KR101623176B1 - 실리카 유리 도가니 및 그를 이용한 단결정 실리콘 생산 방법 - Google Patents

실리카 유리 도가니 및 그를 이용한 단결정 실리콘 생산 방법 Download PDF

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Abstract

실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제한다. 또한, 실리콘 단결정에 전위가 발생하는 것을 억제하고, 단결정 수율을 높인다. 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와, 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와, 측벽부 및 바닥부를 연접하는 라운드부를 구비하는, 단결정 실리콘의 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니가 제공된다. 이 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있다.

Description

실리카 유리 도가니 및 그를 이용한 단결정 실리콘 생산 방법{SILICA GLASS CRUCIBLE AND METHOD FOR PRODUCING MONOCRYSTALLINE SILICON USING SAME}
본 발명은 실리카 유리 도가니 및 그를 이용한 단결정 실리콘 생산 방법에 관한 것이다.
최근 간단한 구조로 측벽부 상단의 내측으로의 도괴(倒壞: collapse, 쓰러짐)를 방지할 수 있는 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니의 개발이 정력적으로 행해지고 있다. 이러한 종류의 기술로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 직동부(直胴部) 외주로서 초기 멜트(melt) 라인보다 상방에 원둘레 형태의 홈을 마련한 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니가 기재되어 있다. 이 홈은 카본 서셉터의 상단보다 하방이 되는 위치에 마련한다.
또한, 특허 문헌 2에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 도가니 만곡부(11)의 내벽면의 곡률(R1)을 100 내지 240mm로 함으로써 액면 저하시의 급격한 액면 면적의 변화를 억제하고, 나아가 도가니 만곡부(11)의 두께(W)의 변화량을 0.1mm/cm 내지 1.2mm/cm, 바람직하게는 0.2mm/cm 내지 0.5mm/cm로 함으로써 도가니 만곡부(11)의 열 분포를 균일하게 하는 것이 기재되어 있다. 이 특허 문헌 2에는 이들 방법에 의해 실리콘의 다결정화를 억제하고, 단결정 수율을 높일 수 있다고 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2008-273788호 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 공보 제2007-269533호
그러나, 상기 문헌에 기재된 종래 기술은 이하의 점에서 개선의 여지를 가지고 있었다.
첫째, 특허 문헌 1에 기재된 실리카 유리 도가니에서는, 실리카 유리 도가니를 홀딩하기 위한 서셉터를 사용자가 독자적으로 준비하거나 실리카 유리 도가니에 투입하는 다결정 실리콘의 양을 사용자가 독자적으로 정하는 경우에는 초기 멜트 라인보다 상방이면서 카본 서셉터의 상단보다 하방이 되는 위치에 원둘레 형태의 홈을 미리 마련할 수 없는 경우가 있을 수 있다.
둘째, 특허 문헌 2에 기재된 실리카 유리 도가니에서는, 도가니 단면의 내표면이 복합 곡선을 형성하고 있기 때문에 직동부(12) 및 만곡부(11)의 연결 부분(접속 부분)에서 내표면의 곡률이 크게 변화하고 있다. 또한, 만곡부(11) 및 바닥부(13)의 연결 부분에서도 내표면의 곡률이 크게 변화하고 있으며, 이들 연결 부분에서 만곡부(11)에 가해지는 압력이 급격하게 변동하여 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 몸체부의 도가니 내부로의 도괴가 발생할 가능성이 있다. 또한, 이들 연결 부분에서 실리콘 융액(融液)의 액면에 물결이 생김으로써 실리콘 단결정에 전위(轉位)가 발생할 가능성이 있다.
또한, 최근에는 직경 300mm인 웨이퍼가 반도체 칩의 제조 프로세스의 주류가 되어 직경 450mm인 웨이퍼를 사용하는 프로세스도 개발중이다. 이러한 웨이퍼를 제조하려면 당연히 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 CZ법에서 사용되는 실리카 유리 도가니도 28인치(71cm), 32인치(81cm), 36인치(약 91cm) 또는 40인치(102cm)의 대구경일 것이 요구되게 되었다. 직경 101cm인 도가니는 중량이 약 120kg로서 거대한 것이며, 그곳에 수용되는 실리콘 융액의 질량은 900kg 이상이다.
그리고, 실리카 유리의 연화점은 1200 내지 1300℃ 정도인 데 반해, CZ법에서는 실리콘 융액을 1450 내지 1500℃의 고온으로 가열한 상태에서 2주일 이상의 장시간에 걸쳐 인상이 행해진다. 즉, 실리콘 단결정의 인상시에는 약 1500℃의 실리콘 융액이 900kg 이상이나 도가니에 수용되게 된다. 이 때, 실리콘 융액을 약 1500℃까지 승온시키려면 실리카 유리 도가니의 외측에 설치하는 히터의 가열 온도를 높여야 하며, 실리카 유리 도가니는 가열에 의해 연화되어 좌굴 또는 도괴되기 쉬워지는 문제가 나타난다.
인상되는 실리콘 단결정의 순도는 99.999999999% 이상일 것이 요구되므로, 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니도 매우 고순도일 것이 요구되므로, 인상에 이용되는 실리카 유리 도가니로부터 실리카의 파편 등이 혼입되지 않을 것이 요구된다. 그 때문에, 실리카 유리 도가니가 가열에 의해 연화되어 좌굴 또는 도괴를 일으키면 실리카의 파편이 낙하하여 큰 문제를 일으키는 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 실리콘 단결정에 전위가 발생하는 것을 억제하고, 단결정 수율을 높이는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와, 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와, 상기 측벽부 및 상기 바닥부를 연접하는 라운드부를 구비하는 단결정 실리콘의 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니가 제공된다. 이 실리카 유리 도가니에서는 그 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 그 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있다.
이 구성에 따르면, 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있기 때문에 단결정 실리콘의 인상에 있어서 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부에서 내표면의 곡률이 크게 변화하는 일이 없으므로 실리콘 융액으로부터 라운드부에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 때문에, 이 구성에 따르면, 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단결정 실리콘 생산 방법으로서, 실리카 유리 도가니에 다결정 실리콘을 투입하는 공정과, 그 다결정 실리콘을 가열 용융하여 실리콘 융액을 얻는 공정과, 그 실리콘 융액으로부터 단결정 실리콘을 인상하는 공정을 포함하는 생산 방법이 제공된다. 그리고 이 생산 방법에서 사용되는 상기한 실리카 유리 도가니는 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와, 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와, 그 측벽부 및 그 바닥부를 연접하는 라운드부를 구비한다. 이 실리카 유리 도가니에서는 그 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 그 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있다.
이 생산 방법에 따르면, 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있기 때문에 단결정 실리콘의 인상에 있어서 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부에서 내표면의 곡률이 크게 변화하는 일이 없으므로 실리콘 융액으로부터 라운드부에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 때문에, 이 생산 방법에 따르면, 이들 연결 부분에서 실리콘 융액의 액면에 물결이 생길 가능성이 낮기 때문에 실리콘 단결정에 전위가 발생되기 어렵다.
본 발명에 따르면, 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 실리콘 단결정에 전위가 발생하는 것을 억제하고, 단결정 수율을 높일 수 있다.
도 1은 실시 형태의 실리카 유리 도가니의 전체 구성에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면 형상을 실측한 후에 그 내표면 형상이 형성하는 곡률의 변화율을 비주얼화한 단면도이다.
도 3은 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면 형상을 실측한 후에 그 내표면에 가해지는 정수압에 따른 압력을 계산한 결과를 보인 그래프이다.
도 4는 실시 형태에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 내표면이 형성하는 완화 곡선에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 종래 공지의 실리카 유리 도가니의 내표면이 형성하는 복합 곡선에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 적당히 설명을 생략한다.
<실리카 유리 도가니>
도 1은 실리카 유리 도가니의 구성의 개요에 대해 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시 형태의 실리카 유리 도가니(112)는, 내표면측에 투명한 실리카 유리층(111)과 외표면측에 기포를 함유하는 실리카 유리층(114)을 갖는 것이다. 이 실리카 유리 도가니(112)는 초크랄스키법(CZ법) 등에 의해 단결정 실리콘의 인상에 사용될 때에는 개구부가 위를 향하도록 서셉터(도시하지 않음) 위에 안착되어 있다.
이 실리카 유리 도가니(112)는 그 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 내표면이 완화 곡선을 형성하는 라운드부(다른 이름으로 코너부라고도 함)(117)와, 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부(115)와, 직선 또는 곡률이 비교적 작은 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부(116)를 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 라운드부(117)란 측벽부(115)와 바닥부(116)를 연접(連接)하는 부분으로서, 라운드부(117)의 곡선의 접선이 실리카 유리 도가니(112)의 측벽부(115)와 중첩되는 점부터 바닥부(116)와 공통 접선을 갖는 점까지의 부분을 의미한다.
이 실리카 유리 도가니(112)를 이용하여 단결정 실리콘 생산 방법을 실행하는 경우에는, 실리카 유리 도가니에 다결정 실리콘을 투입하는 공정과, 그 다결정 실리콘을 가열 용융하여 실리콘 융액을 얻는 공정과, 그 실리콘 융액으로부터 단결정 실리콘을 인상하는 공정을 차례로 수행하게 된다.
이 실리카 유리 도가니(112)에서는, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 측벽부(115)의 내표면 및 바닥부(116)의 내표면이 라운드부(117)의 내표면이 형성하는 완화 곡선에 의해 꺽인점없이 연접되어 있다. 그 때문에, 단결정 실리콘의 인상에 있어서, 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부(117) 부근에서 실리콘 융액으로부터 라운드부(117)에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 때문에, 이 구성에 따르면, 실리카 유리 도가니(112)의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 이 생산 방법에 따르면, 이들 연결 부분에서 실리콘 융액의 액면에 물결이 생길 가능성이 낮기 때문에 실리콘 단결정에 전위가 발생되기 어렵다.
또한, 이 때, 상기한 단결정 실리콘을 인상하는 공정이 측벽부(115) 및 라운드부(117)의 연결부에 액면이 도달하는 시점의 부근부터 단결정 실리콘을 인상하는 속도를 늦추는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 실리콘 융액으로부터 단결정 실리콘을 인상하는 공정에 있어서, 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 측벽부(115)의 내표면 및 라운드부(117)의 내표면의 연결 부분에 있어서 실리콘 융액의 액면에 물결의 생김이 더 낮아진다. 그 결과, 실리콘 단결정에 전위가 훨씬 더 잘 발생되기 어려워진다.
이와 같이, 이 실리카 유리 도가니(112)에서는 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부(117)의 내표면의 곡률이 측벽부(115)로부터 바닥부(116)의 방향을 향해 서서히 커지도록(연속적 또는 단속적으로 커지도록) 마련되어 있다. 그 때문에, 단결정 실리콘의 인상에 있어서 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부(117)에서 내표면의 곡률이 크게 변화하는 일이 없으므로 실리콘 융액으로부터 라운드부(117)에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 때문에, 이 구성에 따르면, 실리카 유리 도가니(112)의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 단결정 실리콘의 인상에 있어서 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부(117) 부근에서 내표면의 곡률이 크게 변화하는 일이 없으므로 실리콘 융액으로부터 라운드부(117) 부근에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 결과, 이 생산 방법에 따르면, 라운드부(117) 부근에서 실리콘 융액의 액면에 물결이 생길 가능성이 낮기 때문에 실리콘 단결정에 전위가 발생되기 어렵다.
도 2는 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면 형상을 실측한 후에 그 내표면 형상이 형성하는 곡률의 변화율을 비주얼화한 단면도이다. 이와 같이 본 발명자는 상기한 실시 형태의 실리카 유리 도가니를 개발하는 과정에서 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면의 3차원 형상을 정확하게 실측했다. 그리고, 본 발명자는 얻어진 3차원 형상의 실측값을 이용하여 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 내표면의 곡선의 곡률이 어떻게 변화하는지를 해석했다. 그 결과, 본 발명자는 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면에서는 라운드부(117)에 있어서 곡률의 급격한 변화가 일어난다는 사실을 깨달았다. 이 곡률의 급격한 변화는 종래의 실리카 유리 도가니의 라운드부의 설계도면이 복합 곡선을 사용하고 있는 것이 원인이라고 상정(想定)된다. 또한, 이 곡률의 급격한 변화는 종래의 실리카 유리 도가니의 제조 프로세스에 있어서는 아크 용융시에 라운드부로 실리카 유리가 처져 설계한 대로의 라운드부의 형상이 얻어지지 않은 것도 원인이라고 상정된다.
도 3은 종래의 실리카 유리 도가니의 내표면 형상을 실측한 후에 그 내표면에 가해지는 정수압에 따른 압력을 계산한 결과를 보인 그래프이다. 본 발명자는 도 2에 도시한 곡률의 급격한 변화가 도가니에 가해지는 힘의 비연속성(不連續性)의 원인이 되는 것인 아닐까 생각하여, 도 3에 도시한 바와 같이 32인치 도가니의 내면 형상의 실측값에 의거하여 정수압이 어떻게 변화하는지 계산을 했다. 그 결과, 본 발명자는 수평 방향의 분력 및 수직 방향의 분력의 어느 것에 있어서도 라운드부의 근방에 있어서 극대점 및 극소점이 존재한다는 사실을 깨달았다. 즉, 본 발명자는 실리카 유리 도가니에 가해지는 힘이 국부적으로 큰 곳, 힘의 변화가 큰 곳이 라운드부 근방에 존재한다는 사실을 깨달았다.
종래에는 실리카 유리 도가니의 업계에서는, 특허 문헌 2에 나타낸 바와 같이, 라운드부의 내표면은 단일의 곡률의 곡선으로 구성하는 것이 기술 상식이었다. 즉, 본 발명자는 종래의 실리카 유리 도가니에서는 라운드부의 내표면이 단일의 곡률의 곡선으로 구성되어 있는 것이 실리카 유리 도가니(112)의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴의 원인임을 깨닫고, 본 실시 형태의 실리카 유리 도가니를 설계했다. 또한, 본 발명자는 종래의 실리카 유리 도가니에서는 라운드부의 내표면이 단일의 곡률의 곡선으로 구성되어 있는 것이 실리콘 단결정에 전위가 발생하는 것의 원인임을 깨닫고, 본 실시 형태의 실리카 유리 도가니를 설계했다.
또한, 라운드부(117)의 내표면은 실제로는 미세한 요철이나 작은 왜곡 등이 존재하는 경우가 많은데, 그러한 미세한 요철이나 작은 왜곡 등에 의한 국지적인 곡률의 급격한 변화는 기본적으로 무시하고 파악하는 것이 바람직하다. 즉, 라운드부(117)의 내표면은 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 곡선 장방향에 있어서 10mm마다의 이동 평균에 의해 평활화된 이동 평균선으로 파악하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 미세한 요철이나 작은 왜곡 등에 의한 국지적인 곡률의 급격한 변화는 무시하고 파악할 수 있으므로 라운드부(117)의 내표면의 곡률이 측벽부(115)로부터 바닥부(116)의 방향을 향해 서서히 커지는 것을 대국적으로 확인할 수 있다. 또한, 이 이동 평균을 취하는 간격은 10mm 간격에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 100mm의 어느 간격일 수도 있다.
또한, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 측벽부(115) 및 라운드부(117)의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 1/300mm 이하인 것이 바람직하다. 이 측벽부(115) 및 라운드부(117)의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 작을수록 그 경계 근방에서 급격한 압력의 변동이 일어날 가능성을 줄일 수 있다. 그 결과, 이 경계 근방에서 측벽부(115) 또는 라운드부(117)에 가해지는 압력이 급격하게 변동하여 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이 곡률의 어긋남은 1/300mm, 1/400mm, 1/500mm, 1/600mm, 1/700mm, 1/800mm, 1/900mm, 1/1000mm, 1/2000mm, 1/3000mm, 1/4000mm, 1/5000mm, 1/6000mm, 1/7000mm, 1/8000mm, 1/9000mm, 1/10000mm의 어느 값 이하일 수도 있으며, 이들 중 임의의 2개의 값의 범위 내일 수도 있다.
또한, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부(117) 및 바닥부(116)의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 1/300mm 이하인 것이 바람직하다. 이 라운드부(117) 및 바닥부(116)의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 작을수록 그 경계 근방에서 액면 저하시의 급격한 압력의 변동이 일어날 가능성을 줄일 수 있다. 그 결과, 이 경계 근방에서 라운드부(117) 또는 바닥부(116)에 가해지는 압력이 급격하게 변동하여 실리카 유리 도가니의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이 곡률의 어긋남은 1/300mm, 1/400mm, 1/500mm, 1/600mm, 1/700mm, 1/800mm, 1/900mm, 1/1000mm, 1/2000mm, 1/3000mm, 1/4000mm, 1/5000mm, 1/6000mm, 1/7000mm, 1/8000mm, 1/9000mm, 1/10000mm의 어느 값 이하일 수도 있으며, 이들 중 임의의 2개의 값의 범위 내일 수도 있다.
이 라운드부(117)의 완화 곡선은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 클로소이드(clothoid) 곡선, 3차 곡선 및 사인 반파장 체감(半波長 遞減) 곡선으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 곡선인 것이 바람직하다. 이들 3종류의 완화 곡선은 하기의 표 1과 같은 특성을 갖는다.
완화 곡선의 종류
정의 바닥부와의 연결의 매끄러음
(반경 변화율)		 측벽부와의 연결의 매끄러움
(반경 변화율)
3차 곡선(3차 포물선) 높이 방향(x)과 폭방향(y) 간의 관계가 3차 함수(y∝x3). 반경 변화율=0이므로 매우 매끄러움(반경은 바닥부와 동일) 반경 변화율≠0이지만 반경은 ∞이므로 일단 매끄러움.
클로소이드 곡선 진행한 거리에 비례하여 곡률(=1/반경)이 변화함. 반경 변화율≠0이지만 반경은 바닥부와 동일하므로 일단 매끄러움. 반경 변화율≠0이지만 반경은 ∞이므로 일단 매끄러움.
사인 반파장 체감 곡선 진행한 거리에 대해 곡률(=1/반경)이 Sin형태로 변화함. 반경 변화율=0이므로 매우 매끄러움.(반경은 바닥부와 동일) 반경 변화율=0이므로 매우 매끄러움. (반경은 ∞)
도 4는 실시 형태에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 내표면이 형성하는 완화 곡선에 대해 설명하기 위한 단면도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 직선 형태(R=∞)의 측벽부(115) 및 원호 곡선 형태(R=250mm)의 바닥부의 내표면이 라운드부(117)의 내표면이 형성하는 완화 곡선(곡률 반경이 R=∞, R=1000mm, R=500mm, R=333mm, R=250mm로 연속적으로 변화하고 있음)에 의해 꺾인점없이 연접되어 있다.
그 때문에, 단결정 실리콘의 인상에 있어서, 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부(117) 부근에서 실리콘 융액으로부터 라운드부(117)에 가해지는 압력의 변동이 완화된다. 그 때문에, 이 구성에 따르면, 실리카 유리 도가니(112)의 좌굴 및 측벽부(115)의 도가니 내부로의 도괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 단결정 실리콘의 인상에 있어서, 실리콘 융액의 액면이 저하했을 때 라운드부(117) 부근에서 액면 저하시의 급격한 압력의 변동이 일어날 가능성을 줄일 수 있다. 그 때문에, 이 생산 방법에 따르면, 라운드부(117) 부근으로 액면이 저하했을 때 실리콘 단결정에 전위가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 실리카 유리 도가니에 있어서, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부(117)의 내표면은 수학적인 의미에서 완전한 완화 곡선으로 되어 있을 필요는 없다. 왜냐하면, 실제로는 CAD 시스템 등을 이용하여, 측벽부(115)의 내표면 및 바닥부(116)의 내표면이 라운드부(117)의 내표면이 형성하는 완화 곡선에 의해 꺾인점없이 연접되어 있는 구조의 실리카 유리 도가니(112)를 설계하고, 그 CAD 데이터를 이용하여 실리카 유리 도가니를 제조하기 위한 카본 몰드의 CAD 데이터를 설계한다. 그리고, 그 CAD 데이터를 바탕으로 카본 몰드를 제조하는 것인데, 그 때 약간의 제조 오차가 발생한다. 그리고, 다시 카본 몰드를 이용하여 실리카 유리 도가니(112)를 제조하는 것인데, 역시 그 때에도 약간의 제조 오차가 발생한다. 그 때문에, 실제로 제조된 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부(117)의 내표면은 수학적인 의미에서 완전한 완화 곡선이 되는 경우는 적으며, 많은 경우에는 CAD 데이터와 약간 다른 형상으로 되어 있다.
본 실시 형태에 따른 실리카 유리 도가니에 있어서, 그 최대 오차는 CAD 데이터의 이상적인 형상에 비해 플러스 마이너스 1mm 이하의 폭의 범위에 들어가 있으면 되는 것으로 한다. 또한, 그 최대 오차는 0.01mm, 0.02mm, 0.03mm, 0.04mm, 0.05mm, 0.06mm, 0.07mm, 0.08mm, 0.09mm, 0.10mm, 0.20mm, 0.30mm, 0.40mm, 0.50mm, 0.60mm, 0.70mm, 0.80mm, 0.90mm, 1.00mm, 2.00mm, 3.00mm, 4.00mm, 5.00mm, 6.00mm, 7.00mm, 8.00mm, 9.00mm, 10.00mm, 11.00mm 중 임의의 값 이하 또는 이들 중 2개의 값의 범위 내일 수도 있다. 그 최대 오차의 범위가 이들 조건을 충족시키는 경우에는 직선 형태의 측벽부(115) 및 원호 곡선 형태의 바닥부(116)의 내표면을 역학적으로 무리가 없는 구조로 꺾인점없이 잘 연접할 수 있고, 또한 실리카 유리 도가니(112)를 실리콘 융액의 액면이 라운드부(117) 부근까지 내려온 경우에 라운드부(117) 부근에서 실리콘 융액으로부터 라운드부(117)에 가해지는 압력의 변동이 완화되기 때문에 바람직하다.
또한, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 측벽부(115)의 외표면 및 바닥부(116)의 외표면이 라운드부(117)의 외표면이 형성하는 완화 곡선에 의해 꺾인점없이 연접되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 카본 몰드의 CAD 데이터는 실리카 유리 도가니(112)의 외표면의 CAD 데이터에 피트(fit)되도록 설계된다. 그 때문에, 카본 몰드의 CAD 데이터에 의거하여 제조되는 카본 몰드의 라운드부의 내표면이 완화 곡선과 근사한 곡선이 되도록 하려면 실리카 유리 도가니(112)의 라운드부(117)의 외표면의 CAD 데이터가 완화 곡선을 형성하는 것이 바람직하기 때문이다. 그리고, 카본 몰드의 라운드부의 내표면이 완화 곡선과 근사한 곡선이 되면, 그 카본 몰드의 내표면에 천연 석영 분말(가루) 및 합성 실리카 분말을 적층하여 아크 용융하여 얻어지는 실리카 유리 도가니의 라운드부(117)의 내표면도 완화 곡선과 근사한 곡선이 되기 때문이다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했으나, 이들은 본 발명의 예시로서, 상기 이외의 다양한 구성을 채용할 수도 있다.
예를 들면, 상기한 실시 형태에서는, 실리카 유리 도가니(112)의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 라운드부(117)의 내표면의 곡률이 측벽부(115)로부터 바닥부(116)의 방향을 향해 서서히 커지는 곡선으로서 완화 곡선에 대해 설명했으나, 특별히 완화 곡선으로 한정하는 취지는 아니다. 예를 들면, 라운드부(117)의 내표면이 형성하는 곡선은 복수 개의 곡률의 곡선이 연접한 복합 곡선일 수도 있다. 이러한 경우에도 라운드부(117)의 내표면의 곡률이 측벽부(115)로부터 바닥부(116)의 방향을 향해 단속적으로 커지기 때문에 상기한 실시 형태와 동일한 작용 효과가 얻어진다. 또한, 이러한 복합 곡선을 채용하는 경우에는 라운드부(117)의 내표면이 형성하는 곡선은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100의 어느 수 이상의 서로 다른 곡률을 갖는 곡선이 연접한 복합 곡선일 수도 있고, 이들 수 중 임의의 2개의 수의 범위 내의 서로 다른 곡률을 갖는 곡선이 연접한 복합 곡선일 수도 있다. 또한, 어느 경우에 있어서도 많은 서로 다른 곡률을 갖는 곡선이 연접해 있는 경우일수록 곡률이 서서히 커지기 때문에 바람직하다.
10…석영 유리 도가니
11…만곡부
12…직동부
13…바닥부
R1…만곡부의 내면 곡률
R2…바닥부의 내면 곡률
M1…만곡부의 곡률의 중심점
M2…바닥부의 곡률의 중심점
W…만곡부의 두께
111…투명한 실리카 유리층
112…실리카 유리 도가니
114…기포를 함유하는 실리카 유리층
115…측벽부
116…바닥부
117…라운드부

Claims (9)

  1. 단결정 실리콘의 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니로서,
    상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와,
    곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와,
    상기 측벽부 및 상기 바닥부를 연접하는 라운드부와,
    를 구비하며,
    상기 측벽부의 내표면 및 상기 바닥부의 내표면이 꺾인점 없이 연접되도록, 상기 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 상기 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있는 실리카 유리 도가니.
  2. 청구항 1에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서,
    상기 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 상기 라운드부의 내표면이 완화 곡선을 구성하는 실리카 유리 도가니.
  3. 청구항 2에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서,
    상기 완화 곡선이 클로소이드 곡선, 3차 곡선 및 사인 반파장 체감 곡선으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 곡선인 실리카 유리 도가니.
  4. 단결정 실리콘 생산 방법으로서,
    실리카 유리 도가니에 다결정 실리콘을 투입하는 공정과,
    상기 다결정 실리콘을 가열 용융하여 실리콘 융액을 얻는 공정과,
    상기 실리콘 융액으로부터 단결정 실리콘을 인상하는 공정,을 포함하며,
    상기 실리카 유리 도가니가,
    상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와,
    곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와,
    상기 측벽부 및 상기 바닥부를 연접하는 라운드부와,
    를 구비하고,
    상기 측벽부의 내표면 및 상기 바닥부의 내표면이 꺾인점 없이 연접되도록, 상기 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 상기 라운드부의 내표면의 곡률이 측벽부로부터 바닥부의 방향을 향해 서서히 커지도록 마련되어 있는 실리카 유리 도가니인 생산 방법.
  5. 청구항 4에 기재된 생산 방법에 있어서,
    상기 단결정 실리콘을 인상하는 공정이,
    상기 측벽부 및 상기 라운드부의 경계에 상기 실리콘 융액의 액면이 도달하는 시점의 부근부터, 상기 단결정 실리콘을 인상하는 속도를 늦추는 공정을 포함하는 생산 방법.
  6. 청구항 4에 기재된 생산 방법에 있어서,
    상기 실리카 유리 도가니의 회전축을 지나는 단면에 있어서, 상기 라운드부의 내표면이 완화 곡선을 구성하는 생산 방법.
  7. 청구항 6에 기재된 생산 방법에 있어서,
    상기 완화 곡선이 클로소이드 곡선, 3차 곡선 및 사인 반파장 체감 곡선으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 곡선인 생산 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서,
    상기 측벽부 및 상기 라운드부의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 1/300mm 이하가 되도록 하는 실리카 유리 도가니.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서,
    상기 라운드부 및 상기 바닥부의 내표면의 경계에서의 곡률의 어긋남이 1/300mm 이하가 되도록 하는 실리카 유리 도가니.
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