KR101198030B1

KR101198030B1 - 석영 유리 도가니용 마개와 석영 유리 도가니 및 그 취급 방법

Info

Publication number: KR101198030B1
Application number: KR1020100020379A
Authority: KR
Inventors: 마사루 사토; 마사미 오하라
Original assignee: 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2012-11-06
Also published as: US9260795B2; JP2010208874A; CN101831691A; EP2228468B1; KR20100101535A; US20100226747A1; EP2228468A1; TW201033417A; JP5032523B2; US20130014474A1; TWI413714B

Abstract

도가니 원료분말의 도가니 내면 침입을 방지할 수 있는 방법에 의해, 석영 유리 도가니 내에의 이물질 침입을 도가니의 실제 사용시까지 확실히 방지하여, 오염되지 않는 상태에서의 도가니 취급을 가능하게 한다. 석영 유리 도가니의 개구부에 장착하는 마개로서, 상기 개구부의 내주 단부에 밀착하는 주연 장착부를 가지는 마개를 도가니에 장착한다.

Description

석영 유리 도가니용 마개와 석영 유리 도가니 및 그 취급 방법{Closure for silica glass crucible, silica glass crucible and method of handling the same}

본 발명은 석영 유리 도가니, 그 중에서 단결정 실리콘 제조의 인상 공정에 사용하는 석영 유리 도가니에 관한 것으로, 특히 제조된 석영 유리 도가니의 보관중이나 반송중에 해당 도가니 내면에 이물질이 침입하는 것을 방지하는 구조에 관한 것이다.

단결정 실리콘을 제조하는 데 있어서, 그 원료인 다결정 실리콘의 용융에 이용하는 석영 유리 도가니는 그 제조 후에 세정을 거쳐서 검사하고, 합격품은 포장 등을 하여 출하하는 것이 일반적이다.

그런데, 반도체 재료의 고순도화에 수반하여, 단결정 실리콘의 제조 중에 있어서의 각종 오염을 억제하는 것이 중요하며, 석영 유리 도가니에 대해서도 오염을 최소한으로 억제하는 것이 요구되고 있다. 즉, 석영 유리 도가니를 단결정 인상에 사용할 때에는, 사용에 앞서서 도가니 내를 초순수 등으로 세정하는 등, 오염에 대하여 세심한 주의가 기울여지고 있다. 이 때문에, 가장 먼저, 제조한 도가니의 출하로부터 사용까지의 기간에 있어서 오염을 막는 것이 중요하다.

특히, 최근에는 단결정 실리콘의 제조 효율을 높이기 위해서 석영 유리 도가니의 사이즈가 점점 커지는 경향을 보이고 있는데, 이러한 큰 직경의 도가니 취급은 용이하지 않으며, 예를 들어 도가니 제조 후의 검사나 포장 등의 작업 중에도 오염되기 쉽다.

이러한 문제를 해소하기 위하여, 석영 유리 도가니의 세정 후에 청정한 상태로 석영 유리 도가니를 기계적으로 포장하는 것을 목적으로 하는, 세정된 석영 유리 도가니를 청정상태로 자동적으로 랩핑하는 장치가 특허 문헌에 제안되고 있다.

일본특허공개공보제2000－219207호

특허 문헌에 기재된 장치를 이용하여 랩핑하는 것에 의해 세정된 석영 유리 도가니를 청정상태로 보관하여, 특히 출하시에 있어서의 오염을 방지하는 것이 가능해졌지만, 더 나아가 도가니 내면의 오염을 완전하게 방지함에는 이르지 못했다.

즉, 석영 도가니의 외주면(外周面)에는 반용융 상태의 석영 원료분말 및/또는 석영조각(이하, 원료분말이라고 칭한다)이 부착되어 있어서, 이 원료분말이 랩핑 후에도 도가니 내측에 혼입하기 쉽다. 이 원료분말은, 예를 들면 랩핑 환경에서 도가니의 반송중에, 랩핑 시트와 도가니 단면의 틈으로부터 도가니의 내측으로 이동하여 도가니 내로 들어가는 경우가 있고, 또한 출하 후에 랩핑을 제거할 때에도 역시 도가니의 개구부 외측면에 잔존하는 석영 원료분말이 도가니 내에 들어가는 것까지는 방지할 수 없었다. 특히, 종래의 랩핑은 얇은 비닐 시트였기 때문에, 비닐과 도가니가 마찰하여 석영 원료분말이 발생하였고, 그 후에 시트와 도가니 단면의 사이를 통하여 도가니 내면에 분말이 들어가기 쉬웠다.

또한 도가니를, 예를 들면 단결정 실리콘 제조 메이커에 출하한 후에는, 랩핑을 제거한 상태로 취급하는 경우가 있고, 그 경우에는 도가니 내면에 이물질이 들어가는 것을 방지하는 수단이 없었다. 특히, 도가니 내에 원료가 되는 다결정 실리콘을 넣은 후에 즉시 용융 처리가 개시된다는 보장이 없고, 다결정 실리콘을 넣은 상태로 보관, 대기하는 경우도 적지 않기 때문에, 그 기간에 도가니 내에 이물질이 들어가서 단결정 실리콘 제조에 있어서의 단결정화를 저해하는 요인이 되는 일이 있었다.

이상과 같이, 석영 유리 도가니의 내면이 오염될 기회가 많이 있기 때문에, 이러한 오염을 방지하기 위한 방법의 제공이 요구되고 있다.

여기서, 본 발명은 상기한 도가니 원료분말의 도가니 내면으로의 침입을 방지할 수 있는 방법을 제공하는 것에 의해, 석영 유리 도가니 내에의 이물질 침입을 도가니의 실제 사용시까지 확실히 방지하여, 오염되지 않은 상태에서의 도가니의 취급을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따른 석용 유리 도가니용 마개는, 석영 유리 도가니의 개구부(開口部)에 장착하는 마개로서, 상기 개구부의 내주 단부(內周端部)에 밀착하는 주연 장착부(周緣裝着部)를 가질 수 있다.

상기 석영 유리 도가니용 마개는, 적어도 내면의 금속 성분의 부착량이 0.05ng/cm² 이하일 수 있으며, 상기 주연 장착부로부터 지름 방향 외측으로 연장되는 플랜지부를 더 가지질 수 있다.

상기 석영 유리 도가니용 마개는 가요성을 가질 수 있으며, 식별자를 가질 수 있으며, 적어도 일부가 투명할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따른 석영 유리 도가니는, 개구부에 원반 형상의 마개를 가지는 석영 유리 도가니로서, 해당 마개의 주연부(周緣部)를 상기 개구부의 내주 단부에 밀착시켜서 마개를 고정하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따른 석영 유리 도가니는, 개구부에 원반 형상의 마개를 가지는 석영 유리 도가니로서, 해당 마개의 주연부를 상기 개구부의 내주 단부에 밀착시키는 것과 동시에, 해당 주연 장착부로부터 지름 방향 외측으로 연장되는 플랜지부를 상기 개구부의 주단면(周端面)에 밀착시켜서 마개를 고정하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따른 석영 유리 도가니의 취급 방법은, 단결정 실리콘을 제조할 때, 석영 유리 도가니 내에 다결정 실리콘을 넣은 후에 해당 다결정 실리콘의 용융을 행할 때까지의 대기 기간에는, 상기에 기재된 석영 유리 도가니용 마개를 상기 석영 유리 도가니의 개구부에 장착할 수 있다.

본 발명에 의하면, 석영 유리 도가니의 원료분말이 도가니 내면에 침입하는 것이나, 나아가 석영 유리 도가니 내에 이물질이 침입하는 것이 확실하게 방지되기 때문에, 도가니의 출하로부터 다결정 실리콘의 용융 공정까지의 기간에 걸쳐서 내면이 오염되지 않은 상태에서 석영 유리 도가니를 취급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 도가니용 마개를 나타내는 도가니의 지름 방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 다른 도가니용 마개를 나타내는 도가니의 지름 방향 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 다른 도가니용 마개를 나타내는 도가니의 지름 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 다른 도가니용 마개를 나타내는 도가니의 지름 방향 단면도이다.
도 5는 도가니의 취급을 나타내는 공정도이다.

이하, 본 발명의 마개를 장착한 석영 유리 도가니에 대하여, 도면을 참조하여 자세하게 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명에 따른 마개의 장착 전의 도가니 지름 방향 단면도이며, 도 1의 (b)는 마개의 장착 후의 도가니 지름 방향 단면도이다.

도 1에 있어서, 부호 1은 석영 유리로 제조된 도가니(이하, 간단하게 도가니라고 칭함)로서, 해당 도가니(1)의 개구부(2)에 마개(3)를 장착한다. 이 마개(3)는 상기 개구부(2)와 유사한 원반 형상이며, 도가니(1)의 개구부(2)의 내주 단부(2a)와 밀착하는 주연 장착부(4)를 가진다. 즉, 마개(3)는, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 주연 장착부(4)가 내주 단부(2a)에 밀착하는 것에 의해 도가니(1)의 개구부(2)에 장착된다. 여기서, 주연 장착부(4)의 지름을 도가니(1)의 내경과 동일하거나 또는 약간 크게 하는 것이 개구부(2)를 빈틈없이 막기 위해서 바람직하다.

또한, 마개(3)를 ABS 수지, 우레탄 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 등의 가요성 재료로 구성함으로써, 장착할 때에 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 마개를 지름 방향으로 휘게 하고, 그 복원력을 이용하여 주연 장착부(4)로 내주 단부(2a)를 누르는 것이 가능하게 하는 것이, 마개의 착탈을 확실히 행하는데 있어서 바람직하다.

이러한 구성의 마개(3)를 도가니(1)의 개구부(2)에 장착하면, 개구부(2)를 확실히 봉쇄할 수 있고, 마개와 접촉하는 부분이 도가니(1)의 내주면으로 한정되기 때문에, 도가니(1)의 외주면에 부착한 원료분말 등이, 예를 들면 랩핑시에 딸려가서 내부로 안내되는 것 같은 사태는 미연에 막아지므로, 도가니 내로의 이물질의 침입을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 주연 장착부(4)로부터 지름 방향 외측으로 연장되는 플랜지부(5)를 더 마련할 수 있다. 그리고, 해당 플랜지부(5)를 상기 개구부(2)의 주단면(2b)에 밀착시켜서 마개(3)를 고정한다. 이 경우에도, 도 1에 나타낸 경우와 동일하게, 마개 장착시에 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 마개를 지름 방향으로 휘게 하는 것에 의해, 그 복원력을 이용하여 주연 장착부(4)로 내주 단부(2a)를 누르는 것이 가능하게 하는 것이, 마개의 착탈을 확실히 행하는데 있어서 바람직하다.

도 2에 나타내는 마개 구성으로 하는 것에 의해 개구부(2)의 주단면(2b)이 플랜지부(5)에 덮이게 되면, 그 결과 해당 주단면(2b)에 대한 오염도 방지할 수 있기 때문에, 특히 단결정 실리콘 제조시의 인상 공정에 있어서의 불순물의 혼입을 방지하는데 유효하다. 여기서, 플랜지부(5)의 지름을 도가니(1)의 외경과 동등하거나 그 이상으로 하는 것이 주단면(2b)을 확실히 덮어서 오염을 방지하기 위해서 바람직하다.

또한, 마개(3)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 도 1이나 도 2의 경우와는 다르게 두껍게 하는 것도 가능하고, 이러한 마개는 예를 들면 마개의 외측으로부터 마개를 침투하여 들어가는 「수분」의 침투 방지에 유효하다. 즉, 외부 공기 중에 포함되는 수분에는 도가니 성능을 저하시키는 금속 원소가 녹아있는 경우가 있어서, 이 수분의 침투량을 저하시키는 것이 도가니 성능을 유지하는데 있어서 바람직하다.

또한 마개(3)의 구조로서는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 예시에 한정되지 않고 예를 들면 도 4에 나타낸 것이라도 좋다. 또한 이 마개(3)는, 그 내면에 공간(3a)을 확보하는 것에 의해, 후술하는 단결정 실리콘의 제조시에 다결정 실리콘을 높이 쌓아서 넣는 경우에, 마개로서 유리하게 기능한다.

또한 상기한 마개(3)에, 바코드나 QR코드 등의 식별자를 부여해 두는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 유리재질은 바코드의 형성이 곤란하기 때문에, 각 제품의 식별 방법으로서 별도의 바코드를 병행 사용하게 된다. 그러나, 마개에 바코드를 부여하게 되면, 도가니 단일 객체로서의 이동이 가능해진다. 또한, 종래의 랩핑 시트에 바코드 씰을 붙이면 단일 객체로서의 이동은 가능해지지만, 예를 들면 도가니 내에 다결정 Si를 넣기 때문에 한 번 랩을 벗기면 이것을 재이용할 수 없는 단점이 있다.

또한, 도가니(1)의 개구부에 장착한 마개(3)를 제거하여 해당 도가니(1)를 사용할 때에, 예를 들면 도가니(1) 내에 다결정 Si를 넣는 경우 장착한 마개(3)를 제거하려면, 한 번 도가니(1)를 반전시켜서 그 개구부를 연직 하방으로 향하게 하고 마개(3)를 제거하는 것이 바람직하다. 이와 같이 마개(3)를 제거할 때의 도가니(1)의 개구부를 하방으로 향하게 하는 것에 의해, 마개(3)의 표면에 부착한 원료분말이나 먼지 등의 이물질의 침입을 방지할 수 있다.

또한, 마개는 세정하는 것에 의해 반복해서 사용이 가능하다. 현재 사용되는 시트는 세정이 곤란하기 때문에 일회용이 주로 사용된다. 그리고, 마개는 세정이 가능하므로, 그 청정도를 높여서 제공할 수 있다. 여기서, 마개의 청정도로서는 해당 마개의 적어도 내면의 금속 성분의 부착량을 0.05ng/cm² 이하로 하는 것이 도가니 내면의 청정도를 높이는데 있어서 바람직하다.

또한, 마개의 청정도는 마개의 내면 등의 측정 대상면에 염화수소(HCL) 수용액을 도포하고 해당 도포액을 회수하여, 유도 결합 플라스마 질량 분석(ICP-MS)에 의해 측정할 수 있다. 여기서, 측정 대상이 되는 금속 원소는, Na, K, Li, Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, Zn, Zr, Ba 및 P 등이다.

상술의 마개(3)를 이용하는 것에 의해, 이하에 나타내는 도가니의 취급이 가능해진다.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이 단결정 실리콘을 제조할 때에, 먼저 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 마개(3)를 장착하여 출하된 도가니(1)는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 마개(3)를 제거하고 나서, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 도가니(1) 내에 다결정 실리콘(6)을 넣고, 그 직후에 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이 도가니(1)의 개구부(2)에 마개(3)를 장착한다. 그 후, 마개(3)의 장착에 의해 도가니(1)의 내부를 외부와 차단한 도 5의 (e)에 나타내는 상태로 보관하는 것에 의해 다결정 실리콘의 용융을 행할 때까지의 대기 기간을 도가니(1) 내의 원료 실리콘이 오염되지 않는 상태로 유지할 수 있다.

여기서, 도가니(1) 내에 원료 실리콘을 넣은 것을 마개(3) 장착 상태에서 볼 수 있도록, 마개(3)의 적어도 일부를 투명하게 하여 그 부위를 창문처럼 하는 것이 바람직하다. 물론, 마개(3) 전체를 투명한 재료로 제작하는 일도 가능하다. 이와 같이 도가니(1) 내를 볼 수 있으면, 실리콘 원료를 넣는 것이 완료된 도가니 및 그 내용물과, 그 안이 비어있는 도가니와의 구별이 용이하고 편리하다. 투명으로 할 때의 재질로서는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등이 매우 적합하다.

[실시예]

도 1 및 도 2에 나타낸 마개를 도가니의 개구부에 장착했을 때의, 도가니 내면에 혼입하는 석영가루의 수 및 결정 수율에 대하여 조사하였다. 또한, 비교예로서 도가니를 랩핑 시트로 피복하는 경우와 도가니의 개구부를 그대로 개방했을 경우에 대해서도 동일한 조사를 행하고, 그 조사 결과를 표 1에 나타낸다.

여기서, 도가니 내면에 혼입하는 석영가루의 수는, 단결정 실리콘 제조의 인상 공정에 반송되어 다결정 실리콘을 충전하기 전에, 해당 마개를 제거하고 눈으로 확인하여 도가니 내면에 부착하고 있는 석영분말 및 석영조각의 개수를 측정한 것이다. 또한, 개수의 단위는 「개」로 한다. 또한, 결정수율은 단결정으로 얻어진 결정 중량의 원료 중량에 대한 비율을 나타내고 있다.

(*)측정조건: 단결정 실리콘 제조의 인상 공정으로 반송 후 확인

1: 도가니
2: 개구부
3: 마개
4: 주연 장착부
5: 플랜지부
6: 다결정 실리콘

Claims

석영 유리 도가니의 개구부에 장착하는 마개로서, 상기 개구부의 내주 단부에 밀착하는 주연 장착부를 가지며,
상기 마개가 가요성 재료로 이루어지고, 상기 마개를 지름 방향으로 휘게 하여, 상기 주연 장착부가 상기 내주 단부를 누르도록 하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니용 마개.
청구항 1에 있어서, 적어도 내면의 금속 성분의 부착량이 0.05ng/cm² 이하인 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니용 마개.
청구항 1 또는 2 에 있어서, 상기 주연 장착부로부터 지름 방향 외측으로 연장되는 플랜지부를 더 가지는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니용 마개.
삭제
청구항 1 또는 2 에 있어서, 식별자를 가지는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니용 마개.
청구항 1 또는 2 에 있어서, 적어도 일부가 투명한 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니용 마개.
개구부에 원반 형상의 마개를 가지는 석영 유리 도가니로서,
해당 마개의 주연 장착부를 상기 개구부의 내주 단부에 밀착시켜서 마개를 고정하며,
상기 마개가 가요성 재료로 이루어지고, 상기 마개를 지름 방향으로 휘게 하여, 상기 주연 장착부가 상기 내주 단부를 누르도록 하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니.
개구부에 원반 형상의 마개를 가지는 석영 유리 도가니로서,
해당 마개의 주연 장착부를 상기 개구부의 내주 단부에 밀착시키는 것과 동시에, 해당 주연 장착부로부터 지름 방향 외측으로 연장되는 플랜지부를 상기 개구부의 주단면에 밀착시켜서 마개를 고정하며,
상기 마개가 가요성 재료로 이루어지고, 상기 마개를 지름 방향으로 휘게 하여, 상기 주연 장착부가 상기 내주 단부를 누르도록 하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니.
단결정 실리콘을 제조할 때에, 석영 유리 도가니 내에 다결정 실리콘을 넣은 후에 해당 다결정 실리콘의 용융을 행할 때까지의 대기 기간에는, 청구항 1 또는 2에 기재된 마개를 상기 석영 유리 도가니의 개구부에 장착하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니의 취급 방법.