JPWO2017110762A1 - Silica glass crucible strain measuring device, silicon single crystal manufacturing method, silica glass crucible strain measuring method, phase difference map, ingot and homoepitaxial wafer - Google Patents

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Abstract

シリカガラスルツボの内部残留応力を正確に測定すること。本発明は、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定装置であって、側壁部の側方に配置され、偏光光を側壁部に向けて照射する発光部と、側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備える。Accurately measure the internal residual stress of silica glass crucibles. The present invention relates to a strain for measuring the strain of a silica glass crucible comprising a cylindrical side wall, a curved bottom, and a corner provided between the side wall and the bottom and having a curvature higher than the curvature of the bottom. A measuring device, which is disposed on the side of the side wall, emits polarized light toward the side wall, an imaging unit that captures an image corresponding to the polarized light on the upper end surface of the side wall, and an imaging unit And an output unit for outputting a strain distribution of the silica glass crucible based on the captured image.

Description

本発明は、シリカガラスルツボの歪測定装置、シリコン単結晶の製造方法、シリカガラスルツボの歪測定方法、位相差マップ、インゴットおよびホモエピタキシャルウェーハに関する。   The present invention relates to a strain measuring device for a silica glass crucible, a method for producing a silicon single crystal, a strain measuring method for a silica glass crucible, a phase difference map, an ingot, and a homoepitaxial wafer.

シリカガラスルツボの製造方法は、一例では、平均粒径100μm〜400μm程度のシリカ粉を回転するカーボンモールドの内側に遠心力を利用して堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程を備える(この方法を「回転モールド法」と称する)。   In one example, the method for producing a silica glass crucible includes a silica powder layer forming step of forming a silica powder layer by depositing silica powder having an average particle size of about 100 μm to 400 μm inside a rotating carbon mold using centrifugal force. And an arc melting step of forming a silica glass layer by arc melting the silica powder layer while reducing the pressure of the silica powder layer from the mold side (this method is referred to as “rotary molding method”).

アーク熔融工程の初期には、シリカ紛層の最表面全体を薄くガラス化した、いわゆるシール層を形成し、その後、強く減圧することによって気泡を除去して透明シリカガラス層(以下、「透明層」と称する。)を形成し、その後、減圧を弱くすることによって気泡が残留した気泡含有シリカガラス層(以下、「非透明層」と称する。)を形成する。これにより、内表面側に透明層を有し、外表面側に非透明層を有する例えば二層構造のシリカガラスルツボが形成される。   At the initial stage of the arc melting process, a so-called seal layer is formed in which the entire outermost surface of the silica powder layer is vitrified, and then the bubbles are removed by strongly depressurizing to remove a transparent silica glass layer (hereinafter referred to as “transparent layer”). Then, a bubble-containing silica glass layer (hereinafter referred to as “non-transparent layer”) in which bubbles remain is formed by reducing the reduced pressure. Thereby, for example, a two-layered silica glass crucible having a transparent layer on the inner surface side and a non-transparent layer on the outer surface side is formed.

ルツボの製造に使用されるシリカ粉には、天然石英を選鉱し、次に不純物を除去する精製過程を経て、純度が99%以上のものを粉砕して製造される天然シリカ粉(結晶質)や化学合成によって製造される合成シリカ粉(ガラス)がある。このうち天然シリカ粉は、天然物を原料としているので、物性・形状・サイズにばらつきが生じやすい。シリカ粉の物性・形状・サイズが変化すると、シリカ粉の溶融状態が変化する。
すなわち、アーク熔融の際、最初にシリカ粉が焼結し、体積拡散後、さらに温度が上がって粒界がなくなり、ガラス化、Si−O−Siのネットワーク構造が構成される。この焼結の速度やガラス化速度が変化していく。具体的には、例えばシリカ粉が小さかったり、同じ体積でも表面積が大きい形状だったりすると、焼結速度やガラス化速度が速くなる。シリカ粉が小さいと、隣り合うシリカ粉の間の空間も小さくなり、減圧にて気泡を除去する速度よりも速く焼結およびガラス化が進むため、製造されたガラスルツボ中の気泡は小さく、多くなる。このように、焼結速度やガラス化速度によってアーク熔融後のガラスの分子構造や含有される気泡などが変化することになる。
このため、同じ条件でアーク熔融を行っても、製造されるルツボの形状、内径・外形の真円度、透明層および非透明層の肉厚、透明層と非透明層との境界面での真円度(垂直方向の波打ち)などにばらつきが生じてしまう。
300mmシリコンウェーハ用の結晶引き上げに使用されるような口径32インチ(約81cm)のシリカガラスルツボでは、透明層の肉厚は約1mm以上10数mm以下程度、非透明層の肉厚は約5mm以上50mm以下程度である。シリカガラスルツボの口径が大きくなるほど、上記のようなばらつき顕著に表れる。
Silica powder used for the production of crucible is natural silica powder (crystalline) produced by pulverizing 99% or more of pure silica after purifying natural quartz and then removing impurities. And synthetic silica powder (glass) manufactured by chemical synthesis. Among these, natural silica powder uses natural products as raw materials, and therefore, physical properties, shapes, and sizes tend to vary. When the physical properties, shape, and size of the silica powder change, the molten state of the silica powder changes.
That is, in the arc melting, the silica powder is first sintered, and after the volume diffusion, the temperature further rises so that the grain boundary disappears, and the vitrification and the Si—O—Si network structure are formed. The sintering speed and vitrification speed change. Specifically, for example, if the silica powder is small or has a shape with a large surface area even in the same volume, the sintering rate and the vitrification rate are increased. If the silica powder is small, the space between adjacent silica powders will also be small, and sintering and vitrification will proceed faster than the rate at which bubbles are removed under reduced pressure, so the bubbles in the produced glass crucible are small and many Become. Thus, the molecular structure of the glass after arc melting and the contained bubbles change depending on the sintering speed and vitrification speed.
Therefore, even if arc melting is performed under the same conditions, the shape of the crucible to be manufactured, the roundness of the inner diameter and the outer shape, the thickness of the transparent layer and the non-transparent layer, and the boundary surface between the transparent layer and the non-transparent layer Variations occur in roundness (vertical waviness) and the like.
In a silica glass crucible with a diameter of 32 inches (about 81 cm) used for crystal pulling for a 300 mm silicon wafer, the thickness of the transparent layer is about 1 mm to about 10 mm or less, and the thickness of the non-transparent layer is about 5 mm. It is about 50 mm or less. As the diameter of the silica glass crucible increases, the above-mentioned variation becomes more prominent.

また、アーク熔融工程の後に冷却工程を経て熔融したシリカガラスを固化する。この冷却工程では、冷却速度や冷却ガスの吹き付けなどの冷却方法によってシリコンと酸素と結合の仕方(例えば、6員環、8員環)や、シリコンと酸素との結合構造における原子間の空隙の大きさが変わる。例えば、8員環等の員環の大きい構造の存在割合が高くなると、空隙も多くなる。このように、ルツボの製造における熔融工程や冷却工程などの諸条件によって材料原子の結合の状態が複雑に変化することから、シリカガラスルツボの冷却後の内部残留応力の分布が変わり、ルツボの強度(CZ引き上げ中の変形)に影響を及ぼすことになる。   Moreover, the fused silica glass is solidified through a cooling process after the arc melting process. In this cooling step, the method of bonding between silicon and oxygen (for example, a 6-membered ring or an 8-membered ring) or the voids between atoms in the bonded structure of silicon and oxygen is determined by a cooling method such as cooling rate or blowing of cooling gas. The size changes. For example, as the proportion of the structure having a large member ring such as an 8-membered ring increases, the number of voids also increases. As described above, since the bonding state of the material atoms changes in a complicated manner depending on various conditions such as the melting process and the cooling process in the manufacture of the crucible, the distribution of the internal residual stress after cooling the silica glass crucible changes, and the strength of the crucible (Deformation during CZ pulling) will be affected.

特許文献1には、アーク熔融後の硬化時における各層の収縮量の相違によってシリカガラスルツボの各層に異なる内部応力が存在することが記載されている。また、特許文献2には、ルツボの内層が緻密化する際に生じる内部応力を緩和することで、亀裂や剥離などの不具合の発生を抑制できることが記載されている。   Patent Document 1 describes that different internal stresses exist in each layer of the silica glass crucible due to a difference in shrinkage amount of each layer during curing after arc melting. Patent Document 2 describes that the occurrence of defects such as cracks and peeling can be suppressed by relaxing internal stress generated when the inner layer of the crucible is densified.

特開2013−112597号公報JP 2013-1112597 A 特開2013−095652号公報JP 2013-095562 A 特開2014−094851号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-094851 特開2011−225409号公報JP 2011-225409 A 特開2005−015288号公報JP 2005-015288 A 特開2011−093778号公報JP 2011-093778 A 特開2010−013306号公報JP 2010-013306 A 特開2005−082474号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-082474 特開2010−132498号公報JP 2010-132498 A 特開2010−163297号公報JP 2010-163297 A 特開2010−053015号公報JP 2010-053015 A 特開2010−215460号公報JP 2010-215460 A 特開2011−068531号公報JP 2011-068531 A 特開2011−107882号公報JP 2011-107882 A 特開2011−219319号公報JP2011-219319A 特開2011−246341号公報JP 2011-246341 A 特開2012−250866号公報JP 2012-250866 A 特開2013−216505号公報JP 2013-216505 A 特開2015−089854号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-089854 特開2016−018927号公報JP, 2006-018927, A 特表2014−528643号公報Special table 2014-528643 gazette 特開2008−219002号公報JP 2008-219002 A

田島道夫監修,「シリコン結晶技術」,日本学術信号界第145委員会 技術の伝承プロジェクト編集員会,2015年1月20日 第2刷発行,p.88−111Supervised by Michio Tajima, “Silicon Crystal Technology”, Japan Academic Signaling World No. 145 Committee Technology Transfer Project Editor's Committee, January 20, 2015, Second Edition, p. 88-111

シリカガラスルツボの品質は、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(例えば、CZ法)を行った場合のシリコン単結晶の品質と密接に関連する。例えば、製造されたシリカガラスルツボの形状のばらつきは、シリコン単結晶の歩留まりの悪化に繋がる。シリカガラスルツボの不純物(例えば、ガラス中の不純物金属元素)や異物の混入、は、シリコン単結晶の有転位化に繋がる。シリカガラスルツボの内表面の滑らかさ(見た目で分かるような凹凸)、表面付近の気泡の量、大きさによっては、ルツボ表面の欠け、気泡の割れ、潰れによるシリコン内への微小な破片(ルツボから剥離した粒子など)がシリコン融液へ脱落する。これがシリコンインゴット中に混入することにより、シリコンインゴットが有転位化することに繋がる。シリカガラスルツボの肉厚の分布、外形形状によっては、引き上げ中にシリカガラスルツボの変形具合(側壁部の倒れ、ゆがみ、底部の盛り上がりなど)が変わり、ルツボ内容量の変化によってシリコン融液の液面降下速度のずれが発生してしまう。シリカガラスルツボの外側の微小な孔が所定以上の大きさであったり、欠けやクラックがあったりすると、引き上げ中にシリカガラスルツボが割れる可能性もある。シリカガラスルツボの外径寸法のばらつきや形状のばらつき、外側表面に所定以上の突起があることで、シリカガラスルツボをカーボンサセプタ内に入れる際に不具合が生じたり、カーボンサセプタとの間に必要以上の隙間が生じたりすることになる。   The quality of the silica glass crucible is closely related to the quality of the silicon single crystal when the silicon single crystal is pulled (for example, CZ method) using the silica glass crucible. For example, variation in the shape of the manufactured silica glass crucible leads to deterioration in the yield of silicon single crystals. Impurities in the silica glass crucible (for example, impurity metal elements in the glass) and foreign matters lead to dislocation of the silicon single crystal. Depending on the smoothness of the inner surface of the silica glass crucible (unevenness that can be seen visually), the amount and size of bubbles in the vicinity of the surface, small debris (crucible in the crucible surface) Etc.) fall off into the silicon melt. When this is mixed in the silicon ingot, the silicon ingot is dislocated. Depending on the thickness distribution and external shape of the silica glass crucible, the deformation of the silica glass crucible (side wall collapse, distortion, bottom bulge, etc.) changes during pulling, and the silicon melt liquid changes due to the change in crucible internal volume. Deviation of the surface descent speed will occur. If the minute holes on the outside of the silica glass crucible are larger than a predetermined size, or there are chips or cracks, the silica glass crucible may break during the pulling. Dispersion of the outer diameter of the silica glass crucible, variation in shape, and protrusions on the outer surface that are larger than the specified size may cause problems when the silica glass crucible is inserted into the carbon susceptor, or more than necessary with the carbon susceptor. This will cause a gap.

また、シリコン単結晶の引き上げ装置では、シリカガラスルツボに材料となる多結晶シリコンを投入し、1420℃以上に加熱して溶融する。そして、シリコン融液に種結晶を接触させて所定の速度で引き上げていく。この際、シリコン融液の液面の上方において、引き上げられるシリコン単結晶の周辺には熱遮蔽部材が設けられる。シリコン融液の液面と熱遮蔽部材の先端との高さは、シリコン単結晶の固液界面付近の温度勾配を制御する上で非常に重要となる。   Further, in a silicon single crystal pulling apparatus, polycrystalline silicon as a material is put into a silica glass crucible, and heated to 1420 ° C. or more to be melted. Then, the seed crystal is brought into contact with the silicon melt and pulled up at a predetermined speed. At this time, a heat shielding member is provided around the silicon single crystal to be pulled up above the surface of the silicon melt. The height between the liquid surface of the silicon melt and the tip of the heat shielding member is very important in controlling the temperature gradient near the solid-liquid interface of the silicon single crystal.

特許文献3〜6には、シリコン単結晶の成長速度をV、固液界面付近での温度勾配をGとした場合のV/Gを規定して、欠陥特性に優れたシリコン単結晶を製造する技術が開示されている。   Patent Documents 3 to 6 specify V / G when the growth rate of a silicon single crystal is V and the temperature gradient in the vicinity of the solid-liquid interface is G, thereby producing a silicon single crystal having excellent defect characteristics. Technology is disclosed.

特許文献7には、CZ法によって製造されたシリコン単結晶ウェーハにおける欠陥の判定方法が記載されている。ここでは、欠陥として、例えば、単結晶育成の際の引上げ速度と、凝固直後の単結晶内温度分布(引上げ軸方向の結晶内温度勾配)に依存して発生するCOP(Crystal Originated Particle)や、育成中の結晶の熱履歴に依存して発生するOSF(Oxidation Induced Stacking Fault)が挙げられている。   Patent Document 7 describes a method for determining a defect in a silicon single crystal wafer manufactured by a CZ method. Here, as defects, for example, COP (Crystal Originated Particle) generated depending on the pulling rate during single crystal growth and the temperature distribution in the single crystal immediately after solidification (temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction), An OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) that occurs depending on the thermal history of the crystal being grown is mentioned.

特許文献8には、低欠陥のシリコン単結晶を効率よく引上げることができるシリコン単結晶の製造方法が開示されている。この製造方法では、予想結晶直径と目的結晶直径との偏差に応じて引上速度とヒータ温度を変動させる引き上げ方法(ADC:自動直径制御)を行っている。   Patent Document 8 discloses a method for producing a silicon single crystal that can efficiently pull up a low-defect silicon single crystal. In this manufacturing method, a pulling method (ADC: automatic diameter control) is performed in which the pulling speed and the heater temperature are changed in accordance with the deviation between the expected crystal diameter and the target crystal diameter.

特許文献9には、装置の特性によるバラツキが無く、直径および酸素濃度の変動を抑制しながら単結晶を製造することができるシリコン単結晶の製造方法およびその製造装置が開示されている。この製造方法では、水平磁場を印加しながら単結晶の引き上げを行う磁場の中心位置を測定し、単結晶製造前、及び/又は、単結晶製造中に渡って、測定された磁場の中心位置と単結晶の回転軸となる引上軸とを水平方向に2〜14mmの範囲でずらすようにしている。   Patent Document 9 discloses a silicon single crystal manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof that can manufacture a single crystal while suppressing variations in diameter and oxygen concentration without variation due to the characteristics of the apparatus. In this manufacturing method, the center position of the magnetic field for pulling up the single crystal is measured while applying a horizontal magnetic field, and the measured magnetic field center position is measured before and / or during the manufacturing of the single crystal. The pulling-up shaft that is the rotation axis of the single crystal is shifted in the horizontal direction within a range of 2 to 14 mm.

特許文献10には、結晶引上中の液面位置を正確に検出することによって、シリコン融液の融液面の位置を正確に制御し(ギャップ一定制御)、所望の結晶特性を備えた高品質なシリコン単結晶を製造することが可能なシリコン単結晶の製造方法の開示されている。この製造方法では、無欠陥領域が得られるようにV/Gを高精度に制御するため一定の引上速度で引上げを行うとき融液面に対面してその一部を覆うように配された遮熱部材との間隔Δtの測定を行っている。   In Patent Document 10, the position of the melt surface of the silicon melt is accurately controlled by accurately detecting the position of the liquid surface during crystal pulling (constant gap control), and a high level of crystal characteristics desired. A method for producing a silicon single crystal capable of producing a quality silicon single crystal is disclosed. In this manufacturing method, in order to control the V / G with high accuracy so as to obtain a defect-free region, when pulling up at a constant pulling speed, it is arranged so as to face the melt surface and cover a part thereof. The distance Δt from the heat shield member is measured.

特許文献11には、結晶欠陥の少ない高品質の単結晶を作製することが可能なチョクラルスキー法による単結晶の製造方法、およびこの製造方法により作製された単結晶が開示されている。この技術では、単結晶の引き上げ速度の操作量の上下限値の算出により引き上げ速度移動平均値を予め設定した許容範囲内に制御(引き上げ速度制御)している。   Patent Document 11 discloses a method for producing a single crystal by the Czochralski method capable of producing a high-quality single crystal with few crystal defects, and a single crystal produced by this production method. In this technique, the pulling speed moving average value is controlled within a preset allowable range (pulling speed control) by calculating the upper and lower limit values of the operation amount of the pulling speed of the single crystal.

特許文献12には、水平方向に磁場を印加するMCZ法によるシリコン単結晶の引上げにおいて、シリコン単結晶の結晶欠陥の分布を容易に解析することが可能なシリコン単結晶の欠陥解析方法が開示されている。この技術では、シリコン融液の物性値を用いて、層流モデルによりシリコン融液の対流を算出し、シリコン単結晶の引上げ時の温度分布を予測することによって、シリコン単結晶の欠陥(COPのない結晶)を解析している。   Patent Document 12 discloses a defect analysis method for a silicon single crystal that can easily analyze the distribution of crystal defects in the silicon single crystal in the pulling of the silicon single crystal by the MCZ method in which a magnetic field is applied in the horizontal direction. ing. In this technology, by using the physical property value of the silicon melt, the convection of the silicon melt is calculated by a laminar flow model, and the temperature distribution at the time of pulling up the silicon single crystal is predicted. Not crystal).

特許文献13には、引上げ方向全域にわたって欠陥が少なく、かつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶の引き上げ方法(シミュレーション技術)が開示される。この引き上げ方法では、COP及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引き上げるための上限引き上げ速度及び下限引き上げ速度をそれぞれvA及びvBとし、COP及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げるための引き上げ速度の速度マージンを(vA−vB)とするとき、シリコン単結晶の引き上げバッチ毎に速度マージンの中央値(vA+vB)/2を目標引上げ速度として実際の引上げ速度をフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げるようにしている。   Patent Document 13 discloses a silicon single crystal pulling method (simulation technique) in which there are few defects throughout the pulling direction and there is little variation in the defects. In this pulling method, the upper limit pulling rate and the lower limit pulling rate for pulling a silicon single crystal that does not form COP and dislocation clusters are set to vA and vB, respectively, and the pulling rate for pulling a silicon single crystal that does not form COP and dislocation clusters. When the velocity margin of (vA-vB) is taken as (vA-vB), the silicon single crystal is pulled sequentially while feeding back the actual pulling speed with the median speed margin (vA + vB) / 2 as the target pulling speed for each pulling batch of silicon single crystal. I try to raise it.

特許文献14には、シリコンウェーハの製造における複数のプロセスにて、プロセス別に選択可能な複数の生産装置を有する製造ラインに対して生産計画を提示する工程計画立案システム、工程計画立案方法、及びプログラム(シミュレーション技術)が開示される。この工程計画立案システムは、プロセス別に個々の生産装置を経て得られる工程経路ごとの品質情報を蓄積したデータベースから該品質情報を取得して、生産装置の組合せによって得られるシリコンウェーハの品質分布を統計学的に推定する品質分布推定手段と、生産装置の組合せによって得られる品質分布に基づいて、製造するシリコンウェーハに対して要求される品質規格を満たす生産装置の組合せを判定する生産装置組合せ判定手段と、判定した生産装置の組合せに基づいて、プロセス別に選択可能な複数の生産装置を経て得られる工程経路を決定し、生産計画を提示する工程計画決定手段と、を備えている。   Patent Document 14 discloses a process plan planning system, a process plan planning method, and a program for presenting a production plan to a production line having a plurality of production apparatuses that can be selected for each process in a plurality of processes in the manufacture of silicon wafers. (Simulation technology) is disclosed. This process planning system acquires quality information from a database that accumulates quality information for each process path obtained through individual production equipment for each process, and statistically analyzes the quality distribution of silicon wafers obtained by the combination of production equipment. Quality distribution estimation means for estimating the quality, and production apparatus combination determination means for determining a combination of production apparatuses satisfying a quality standard required for a silicon wafer to be manufactured based on a quality distribution obtained by the combination of the production apparatuses And a process plan determining means for determining a process route obtained through a plurality of production apparatuses that can be selected for each process based on the determined combination of production apparatuses and presenting a production plan.

特許文献15には、結晶欠陥の発生を低減できる単結晶の製造方法、および単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去することができる半導体ウェーハの製造方法が開示される。この製造方法では、チョクラルスキー法により単結晶を引き上げる過程において、検出される単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度をスパン内で操作するとともに、ヒータ温度を設定値に操作して単結晶の直径を制御する際に、引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを制御している(引き上げ速度制御)。   Patent Document 15 discloses a method for manufacturing a single crystal that can reduce the occurrence of crystal defects, and a method for manufacturing a semiconductor wafer that can efficiently detect and remove a site where a crystal defect has occurred from a single crystal. In this manufacturing method, in the process of pulling up a single crystal by the Czochralski method, based on the detected diameter of the single crystal and the target value of the pulling speed, the setting values for the span and heater temperature that limit the pulling speed operation are calculated. In addition to operating the pulling speed within the span and controlling the diameter of the single crystal by operating the heater temperature to the set value, the fluctuation of the moving average calculated from the actual value of the pulling speed is controlled (lifting Speed control).

特許文献16には、熱輻射シールドの内側にパージチューブが設置されている場合であっても液面レベルを正確に測定するシリコン単結晶引き上げ装置が開示される。この装置は、チャンバ内においてシリコン融液を支持するルツボと、ルツボ内のシリコン融液を加熱するヒータと、ルツボの上方に配置された熱輻射シールドと、熱輻射シールドの内側に設けられた不活性ガスの整流する略円筒状のパージチューブと、シリコン融液の液面に映る熱輻射シールドの鏡像をパージチューブ越しに撮影するCCDカメラと、熱輻射シールドの鏡像の位置からシリコン融液の液面レベルを算出する液面レベル算出部と、シリコン融液の液面レベルと鏡像の位置との関係を示す換算テーブルを作成する換算テーブル作成部と、を備える。この液面レベル算出部は、換算テーブルに基づいて液面レベルを算出している(液面レベル測定)。   Patent Document 16 discloses a silicon single crystal pulling apparatus that accurately measures the liquid level even when a purge tube is installed inside a thermal radiation shield. This apparatus includes a crucible that supports a silicon melt in a chamber, a heater that heats the silicon melt in the crucible, a heat radiation shield disposed above the crucible, and a non-contact provided inside the heat radiation shield. A substantially cylindrical purge tube that rectifies the active gas, a CCD camera that captures a mirror image of the heat radiation shield reflected on the surface of the silicon melt, and the position of the mirror image of the heat radiation shield. A liquid level calculation unit that calculates the surface level; and a conversion table creation unit that creates a conversion table indicating a relationship between the liquid level of the silicon melt and the position of the mirror image. The liquid level calculation unit calculates the liquid level based on the conversion table (liquid level measurement).

特許文献17には、半導体単結晶の直径変動を低減し、その直径制御の操作量である引き上げ速度の変動を抑制し、設定通りの半導体単結晶を引き上げて、高品質な半導体単結晶を製造する引き上げ方法が開示される。この引き上げ方法では、半導体原料をヒータにより融解してるつぼに半導体融液を貯留し、予め設定された温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながら半導体単結晶を引上げる。そして、ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積し、この過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価する。この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正し、この修正された温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながら半導体単結晶を引き上げている。すなわち、CZ炉製造の過去の実績値を次のCZ育成に適用している。   Patent Document 17 describes manufacturing of a high-quality semiconductor single crystal by reducing the variation in the diameter of the semiconductor single crystal, suppressing the variation in the pulling speed, which is an operation amount for controlling the diameter, and pulling up the semiconductor single crystal as set. A lifting method is disclosed. In this pulling method, a semiconductor raw material is melted by a heater, a semiconductor melt is stored in a crucible, and the semiconductor single crystal is pulled up while controlling the heater based on a preset temperature profile. Then, the past semiconductor single crystal pulling data that contributes to the setting of the heater temperature profile is stored in a database, and the semiconductor semiconductor single crystal heater temperature profile to be pulled next is specified from the past semiconductor single crystal pulling data. Evaluate based on the evaluation function. Based on this specific evaluation function, the temperature profile of the next semiconductor single crystal heater to be pulled up is corrected before pulling up, and the semiconductor single crystal is pulled up while controlling the heater based on this corrected temperature profile. That is, the past performance value of CZ furnace manufacture is applied to the next CZ breeding.

特許文献18には、遮熱部材と融液面との間隔をより高精度に制御可能とする引き上げ装置が開示される。この引き上げ装置では、シリコン融液面の一部を覆うように配される遮熱部材の少なくとも円形の開口を含む実像と、該遮熱部材がシリコン融液の表面に映った遮熱部材の鏡像とを撮像して求めた実像と鏡像との間隔からシリコン融液の液面位置を算出し、遮熱部材と液面位置の間隔Δtを制御している(ギャップ一定制御)。   Patent Document 18 discloses a pulling device that can control the gap between the heat shield member and the melt surface with higher accuracy. In this lifting device, a real image including at least a circular opening of a heat shield member arranged to cover a part of the silicon melt surface, and a mirror image of the heat shield member reflected on the surface of the silicon melt. The liquid surface position of the silicon melt is calculated from the interval between the real image and the mirror image obtained by imaging and the distance Δt between the heat shield member and the liquid surface position is controlled (constant gap control).

特許文献19には、引き上げ単結晶の酸素濃度を、適切に制御することが可能なシリコン単結晶製造方法が開示される。この製造方法では、熱遮蔽体を具備する引き上げ装置を使用してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際に、対結晶径空隙率(単結晶の外面と熱遮蔽体の下端開口縁部との間の空隙部の面積/単結晶の断面積)に応じて装置内に導入する不活性ガスの前記空隙部における流速(Arフロー)を調整して、結晶の酸素濃度を制御している。   Patent Document 19 discloses a silicon single crystal manufacturing method capable of appropriately controlling the oxygen concentration of a pulled single crystal. In this manufacturing method, when a silicon single crystal is manufactured by the Czochralski method using a pulling device having a heat shield, the void ratio to the crystal diameter (the outer surface of the single crystal and the lower end opening edge of the heat shield The oxygen concentration of the crystal is controlled by adjusting the flow rate (Ar flow) of the inert gas introduced into the apparatus in accordance with the gap area / the cross-sectional area of the single crystal. .

特許文献20には、エピタキシャルシリコンウェーハであって、エピタキシャル欠陥の密度が少なく、ウェーハの径方向全域にわたってゲッタリング能力に優れるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法が開示される。この製造方法は、酸素濃度が9×1017atoms/cm〜16×1017atoms/cmの範囲にあり、転位クラスタおよびCOPを含まず、かつ酸素析出抑制領域を含むシリコンウェーハに対して、酸素析出物の密度を高くするための熱処理を施す予備熱処理工程と、予備熱処理工程の後、シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程とを含んでいる(COPの検出の評価方法)。Patent Document 20 discloses a method for manufacturing an epitaxial silicon wafer which is an epitaxial silicon wafer and has a low density of epitaxial defects and excellent gettering capability over the entire radial direction of the wafer. This manufacturing method is applied to a silicon wafer having an oxygen concentration in the range of 9 × 10 17 atoms / cm 3 to 16 × 10 17 atoms / cm 3 , not including dislocation clusters and COP, and including an oxygen precipitation suppression region. A pre-heat treatment step for performing a heat treatment for increasing the density of oxygen precipitates, and an epitaxial layer forming step for forming an epitaxial layer on the surface of the silicon wafer after the pre-heat treatment step (for detecting COP) Evaluation method).

固液界面付近(シリコンインゴットとシリコン融液界面付近)の引上げ軸方向の温度勾配を正確に制御するためには、シリコン融液の液面と熱遮蔽部材の先端との高さを安定させる必要がある。一方、シリコンインゴットの径方向の温度勾配も均一にし、シリコン単結晶(インゴット)から切り出されるシリコンウェーハの欠陥を実質的にゼロにすることが望まれる。しかし、CZ引き上げ中における高温でシリカガラスルツボが変形すると内容量が変化するため、シリコン融液の液面高さ(シリカガラスルツボ内の多結晶シリコンを溶融してからシリコン単結晶引き上げ終了時までの、シリコン融液の液面高さ(図17(a)の高さH0))も変化することになる。液面高さが変わることで、液面と熱遮蔽部材の先端との高さも変わり、温度勾配を正確に制御することが困難になる。温度勾配の変化は固液界面でのCOPが実質的にゼロとなる結晶育成につながる。言い換えると、温度勾配の制御が不十分であると、シリコン単結晶の成長において欠陥を発生させる原因となる。シリコン単結晶(シリコンインゴット)は円筒形であり、直胴部の全長2000mm、直径300mm〜320mmが標準である。   In order to accurately control the temperature gradient in the pulling axis direction near the solid-liquid interface (near the silicon ingot and silicon melt interface), it is necessary to stabilize the height of the silicon melt liquid surface and the tip of the heat shield member. There is. On the other hand, it is desirable to make the temperature gradient in the radial direction of the silicon ingot uniform and to substantially eliminate defects in the silicon wafer cut out from the silicon single crystal (ingot). However, when the silica glass crucible is deformed at a high temperature during the CZ pulling, the content changes, so that the liquid surface height of the silicon melt (from the melting of the polycrystalline silicon in the silica glass crucible until the end of the pulling of the silicon single crystal) The liquid surface height of the silicon melt (height H0 in FIG. 17A) also changes. As the liquid level changes, the height between the liquid level and the tip of the heat shielding member also changes, making it difficult to accurately control the temperature gradient. The change in temperature gradient leads to crystal growth where the COP at the solid-liquid interface becomes substantially zero. In other words, insufficient control of the temperature gradient causes defects in the growth of the silicon single crystal. The silicon single crystal (silicon ingot) has a cylindrical shape, and the standard length is 2000 mm and the diameter is 300 mm to 320 mm.

シリカガラスルツボの品質を左右する要因の一つとして、シリカガラスルツボの厚さ方向(肉厚方向)における内部残留応力の分布が挙げられる。しかしながら、いずれの特許文献においてもシリカガラスルツボの厚さ方向における内部残留応力を正確に測定する技術は開示されていない。このため、内部残留応力とシリコン単結晶の引き上げを行う際のシリコン単結晶の品質との関係を的確に把握したシリカガラスルツボを提供することができないという問題がある。   One factor affecting the quality of the silica glass crucible is the distribution of internal residual stress in the thickness direction (thickness direction) of the silica glass crucible. However, none of the patent documents discloses a technique for accurately measuring the internal residual stress in the thickness direction of the silica glass crucible. For this reason, there is a problem that a silica glass crucible that accurately grasps the relationship between the internal residual stress and the quality of the silicon single crystal when the silicon single crystal is pulled up cannot be provided.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、シリカガラスルツボの肉厚方向における内部残留応力を正確に測定することができるシリカガラスルツボの歪測定装置、シリコン単結晶の製造方法、シリカガラスルツボの歪測定方法、位相差マップ、インゴットおよびエピタキシャルウェーハを提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, a strain measuring device for a silica glass crucible capable of accurately measuring the internal residual stress in the thickness direction of the silica glass crucible, a method for producing a silicon single crystal, A method for measuring strain of a silica glass crucible, a phase difference map, an ingot, and an epitaxial wafer are provided.

実施形態に係るシリカガラスルツボの歪測定装置は、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する装置であって、側壁部の側方に配置され、偏光光を側壁部に向けて照射する発光部と、側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備える。   A strain measuring device for a silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. An apparatus for measuring the strain of a silica glass crucible, which is disposed on the side of a side wall, and illuminates polarized light toward the side wall, and captures an image corresponding to the polarized light on the upper end surface of the side wall. An imaging unit; and an output unit that outputs a strain distribution of the silica glass crucible based on an image captured by the imaging unit.

このような構成によれば、発光部からシリカガラスルツボの側壁部に照射された偏光光はシリカガラスルツボ内に進入して、内部で反射、拡散していく。この際、シリカガラスルツボの内部残留応力に基づく歪みによって複屈折が生じる。複屈折の生じた光は側壁部の上端面から撮像部で取り込まれる。そして、側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込むことで、シリカガラスルツボの厚さ方向における歪の分布が得られる。   According to such a structure, the polarized light irradiated to the side wall part of the silica glass crucible from the light emitting part enters the silica glass crucible, and is reflected and diffused inside. At this time, birefringence occurs due to distortion based on the internal residual stress of the silica glass crucible. The birefringent light is captured by the imaging unit from the upper end surface of the side wall. And the distribution of the distortion in the thickness direction of a silica glass crucible is obtained by taking in the picture according to the polarized light of the upper end surface of a side wall part.

実施形態に係るシリカガラスルツボの歪測定装置は、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定装置であって、測定対象となるシリカガラスルツボを載置する台座を有する架台と、架台に設けられ、シリカガラスルツボの少なくとも側壁部に偏光を照射する発光部と、移動可能に設けられ、シリカガラスルツボの少なくとも側壁部の上端面の偏光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備える。   A strain measuring device for a silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. A strain measuring device for measuring strain of a silica glass crucible, which has a pedestal on which a silica glass crucible to be measured is placed, and a light emission that is provided on the pedestal and irradiates at least a side wall portion of the silica glass crucible with polarized light An image capturing unit that captures an image corresponding to the polarization of at least the upper end surface of the silica glass crucible, and an output that outputs a strain distribution of the silica glass crucible based on the image captured by the image capturing unit. A section.

このような構成によれば、測定対象となるシリカガラスルツボを台座に載置した状態で、発光部からシリカガラスルツボの側壁部に偏光を照射する。照射された偏光はシリカガラスルツボ内に進入して、内部で反射、拡散していく。この際、シリカガラスルツボの内部残留応力に基づく歪みによって複屈折が生じる。複屈折の生じた光は側壁部の上端面から撮像部で取り込まれる。そして、側壁部の上端面の偏光に応じた映像を取り込むことで、シリカガラスルツボの厚さ方向における歪の分布が得られる。   According to such a configuration, polarized light is irradiated from the light emitting portion to the side wall portion of the silica glass crucible while the silica glass crucible to be measured is placed on the pedestal. The irradiated polarized light enters the silica glass crucible and is reflected and diffused inside. At this time, birefringence occurs due to distortion based on the internal residual stress of the silica glass crucible. The birefringent light is captured by the imaging unit from the upper end surface of the side wall. And the distribution of the distortion in the thickness direction of a silica glass crucible is obtained by taking in the picture according to the polarization of the upper end surface of a side wall part.

実施形態に係るシリカガラスルツボの歪測定装置は、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定装置であって、測定対象となるシリカガラスルツボを載置する台座を有する架台と、架台に設けられ、シリカガラスルツボに偏光光を照射する発光部と、移動可能に設けられ、シリカガラスルツボに照射された偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、台座、発光部および撮像部を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、シリカガラスルツボと撮像部との相対的な位置を移動して撮像することを繰り返すことで、シリカガラスルツボの全周分の歪を測定する。   A strain measuring device for a silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. A strain measuring device for measuring strain of a silica glass crucible, comprising a pedestal on which a silica glass crucible to be measured is placed, a light emitting unit that is provided on the pedestal and irradiates polarized light on the silica glass crucible, An imaging unit that is movably provided and captures an image corresponding to the polarized light applied to the silica glass crucible, an output unit that outputs a strain distribution of the silica glass crucible based on the image captured by the imaging unit, a pedestal, and light emission And a controller that controls the imaging unit, and the controller moves the relative position between the silica glass crucible and the imaging unit and repeats the imaging to repeat the imaging. To measure the distortion of the entire circumference worth of Rasurutsubo.

このような構成によれば、測定対象となるシリカガラスルツボを台座に載置した状態で、発光部からシリカガラスルツボに偏光光を照射する。照射された偏光光はシリカガラスルツボ内に進入して、内部で反射、拡散していく。この際、シリカガラスルツボの内部残留応力に基づく歪みによって複屈折が生じる。複屈折の生じた光は撮像部で取り込まれる。そして、偏光光に応じた映像を取り込むことで、シリカガラスルツボの歪の分布が得られる。このような偏光光を用いたシリカガラスルツボの歪の測定において、コントローラの制御によってシリカガラスルツボの全周分の歪を自動的に測定することができる。   According to such a configuration, the silica glass crucible is irradiated with polarized light from the light emitting unit in a state where the silica glass crucible to be measured is placed on the pedestal. The irradiated polarized light enters the silica glass crucible and is reflected and diffused inside. At this time, birefringence occurs due to distortion based on the internal residual stress of the silica glass crucible. The birefringent light is captured by the imaging unit. And the distribution of the distortion of the silica glass crucible is obtained by capturing an image corresponding to the polarized light. In measuring the strain of the silica glass crucible using such polarized light, the strain of the entire circumference of the silica glass crucible can be automatically measured under the control of the controller.

実施形態に係るシリカガラスルツボは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備え、歪測定装置で測定されたものである。歪測定装置は、側壁部の側方に配置され、偏光光を側壁部に向けて照射する発光部と、側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備える。シリカガラスルツボは、歪測定装置の出力部から出力された分布として、側壁部の厚さ方向において内表面から途中まで設けられた第1領域と、側壁部の厚さ方向において第1領域よりも外側に設けられ、第1領域とは異なる歪分布を有する第2領域と、を備える。   A silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion that is provided between the side wall portion and the bottom portion and has a curvature higher than the curvature of the bottom portion. It was measured by. The strain measuring device is disposed on the side of the side wall, and emits polarized light toward the side wall, an image capturing unit that captures an image corresponding to the polarized light on the upper end surface of the side wall, and an image capturing unit. And an output unit for outputting the strain distribution of the silica glass crucible based on the image. The silica glass crucible has a distribution outputted from the output unit of the strain measuring device as a distribution of the first region provided from the inner surface to the middle in the thickness direction of the side wall portion, and the first region in the thickness direction of the side wall portion. A second region provided outside and having a strain distribution different from that of the first region.

実施形態に係るシリカガラスルツボは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備え、側壁部の厚さ方向において内表面から途中まで設けられ、内部残留応力として圧縮応力を有する第1領域と、側壁部の厚さ方向において第1領域よりも外側に設けられ、内部残留応力として引っ張り応力を有する第2領域と、を有し、歪の抑制された基準ガラスに向けて照射し、透過した偏光における赤、緑、青の中心波長の相対強度の順番が、側壁部に向けて照射し、透過した偏光における赤、緑、青の中心波長の相対強度の順番と同じになっている。   A silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. The first region is provided from the inner surface to the middle in the thickness direction and has a compressive stress as the internal residual stress, and is provided outside the first region in the thickness direction of the side wall and has the tensile stress as the internal residual stress. A second region, and irradiating toward the reference glass in which distortion is suppressed, and the order of the relative intensities of the center wavelengths of red, green, and blue in the transmitted polarized light is irradiated toward the side wall and transmitted. The order of the relative intensities of the center wavelengths of red, green, and blue in the polarized light is the same.

このような構成によれば、シリカガラスルツボの厚さ方向に沿った内部残留応力がバランスしているため、歪分布が複雑に入り組むシリカガラスルツボに比べて強度の高いシリカガラスルツボとなる。   According to such a configuration, since the internal residual stress along the thickness direction of the silica glass crucible is balanced, the silica glass crucible is higher in strength than the silica glass crucible having a complicated strain distribution.

実施形態に係るシリカガラスルツボは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボであって、側壁部における厚さ方向において内表面から途中まで設けられた第1領域を有し、第1領域は、内表面に沿って実質的に一様な圧縮応力を有する。   A silica glass crucible according to an embodiment is a silica glass crucible including a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. And it has the 1st field provided from the inner surface to the middle in the thickness direction in the side wall part, and the 1st field has a substantially uniform compressive stress along the inner surface.

このような構成によれば、シリカガラスルツボの厚さ方向における内表側に設けられた第1領域が、内表面に沿って実質的に一様な圧縮応力を有するため、歪分布が複雑に入り組むシリカガラスルツボに比べて強度の高いシリカガラスルツボとなる。   According to such a configuration, since the first region provided on the inner surface side in the thickness direction of the silica glass crucible has a substantially uniform compressive stress along the inner surface, the strain distribution becomes complicated. It becomes a silica glass crucible having higher strength than the silica glass crucible to be assembled.

実施形態に係るシリカガラスルツボの歪測定方法は、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定方法であって、測定対象となるシリカガラスルツボに発光部から偏光光を照射する工程と、シリカガラスルツボに照射された偏光光に応じた映像を撮像部で取り込む工程と、撮像部によって所定の測定領域の撮像を行い、シリカガラスルツボと撮像部との相対的な位置を移動して次の測定領域の撮影を行うことを繰り返すことで、シリカガラスルツボの側壁部の全周分の歪を測定する工程と、を備える。   A method for measuring strain of a silica glass crucible according to an embodiment includes a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. A strain measuring method for measuring strain of a silica glass crucible, the step of irradiating a silica glass crucible to be measured with polarized light from a light emitting unit, and an image pickup unit according to the polarized light irradiated on the silica glass crucible The silica glass crucible is obtained by repeating the steps of taking in the image, and imaging the predetermined measurement region by the imaging unit, moving the relative position of the silica glass crucible and the imaging unit, and imaging the next measurement region. Measuring the strain of the entire circumference of the side wall portion.

このような構成によれば、測定対象となるシリカガラスルツボに照射された偏光光はシリカガラスルツボ内に進入して、内部で反射、拡散していく。この際、シリカガラスルツボの内部残留応力に基づく歪みによって複屈折が生じる。複屈折の生じた光は撮像部で取り込まれる。そして、偏光光に応じた映像を取り込むことで、シリカガラスルツボの歪の分布が得られる。このような偏光光を用いたシリカガラスルツボの歪の測定を、測定領域を移動させて繰り返すことで、シリカガラスルツボの全周分の歪を測定することができる。   According to such a configuration, the polarized light applied to the silica glass crucible to be measured enters the silica glass crucible, and is reflected and diffused inside. At this time, birefringence occurs due to distortion based on the internal residual stress of the silica glass crucible. The birefringent light is captured by the imaging unit. And the distribution of the distortion of the silica glass crucible is obtained by capturing an image corresponding to the polarized light. By repeating the measurement of the strain of the silica glass crucible using such polarized light while moving the measurement region, the strain of the entire circumference of the silica glass crucible can be measured.

実施形態に係る位相差マップは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部との間に設けられ底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪の分布を表す位相差マップであって、シリカガラスルツボの所定の領域に入射した偏光の透過によって生じる位相差を前記領域の位置に対応付けして濃淡または数値で表示したものである。このような構成によれば、シリカガラスルツボの歪の分布を視覚的に容易に把握することができる。   A phase difference map according to an embodiment is a silica glass crucible including a cylindrical side wall, a curved bottom, and a corner having a curvature higher than the curvature of the bottom provided between the side wall and the bottom. FIG. 3 is a phase difference map representing a strain distribution, in which a phase difference caused by transmission of polarized light incident on a predetermined region of a silica glass crucible is displayed in gray or numerical values in association with the position of the region. According to such a configuration, the strain distribution of the silica glass crucible can be easily grasped visually.

実施形態に係るシリコン単結晶の引き上げ装置は、上記シリカガラスルツボと、シリカガラスルツボの外側を覆うサセプタと、を備える。サセプタはカーボンによって構成されていてもよい。シリカガラスルツボの内周面と、引き上げられる前記シリコン単結晶との間には、熱を遮蔽する遮蔽板が設けられていてもよい。このような構成によれば、強度の高いシリカガラスルツボの外側をサセプタで覆う構成のため、シリコン単結晶の引き上げにおいてシリカガラスルツボの割れなどを生じさせることのない信頼性の高い引き上げ装置となる。   The silicon single crystal pulling apparatus according to the embodiment includes the silica glass crucible and a susceptor that covers the outside of the silica glass crucible. The susceptor may be made of carbon. A shielding plate that shields heat may be provided between the inner peripheral surface of the silica glass crucible and the silicon single crystal to be pulled up. According to such a configuration, since the outer side of the high-strength silica glass crucible is covered with the susceptor, a highly reliable pulling device that does not cause cracking of the silica glass crucible in pulling up the silicon single crystal is obtained. .

実施形態に係るシリコン単結晶の製造方法は、上記シリカガラスルツボ内にシリコン材料を投入して溶融する工程と、シリカガラスルツボ内に保持されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる工程と、を備える。このような構成によれば、シリカガラスルツボの信頼性によって純度の高いシリコン単結晶を引き上げることができる。   The method for producing a silicon single crystal according to the embodiment includes a step of charging a silicon material into the silica glass crucible and melting the step, and a step of pulling up the silicon single crystal from a silicon melt held in the silica glass crucible. Prepare. According to such a configuration, a high-purity silicon single crystal can be pulled up by the reliability of the silica glass crucible.

実施形態に係るインゴットは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えシリカガラスルツボであって、歪測定装置で測定されたシリカガラスルツボを用いて引き上げられたシリコン単結晶のインゴットである。例えば、歪測定装置は、側壁部の側方に配置され、偏光光を側壁部に向けて照射する発光部と、側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、撮像部で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備える。インゴットは、肩部と、肩部から連続する直胴部と、直胴部から連続する尾部と、を有し、直胴部の結晶欠陥が実質的にゼロである。このような構成によれば、インゴットから切り出したウェーハを用いて製造した半導体装置の電気的特性の安定化および劣化抑制を図ることができる。   An ingot according to an embodiment includes a silica glass crucible including a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. And it is the ingot of the silicon single crystal pulled up using the silica glass crucible measured with the strain measuring device. For example, the strain measuring device is disposed on the side of the side wall, and emits polarized light toward the side wall, an imaging unit that captures an image corresponding to the polarized light on the upper end surface of the side wall, and an imaging unit And an output unit for outputting the strain distribution of the silica glass crucible based on the image captured in step (b). The ingot has a shoulder portion, a straight body portion continuing from the shoulder portion, and a tail portion continuing from the straight body portion, and the crystal defects of the straight body portion are substantially zero. According to such a configuration, it is possible to stabilize electrical characteristics and suppress deterioration of a semiconductor device manufactured using a wafer cut out from an ingot.

実施形態に係るホモエピタキシャルウェーハは、上記のシリコン単結晶のインゴットの用いたウェーハによる基板部と、この基板部の上に設けられたシリコン単結晶のホモエピタキシャル層と、を備えている。   The homoepitaxial wafer according to the embodiment includes a wafer substrate portion using the above-described silicon single crystal ingot and a silicon single crystal homoepitaxial layer provided on the substrate portion.

(a)および(b)は、シリカガラスルツボを例示する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which illustrates a silica glass crucible. (a)は本実施形態に係るシリカガラスルツボの一部の拡大断面図、(b)は内部残留応力の例を示す図である。(A) is a partial expanded sectional view of the silica glass crucible concerning this embodiment, (b) is a figure showing an example of internal residual stress. (a)〜(c)は、シリカガラスルツボの歪の分布を例示する写真である。(A)-(c) is a photograph which illustrates distribution of distortion of a silica glass crucible. シリカガラスルツボの製造工程を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows schematically the manufacturing process of a silica glass crucible. (a)および(b)は、シリカガラスルツボの製造方法を説明するための模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of a silica glass crucible. (a)および(b)は、シリカガラスルツボの製造方法を説明するための模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of a silica glass crucible. シリカガラスルツボの歪測定装置を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the distortion measuring apparatus of a silica glass crucible. (a)〜(c)は、内部残留応力の分布の測定例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example of a measurement of distribution of internal residual stress. (a)〜(c)は、側壁部を透過した偏光の画像を取り込んだ例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example which took in the image of the polarized light which permeate | transmitted the side wall part. (a)および(b)は、偏光に応じた検出範囲について例示する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram illustrated about the detection range according to polarization | polarized-light. (a)および(b)は、ロボットアーム型歪測定システムを例示する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which illustrates a robot arm type | mold distortion measurement system. (a)および(b)は、ロボットアーム型歪測定システムによる歪測定方法を例示する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which illustrates the strain measuring method by a robot arm type strain measuring system. (a)および(b)は、測定領域を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining a measurement area | region. (a)および(b)は、位相差分布を測定する撮像部を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the imaging part which measures phase difference distribution. (a)および(b)は、位相差分布の測定例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the example of a measurement of phase difference distribution. 本実施形態に係る引上げ装置の全体構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole pulling device composition concerning this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係るシリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する模式図である。(A)-(c) is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the silicon single crystal using the silica glass crucible which concerns on this embodiment. シリコン単結晶のインゴットを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the ingot of a silicon single crystal. (a)〜(c)は引き上げ制御を説明する模式図である。(A)-(c) is a schematic diagram explaining raising control. ルツボの内径の変動量を示す図である。It is a figure which shows the variation | change_quantity of the internal diameter of a crucible. ボロンコフ理論に基づいて各種の欠陥が発生する状況を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the condition where various defects generate | occur | produce based on the Boronkov theory. 単結晶育成時の引き上げ速度と欠陥分布との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the pulling speed at the time of single crystal growth, and defect distribution. エピタキシャルウェーハを例示する模式断面図である。It is a schematic cross section which illustrates an epitaxial wafer. ルツボ製造からウェーハ製造までの工程を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the process from crucible manufacture to wafer manufacture.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description of the members once described is omitted as appropriate.

<シリカガラスルツボ>
図1(a)および(b)は、シリカガラスルツボを例示する模式図である。
図1(a)にはシリカガラスルツボ11の斜視図が示され、図1(b)にはシリカガラスルツボ11の断面図が示される。
測定対象であるシリカガラスルツボ11は、相対的に曲率の高いコーナ部11bと、上面に開口した縁部を有する円筒状の側壁部11aと、直線または相対的に曲率の低い曲線からなるすり鉢状の底部11cと、を有する。
<Silica glass crucible>
1A and 1B are schematic views illustrating a silica glass crucible.
FIG. 1A shows a perspective view of the silica glass crucible 11, and FIG. 1B shows a cross-sectional view of the silica glass crucible 11.
The silica glass crucible 11 to be measured includes a corner portion 11b having a relatively high curvature, a cylindrical side wall portion 11a having an edge opened on the upper surface, and a mortar shape formed of a straight line or a curve having a relatively low curvature. Bottom portion 11c.

本実施形態において、コーナ部11bは、側壁部11aと底部11cを連接する部分であり、コーナ部11bの曲線の接線がシリカガラスルツボ11の側壁部11aと重なる点から、底部11cと共通接線を有する点までの部分のことを意味する。言い換えると、シリカガラスルツボ11の側壁部11aにおいて曲がり始める点が、側壁部11aとコーナ部11bとの境界である。さらに、シリカガラスルツボ11の底の曲率が実質的に一定の部分が底部11cであり、シリカガラスルツボ11の底の中心からの距離が増したときに曲率が変化し始める点が、底部11cとコーナ部11bとの境界である。   In the present embodiment, the corner portion 11b is a portion connecting the side wall portion 11a and the bottom portion 11c, and a common tangent line with the bottom portion 11c is formed from the point where the curved tangent line of the corner portion 11b overlaps the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11. It means the part up to the point you have. In other words, the point at which the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11 begins to bend is the boundary between the side wall portion 11a and the corner portion 11b. Further, a portion where the curvature of the bottom of the silica glass crucible 11 is substantially constant is the bottom portion 11c, and the point where the curvature starts to change when the distance from the center of the bottom of the silica glass crucible 11 increases is the bottom portion 11c. It is a boundary with the corner part 11b.

シリカガラスルツボ11の肉厚方向(厚さ方向とも言う。)において内表面側には透明層13が設けられ、外表面側には非透明層15が設けられる。   In the thickness direction (also referred to as the thickness direction) of the silica glass crucible 11, a transparent layer 13 is provided on the inner surface side, and a non-transparent layer 15 is provided on the outer surface side.

透明層13とは、実質的に気泡を含まない層である。ここで、「実質的に気泡を含まない」とは、気泡が原因でシリコン単結晶の単結晶化率が低下しない程度の気泡含有率および気泡サイズのことを意味する。例えば、透明層13の気泡含有率は0.1%以下であり、気泡の平均直径は100μm以下である。   The transparent layer 13 is a layer that does not substantially contain bubbles. Here, “substantially free of bubbles” means the bubble content and bubble size that do not reduce the single crystallization rate of the silicon single crystal due to the bubbles. For example, the bubble content of the transparent layer 13 is 0.1% or less, and the average diameter of the bubbles is 100 μm or less.

透明層13は合成シリカガラスを内表面側に含むことが好ましい。合成シリカガラスとは、例えばケイ素アルコキシドの加水分解により合成された原料を溶融して製造されたシリカガラスを意味する。一般に合成シリカは天然シリカ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、合成シリカに含まれる各金属不純物の含有量は0.05ppm未満であり、OH基の含有量は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シリカも知られていることから、合成シリカ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、合成シリカガラスは天然シリカ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 layer 13 preferably contains synthetic silica glass on the inner surface side. Synthetic silica glass means silica glass produced by melting raw materials synthesized by hydrolysis of silicon alkoxide, for example. In general, synthetic silica has the characteristics that the concentration of metal impurities is lower and the concentration of OH groups is higher than natural silica. For example, the content of each metal impurity contained in the synthetic silica is less than 0.05 ppm, and the content of OH groups is 30 ppm or more. However, since synthetic silica to which metal impurities such as Al are added is also known, whether or not it is synthetic silica should not be determined based on one element, but comprehensively based on a plurality of elements It should be judged. Thus, since synthetic silica glass has fewer impurities than natural silica 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.

非透明層15には多数の気泡が内在する。非透明層15は、この気泡によって白濁した状態に見える層のことである。非透明層15は天然シリカガラスからなることが好ましい。天然シリカガラスとは、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。一般に天然シリカは合成シリカ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、天然シリカに含まれるAlの含有量は1ppm以上、アルカリ金属(Na,KおよびLi)の含有量はそれぞれ0.1ppm以上、OH基の含有量は60ppm未満である。   The non-transparent layer 15 contains a large number of bubbles. The non-transparent layer 15 is a layer that appears to be clouded by the bubbles. The non-transparent layer 15 is preferably made of natural silica glass. Natural silica glass means silica glass produced by melting natural raw materials such as natural quartz and silica. In general, natural silica has the characteristics that the concentration of metal impurities is higher and the concentration of OH groups is lower than that of synthetic silica. For example, the content of Al contained in natural silica is 1 ppm or more, the content of alkali metals (Na, K, and Li) is 0.1 ppm or more, and the content of OH groups is less than 60 ppm.

なお、天然シリカ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。天然シリカは、合成シリカ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、天然質原料は合成シリカに比べて安価であり、コスト面でも有利である。   In addition, it should not be judged based on one element whether it is natural silica, but should be judged comprehensively based on several elements. Since natural silica has a higher viscosity at high temperatures than synthetic silica, the heat resistance of the entire crucible can be increased. Natural raw materials are cheaper than synthetic silica and are advantageous in terms of cost.

図2(a)は、本実施形態に係るシリカガラスルツボの一部の拡大断面図、図2(b)は、内部残留応力の例を示す図である。
図2(a)には、図1(b)に示すA部の拡大断面図が示される。図2に示すように、本実施形態に係るシリカガラスルツボ11は、側壁部11aの厚さ方向において内表面ISから途中まで設けられた第1領域R1と、側壁部11aの厚さ方向において第1領域R1よりも外側に設けられた第2領域R2とを備える。第2領域R2は、第1領域R1とは異なる歪分布を有する。
FIG. 2A is an enlarged sectional view of a part of the silica glass crucible according to this embodiment, and FIG. 2B is a diagram showing an example of internal residual stress.
FIG. 2A shows an enlarged cross-sectional view of part A shown in FIG. As shown in FIG. 2, the silica glass crucible 11 according to this embodiment includes a first region R1 provided from the inner surface IS to the middle in the thickness direction of the side wall portion 11a, and a first region R1 in the thickness direction of the side wall portion 11a. And a second region R2 provided outside the first region R1. The second region R2 has a strain distribution different from that of the first region R1.

ここで、第1領域R1内では第1の内部残留応力を有し、第2領域R2内では第2の内部残留応力を有する。第1領域R1と第2領域R2との境界では内部残留応力がゼロになっている。   Here, the first region R1 has a first internal residual stress, and the second region R2 has a second internal residual stress. The internal residual stress is zero at the boundary between the first region R1 and the second region R2.

また、側壁部11aにおける厚さ方向において外表面から途中まで第3領域R3が設けられていてもよい。第3領域R3は、シリカの焼結体および粉体を含む。第3領域R3は、シリカガラスルツボ11の最外周に設けられ、シリカガラスルツボ11を製造する際にシリカ粉のガラス化が行われずに焼結体および粉体として残る部分である。第3領域R3の厚さは、薄いものであれば0.1mm以上0.3mm以下程度(原料のシリカ粉の1個の直径分の厚さ)、厚いものであれば0.5mm以上3mm以下程度(原料のシリカ粉の数個分の厚さ)である。   Further, the third region R3 may be provided from the outer surface to the middle in the thickness direction of the side wall portion 11a. The third region R3 includes a sintered body of silica and powder. The third region R3 is a portion that is provided on the outermost periphery of the silica glass crucible 11 and remains as a sintered body and powder without vitrification of the silica powder when the silica glass crucible 11 is manufactured. The thickness of the third region R3 is about 0.1 mm to 0.3 mm (thickness corresponding to one diameter of the raw silica powder) if it is thin, and 0.5 mm to 3 mm if it is thick. The degree (the thickness of several raw silica powders).

図2(b)には、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの厚さ方向における内部残留応力の測定結果が示される。図2(b)において横軸は内部残留応力の値であり、「+」は圧縮応力、「−」は引っ張り応力を示す。また、図2(b)において縦軸は側壁部11aの厚さ方向を示し、「IN」は内表面側、「OUT」は外表面側を示す。   FIG. 2B shows the measurement result of the internal residual stress in the thickness direction of the side wall portion 11 a of the silica glass crucible 11. In FIG. 2B, the horizontal axis represents the value of internal residual stress, “+” indicates compressive stress, and “−” indicates tensile stress. In FIG. 2B, the vertical axis indicates the thickness direction of the side wall 11a, “IN” indicates the inner surface side, and “OUT” indicates the outer surface side.

このように、シリカガラスルツボ11の第1領域R1では、内表面側の圧縮応力が最も高く、そこから外側に向けて徐々に(ほぼ一定の傾斜で)圧縮応力が弱くなる。そして、内部残留応力がゼロになる部分を境界として第2領域R2が始まる。第2領域R2では、内部残留応力が引っ張り応力になる。第2領域R2の引っ張り応力は大きな変化なく推移するが、外表面近くになると引っ張り応力が徐々に弱くなる。   As described above, in the first region R1 of the silica glass crucible 11, the compressive stress on the inner surface side is the highest, and the compressive stress gradually decreases (with a substantially constant inclination) from there toward the outside. Then, the second region R2 starts at a boundary where the internal residual stress becomes zero. In the second region R2, the internal residual stress becomes tensile stress. Although the tensile stress in the second region R2 changes without a large change, the tensile stress gradually weakens near the outer surface.

そして、内部残留応力がゼロになる部分を超えると再び圧縮応力となる。第2領域R2の外側には第3領域R3がある。第3領域R3はシリカガラスルツボ11を製造する際にシリカがガラス化せずに焼結体になっている部分および外表面にシリカ粉が残る部分であるため、この部分での内部残留応力の測定はできない。
本実施形態に係るシリカガラスルツボ11においては、厚さ方向に層状の歪の分布が生じている。シリカガラスルツボ11において、第1領域R1および第2領域R2は周方向において連続している。すなわち、第1領域R1および第2領域R2のそれぞれは少なくとも周方向に大きな応力変化は生じていない(実質的に一様な応力分布)。
Then, when the internal residual stress exceeds a portion where the residual stress becomes zero, it becomes compressive stress again. There is a third region R3 outside the second region R2. The third region R3 is a portion where the silica is not vitrified when the silica glass crucible 11 is manufactured and a portion where the silica powder remains on the outer surface. It cannot be measured.
In the silica glass crucible 11 according to the present embodiment, a layered strain distribution is generated in the thickness direction. In the silica glass crucible 11, the first region R1 and the second region R2 are continuous in the circumferential direction. That is, in each of the first region R1 and the second region R2, a large stress change does not occur at least in the circumferential direction (substantially uniform stress distribution).

このように、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における内側と外側とで相対的に異なる2種類の歪分布を有するシリカガラスルツボ11では、歪分布が複雑に入り組むルツボに比べて高い強度を有することになる。歪分布が入り組む状態とは、内部残留応力を有する領域が厚さ方向に層状になっていない場合や、周方向で連続しない場合である。このように歪分布が入り組むことで、歪分布の境界部分で亀裂や剥離などが発生しやすくなる。上記のように、シリカガラスルツボ11の厚さ方向に歪分布が層構造になっており、周方向に連続していることで、シリカガラスルツボ11の表面方向に歪分布の境界(急激な変化)がなく、亀裂や剥離の発生が抑制される。   Thus, the silica glass crucible 11 having two types of strain distributions that are relatively different between the inner side and the outer side in the thickness direction of the silica glass crucible 11 has higher strength than a crucible having a complicated strain distribution. It will be. The state where the strain distribution is complicated is a case where the region having the internal residual stress is not layered in the thickness direction or is not continuous in the circumferential direction. As the strain distribution is complicated as described above, cracks and peeling are likely to occur at the boundary of the strain distribution. As described above, the strain distribution has a layer structure in the thickness direction of the silica glass crucible 11 and is continuous in the circumferential direction, so that the boundary of the strain distribution in the surface direction of the silica glass crucible 11 (rapid change) ) And the occurrence of cracks and peeling is suppressed.

シリカガラスルツボ11において、第1領域R1の内部残留応力は圧縮応力であり、第2領域R2の内部残留応力は引っ張り応力であることが望ましい。このような応力分布によれば、シリカガラスルツボ11の内表面の強度が向上する。シリカガラスルツボ11を用いてシリコン単結晶の引き上げを行う場合、シリカガラスルツボ11内に材料の多結晶シリコンを充填する。この際、シリカガラスルツボ11の内表面に衝撃が加わりやすい。第1領域R1が圧縮応力になっていることで、多結晶シリコン充填の際の衝撃に対する十分な耐性が得られる。さらに、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における外表面側には気泡層が設けられる。このため、もしシリカガラスルツボ11の内表面にクラックが発生しても、気泡層の気泡によってクラックの伸びが止まることになる。したがって、第2領域R2が引っ張り応力であっても、クラックの伸びを抑制することができる。   In the silica glass crucible 11, the internal residual stress in the first region R1 is preferably a compressive stress, and the internal residual stress in the second region R2 is preferably a tensile stress. According to such a stress distribution, the strength of the inner surface of the silica glass crucible 11 is improved. When pulling up a silicon single crystal using the silica glass crucible 11, the silica glass crucible 11 is filled with polycrystalline silicon as a material. At this time, an impact is likely to be applied to the inner surface of the silica glass crucible 11. Since the first region R1 has a compressive stress, sufficient resistance to an impact at the time of filling the polycrystalline silicon can be obtained. Further, a bubble layer is provided on the outer surface side in the thickness direction of the silica glass crucible 11. For this reason, even if a crack occurs on the inner surface of the silica glass crucible 11, the growth of the crack is stopped by the bubbles in the bubble layer. Therefore, even if the second region R2 is a tensile stress, the elongation of the crack can be suppressed.

なお、図示するシリカガラスルツボ11では、第1領域R1と第2領域R2との2層構造の例を示したが、3層以上の構造であってもよい。また、第1領域R1および第2領域R2のような歪分布の層構造は、少なくとも透明層13内に設けられていればよいが、シリカガラスルツボ11の厚さ全体において設けられていることが望ましい。   In the illustrated silica glass crucible 11, an example of a two-layer structure of the first region R1 and the second region R2 is shown, but a structure of three or more layers may be used. Moreover, the layer structure of strain distribution like the 1st area | region R1 and 2nd area | region R2 should just be provided in the transparent layer 13, but it is provided in the whole thickness of the silica glass crucible 11. desirable.

図3(a)〜(c)は、シリカガラスルツボの歪の分布を例示する写真である。
図3は、シリカガラスルツボ11を約10mm厚にスライスした試料の歪分布を測定した結果である。歪分布は、円偏向光を用いた光弾性歪測定器で測定している。写真に示される白い部分(輝度の高い部分)が圧縮応力の領域であり、黒い部分(輝度の低い部分)が引っ張り応力の領域である。
3A to 3C are photographs illustrating the strain distribution of the silica glass crucible.
FIG. 3 shows the result of measuring the strain distribution of a sample obtained by slicing the silica glass crucible 11 to a thickness of about 10 mm. The strain distribution is measured by a photoelastic strain measuring device using circularly polarized light. The white portion (high luminance portion) shown in the photograph is a compressive stress region, and the black portion (low luminance portion) is a tensile stress region.

図3(a)に示す試料(1)は、外径32インチのシリカガラスルツボである。試料P1では、内側に残留圧縮応力の層(第1領域R1)が設けられ、外側に残留引っ張り応力の層(第2領域R2)が設けられる。このように歪分布が綺麗な層構造になっていることで、シリカガラスルツボの強度が向上する。   A sample (1) shown in FIG. 3A is a silica glass crucible having an outer diameter of 32 inches. In the sample P1, a residual compressive stress layer (first region R1) is provided on the inner side, and a residual tensile stress layer (second region R2) is provided on the outer side. Thus, the intensity | strength of a silica glass crucible improves because it is a layer structure with a beautiful strain distribution.

図3(b)に示す試料P2は、外径32インチのシリカガラスルツボである。試料P2では歪分布が一様であり層構造になっていない。このようなシリカガラスルツボは、試料P1のシリカガラスルツボに比べて強度が低い。   A sample P2 shown in FIG. 3B is a silica glass crucible having an outer diameter of 32 inches. In the sample P2, the strain distribution is uniform and does not have a layer structure. Such a silica glass crucible is lower in strength than the silica glass crucible of the sample P1.

図3(c)に示す試料P3は、外径40インチのシリカガラスルツボである。試料P3では、内側に残留圧縮応力の層(第1領域R1)が設けられる。第1領域R1の外側には、歪は入り組むものの第1領域R1とは異なる歪分布を有する第2領域R2が設けられる。試料P3は外径40インチの超大型のシリカガラスルツボである。このような超大型のシリカガラスルツボであっても第1領域R1および第2領域R2を有することで、十分な強度を得ることができる。   A sample P3 shown in FIG. 3C is a silica glass crucible having an outer diameter of 40 inches. In the sample P3, a layer of residual compressive stress (first region R1) is provided on the inner side. Outside the first region R1, a second region R2 having a strain distribution different from that of the first region R1 although strain is complicated is provided. Sample P3 is a very large silica glass crucible having an outer diameter of 40 inches. Even such an ultra-large silica glass crucible can obtain sufficient strength by having the first region R1 and the second region R2.

シリカガラスルツボ11の外径が23インチ以上の大型ルツボや、40インチ以上の超大型ルツボにおいては、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における内部残留応力の分布による亀裂、割れ、剥離等の影響が大きい。特に、ルツボ外径を大型化する際、外径の増加率に比べて肉厚の増加率は高くなる。つまり、ルツボ外径の大型化に対して肉厚は相対的に厚くなる傾向にある。このため、ルツボ外径が大型化するほど肉厚方向の応力分布が複雑になり、強度不足を起こしやすい。本実施形態のように、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における内部残留応力の分布が層構造になっていることは、このような大型、超大型ルツボにおける強度の向上に特に有効である。   In the case of a large crucible having an outer diameter of 23 inches or more or a super large crucible having a diameter of 40 inches or more, the influence of cracks, cracks, peeling, etc. due to the distribution of internal residual stress in the thickness direction of the silica glass crucible 11 is affected. large. In particular, when increasing the outer diameter of the crucible, the rate of increase in thickness is higher than the rate of increase in outer diameter. That is, the wall thickness tends to be relatively increased with an increase in the outer diameter of the crucible. For this reason, as the outer diameter of the crucible increases, the stress distribution in the thickness direction becomes more complicated, and the strength tends to be insufficient. The distribution of the internal residual stress in the thickness direction of the silica glass crucible 11 as in the present embodiment has a layered structure, which is particularly effective for improving the strength of such large and super large crucibles.

<シリカガラスルツボの製造方法>
図4は、シリカガラスルツボ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5及び図6は、シリカガラスルツボの製造方法を説明するための模式図である。
シリカガラスルツボ11は回転モールド法によって製造される。図4に示すように、回転モールド法では、カーボンモールドへのシリカ粉層の形成(ステップS101)、アーク熔融および減圧(ステップS102)、冷却(ステップS103)、リムカットおよびエッジ処理(ステップS104)によってシリカガラスルツボ11を製造する。
<Method for producing silica glass crucible>
FIG. 4 is a flowchart schematically showing a manufacturing process of the silica glass crucible. 5 and 6 are schematic views for explaining a method for producing a silica glass crucible.
The silica glass crucible 11 is manufactured by a rotational mold method. As shown in FIG. 4, in the rotary mold method, a silica powder layer is formed on a carbon mold (step S101), arc melting and decompression (step S102), cooling (step S103), rim cutting and edge processing (step S104). A silica glass crucible 11 is manufactured.

先ず、ステップS101に示すカーボンモールドへのシリカ粉層の形成では、図5(a)に示すように、シリカガラスルツボ11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20を用意する。そして、カーボンモールド20を回転させながら第1シリカ粉201を供給し、スクレーパを使用して掻き取り、所定の厚さまで成形する。これにより、モールド内面に沿ったシリカ粉層を形成する。カーボンモールド20は一定速度で回転しているので、供給された第1シリカ粉201は遠心力によってモールド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。第1シリカ粉201は、非透明層となることから、天然シリカ粉であることが好ましい。   First, in the formation of the silica powder layer on the carbon mold shown in step S101, a carbon mold 20 having a cavity matched to the outer shape of the silica glass crucible 11 is prepared as shown in FIG. Then, the first silica powder 201 is supplied while the carbon mold 20 is rotated, scraped off using a scraper, and molded to a predetermined thickness. Thereby, a silica powder layer is formed along the inner surface of the mold. Since the carbon mold 20 rotates at a constant speed, the supplied first silica powder 201 remains in a fixed position while being stuck to the inner surface of the mold by centrifugal force, and the shape thereof is maintained. Since the 1st silica powder 201 becomes a non-transparent layer, it is preferable that it is a natural silica powder.

次に、図5(b)に示すように、第1シリカ粉の層が形成されたカーボンモールド20内に透明層13の原料となる第2シリカ粉202を供給し、シリカ粉層をさらに厚く形成する。第2シリカ粉202は、モールド内面の第1シリカ粉201の上に所定の厚さにて供給される。第2シリカ粉202は、合成シリカ粉であることが好ましいが、天然シリカ粉であってもよい。   Next, as shown in FIG.5 (b), the 2nd silica powder 202 used as the raw material of the transparent layer 13 is supplied in the carbon mold 20 in which the layer of the 1st silica powder was formed, and a silica powder layer is further thickened. Form. The second silica powder 202 is supplied at a predetermined thickness onto the first silica powder 201 on the inner surface of the mold. The second silica powder 202 is preferably a synthetic silica powder, but may be a natural silica powder.

次に、ステップS102に示すアーク熔融および減圧では、図6(a)に示すように、カーボンモールド20のキャビティ内にアーク電極30を設置し、カーボンモールド20を回転させながらカーボンモールド20の内側からアーク放電を行い、シリカ粉層全体を1720℃以上に加熱して熔融する。この際、全周にわたり薄いシリカガラスのシール層を形成する。そして、この加熱と同時にカーボンモールド20側から減圧し、カーボンモールド20に設けた通気孔21を通じてシリカ内部の気体を外層側に吸引し、加熱中のシリカ粉層内の空隙を脱気することにより、ルツボ内表面の気泡を除去する。これにより、実質的に気泡を含まない透明層13を形成する。   Next, in the arc melting and depressurization shown in step S102, as shown in FIG. 6A, the arc electrode 30 is installed in the cavity of the carbon mold 20, and the carbon mold 20 is rotated from the inside while rotating. Arc discharge is performed, and the entire silica powder layer is heated to 1720 ° C. or higher and melted. At this time, a thin silica glass sealing layer is formed over the entire circumference. Simultaneously with this heating, the pressure is reduced from the carbon mold 20 side, the gas inside the silica is sucked to the outer layer side through the vent hole 21 provided in the carbon mold 20, and the voids in the silica powder layer being heated are deaerated. Remove bubbles on the inner surface of the crucible. Thereby, the transparent layer 13 substantially free of bubbles is formed.

カーボンモールド20には図示しない冷却手段が設けられている。これにより、シリカガラスルツボ11の外表面となる部分(第3領域R3となる部分)のシリカをガラス化させないようにする。冷却手段による冷却温度は、シリカがガラス化せずに焼結体および粉体として残る温度である。   The carbon mold 20 is provided with a cooling means (not shown). Thereby, the silica of the part (part used as 3rd area | region R3) used as the outer surface of the silica glass crucible 11 is not vitrified. The cooling temperature by the cooling means is a temperature at which silica remains as a sintered body and powder without vitrification.

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非透明層15を形成する。   Thereafter, the decompression for deaeration is weakened or stopped while continuing the heating, and the bubbles remain, thereby forming the non-transparent layer 15 containing a large number of minute bubbles.

次いで、ステップS103に示す冷却では、アーク電極30への電力供給を停止して、熔融したシリカガラスを冷却してシリカガラスルツボ11の形状を構成する。冷却を行う際には、シリカガラスルツボ11の内表面となるシリカガラスに冷却ガスが吹き付けられる。冷却速度、冷却ガスの吹き付け方など、冷却条件によってシリカガラスルツボ11の内部残留応力の分布が決定される。
この際、予め測定された歪分布のデータベースに基づいて冷却条件を調整することによって、所望の歪み分布を有するシリカガラスルツボ11を製造することができる。
Next, in the cooling shown in step S103, the power supply to the arc electrode 30 is stopped, the fused silica glass is cooled, and the shape of the silica glass crucible 11 is formed. When cooling is performed, a cooling gas is blown onto the silica glass that is the inner surface of the silica glass crucible 11. The distribution of the internal residual stress of the silica glass crucible 11 is determined by the cooling conditions such as the cooling rate and the cooling gas blowing method.
At this time, the silica glass crucible 11 having a desired strain distribution can be manufactured by adjusting the cooling conditions based on a database of strain distribution measured in advance.

ここで、シリカガラスを冷却する際、シリカガラスルツボ11とカーボンモールド20との熱収縮の差によってシリカガラスルツボ11に圧力が加わる。例えば、シリカガラスの線膨張率は約10−7/Kであり、1000℃で全長の0.01%、すなわち直径1mのシリカガラスルツボ11では約0.1mm縮むことになる。一方、カーボンの線膨張率は約10−6/Kであり、内径1mであれば約1mm縮むことになる。Here, when the silica glass is cooled, pressure is applied to the silica glass crucible 11 due to the difference in thermal shrinkage between the silica glass crucible 11 and the carbon mold 20. For example, the linear expansion coefficient of silica glass is about 10 −7 / K, and the silica glass crucible 11 having a total length of 0.01% at 1000 ° C., that is, a diameter of 1 m, shrinks by about 0.1 mm. On the other hand, the linear expansion coefficient of carbon is about 10 −6 / K, and if the inner diameter is 1 m, it will shrink by about 1 mm.

この冷却の際、シリカガラスルツボ11の外表面に設けられた第3領域R3のシリカの焼結体および粉体がクッションとしての役目を果たす。つまり、シリカガラスが全てガラス化していると、冷却の際のカーボンモールド20の熱収縮による圧力をシリカガラスルツボ11が直接受けることになるが、カーボンモールド20と当接するシリカガラスルツボ11の外表面に第3領域R3(シリカの焼結体および粉体)があることで、これがクッションとなってカーボンモールド20から圧力を緩和することができる。カーボンモールド20からの圧力が緩和されることで、冷却時にルツボの壁部内にクラックが形成されることを防ぐことができ、シリコン単結晶引き上げ時のシリカガラスルツボ11の変形を抑制することができる。   During this cooling, the sintered body and powder of silica in the third region R3 provided on the outer surface of the silica glass crucible 11 serve as a cushion. That is, when the silica glass is all vitrified, the silica glass crucible 11 directly receives the pressure due to the thermal shrinkage of the carbon mold 20 during cooling, but the outer surface of the silica glass crucible 11 in contact with the carbon mold 20. In addition, since the third region R3 (silica sintered body and powder) is present, this serves as a cushion and can relieve pressure from the carbon mold 20. By relieving the pressure from the carbon mold 20, it is possible to prevent cracks from forming in the crucible wall during cooling, and to suppress deformation of the silica glass crucible 11 when pulling up the silicon single crystal. .

シリカガラスの冷却を行う際、シリカガラスルツボ11の内表面となる部分の温度を例えば2次元サーモグラフによって測定しながら冷却ガスを吹き付けるようにしてもよい。この場合、回転しているシリカガラスルツボ11の内表面の温度を測定することで、所定領域の温度測定を繰り返すことで、内表面全体の温度を測定することができる。また、所定領域の温度を測定し、間をシミュレーションによって計算してもよい。また、シリカガラスの冷却に特に重要なコーナ部11bの温度を測定してもよい。さらに、シリカガラスルツボ11の内表面全体を測定範囲とする2次元サーモグラフによって1度に内表面全体の温度をしてもよい。シリカガラスルツボ11の内表面となる部分の温度を観察しながら冷却ガスの量、範囲、時間などを制御することで、第1領域R1および第2領域R2を有するシリカガラスルツボ11が構成される。   When the silica glass is cooled, the cooling gas may be blown while measuring the temperature of the inner surface of the silica glass crucible 11 using, for example, a two-dimensional thermograph. In this case, by measuring the temperature of the inner surface of the rotating silica glass crucible 11, the temperature of the entire inner surface can be measured by repeating the temperature measurement in a predetermined region. Moreover, the temperature of a predetermined area | region may be measured and a space | interval may be calculated by simulation. Moreover, you may measure the temperature of the corner part 11b especially important for cooling of silica glass. Further, the temperature of the entire inner surface may be measured at once by a two-dimensional thermograph having the entire inner surface of the silica glass crucible 11 as a measurement range. The silica glass crucible 11 having the first region R1 and the second region R2 is configured by controlling the amount, range, time, etc. of the cooling gas while observing the temperature of the portion that becomes the inner surface of the silica glass crucible 11. .

そして、ステップS104に示すリムカットおよびエッジ処理では、図6(b)に示すように、カーボンモールド20から取り出したシリカガラスルツボ11の側壁部11aの上端側の一部を切断してシリカガラスルツボ11の高さを調整する。その後、上端面TPの縁である内周縁および外周縁に面取り加工を施して面取り部Cを形成する。シリカガラスルツボ11の上端面TPには、シリカガラスルツボ11を搬送する際に用いられる真空吸着器が取り付けられる。したがって、上端面TPには真空吸着を行うため必要な平坦度が要求される。また、面取り部Cを設けることで、上端面TPに突き出たバリ等が除去され、平坦度が向上する。これにより、真空吸着での吸着力が向上するとともに、上端面TPの角部に残留しているクラックが除去され、結晶引き上げ時の割れと変形が防止される。   In the rim cutting and edge processing shown in step S104, as shown in FIG. 6B, a part of the upper end side of the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11 taken out from the carbon mold 20 is cut to obtain the silica glass crucible 11. Adjust the height. Thereafter, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge, which are the edges of the upper end surface TP, are chamfered to form a chamfered portion C. A vacuum adsorber used for transporting the silica glass crucible 11 is attached to the upper end surface TP of the silica glass crucible 11. Therefore, the flatness required for vacuum suction is required for the upper end surface TP. Further, by providing the chamfered portion C, burrs and the like protruding from the upper end surface TP are removed, and the flatness is improved. As a result, the suction force by vacuum suction is improved, and cracks remaining at the corners of the upper end surface TP are removed, and cracking and deformation at the time of crystal pulling are prevented.

リムカットにおいては、シリカガラスルツボ11の中心軸に対して直角にダイヤモンドカッターを当てるが、薄いダイヤモンドカッターが気泡の方向へ曲がりやすく、必ずしも直角にリムカットされない。また、リムカットの際に上端面TPに欠けが生じる場合もある。   In rim cutting, a diamond cutter is applied at a right angle to the central axis of the silica glass crucible 11, but a thin diamond cutter tends to bend in the direction of bubbles and is not necessarily cut at a right angle. Further, the upper end surface TP may be chipped during rim cutting.

シリカガラスルツボ11の重量は、32インチ型(直径約81.3cm)で約50kg〜60kg、36インチ型(直径約91.4cm)で約80kg〜90kg、40インチ型(直径約101.6cm)で約90kg〜110kgになる。さらに、シリカガラスルツボ11に多結晶シリコンを充填した場合、32インチ型で約300kg〜500kg、36インチ型で約400kg〜800kg、40インチ型で約500kg〜1000kgにもなる。したがって、リムカットにおいて形成される上端面TPには、このような重量のシリカガラスルツボ11を真空吸着するために必要な平坦度や平面度が必要になる。
また、シリカガラスルツボ11の肉厚は10mm〜15mmであって均等ではなく、部位によって厚さが異なる。すなわち、シリカガラスルツボ11の製造時において、ルツボ外側はカーボンモールドで拘束されているため、比較的設計図通りに製造できる。しかし、ルツボ内側はカーボンモールドで拘束されておらず、セラミックを超高温でアーク熔融することから、機械加工のように設計図通りに製造することは難しい。例えば、ルツボ内側は高さ方向に波打つような形状になることが多い。したがって、シリカガラスルツボ11の製品ごとの製造ばらつきを安定させることは非常に困難である。
The weight of the silica glass crucible 11 is about 50 kg to 60 kg for a 32 inch type (diameter about 81.3 cm), about 80 kg to 90 kg for a 36 inch type (about 91.4 cm diameter), and 40 inch type (about 101.6 cm diameter). It becomes about 90kg-110kg. Further, when the silica glass crucible 11 is filled with polycrystalline silicon, the size is about 300 kg to 500 kg for the 32 inch type, about 400 kg to 800 kg for the 36 inch type, and about 500 kg to 1000 kg for the 40 inch type. Therefore, the flatness and flatness necessary for vacuum-sucking the silica glass crucible 11 having such a weight are required for the upper end surface TP formed in the rim cut.
Further, the thickness of the silica glass crucible 11 is 10 mm to 15 mm and is not uniform, and the thickness varies depending on the part. That is, when the silica glass crucible 11 is manufactured, the outer side of the crucible is constrained by the carbon mold, so that it can be manufactured relatively as designed. However, the inside of the crucible is not constrained by a carbon mold, and the ceramic is arc-melted at an extremely high temperature, so that it is difficult to manufacture according to the design drawing like machining. For example, the inside of the crucible often has a shape that undulates in the height direction. Therefore, it is very difficult to stabilize the manufacturing variation for each product of the silica glass crucible 11.

シリカガラスルツボ11の製造方法では、シリカ粉の熔融の段階でエネルギーによるSiとOとの結合の切断と、冷却によるSiとOとの結合とが行われる。エネルギーによるSiとOとの結合の切れ方は、熱エネルギーによる切断、光エネルギーによる切断、アークによって生成されたラジカルによる切断が考えられる。さらに、シリカ粉の原材料によっても切れ方は変わる。例えば、天然シリカ紛であれば産出地、合成シリカ紛であれば合成方法によって変わる。   In the method for producing the silica glass crucible 11, the bond between Si and O by energy is cut and the bond between Si and O by cooling is performed at the stage of melting the silica powder. Possible ways of breaking the bond between Si and O by energy include cutting by thermal energy, cutting by light energy, and cutting by radicals generated by an arc. Furthermore, the cutting method varies depending on the raw material of the silica powder. For example, if it is natural silica powder, it varies depending on the place of production, and if it is synthetic silica powder, it varies depending on the synthesis method.

また、SiとOとの結合の仕方は、材料や冷却方法によって変わる。例えば、熔融したシリカ粉を冷却する際の方法によって6員環や8員環といったSi−Oの結合状態が変化することになる。また、第1シリカ粉と第2シリカ粉の材料の相違、内側と外側との冷却速度の相違など、各種の条件によってSiとOとの結合の状態が変わるため、製造されるシリカガラスルツボ11の内部残留応力の分布も変わることになる。   Further, the way of bonding Si and O varies depending on the material and the cooling method. For example, the bonding state of Si—O such as a 6-membered ring or an 8-membered ring changes depending on the method for cooling the fused silica powder. Further, since the bonding state of Si and O changes depending on various conditions such as a difference in materials between the first silica powder and the second silica powder and a difference in cooling rate between the inner side and the outer side, the manufactured silica glass crucible 11 is used. The distribution of internal residual stress will also change.

上記シリカガラスルツボの製造方法において、冷却(ステップS103)とリムカットおよびエッジ処理(ステップS104)との間でアニール処理を行ってもよい。
アニール処理では、予め取得してあるルツボ製造条件と歪との関係に応じた加熱条件でシリカガラスルツボ11にアニールを施す。すなわち、同じ条件で製造したシリカガラスルツボ11について予め歪を測定しておく。例えば、後述する歪測定装置100やロボットアーム型歪測定システム200によってシリカガラスルツボ11の歪分布を測定してデータベースに保存しておく。そして、アーク熔融および冷却が完了したシリカガラスルツボ11について、このデータベースに保存された歪分布に基づいて、アニールの温度や時間を決定し、この決定した条件に基づきシリカガラスルツボ11にアニールを施す。
In the method for manufacturing the silica glass crucible, an annealing process may be performed between the cooling (step S103) and the rim cutting and edge processing (step S104).
In the annealing treatment, the silica glass crucible 11 is annealed under heating conditions corresponding to the relationship between the crucible manufacturing conditions and strain acquired in advance. That is, the strain is measured in advance for the silica glass crucible 11 manufactured under the same conditions. For example, the strain distribution of the silica glass crucible 11 is measured by a strain measuring device 100 or a robot arm type strain measuring system 200 described later and stored in a database. And about the silica glass crucible 11 in which arc melting and cooling have been completed, the annealing temperature and time are determined based on the strain distribution stored in this database, and the silica glass crucible 11 is annealed based on the determined conditions. .

ここで、歪低減のための電気炉を用いたアニール処理の一例を示す。アニール処理は以下の条件の範囲内で適宜設定される。
昇温速度:室温から所定の温度(石英ガラスの歪点から徐冷点の間の温度)まで1時間〜十数時間(100℃/時間から1000℃/時間)
保持温度:歪点(約1100℃)〜徐冷点(約1200℃)
保持時間:約5分〜2時間
降温速度:0.5℃/分〜1℃/分
Here, an example of an annealing process using an electric furnace for strain reduction will be described. The annealing treatment is appropriately set within the following conditions.
Temperature increase rate: 1 hour to several tens of hours (100 ° C./hour to 1000 ° C./hour) from room temperature to a predetermined temperature (temperature between the strain point and the annealing point of quartz glass)
Holding temperature: strain point (about 1100 ° C.) to annealing point (about 1200 ° C.)
Holding time: about 5 minutes to 2 hours Temperature decrease rate: 0.5 ° C./min to 1 ° C./min

上記ステップS104においては、このようなアニール処理において、データベースに保存された歪分布に基づきアニール条件を変化させる。
例えば、データベースに保存されたシリカガラスルツボ11の内表面の歪が予め定めた基準よりも大きい場合には、次のようなアニール処理を行う。
保持温度:1150℃
保持時間:1時間
降温速度:1℃/分
In the above step S104, the annealing condition is changed based on the strain distribution stored in the database in such an annealing process.
For example, when the strain on the inner surface of the silica glass crucible 11 stored in the database is larger than a predetermined reference, the following annealing process is performed.
Holding temperature: 1150 ° C
Holding time: 1 hour Temperature drop rate: 1 ° C / min

また、データベースに保存されたシリカガラスルツボ11の内表面の歪が予め定めた基準よりも小さい場合には、次のようなアニール処理を行う。
保持温度:1150℃
保持時間:15分
降温速度:1℃/分
Further, when the strain on the inner surface of the silica glass crucible 11 stored in the database is smaller than a predetermined reference, the following annealing process is performed.
Holding temperature: 1150 ° C
Holding time: 15 minutes Temperature decrease rate: 1 ° C / min

また、データベースに保存されたシリカガラスルツボ11の内表面の歪が予め定めた基準と同じ場合には、アニールを行わない。   Further, when the strain on the inner surface of the silica glass crucible 11 stored in the database is the same as a predetermined standard, annealing is not performed.

つまり、この例では、基準に対して歪が大きいほど保持時間を長くする。一方、基準に対して歪が小さいほど保持時間を短くする。なお、歪とアニール条件との対応は一例であり、所望の歪を得るためにアニール条件を調整すればよい。   That is, in this example, the holding time is lengthened as the distortion is larger than the reference. On the other hand, the holding time is shortened as the distortion is smaller than the reference. Note that the correspondence between the strain and the annealing condition is an example, and the annealing condition may be adjusted in order to obtain a desired strain.

このように、予め測定された歪分布のデータベースに基づいてアニール条件を調整することによって所望の歪分布を有するシリカガラスルツボ11を製造することができる。   As described above, the silica glass crucible 11 having a desired strain distribution can be manufactured by adjusting the annealing conditions based on the strain distribution database measured in advance.

<シリカガラスルツボの歪測定装置>
図7は、シリカガラスルツボの歪測定装置を例示する模式図である。
歪測定装置100は、上記のようなシリカガラスルツボ11の歪を非破壊で測定する装置である。歪測定装置100は、発光部110と、撮像部120と、出力部130とを備える。
<Strain measuring device for silica glass crucible>
FIG. 7 is a schematic view illustrating a strain measuring device for a silica glass crucible.
The strain measuring device 100 is a device that measures the strain of the silica glass crucible 11 as described above in a nondestructive manner. The strain measuring apparatus 100 includes a light emitting unit 110, an imaging unit 120, and an output unit 130.

発光部110は、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの側方である外側に配置され、偏光を側壁部11aに向けて照射する。なお、発光部110は、シリカガラスルツボ11の内側に配置されていてもよい。発光部110は、光源111と、第1偏光手段112と、第2偏光手段113とを含む。光源111は、例えば白色光を出射する白色光源である。なお、光源111としては、赤外線光などの所定波長の単色光を出射する単色光源、LED光を出射するLED光源、レーザ光を出射するレーザ光源であってもよい。   The light emitting unit 110 is disposed outside the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11, and irradiates polarized light toward the side wall portion 11a. The light emitting unit 110 may be disposed inside the silica glass crucible 11. The light emitting unit 110 includes a light source 111, first polarizing means 112, and second polarizing means 113. The light source 111 is a white light source that emits white light, for example. The light source 111 may be a monochromatic light source that emits monochromatic light having a predetermined wavelength such as infrared light, an LED light source that emits LED light, or a laser light source that emits laser light.

第1偏光手段112は、光源111から出射された光から直線偏光成分を取り出す。また、第2偏光手段113は、第1偏光手段112を介して取り出された直線偏光成分の光を回転偏光成分の光に変換する。本実施形態では、第2偏光手段113は直線偏光成分の光を円偏光成分の光に変換する。第1偏光手段112は、光源111と側壁部11aとの間に配置され、第2偏光手段113は、第1偏光手段112と側壁部11aとの間に配置される。これにより、光源111から出射された光は、第1偏光手段112を介して直線偏光となり、第2偏光手段113を介して円偏光になる。側壁部11aには円偏光が照射される。   The first polarization unit 112 extracts a linearly polarized light component from the light emitted from the light source 111. The second polarizing means 113 converts the light of the linearly polarized light component extracted via the first polarizing means 112 into light of the rotationally polarized light component. In the present embodiment, the second polarizing means 113 converts linearly polarized light into circularly polarized light. The first polarizing means 112 is arranged between the light source 111 and the side wall part 11a, and the second polarizing means 113 is arranged between the first polarizing means 112 and the side wall part 11a. Thereby, the light emitted from the light source 111 becomes linearly polarized light via the first polarizing means 112 and becomes circularly polarized light via the second polarizing means 113. The side wall portion 11a is irradiated with circularly polarized light.

第1偏光手段112および第2偏光手段113としては、透過型や反射型が用いられる。本実施形態では、第1偏光手段112として透過型の偏光板が用いられる。また、第2偏光手段113としては透過型のλ/4板が用いられる。   As the first polarizing means 112 and the second polarizing means 113, a transmission type or a reflection type is used. In the present embodiment, a transmissive polarizing plate is used as the first polarizing means 112. Further, a transmission type λ / 4 plate is used as the second polarizing means 113.

撮像部120は、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの上端面TPの偏光に応じた映像を取り込む。撮像部120は、例えば側壁部11aの上方に配置され、発光部110から側壁部11aに進入して、内部で反射、拡散した偏光を取り込む。   The imaging unit 120 captures an image corresponding to the polarization of the upper end surface TP of the side wall part 11 a of the silica glass crucible 11. The imaging unit 120 is disposed, for example, above the side wall 11a, enters the side wall 11a from the light emitting unit 110, and takes in the polarized light reflected and diffused inside.

撮像部120は、例えば受光部121と、第3偏光手段122と、第4偏光手段123とを含む。受光部121は、CCDやCMOSなどの受光素子を有する。第3偏光手段122は、受光部121と側壁部11aの上端面TPとの間に設けられ、直線偏光成分よりも回転偏光成分の光を多く透過する光学手段である。第3偏光手段122は、第2偏光手段113と同様なλ/4板が用いられる。   The imaging unit 120 includes, for example, a light receiving unit 121, a third polarizing unit 122, and a fourth polarizing unit 123. The light receiving unit 121 includes a light receiving element such as a CCD or a CMOS. The third polarizing means 122 is an optical means that is provided between the light receiving part 121 and the upper end surface TP of the side wall part 11a and transmits more light of the rotationally polarized light component than the linearly polarized light component. The third polarizing means 122 uses the same λ / 4 plate as the second polarizing means 113.

第4偏光手段123は、第3偏光手段122と受光部121との間に配置される。第4偏光手段123は、第3偏光手段122を通過した円偏光を直線偏光に変換する光学手段である。   The fourth polarizing unit 123 is disposed between the third polarizing unit 122 and the light receiving unit 121. The fourth polarizing unit 123 is an optical unit that converts the circularly polarized light that has passed through the third polarizing unit 122 into linearly polarized light.

出力部130は、撮像部120で取り込んだ映像に基づきシリカガラスルツボ11の歪の分布を出力する。出力部130は、撮像部120の受光部121で取り込んだ像に基づく信号を受けて、シリカガラスルツボ11の歪みの分布を画像の濃淡や色によって表すように変換を行う。   The output unit 130 outputs the strain distribution of the silica glass crucible 11 based on the video captured by the imaging unit 120. The output unit 130 receives a signal based on the image captured by the light receiving unit 121 of the imaging unit 120, and performs conversion so that the distortion distribution of the silica glass crucible 11 is represented by the density and color of the image.

本実施形態に係る歪測定装置100によってシリカガラスルツボ11の歪を測定するには、先ず、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの側方(例えば、外側)に発光部110を配置し、側壁部11aの上端面TPの上方に撮像部120を配置する。次に、発光部110の光源111から光(例えば、白色光)を出射する。光源111から出射された光は第1偏光手段を透過することで直線偏光に変換され、第2偏光手段113を通過することで円偏光に変換される。   In order to measure the strain of the silica glass crucible 11 by the strain measuring apparatus 100 according to the present embodiment, first, the light emitting unit 110 is disposed on the side (for example, the outside) of the side wall 11a of the silica glass crucible 11, and the side wall The imaging unit 120 is disposed above the upper end surface TP of 11a. Next, light (for example, white light) is emitted from the light source 111 of the light emitting unit 110. The light emitted from the light source 111 is converted to linearly polarized light by passing through the first polarizing means, and is converted to circularly polarized light by passing through the second polarizing means 113.

この円偏光はシリカガラスルツボ11の側壁部11aから内部に進入して、反射、拡散していく。ここで、シリカガラスルツボ11に内部残留応力があると、この応力に基づく複屈折が生じる。したがって、円偏光がシリカガラスルツボ11の内部で反射、拡散する際に複屈折によって位相差が発生する。位相差による偏光状態の変化はシリカガラスルツボ11の内部残留応力の分布によって決定される。   This circularly polarized light enters the inside from the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11, and is reflected and diffused. Here, if the silica glass crucible 11 has an internal residual stress, birefringence based on this stress occurs. Therefore, when circularly polarized light is reflected and diffused inside the silica glass crucible 11, a phase difference is generated due to birefringence. The change in the polarization state due to the phase difference is determined by the distribution of the internal residual stress of the silica glass crucible 11.

次に、撮像部120によって、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの上端面TP側の光を取り込む。この映像には、シリカガラスルツボ11の内部で反射、拡散して偏光状態に変化が発生し、上端面TPから外部に出た光も含まれる。撮像部120では、この光から第3偏光手段122で円偏光成分を取りだし、第4偏光手段123によって直線偏光に変換して受光部121で取り込む。   Next, the imaging unit 120 captures light on the upper end surface TP side of the side wall 11 a of the silica glass crucible 11. This image includes light that has been reflected and diffused inside the silica glass crucible 11 to cause a change in the polarization state and has exited from the upper end surface TP. In the imaging unit 120, the circularly polarized component is extracted from this light by the third polarizing unit 122, converted into linearly polarized light by the fourth polarizing unit 123, and captured by the light receiving unit 121.

そして、受光部121で取り込んだ光に基づく信号を出力部130によって処理し、シリカガラスルツボ11の内部残留応力の分布として出力する。具体的には、撮像部120に向かう光のうち円偏光成分が多いほど受光量が大きくなる。つまり、シリカガラスルツボ11の歪み基づく複屈折によって、側方から入射された円偏光の偏光状態が変化するため、撮像部120によってシリカガラスルツボ11の上端面TPの撮像領域に応じた円偏光の量を得ることで、シリカガラスルツボ11の厚さ方向に沿った内部残留応力に基づく歪みの分布を得られることになる。   Then, a signal based on the light captured by the light receiving unit 121 is processed by the output unit 130 and output as a distribution of internal residual stress of the silica glass crucible 11. Specifically, the amount of received light increases as the circularly polarized component in the light traveling toward the imaging unit 120 increases. That is, since the polarization state of the circularly polarized light incident from the side is changed due to the birefringence based on the distortion of the silica glass crucible 11, the circularly polarized light corresponding to the imaging region of the upper end surface TP of the silica glass crucible 11 by the imaging unit 120. By obtaining the amount, a strain distribution based on the internal residual stress along the thickness direction of the silica glass crucible 11 can be obtained.

本実施形態では、シリカガラスルツボ11の上端面TP側の映像を撮像部120によって取り込むため、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの発光部110の位置から上側の歪みを累積したものに相当する分布が得られる。したがって、発光部110の高さを変えることで、累積される歪みの量が変化する。例えば、発光部110の高さを上端面TPに近い側(高い位置)にすると、歪みの累積量が少なくなり、反対に発光部110の底部11cに近い側(低い位置)にすると、歪みの累積量が多くなる。   In the present embodiment, the image on the upper end surface TP side of the silica glass crucible 11 is captured by the imaging unit 120, and thus the distribution corresponding to the accumulation of the upper strain from the position of the light emitting unit 110 of the side wall portion 11 a of the silica glass crucible 11. Is obtained. Accordingly, the amount of accumulated distortion changes by changing the height of the light emitting unit 110. For example, when the height of the light emitting unit 110 is closer to the upper end surface TP (higher position), the accumulated amount of distortion is reduced. Conversely, when the height is closer to the bottom 11c of the light emitting unit 110 (lower position), distortion is reduced. Cumulative amount increases.

このような特性を利用して、発光部110の高さを上下に移動させながら、各位置(各高さ)での歪みの分布を測定してもよい。また、各高さで測定した歪みの分布を用いて、所定の2つの高さでの歪みの分布の差分を求めることで、その2つの高さの間での歪みの累積の分布を得ることもできる。   By utilizing such characteristics, the distribution of strain at each position (each height) may be measured while moving the height of the light emitting unit 110 up and down. In addition, by using the strain distribution measured at each height, the difference between the strain distributions at two predetermined heights is obtained to obtain a cumulative strain distribution between the two heights. You can also.

図8(a)〜(c)は、内部残留応力の分布について説明する図である。
図8(a)には、シリカガラスルツボ11の上端面側から見た歪分布の測定結果が示される。この測定結果によれば、シリカガラスルツボ11の厚さ方向に沿って第1領域R1と第2領域R2とが設けられていることが分かる。すなわち、第1領域R1は、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの内表面から厚さ方向に所定の位置まで設けられ、第2領域R2は側壁部11aの厚さ方向の所定位置から外表面まで設けられている。各歪分布の厚さがほぼ一定であり、周方向に連続して設けられていることで、亀裂、割れ、剥離等の不具合が抑制されたシリカガラスルツボ11が提供される。
8A to 8C are diagrams for explaining the distribution of internal residual stress.
FIG. 8A shows the measurement result of the strain distribution as viewed from the upper end surface side of the silica glass crucible 11. According to this measurement result, it turns out that 1st area | region R1 and 2nd area | region R2 are provided along the thickness direction of the silica glass crucible 11. FIG. That is, the first region R1 is provided from the inner surface of the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11 to a predetermined position in the thickness direction, and the second region R2 is from a predetermined position in the thickness direction of the side wall portion 11a to the outer surface. Is provided. The thickness of each strain distribution is substantially constant, and the silica glass crucible 11 in which defects such as cracks, cracks, and peeling are suppressed is provided by being continuously provided in the circumferential direction.

また、図8(b)には、図8(a)に示すラインSLにおける応力バランスが例示される。ここで、「+」は圧縮応力を示し、「−」は引っ張り応力を示している。シリカガラスルツボ11の厚さ方向のラインSLに沿った応力バランスとしては、第1領域R1は圧縮応力、第2領域R2は引っ張り応力となっている。すなわち、側壁部11aの厚さ方向において、第1領域R1から第2領域R2に向けて内部残留応力は圧縮応力から、内部残留応力がゼロになる境界領域を経て、引っ張り応力に変化する。側壁部11aの厚さ方向における内部残留応力は、引っ張り応力を有する第2領域R2よりも、圧縮応力を有する第1領域R1のほうが薄くなる。   FIG. 8B illustrates the stress balance in the line SL shown in FIG. Here, “+” indicates compressive stress, and “−” indicates tensile stress. As the stress balance along the line SL in the thickness direction of the silica glass crucible 11, the first region R1 is a compressive stress and the second region R2 is a tensile stress. That is, in the thickness direction of the side wall portion 11a, the internal residual stress changes from the compressive stress to the tensile stress through the boundary region where the internal residual stress becomes zero from the first region R1 to the second region R2. The internal residual stress in the thickness direction of the side wall portion 11a is thinner in the first region R1 having compressive stress than in the second region R2 having tensile stress.

シリカガラスルツボ11は、円筒形で底が閉じた形状で、透明層(ルツボの内側)と非透明層(ルツボの外側)とを有し、常温から高温(約1500℃から1600℃程度)までの環境下で使用される。すなわち、例えば自動車用ガラスのように平板状で全体が透明であり常温でのみ使用されるガラスとは異なる。また、シリカガラスルツボ11には気泡層や外側の凹凸があり、自動車用などの透明で平板状のガラスとは全く異なる。このようなシリカガラスルツボ11において、偏光状態を測定することは非常に困難である。
本実施形態のように、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における内側である第1領域R1が圧縮応力、境界領域(内部残留応力がゼロの領域)を経て外側である第2領域R2が引っ張り応力になっていることで、シリコン単結晶の引き上げ時のシリカガラスルツボ11の温度(約1500℃から1600℃程度)によって互いの応力が緩和しあうことになる。
円筒形で底が閉じているシリカガラスルツボ11においてこのような応力緩和が生じることで、シリコン単結晶引き上げ時にシリカガラスルツボ11の変形(側壁部11aの倒れ、ゆがみ、底部11cの盛り上がりなど)が抑制される。
The silica glass crucible 11 has a cylindrical shape with a closed bottom, and has a transparent layer (inside the crucible) and a non-transparent layer (outside the crucible), from room temperature to high temperature (about 1500 ° C. to about 1600 ° C.). Used in the environment. In other words, it is different from glass that is flat and entirely transparent, such as automotive glass, and is used only at room temperature. Further, the silica glass crucible 11 has a bubble layer and external irregularities, and is completely different from transparent and flat glass for automobiles and the like. In such a silica glass crucible 11, it is very difficult to measure the polarization state.
As in the present embodiment, the first region R1 which is the inner side in the thickness direction of the silica glass crucible 11 is compressive stress, and the second region R2 which is the outer side through the boundary region (the region where the internal residual stress is zero) is the tensile stress. As a result, the mutual stress is relieved by the temperature of the silica glass crucible 11 at the time of pulling the silicon single crystal (about 1500 ° C. to 1600 ° C.).
Such stress relaxation occurs in the silica glass crucible 11 having a closed bottom, and deformation of the silica glass crucible 11 (falling of the side wall portion 11a, distortion, rising of the bottom portion 11c, etc.) occurs when the silicon single crystal is pulled up. It is suppressed.

シリコン単結晶(シリコンインゴット)の引き上げ時において、固液界面付近(シリコンインゴットとシリコン融液界面付近)の引上げ軸方向の温度勾配を正確に制御するためには、シリコン融液の液面と熱遮蔽部材の先端との高さを安定させる必要がある。一方、シリコンインゴットの径方向の温度勾配も均一にし、シリコン単結晶(インゴット)から切り出されるシリコンウェーハの欠陥を実質的にゼロにすることが望まれる。
また、シリコン単結晶引き上げ時においては、シリカガラスルツボ11内のシリコン融液の周縁部の温度(約1500℃)から、シリカガラスルツボ11の中心部であるシリコン融液とシリコン単結晶との界面(以下、「固液界面」と言う。)の温度(約1420℃)まで、シリコン融液をシリコン単結晶の引き上げに必要な温度まで確実に加熱する必要がある。
また、シリカガラスルツボ11の口径が32インチ以上で大きくなるほど、ヒータとシリカガラスルツボ11の中心との距離が離れるため、より強力なヒータが用いられ、シリカガラスルツボ11の温度(約1500℃から1600℃程度)も高くなる。
したがって、シリカガラスルツボ11の口径が大きくなるほど、後述するように高温時の変形を抑制するために必要なシリカガラスルツボの耐変形特性は厳しくなる。
In order to accurately control the temperature gradient in the pulling axis direction near the solid-liquid interface (near the silicon ingot and silicon melt interface) when pulling up the silicon single crystal (silicon ingot), the liquid surface and heat of the silicon melt are controlled. It is necessary to stabilize the height from the tip of the shielding member. On the other hand, it is desirable to make the temperature gradient in the radial direction of the silicon ingot uniform and to substantially eliminate defects in the silicon wafer cut out from the silicon single crystal (ingot).
At the time of pulling up the silicon single crystal, the interface between the silicon melt at the center of the silica glass crucible 11 and the silicon single crystal is determined from the temperature (about 1500 ° C.) of the peripheral edge of the silicon melt in the silica glass crucible 11. It is necessary to reliably heat the silicon melt to a temperature required for pulling up the silicon single crystal up to a temperature (hereinafter referred to as “solid-liquid interface”) (about 1420 ° C.).
Further, since the distance between the heater and the center of the silica glass crucible 11 increases as the diameter of the silica glass crucible 11 becomes larger than 32 inches, a stronger heater is used, and the temperature of the silica glass crucible 11 (from about 1500 ° C.). About 1600 ° C.).
Therefore, as the diameter of the silica glass crucible 11 increases, the deformation resistance characteristic of the silica glass crucible necessary for suppressing deformation at high temperatures becomes severer as described later.

一方、常温時においては、シリカガラスルツボ11に多結晶シリコンを充填する際、多結晶シリコンの塊の角がシリカガラスルツボ11の内表面に当たることになる。シリカガラスルツボ11の常温時の強度が不足していると、多結晶シリコン充填時に割れや欠けを起こすことになる。   On the other hand, when the silica glass crucible 11 is filled with polycrystalline silicon, the corner of the polycrystalline silicon lump hits the inner surface of the silica glass crucible 11 at normal temperature. If the strength of the silica glass crucible 11 at room temperature is insufficient, cracking or chipping will occur when filling polycrystalline silicon.

本実施形態のように、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における内側である第1領域R1が圧縮応力、境界領域(内部残留応力がゼロの領域)を経て外側である第2領域R2が引っ張り応力になっていることで、常温時における強度を確保して、多結晶シリコン充填時の割れや欠けを抑制することができる。   As in the present embodiment, the first region R1 which is the inner side in the thickness direction of the silica glass crucible 11 is compressive stress, and the second region R2 which is the outer side through the boundary region (the region where the internal residual stress is zero) is the tensile stress. As a result, the strength at normal temperature can be ensured, and cracks and chips during filling of polycrystalline silicon can be suppressed.

このように、シリカガラスルツボ11においては、常温時に必要な性質と、シリコン単結晶(シリコンインゴット)の引き上げにおける高温時(約1500℃から1600℃程度)に必要な性質とを兼ね備える必要がある。   As described above, the silica glass crucible 11 needs to have both the properties required at normal temperature and the properties required at a high temperature (about 1500 ° C. to 1600 ° C.) when pulling up the silicon single crystal (silicon ingot).

上記のような常温時に必要な特性、および高温時(約1500℃から1600℃程度)に必要な特性の両方を兼ね備えるため、本実施形態に係るシリカガラスルツボ11においては、ラインSL上での第1領域R1での圧縮応力と、第2領域R2での引っ張り応力との総和がゼロになっていることが望ましい。さらに、ラインSLをシリカガラスルツボ11の上下方向に移動させて、側壁部11a、コーナ部11bおよび底部11cの各高さ位置での第1領域R1での圧縮応力と、第2領域R2での引っ張り応力との総和がゼロになっていることがより好ましい。このように圧縮応力と引っ張り応力との総和がゼロになっていることで、シリカガラスルツボ11の常温時における強度を確保して、多結晶シリコン充填時の割れや欠けを抑制することができるとともに、加熱された際の厚さ方向の内部残留応力における圧縮と引っ張りとが互いに打ち消し合うようにバランスが保たれ、シリカガラスルツボ11の形状の崩れを抑制することができる。   Since the silica glass crucible 11 according to the present embodiment has both the characteristics required at normal temperature and the characteristics required at high temperatures (about 1500 ° C. to 1600 ° C.), the first on the line SL It is desirable that the sum of the compressive stress in the first region R1 and the tensile stress in the second region R2 is zero. Furthermore, the line SL is moved in the vertical direction of the silica glass crucible 11, and the compressive stress in the first region R1 at each height position of the side wall portion 11a, the corner portion 11b, and the bottom portion 11c, and the second region R2 It is more preferable that the sum total with the tensile stress is zero. Thus, since the sum of the compressive stress and the tensile stress is zero, the strength of the silica glass crucible 11 at room temperature can be secured, and cracks and chips during filling of polycrystalline silicon can be suppressed. The balance is maintained so that the compression and the tension in the internal residual stress in the thickness direction when heated can cancel each other, and the collapse of the shape of the silica glass crucible 11 can be suppressed.

図8(c)には、歪測定装置100によって取り込んだシリカガラスルツボ11の上端面TPの映像の例が示される。偏光を用いることで、シリカガラスルツボ11の側壁部11aの厚さ方向における歪分布を画像の濃淡で的確に把握することができる。図8(c)に示す映像では、圧縮応力を有する第1領域R1が内側に設けられ、引っ張り応力を有する第2領域R2が外側に設けられている様子が綺麗に現れている。また、この映像から、第2領域R2の外側にある第3領域R3も把握することができる。   FIG. 8C shows an example of an image of the upper end surface TP of the silica glass crucible 11 captured by the strain measuring device 100. By using polarized light, the strain distribution in the thickness direction of the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11 can be accurately grasped by the density of the image. In the image shown in FIG. 8C, a state where the first region R1 having compressive stress is provided on the inner side and the second region R2 having tensile stress is provided on the outer side clearly appears. Further, the third region R3 outside the second region R2 can also be grasped from this image.

ここで、側壁部11aにおける厚さ方向(肉厚方向)に沿った圧縮応力と引っ張り応力との総和がゼロとは、歪が抑制された基準ガラス(ブランク)に向けて照射し、透過した偏光における赤、緑、青の中心波長の相対強度の順番が、側壁部11aに向けて照射し、透過した偏光における赤、緑、青の中心波長の相対強度の順番と同じになっていることを含む。
なお、照射する偏光のなかに赤、緑、青のいずれかの波長の偏光が存在しない場合には、その波長は順番から除外しておく。
Here, when the sum of the compressive stress and the tensile stress along the thickness direction (thickness direction) in the side wall portion 11a is zero, the polarized light that is irradiated and transmitted toward the reference glass (blank) in which the strain is suppressed. The order of the relative intensities of the center wavelengths of red, green, and blue is the same as the order of the relative intensities of the center wavelengths of red, green, and blue in the polarized light that is irradiated and transmitted toward the side wall 11a. Including.
If there is no polarized light of any of red, green, and blue among the polarized light to be irradiated, that wavelength is excluded from the order.

基準ガラスとしては、測定対象のシリカガラスルツボ11と同様な条件で製造されたシリカガラスルツボの側壁部のサンプル片(例えば、10cm×10cm)を用意し、例えば1200℃、24時間程度のアニールを行って、断面観察などで歪が抑制された(歪が実質的に無い)ことが確認されたものである。そして、この基準ガラスに偏光を照射し、透過した際の赤、緑、青の中心波長の相対強度の順番を測定しておく。
相対強度は、光源から偏光フィルタを通過し、シリカガラスルツボ11の外側(または内側)から入射する直前の光の赤、緑、青のそれぞれの強度をI1(R,G,B)として、対象物を透過した際の偏光の赤、緑、青のそれぞれの強度をI2(R,G,B)とした場合、I2(R,G,B)/I1(R,G,B)で表される。
As a reference glass, a sample piece (for example, 10 cm × 10 cm) of a side wall portion of a silica glass crucible manufactured under the same conditions as the silica glass crucible 11 to be measured is prepared, and annealed at 1200 ° C. for about 24 hours, for example. It was confirmed that the distortion was suppressed (substantially no distortion) by cross-sectional observation or the like. Then, the reference glass is irradiated with polarized light, and the order of the relative intensities of the center wavelengths of red, green, and blue when transmitted is measured.
Relative intensities are measured with I1 (R, G, B) as red, green, and blue intensities of light immediately before passing through the polarizing filter from the light source and entering from the outside (or inside) of the silica glass crucible 11. When the intensity of each of the red, green, and blue polarized light transmitted through the object is I2 (R, G, B), it is expressed as I2 (R, G, B) / I1 (R, G, B). The

そして、側壁部11aに向けて照射した偏光を赤、緑、青の成分に分けて、それぞれの中心波長の相対強度の順番を得ておき、基準ガラスを透過した後の赤、緑、青の相対強度の順番が変わらない場合、総和がゼロであるとする。   Then, the polarized light irradiated toward the side wall portion 11a is divided into red, green, and blue components, and the order of the relative intensities of the respective center wavelengths is obtained, and the red, green, and blue colors after passing through the reference glass are obtained. If the relative intensity order does not change, the sum is assumed to be zero.

例えば、側壁部11aに照射する偏光として、赤、緑、青の順で相対強度が高いと、全体として黄色の光となる。この光を側壁部11aに照射して、透過した偏光をみた場合、相対強度が変わらなければ同じ黄色であり、相対強度の順番が変わらなければ色の変化は少ない。この程度であれば側壁部11aの厚さ方向に沿った圧縮応力と引っ張り応力との総和がゼロであるとして、高強度のシリカガラスルツボ11となる。   For example, if the relative intensity is high in the order of red, green, and blue as the polarized light applied to the side wall portion 11a, the light is yellow as a whole. When this polarized light is applied to the side wall portion 11a and the transmitted polarized light is viewed, it is the same yellow if the relative intensity does not change, and there is little color change if the relative intensity order does not change. If it is this grade, it will become the high intensity | strength silica glass crucible 11, assuming that the sum total of the compressive stress and the tensile stress along the thickness direction of the side wall part 11a is zero.

図9(a)〜(c)は、側壁部を透過した偏光の画像を取り込んだ例を示す図である。
図9(a)〜(c)に示す図のいずれについても、側壁部11aに赤、緑、青の中心波長における相対強度が特定の順番となる偏光を入射している。
FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating an example in which an image of polarized light transmitted through the side wall portion is captured.
In any of the diagrams shown in FIGS. 9A to 9C, polarized light whose relative intensities at the center wavelengths of red, green, and blue are in a specific order is incident on the side wall 11a.

図9(a)および(b)に示す例では、透過した偏光の赤、緑、青の相対強度の順番が、照射した際の順番と同じになっている。これらの例では、このような状態において側壁部11aの厚さ方向に沿った圧縮応力と引っ張り応力との総和がゼロとなる。また、測定領域において色味のほぼ一定であり、測定領域全体にわたり応力総和がゼロになっていることが分かる。   In the example shown in FIGS. 9A and 9B, the order of the relative intensities of the transmitted polarized red, green, and blue is the same as the order of irradiation. In these examples, the sum of the compressive stress and the tensile stress along the thickness direction of the side wall 11a is zero in such a state. In addition, it can be seen that the color is almost constant in the measurement region, and the total stress is zero over the entire measurement region.

一方、図9(c)に示す例では、透過した偏光の赤、緑、青の相対強度の順番が、基準ガラスを透過した際の順番と異なっている。このような状態では、側壁部11aの厚さ方向に沿った圧縮応力と引っ張り応力との総和がゼロとは言えない。また、測定領域において色味に変化が生じており、測定領域の面内において応力総和に変化が発生していることが分かる。   On the other hand, in the example shown in FIG. 9C, the order of the relative intensities of the transmitted polarized red, green, and blue is different from the order when the reference glass is transmitted. In such a state, it cannot be said that the sum of the compressive stress and the tensile stress along the thickness direction of the side wall portion 11a is zero. In addition, it can be seen that a change in color occurs in the measurement region, and a change occurs in the stress sum in the plane of the measurement region.

歪測定装置100において、上端面の偏光に応じた映像を撮像部120で取り込む場合、発光部110からシリカガラスルツボ11の側壁部11aへ照射する光の入射角度を調整可能にする機構を設けてもよい。すなわち、発光部110から側壁部11aへ入射された光の側壁部11aの内部での反射(拡散)において、側壁部11aの表面に対する光の入射角度をブリュースター角にすることで、側壁部11aの表面でのp偏光の反射率をゼロにすることができる。これにより、側壁部11aに直線偏光成分を多く入射することができ、不要な偏光成分の入射を抑えて側壁部11aの内部残留応力分布の映像を鮮明に取得することができる。   In the strain measurement apparatus 100, when an image corresponding to the polarization of the upper end surface is captured by the imaging unit 120, a mechanism is provided that enables adjustment of the incident angle of light irradiated from the light emitting unit 110 to the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11. Also good. That is, in the reflection (diffusion) of the light incident on the side wall portion 11a from the light emitting unit 110, the side wall portion 11a is made to have a Brewster angle with respect to the surface of the side wall portion 11a. The reflectance of p-polarized light at the surface of the film can be made zero. As a result, a large amount of linearly polarized light component can be incident on the side wall portion 11a, and an image of the internal residual stress distribution of the side wall portion 11a can be clearly obtained while suppressing the incidence of unnecessary polarized light components.

上記のように、本実施形態に係る歪測定装置100によれば、シリカガラスルツボ11の厚さ方向における歪みの分布を正確に測定することが可能になる。また、この歪測定装置100では、シリカガラスルツボ11を破壊することなく厚さ方向の歪みを測定することができ、製品そのものの歪みを検査することが可能になる。   As described above, according to the strain measuring apparatus 100 according to the present embodiment, it is possible to accurately measure the strain distribution in the thickness direction of the silica glass crucible 11. Further, the strain measuring apparatus 100 can measure the strain in the thickness direction without destroying the silica glass crucible 11, and can inspect the distortion of the product itself.

なお、本実施形態では第2偏光手段113および第3偏光手段122として直線偏光を円偏光に変換する光学手段を用いているが、直線偏光を楕円偏光に変換する光学手段を用いてもよい。楕円偏光を用いることで、受光部121での光の検出範囲を設定することができる。   In this embodiment, optical means for converting linearly polarized light into circularly polarized light is used as the second polarizing means 113 and the third polarizing means 122, but optical means for converting linearly polarized light into elliptically polarized light may be used. By using elliptically polarized light, the light detection range in the light receiving unit 121 can be set.

図10(a)および(b)は、偏光に応じた検出範囲について例示する模式図である。
図10(a)には円偏光を利用した場合の検出範囲が示され、図10(b)には楕円偏光を利用した場合の検出範囲が示される。
図9(a)および(b)に示す例では、図中矢印の直線方向の偏光板を用いた光量(図10中矢印の長さに対応)でシリカガラスルツボ11の内部残留応力を測定する。
この場合、直線偏光に近い楕円偏光である例えば位相差(π/16=−0.19)と位相差+0.19で光量が同じになるため内部残留応力の大きさの違いが区別できない。したがって、図10(a)に示す円偏光(π/4=0.78)を利用する場合、検出範囲は、位相差+0.78〜位相差0までの範囲となる。つまり、シリカガラスルツボ11に内部残留応力がなく入射した光が偏光されない状態(円偏光のまま)から、内部残留応力にて偏光されて直線偏光となる状態(図10(a)では位相差0の直線偏光の状態)まで、測定することができる。
FIGS. 10A and 10B are schematic views illustrating the detection range corresponding to the polarized light.
FIG. 10A shows a detection range when circularly polarized light is used, and FIG. 10B shows a detection range when elliptically polarized light is used.
In the example shown in FIGS. 9A and 9B, the internal residual stress of the silica glass crucible 11 is measured with the amount of light (corresponding to the length of the arrow in FIG. 10) using the polarizing plate in the linear direction of the arrow in the figure. .
In this case, the difference in the magnitude of the internal residual stress cannot be distinguished because the amount of light is the same for the phase difference (π / 16 = −0.19) and the phase difference +0.19, which are elliptically polarized light close to linearly polarized light. Therefore, when the circularly polarized light (π / 4 = 0.78) shown in FIG. 10A is used, the detection range is a range from the phase difference +0.78 to the phase difference 0. That is, the light incident on the silica glass crucible 11 without any internal residual stress is not polarized (circularly polarized), but is polarized by the internal residual stress to become linearly polarized (the phase difference is 0 in FIG. 10A). Can be measured up to the state of linearly polarized light).

一方、図10(b)に示す楕円偏光を利用する場合(図10(b)では例えば位相差((7/16)π=+1.37))、検出範囲は、位相差+1.37〜位相差0までの範囲となる。つまり、シリカガラスルツボ11に内部残留応力がなく入射した光が偏光されない状態(楕円偏光のまま)から、内部残留応力にて偏光されて直線偏光となる状態まで、測定することができる。これにより、楕円偏光を利用すると、円偏光を利用する場合よりも内部残留応力の測定範囲が広くなる。   On the other hand, when the elliptically polarized light shown in FIG. 10B is used (in FIG. 10B, for example, the phase difference ((7/16) π = 1.37)), the detection range is the phase difference +1.37 to about The range is up to zero phase difference. That is, it is possible to measure from a state where the incident light having no internal residual stress to the silica glass crucible 11 is not polarized (still elliptically polarized) to a state where it is polarized by the internal residual stress and becomes linearly polarized light. Thereby, when the elliptically polarized light is used, the measurement range of the internal residual stress becomes wider than when the circularly polarized light is used.

さらに、楕円偏光を利用することで、次のような効果を得ることができる。
空気中からシリカガラスルツボ11の内表面へ円偏光を照射した場合、シリカガラスルツボ11の表面への入射角度によってs偏光およびp偏光の反射率が異なる場合がある。s偏光およびp偏光の反射率が異なると、シリカガラスルツボ11の表面でs偏光成分およびp偏光成分の一方が他方よりも多く反射され、シリカガラスルツボ11の中に入るときに減衰する。これにより、円偏光状態が崩れて楕円偏光となってシリカガラスルツボ11の中に入ることになる。このまま測定を行うと、歪の無い部分でも歪があるかのように観察されてしまうおそれがある。そのため、あらかじめ反射による減衰分を考慮して、s偏光成分およびp偏光成分のいずれか一方を他方に比べて大きくした楕円偏光をシリカガラスルツボ11に照射する。これにより、シリカガラスルツボ11の中に入射された後の偏光状態が円偏光になって、本来の内部残留応力の大きさを正確に測定することが可能となる。
シリカガラスルツボ11の内部残留応力の大きさが測定できれば、シリカガラスルツボ11の変形を正しく予測することができる。
Furthermore, the following effects can be obtained by using elliptically polarized light.
When circularly polarized light is irradiated from the air to the inner surface of the silica glass crucible 11, the reflectance of s-polarized light and p-polarized light may differ depending on the incident angle to the surface of the silica glass crucible 11. If the reflectances of s-polarized light and p-polarized light are different, one of the s-polarized component and the p-polarized component is reflected more on the surface of the silica glass crucible 11 than the other, and attenuates when entering the silica glass crucible 11. As a result, the circularly polarized state collapses and becomes elliptically polarized light, and enters the silica glass crucible 11. If measurement is performed as it is, there is a possibility that even a portion without distortion may be observed as if there is distortion. For this reason, the silica glass crucible 11 is irradiated with elliptically polarized light in which one of the s-polarized component and the p-polarized component is larger than the other in consideration of the attenuation due to reflection in advance. As a result, the polarization state after entering the silica glass crucible 11 becomes circularly polarized light, and it becomes possible to accurately measure the original internal residual stress.
If the magnitude of the internal residual stress of the silica glass crucible 11 can be measured, the deformation of the silica glass crucible 11 can be correctly predicted.

<ロボットアーム型歪測定システム>
図11(a)および(b)は、ロボットアーム型歪測定システムを例示する模式図である。
図11(a)に示すように、ロボットアーム型歪測定システム200は、多関節型のロボットアーム210と、ロボットアーム210に取り付けられた撮像部120と、測定対象のシリカガラスルツボ11を載置する架台220と、発光部110と、コントローラ250と、出力部130とを備える。
<Robot arm type strain measurement system>
FIGS. 11A and 11B are schematic views illustrating a robot arm type strain measurement system.
As shown in FIG. 11A, a robot arm type strain measurement system 200 is provided with an articulated robot arm 210, an imaging unit 120 attached to the robot arm 210, and a silica glass crucible 11 to be measured. A gantry 220, a light emitting unit 110, a controller 250, and an output unit 130 are provided.

架台220は、横架台221と、横架台221に対して略垂直に取り付けられた縦架台222とを備える。横架台221には発光部110の下方照射部110Aが設けられ、縦架台222には発光部110の側方照射部110Bが設けられる。下方照射部110Aおよび側方照射部110Bのそれぞれには光源111と、第1偏光手段112と、第2偏光手段113が設けられる。光源111と第1偏光手段112との間には光源111から照射された光を拡散させる拡散板115が設けられていてもよい。下方照射部110Aは測定対象のシリカガラスルツボ11の外径以上の長さを有し、側方照射部110Bは測定対象のシリカガラスルツボ11の高さ以上の長さを有する。   The gantry 220 includes a horizontal gantry 221 and a vertical gantry 222 attached substantially perpendicular to the horizontal gantry 221. The horizontal platform 221 is provided with a lower irradiation unit 110A of the light emitting unit 110, and the vertical platform 222 is provided with a side irradiation unit 110B of the light emitting unit 110. A light source 111, a first polarizing unit 112, and a second polarizing unit 113 are provided in each of the lower irradiation unit 110A and the side irradiation unit 110B. Between the light source 111 and the first polarizing means 112, a diffusion plate 115 that diffuses the light emitted from the light source 111 may be provided. 110 A of lower irradiation parts have the length more than the outer diameter of the silica glass crucible 11 of a measuring object, and the side irradiation parts 110B have the length more than the height of the silica glass crucible 11 of a measuring object.

架台220の横架台221にはスライドレール223が設けられているとよい。スライドレール223には、スライドレール223に沿って水平移動可能な台座224が設けられる。測定対象のシリカガラスルツボ11は台座224の上に載置され、スライドレール223に沿って測定位置まで移動される。   A slide rail 223 may be provided on the horizontal base 221 of the base 220. The slide rail 223 is provided with a pedestal 224 that can move horizontally along the slide rail 223. The silica glass crucible 11 to be measured is placed on the pedestal 224 and moved to the measurement position along the slide rail 223.

コントローラ250は、ロボットアーム210の動作を制御する。コントローラ250は、測定対象のシリカガラスルツボの設計データ(CADデータ等)を利用して、ロボットアーム210の位置を制御し、撮像部120による撮像領域を制御する。ここで、CADデータとしては、ルツボの外径、内径、高さ(ルツボの底部11cから上端面TPまでの高さ、側壁部11aの高さ)、肉厚、曲率(底部11cからコーナ部11bの曲率)、3次元座標データ(ルツボ外表面、内表面、リム端面、有限要素法のメッシュ、ポリゴンデータなど)が挙げられる。設計データを利用することで、撮像部120とシリカガラスルツボの測定箇所との位置関係を正確に設定することができる。なお、コントローラ250には出力部130が設けられていてもよい。   The controller 250 controls the operation of the robot arm 210. The controller 250 controls the position of the robot arm 210 using the design data (CAD data or the like) of the silica glass crucible to be measured, and controls the imaging area by the imaging unit 120. Here, as the CAD data, the outer diameter, the inner diameter, and the height of the crucible (the height from the bottom portion 11c of the crucible to the upper end surface TP, the height of the side wall portion 11a), the wall thickness, and the curvature (from the bottom portion 11c to the corner portion 11b). 3 dimensional coordinate data (crucible outer surface, inner surface, rim end face, finite element mesh, polygon data, etc.). By using the design data, the positional relationship between the imaging unit 120 and the measurement location of the silica glass crucible can be accurately set. The controller 250 may be provided with the output unit 130.

<歪測定方法>
図12(a)および(b)は、ロボットアーム型歪測定システムによる歪測定方法を例示する模式図である。
図12(a)には、シリカガラスルツボ11の上端面TP側に撮像部120を配置して歪測定を行う例が示される。先ず、コントローラ250は台座224の位置を制御して、シリカガラスルツボ11を測定の基準位置に配置する。次に、コントローラ250はロボットアーム210を制御して撮像部120をシリカガラスルツボ11の上端面TPの上方に配置する。そして、撮像部120による撮像方向を下向きにする。
<Strain measurement method>
12A and 12B are schematic views illustrating a strain measurement method using a robot arm strain measurement system.
FIG. 12A shows an example in which the imaging unit 120 is disposed on the upper end surface TP side of the silica glass crucible 11 to perform strain measurement. First, the controller 250 controls the position of the pedestal 224 to place the silica glass crucible 11 at the measurement reference position. Next, the controller 250 controls the robot arm 210 to place the imaging unit 120 above the upper end surface TP of the silica glass crucible 11. Then, the imaging direction by the imaging unit 120 is set downward.

この状態で、側方照射部110Bからシリカガラスルツボ11の側壁部11aに向けて光を照射し、撮像部120によってシリカガラスルツボ11の上端面TPの映像を取り込む。撮像部120で取り込んだ映像に基づく信号は出力部130に送られる。出力部130は、撮像部120から送られた信号に基づき歪の分布を出力する。これにより、例えば図8に示すような歪の分布を得ることができる。   In this state, light is irradiated from the side irradiation unit 110 </ b> B toward the side wall part 11 a of the silica glass crucible 11, and an image of the upper end surface TP of the silica glass crucible 11 is captured by the imaging unit 120. A signal based on the video captured by the imaging unit 120 is sent to the output unit 130. The output unit 130 outputs a distortion distribution based on the signal sent from the imaging unit 120. Thereby, for example, a strain distribution as shown in FIG. 8 can be obtained.

コントローラ250は、1箇所の歪測定が終了した後、台座224を一定量回転させてシリカガラスルツボ11を所定角度回転させる。この状態で、先と同様に撮像部120によって上端面TPの映像を取り込み、出力部130によって歪の分布を出力する。この動作を繰り返すことで、シリカガラスルツボ11の上端面TPの1周分の歪の分布を自動的に得ることができる。   The controller 250 rotates the pedestal 224 by a certain amount and rotates the silica glass crucible 11 by a predetermined angle after the strain measurement at one place is completed. In this state, the image of the upper end surface TP is taken in by the imaging unit 120 and the distortion distribution is output by the output unit 130 in the same manner as before. By repeating this operation, a strain distribution for one round of the upper end surface TP of the silica glass crucible 11 can be automatically obtained.

なお、コントローラ250は、側方照射部110Bの縦方向に並ぶ複数の光源111について、全て同じ光量で照射するようにしてもよいし、いずれかの光源111の光量を他の光源111の光量よりも多くするようにしてもよい。縦方向に並ぶ複数の光源111の光量を個別に調整することで、擬似的に光源111の上下位置を調整することと等価となる。   The controller 250 may irradiate all of the light sources 111 arranged in the vertical direction of the side irradiation unit 110B with the same light amount, or the light amount of any one of the light sources 111 may be more than the light amount of the other light source 111. You may make it increase. Adjusting the light amounts of the plurality of light sources 111 arranged in the vertical direction individually is equivalent to adjusting the vertical position of the light source 111 in a pseudo manner.

図12(b)には、シリカガラスルツボ11の内表面IS側に撮像部120を配置して歪測定を行う例が示される。先ず、コントローラ250は台座224の位置を制御して、シリカガラスルツボ11を測定の基準位置に配置する。次に、コントローラ250はロボットアーム210を制御して撮像部120をシリカガラスルツボ11の内側の所定高さに配置する。そして、撮像部120による撮像方向を内表面ISと向かい合うように調整する。   FIG. 12B shows an example in which the imaging unit 120 is arranged on the inner surface IS side of the silica glass crucible 11 to perform strain measurement. First, the controller 250 controls the position of the pedestal 224 to place the silica glass crucible 11 at the measurement reference position. Next, the controller 250 controls the robot arm 210 to place the imaging unit 120 at a predetermined height inside the silica glass crucible 11. Then, the imaging direction by the imaging unit 120 is adjusted so as to face the inner surface IS.

この状態で、下方照射部110Aおよび側方照射部110Bからシリカガラスルツボ11に向けて光を照射し、撮像部120によってシリカガラスルツボ11を透過した光の映像を取り込む。撮像部120で取り込んだ映像に基づく信号は出力部130に送られる。出力部130は、撮像部120から送られた信号に基づき歪の分布を出力する。これにより、シリカガラスルツボ11の内表面IS側からみた歪の分布を得ることができる。   In this state, light is irradiated from the lower irradiation unit 110 </ b> A and the side irradiation unit 110 </ b> B toward the silica glass crucible 11, and an image of light transmitted through the silica glass crucible 11 is captured by the imaging unit 120. A signal based on the video captured by the imaging unit 120 is sent to the output unit 130. The output unit 130 outputs a distortion distribution based on the signal sent from the imaging unit 120. Thereby, the strain distribution seen from the inner surface IS side of the silica glass crucible 11 can be obtained.

コントローラ250は、1箇所の歪測定が終了した後、ロボットアーム210を制御して撮像部120の撮像領域を、先の撮像領域の下側に隣接する領域になるよう調整する。そして、この状態で、先と同様に撮像部120によって上端面TPの映像を取り込み、出力部130によって歪の分布を出力する。この動作を繰り返すことで、図13(a)に示すように、シリカガラスルツボ11の内表面ISの縦1列分の歪の分布を得ることができる。   After the distortion measurement at one location is completed, the controller 250 controls the robot arm 210 to adjust the imaging area of the imaging unit 120 to be an area adjacent to the lower side of the previous imaging area. In this state, the image of the upper end surface TP is captured by the imaging unit 120 and the distortion distribution is output by the output unit 130 in the same manner as described above. By repeating this operation, as shown in FIG. 13A, it is possible to obtain a strain distribution for one column of the inner surface IS of the silica glass crucible 11.

一例として、1つの測定領域MRの大きさを100mm×100mmとした場合、側壁部11aの上端面TPから底部11cの中心までの長さが790mmであると、縦1列分は約8個の測定領域MRが割り当てられる。つまり、縦1列分は8枚の画像で測定することができる。   As an example, when the size of one measurement region MR is 100 mm × 100 mm, if the length from the upper end surface TP of the side wall portion 11a to the center of the bottom portion 11c is 790 mm, the length of one column is about eight. A measurement area MR is assigned. In other words, one column can be measured with 8 images.

コントローラ250は、縦1列分の歪の分布を測定した後、台座224を一定量回転させてシリカガラスルツボ11を所定角度回転させる。この状態で、先と同様に撮像部120によって内表面ISの隣の縦1列分の歪の分布を得る。この動作を繰り返すことで、図13(b)に示すように、シリカガラスルツボ11の内表面ISの全周分の歪の分布を自動的に得ることができる。シリカガラスルツボ11の内表面ISの全周分の歪の分布を得ることで、シリカガラスルツボ11内の局所的な歪の分布の変化も把握することができる。   After measuring the strain distribution for one vertical column, the controller 250 rotates the pedestal 224 by a certain amount to rotate the silica glass crucible 11 by a predetermined angle. In this state, a distortion distribution for one vertical column adjacent to the inner surface IS is obtained by the imaging unit 120 as before. By repeating this operation, as shown in FIG. 13B, a strain distribution for the entire circumference of the inner surface IS of the silica glass crucible 11 can be automatically obtained. By obtaining the strain distribution for the entire circumference of the inner surface IS of the silica glass crucible 11, it is also possible to grasp the local strain distribution change in the silica glass crucible 11.

一例として、シリカガラスルツボ11の内表面ISの円周が2450mmの場合、円周方向に約25個の測定領域MRが割り当てられる。つまり、内表面ISの全周では、約200個の測定領域MRが割り当てられることから、約200枚の画像によって全周分の歪の分布を測定することができる。例えば、1枚の画像の取得に10秒要するとした場合、シリカガラスルツボ11の内表面ISの全体の歪は約34分で自動的に取得できることになる。   As an example, when the circumference of the inner surface IS of the silica glass crucible 11 is 2450 mm, about 25 measurement regions MR are assigned in the circumferential direction. That is, since about 200 measurement regions MR are allocated on the entire circumference of the inner surface IS, the distribution of distortion for the entire circumference can be measured with about 200 images. For example, if it takes 10 seconds to acquire one image, the entire distortion of the inner surface IS of the silica glass crucible 11 can be automatically acquired in about 34 minutes.

上記のようなロボットアーム型歪測定システム200による歪の測定においては、シリカガラスルツボ11のCADデータ等を利用してロボットアーム210および撮像部120の位置を制御することで、ロボットアーム210および撮像部120とシリカガラスルツボ11との干渉を避けつつ、撮像部120と測定領域との位置関係を正確かつ迅速に設定することができる。   In the strain measurement by the robot arm strain measurement system 200 as described above, the robot arm 210 and the imaging unit 120 are controlled by controlling the positions of the robot arm 210 and the imaging unit 120 using the CAD data of the silica glass crucible 11 and the like. The positional relationship between the imaging unit 120 and the measurement region can be set accurately and quickly while avoiding interference between the unit 120 and the silica glass crucible 11.

<位相差分布測定>
図14(a)および(b)は、位相差分布を測定する撮像部の例を示す模式図である。
図14に示す撮像部120は、受光部121の画素ごとに方向を持った偏光素子122Bを備える。図14(b)に示すように、偏光素子122Bは、受光部121の各画素に対応した偏光方向を有する。この例では、縦または横に隣接する2つの画素に対応した偏光方向が互いに45度ずれている。したがって、偏光素子122Bは、縦横2×2画素に対応して45度ずつ相違する4つの偏光方向を有することになる。
<Phase difference distribution measurement>
14A and 14B are schematic diagrams illustrating an example of an imaging unit that measures the phase difference distribution.
The imaging unit 120 illustrated in FIG. 14 includes a polarization element 122B having a direction for each pixel of the light receiving unit 121. As illustrated in FIG. 14B, the polarization element 122 </ b> B has a polarization direction corresponding to each pixel of the light receiving unit 121. In this example, the polarization directions corresponding to two pixels that are adjacent vertically or horizontally are deviated from each other by 45 degrees. Accordingly, the polarizing element 122B has four polarization directions that differ by 45 degrees corresponding to 2 × 2 pixels in the vertical and horizontal directions.

この撮像部120を用いることで、画素毎の位相差の測定を行うことができ、縦横2×2画素を1単位とした位相差分布を得ることができる。   By using this imaging unit 120, the phase difference for each pixel can be measured, and a phase difference distribution with 2 × 2 pixels in the vertical and horizontal directions as one unit can be obtained.

図15(a)および(b)は、位相差分布の測定例を示す図である。
図15(a)には、256画素×256画素に対応した受光部121および偏光素子122Bによって受光した位相差分布画像が示される。位相差を濃淡や色によって表すことで、位相差分布を視覚的に認識することができる。
FIGS. 15A and 15B are diagrams showing measurement examples of the phase difference distribution.
FIG. 15A shows a phase difference distribution image received by the light receiving unit 121 and the polarizing element 122B corresponding to 256 pixels × 256 pixels. By expressing the phase difference by shading or color, the phase difference distribution can be visually recognized.

また、図15(b)には、図15(a)に示す位相差分布画像に対応した位相差数値が示される。受光部121の各画素で取り込んだ信号の強度(輝度情報)によって、その画素に対応した偏光素子122Bの偏光方向との位相差が得られる。すなわち、信号の強度を得ることで、位相差の数値が得られる。位相差を数値で得ることによって、歪の分布を定量的に解析することができる。例えば、歪の標準偏差や歪の総和といった統計処理を容易に行うことができる。図15(a)に示す位相差の濃淡、図15(b)に示す位相差の数値の表示は位相差マップの一例である。位相差マップは、所定領域の歪の分布図であり、図15(a)に示す例では所定領域における歪の大きさの違いが濃淡のパターンで表される。   FIG. 15B shows phase difference values corresponding to the phase difference distribution image shown in FIG. Based on the intensity (luminance information) of the signal captured by each pixel of the light receiving unit 121, the phase difference from the polarization direction of the polarizing element 122B corresponding to the pixel is obtained. That is, the numerical value of the phase difference can be obtained by obtaining the signal strength. By obtaining the phase difference numerically, the strain distribution can be quantitatively analyzed. For example, statistical processing such as standard deviation of distortion and total distortion can be easily performed. The display of the shade of the phase difference shown in FIG. 15A and the numerical value of the phase difference shown in FIG. 15B are examples of the phase difference map. The phase difference map is a distribution map of distortion in a predetermined area. In the example shown in FIG. 15A, the difference in the magnitude of distortion in the predetermined area is represented by a shading pattern.

また、図14に示す撮像部120の構成を図11に示すロボットアーム型歪測定システム200に適用することで、図13(a)に示すようなシリカガラスルツボ11の内表面ISの縦1列分の歪の分布を位相差マップとして得ることができる。また、図13(b)に示すようなシリカガラスルツボ11の全周分の歪の分布を位相差マップとして得ることもできる。すなわち、ロボットアーム型歪測定システム200によって、2次元および3次元の位相差マップを得ることができる。   Further, by applying the configuration of the imaging unit 120 shown in FIG. 14 to the robot arm type strain measurement system 200 shown in FIG. 11, a vertical row of the inner surface IS of the silica glass crucible 11 as shown in FIG. The distortion distribution of the minute can be obtained as a phase difference map. Further, a strain distribution for the entire circumference of the silica glass crucible 11 as shown in FIG. 13B can be obtained as a phase difference map. That is, the robot arm type strain measurement system 200 can obtain two-dimensional and three-dimensional phase difference maps.

<引き上げ装置>
図16は、本実施形態に係るシリコン単結晶の製造装置である引き上げ装置の全体構成を示す模式図である。
引き上げ装置500の外観を形成するチャンバ510の内部には、シリコン融液23を収容するルツボCRが設けられ、このルツボCRの外側を覆うようにカーボンサセプタ520が設けられる。引き上げ装置500で使用されるルツボCRは、本実施形態に係るシリカガラスルツボ11である。カーボンサセプタ520は鉛直方向に平行な支持軸530の上端に固定される。カーボンサセプタ520に嵌合したルツボCRは、カーボンサセプタ520とともに支持軸530によって所定の方向に回転するとともに、シリコン融液の液面を炉内のヒータ540に対して一定の高さに制御できるように(温度勾配が一定となるように)、上下方向に移動可能になっている。
<Pulling device>
FIG. 16 is a schematic diagram showing an overall configuration of a pulling apparatus which is a silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment.
A crucible CR that accommodates the silicon melt 23 is provided inside the chamber 510 that forms the appearance of the pulling device 500, and a carbon susceptor 520 is provided so as to cover the outside of the crucible CR. The crucible CR used in the pulling device 500 is the silica glass crucible 11 according to this embodiment. The carbon susceptor 520 is fixed to the upper end of the support shaft 530 parallel to the vertical direction. The crucible CR fitted to the carbon susceptor 520 is rotated in a predetermined direction by the support shaft 530 together with the carbon susceptor 520, and the liquid level of the silicon melt can be controlled to a constant height with respect to the heater 540 in the furnace. (So that the temperature gradient is constant), it can move up and down.

ルツボCRおよびカーボンサセプタ520の外周面はヒータ540により囲まれている。ヒータ540は、さらに保温筒550により包囲される。シリコン単結晶の育成における原料溶解の過程では、ヒータ540の加熱によりルツボCR内に充填された高純度の多結晶シリコン原料が加熱、溶解されてシリコン融液23になる。   The outer peripheral surfaces of the crucible CR and the carbon susceptor 520 are surrounded by a heater 540. The heater 540 is further surrounded by a heat insulating cylinder 550. In the raw material melting process in the growth of the silicon single crystal, the high-purity polycrystalline silicon raw material filled in the crucible CR by heating the heater 540 is heated and melted to form the silicon melt 23.

引き上げ装置500のチャンバ510の上端部には引上げ手段560が設けられる。この引上げ手段560にはルツボCRの回転中心に向かって垂下されたワイヤケーブル561が取り付けられ、ワイヤケーブル561を巻き取りまたは繰り出す引上げ用モータ(図示せず)が配備される。ワイヤケーブル561の下端には種結晶24が取り付けられる。引き上げ中、種結晶24は回転し、成長とともにシリコン単結晶25(インゴット)も回転する。   A lifting means 560 is provided at the upper end of the chamber 510 of the lifting device 500. The pulling means 560 is provided with a wire cable 561 hanging down toward the rotation center of the crucible CR, and a pulling motor (not shown) for winding or feeding the wire cable 561 is provided. The seed crystal 24 is attached to the lower end of the wire cable 561. During the pulling, the seed crystal 24 rotates, and the silicon single crystal 25 (ingot) also rotates with the growth.

育成中のシリコン単結晶25を囲繞するように、シリコン単結晶25と保温筒550との間に円筒状の熱遮蔽部材570が設けられる。熱遮蔽部材570は、コーン部571と、フランジ部572とを有する。このフランジ部572を保温筒550に取り付けることにより熱遮蔽部材570が所定位置(ホットゾーン)に配置される。育成されるシリコン単結晶25のボディ部の直径は、表面切削後において例えば450mmにできるように、引上げ時には削り代を含めて最大で約465mm程度である。この際、本発明のシリカガラスルツボを使用した場合は、引き上げ時のシリカガラスルツボの変形が防止できるため、カーボンサセプタ520、熱遮蔽部材570の寸法と取り付けのクリアランスが広くなる。   A cylindrical heat shield member 570 is provided between the silicon single crystal 25 and the heat insulating cylinder 550 so as to surround the silicon single crystal 25 being grown. The heat shielding member 570 includes a cone portion 571 and a flange portion 572. By attaching the flange portion 572 to the heat insulating cylinder 550, the heat shielding member 570 is disposed at a predetermined position (hot zone). The diameter of the body part of the silicon single crystal 25 to be grown is about 465 mm at the maximum including the cutting allowance when it is pulled up so that it can be set to 450 mm after surface cutting, for example. At this time, when the silica glass crucible of the present invention is used, deformation of the silica glass crucible at the time of pulling up can be prevented, so that the dimensions and mounting clearance of the carbon susceptor 520 and the heat shielding member 570 are widened.

引き上げ装置500では、ルツボCRの周囲をカーボンサセプタ520で覆った状態でヒータ540によってルツボCRの加熱が行われる。近年ではルツボCRの直径が32インチ以上と大きくなっており、多結晶シリコン原料を溶解するために約1500℃から1600℃程度に加熱される。この際、ルツボCR加熱によって膨張するが、周囲をカーボンサセプタ520で覆われているため外側には膨張できず、開口している上側へと膨張する。   In the pulling device 500, the crucible CR is heated by the heater 540 in a state where the periphery of the crucible CR is covered with the carbon susceptor 520. In recent years, the diameter of the crucible CR has increased to 32 inches or more and is heated to about 1500 ° C. to 1600 ° C. in order to dissolve the polycrystalline silicon raw material. At this time, it expands due to the crucible CR heating, but cannot be expanded outward because the periphery is covered with the carbon susceptor 520, and expands upward to the open side.

ルツボCRとして本実施形態に係るシリカガラスルツボ11では、第1領域R1および第2領域R2ともに側壁部11aの上下方向に実質的に一様な歪の領域が連続することから、加熱時にルツボCRの膨張があっても亀裂、割れ、剥離、内側への倒れ等を起こすことなく安定した形状を維持することができる。   In the silica glass crucible 11 according to the present embodiment as the crucible CR, since the region of substantially uniform strain continues in the vertical direction of the side wall portion 11a in both the first region R1 and the second region R2, the crucible CR is heated. A stable shape can be maintained without causing cracks, cracks, delamination, inward collapse, and the like.

ここで、シリコン単結晶引き上げ中のルツボCRと、ホットゾーンであるコーン部571との隙間Dは、なるべく狭くする必要がある。すなわち、ヒータ540からの熱を効率よくルツボCRの中心部まで到達させ、固液界面を約1420℃に加熱するために、例えば32インチ以上の大口径のルツボCRでは隙間Dを、例えば30mm〜40mm程度と狭くする必要がある。また、シリコン単結晶引き上げが進むと、ルツボCR中のシリコン融液が減少する。そこでシリコン融液の液面を炉内のヒータ540に対して一定の高さにするためにルツボCRが上昇すると、コーン部571とルツボCRとの隙間Dは狭くなっていく。このような状況で、もしルツボCRの内側への倒れが発生すると、ルツボCRが熱遮蔽部材570(コーン部571)に接触することになる。   Here, the gap D between the crucible CR that is pulling up the silicon single crystal and the cone portion 571 that is a hot zone needs to be as narrow as possible. That is, in order to efficiently reach the center of the crucible CR from the heater 540 and to heat the solid-liquid interface to about 1420 ° C., for example, a crucible CR having a large diameter of 32 inches or more has a gap D of, for example, 30 mm to It needs to be as narrow as about 40 mm. Further, as the silicon single crystal pulling progresses, the silicon melt in the crucible CR decreases. Therefore, when the crucible CR is raised in order to make the silicon melt level constant with respect to the heater 540 in the furnace, the gap D between the cone portion 571 and the crucible CR becomes narrower. In such a situation, if the crucible CR falls inside, the crucible CR comes into contact with the heat shielding member 570 (cone portion 571).

シリコン単結晶25の引き上げ中において、ルツボCRは回転していることから、ルツボCRの内側への倒れが発生して直胴部が回転しながら熱遮蔽部材570に接触すると、熱遮蔽部材570やルツボCRの破損に繋がる。熱遮蔽部材570が破損すると、シリコン単結晶25の引き上げを中止せざるを得ない、また、ルツボCRが破損した場合にはシリコン融液の漏れに繋がり、引き上げ装置が破損し、高額かつ長期間の修理が必要になる。
また、シリコン融液の液面とコーン部571との高さHの制御は、シリコン単結晶25の固液界面付近の温度勾配を制御する上で非常に重要であり、0.1mm単位で制御する必要がある(非特許文献1参照)。
Since the crucible CR is rotating while the silicon single crystal 25 is being pulled up, if the inward collapse of the crucible CR occurs and the straight body portion rotates and contacts the heat shielding member 570, the heat shielding member 570 or The crucible CR will be damaged. When the heat shielding member 570 is broken, the pulling of the silicon single crystal 25 must be stopped, and when the crucible CR is broken, it leads to leakage of the silicon melt, and the pulling device is broken. Repair is required.
The control of the height H between the silicon melt surface and the cone portion 571 is very important in controlling the temperature gradient in the vicinity of the solid-liquid interface of the silicon single crystal 25, and is controlled in units of 0.1 mm. (See Non-Patent Document 1).

ルツボCRの変形が発生すると、ルツボCRの容積の変化によって液面の位置が変わり、高さHが変化してしまい、結晶品質(結晶の直径、結晶中の欠陥等)の低下を招き、結晶の歩留まりが悪くなる。   When deformation of the crucible CR occurs, the position of the liquid surface changes due to the change in the volume of the crucible CR, and the height H changes, leading to a decrease in crystal quality (crystal diameter, defects in the crystal, etc.) Yield is worse.

また、冷却ガスは、図中矢印Fに示すように、シリコン単結晶25とコーン部571との間から高さHに示す部分を通り、隙間Dを介して外側へ流れていく。したがって、隙間Dや高さHが変わると、冷却ガスの流速が変わってしまい、設定された温度勾配が変化してしまうことによって結晶品質の低下を招くことになる。   Further, as shown by an arrow F in the figure, the cooling gas flows outside through the gap D through the portion indicated by the height H from between the silicon single crystal 25 and the cone portion 571. Therefore, when the gap D or the height H changes, the flow rate of the cooling gas changes, and the set temperature gradient changes, leading to a decrease in crystal quality.

このルツボCRの倒れや変形が抑制されることで、ルツボCRと熱遮蔽部材570との接触が回避され、また、設定された温度勾配によって引き上げを行うことができ、結晶品質の優れたシリコン単結晶25を製造することができる。よって、シリコン単結晶の製造歩留まりの向上を図ることができる。   By suppressing the crucible CR from falling or deforming, contact between the crucible CR and the heat shielding member 570 can be avoided, and the silicon can be pulled up by the set temperature gradient, and the silicon single crystal having excellent crystal quality can be obtained. Crystal 25 can be manufactured. Therefore, the production yield of the silicon single crystal can be improved.

<シリコン単結晶の製造方法>
図17(a)〜(c)は、本実施形態に係るシリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する模式図である。
図17(a)に示すように、シリコン単結晶の引き上げ時には、シリカガラスルツボ11内に多結晶シリコンを充填し、この状態でシリカガラスルツボ11の周囲に配置されたヒータで多結晶シリコンを加熱して熔融させる。これにより、シリコン融液23を得る。この際、本発明のシリカガラスルツボを用いることにより、充填中のルツボの破損を防止することができる。
<Method for producing silicon single crystal>
FIGS. 17A to 17C are schematic views illustrating a method for producing a silicon single crystal using the silica glass crucible according to the present embodiment.
As shown in FIG. 17A, when pulling up the silicon single crystal, the silica glass crucible 11 is filled with polycrystalline silicon, and in this state, the polycrystalline silicon is heated by a heater disposed around the silica glass crucible 11. And melt. Thereby, the silicon melt 23 is obtained. At this time, by using the silica glass crucible of the present invention, the crucible during filling can be prevented from being damaged.

シリコン融液23の体積は、多結晶シリコンの質量によって定まる。したがって、シリコン融液23の液面23aの初期の高さ位置H0は、多結晶シリコンの質量とシリカガラスルツボ11の内表面の三次元形状によって決まる。すなわち、シリカガラスルツボ11の内表面の三次元形状が定まると、シリカガラスルツボ11の任意の高さ位置までの容積が特定され、これにより、シリコン融液23の液面23aの初期の高さ位置H0が決定される。   The volume of the silicon melt 23 is determined by the mass of polycrystalline silicon. Therefore, the initial height position H 0 of the liquid surface 23 a of the silicon melt 23 is determined by the mass of the polycrystalline silicon and the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible 11. That is, when the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible 11 is determined, the volume up to an arbitrary height position of the silica glass crucible 11 is specified, whereby the initial height of the liquid surface 23a of the silicon melt 23 is determined. The position H0 is determined.

シリコン融液23の液面23aの初期の高さ位置H0が決定された後は、種結晶24の先端を高さ位置H0まで下降させてシリコン融液23に接触させる。そして、ワイヤケーブル561を回転させながらゆっくりと引き上げることによって、シリコン単結晶25を成長させる。この際、シリカガラスルツボ11は、ワイヤケーブル561の回転とは反対に回転される。   After the initial height position H0 of the liquid surface 23a of the silicon melt 23 is determined, the tip of the seed crystal 24 is lowered to the height position H0 and brought into contact with the silicon melt 23. Then, the silicon single crystal 25 is grown by slowly pulling up the wire cable 561 while rotating it. At this time, the silica glass crucible 11 is rotated opposite to the rotation of the wire cable 561.

図17(b)に示すように、シリコン単結晶25の直胴部(直径が一定の部位)を引き上げているときに、液面23aがシリカガラスルツボ11の側壁部11aに位置している場合には、一定の速度で引き上げると液面23aの降下速度Vmはほぼ一定になるので、引き上げの制御は容易である。   As shown in FIG. 17B, when the liquid surface 23 a is located on the side wall portion 11 a of the silica glass crucible 11 when the straight body portion (the portion having a constant diameter) of the silicon single crystal 25 is pulled up. In this case, if the liquid surface 23a is pulled up at a constant speed, the descending speed Vm of the liquid surface 23a becomes almost constant, so that the control of the pulling up is easy.

しかし、図17(c)に示すように、液面23aがシリカガラスルツボ11のコーナ部11bに到達すると、液面23aの下降に伴ってその面積が急激に縮小するので、液面23aの降下速度Vmが急激に大きくなる。降下速度Vmは、コーナ部11bの内表面形状に依存している。   However, as shown in FIG. 17 (c), when the liquid level 23a reaches the corner 11b of the silica glass crucible 11, the area rapidly decreases as the liquid level 23a descends. The speed Vm increases rapidly. The descending speed Vm depends on the inner surface shape of the corner portion 11b.

シリカガラスルツボ11の内表面の三次元形状を正確に測定しておくことで、コーナ部11bの内表面形状が分かり、したがって、降下速度Vmがどのように変化するのかを正確に予測することができる。そして、この予測に基づいて、シリコン単結晶25の引き上げ速度等の引き上げ条件が決定される。この際、本実施形態のシリカガラスルツボ11を使用することにより、予測した形状から変形することが少ないので、降下速度Vmの予測精度がより向上する。これにより、コーナ部11bにおいても有転移化を防止し、かつ引き上げを自動化することが可能になる。   By accurately measuring the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible 11, the inner surface shape of the corner portion 11b can be known, and therefore, how the descent speed Vm changes can be accurately predicted. it can. Based on this prediction, pulling conditions such as the pulling speed of the silicon single crystal 25 are determined. At this time, since the silica glass crucible 11 of the present embodiment is used, the predicted accuracy of the descending speed Vm is further improved because the silica glass crucible 11 is hardly deformed from the predicted shape. Thereby, it is possible to prevent the transition from occurring in the corner portion 11b and to automate the pulling-up.

本実施形態に係るシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶25の引き上げ時にシリカガラスルツボ11の加熱による変形(側壁部11aの倒れ、歪み、底部11cの盛り上がりなど)が抑制されるため、シリカガラスルツボ11の内表面の三次元形状から求めた液面23aの降下速度Vmのずれが抑制され、結晶化率の高いシリコン単結晶25を歩留まり良く製造することが可能になる。なお、アルゴン雰囲気、減圧下(約660Pa〜13kPa程度)にてシリコン単結晶の引き上げは行なわれている。   In the method for producing a silicon single crystal according to the present embodiment, since the silica glass crucible 11 is prevented from being deformed by the heating of the silica glass crucible 11 when the silicon single crystal 25 is pulled up (such as falling of the side wall portion 11a, distortion, rising of the bottom portion 11c). The deviation of the descending speed Vm of the liquid surface 23a obtained from the three-dimensional shape of the inner surface of the glass crucible 11 is suppressed, and the silicon single crystal 25 having a high crystallization rate can be manufactured with a high yield. The silicon single crystal is pulled up in an argon atmosphere and under reduced pressure (about 660 Pa to 13 kPa).

<シリコン単結晶のインゴット>
図18は、シリコン単結晶のインゴットを例示する模式図である。
シリコン単結晶のインゴット600は、本発明のシリカガラスルツボ11を引き上げ装置500にセットして、上記のシリコン単結晶の製造方法によって引き上げることで製造される。シリカガラスルツボ11は、例えば本実施形態に係る歪測定装置100で測定されている。
<Silicon single crystal ingot>
FIG. 18 is a schematic view illustrating a silicon single crystal ingot.
The silicon single crystal ingot 600 is manufactured by setting the silica glass crucible 11 of the present invention in the pulling device 500 and pulling it up by the above-described silicon single crystal manufacturing method. The silica glass crucible 11 is measured by, for example, the strain measuring apparatus 100 according to the present embodiment.

インゴット600は、種結晶24側の肩部610と、肩部610から連続する直胴部620と、直胴部620から連続する尾部630とを有する。なお、インゴット600において種結晶24は除去されている場合もある。肩部610の径は、種結晶24側から直胴部620にかけて漸増する。直胴部620の径はほぼ一定である。尾部630の径は、直胴部620から離れるに従い漸減していく。   The ingot 600 includes a shoulder 610 on the seed crystal 24 side, a straight body 620 continuous from the shoulder 610, and a tail 630 continuous from the straight body 620. In some cases, the seed crystal 24 is removed from the ingot 600. The diameter of the shoulder portion 610 gradually increases from the seed crystal 24 side to the straight body portion 620. The diameter of the straight body 620 is substantially constant. The diameter of the tail 630 gradually decreases as the distance from the straight body 620 increases.

インゴット600の品質は、引き上げを行うシリカガラスルツボ11の品質と密接に関連する。例えば、シリカガラスルツボ11の不純物(例えば、ガラス中の不純物金属元素)や異物の混入は、インゴット600におけるシリコン単結晶の有転位化に繋がる。また、シリカガラスルツボ11の内表面の滑らかさ(見た目で分かるような凹凸)、表面付近の気泡の量、大きさによっては、ルツボ表面の欠け、気泡の割れ、潰れによるシリコン内への微小な破片(ルツボから剥離した粒子など)がシリコン融液へ脱落すると、これがインゴット中に混入して有転位化することに繋がる。   The quality of the ingot 600 is closely related to the quality of the silica glass crucible 11 to be pulled up. For example, the contamination of the silica glass crucible 11 (for example, an impurity metal element in the glass) or foreign matter leads to dislocation of the silicon single crystal in the ingot 600. Further, depending on the smoothness of the inner surface of the silica glass crucible 11 (unevenness that can be seen by appearance), the amount and size of bubbles near the surface, minute cracks in the silicon due to chipping of the crucible surface, cracking of the bubbles, and crushing. When debris (particles peeled off from the crucible) falls into the silicon melt, this mixes in the ingot and leads to dislocation.

また、インゴット600の品質は、インゴット600の製造における引き上げ制御にも大きく左右される。以下に、インゴット600の品質と引き上げ制御との関係の具体例を説明する。
図19(a)〜(c)は引き上げ制御を説明する模式図である。
図19(a)に示すように、シリコン単結晶の成長速度をVg、シリコン単結晶の引き上げ速度をV、シリコン融液の液面の低下速度をVm、ルツボの上昇速度をC、とした場合、次の関係が成り立つ。
Vg=V+Vm−C
In addition, the quality of the ingot 600 greatly depends on the pulling control in manufacturing the ingot 600. Below, the specific example of the relationship between the quality of the ingot 600 and raising control is demonstrated.
FIGS. 19A to 19C are schematic diagrams for explaining the pull-up control.
As shown in FIG. 19A, when the growth rate of the silicon single crystal is Vg, the pulling rate of the silicon single crystal is V, the lowering rate of the silicon melt is Vm, and the rising rate of the crucible is C. The following relationship holds.
Vg = V + Vm-C

このうち液面低下速度Vmは、ルツボ内容積とシリコン単結晶の成長速度Vgとの関数fによって決まる(図19(b)参照)。従来の技術においては、この関数fを用いた計算によって液面低下速度Vmを求めている。また、引き上げ速度Vおよびルツボ上昇速度Cは引き上げ装置の条件として既知であるため、これによりシリコン単結晶の成長速度Vg=V+Vm−Cを求めている。   Among these, the liquid level lowering speed Vm is determined by a function f of the crucible inner volume and the silicon single crystal growth speed Vg (see FIG. 19B). In the conventional technique, the liquid level lowering speed Vm is obtained by calculation using this function f. Further, since the pulling speed V and the crucible rising speed C are known as the conditions of the pulling apparatus, the silicon single crystal growth speed Vg = V + Vm−C is obtained thereby.

しかしながら、実際の引き上げにおいては、高温に曝されるためルツボの内面形状が変形し、内容積も変化することになる(図19(c)参照)。引き上げ装置では、シリカガラスルツボはカーボンサセプタに内挿される。したがって、シリカガラスルツボの外周面はカーボンサセプタに嵌合している状態になる。このため、シリカガラスルツボは外側には変形せず、内側のみに変形することになる。ルツボの内容積が変化してしまうと、液面低下速度Vmの計算が不正確になってしまい、シリコン単結晶の成長速度Vgを正確に定めることができなくなる。この成長速度Vgは、結晶欠陥の発生における重要な要素である。したがって、成長速度Vgを正確に制御できないと、インゴット600の品質に大きな影響を与えることになる。   However, in actual pulling up, the inner shape of the crucible is deformed due to exposure to high temperature, and the internal volume is also changed (see FIG. 19C). In the pulling device, the silica glass crucible is inserted into the carbon susceptor. Therefore, the outer peripheral surface of the silica glass crucible is in a state of being fitted to the carbon susceptor. For this reason, the silica glass crucible is not deformed outward but deformed only inward. If the internal volume of the crucible changes, the calculation of the liquid level lowering speed Vm becomes inaccurate, and the silicon single crystal growth speed Vg cannot be determined accurately. This growth rate Vg is an important factor in the generation of crystal defects. Therefore, if the growth rate Vg cannot be accurately controlled, the quality of the ingot 600 is greatly affected.

シリコン融液液面位置のルツボ内半径をR、シリコン単結晶(インゴット)の直径をr、シリコン融液の密度をρL、シリコン単結晶の密度をρsとすると、液面がルツボ直胴部にある場合、以下の式が成り立つ。
Vg=ρL/ρs・(R/r)・Vm
Vg/Vm=ρL/ρs・(R/r)=k
If the inner radius of the crucible at the position of the silicon melt liquid surface is R, the diameter of the silicon single crystal (ingot) is r, the density of the silicon melt is ρL, and the density of the silicon single crystal is ρs, the liquid surface is in the crucible straight body. In some cases, the following equation holds:
Vg = ρL / ρs · (R / r) 2 · Vm
Vg / Vm = ρL / ρs · (R / r) 2 = k

ルツボの内側の半径の変動率をαとすると、以下の式が成り立つ。
Vg=ρL/ρs・(αR/r)・Vm
Vg=α・{ρL/ρs・(αR/r)・Vm}
When the variation rate of the inner radius of the crucible is α, the following equation is established.
Vg = ρL / ρs · (αR / r) 2 · Vm
Vg = α 2 · {ρL / ρs · (αR / r) 2 · Vm}

このことから、Vgのずれにはαの2乗が寄与する。したがって、Rが1%変動すると、Vgは約2%変動することになる。   From this, the square of α contributes to the deviation of Vg. Therefore, if R varies by 1%, Vg varies by about 2%.

R=0.797m、r=0.3m、ρL=2570kg/m、ρs=2300kg/mとすると、k=7.95、1/k=0.126となる。
例えば、シリコンウェーハの厚さ1mm分に相当するシリコン単結晶(インゴット)を製造する場合、シリコン融液の液面の低下は0.126mmとなる。インゴットからシリコンウェーハを切り出す際の切断幅(ブレード等の幅)や切り出した後の研磨を考慮すると、シリコンウェーハの厚さは700μm〜800μm程度となる。インゴットのどこを切り出してもCOPが実質的にゼロとなるようにするためには、インゴットの直胴部の全域において、COPが実質的にゼロとなるようにする必要がある。また、後述する3次元構造の半導体デバイスなど、構造部がシリコンウェーハの厚さの1/10〜1/100以下の範囲に収まる場合、シリコン単結晶の引き上げにおいては、シリコンウェーハの厚さの1/10〜1/100以下の引き上げ制御(COPを実質的にゼロにするための引き上げ制御)が必要である。この場合、シリコン融液の液面の低下をコントロールするためには、0.01mm以下の精度のコントロールする必要がある。
Assuming that R = 0.797 m, r = 0.3 m, ρL = 2570 kg / m 3 , and ρs = 2300 kg / m 3 , k = 7.95 and 1 / k = 0.126.
For example, when a silicon single crystal (ingot) corresponding to a thickness of 1 mm of a silicon wafer is manufactured, the drop in the silicon melt level is 0.126 mm. Considering the cutting width (width of a blade or the like) when cutting a silicon wafer from an ingot and polishing after cutting, the thickness of the silicon wafer is about 700 μm to 800 μm. In order to make the COP substantially zero no matter where the ingot is cut, it is necessary to make the COP substantially zero in the entire area of the straight body portion of the ingot. In addition, when the structure portion falls within a range of 1/10 to 1/100 or less of the thickness of the silicon wafer, such as a semiconductor device having a three-dimensional structure to be described later, in the pulling of the silicon single crystal, the thickness of the silicon wafer is 1 A pulling control of / 10 to 1/100 or less (pulling control for making COP substantially zero) is necessary. In this case, in order to control the decrease in the liquid level of the silicon melt, it is necessary to control the accuracy of 0.01 mm or less.

このように、シリカガラスルツボ11の内側の径が1%変動すると、シリコン単結晶の成長速度Vgは2%変動することになる。また、シリカガラスルツボ11のコーナ部11bにおけるシリコン融液の液面の低下速度Vmは、シリカガラスルツボ11の直胴部におけるシリコン融液の液面の低下速度よりも高くなる。したがって、ルツボ内径の変動が液面低下の変動に与える影響は、ルツボ直胴部よりもコーナ部11bのほうが大きい。 Thus, if the inner diameter of the silica glass crucible 11 varies by 1%, the growth rate Vg of the silicon single crystal varies by 2%. Moreover, the rate of decrease Vm of the silicon melt at the corner portion 11b of the silica glass crucible 11 is higher than the rate of decrease of the level of the silicon melt at the straight body portion of the silica glass crucible 11. Therefore, the influence of the fluctuation of the inner diameter of the crucible on the fluctuation of the liquid level is larger in the corner portion 11b than in the straight body portion of the crucible.

本実施形態では、実際に引き上げに使用するシリカガラスルツボ11の厚さ方向における内部残留応力を正確に測定できるため、この内部残留応力と、使用後のルツボ内径の変化との関係(操業実績に基づくルツボ内径変動量のシミュレーション)によって、使用前(シリコン単結晶の引き上げを行う前)のシリカガラスルツボ11の段階で、使用中のルツボの内径変動量を推定することができる。これにより、従来技術のように、全くルツボの変形を考慮しない場合に比べ、シリコン単結晶の成長速度Vgの目標値からのずれを低減することができ、インゴット600の直胴部620の全長にわたり欠陥を抑制(実質的にゼロに)することができる。   In this embodiment, since the internal residual stress in the thickness direction of the silica glass crucible 11 actually used for pulling can be accurately measured, the relationship between the internal residual stress and the change in the inner diameter of the crucible after use (in terms of operation results) Based on the simulation of the fluctuation amount of the inner diameter of the crucible based on this, the inner diameter fluctuation amount of the crucible in use can be estimated at the stage of the silica glass crucible 11 before use (before the silicon single crystal is pulled up). This makes it possible to reduce the deviation from the target value of the growth rate Vg of the silicon single crystal compared to the case where the deformation of the crucible is not considered at all as in the conventional technique, and the entire length of the straight body portion 620 of the ingot 600 can be reduced. Defects can be suppressed (substantially zero).

図20は、ルツボの内径の変動量を示す図である。
図20において横軸はルツボの内径の変動量を示し、縦軸はルツボの底部からの高さを示している。
図20のプロットは測定値である。また、線Lは、各高さでの測定値の平均を繋いだものである。
線Lで示すように、ルツボ内径の変動(すなわち、ルツボ内容積の変動)が平均的に起こることが分かる。本実施形態のように、ルツボの内面形状を基準にシリコン単結晶の上昇速度Aを変えればシリコン単結晶の全長にわたって欠陥のできない範囲に収まるようシリコン単結晶の成長速度Vgをコントロールすることが可能になる。
一方、従来技術では、CZ単結晶育成中のフィードバック制御を、ADC(自動直径制御)と液面制御との組み合わせのみで行っている。すなわち、従来技術では、実際の使用におけるルツボの形状については全く考慮されておらず、しかもルツボの形状変化を正確に把握できていないため、シリコン単結晶の引き上げにおいて成長速度Vgを正確にコントロールすることができない。すなわち、従来技術では、上記のような液面降下速度Vmが0.01mm以下の精度に対応したVgのコントロールには全く対応しておらず、半導体デバイス、特に3次元構造のデバイスの性能を十分に引き出すためのシリコン単結晶(インゴット)を製造することができるシリカガラスルツボにはなっていない。
FIG. 20 is a diagram showing a variation amount of the inner diameter of the crucible.
In FIG. 20, the horizontal axis indicates the amount of variation in the inner diameter of the crucible, and the vertical axis indicates the height from the bottom of the crucible.
The plot of FIG. 20 is a measured value. Moreover, the line L connects the average of the measured value in each height.
As shown by line L, it can be seen that fluctuations in the inner diameter of the crucible (that is, fluctuations in the crucible internal volume) occur on average. As in this embodiment, if the rising speed A of the silicon single crystal is changed based on the shape of the inner surface of the crucible, it is possible to control the growth rate Vg of the silicon single crystal so that the entire length of the silicon single crystal is within a defect-free range. become.
On the other hand, in the prior art, feedback control during CZ single crystal growth is performed only by a combination of ADC (automatic diameter control) and liquid level control. That is, in the prior art, the shape of the crucible in actual use is not taken into consideration at all, and the shape change of the crucible cannot be accurately grasped, so that the growth rate Vg is accurately controlled in pulling up the silicon single crystal. I can't. In other words, the conventional technology does not correspond to the Vg control corresponding to the accuracy of the liquid level lowering velocity Vm of 0.01 mm or less as described above, and the performance of the semiconductor device, particularly the device of the three-dimensional structure is sufficient. It is not a silica glass crucible that can produce a silicon single crystal (ingot) to be drawn out.

ここで、今までのルツボの製造履歴・検査結果・使用結果からルツボの挙動をシミュレーション技術によって推定することは可能である(ルツボの挙動の例)。ここからルツボの変形について以下のことが分かる。
(1)肉厚が薄めの部分での変動量が大きい。
(2)重量の大きいルツボほど変形量が多い。
(3)外径の小さいルツボほど内面の変形量が大きい。
(4)偏心している部分での変形量が多い。
(5)カーボンサセプタの対称形でない部分でルツボの変形が生じやすい。
(6)シリカガラスルツボはセラミックでもあり、ルツボ内周面は完全な真円にはなっていない。
Here, it is possible to estimate the behavior of the crucible from the production history, inspection results, and use results of the crucible so far by simulation technology (example of crucible behavior). From this, the following can be understood about the deformation of the crucible.
(1) The amount of fluctuation is large in the thin part.
(2) The amount of deformation increases as the weight of the crucible increases.
(3) The amount of deformation of the inner surface increases as the crucible has a smaller outer diameter.
(4) The amount of deformation in the eccentric part is large.
(5) The crucible is likely to be deformed at a non-symmetrical portion of the carbon susceptor.
(6) The silica glass crucible is also ceramic, and the inner peripheral surface of the crucible is not a perfect circle.

上記のように、Vg=V+Vm−Cによってシリコン単結晶の成長速度Vgを制御するためには、ルツボの情報を正確に把握していることが必要である。したがって、過去からのすべてのルツボの情報を関連づけて記録しておき、検索可能な状態にしておくことが望まれる。   As described above, in order to control the growth rate Vg of the silicon single crystal by Vg = V + Vm−C, it is necessary to accurately grasp the crucible information. Therefore, it is desirable to record all crucible information from the past in association with each other so that they can be searched.

また、シリコン単結晶の成長速度(Vg)と、固液界面付近での引き上げ軸方向の温度勾配(G)との関係を規定することがインゴット600の結晶欠陥の発生を抑制する上で重要となる。ここで、引き上げ軸方向の温度勾配(G)は、固体側よりも融液側の方が高い(言い換えると、融液側よりも固体側の方が低い)。また、引き上げ軸と直交する方向(径方向)の面内(径方向の断面の面内)の温度勾配は一定である。   It is also important to regulate the relationship between the growth rate (Vg) of the silicon single crystal and the temperature gradient (G) in the pulling axis direction near the solid-liquid interface in order to suppress the occurrence of crystal defects in the ingot 600. Become. Here, the temperature gradient (G) in the pulling axis direction is higher on the melt side than on the solid side (in other words, lower on the solid side than on the melt side). In addition, the temperature gradient in the plane (in the radial direction) perpendicular to the pulling axis (in the radial plane) is constant.

本発明のシリカガラスルツボ11は、シリコン単結晶の引き上げの際の変形や倒れが抑制されるため、シリコン融液の液面と熱遮蔽部材の先端との高さHを安定させることができる。このようなシリカガラスルツボ11を用いてシリコン単結晶の引き上げを行い、得られたインゴット600においては、直胴部620における結晶欠陥は実質的にゼロである。例えば、直胴部620におけるCOP(Crystal Originated Particle)が実質的にゼロとなる。COPは、結晶欠陥の一つで、単結晶の格子点にシリコン原子がない(空孔が集まった)微細な欠陥のことを言う。COPがあることで、半導体装置の電気的特性(リーク電流、抵抗値分布、キャリア移動度など)を劣化させる原因となる。   The silica glass crucible 11 of the present invention can stabilize the height H between the surface of the silicon melt and the tip of the heat shielding member, since deformation and collapse of the silicon single crystal are suppressed. In the ingot 600 obtained by pulling up the silicon single crystal using such a silica glass crucible 11, the crystal defects in the straight body 620 are substantially zero. For example, the COP (Crystal Originated Particle) in the straight body 620 is substantially zero. COP is one of crystal defects and is a fine defect in which silicon atoms are not present at lattice points of a single crystal (holes are collected). The presence of the COP causes deterioration of electrical characteristics (leakage current, resistance value distribution, carrier mobility, etc.) of the semiconductor device.

ここで、COPの発生について説明する。
図21は、ボロンコフ理論に基づいて各種の欠陥が発生する状況を説明する模式図である。
図21に示すように、ボロンコフ理論では、引き上げ速度をV(mm/min)、インゴット(シリコン単結晶)の固液界面近傍における引き上げ軸方向の温度勾配をG(℃/mm)としたとき、それらの比であるV/Gを横軸にとり、空孔型点欠陥の濃度と格子間シリコン型点欠陥の濃度を同一の縦軸にとって、V/Gと点欠陥濃度との関係を模式的に表現している。そして、空孔型点欠陥の発生する領域と格子間シリコン型点欠陥の発生する領域の境界となる臨界点が存在することを示している。
Here, generation of COP will be described.
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a situation in which various defects occur based on the Boronkov theory.
As shown in FIG. 21, in the Boronkov theory, when the pulling speed is V (mm / min) and the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the ingot (silicon single crystal) is G (° C./mm), The relationship between V / G and point defect concentration is schematically shown with the ratio V / G being the horizontal axis and the concentration of vacancy type point defects and the concentration of interstitial silicon type point defects being the same vertical axis. expressing. It is shown that there is a critical point that becomes a boundary between a region where a vacancy type point defect occurs and a region where an interstitial silicon type point defect occurs.

V/Gが臨界点を下回ると、格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢な単結晶が育成される。V/Gが臨界点より小さい(V/G)Iを下回る範囲では、単結晶内で格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン点欠陥の凝集体が存在する領域[I]が出現する。   When V / G falls below the critical point, a single crystal having a dominant interstitial silicon point defect concentration is grown. In a range where V / G is less than the critical point (V / G) I, the interstitial silicon type point defects are dominant in the single crystal, and the region where the aggregate of interstitial silicon point defects exists [I ] Appears.

一方V/Gが臨界点を上回ると、空孔型点欠陥濃度が優勢な単結晶が育成される。V/Gが臨界点より大きい(V/G)vを上回る範囲では、単結晶内で空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域[V]が出現し、COPが発生する。   On the other hand, when V / G exceeds the critical point, a single crystal having a dominant vacancy point defect concentration is grown. In a range where V / G is greater than the critical point (V / G) v, a region where vacancy type point defects are dominant in the single crystal and agglomerates of vacancy type point defects exist [V] Appears and COP occurs.

図22は、単結晶育成時の引き上げ速度と欠陥分布との関係を示す模式図である。
図22に示す欠陥分布は、引き上げ速度Vを徐々に低下させながらシリコン単結晶を育成し、育成した単結晶を中心軸(引き上げ軸)に沿って切断して板状試片とし、その表面の欠陥の発生状況を示したものである。欠陥分布は、板状試片の表面にCuデコレーションさせ、熱処理を施した後、その板状試片をX線トポグラフ法により観察し、欠陥の発生状況を評価した結果である。
FIG. 22 is a schematic diagram showing the relationship between the pulling rate and the defect distribution during single crystal growth.
The defect distribution shown in FIG. 22 is that a silicon single crystal is grown while gradually lowering the pulling speed V, and the grown single crystal is cut along a central axis (pulling axis) to form a plate-shaped specimen. It shows the occurrence of defects. The defect distribution is a result of evaluating the occurrence of defects by decorating Cu on the surface of the plate-shaped specimen and performing heat treatment, then observing the plate-shaped specimen by the X-ray topograph method.

図22に示すように、引き上げ速度を高速にして育成を行った場合、単結晶の引き上げ軸方向と直交する面内全域にわたり、空孔型点欠陥の凝集体(COP)が存在する領域[V]が発生する。引き上げ速度を低下させていくと、単結晶の外周部からOSF領域がリング状に出現する。このOSF領域は、引き上げ速度の低下に伴ってその径が次第に縮小し、引き上げ速度がV1になると消滅する。これに伴い、OSF領域に代わって無欠陥領域[P](領域[PV])が出現し、単結晶の面内全域が無欠陥領域[P]で占められる。そして、引き上げ速度がVまでに低下すると、格子間シリコン型点欠陥の凝集体(LD)が存在する領域[I]が出現し、ついには無欠陥領域[P](領域[PI])に代わって単結晶の面内全域が領域[I]で占められる。As shown in FIG. 22, when the growth is performed at a high pulling speed, a region [VOPs of vacancy-type point defects (COP) exist over the entire in-plane region perpendicular to the pulling axis direction of the single crystal [V ] Occurs. When the pulling speed is decreased, the OSF region appears in a ring shape from the outer peripheral portion of the single crystal. The diameter of the OSF region gradually decreases as the pulling speed decreases, and disappears when the pulling speed becomes V1. Accordingly, a defect-free region [P] (region [PV]) appears instead of the OSF region, and the entire in-plane area of the single crystal is occupied by the defect-free region [P]. When the pulling rate is reduced to V 2 , a region [I] where interstitial silicon-type point defect aggregates (LD) are present appears, and finally appears in a defect-free region [P] (region [PI]). Instead, the entire in-plane area of the single crystal is occupied by the region [I].

本実施形態において、上記に示すCOPが実質的にゼロとは、COPの検出数が実質的に0個であることをいう。COPはパーティクルカウンタによって検出される。パーティクルカウンタでは0.020μm以上のパーティクルがウェーハ表面(半導体デバイス形成面)に30個以下しか検出されない場合に実質的に0個となる。本明細書において「0.020μmのCOP」とは、例えばTencor社製のSPシリーズ、またはこの装置と同等性能を有する半導体用およびシリコンウェーハ用のパーティクルカウンタ装置で測定した場合に、0.020μmのパーティクルサイズとして検出されるCOPのことをいう。   In the present embodiment, the above-mentioned COP is substantially zero means that the number of detected COPs is substantially zero. COP is detected by a particle counter. In the particle counter, when the number of particles of 0.020 μm or more is detected only 30 or less on the wafer surface (semiconductor device forming surface), the number is substantially zero. In this specification, “0.020 μm COP” means, for example, 0.020 μm when measured with the SP series manufactured by Tencor or the particle counter device for semiconductors and silicon wafers having the same performance as this device. A COP detected as a particle size.

上記説明したように、直胴部620のCOPが実質的にゼロとなるインゴット600は、例えば直径300mm、厚さ約1mmにスライスされてシリコンウェーハとなる。インゴット600から切り出したシリコンウェーハを用いて製造した半導体装置では、電気的特性の安定化、劣化抑制を図ることができる。   As described above, the ingot 600 in which the COP of the straight body portion 620 is substantially zero is sliced into, for example, a diameter of 300 mm and a thickness of about 1 mm to form a silicon wafer. In a semiconductor device manufactured using a silicon wafer cut out from the ingot 600, electrical characteristics can be stabilized and deterioration can be suppressed.

なお、COPを検出する方法はパーティクルカウンタ以外であってもよい。例えば、表面欠陥検査装置を用いる方法、ウェーハの表面に所定厚さの酸化膜を形成した後、外部電圧を印加して、ウェーハ表面の欠陥部位で酸化膜を破壊するとともに銅を析出させ、この析出した銅を肉眼、透過電子顕微鏡(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)などで観察することにより欠陥(COP)を検出する方法などが挙げられる。インゴット600の直胴部620では、このような検出方法ではCOPが検出されない(実質的にゼロとなる)。   The method for detecting COP may be other than the particle counter. For example, a method using a surface defect inspection apparatus, after forming an oxide film of a predetermined thickness on the surface of a wafer, applying an external voltage to destroy the oxide film at the defective portion of the wafer surface and deposit copper, Examples include a method of detecting defects (COP) by observing the deposited copper with the naked eye, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), and the like. In the straight body 620 of the ingot 600, COP is not detected by such a detection method (substantially becomes zero).

本発明のインゴット600におけるより好ましい形態は、直胴部620の全てにおいて、ベーカンシーと呼ばれる点欠陥(空孔)が凝集した領域(COPが存在するV−Rich領域)がなく、OSF(Oxidation Induced Stacking Fault)が検出されず、インタースティシャルと呼ばれる格子間型の点欠陥が存在する領域(I−Rich領域)がないこと、すなわち直胴部620の全てがニュートラル領域になっていることである。ここで、ニュートラル領域は、欠陥が全くない領域のほか、僅かにベーカンシーやインタースティシャルが含まれていても凝集した欠陥として存在しないか、検出不可能なほど小さい領域を含む。   A more preferable form of the ingot 600 according to the present invention is that there is no region where point defects (vacancies) called vacancy are aggregated (V-Rich region where COP exists) in all the straight body portions 620, and OSF (Oxidation Induced Stacking). Fault) is not detected, and there is no region (I-Rich region) where interstitial point defects called interstitial exist, that is, all of the straight body portion 620 is a neutral region. Here, the neutral region includes not only a region having no defects, but also a region that does not exist as an agglomerated defect or is so small that it cannot be detected even if a slight vacancy or interstitial is included.

このように、直胴部620の結晶欠陥がゼロになっていることで、インゴット600から切り出したウェーハを用いて製造した半導体装置の電気的特性の安定化および劣化抑制を図ることができる。   As described above, since the crystal defects in the straight body portion 620 are zero, the electrical characteristics of the semiconductor device manufactured using the wafer cut out from the ingot 600 can be stabilized and the deterioration can be suppressed.

<ホモエピタキシャルウェーハ>
また、このウェーハを基板部としたホモエピタキシャルウェーハ(以下、単に「エピタキシャルウェーハ」とも言う。)を構成してもよい。図23は、エピタキシャルウェーハを例示する模式断面図である。エピタキシャルウェーハ700は、インゴット600から切り出したウェーハの基板部710と、基板部710の上に設けられたシリコン単結晶のエピタキシャル層720と、を備えている。本実施形態において、エピタキシャル層720はシリコンのホモエピタキシャル層である。エピタキシャル層720の厚さは、約0.5μm〜20μmである。
<Homoepitaxial wafer>
Further, a homoepitaxial wafer (hereinafter also simply referred to as “epitaxial wafer”) using this wafer as a substrate portion may be configured. FIG. 23 is a schematic cross-sectional view illustrating an epitaxial wafer. The epitaxial wafer 700 includes a wafer substrate portion 710 cut out from the ingot 600, and a silicon single crystal epitaxial layer 720 provided on the substrate portion 710. In this embodiment, the epitaxial layer 720 is a silicon homoepitaxial layer. The thickness of the epitaxial layer 720 is about 0.5 μm to 20 μm.

エピタキシャルウェーハ700の製造方法の一例を示す。先ず、基板部710をエピタキシャル炉の中で約1200℃まで加熱する。次に、炉内に気化した四塩化珪素(SiCl)、三塩化シラン(トリクロルシラン、SiHCl)を流す。これにより、基板部710の表面上にシリコン単結晶の膜が気相成長(エピタキシャル成長)し、エピタキシャル層720が形成される。An example of the manufacturing method of the epitaxial wafer 700 is shown. First, the substrate unit 710 is heated to about 1200 ° C. in an epitaxial furnace. Next, vaporized silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and trichlorosilane (trichlorosilane, SiHCl 3 ) are flowed into the furnace. Thus, a silicon single crystal film is vapor-phase grown (epitaxial growth) on the surface of the substrate portion 710, and an epitaxial layer 720 is formed.

結晶欠陥が実質的にゼロであるインゴット600から切り出したウェーハを用いてエピタキシャルウェーハ700を構成することにより、結晶欠陥が実質的にゼロとなるエピタキシャル層720を形成することができる。   By forming the epitaxial wafer 700 using a wafer cut out from the ingot 600 having substantially zero crystal defects, the epitaxial layer 720 having substantially zero crystal defects can be formed.

近年、半導体集積回路の微細化が進み、従来のプレーナ型トランジスタでは限界に近づいてきている。そこで、Fin型のFET(フィン型電界効果トランジスタ)構造と呼ばれているトランジスタが提唱されるようになった(例えば、特許文献21、22参照)。
従来のプレーナ型では、シリコンウェーハ表面の内部に、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)構造が構成される。
プレーナ型では、ソース、ドレインを2次元的に構成している。ところが、Fin型のFETは、シリコン表面の上層にFINと呼ばれるチャネル領域を有し、シリコンウェーハと接しており三次元構造のMOSFETとなっている。
プレーナ型はゲート長で微細化を進めたが、Fin型のFETではフィン(Fin)幅を最少寸法として管理される。フィン幅が20nm程度、つまりCOPと同程度のFin型FETもある。
そこで、フィン(Fin)直下のシリコンウェーハの表面品質として、COPのサイズを極限まで低減することを求められている。
このような3次元構造は、Fin型FETのほか、3次元NAND型のフラッシュメモリでも採用される。
このような半導体デバイスを製造するためには、品質を向上させたホモエピタキシャルウェーハが要望されている。
シリコンウェーハを用いてホモエピタキシャル層を成膜する際、シリコンウェーハのCOPのサイズをより小さく、より少なくする必要がある。シリコンウェーハ上のCOPを抑制するために熱処理する方法もあるが、シリコン単結晶のインゴットの段階でCOPを実質的にゼロにするために、引き上げ時におけるシリコン融液のコントロールをすることが重要である。本願発明者らは、シリコン融液の液面変動とシリカガラスルツボとの関係に着目して、シリコン融液をコントロールできることを見出した。
In recent years, miniaturization of semiconductor integrated circuits has progressed, and the limits of conventional planar transistors are approaching. Accordingly, a transistor called a Fin-type FET (fin-type field effect transistor) structure has been proposed (see, for example, Patent Documents 21 and 22).
In the conventional planar type, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) structure is formed inside the silicon wafer surface.
In the planar type, the source and drain are two-dimensionally configured. However, the Fin-type FET has a channel region called FIN in the upper layer of the silicon surface and is in contact with the silicon wafer to form a three-dimensional MOSFET.
The planar type has been miniaturized by the gate length, but in the Fin type FET, the fin width is managed as the minimum dimension. There is also a Fin type FET having a fin width of about 20 nm, that is, about the same as COP.
Therefore, it is required to reduce the size of the COP to the limit as the surface quality of the silicon wafer directly under the fin.
Such a three-dimensional structure is adopted not only in a Fin type FET but also in a three-dimensional NAND type flash memory.
In order to manufacture such a semiconductor device, a homoepitaxial wafer with improved quality is desired.
When forming a homoepitaxial layer using a silicon wafer, the size of the COP of the silicon wafer needs to be smaller and smaller. Although there is a heat treatment method to suppress COP on the silicon wafer, it is important to control the silicon melt at the time of pulling in order to make COP substantially zero at the ingot stage of the silicon single crystal. is there. The inventors of the present application have found that the silicon melt can be controlled by paying attention to the relationship between the liquid level fluctuation of the silicon melt and the silica glass crucible.

なお、エピタキシャル層720は、基板部710の表面の全面に形成されていても、部分的に形成されていてもよい。これにより、結晶の完全性が求められる場合や、抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合に対応できる高品質なエピタキシャルウェーハ700を提供することができる。   The epitaxial layer 720 may be formed on the entire surface of the substrate portion 710 or may be partially formed. As a result, it is possible to provide a high-quality epitaxial wafer 700 that can be used when crystal integrity is required or when a multilayer structure with different resistivity is required.

<ルツボ製造からシリコン単結晶製品製造までの工程>
図24は、ルツボ製造からウェーハ製造までの工程を例示するフローチャートである。
図24に示すステップS201〜S206まではルツボの製造工程であり、ステップS207〜S214まではインゴットの製造工程であり、ステップS215〜S221まではシリコンウェーハの製造工程であり、ステップS222〜S227まではエピタキシャルウェーハの製造工程である。
<Process from crucible manufacturing to silicon single crystal product manufacturing>
FIG. 24 is a flowchart illustrating the steps from crucible manufacturing to wafer manufacturing.
Steps S201 to S206 shown in FIG. 24 are crucible manufacturing processes, steps S207 to S214 are ingot manufacturing processes, steps S215 to S221 are silicon wafer manufacturing processes, and steps S222 to S227 are the same. It is a manufacturing process of an epitaxial wafer.

ステップS201〜S214に示すルツボ製造からインゴット製造までの一連の工程を、ルツボ−インゴット製造工程と言うことにする。
ステップS201〜S221に示すルツボ製造からシリコンウェーハ製造までの一連の工程を、ルツボ−シリコンウェーハ製造工程と言うことにする。
ステップS201〜S227に示すルツボ製造からエピタキシャルウェーハ製造までの一連の工程を、ルツボ−エピウェーハ製造工程と言うことにする。
A series of processes from crucible production to ingot production shown in steps S201 to S214 will be referred to as crucible-ingot production processes.
A series of processes from crucible production to silicon wafer production shown in steps S201 to S221 will be referred to as a crucible-silicon wafer production process.
A series of processes from crucible manufacturing to epitaxial wafer manufacturing shown in steps S201 to S227 will be referred to as a crucible-epiwafer manufacturing process.

ルツボ−インゴット製造工程、ルツボ−シリコンウェーハ製造工程およびルツボ−エピウェーハ製造工程のそれぞれにおいて、一貫した製造条件の制御および品質管理を行うため、本実施形態では、各工程を一括管理する一貫制御システムが用いられる。   In this embodiment, in order to perform consistent manufacturing condition control and quality control in each of the crucible-ingot manufacturing process, the crucible-silicon wafer manufacturing process, and the crucible-epi wafer manufacturing process, an integrated control system that collectively manages each process is provided in this embodiment. Used.

本実施形態では、ルツボ製造に起因してシリコン単結晶製品(インゴット、シリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ)の品質までを想定した生産管理を一貫制御システムが用いられる。   In this embodiment, an integrated control system is used for production management that assumes the quality of silicon single crystal products (ingots, silicon wafers, epitaxial wafers) due to crucible manufacturing.

従来では、例えばシリコン単結晶の引き上げによってインゴットを製造する場合、ADC(自動直径制御)で直胴部の直径を一定に制御している。直径約300mmの直胴部を全長2000mmまで引き上げる時間は、0.5mm/分として約4000分必要となる。また、シリコンインゴット製造における全体としては、(1)シリカガラスルツボへの多結晶シリコンの充填時にシリカガラスルツボが割れないように慎重に装填する作業、(2)多結晶シリコンの溶融、(3)Dashネッキング(転位除去)工程、(4)シリコンインゴットの肩部の形成、(5)直胴部全長2000mmの引き上げ、(6)シリコンインゴットに転位が入らないようにテール絞りを行い、(7)炉を冷却してシリコンインゴットの回収、を行う。このような一連の処理を行い、直径300mm、直胴部の全長2000mmのシリコンインゴットを1本製造するためには、約7日程度を費やすことになる。   Conventionally, for example, when an ingot is manufactured by pulling up a silicon single crystal, the diameter of the straight body portion is controlled to be constant by ADC (automatic diameter control). The time required for pulling up the straight body having a diameter of about 300 mm to a total length of 2000 mm is about 4000 minutes as 0.5 mm / min. In addition, as a whole in the production of silicon ingots, (1) an operation of carefully loading the silica glass crucible so that the silica glass crucible does not break when filling the silica glass crucible, (2) melting of the polycrystalline silicon, (3) Dash necking (dislocation removal) process, (4) forming the shoulder of the silicon ingot, (5) lifting the total length of the straight body part to 2000 mm, (6) tail tailing to prevent dislocation from entering the silicon ingot, (7) The furnace is cooled and the silicon ingot is recovered. In order to manufacture a single silicon ingot having a diameter of 300 mm and a total length of 2000 mm by performing such a series of processes, it takes about 7 days.

この間の制御は、主に引き上げ速度と重量の関係のみで、直胴部の直径の一定、全長でのCOPフリーの引き上げを目指している。引き上げにおいて重要なシリコン融液の液面とコーン部571との高さHは、引き上げ速度が速いと高く、引き上げ速度が遅いと低くなる。従来では、高さHの制御を引き上げ装置ごとの個体差とオペレータの経験で行っている。   The control during this time is mainly based on the relationship between the pulling speed and the weight, and aims at COP-free pulling over the entire length of the straight body with a constant diameter. The height H between the surface of the silicon melt important for pulling and the cone portion 571 is high when the pulling speed is high, and is low when the pulling speed is slow. Conventionally, the height H is controlled based on the individual difference for each lifting device and the experience of the operator.

本実施形態では、ルツボの内面変形量を予測することによって、引き上げ時の高さHをより一定に制御できるようにしている。すなわち、引き上げ装置においてルツボはカーボンサセプタ520内に収められ、多結晶シリコンの充填によって例えば500kgの重量となる。また、引き上げ中のルツボは約1600℃の高温となり、シリコン融液によって外側に押され、カーボンサセプタ520との隙間がなくなる。カーボンサセプタ520は変形しないため、結果としてルツボはカーボンサセプタ520からの反力で内側に変形しやすくなる。   In the present embodiment, the height H at the time of pulling up can be controlled more uniformly by predicting the amount of inner surface deformation of the crucible. That is, in the pulling device, the crucible is housed in the carbon susceptor 520, and becomes a weight of, for example, 500 kg due to the filling of polycrystalline silicon. In addition, the crucible being pulled becomes a high temperature of about 1600 ° C. and is pushed outward by the silicon melt, and the gap with the carbon susceptor 520 disappears. Since the carbon susceptor 520 is not deformed, as a result, the crucible is easily deformed inward by a reaction force from the carbon susceptor 520.

本実施形態の一貫制御システムでは、今まで使用してきたルツボの製造履歴・使用前の内部残留応力の測定結果、使用後の形状変化などの情報を蓄積し、引き上げ装置、引き上げ条件との関係から、引き上げ時のルツボの挙動、変形を使用前に事前に計算しておく。これにより、予測される引き上げ中のルツボの変形から、ルツボの内容積の変動が分かり、引き上げ中の高さHを厳密に制御することができる。したがって、結晶欠陥が実質的にゼロとなるインゴットの製造、このインゴットからのシリコンウェーハの製造、およびこのシリコンウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造へと一貫した制御を行うことが可能となる。   The integrated control system of the present embodiment accumulates information such as the manufacturing history of the crucible used so far, the measurement result of the internal residual stress before use, the shape change after use, etc. Calculate the behavior and deformation of the crucible when it is pulled up before use. Thereby, the deformation | transformation of the crucible internal volume can be known from the deformation | transformation of the crucible during raising to be estimated, and the height H during raising can be strictly controlled. Therefore, it is possible to perform consistent control to manufacture an ingot in which crystal defects are substantially zero, manufacture a silicon wafer from the ingot, and manufacture an epitaxial wafer using the silicon wafer.

以上説明したように、実施形態によれば、シリカガラスルツボ11の内部残留応力を正確に測定することができる。   As described above, according to the embodiment, the internal residual stress of the silica glass crucible 11 can be accurately measured.

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。   Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to these examples. For example, those in which the person skilled in the art appropriately added, deleted, and changed the design of each of the above-described embodiments, and combinations of the features of each embodiment as appropriate, also have the gist of the present invention. As long as they are within the scope of the present invention.

11…シリカガラスルツボ
11a…側壁部
11b…コーナ部
11c…底部
13…透明層
15…非透明層
20…カーボンモールド
21…通気孔
23…シリコン融液
23a…液面
24…種結晶
25…シリコン単結晶
30…アーク電極
100…歪測定装置
110…発光部
110A…下方照射部
110B…側方照射部
111…光源
112…第1偏光手段
113…第2偏光手段
115…拡散板
120…撮像部
121…受光部
122…第3偏光手段
122B…偏光素子
123…第4偏光手段
130…出力部
200…ロボットアーム型歪測定システム
201…第1シリカ粉
202…第2シリカ粉
210…ロボットアーム
220…架台
221…横架台
222…縦架台
223…スライドレール
224…台座
250…コントローラ
500…引き上げ装置
510…チャンバ
520…カーボンサセプタ
530…支持軸
540…ヒータ
550…保温筒
560…引上げ手段
561…ワイヤケーブル
570…熱遮蔽部材
571…コーン部
572…フランジ部
600…インゴット
610…肩部
620…直胴部
630…尾部
700…エピタキシャルウェーハ
710…基板部
720…エピタキシャル層
CR…ルツボ
H0…高さ位置
IS…内表面
MR…測定領域
R1…第1領域
R2…第2領域
TP…上端面
V…引き上げ速度
Vg…成長速度
Vm…降下速度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Silica glass crucible 11a ... Side wall part 11b ... Corner part 11c ... Bottom part 13 ... Transparent layer 15 ... Non-transparent layer 20 ... Carbon mold 21 ... Vent 23 ... Silicon melt 23a ... Liquid surface 24 ... Seed crystal 25 ... Single silicon Crystal 30 ... Arc electrode 100 ... Strain measuring device 110 ... Light emitting unit 110A ... Downward irradiation unit 110B ... Side irradiation unit 111 ... Light source 112 ... First polarizing means 113 ... Second polarizing means 115 ... Diffuser 120 ... Imaging unit 121 ... Light receiving unit 122 ... third polarizing means 122B ... polarizing element 123 ... fourth polarizing means 130 ... output unit 200 ... robot arm type strain measuring system 201 ... first silica powder 202 ... second silica powder 210 ... robot arm 220 ... stand 221 ... Horizontal base 222 ... Vertical base 223 ... Slide rail 224 ... Base 250 ... Controller 500 ... Lifting device 510 ... 520 ... Carbon susceptor 530 ... Support shaft 540 ... Heater 550 ... Insulating cylinder 560 ... Pulling means 561 ... Wire cable 570 ... Heat shielding member 571 ... Cone part 572 ... Flange part 600 ... Ingot 610 ... Shoulder part 620 ... Straight body part 630 ... tail 700 ... epitaxial wafer 710 ... substrate part 720 ... epitaxial layer CR ... crucible H0 ... height position IS ... inner surface MR ... measurement region R1 ... first region R2 ... second region TP ... upper end surface V ... lifting speed Vg ... Growth speed Vm ... Descent speed

Claims (14)

円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定装置であって、
前記側壁部の側方に配置され、偏光光を前記側壁部に向けて照射する発光部と、
前記側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、
前記撮像部で取り込んだ前記映像に基づき前記シリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、
を備えたシリカガラスルツボの歪測定装置。
Strain measurement for measuring strain of a silica glass crucible comprising a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. A device,
A light emitting part that is arranged on the side of the side wall part and irradiates polarized light toward the side wall part;
An imaging unit that captures an image corresponding to polarized light on the upper end surface of the side wall;
An output unit that outputs a distribution of strain of the silica glass crucible based on the image captured by the imaging unit;
A strain measuring device for a silica glass crucible provided with
前記発光部は、
光源と、
前記光源から出射された光から直線偏光成分を取り出す第1偏光手段と、
前記第1偏光手段を介して取り出された直線偏光成分の光を回転偏光成分の光に変換する第2偏光手段と、
を含む請求項1記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
The light emitting unit
A light source;
First polarizing means for extracting a linearly polarized light component from the light emitted from the light source;
Second polarizing means for converting light of the linearly polarized light component extracted through the first polarizing means into light of a rotationally polarized light component;
The apparatus for measuring strain of a silica glass crucible according to claim 1, comprising:
前記撮像部は、
受光部と、
前記受光部と、前記側壁部の前記上端面との間に設けられ、直線偏光成分よりも回転偏光成分の光を多く透過する第3偏光手段と、
を含む請求項2記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
The imaging unit
A light receiver;
A third polarizing means provided between the light receiving portion and the upper end surface of the side wall portion, and transmits more light of a rotationally polarized component than a linearly polarized component;
The strain measuring apparatus for a silica glass crucible according to claim 2, comprising:
測定対象となるシリカガラスルツボを載置する台座を有する架台をさらに備え、
前記発光部は前記架台に設けられ、
前記撮像部は移動可能に設けられた、
請求項1〜3のいずれか1つに記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
It further comprises a gantry having a pedestal on which the silica glass crucible to be measured is placed,
The light emitting unit is provided on the gantry,
The imaging unit is provided movably,
The strain measuring apparatus for a silica glass crucible according to any one of claims 1 to 3.
前記撮像部を移動可能に支持するアームと、
前記シリカガラスルツボの設計データを利用して前記アームの位置を制御し、前記撮像部による撮像領域を制御するコントローラと、
をさらに備えた請求項4記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
An arm that movably supports the imaging unit;
A controller for controlling the position of the arm using design data of the silica glass crucible, and controlling an imaging region by the imaging unit;
The apparatus for measuring strain of a silica glass crucible according to claim 4, further comprising:
前記台座、前記発光部および前記撮像部を制御するコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記シリカガラスルツボと前記撮像部との相対的な位置を移動して撮像することを繰り返すことで、前記シリカガラスルツボの全周分の歪を測定する、請求項4記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
A controller for controlling the pedestal, the light emitting unit, and the imaging unit;
5. The silica according to claim 4, wherein the controller measures distortion of the entire circumference of the silica glass crucible by repeating imaging by moving a relative position between the silica glass crucible and the imaging unit. Glass crucible strain measuring device.
前記コントローラは、前記シリカガラスルツボの少なくとも前記上端面の1周分の歪を測定する制御を行う請求項6記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。   The strain measuring apparatus for a silica glass crucible according to claim 6, wherein the controller performs control to measure strain for at least one round of the upper end surface of the silica glass crucible. 前記コントローラは、前記シリカガラスルツボの内表面の全体の歪を測定する制御を行う請求項6記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。   The apparatus for measuring strain of a silica glass crucible according to claim 6, wherein the controller performs control for measuring strain of the entire inner surface of the silica glass crucible. 前記撮像部を移動可能に支持するアームをさらに備え、
前記コントローラは、前記シリカガラスルツボの設計データを利用して前記アームの位置を制御し、前記撮像部による撮像領域を制御する請求項6記載のシリカガラスルツボの歪測定装置。
An arm that movably supports the imaging unit;
The strain measurement apparatus for a silica glass crucible according to claim 6, wherein the controller controls the position of the arm using design data of the silica glass crucible to control an imaging region by the imaging unit.
円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えシリカガラスルツボであって、歪測定装置で測定された前記シリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記歪測定装置は、
前記側壁部の側方に配置され、偏光光を前記側壁部に向けて照射する発光部と、
前記側壁部の上端面の偏光光に応じた映像を取り込む撮像部と、
前記撮像部で取り込んだ前記映像に基づき前記シリカガラスルツボの歪の分布を出力する出力部と、を備え、
前記シリカガラスルツボは、
前記歪測定装置の前記出力部から出力された前記分布として、
前記側壁部の厚さ方向において内表面から途中まで設けられた第1領域と、
前記側壁部の厚さ方向において前記第1領域よりも外側に設けられ、前記第1領域とは異なる歪分布を有する第2領域と、を備え、
前記シリコン単結晶を製造する方法は、
前記シリカガラスルツボ内にシリコン材料を投入して溶融する工程と、
前記シリカガラスルツボ内に保持されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる工程と、を備えたシリコン単結晶の製造方法。
A silica glass crucible comprising a cylindrical side wall part, a curved bottom part, and a corner part provided between the side wall part and the bottom part and having a curvature higher than the curvature of the bottom part, and a strain measuring device A method for producing a silicon single crystal using the silica glass crucible measured in
The strain measuring device includes:
A light emitting part that is arranged on the side of the side wall part and irradiates polarized light toward the side wall part;
An imaging unit that captures an image corresponding to polarized light on the upper end surface of the side wall;
An output unit that outputs a strain distribution of the silica glass crucible based on the image captured by the imaging unit; and
The silica glass crucible is
As the distribution output from the output unit of the strain measuring device,
A first region provided from the inner surface to the middle in the thickness direction of the side wall,
A second region provided outside the first region in the thickness direction of the side wall and having a strain distribution different from the first region;
The method for producing the silicon single crystal is:
Adding a silicon material into the silica glass crucible and melting it;
And a step of pulling up the silicon single crystal from the silicon melt held in the silica glass crucible.
円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪を測定する歪測定方法であって、
測定対象となるシリカガラスルツボに発光部から偏光光を照射する工程と、
前記シリカガラスルツボに照射された前記偏光光に応じた映像を撮像部で取り込む工程と、
前記撮像部によって所定の測定領域の撮像を行い、前記シリカガラスルツボと前記撮像部との相対的な位置を移動して次の測定領域の撮影を行うことを繰り返すことで、前記シリカガラスルツボの側壁部の全周分の歪を測定する工程と、
を備えたシリカガラスルツボの歪測定方法。
Strain measurement for measuring strain of a silica glass crucible comprising a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion provided between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature higher than the curvature of the bottom portion. A method,
Irradiating the silica glass crucible to be measured with polarized light from the light emitting part;
Capturing an image corresponding to the polarized light applied to the silica glass crucible with an imaging unit;
By imaging the predetermined measurement area by the imaging unit, moving the relative position of the silica glass crucible and the imaging unit and repeating the imaging of the next measurement area, the silica glass crucible Measuring the distortion of the entire circumference of the side wall,
Method for measuring strain of silica glass crucible provided with
円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えるシリカガラスルツボの歪の分布を表す位相差マップであって、
前記シリカガラスルツボの所定の領域に入射した偏光の透過によって生じる位相差を前記領域の位置に対応付けして濃淡または数値で表示した位相差マップ。
A position representing the distribution of strain of a silica glass crucible comprising a cylindrical side wall, a curved bottom, and a corner provided between the side wall and the bottom and having a curvature higher than the curvature of the bottom. A phase difference map,
A phase difference map in which a phase difference caused by transmission of polarized light incident on a predetermined region of the silica glass crucible is displayed in a shade or numerical value in association with the position of the region.
円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に設けられ前記底部の曲率よりも高い曲率を有するコーナ部と、を備えシリカガラスルツボであって、歪測定装置で測定された前記シリカガラスルツボを用いて引き上げられたシリコン単結晶のインゴットであって、
前記インゴットは、
肩部と、
前記肩部から連続する直胴部と、
前記直胴部から連続する尾部と、を有し、
前記直胴部の結晶欠陥が実質的にゼロである、インゴット。
A silica glass crucible comprising a cylindrical side wall part, a curved bottom part, and a corner part provided between the side wall part and the bottom part and having a curvature higher than the curvature of the bottom part, and a strain measuring device A silicon single crystal ingot pulled up using the silica glass crucible measured in
The ingot is
Shoulder and
A straight body continuous from the shoulder;
A tail portion continuous from the straight body portion,
An ingot in which the crystal defects in the straight body portion are substantially zero.
請求項13記載のシリコン単結晶のインゴットを用いたウェーハによる基板部と、
前記基板部の上に設けられたシリコン単結晶のホモエピタキシャル層と、を備えたホモエピタキシャルウェーハ。



A substrate portion by a wafer using the silicon single crystal ingot according to claim 13;
A homoepitaxial wafer comprising a silicon single crystal homoepitaxial layer provided on the substrate part.



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