JP6072405B2 - シリカガラスルツボ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
シリカガラスルツボは、合成シリカ粉から形成される内面層(以下、「合成層))と天然シリカ粉から形成される外面層(以下、「天然層」)の二層からなる。なお、合成層はアーク熔融時にシリカガラスルツボ最表面に形成されるシール層も含む。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されるシリカ粉である。合成シリカ粉は、四塩化珪素(SiCl4)の気相酸化(乾燥合成法)や、シリコンアルコキシド(Si(OR4))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。
シリカガラスルツボは、シリカガラスルツボ製造用回転モールドに、天然シリカ粉を供給し、更に合成シリカ粉を天然シリカ粉上に供給し、アーク放電によりシリカ粉を熔融することで、合成シリカ粉から形成される内面層(合成層)と天然シリカ粉から形成される外面層(天然層)の二層からなるシリカガラスルツボが製造される。
シリコン単結晶は、シリカガラスルツボに多結晶シリコン(ポリシリコン)を投入し、ヒーターにより加熱することで多結晶シリコンを熔融させる。シリコン種結晶の端部をシリコン融液に中に浸けた状態で上記種結晶を回転させながら引き上げることで製造される。シリコン単結晶の形状は、上側から円柱状のシリコン種結晶、その下に円錐状のシリコン単結晶(トップ部)、上部円錐底面と同じ径を持つ円柱状のシリコン単結晶(直胴部)、頂点が下向きである円錐状のシリコン単結晶(テール部)からなる。
アルコキシシランの加水分解により得られた合成シリカ粉を低真空条件下にて焼成し、焼成された合成シリカ粉を得た。得られた合成シリカ粉を高周波誘導熱プラズマ発生装置に投入した。熱プラズマ処理後、合成シリカ粉を回収し、超純水を用いた超音波洗浄により合成シリカ粉を洗浄した。洗浄は、合成シリカ粉に付着する微粒子がなくなるまで行った。洗浄後の合成シリカ粉を分級した。合成シリカ粉のラマンスペクトル、平均粒径、比表面積、タップ嵩密度及び円形度を測定した。その後、それぞれの合成シリカ粉を用いてシリカガラスルツボを製造し、平均気泡径及び最大気泡含有率を測定し、複屈折率層を観察した。実施例1については、算術表面粗さも算出した。
熱プラズマ処理を除いた実施例1〜6の方法に基づいて合成シリカ粉を製造し。合成シリカ粉のラマンスペクトル、平均粒径、比表面積、タップ嵩密度及び円形度を測定した。その後、それぞれの合成シリカ粉を用いてシリカガラスルツボを製造し、平均気泡径及び最大気泡含有率を測定し、複屈折層を観察した。比較例1については、算術表面粗さも算出した。
図4は、実施例1の合成シリカ粉と比較例1の合成シリカ粉のラマンスペクトである。ラマンスペクトルは、BRUKER社製の分散型顕微ラマン装置SENTERRAを使用した。測定条件は、レーザー波長:532nm(5mw)、露光時間:20秒、積算回数:1回である。D2のピーク強度を1としてそれぞれのピーク強度比D1/D2を求めると、実施例1の合成シリカ粉は1.89であり、比較例1の合成シリカ粉は1.74であった。従って、実施例1の合成シリカ粉は、比較例1の合成シリカ粉よりもピーク強度比D1/D2が高いことが分かった。
実施例1と比較例1のシリカガラスルツボにおいて、ルツボの底部からコーナー部を通って直胴部(壁部)までの気泡含有率を測定した。図5は、X軸をシリカガラスルツボの各パーツとし、Y軸を気泡含有率(Vol%)としてプロットしたグラフである。比較例1は、コーナー部から壁部にかけて気泡含有率が上昇するのに対し、実施例1は壁部のみに0.01Vol%以下の気泡含有率を示した。従って、実施例1のシリカガラスルツボは、実質的に気泡を含まないガラスルツボであることが分かった。
実施例1と比較例1のシリカガラスルツボの内表面を切り出してレーザー共焦点顕微鏡(レーザーテック株式会社製:Lasertec H1200)を用いて内表面の粗さを非接触で測定した。図6は、実施例1のシリカガラスルツボの表面写真であり、図7は比較例1の写真である。それぞれのRaを算出すると、実施例1は0.012μm、比較例1は0.025μmであった。従って、実施例1のシリカガラスルツボは、比較例1よりも優れたRaを示した。
シリカガラスルツボの中心軸とその底部の交点から内表面に沿ってリムに向かって600mmの位置において、シリカガラスルツボを肉厚方向に切断し、スライス片を約2mm厚になるまで研磨した。研磨した断面サンプル(スライス片)を直交ニコル状態になるように配置した二枚の偏光板の間に設置し、白色光をあてて観察した。
実施例1〜6及び比較例1〜12で製造したシリカガラスルツボを用いて、シリコン単結晶の引き上げを行い、最大気泡含有率(Vol%)、平均開気泡数密度(個数/cm2)、平均ブラウンリング数密度(個数/cm2)、平均ブラウンリング径(mm)、単結晶化率(%)の評価を行った。これらの結果を表2に記載する。
Claims (5)
- 合成シリカ粉から形成される内面層と、
天然シリカ粉から形成される外面層と、を備えるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、
前記内面層は、ラマン法で測定した波長492cm-1のピーク強度D1と、波長606cm-1のピーク強度D2との強度比D1/D2が、1.8以上2.0以下の前記合成シリカ粉を熔融して形成される、シリカガラスルツボ。 - 前記合成シリカ粉は、円形度が0.8以上1.0以下である、請求項1記載のシリカガラスルツボ。
- 前記合成シリカ粉は、平均粒径が80μm以上150μm以下、タップ嵩密度が1.38g/cm3以上1.44g/cm3以下、比表面積が0.026m2/g以上0.040m2/g以下である、請求項1又は2に記載のシリカガラスルツボ。
- 前記内面層と前記外面層との境界の複屈折率が連続的に変化する傾斜複屈折層を備える、請求項1から3のいずれかに記載のシリカガラスルツボ。
- シリコン単結晶引き上げ用のシリカガラスルツボの製造方法であって、
前記方法は、
合成シリカ粉を、ラマン法で測定した波長492cm-1のピーク強度D1と、波長606cm-1のピーク強度D2との強度比D1/D2が、1.8以上2.0以下になるように処理して処理後合成シリカ粉を形成する工程と、
シリカガラスルツボ製造用回転モールドを提供する工程と、
前記モールドに天然シリカ粉を供給する工程と、
前記処理後合成シリカ粉を前記天然シリカ粉上に供給する工程と、
前記天然シリカ粉と前記処理後合成シリカ粉とが堆積した前記モールド内側でアーク放電を生じさせ、前記処理後合成シリカ粉から形成される内面層と、前記天然シリカ粉から形成される外面層とを備えるシリカガラスルツボを製造する工程と、を含む、シリコン単結晶引き上げ用のシリカガラスルツボの製造方法。
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