JP5500688B2 - シリカガラスルツボの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリカガラスルツボの製造方法に関する。

単結晶シリコンは、主にチョクラルスキー法（ＣＺ法）によって製造されている。この方法は、高温下、シリカガラスルツボ中のシリコン融液に種結晶を浸し、これを徐々に引き上げて単結晶シリコンを製造するものであり、シリコン融液を溜めるための、高純度のシリカガラスルツボが用いられている。

単結晶シリコンの引上げに用いるシリカガラスルツボは、主にアーク加熱による溶融法によって製造されている。この方法は、カーボン製の回転モールドの内面にシリカ原料粉を供給してシリカ粉成形体を形成し、モールドの内面側の上方に配置した電極のアーク加熱によって、シリカ原料粉を溶融して、シリカガラスルツボを製造するものである。これにより、シリカガラスルツボの内面側を気泡の少ない透明層としたシリカガラスが得られる。しかし、透明層表面に気泡が残っているため、シリコン融液によって表面から侵食されると、気泡が膨張又は開裂して、シリコン融液との界面に露出する場合がある。その結果、シリコン単結晶の引上げ時に、単結晶化が不安定となり、単結晶化歩留まりが低下する可能性がある。

その対策として、例えば、特許文献１には、モールド側から吸引してシリカ粉成形体を真空引きしながらシリカ原料粉をアーク加熱して溶融する製造方法が開示されている。この方法により製造されたシリカガラスルツボは、透明層における気泡の含有率が低減し、かつ、透明層の厚さも大きく確保することができる。

また、特許文献２では、回転するモールド内にシリカ原料粉を供給し、ルツボ形状成形体を形成した後、これをアーク加熱することにより得られるシリカガラスルツボの内面全体に機械研削を施し、研削後の内表面全体を再度アーク加熱することにより、シリカガラスルツボの透明層の表面にある気泡を完全に除去し得る方法が開示されている。また、特許文献３には、シリカガラスルツボの内面全体に研磨処理を施し、研磨面を酸水素バーナにより加熱処理することにより、シリカガラスルツボの内表面の気泡を完全に無くす方法が開示されている。

特開平０１−１６０８３６号公報 特開２００１−００２４３０号公報 特開２００１−３２８８３１号公報

しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
第一に、特許文献１に記載の技術では、真空引きによってルツボの内側表面からルツボ内に空気が取り込まれ、透明層の表面に少量ではあるが空気が入り込んでしまい、気泡を完全に取り除くことができなかった。このように、透明層の表面に気泡が残っていると、上述したように、気泡の膨張や開裂によって、単結晶化歩留まりが低下してしまう問題がやはり生じることとなる。

第二に、特許文献２及び特許文献３記載の技術では、研削又は研磨工程が必須であり、これにより、研削及び研磨用の新たな設備が必要である上、それら工程に時間及び手間を要することから、シリカガラスルツボの生産性を損ねてしまう問題がある。また、研削又は研磨の際にシリカガラス中に不純物が混入する問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、研削及び研磨用の新たな設備を必要とすることなく、かつ、生産性を損なわずに、内面を無気泡化させたシリカガラスルツボを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、回転するモールド内にシリカ原料粉を供給し、ルツボ形状成形体を形成する工程と、上記のルツボ形状成形体を回転させながら、内面から外面の方向に減圧しつつアーク加熱して、内面側の透明層及び外面側の気泡層を有する、底部及びその底部に連なる壁部からなる有底円筒状のシリカガラスルツボを形成する工程と、上記のシリカガラスルツボの内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、そのシリカガラスルツボに与える回転数を制御して、そのシリカガラスルツボの上記の透明層の表面近傍の気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側の透明層に集める工程と、上記のシリカガラスルツボの内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、そのシリカガラスルツボに与える回転数を制御して、上記の気泡が残存するシリカガラス層が移動して露出したその透明層表面の無気泡層の一部を底部の径方向外側に移動させて、その無気泡層により気泡の集まった領域を被覆する工程と、を含む、シリカガラスルツボの製造方法が提供される。

この方法によれば、シリカガラスルツボの透明層の表面近傍の気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側の透明層に集めた上で、上記のシリカガラスツルボの底部の径方向外側の透明層の気泡の集まった領域を無気泡層で被覆するため、気泡の集まった領域を除去するための研削及び研磨用の新たな設備を必要としない。また、この方法によれば、気泡の集まった領域を除去するための研削又は研磨工程が不要であるため、生産性を損なわずに、内面を無気泡化させたシリカガラスルツボを製造することが可能となる。

本発明によれば、研削及び研磨用の新たな設備を必要とすることなく、かつ、生産性を損なわずに、内面を無気泡化させたシリカガラスルツボを製造する方法を提供することが可能となる。

図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本実施形態に係るシリカガラスルツボの製造工程を示した図である。 図２は、本実施形態に従い製造されたシリカガラスルツボの壁部の部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜本実施形態の製造方法＞
図１（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係るシリカガラスルツボの製造工程を示した図（ルツボの径方向断面図にて示してある）である。なお、ここでいう「ルツボの径方向断面」とは、ルツボの中心軸線を通る任意の位置にて径方向に切断した断面を意味する。図２は、本実施形態に従い製造されたシリカガラスルツボの壁部の部分断面図である。

同図において、符号１はルツボ成形用のモールド、符号１０１はモールド１に設けられた通気孔、符号２はシリカ原料粉をモールド１に供給して形成されたルツボ形状成形体、符号２０１はルツボ形状成形体２の外層、符号２０２はルツボ形状成形体２の内層、符号３はシリカ原料粉又はルツボを加熱溶融するためのアーク電極、符号４はシリカガラス製のルツボ、符号４０１はルツボ４の底部、符号４０２は底部４０１から延在してかかる底部４０１から離間する側に開口した壁部、符号４０３はルツボ４の底部４０１と壁部４０２とを連結するコーナー部、符号４０４はルツボ４の気泡層（気泡を含有するシリカガラス層を以下「気泡層」と呼ぶ（ただし、後述する「気泡が残存するシリカガラス層」を除く））、符号４０５はルツボ４の透明層（透明なシリカガラス層を以下「透明層」と呼ぶ）をそれぞれ示したものである。

以下、本実施形態に従いシリカガラスルツボ４を製造する工程の一例を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、回転するモールド１内に、天然シリカ粉を供給して外層２０１を形成し、次いで、外層２０１上に合成シリカ粉を供給して内層２０２を形成し、外層２０１と内層２０２とからなるルツボ形状成形体２を形成する。

次いで、図１（ｂ）に示すように、アーク電極３を用いてルツボ形状成形体２を内面２０２側からアーク加熱して、ルツボ形状成形体２を全体に溶融し、シリカガラスルツボ４を製造する。このとき、アーク加熱と同時に、ルツボ形状成形体２に対しモールド１側からモールド１に設けられた通気孔１０１を介してルツボ形状成形体２の外面を減圧するいわゆる真空引きにより、内層２０２の表面及びその内部に僅かな気泡を含有した透明層４０５が形成される。

なお、アーク加熱の温度は、シリカ原料粉のガラス化及び得られたシリカガラスルツボ４を確実に溶融する観点から、１８００℃以上２６００℃以下の範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０００℃以上２４００°以下の範囲である。また、透明層４０５を形成する際には、減圧の圧力は、−５０以上〜−９５ｋＰａ未満にすることが好ましい。この程度強く減圧すると、合成シリカ粉が溶融されると、そこに含まれる気泡が直ちに除去され、気泡含有率が低い（気泡含有率が ０．５％未満の）透明層４０５を作製することができる。また、透明層４０５を形成した後に、減圧の圧力を０以上〜−１０ｋＰａ未満にすることによって、透明層４０５の外側に、気泡含有率が０．５％以上５０％未満の気泡層４０４を形成することができる。本明細書において、気泡含有率とは、シリカガラスルツボの所定内面積（Ｗ１）に対し気泡が占有する面積（Ｗ２）の比（Ｗ２／Ｗ１：百分率）を言うものである。

このアーク加熱によって、合成シリカガラスからなる透明層４０５と天然シリカガラスからなる気泡層４０４とを形成することができる。合成シリカガラスは、化学合成された非晶質又は結晶質のシリカ（二酸化シリコン）を溶融させたものを固化して形成されるガラスであり、不純物濃度が非常に低い。合成シリカガラスを形成するためのシリカ粉（合成シリカ粉）は、四塩化珪素 （ＳｉＣｌ_４）の気相酸化（乾式合成法）や、シリコンアルコキシド（Ｓｉ（ＯＲ）_４）の加 水分解（ゾル・ゲル法）などの化学合成による手法によって製造することができる。天然シリカガラスは、α−石英を主成分とする天然鉱物を溶融させたものを固化することによって形成されるガラスである。天然シリカガラスを形成するためのシリカ粉（天然シリカ粉）は、α−石英を主成分とする天然鉱物を粉砕して粉状にすることによって製造することができる。

ここで、透明層４０５内及び透明層４０５表面に残存する気泡（これらの気泡を含む透明層４０５の表面近傍の領域を「気泡が残存するシリカガラス層」という）を更に取り除くために、まず、図１（ｃ）に示すように、シリカガラスルツボ４の壁部４０２を内面側からアーク電極３によってアーク加熱して溶融した状態にて、ルツボ４に与える回転数をルツボ４に付加される加速度が１３ｍ／ｓ^２以下となるように制御する。その結果、シリカガラスルツボ４の回転数が低く遠心力が弱いために、壁部４０２の表面近傍の気泡が残存するシリカガラス層が、アーク加熱によって溶融した状態で重力により底部４０１に向けて移動し、コーナー部４０３に集まる（底部方向移動工程）。この底部方向移動工程により、コーナー部４０３を除く壁部４０２では、透明層４０５部分が無気泡層となる（気泡が残存するシリカガラス層が移動して無気泡層が露出するため）。

ここで、底部方向移動工程では、シリカガラスルツボ４に与える回転数をシリカガラスルツボ４に付加される加速度が１３ｍ／ｓ^２以下となる範囲に制御することが好ましい。なぜなら、底部方向移動工程において、加速度が１３ｍ／ｓ^２以下であると、壁部４０２に付加される遠心力が小さく抑えられ、気泡が重力により底部４０１方向へと移動するため、コーナー部４０３へと十分に集まるためである。また、この加速度は、１２ｍ／ｓ^２以下、１１ｍ／ｓ^２以下、１０ｍ／ｓ^２以下であってもよい。この加速度が小さければ小さいほど壁部４０２に付加される遠心力がより小さく抑えられるためである。一方、この加速度は、６ｍ／ｓ^２以上、７ｍ／ｓ^２以上、８ｍ／ｓ^２以上であることが好ましい。この加速度が小さすぎると、壁部４０２の透明層４０５の大部分が重力により底部４０１方向へと移動してしまう可能性があるからである。

その後、図１（ｄ）に示すように、シリカガラスルツボ４の底部４０１を内面側からアーク電極３によってアーク加熱して溶融した状態にて、ルツボに与える回転数をルツボ４に付加される加速度が１７ｍ／ｓ^２以上となるように制御する。その結果、シリカガラスルツボ４の回転数が高く遠心力が強いために、底部４０１の透明層４０５の表面近傍の気泡が残存するシリカガラス層が、アーク加熱によって溶融した状態で底部４０１の径方向外側に移動し、コーナー部４０３に集まる（径方向外側移動工程）。径方向外側移動工程により、コーナー部４０３を除く底部４０１の透明層４０５部分が無気泡層となる（気泡が残存するシリカガラス層が移動して無気泡層が露出するため）。上記した底部方向移動工程及び径方向外側移動工程により、シリカガラスルツボ４の透明層４０５の表面近傍に残存していた気泡が全てコーナー部４０３に集まることとなる。なお、これらの気泡は単独で移動することは少なく、通常は溶融した透明層４０５の表面の部分とともに移動することが多い。図１（ｃ）及び（ｄ）の工程については、どちらの工程を先に行ったとしても本実施形態の効果に影響を与えるものではない。

また、径方向外側移動工程では、ルツボ４に与える回転数を、ルツボ４に付加される加速度が１７ｍ／ｓ^２以上となる範囲に制御することが好ましい。なぜなら、径方向外側移動工程において加速度が１７ｍ／ｓ^２以上であれば、底部４０１に付加される遠心力が十分に得られ、底部４０１の透明層４０５にある気泡が残存するシリカガラス層が底部４０１の径方向外側へと移動しやすくなるため、コーナー部４０３に気泡が残存するシリカガラス層が十分に集まりやすいためである。また、この加速度は、１８ｍ／ｓ^２以上、１９ｍ／ｓ^２以上、２０ｍ／ｓ^２以上であってもよい。この加速度が大きければ大きいほど壁部４０２に付加される遠心力がより大きくなるためである。一方、この加速度は、４０ｍ／ｓ^２以下、３５ｍ／ｓ^２以下、３０ｍ／ｓ^２以下であることが好ましい。この加速度が大きすぎると、気泡が残存するシリカガラス層の下の無気泡層も一緒に多量に移動してしまい、底部４０１の透明層４０５が薄くなりすぎる可能性があるからである。

なお、上記の気泡が残存するシリカガラス層の厚みは、特に限定されず、真空引きの条件などによって変化するものであるが、通常は透明層４０５の内側表面から１ｍｍ以下の厚みであることが多く、例えば０．９ｍｍ、０．８ｍｍ、０．７ｍｍ、０．６ｍｍ、０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍ以下の厚みの場合もある。また、当然のことであるが、気泡が残存するシリカガラス層の厚みは０．０ｍｍ以上である。いずれにしても、アーク加熱して気泡が残存するシリカガラス層を溶融させる場合には、これらの厚みを含む十分な厚みが溶融するような条件で加熱することが好ましい。もっとも、シリカガラスルツボ４の透明層４０５の品質及び強度の維持の観点からは、必要以上に深くまで加熱溶融させることは好ましくない。

また、上記の気泡が残存するシリカガラス層が移動した跡には無気泡層が露出するが、ここでいう無気泡層とは、完全に気泡を含まないことを意味するわけではない。すなわち、無気泡層の気泡含有率が、気泡が残存するシリカガラス層の気泡含有率よりも小さければよい。具体的には、無気泡層に含まれる気泡含有率は、０．３％以下、０．２％以下、０．１％以下であれば好ましい。また、当然のことであるが、無気泡層に含まれる気泡含有率は、０．０％以上である。ここで、気泡含有率とは、シリカガラスルツボの所定内面積（Ｗ１）に対し気泡が占有する面積（Ｗ２）の比（Ｗ２／Ｗ１：百分率）を言うものである。いずれにしても、単結晶シリコンの引上げの際に気泡が膨張や開裂してシリコン融液との界面に露出することを抑制するためには、無気泡層に含まれる気泡含有率は小さければ小さいほど好ましい。

そして、両工程後、図１（ｅ）に示すように、シリカガラスルツボ４の底部４０１を内面側からアーク電極３によってアーク加熱して溶融した状態にて、ルツボに与える回転数を、ルツボ４に付加される加速度が１２ｍ／ｓ^２以上２０ｍ／ｓ^２以下となる範囲に制御する。その結果、シリカガラスルツボ４の回転数が適度な範囲であることによって、遠心力も適度な範囲に収まり、底部４０１の内面側に露出している無気泡層がアーク加熱によって溶融した状態で、底部４０１の径方向外側に十分に移動するが、無気泡層が移動しすぎて底部４０１の透明層４０５が薄くなりすぎることもない。その結果、かかる無気泡層によって気泡が残存するシリカガラス層の集まったコーナー部４０３が被覆される（被覆工程）。図２に、底部４０１より無気泡の層が移動してコーナー部４０３を被覆した状態を詳細に示す（符号αは、底部４０１より移動した無気泡層部分を示す）。

ここで、底部４０１の透明層４０５の表面にある無気泡層を底部４０１の径方向外側に移動させて、気泡の集まった領域を被覆する工程では、適切な遠心力にて無気泡層を移動させ得る観点から、シリカガラスルツボ４に与える回転数をシリカガラスルツボ４に付加される加速度が１２ｍ／ｓ^２以上２０ｍ／ｓ^２以下の範囲となるように制御することが好ましい。また、この加速度は、１２ｍ／ｓ^２以上、１３ｍ／ｓ^２以上、１４ｍ／ｓ^２以上、１５ｍ／ｓ^２以上のいずれかであり、かつ、２０ｍ／ｓ^２以下、１９ｍ／ｓ^２以下、１８ｍ／ｓ^２以下、１７ｍ／ｓ^２以下のいずれかであってもよい。これらの範囲内であれば遠心力が適度な範囲に収まり、底部４０１の内面側に露出している無気泡層がアーク加熱によって溶融した状態で、底部４０１の径方向外側に移動するが壁部４０２を伝わって登ることまではないためである。

なお、これらの気泡を移動させる工程（底部方向移動工程、径方向外側移動工程、被覆工程を含む）において、底部４０１や壁部４０２をアーク加熱して溶融する場合に、アーク加熱の温度は、１８００〜２６００℃の範囲と高温に設定することが好ましく、より好ましくは２０００〜２４００℃の範囲である。アーク加熱の温度を１８００℃以上又は２０００℃以上とすると、加熱された領域の粘性が小さくなることから、シリカガラスルツボ４の内表面近傍の気泡層（例えば、０．５〜１ｍｍ厚み）が移動し易くなり、気泡を集める時間が短縮される。その結果、シリカガラスルツボ４の生産性が向上するからである。また、２６００℃以下又は２４００℃以下に抑えた場合には、シリカガラスの粘度が小さくなりすぎないので、シリカガラスが移動し易くなりすぎず、シリカルツボの形状の制御が困難になることを抑制できる。また、高温にするためのコストが高価になったり、シリカガラスの蒸発量が多くなったりすることも抑制できるからである。

なお、シリカガラスルツボ４に付加される加速度について、シリカガラスルツボ４の外径と回転数との対応例を表１に示す。外径が２５インチ（６３５ｍｍ）、３２インチ（８１３ｍｍ）及び３７インチ（９４０ｍｍ）のルツボのそれぞれについて、加速度が１２ｍ／ｓ^２、１６ｍ／ｓ^２又は２０ｍ／ｓ^２となる回転数をそれぞれ示す。

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態では、まず、図１（ａ）に示すように、回転するモールド１内にシリカ原料粉を供給し、ルツボ形状成形体２を形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、上記のルツボ形状成形体２を回転させながら、内面から外面の方向に減圧しつつアーク加熱して、内面側の透明層４０５及び外面側の気泡層４０４を有する、底部４０１及びその底部に連なる壁部４０２からなる有底円筒状のシリカガラスルツボ４を形成する。続いて、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、上記のシリカガラスルツボ４の内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、そのシリカガラスルツボ４に与える回転数を制御して、そのシリカガラスルツボ４の上記の透明層４０５表面の気泡が残存するシリカガラス層を底部４０１の径方向外側の透明層４０５に集める。そして、図１（ｅ）に示すように、上記のシリカガラスルツボ４の内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、そのシリカガラスルツボ４に与える回転数を制御して、上記の気泡が残存するシリカガラス層が移動して露出した上記の透明層４０５表面の無気泡層の一部を底部４０１の径方向外側に移動させて、その無気泡層により気泡の集まった領域を被覆する。

本実施形態では、このようにして、図２に示すように、シリカガラスルツボ４の透明層４０５表面の気泡が残存するシリカガラス層を底部４０１の径方向外側の透明層４０５に集めた上で、気泡が残存するシリカガラス層が移動して露出した無気泡層の一部を移動させて気泡の集まった領域を被覆するため、気泡の集まった領域を除去するための研削及び研磨用の新たな設備を必要としない。また、本実施形態では、気泡の集まった領域を除去するための研削又は研磨工程が不要であるため、生産性を損なわずに、内面を無気泡化させたシリカガラスルツボ４を製造することが可能となる。すなわち、透明層４０５の研削や研磨工程を介すること無くルツボ４を製造できるため、生産性が低下することが無い。更に、研削装置や研削装置を準備する必要がなく、既存の設備を使用することができるので、製造コストの高騰が抑えられる。

一方、従来技術の方法によって、コーナー部４０３を無気泡層により被覆させずに、底部方向移動工程及び径方向外側移動工程により、気泡をコーナー部４０３に集めただけの状態のルツボ４を用いて、シリコン単結晶の引上げを行った場合にも、壁部や底部の無気泡化した透明層４０５では、シリコン融液によって表面から侵食されても、壁部や底部の無気泡化した透明層４０５気泡の膨張や開裂が抑制される。しかし、従来技術の方法では、コーナー部４０３の内面（特に、内表面近傍）に気泡が多数あるため、シリコン融液によって表面から侵食されると、気泡が膨張や開裂して、シリコン融液との界面に露出し、単結晶化歩留まりが低下する。これに対して、本実施形態では、コーナー部４０３を無気泡層により被覆して、シリカガラスルツボ４内面を全体に無気泡化させることにより、シリコン融液によって表面から侵食されても、気泡の膨張や開裂がなく、高歩留まりでシリコン単結晶が得られる。

また、本実施形態では、コーナー部４０３が厚くなることによって、単結晶引上の際のシリカガラスルツボ４の座屈を低減できる利点もある。もっとも、その分底部４０１の透明層４０５が薄くなるので、底部４０１の透明層４０５はあらかじめ厚めに形成しておくことが好ましい。例えば、径方向外側移動工程及び被覆工程透明層を行う前の底部４０１の透明層４０５の厚みは、２．０ｍｍ以上、３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以上であれば径方向外側移動工程及び被覆工程透明層の後もそれぞれ１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以上の厚みを維持できるため好ましい。もっとも、設計及び製造上の制約から無気泡層の移動前の透明層４０５の厚みは、２０ｍｍ以下であるのが通常である。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、上記実施の形態では、図１（ｅ）に示すように、底部４０１の内面側の無気泡層を底部４０１の径方向外側に移動させて、かかる無気泡層により気泡の集まったコーナー部４０３を被覆することとしたが、特に限定する趣旨ではない。例えば、底部４０１の内面側の無気泡層を底部４０１の径方向外側に移動させる代わりに、壁部４０２の内面側の無気泡層を底部側に向かって移動させて、コーナー部４０３を壁部４０２から移動してきた無気泡層により被覆させることも可能である。また、底部４０１の内面側の無気泡層を底部４０１の径方向外側に移動させた上で、さらに壁部４０２の内面側の無気泡層を底部側に向かって移動させて、コーナー部４０３を壁部４０２から移動してきた無気泡層により２重に被覆させることも可能である。

また、上記実施の形態では、ルツボ形状成形体２をアーク加熱する際に真空引きしているが、真空引きの工程は任意にて選択し得る工程である。すなわち、真空引きをせずにルツボ形状成形体２をアーク加熱してもよい。もっとも、シリカガラスルツボ４の透明層４０５表面の気泡が残存するシリカガラス層をあらかじめ可能なかぎり低減しておくためには、真空引きを行うことが好ましい。

以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

以下の実験では、従来技術の製造方法により製造されたシリカガラスルツボ（従来例ルツボ）、底部の無気泡層をコーナー部に移動させる工程を含まないこと以外は実施例の製造方法と同様の方法により製造されたシリカガラスルツボ（比較例ルツボ）、及び、上記実施形態の製造方法により製造されたシリカガラスルツボ（実施例ルツボ）をそれぞれ試作し、評価に供した。

＜従来例＞
従来例ルツボの製造方法を以下に説明する。まず、６０ｒｐｍ（加速度：１６ｍ／ｓ^２）にて回転する外径３２インチ（８１３ｍｍ）のモールド内に天然シリカ粉を供給して外層を形成し、次いで、合成シリカ粉を供給して内層を形成した。そして、３相交流アーク溶融装置を用いてモールドを６０ｒｐｍにて回転（加速度：１６ｍ／ｓ^２）させながら２０００℃の温度でアーク加熱して、外層及び内層からなるルツボ形状成形体を溶融した。このとき、溶融開始直後から２分間はモールドの通気孔から真空引きを行い、その後、真空引きを終了し、厚さ４ｍｍの透明層及び厚さ１５ｍｍの気泡層からなるシリカガラスルツボを形成した。そして、溶融終了後にシリカガラスルツボを冷却して、モールドから取り出した。

＜比較例＞
比較例ルツボの製造方法を以下に説明する。まず、６０ｒｐｍ（加速度：１６ｍ／ｓ^２）にて回転する外径３２インチ（８１３ｍｍ）のモールド内に天然シリカ粉を供給して外層を形成し、次いで、合成シリカ粉を供給して内層を形成した。そして、３相交流アーク溶融装置を用いてモールドを６０ｒｐｍにて回転させながら２０００℃の温度でアーク加熱し、ルツボ形状成形体を溶融した。このとき、溶融開始直後から２分間はモールドの通気孔から真空引きを行い、その後、真空引きを終了し、厚さ４ｍｍの透明層及び厚さ１５ｍｍの気泡層からなるシリカガラスルツボを形成した。そして、モールドの回転数を５２ｒｐｍ（加速度：１２ｍ／ｓ^２）に下げて、２２００℃で３０秒間アーク加熱し、シリカガラスルツボの壁部の気泡を底部方向に移動させて、気泡をコーナー部に集めた。次いで、モールドの回転数を６７ｒｐｍ（加速度：２０ｍ／ｓ^２）に上げて、２２００℃で３０秒間アーク加熱し、シリカガラスルツボの底部の気泡を径方向外側に移動させて、気泡をコーナー部に集めた。そして、溶融終了後にシリカガラスルツボを冷却して、モールドから取り出した。

＜実施例＞
実施例ルツボの製造方法を以下に説明する。まず、６０ｒｐｍ（加速度：１６ｍ／ｓ^２）にて回転する外径３２インチ（８１３ｍｍ）のモールド内に天然シリカ粉を供給して外層を形成し、次いで、合成シリカ粉を供給して内層を形成した。そして、３相交流アーク溶融装置を用いてモールドを６０ｒｐｍにて回転させながら２０００℃の温度でアーク加熱し、ルツボ形状成形体を溶融した。このとき、溶融開始直後から２分間はモールドの孔から真空引きを行い、その後、真空引きを終了し、厚さ４ｍｍの透明層及び厚さ１５ｍｍの気泡層からなるシリカガラスルツボを形成した。そして、モールドの回転数を５２ｒｐｍ（加速度：１２ｍ／ｓ^２）に下げて、２２００℃で３０秒間アーク加熱し、シリカガラスルツボの壁部の気泡を底部方向に移動させて、気泡をコーナー部に集めた。次いで、モールドの回転数を６７ｒｐｍに上げて、２２００℃で３０秒間アーク加熱し、シリカガラスルツボの底部の気泡を径方向外側に移動させて、気泡をコーナー部に集めた。そして、モールドの回転数を６７ｒｐｍ（加速度：１６ｍ／ｓ^２）のまま、２２００℃で６０秒間アーク加熱し、シリカガラスルツボの底部の無気泡層を底部の径方向外側に移動させて、気泡が集まったコーナー部を無気泡層により被覆した。最後に、溶融終了後にシリカガラスルツボを冷却して、モールドから取り出した。

＜分析及び評価＞
各種ルツボの、壁部の開口端付近、コーナー部、底部の中央における内表面から深さ１ｍｍの気泡含有率を測定した。ここで、気泡含有率とは、シリカガラスルツボの所定内面積（Ｗ１）に対し気泡が占有する面積（Ｗ２）の比（Ｗ２／Ｗ１：百分率）を言うものである。その結果を表２に示す。また、ここで言う開口端付近とは、開口部の下２０ｍｍであり、コーナー部とは、壁部と底部を接続している領域の曲率の最も小さい部分であり、底部中央とは、底部の中心を言うものである。

表２の結果から明らかなように、従来例ルツボに比して、比較例ルツボでは、開口端付近及び底部中央において気泡含有率が低減しており、コーナー部において増大していた。また、比較例ルツボに比して、実施例ルツボでは、開口端付近、コーナー部及び底部中央のいずれにおいても空気含有率が低減していた。また、これらの従来例ルツボ、比較例ルツボ、実施例ルツボを用いて同一条件でシリコン単結晶の引上げを行った結果、比較例ルツボ及び実施例ルツボに比べて、実施例ルツボでは高歩留まりでシリコン単結晶が得られた（ｄａｔａ ｎｏｔ ｓｈｏｗｎ）。

＜結果の考察＞
上記の実験結果から、実施例ルツボでは、底部方向移動工程及び径方向外側移動工程により、気泡が残存するシリカガラス層をコーナー部に集めた上で、さらにコーナー部を無気泡層により被覆して、シリカガラスルツボ内面を全体に無気泡化させているため、シリコン融液によって表面から侵食されても、気泡の膨張や開裂がなく、従来例ルツボ及び比較例ルツボに比べて高歩留まりでシリコン単結晶が得られることがわかる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ モールド
２ ルツボ形状成形体
３ アーク電極
４ シリカガラスルツボ
１０１ 通気孔
２０１ 外層
２０２ 内層
４０１ 底部
４０２ 壁部
４０３ コーナー部
４０４ 気泡層
４０５ 透明層

Claims (2)

1. 回転するモールド内にシリカ原料粉を供給し、ルツボ形状成形体を形成する工程と、
   前記ルツボ形状成形体を回転させながら、内面から外面の方向に減圧しつつアーク加熱して、内面側の透明層及び外面側の気泡層を有する、底部及び該底部に連なる壁部からなる有底円筒状のシリカガラスルツボを形成する工程と、
   前記シリカガラスルツボの内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、該シリカガラスルツボに与える回転数を制御して、該シリカガラスルツボの前記透明層の表面近傍の気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側の透明層に集める工程と、
   前記シリカガラスルツボの内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、該シリカガラスルツボに与える回転数を制御して、前記気泡が残存するシリカガラス 層が移動して露出した前記透明層表面の無気泡層の一部を底部の径方向外側に移動させて、該無気泡層により気泡の集まった領域を被覆する工程と、
   を含み、
   前記ルツボ形状成形体を形成する工程が、
   前記回転モールド内に、天然シリカ粉を供給して外層を形成する工程と、
   前記外層上に合成シリカ粉を供給して内層を形成する工程と、
   を含み、
   前記気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側の透明層に集める工程が、
   前記シリカガラスルツボの壁部の内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、該シリカガラスルツボに与える回転数を制御して、該壁部の透明層表面に存在する気泡が残存するシリカガラス層を底部に向けて移動させる工程と、
   前記シリカガラスルツボの底部の内面側をアーク加熱によって溶融した状態にて、該シリカガラスルツボに与える回転数を制御して、該底部の透明層表面に存在する気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側に移動させる工程と、
   を含み、
   前記気泡が残存するシリカガラス層を底部に向けて移動させる工程が、前記シリカガラスルツボの回転数を、該シリカガラスルツボの壁部の位置における加速度が１３ｍ／ｓ ^２ 以下となる範囲に制御する工程とを含み、
   前記気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側に移動させる工程が、前記シリカガラスルツボの回転数を、該シリカガラスルツボの壁部の位置における加速度が１７ｍ／ｓ ^２ 以上となる範囲に制御する工程とを含み、
   前記無気泡層により気泡の集まった領域を被覆する工程が、前記シリカガラスルツボの回転数を、該シリカガラスルツボの壁部の位置における加速度が１２ｍ／ｓ ^２ 以上２０ｍ／ｓ ^２ 以下となる範囲に制御する工程と
   を含む、
   シリカガラスルツボの製造方法。
2. 前記シリカガラスルツボを形成する工程が、１８００℃以上２６００℃以下の範囲にてアーク加熱を行う工程を含み、
   前記気泡が残存するシリカガラス層を底部の径方向外側の透明層に集める工程が、１８００℃以上２６００℃以下の範囲にてアーク加熱を行う工程を含み、
   前記無気泡層により気泡の集まった領域を被覆する工程が、１８００℃以上２６００℃以下の範囲にてアーク加熱を行う工程を含む、
   請求項１に記載のシリカガラスルツボの製造方法。