JP7074180B2 - 石英ガラスルツボ及びこれを用いたシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
F=(λ×θ/180)/(C×L)
内面10i及び外面10oが圧縮応力下にあるルツボ本体10の当該内面10iに結晶化促進剤を含む内面塗布膜13Aを形成した実施例A1の石英ガラスルツボを用意した。ただしリム上端面10t及び内面10iのうち上端から下方に20mmまでの内面及び外面は結晶化促進剤の未塗布領域とした。またルツボ本体10の外面10oから深さ2mmまでの外面近傍領域内の気泡含有率は4%であった。
ルツボ本体10の外面近傍領域内の気泡含有率が8%と高い点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.22%となり、単結晶歩留まりは79%となった。
ルツボ本体10の内面10iには圧縮応力が存在するが外面10oには存在しておらず、外面近傍領域内の気泡含有率が3%である点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.18%となり、単結晶歩留まりは77%となった。
ルツボ本体10のリム上端面及び上端部の内面10i及び外面10oに結晶化促進剤を塗布した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.22%となり、単結晶歩留まりは78%となった。
ルツボ本体10の内面10iには圧縮応力が存在するが外面10oには存在しておらず、さらにルツボ本体10のリム上端面及び上端部の内面及び外面に結晶化促進剤を塗布した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.17%となり、単結晶歩留まりは73%となった。
ルツボ本体の外面近傍領域内の気泡含有率が8%と高く、さらにルツボ本体のリム上端面及び上端部の内面及び外面に結晶化促進剤を塗布した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.18%となり、単結晶歩留まりは72%となった。
ルツボ本体10の内面10i及び外面10oの両方に圧縮応力層が存在しておらず、ルツボ本体10の外面近傍領域内の気泡含有率が9%と高く、さらにルツボ本体10のリム上端面及びリム上端近傍の内面及び外面に結晶化促進剤を塗布した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は4%と高くなり、単結晶歩留まりは55%と非常に低くなった。
ルツボの内面10iのみならず外面10oにも結晶化促進剤を含む塗布膜を形成した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.14%となり、単結晶歩留まりは88%となった。
ルツボの外面10oにのみ結晶化促進剤を含む塗布膜を形成した点以外は実施例A1とほぼ同一の特性を有する石英ガラスルツボを用意し、この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、表1に示すように、シリコン単結晶のピンホール発生率は0.19%となり、単結晶歩留まりは82%となった。
(結晶化促進剤塗布条件)
回転モールド法により製造された口径32インチの石英ガラスルツボ本体を用意し、このルツボ本体の内面及び外面に結晶化促進剤を塗布した。結晶化促進剤塗布液は、炭酸バリウム:0.0012g/mL及びカルボキシビニルポリマー:0.0008g/mLをそれぞれ含み、エタノールと純水との割合を調整し、それらを混合・攪拌することにより作製した。炭酸バリウムはその平均粒径が100μm以下となるように超音波照射により解砕した後に溶媒中に混合・撹拌して、結晶化促進剤含有塗布液を作製した。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は1μm、粒径頻度のピークは2μm、溶液の液体粘性は400mPa・sであった。この塗布液をルツボ本体の内面及び外面に塗布し、乾燥させて、シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボのサンプル(実施例B1a)を完成させた。
次にこのルツボサンプルを用いてCZ法によるシリコン単結晶の引き上げ工程を行った。引き上げ終了後、使用済みのルツボサンプルの沈み込み量を測定したところ、表2に示すように、ルツボ上端の沈み込み量は約2mmであった。また単結晶歩留まり(投入原料に対する引き上げ単結晶の重量比)は86%となり、70%を上回る良好な結果となった。
次に、使用済みのルツボサンプルの表面に形成された結晶層の状態をEBSD法により評価した。EBSD法による結晶解析にはショットキー電解放出型走査電子顕微鏡(日本電子株式会社製JSM-7800FPRIME)を用いた。方位差角の許容角度(トレランス)は5°に設定した。その結果、表2に示すように、結晶粒の平均粒径は0.11μmとなり、結晶粒径の頻度分布のピークは0.18μmとなった。さらに、面方位の面積率の上位3位は、(200)面:30.5%、(112)面:23.6%、(113)面:16.2%となった。上位1位及び2位を占める(200)面及び(112)面の面積率の総和は54%となり、結晶粒の配向性は高かった。
ルツボサンプル(実施例B1a)と同じ条件で製造した別のルツボサンプル(実施例B1b)を用いてCZ法によるシリコン単結晶の引き上げ工程を行った。引き上げ終了後、使用済みのルツボサンプルの沈み込み量を測定したところ、表3に示すように、ルツボ上端の沈み込み量は約1mmであった。また単結晶歩留まりは88%となり、70%を上回る良好な結果となった。さらに、使用済みのルツボサンプルをEBSD法により評価したところ、表3に示すように、結晶粒の平均粒径は0.13μmとなり、結晶粒径の頻度分布のピークは0.19μmとなった。
実施例B1とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B2a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は8μm、粒径頻度のピークは10μm、溶液の液体粘性は400mPa・sであった。その結果、ルツボの沈み込み量は約3mmであった。また、単結晶歩留まりは83%となり、70%を上回る良好な結果となった。
実施例B1、B2とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B3a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は20μm、粒径頻度のピークは30μm、溶液の液体粘性は400mPa・sであった。その結果、ルツボの沈み込み量は約3mmであった。また、単結晶歩留まりは84%となり、70%を上回る良好な結果となった。
実施例B1~B3とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B4a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は1μm、粒径頻度のピークは3μm,溶液の液体粘性は90mPa・sであった。その結果、ルツボの沈み込み量は約11mmであった。また、単結晶歩留まりは76%となり、70%を上回る良好な結果となった。
実施例B1~B4とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B5a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は8μm、粒径頻度のピークは9μm、溶液の液体粘性は80mPa・sであった。その結果、ルツボの沈み込み量は約15mmであった。また、単結晶歩留まりは74%となり、70%を上回る良好な結果となった。
実施例B1~B5とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B6a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は1μm、粒径頻度のピークは3μm、溶液の液体粘性は30mPa・sであった。その結果、ルツボの沈み込み量は約14mmであった。また、単結晶歩留まりは72%となった。
実施例B1~B6とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造し、このルツボサンプル(実施例B7a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は160μm、粒径頻度のピークは150μm、溶液の液体粘性は50mPa・sであり、結晶化促進剤の表面密度のばらつきが大きかった。その結果、ルツボの沈み込み量は約10mmであった。また、単結晶歩留まりは75%となり、70%を上回る結果となった。
実施例B1~B7とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造した。具体的には、結晶化促進剤の超音波破砕を長時間行って粒子を微細化して塗布液を作成した。そのため、塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は0.5μm、粒径頻度のピークは0.5μmであった。その後、このルツボサンプル(比較例B1a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、ルツボの沈み込み量は約37mmとなり、沈み込み量が非常に大きくなった。また、単結晶歩留まりは42%となり、70%を大幅に下回る結果となった。
実施例B1~B7並びに比較例B1とは異なる結晶化促進剤の塗布条件によりルツボを製造した。結晶化促進剤の超音波破砕を行わなかったため、塗布液中の結晶化促進剤粒子の平均粒径は110μm、粒径頻度のピークは150μmであった。その後、このルツボサンプル(比較例B2a)を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果、ルツボの沈み込み量は約33mmとなり、沈み込み量が非常に大きくなった。また、単結晶歩留まりは38%となり、70%を大幅に下回る結果となった。
4 多結晶シリコン原料
5 シリコン融液
5a 液面(初期液面位置)
6 ヒーター
8 カーボンサセプタ
10 石英ガラスルツボ本体(ルツボ本体)
10a ルツボ本体の側壁部
10b ルツボ本体の底部
10c ルツボ本体のコーナー部
10i ルツボ本体の内面
10o ルツボ本体の外面
10t ルツボ本体のリム上端面
11 透明層
12 不透明層
13A 内面塗布膜
13B 外面塗布膜
14A 内側結晶層
14B 外側結晶層
15A 未塗布領域
15B 未塗布領域
16 原料シリカ粉の堆積層
16A 天然シリカ粉
16B 合成シリカ粉
20 歪み測定器
21 偏光板(偏光子)
22 偏光板(検光子)
23 ルツボ片
24 1/4波長板
25 光源
30 モールド
30i モールドの内面
31 アーク電極
32 通気孔
40 EBSD装置
41 EBSD検出器
42 試料
43 電子線
Lc 圧縮応力層
Lt 引っ張り応力層
Claims (25)
- 円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記底部よりも高い曲率を有し前記側壁部と前記底部とを連接するコーナー部とを有する石英ガラスルツボ本体と、
結晶化促進剤を含み、前記石英ガラスルツボ本体の内面に形成された内面塗布膜とを備え、
前記石英ガラスルツボ本体の前記内面が圧縮応力下にあり、
シリコン単結晶引き上げ工程中に加熱された前記内面塗布膜の作用により前記石英ガラスルツボ本体の内面近傍に形成される内側結晶層に含まれる結晶粒の平均粒径が0.1~100μmであり、
前記結晶粒の頻度分布のピークが0.1~100μmの範囲内にあり、
前記石英ガラスルツボ本体の内面側から見た前記内側結晶層の各面方位の面積率の上位1位及び2位の和が50%以上であり、
前記石英ガラスルツボ本体の内面側から見た前記内側結晶層の各面方位の組織係数TcをX線回折法により測定したときの当該組織係数Tcの上位1位及び2位が各面方位の組織係数Tcの総和に占める割合(Tc占有率)が50%以上であることを特徴とする石英ガラスルツボ。 - 前記内面塗布膜は、前記結晶化促進剤を含み、SiO2と二成分系以上のガラスを形成する化合物を含む、請求項1に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤がバリウム化合物である、請求項1又は2に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記内面塗布膜が高分子を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤は前記石英ガラスルツボ本体の前記内面のみに塗布されており、前記石英ガラスルツボ本体の外面には塗布されていない、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体のリム上端面及び前記石英ガラスルツボ本体の前記内面のうちリム上端から下方に2~40mmの範囲内には、前記結晶化促進剤の未塗布領域が設けられており、前記内面塗布膜は前記未塗布領域を除いた前記石英ガラスルツボ本体の前記内面の全面に形成されている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤を含み、前記石英ガラスルツボ本体の外面に形成された外面塗布膜をさらに備え、
前記石英ガラスルツボ本体の前記外面が圧縮応力下にある、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。 - 前記外面塗布膜は、前記結晶化促進剤を含み、SiO2と二成分系以上のガラスを形成する化合物を含む、請求項7に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体の前記外面のうちリム上端から下方に2~40mmの範囲内には、前記結晶化促進剤の未塗布領域が設けられている、請求項7又は8に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体の前記外面近傍の気泡含有率は0.8%以上5%以下である、請求項7乃至9のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- シリコン単結晶引き上げ工程中に加熱された前記外面塗布膜の作用により前記石英ガラスルツボ本体の外面近傍に形成される外側結晶層に含まれる結晶粒の平均粒径が0.1~100μmであり、
前記結晶粒の頻度分布のピークが0.1~100μmの範囲内にあり、
前記石英ガラスルツボ本体の外面側から見た前記外側結晶層の各面方位の面積率の上位1位及び2位の和が50%以上である、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。 - 前記石英ガラスルツボ本体の外面側から見た前記外側結晶層の各面方位の組織係数TcをX線回折法により測定したときの当該組織係数Tcの上位1位及び2位が各面方位の組織係数Tcの総和に占める割合(Tc占有率)が50%以上である、請求項11に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤の平均粒径が0.1~100μmであり、
前記結晶化促進剤の粒径の頻度分布のピークが0.1~100μmの範囲内にある、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。 - 前記石英ガラスルツボ本体は、気泡を含まない石英ガラスからなり、前記石英ガラスルツボ本体の前記内面を構成する透明層と、多数の微小な気泡を含む石英ガラスからなり、前記透明層の外側に設けられた不透明層とを備える、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体に含まれるバリウムの濃度は0.1ppm未満、マグネシウムの濃度は0.1ppm未満、カルシウムの濃度は2.0ppm未満である、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記底部よりも高い曲率を有し前記側壁部と前記底部とを連接するコーナー部とを有する石英ガラスルツボ本体と、
結晶化促進剤を含み、前記石英ガラスルツボ本体の外面に形成された外面塗布膜とを備え、
前記石英ガラスルツボ本体の前記外面及び内面が圧縮応力下にあり、
シリコン単結晶引き上げ工程中に加熱された前記外面塗布膜の作用により前記石英ガラスルツボ本体の外面近傍に形成される外側結晶層に含まれる結晶粒の平均粒径が0.1~100μmであり、
前記結晶粒の頻度分布のピークが0.1~100μmの範囲内にあり、
前記石英ガラスルツボ本体の外面側から見た前記外側結晶層の各面方位の面積率の上位1位及び2位の和が50%以上であり、
前記石英ガラスルツボ本体の外面側から見た前記外側結晶層の各面方位の組織係数TcをX線回折法により測定したときの当該組織係数Tcの上位1位及び2位が各面方位の組織係数Tcの総和に占める割合(Tc占有率)が50%以上であることを特徴とする石英ガラスルツボ。 - 前記外面塗布膜は、前記結晶化促進剤を含み、SiO2と二成分系以上のガラスを形成する化合物を含む、請求項16に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤がバリウム化合物である、請求項16又は17に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記外面塗布膜が高分子を含む、請求項16乃至18のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤は前記石英ガラスルツボ本体の前記外面のみに塗布されており、前記石英ガラスルツボ本体の前記内面には塗布されていない、請求項16乃至19のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体の前記外面のうちリム上端から下方に2~40mmの範囲内には、前記結晶化促進剤の未塗布領域が設けられており、前記外面塗布膜は前記未塗布領域を除いた前記石英ガラスルツボ本体の前記外面の全面に形成されている、請求項16乃至20のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記石英ガラスルツボ本体の前記外面近傍の気泡含有率は0.8%以上5%以下である、請求項16乃至21のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 前記結晶化促進剤の平均粒径が0.1~100μmであり、
前記結晶化促進剤の粒径の頻度分布のピークが0.1~100μmの範囲内にある、請求項16乃至22のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。 - 前記石英ガラスルツボ本体に含まれるバリウムの濃度は0.1ppm未満、マグネシウムの濃度は0.1ppm未満、カルシウムの濃度は2.0ppm未満である、請求項16乃至23のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
- 請求項1乃至24のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ内でシリコン原料を加熱してシリコン融液を生成し、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
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