had been allowed to cool was dissolved in pure water to prepare an aqueous solution. In quantitative analysis, a calibration curve is first prepared by the luminescence intensity method. Four or more types of calibration curve preparation solutions having different Al concentrations are prepared, and a relationship line between the emission intensity and the concentration is prepared using these solutions to obtain a calibration curve. Using this calibration curve, the pretreated aqueous solution was used as an analysis target sample, and the luminescence intensity was measured by ICP-AES to obtain the Al concentration corresponding to the calibration curve. The meaning of the concentration here is a mole fraction. The measurement wavelength of Al is 237.312 nm. The measuring method by ICP-AES is shown in JIS K0116.

このルツボサンプルA1の第1の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さh0に対して0.6h、第2の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さhに対して0.4hとした。 The height h 1 of the first opaque vitreous silica portion of the crucible sample A1 is 0.6 h 0 with respect to the height h 0 of the entire crucible, the height h 2 of the second opaque vitreous silica portion of the entire crucible High It was 0.4h 0 against is h 0.

このルツボサンプルA1と同一条件で製造した別のサンプルから第1及び第2の不透明石英ガラス部分11a,11bの比重をアルキメデス法により求めたところ、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重は1.62であり、第2の不透明石英ガラス部分11bの比重は1.86であった。   When the specific gravity of the first and second opaque quartz glass portions 11a and 11b was determined by the Archimedes method from another sample manufactured under the same conditions as the crucible sample A1, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a was 1. 62, and the specific gravity of the second opaque quartz glass portion 11b was 1.86.

次に、この石英ガラスルツボに多結晶シリコン砕片300kgを充填した後、石英ガラスルツボを単結晶引き上げ装置に装填し、ルツボ内の多結晶シリコンを炉内で融解し、直径約300mmのシリコン単結晶インゴットの引き上げを行った。   Next, after filling the quartz glass crucible with 300 kg of polycrystalline silicon fragments, the quartz glass crucible is loaded into a single crystal pulling apparatus, and the polycrystalline silicon in the crucible is melted in a furnace to obtain a silicon single crystal having a diameter of about 300 mm. Raised the ingot.

その後、使用後のルツボの変形を確認した。また、引き上げたシリコン単結晶の単結晶化率を求めた。その結果を表1に示す。単結晶化率は、シリコン原料に対する単結晶の重量比として定義される。ただし、ルツボ内のすべてのシリコン融液が使用されるわけではなく、またシリコン単結晶インゴットのトップ部とテール部を除いた直胴部のみが単結晶化率の計算の対象となることから、十分なシリコン単結晶が引き上げられたとしても単結晶化率は100%以下であり、80%以上であれば良好である。   Thereafter, deformation of the crucible after use was confirmed. Further, the single crystallization rate of the pulled silicon single crystal was determined. The results are shown in Table 1. The single crystallization rate is defined as the weight ratio of the single crystal to the silicon raw material. However, not all the silicon melt in the crucible is used, and only the straight body part excluding the top part and tail part of the silicon single crystal ingot is subject to calculation of the single crystallization rate. Even if a sufficient silicon single crystal is pulled up, the single crystallization rate is 100% or less, and it is good if it is 80% or more.

表1に示すように、本実施例による石英ガラスルツボサンプルA1は、引き上げ使用後においてルツボの沈み込みはほとんどなかった。また、この石英ガラスルツボサンプルA1を使用して引き上げたシリコンインゴットの単結晶化率は86%となり、良好な単結晶化率が得られた。   As shown in Table 1, the quartz glass crucible sample A1 according to this example had almost no crucible sink after use. Moreover, the single crystallization rate of the silicon ingot pulled up using this quartz glass crucible sample A1 was 86%, and a good single crystallization rate was obtained.

(実施例2)
実施例1による石英ガラスルツボサンプルA1と同一サイズ及び形状を有する石英ガラスルツボサンプルA2を用意した。石英ガラスルツボサンプルA2は回転モールド法によって製造したが、実施例1と異なり、第1の不透明石英ガラス部分11aの原料には平均OH基濃度が60ppm、平均Al濃度が15ppmの天然石英粉を用い、第2の不透明石英ガラス部分11bの原料には平均OH基濃度が15ppmの天然石英粉を用いた。透明石英ガラス層12の原料には平均OH基濃度が90ppmの合成石英粉を用いた。
(Example 2)
A quartz glass crucible sample A2 having the same size and shape as the quartz glass crucible sample A1 according to Example 1 was prepared. The quartz glass crucible sample A2 was manufactured by the rotational mold method, but unlike Example 1, natural quartz powder having an average OH group concentration of 60 ppm and an average Al concentration of 15 ppm was used as a raw material for the first opaque quartz glass portion 11a. Natural quartz powder having an average OH group concentration of 15 ppm was used as a raw material for the second opaque quartz glass portion 11b. Synthetic quartz powder having an average OH group concentration of 90 ppm was used as a raw material for the transparent quartz glass layer 12.

このルツボサンプルA2の第1の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さh0に対して0.6h、第2の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さhに対して0.4hとした。 The height h 1 of the first opaque vitreous silica portion of the crucible sample A2 is 0.6 h 0 with respect to the height h 0 of the entire crucible, the height h 2 of the second opaque vitreous silica portion of the entire crucible High It was 0.4h 0 against is h 0.

その後、この石英ガラスルツボA2を用いてシリコン単結晶インゴットの引き上げを行い、使用後のルツボの変形の確認及びシリコン単結晶化率を求めた。その結果を表1に示す。   Thereafter, the quartz single crystal ingot was pulled up using the quartz glass crucible A2, and the deformation of the crucible after use and the silicon single crystallization rate were determined. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、本実施例による石英ガラスルツボサンプルA2は、引き上げ使用後においてルツボの沈み込みはほとんどなかった。また、この石英ガラスルツボサンプルA2を使用して引き上げたシリコンインゴットの単結晶化率は88%となり、良好な単結晶化率が得られた。   As shown in Table 1, the quartz glass crucible sample A2 according to this example had almost no crucible sink after use. Moreover, the single crystallization rate of the silicon ingot pulled up using this quartz glass crucible sample A2 was 88%, and a good single crystallization rate was obtained.

(実施例3)
実施例1による石英ガラスルツボサンプルA1と同一サイズ及び形状を有する石英ガラスルツボサンプルA3を用意した。石英ガラスルツボサンプルA3は回転モールド法によって製造したが、実施例1と異なり、第1の不透明石英ガラス部分11aの原料には平均OH基濃度が30ppm、平均Al濃度が15ppmの天然石英粉を用い、第2の不透明石英ガラス部分11bの原料には平均OH基濃度が15ppmの天然石英粉を用いた。透明石英ガラス層12の原料には平均OH基濃度が90ppmの合成石英粉を用いた。
(Example 3)
A quartz glass crucible sample A3 having the same size and shape as the quartz glass crucible sample A1 according to Example 1 was prepared. The quartz glass crucible sample A3 was manufactured by the rotational mold method, but unlike Example 1, natural quartz powder having an average OH group concentration of 30 ppm and an average Al concentration of 15 ppm was used as the raw material of the first opaque quartz glass portion 11a. Natural quartz powder having an average OH group concentration of 15 ppm was used as a raw material for the second opaque quartz glass portion 11b. Synthetic quartz powder having an average OH group concentration of 90 ppm was used as a raw material for the transparent quartz glass layer 12.

このルツボサンプルA3の第1の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さh0に対して0.1h、第2の不透明石英ガラス部分の高さhはルツボ全体の高さhに対して0.9hとした。 The height h 1 of the first opaque vitreous silica portion of the crucible sample A3 is 0.1 h 0 with respect to the height h 0 of the entire crucible, the height h 2 of the second opaque vitreous silica portion of the entire crucible High It was 0.9h 0 against is h 0.

このルツボサンプルA3と同一条件で製造した別のサンプルから第1及び第2の不透明石英ガラス部分11a,11bの比重を求めたところ、第1の不透明石英ガラス部分11aの比重は1.60であり、第2の不透明石英ガラス部分11bの比重は1.87であった。   When the specific gravity of the first and second opaque quartz glass portions 11a and 11b was determined from another sample manufactured under the same conditions as the crucible sample A3, the specific gravity of the first opaque quartz glass portion 11a was 1.60. The specific gravity of the second opaque quartz glass portion 11b was 1.87.

その後、この石英ガラスルツボA3を用いてシリコン単結晶インゴットの引き上げを行い、使用後のルツボの変形の確認及びシリコン単結晶化率を求めた。その結果を表1に示す。   Thereafter, the silicon single crystal ingot was pulled up using this quartz glass crucible A3, and the deformation of the crucible after use and the silicon single crystallization rate were determined. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、本実施例による石英ガラスルツボサンプルA3は、引き上げ使用後においてルツボの沈み込みはほとんどなかった。また、この石英ガラスルツボサンプルA3を使用して引き上げたシリコンインゴットの単結晶化率は89%となり、良好な単結晶化率が得られた。   As shown in Table 1, the quartz glass crucible sample A3 according to this example had almost no crucible sink after use. Moreover, the single crystallization rate of the silicon ingot pulled up using this quartz glass crucible sample A3 was 89%, and a good single crystallization rate was obtained.

(比較例1)
実施例1による石英ガラスルツボサンプルA1と同一サイズ及び形状を有する石英ガラスルツボサンプルB1を用意した。石英ガラスルツボサンプルB1は回転モールド法によって製造したが、実施例1と異なり、第1の不透明石英ガラス部分11aと第2の不透明石英ガラス部分11bの原料には、共に、平均OH基濃度が15ppmの天然石英粉を用い、透明石英ガラス層12の原料として、平均OH基濃度が90ppmの合成石英粉を用いた。その後、この石英ガラスルツボB1を用いてシリコン単結晶インゴットの引き上げを行い、使用後のルツボの変形の確認及びシリコン単結晶化率を求めた。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A quartz glass crucible sample B1 having the same size and shape as the quartz glass crucible sample A1 according to Example 1 was prepared. The quartz glass crucible sample B1 was manufactured by the rotational mold method. Unlike the first embodiment, the raw materials of the first opaque quartz glass portion 11a and the second opaque quartz glass portion 11b both have an average OH group concentration of 15 ppm. As a raw material for the transparent quartz glass layer 12, synthetic quartz powder having an average OH group concentration of 90 ppm was used. Thereafter, using this quartz glass crucible B1, the silicon single crystal ingot was pulled up, and the deformation of the crucible after use was confirmed and the silicon single crystallization rate was determined. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、比較例1による石英ガラスルツボサンプルB1は、引き上げ終了後において38mm程度の沈み込みが生じていた。また、この石英ガラスルツボサンプルB1を使用して引き上げたシリコンインゴットの単結晶化率は61%となり、単結晶化率は大幅に低下した。   As shown in Table 1, the quartz glass crucible sample B1 according to Comparative Example 1 was submerged by about 38 mm after the completion of the pulling. Moreover, the single crystallization rate of the silicon ingot pulled up using this quartz glass crucible sample B1 was 61%, and the single crystallization rate was greatly reduced.

Figure 0005473878
Figure 0005473878

10 石英ガラスルツボ
10A ルツボの側壁部
10B ルツボの底部
10C ルツボの湾曲部
11 不透明石英ガラス層
11a 第1の不透明石英ガラス部分
11b 第2の不透明石英ガラス部分
11c 第3の不透明石英ガラス部分
12 透明石英ガラス層
13a 第1の石英粉
13b 第2の石英粉
13c 第3の石英粉
14 カーボンモールド
14a 通気孔
15 アーク電極
20 石英ガラスルツボ
ルツボ全高
ルツボ上部の高さ
ルツボ下部の高さ
ルツボ中間部の高さ
ルツボの上端
ルツボの中間位置
ルツボの下端
11 ルツボの第1の中間位置
12 ルツボの第2の中間位置
10 quartz glass crucible 10A crucible side wall 10B crucible bottom 10C crucible curved portion 11 opaque quartz glass layer 11a first opaque quartz glass portion 11b second opaque quartz glass portion 11c third opaque quartz glass portion 12 transparent quartz Glass layer 13a First quartz powder 13b Second quartz powder 13c Third quartz powder 14 Carbon mold 14a Vent hole 15 Arc electrode 20 Quartz glass crucible h 0 Crucible total height h 1 Crucible top height h 2 Crucible bottom height H 3 Height of crucible middle portion P 0 Crucible upper end P 1 Crucible intermediate position P 2 Crucible lower end P 11 Crucible first intermediate position P 12 Crucible second intermediate position

Claims (3)

側壁部、湾曲部及び底部を有する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であって、
前記石英ガラスルツボの外形に合わせた内面を有する中空状のモールドを回転させながら前記モールド内に石英粉を充填し、前記モールドの内面に沿った石英粉の層を形成する工程と、
前記石英粉の層を加熱して前記石英粉を溶融することにより不透明石英ガラス層を形成する工程とを備え、
前記石英粉の層を形成する工程は、
ルツボ上部に相当する前記モールド内の所定の位置に、30ppm以上60ppm以下のOH基濃度を有する天然石英粉からなる第1の石英粉を充填する工程と、
ルツボ下部に相当する前記モールド内の所定の位置に、前記第1の石英粉を脱水処理することにより生成され、前記第1の石英粉よりも15ppm以上低く且つ30ppm未満のOH基濃度を有する天然石英粉からなる第2の石英粉を充填する工程と、
前記第1及び第2の石英粉に覆われた前記モールド内全体の内面に、30ppm以上のOH基濃度を有する合成石英粉からなる第3の石英粉を充填する工程とを含み、
前記不透明石英ガラス層を形成する工程は、
前記第1の石英粉を溶融して比重が1.4以上1.8以下の第1の不透明石英ガラス部分を形成すると共に、前記第2の石英粉を溶融して比重が1.7以上2.1以下であって前記第1の不透明石英ガラス部分よりも比重が大きな第2の不透明石英ガラス部分を形成する工程を含み、
前記第3の石英粉の前記第1の石英粉と接する部分のOH基濃度と前記第3の石英粉の前記第2の石英粉と接する部分のOH基濃度とが同じであ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 for pulling a silicon single crystal having a side wall, a curved portion and a bottom,
Filling the mold with quartz powder while rotating a hollow mold having an inner surface matched to the outer shape of the quartz glass crucible, and forming a layer of quartz powder along the inner surface of the mold;
A step of heating the quartz powder layer to melt the quartz powder to form an opaque quartz glass layer,
The step of forming the quartz powder layer includes:
Filling a predetermined position in the mold corresponding to the upper part of the crucible with a first quartz powder made of natural quartz powder having an OH group concentration of 30 ppm or more and 60 ppm or less ;
Natural stone produced by dehydrating the first quartz powder at a predetermined position in the mold corresponding to the lower part of the crucible and having an OH group concentration of 15 ppm or more lower than the first quartz powder and less than 30 ppm. Filling a second quartz powder made of English powder ;
Filling the entire inner surface of the mold covered with the first and second quartz powders with a third quartz powder made of synthetic quartz powder having an OH group concentration of 30 ppm or more ,
The step of forming the opaque quartz glass layer includes:
The first quartz powder is melted to form a first opaque quartz glass portion having a specific gravity of 1.4 to 1.8, and the second quartz powder is melted to have a specific gravity of 1.7 to 2. Forming a second opaque quartz glass portion that is less than or equal to 1 and has a greater specific gravity than the first opaque quartz glass portion;
The OH group concentration in the portion of the third quartz powder in contact with the first quartz powder is the same as the OH group concentration in the portion of the third quartz powder in contact with the second quartz powder. A method for producing a quartz glass crucible.
少なくとも前記第1の石英粉のAl濃度が10ppm以上であることを特徴とする請求項1に記載の石英ガラスルツボの製造方法。 The method for producing a quartz glass crucible according to claim 1 , wherein the Al concentration of at least the first quartz powder is 10 ppm or more. 前記石英粉の層を加熱して前記石英粉を溶融する際、前記モールドに設けられた通気孔から加熱中の石英粉を脱気することによりルツボの内表面側に透明石英ガラス層を形成する工程と、
前記脱気ための減圧を弱め又は停止することによりルツボの外表面側に前記不透明石英ガラス層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の石英ガラスルツボの製造方法。
When the quartz powder layer is heated to melt the quartz powder, a transparent quartz glass layer is formed on the inner surface side of the crucible by degassing the quartz powder being heated from a vent hole provided in the mold. Process,
Method for manufacturing a silica glass crucible according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a step of forming the opaque quartz glass layer on the outer surface of the crucible under reduced pressure to weaken or stop for the degassing.
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