JPH01157428A

JPH01157428A - 石英ガラスルツボの製造方法

Info

Publication number: JPH01157428A
Application number: JP31511487A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Matsuo; 松尾　秀逸; Masayuki Saito; 正行斉藤; Shinya Kusakabe; 日下部　晋也; Yoshihisa Wada; 佳久和田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-20
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JP2561105B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】の１本発明は石英ガラスルツボの製造方法に関し、特にシリ
コン単結晶の引上げに用いられる石英ガラスルツボの製
造方法に関するものである。

」Ｌへ１Ｌ半導体のデバイスの基板として用いられるシリコン単結
晶は主にＣＺ法により製造されている。この方法は原理
的にはルツボ内に多結晶シリコン原料を装填し、周囲か
ら加熱して多結晶シリコン原料を溶融した後、上方から
種結晶を吊下してシリコン融液に浸し、これを引上げる
ことによりシリコン単結晶インゴットを引上げるもので
ある。実用的には、上記ルツボとしては石英ガラス製の
ものが用いられている。

この石英ガラスルツボを製造するには、粉砕して精製し
た石英粉または珪石粉を回転可能な中空型に供給して中
空型を回転させながら遠心力の作用により成形し、アー
ク等の上部の熱源により溶融することが知られている。

が　゛しよ−と　るしかしながら、このような製造方法では石英ガラス体内
に気泡が多く含まれる。また気泡径のバラツキも大きく
、高温での粘性も低い。

このような石英ガラスルツボをシリコン単結晶の引上げ
に用いると、シリコンをチャージして繰り返し石英ガラ
スルツボを使用するような場合、ルツボの高温での粘性
が低いために石英ガラスルツボが変形し易い。石英ガラ
スルツボが変形するとシリコン融液の液面の高さが変化
したり、石英ガラスルツボを支持している分割体からな
るカーボンルツボも変形するので均熱が得られず、温度
分布が変化するのでシリコン単結晶に転位（ｄｉｓｌｏ
ｃａｔｉｏｎ　）が生じ易く、歩留りが低下する。

また、上部の熱源としてアークカーボンを使用すると、
カーボン内に残存する不純物が溶融中の酸化消耗により
石英ガラスルツボ内面に落ちてルツボの内表面層を汚染
したり、アーク中にカーボン粒子が脱落し、ルツボ内表
面を荒らし、これらがシリコン単結晶の引上げ時に歩留
りを低下させる原因となる。

また、石英ガラスルツボに気泡が存在すると、高温での
粘性の低下によりシリコン単結晶の引上げ中に気泡の体
積の膨張によってシリコン融液に接している石英ガラス
ルツボの側壁が膨張し、シリコン融液の液面の高さが変
化する。また、石英ガラスルツボ内面がシリコン融液に
浸蝕されて気泡が開泡状態となり、気泡中の不純物ガス
がシリコン融液中に混入し、やはり転位等により歩留り
が低下する。このようなことから、気泡の少ない石英ガ
ラスルツボがのぞまれている。

気泡の少ない石英ガラスルツボの製造方法は、例えば、
特公昭５９−３４６５９号公報に開示されている。この
製造方法によれば、石英ガラスルツボの溶融時に中空型
の外側に真空装置により減圧を維持するものである。

しかしながら、このような製造方法では溶融開始時に成
形体は内面側からガラス化し、且つ中空型の内側から外
側に空気が流入するため石英ガラス肉厚近傍に多数の空
気の気泡が残存し層状になる。又、中空型の穴が目づま
りを起こし易く気泡の分布が不均一となっていた。した
がって、石英ガラスルツボ全体の気泡が少なくなっても
、最も重要な点については改善されていない。

また、気泡の少ない石英ガラスルツボを得るために透明
ガラスを加工する方法（特公昭５２−２６５２２号公報
参照）も開示されているが、このような製造方法では肉
厚のルツボを得ることがむつかしく、寸法精度が悪い。

また、大型ルツボが得られず、コスト高となる。

１里！」Ｕｌ本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであり、ライフが長く、引き上げられるシリコン単
結晶にほとんど悪影響を与えることのない石英ガラスル
ツボを安価に製造できる方法を提供することを目的とす
る。

、ｏｅこの発明は特許請求の範囲第１項に記載の石英ガラスル
ツボの製造方法を要旨としている。

ｐ　、を　ｉするための本発明の石英ガラスルツボの製造方法では、結晶質石英
または非晶質石英ガラスからなる微細に磨砕された粒子
を、垂直軸のまわりに回転可能なカーボン質材料からな
る中空型の中に、線型の内壁には層として、底部にはた
まるように連続的に或いは非連続的に添加し、前記層の
層厚を通して内側から外側へ熱をか′けることによって
その層の一部だけを溶融し、薄い部分層半融焼結させ、
層の残部を粒子状態のままに止らせ、得られた石英ガラ
スルツボを冷却後中空型から取出す。

この製造方法において、減圧しながら還元ガス雰囲気で
加熱溶融するものである。

ＪＬ本発明の石英ガラスルツボの製造方法によれば、溶融装
置全体を減圧しながら、還元ガス雰囲気に維持するので
石英粒子成形体は内面と外面の両側から脱気され、上部
の熱源によって溶融しても石英ガラスルツボの内面近傍
に気泡が残りにくい。気泡が残ったとしても、気泡は分
子半径の小さい還元ガスで満たされているので、溶融中
に容易に拡散して気泡が消失する。

支ＬＬ第１図はこの発明の製造方法を実施するための製造装置
を示している。

回転駆動装置１には回転軸２が設けられており、回転軸
２にはカーボン質材料からなる中空型４が取付けられて
いる。中空型４の内側には粒子層５が形成できるように
なっている。

中空型４の中には加熱源６が挿入されている。加熱源６
はたとえばＷ、ＭＯなどの金属ヒータを用いることがで
きる。加熱源６には電極７．７が接続されている。

囲゛い８は中空型４と回転軸２および加熱源６を機密性
が高くなるように囲んでいる。この囲い８には吸気口１
０と排気口９が設けられている。吸気口１０と排気口９
にはそれぞれバルブ１１．１２が設けられている。

粒子層５は、結晶質“石英または非晶質石英ガラスから
なる微細に磨砕された粒子からなる。回転駆動装置１を
作動させることにより、垂直軸のまわりに中空型４を回
転可能である。

次に製造方法を説明する。

中空型４を矢印３の方向に回転し、中空型４の内壁上に
は層として、底部にはたまるように粒子を連続的あるい
は非連続的に中空型６に添加する。つまりルツボ型の粒
子層５を形成する。排気口９のバルブ１２を開けて囲い
８内を減圧しながらバルブ１１を開けて吸気口１０より
Ｈ２ガスを流入する。し゛かも加熱源６の熱を粒子ＪＩ
Ｉ５に与えて粒子層５の層厚を通して内側から外側へ熱
をかける。

これにより粒子Ｊ！１５の一部だけを溶融し、薄い部分
層を半融焼結させるとともに、粒子層５の残部を粒子状
態のままに止らせる。

このようにして得られた石英ガラスルツボを冷却後、中
空型４から取出すのである。

実際にＷ製の抵抗加熱ヒータを加熱源６として用いて、
開口部径が３５６ｍｍ、高さ２５４１の寸法を有する表
−１に示す実施例１゜２の石英ガラスルツボを製造した
。溶融においては、５　ｔｏｒｒ　（実施例１）と１Ｑ
　Ｑ　ｔｏｒｒ（実施例、２）に装置内を減圧、Ｈ２雰
囲気に維持した。できた石英ガラスルツボの見掛は気孔
率は０．１％以下であった。

このルツボの減圧下でのフクレ率（％）を測定した。測
定では圧力１　ｔｏｒｒ、温度１６００℃、保持時間３
時間の熱処理を行った。熱処理前に対する熱処理後の見
掛は気孔率の増加の割合をフクレ率とした。この結果を
表−１に示す。

ここで比較例１は従来のアークを熱源とする方法で製造
したものである。比較例２は特公昭５９−３４６５１公
報に基づいて中空型を使用し、減圧にしてアークを熱源
として製造したものである。（各実施例と比較例のサン
プル数ｎは５）ここで、フクレ率は水浸法により熱処理前後の見掛は比
重を測定し、その変化率を表わしており、次式で示され
る。

フクレ率（％）− 熱処理前の見掛は比重フクレ率が低ければ、シリコン単結晶の引上げ時に気泡
がフクレることがほとんどなく、また、粘性が高いので
ルツボが変形することもない。

次に、この石英ガラスルツボで実際にシリコン単結晶の
引上げを行った。ｓｂを高濃度にドーピングした３５ｋ
Ｑの高純度シリコンを、約１ｍｍ／ｍｔｎの条件で結晶
方位（１００）の直径５インチのシリコン単結晶に引上
げた。

これらのシリコン単結晶のり、　Ｆ、　　（ｄｉｓｌｏ
ｏａｔｉＯｎ　ｔｒｅｅ）率を調べたところ、表−２に
示すような結果となった。（各実施例と比較例のサンプ
ル数ｎは５〉表−２より明らかなように実施例のルツボを使用したシ
リコン単結晶は比較例のルツボを使用したものよりもり
、Ｆ、率が向上している。

さらに、実施例と比較例のルツボを用い、約３５ｋｇの
高純度シリコンを溶融し、約１ａ＋ｍ／ｍｉｎの条件で
結晶方位＜１００）の直径５インチのシリコン単結晶を
引上げた後、引上げられた重量と同量の高純度シリコン
を再投入（リチャージ）して引上げを続け、石英ガラス
ルツボの耐久試談を行った。表−３に石英ガラスルツボ
の耐用回数、耐用時間を示す。

（各実施例と比較例のサンプル数ｎは５）表−３より明
らかなように本発明の実施例によれば、従来に比較して
リチャージ回数が大幅に延びた。

一方、本発明による石英ガラスルツボを使用した場合、
泡がほとんどないことから３ｉの浸蝕による開放泡の生
成がなく、また、使用時の変形が少ないので融液面の変
動がほとんどない。

さらに、開放泡の生成がないので石英ガラスルツボ内表
面が滑らかであり、引上げ中に内表面へ異物及び多結晶
３ｉが付着して成長するのを防止することができる。

したがって、シリコン単結晶引上げ時に結晶欠陥の発生
を抑制でき、歩留りが大幅に向上した。

上部の熱源としてたとえばＷ、Ｍｏ等の金属ヒータが使
用でき、酸化消耗することがないので熱源に残存する不
純物が消耗して溶融中に石英ガラスルツボ内表面層を汚
染することもない。また、アーク加熱のように溶融中に
カーボン粒子が脱落して石英ガラスルツボ内表面層を荒
らすこともない。

第２図はこの発明の製造方法に用いる別の製造装置例を
示している。

回転駆動装置２１には矢印方向２３に回る回転軸２２が
設けられている。回転軸２２には中空型２４が取付けら
れており、中空型２４の内側には粒子層２５が形成でき
るようになっている。

中空型４の中には加熱源２６が挿入されている。この加
熱源２６はヒータである。中空型２４の回りには高周波
コイル４０が巻かれている。高周波コイル４０は高周波
発生装置２９により発振可能でありヒータを誘導加熱で
きる。

囲い２８は回転軸２２．中空型２４．高周波コイル２４
を囲んでいる。囲い２８には吸気口３１と排気口３０が
設けられている。吸気口３１にはバルブ３３が、また排
気口３０にはバルブ３２がそれぞれ設けられている。

このような製造装置において、排気口３０から内部を減
圧し、吸気口３１よりＨ２ガスを流入して内部をＨ２雰
囲気にする。そして高周波誘導加熱することにより、開
口部径が３５６１１１１１１、？ｊＸさ２５４１１１＋
１１の石英ガラスルツボを製造した。溶融においては、
Ｑ、　５ｔｏｒｒに装置内を減圧に維持した。

できた石英ガラスルツボの見掛は気孔率は０．１％以下
であった。このルツボの減圧下でのフクレ率を測定した
。測定はルツボよりサンプリングし、圧力１　ｔｏｒｒ
、温度１６００℃、保持時間３時間の熱処理を行った。

この結果を表−４に示す。

ここで比較例１は従来のアークを熱源とする方法で製造
したものである。比較例２は特゛公昭５９−３４６５９
号公報に基づいて中空型を使用し、減圧にしてアークを
熱源として製造したものである。（各実施例と比較例の
サンプル数ｎは５）次に、この石英ガラスルツボで実際にシリコン単結晶の
引上げを行った。ｓｂを高濃度にドーピングした３５に
９の高純度シリコンを約１ｍｍ／ｍｉｎの条件で結晶方
位（１００）の直径５インチのシリコン単結晶に引上げ
た。

これらのシリコン単結晶のり、　Ｆ、　　（ｄｉｓｌｏ
ｃａｔｉｏｎ　ｆｒｅｅ）率を調べたところ、表−５に
示すような結果となった。（各実施例と比較例のサンプ
ル数ｎは５）表−５より明らかなように実施例のルツボを使用したシ
リコン単結晶は比較例のルツボを使用したものよりもり
、Ｆ、率が向上している。

さらに、実施例と比較例のルツボを用い、約３５ｋ（ｌ
の高純度シリコンを溶融し、約１１ＩＩＩＩ／ｍｉｎの
条件で結晶方位（１００）の直径５インチのシリコン単
結晶を引上げた後、引上げられた重量と同量の高純度シ
リコンを再投入（リチャージ）して引上げを続け、石英
ガラスルツボの耐久試験を行った。表−６に石英ガラス
ルツボの耐用回数、耐用時間を示す。

表−６より明らかなように本発明の実施例によれば、従
来に比較してリチャージ回数が大幅に延びた。

一方、本発明による石英ガラスルツボを使用した場合、
泡がほとんどないことからＳｉの浸油による開放泡の生
成がなく、また、使用時の変形が少ないので融液面の変
動がほとんどない。

ざらに、開放泡の生成がないので石英ガラスルツボ内表
面が滑らかであり、引上げ中に内表面へ異物及び多結晶
Ｓｉが付着して成長するのを防止することができる。

ところで、第２図においては囲いの中に高周波コイルを
配置しているが、高周波コイルを囲いの外に配置しても
同様の効果を得られる。

第２図の装置における製造方法によれば、溶融装置全体
を減圧に維持するので石英粒子成形体は内面と外面の両
側から脱気され、上部の熱源によって溶融しても石英ガ
ラスルツボの内面近傍に気泡が層状に残りにくい。

さらに、第２図の装置では上部の熱源には電流を流さな
いので熱源の支持部がコンパクトにでき、且つ温度がほ
とんど上昇しないのでシールが容易であり、高真空中で
溶融できるのでほとんど気泡のない石英ガラスルツボが
得られる。

また、高真空であるので熱源の酸化消耗がほとんどなく
、熱源に残存する不純物が消耗して溶融中に石英ガラス
ルツボ内表面層を汚染することもない。また、アーク加
熱のように、溶融中にカーボン粒子が脱落して石英ガラ
スルツボ内表面層を荒らすこともない。

第３図は第１図に示した装置の変形例を示しており、カ
ーボン質材料からなる中空型４が内側部４ａ、外側部４
ｂ、それらの間の空隙部４Ｃから成り立っていて、空隙
部４Ｃが通路３５を介して真空ポンプ（図示せず）に接
続されている。使用に際しては、第１図の例と同様に溶
融装置内を減圧するだけでなく、それと同時に空隙部４
Ｃの方からも減圧する。

１１匹１１以上詳述したように本発明の製造方法によれば、石英ガ
ラスルツボ内表面層を荒らしたり、汚染したりすること
がほとんどない。

また、はとんど気泡のないルツボが得られ、且つ粘性も
高いので、シリコン単結晶の引上げに際し大幅に歩留り
が向上する等、顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造方法を実施するための装置を示
す図、第２図と第３図はそれぞれ別の装置例を示す図で
ある。１一回転駆動装置２−回転軸４−中空型５−粒子層６−加熱源７−電　極８−囲　い９−排気口１〇−吸気口／−′１・：：１；＼゛７；＼ゝ・− ”ｌＣ− 表−１フクレ率　（％）実施例１　　　　　２．３実施例２　　　　　４．１比較例１　　　　　２１．９比較例２　　　　　７．０表−２Ｄ、　Ｆ、率実施例１　　　　　８３実施例２　　　　　８０比較例１　　　　　６９へ　　　比較例２　　　　　７３．１九１．！ン表−３耐用回数　　　耐用時間［ｈｌ実施例１　　　３．１　　　　８８．５実施例２　　　
２，６　　　　６９．８比較例１　　　１，０　　　　
３０．４比較例２　　　２，０　　　　６１．４表−４フクレ率　（％）実施例　　　　　　　０．９比較例１　　　　　２１．９比較例２　　　　　７．０表−５Ｄ、　Ｆ、率実施例　　　　　　　８８比較例１　　　　　６９比較例２　　　　　７３表−６耐用回数　耐用時間［ｈｌ実施例　　　３，５　　９７．２比較例１　　１，０　　３０．４比較例２　　２．０　　６１．４第１図第２１１ｍ η

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結晶質石英または非晶質石英ガラスからなる微細に磨砕された粒子を、カーボン質材料か
らなる中空型であつてその垂直軸のまわりに回転可能な
中空型中に、該型の内壁には層として、底部にはたまる
ように連続的に或いは非連続的に添加し、前記層の層厚
を通して内側から外側へ熱をかけることによつてその層
の一部だけを溶融し、薄い部分層を半融焼結させ、層の
残部を粒子状態のままに止らせ、得られた石英ガラスル
ツボを冷却後中空型から取出すことからなる石英ガラス
ルツボの製造方法に於いて、溶融装置内を減圧しながら
、還元ガス雰囲気にし、加熱溶融することを特徴とする
石英ガラスルツボの製造方法。
（２）電気抵抗加熱により加熱して溶融する特許請求の範囲第１項に記載の石英ガラスルツボの
製造方法。
（３）高周波コイルにより装置内のヒータを誘導加熱して溶融する特許請求の範囲第１項に記載
の石英ガラスルツボの製造方法。