KR102494261B1 - 석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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모멘티브 테크놀로지스 야마가타 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 실리콘 단결정의 육성에 이용하는 석영 유리 도가니로서, 적어도 도가니 내표면에 있어서 당해 도가니 내표면에서 깊이 3㎜까지의 영역에 있어서의 산소 과잉 결함의 함유량이, 3×1011개/g 이하인 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니에 관한 것이다.

Description

석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법{QUARTZ GLASS CRUCIBLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 단결정의 인상에 이용되는, 실리콘 단결정 인상 시의 기포 부풀음을 억제한 석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
석영 유리 중의 산소 과잉 결함(예를 들면, NBOHC(Non Bridge Oxygen Hole Center))은, 기포 부풀음의 발생 원인이 되는 것이 알려져 있다.
상기 석영 유리를 실리콘 단결정의 인상에 이용하는 석영 유리 도가니에 적용한 경우, 도가니 내에서 실리콘 원료를 용융하면, 발생한 열에 의해 산소 과잉 결함에 포함되는 산소가 이탈하여, 산소 과잉 결함 내에 트랩된 잔류 기포가 팽창하여, 도가니 내에서 기포 부풀음이 발생한다.
이러한 기포 부풀음이 도가니 내표면 근방에서 발생하면, 기포가 파열했을 때에 석영 유리의 파편이 실리콘 융액 중에 혼입해 버린다는 과제가 있다. 나아가서는, 도가니 내표면으로부터 기포가 이탈하여, 육성하는 실리콘 단결정 안에 기포가 혼입할 우려가 있다.
석영 유리 중의 산소 과잉 결함을 비파괴로 측정할 수 있으면, 그 결과에 기초하는 품질이 보증된 석영 유리 부재, 석영 유리 도가니를 제공하는 것이 가능해진다.
석영 유리 중의 산소 과잉 결함을 비파괴로 측정하는 방법으로서는, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 레이저 라만 분광 분석법이 있다. 이 레이저 라만 분광 분석법에 의하면, 4000㎝－1∼4100㎝－1에서 검출되는 650㎚의 형광은, 산소 과잉 결함에 기인한다고 되어, 본 형광 강도(적색 형광 강도비: 적색 형광(100∼4000㎝－1)의 면적 강도를 석영 유리의 내부 표준 피크(700∼900㎝－1)의 면적 강도로 나눔으로써 산출)의 분포를 미소 영역에서 측정함으로써, 장소에 의한 산소 과잉 결함의 양의 대략의 경향을 파악할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시되는 레이저 라만 분광 분석법을 이용한 산소 과잉 결함의 평가에 있어서는, 적색 형광 강도비라는 형태로 간접적으로 평가하고 있는 것에 불과했다. 즉, 비파괴라도, 산소 과잉 결함의 양을 측정할 수 없어, 그 결과를 불량 해석이나 품질 보증의 면에서, 구체적인 수치로서 반영할 수 없다는 과제가 있었다.
이러한 과제에 대하여, 본 출원인은, 특허문헌 2에 있어서 석영 유리 중의 산소 과잉 결함의 양을, 미소 영역에 있어서 비파괴로 측정할 수 있는 평가 방법을 제안하고 있다.
이 방법은, 레이저 라만 분광 분석법과 전자 스핀 공명법을 이용하여 석영 유리 부재에 있어서의 적색 형광 강도비와 산소 과잉 결함의 검량선을 얻는 공정과, 상기 레이저 라만 분광 분석법에 의해 측정한 석영 유리 부재의 적색 형광 강도비로부터 상기 검량선을 이용하여, 산소 과잉 결함의 단위 중량당의 개수를 산출하는 공정을 포함하는 것이다.
일본공개특허공보 2000-344536호 일본공개특허공보 2019-90794호
본 출원인이 제안한 특허문헌 2의 평가 방법에 의해 얻어진 석영 유리 중의 산소 과잉 결함의 양에 기초하여, 석영 유리 부재를 평가하면, 석영 유리 도가니에 있어서의 기포 부풀음의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
그러나, 본 출원인이 제안한 특허문헌 2에 있어서는, 석영 유리 부재(석영 유리 도가니) 중의 산소 과잉 결함의 양을 소망하는 값으로 형성하는 방법을 제공하기까지 이르지 않았다.
본원 발명자는, 예의 연구를 행하여, 용융 성형 후의 고온 상태로 유지된 석영 유리 도가니(도가니 형상체)의 표면에, 당해 표면 영역에 포함되는 산소와 반응하는 소정의 반응성 가스를 노출함으로써, 석영 유리 도가니의 표층에 존재하는 산소 과잉 결함의 양을 억제할 수 있는 것을 인식하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 실리콘 단결정의 육성에 이용하는 석영 유리 도가니에 있어서, 적어도 그의 내표면측에 있어서의 산소 과잉 결함량이 소정값 이하로 저감된 석영 유리 도가니 및, 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 석영 유리 도가니는, 실리콘 단결정의 육성에 이용하는 석영 유리 도가니로서, 적어도 도가니 내표면에 있어서 당해 도가니 내표면에서 깊이 3㎜까지의 영역에 있어서의 산소 과잉 결함의 함유량이, 3×1011개/g 이하인 것에 특징을 갖는다.
이와 같이 구성된 석영 유리 도가니를 이용함으로써, 도가니 내에서 실리콘 원료를 용융했을 때, 발생한 열에 의해 산소 과잉 결함 내에서 트랩된 잔류 기포가 팽창한다고 해도, 도가니 내표면에 있어서의 산소 과잉 결함량이 적기 때문에, 도가니 내표면에 있어서의 기포 부풀음의 발생이 억제되어, 실리콘 융액으로의 기포의 용해를 방지할 수 있다.
또한, 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 제조 방법은, 상기한 특징을 갖는 석영 유리 도가니의 제조 방법으로서,
도가니 성형용 형틀의 내측 부재를 축 주위로 회전시킴과 함께, 상기 내측 부재 내에 유리 원료 분말을 공급하는 스텝과,
축 주위로 회전하는 상기 내측 부재의 내면에, 흡인력 및 원심력에 의해 상기 유리 원료 분말을 압압하고, 적어도 1층으로 이루어지는 원료 분말 적층체를 형성하는 스텝과,
상기 원료 분말 적층체의 내측을 가열 용융하고, 상기 원료 분말 적층체의 전체를 유리화하여 도가니 형상체로 하는 스텝과,
상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝을 포함하고,
상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝에 있어서, 상기 도가니 형상체에 포함되는 산소에 반응하는 반응성 가스를 적어도 상기 도가니 형상체의 내표면으로 노출하는 것에 특징을 갖는다.
또한, 상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝에 있어서, 상기 도가니 형상체에 포함되는 산소에 반응하는 반응성 가스를, 5L/초 초과, 20L/초 미만으로 60분 이상, 상기 도가니 형상체의 내표면에 분사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝에 있어서, 상기 반응성 가스를 분사하는 시간이 60분 이상 180분 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응성 가스는 수소 가스인 것이 바람직하다.
이러한 방법에 의해 상기와 같이 적어도 도가니 내표면에 있어서 당해 도가니 내표면에서 깊이 3㎜까지의 영역에 있어서의 산소 과잉 결함의 함유량이, 3×1011개/g 이하인 석영 유리 도가니를 얻을 수 있어, 상기한 효과를 가져올 수 있다.
본 발명에 의하면, 실리콘 단결정의 육성에 이용하는 석영 유리 도가니에 있어서, 적어도 그의 내표면측에 있어서의 산소 과잉 결함량이 소정값 이하로 저감된 석영 유리 도가니 및, 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 석영 유리 도가니를 제조하기 위한 장치의 개략도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 제조 방법의 흐름을 나타내는 플로우이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명에 따른 석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법의 실시 형태에 대해서 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 단면도이고, 도 2는, 도 1의 석영 유리 도가니를 제조하기 위한 장치의 개략도이다.
석영 유리 도가니(1)는, 예를 들면 구경 100∼950㎜로 형성되고, 소정의 곡률을 갖는 저부(13)와, 상기 저부(13)의 주위에 형성되고, 소정의 곡률을 갖는 코너부(12)와, 상기 코너부(12)로부터 상방으로 연장되는 직동부(11)를 갖는다. 상기 직동부(11)의 상단에는, 도가니 개구(상단 개구, 혹은 입구 근처부(1a)라고 부름)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서 석영 유리 도가니(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 불투명 외층(2)(불투명층)과 투명 내층(3)(투명층)의 2층 구조로 한다.
이 중, 불투명 외층(2)은 천연 원료 석영 유리로 이루어지고, 투명 내층(3)은 실리콘 단결정 인상 시에 용융 실리콘과 접하는 고순도의 합성 원료 석영 유리(또는 천연 원료 석영 유리)로 이루어진다.
여기에서 불투명이란, 석영 유리 중에 다수의 기포(기공)가 내재되어, 겉보기상, 백탁한 상태를 의미한다. 또한, 천연 원료 석영 유리란 수정 등의 천연질 원료를 용융하여 제조되는 실리카 유리를 의미하고, 합성 원료 석영 유리란, 예를 들면 실리콘알콕사이드의 가수 분해에 의해 합성된 합성 원료를 용융하여 제조되는 실리카 유리를 의미한다.
천연 원료 석영 유리로 이루어지는 불투명 외층(2)은, 가열 전에 있어서, 직동부(11)에 있어서의 두께 치수가 예를 들면 10∼40㎜로 이루어지고, 코너부(12)에 있어서의 두께 치수는 10∼40㎜로 이루어지고, 저부(13)에 있어서의 두께 치수는 10∼40㎜로 이루어진다.
또한, 합성 원료 석영 유리(또는 천연 원료 석영 유리)로 이루어지는 투명 내층(3)은, 직동부(11)에 있어서의 두께 치수가 3∼30㎜로 이루어지고, 코너부(12)에 있어서의 두께 치수는 3∼30㎜로 이루어지고, 저부(13)에 있어서의 두께 치수는 3∼30㎜로 이루어진다.
또한, 투명 내층(3)에 있어서의 내표면으로부터 깊이 3㎜ 이내의 영역에 있어서, 그의 산소 과잉 결함의 함유량은 3×1011개/g 이하로 형성되어 있다.
이와 같이 도가니 내표면에서 깊이 3㎜까지의 영역에 있어서의 산소 과잉 결함의 함유량이 3×1011개/g 이하로 형성됨으로써, 석영 유리 도가니(1)에 있어서의 기포 부풀음의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
즉, 도가니 내에서 실리콘 원료를 용융했을 때, 발생한 열에 의해 산소 과잉 결함 내에서 트랩된 잔류 기포가 팽창한다고 해도, 도가니 내표면에 있어서의 산소 과잉 결함량이 적기 때문에, 도가니 내표면에 있어서의 기포 부풀음의 발생이 억제되어, 실리콘 융액으로의 기포의 용해를 방지할 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 석영 유리 도가니의 제조 방법은, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같은 석영 유리 도가니 제조 장치(20)를 이용하여 행해진다. 석영 유리 도가니 제조 장치(20)의 도가니 성형용 형틀(21)은, 예를 들면 복수의 관통 구멍(도시하지 않음)을 천설(穿設)한 금형으로 구성되어 있는 내측 부재(22)와, 그의 외주에 통기부(23)를 형성하여, 내측 부재(22)를 보존 유지하는 보존 유지체(24)로 구성되어 있다.
또한, 보존 유지체(24)의 하부에는, 도시하지 않는 회전 수단과 연결되어 있는 회전축(25)이 고착되어 있어, 도가니 성형용 형틀(21)을 회전 가능하게 하여 지지하고 있다. 통기부(23)는, 보존 유지체(24)의 하부에 형성된 개구부(27)를 통하여, 회전축(25)의 중앙에 형성된 배기구(26)와 연결되어 있고, 이 통기부(23)는, 감압 기구(28)와 연결되어 있다.
상기 내측 부재(22)에 대향하는 상부에는, 아크 방전용의 아크 전극(29)과, 원료 공급 노즐(31)과, 질소 가스 혹은 헬륨 가스, 아르곤 가스를 분사하고, 도가니의 소정 부위에 상기 가스를 분사하는 노즐(32), 추가로 석영 유리 중의 산소(O2)와 반응하는 반응성 가스, 예를 들면 수소 가스(H2)를 분사하고, 도가니의 내표면에 분사하는 노즐(34)이 형성되어 있다.
이 석영 유리 도가니 제조 장치(20)를 이용하여 도가니의 제조를 행하려면, 회전 구동원(도시하지 않음)을 가동시켜 회전축(25)을 화살표의 방향으로 회전시킴으로써, 도가니 성형용 형틀(21)을 소정의 속도로 회전시킨다(도 3의 스텝 S1).
그리고, 대기 분위기, 감압 기구(28)의 작동에 의한 통기부(23)의 감압을 행하고, 도가니 성형용 형틀(21)의 내측 부재(22)에 형성된 다수의 관통 구멍을 통하여 내측 부재(22) 내면측을 흡인하면서, 내측 부재(22) 내에 원료 공급 노즐(31)로부터 석영 유리 원료 분말을 공급한다.
이 원료 공급 노즐(31)은, 회전된 도가니 성형용 형틀(21) 내에 석영 유리 원료 분말을 장전할 때에는, 처음에 예를 들면 조립(粗粒)의 천연 석영 유리 원료 분말을 장전하고, 그 후, 그의 내표면에 예를 들면 미립의 합성 실리카 원료 분말을 장전하도록 구성되어 있다.
또한, 원료 공급 노즐을 2개 형성하여, 각각 따로따로 원료 분말을 공급해도 좋다.
이 도가니 성형용 형틀(21) 내에 공급된 천연 석영 유리 원료 분말은, 내측 부재(22) 내면측으로의 흡인력 및, 원심력에 의해 도가니 성형용 형틀(21)의 내측 부재(22)에 압압되어, 1개의 층(천연 석영 유리 원료 분말층(5))이 형성된다(도 3의 스텝 S2).
그리고, 이 천연 석영 유리 원료 분말에 계속하여 합성 실리카 원료 분말이 도가니 성형용 형틀(21) 내에 공급된다. 이 합성 실리카 원료 분말은, 흡인력 및 원심력에 의해 천연 석영 유리 원료 분말층(5)에 압압되어, 1개의 층(합성 실리카 원료 분말층(6))이 형성되고, 전체적으로 도가니 형상의 2층의 원료 분말 적층체(7)가 형성된다(도 3의 스텝 S3).
상기 원료 분말 적층체(7)를 형성한 후, 감압 기구(28)의 작동에 의한 감압을 계속하여, 소정 시간 경과 후에 카본 전극인 아크 전극(29)에 통전하여 원료 분말 적층체의 내측으로부터 가열하고, 원료 분말 적층체(7)를 내측으로부터 용융하여, 표층을 유리화(합성 실리카 유리층으로 함)한다.
추가로 감압 기구(28)의 작동에 의한 감압을 계속하여, 내측 부재(22)에 형성된 복수의 관통 구멍을 통하여 원료 분말 적층체(7)로부터 소정 시간, 흡인한다.
추가로 아크 전극(29)에 통전하여 원료 분말 적층체(7)의 내측으로부터 가열 용융하여, 유리화한 도가니 형상체(8)를 형성한다(도 3의 스텝 S4).
여기에서 도가니 형상체(8)의 온도는, 950℃∼1200℃로 보존 유지하고, 노즐(34)로부터 반응성 가스인 반응성 가스를 5L/초 초과, 20L/초 미만의 유량으로 도가니 내표면 전체에 60분∼180분 동안, 분사한다(도 3의 스텝 S5).
이 처리에 의해, 반응성 가스가 도가니 내표면의 산소 성분과 반응하여, 도가니 내표면 영역(표면에서 깊이 3㎜까지의 영역)에 있어서의 과잉 산소가 제거되어, 산소 과잉 결함의 함유량이 3×1011개/g 이하로 억제된다.
또한, 상기 반응성 가스를 분사하는 공정에 있어서 도가니 형상체(8)의 온도가 950℃보다 낮으면, 반응성 가스가 도가니 내표면으로부터 유리 두께 중 내부로 확산할 때의 확산 속도가 느려지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 1200℃보다 크면, 유리 왜곡점을 초과해 버려, 금형 중의 석영 유리 도가니 내에 응력이 국소적으로 집중하여, 석영 유리 도가니가 변형할 리스크가 존재하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 수소 가스를 분사하는 시간이, 5L/초 초과, 20L/초 미만의 유량으로 60분보다 짧으면, 반응성 가스의 도가니 내표면으로부터 유리 두께 중 내부로의 확산 효과가 약해지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 5L/초 초과, 20L/초 미만의 유량으로, 180분보다 길면, 반응성 가스의 확산이 지나치게 넓어지고, 예를 들면 저부 등의 얇은 투명 내층을 초과하여, 불투명 외층까지 산소 과잉 결함을 억제하기 때문에, 거품의 발생이 억제되어 유리 내부가 과잉으로 따뜻하게 된다. 그와 같이 유리 내부가 과잉으로 따뜻하게 된 경우, 유리 내부의 실리콘 융액의 온도가 불균일화하여, 단결정의 인상에 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 반응성 가스의 공급이 적으면, 석영 유리 도가니 내표면 전체에 가스가 가 널리 퍼지는 속도가 느리고, 그 결과 유리 두께 중에 확산하는 속도도 느려진다. 한편, 반응성 가스의 공급량이 많으면, 반응성 가스의 유리 도가니 내표면으로부터 유리 두께 중에 확산하는 반응장이 항상 변화하기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 반응성 가스의 유량은, 5L/초 초과, 20L/초 미만이 바람직하다. 반응성 가스의 유량은, 반응장이 안정적으로 유지되는 10L/초 정도가 더욱 바람직하다.
마지막으로, 고온이 되기 쉬운 부위, 예를 들면 상기 도가니 형상체(8)의 저부에 질소 가스 혹은 헬륨 가스를 분사하여 냉각하고, 당해 부위에 있어서의 합성 실리카 유리층의 고온화를 억제하여, 배퍼라이즈에 의한 알루미늄 및 금속계 원소의 농축을 억제한다(도 3의 스텝 S6).
그리고, 냉각 후, 상기 도가니 형상체(8)의 상단부를 절단함으로써, 도 1에 나타낸 석영 유리 도가니(1)가 얻어진다(도 3의 스텝 S7).
이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 도가니 내표면으로부터 깊이 3㎜ 이내의 영역에 있어서, 그의 산소 과잉 결함의 함유량은 3×1011개/g 이하로 형성된다.
그와 같이 형성된 석영 유리 도가니를 이용함으로써, 도가니 내에서 실리콘 원료를 용융했을 때, 발생한 열에 의해 산소 과잉 결함 내에서 트랩된 잔류 기포가 팽창한다고 해도, 도가니 내표면에 있어서의 산소 과잉 결함량이 적기 때문에, 도가니 내표면에 있어서의 기포 부풀음의 발생이 억제되어, 실리콘 융액으로의 기포의 용해를 방지할 수 있다.
또한, 이러한 석영 유리 도가니를 제조하려면, 950℃∼1200℃로 보존 유지된 도가니 형상체(8)의 내표면에 대하여, 반응성 가스(예를 들면 수소 가스)를 도가니 내표면 전체에 5L/초 초과, 20L/초 미만으로, 60분∼180분 동안 분사하여, 도가니 내표면에 있어서의 산소 과잉 결함을 저감함으로써 얻을 수 있다.
또한, 도 3의 스텝 S5에 있어서 노즐(34)에 의해 반응성 가스를 도가니 내표면에 분사하도록 했지만, 그에 한정하지 않고, 도가니 형상체(8)를 고온의 챔버 내에 보존 유지한 상태로, 챔버 내에 반응성 가스인 수소 가스를 도입하여, 60분∼180분 동안 도가니 표면에 수소 가스를 노출되도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 2층 구조의 석영 유리 도가니를 예로 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 석영 유리 도가니의 층수는 한정되는 것이 아니고, 1층이라도 3층 이상이라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 도가니 내표면에 분사하는 반응성 가스를 수소 가스로 했지만, 본 발명에 있어서는 수소 가스에 한정되는 것이 아니고, 산소와 반응하는 가스이면, 그 외의 가스를 이용해도 좋다.
[실시예]
본 발명에 따른 석영 유리 도가니 및 그의 제조 방법에 대해서, 실시예에 기초하여 추가로 설명한다.
[실험 1]
실험 1에서는, 도 2에 나타낸 석영 유리 도가니 제조 장치를 이용하여, 상기 실시 형태에 나타낸 제조 방법에 의해 직경 약 800㎜의 석영 유리 도가니의 제조를 행했다.
도가니 형상체를 형성한 후, 대기압의 환경하에 있어서 1200℃로 보존 유지하고, 챔버 내에 수소 가스를, 10L/초로, 60분 이상 도입했다. 그 후, 도가니 형상체를 냉각하여, 석영 유리 도가니를 제조했다.
제조한 석영 유리 도가니의 도 1의 부호 11, 12, 13으로 나타내는 3개소의 부위에 있어서, 깊이 방향의 위치에 의해 산소 과잉 결함량에 차이가 있는지 검증했다.
실시예 1에서는 도가니 내표면으로부터 1㎜, 실시예 2에서는 도가니 내표면으로부터 2㎜, 실시예 3에서는 도가니 내표면으로부터 3㎜의 위치에서의 산소 과잉 결함량을 특허문헌 2에 기재된 방법으로 측정했다.
실험 1의 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 표 1의 산소 과잉 결함량은 각각의 깊이에 있어서 측정한 각 부위의 평균한 값이다.
Figure 112021039719983-pat00001
실험 1의 결과로부터 도가니 내표면으로부터의 깊이가 3㎜까지의 범위이면, 산소 과잉 결함량이 3×1011개/g 이하인 것을 확인했다.
[실험 2]
실험 2에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 보존 유지 온도의 조건, 반응성 가스 도입량을 10L/초로 하고, 도입 시간의 조건을 바꾸어, 석영 유리 도가니를 제조했다. 제조한 석영 유리 도가니의 도 1의 부호 11, 12, 13으로 나타내는 3개소의 부위에 있어서, 도가니 내표면으로부터의 깊이 3㎜에서의 산소 과잉 결함량을 측정했다. 또한, 그 때의 석영 유리 도가니의 변형 및 불투명 외층으로의 영향의 유무도 확인했다.
[실시예 4, 5]
실시예 4, 5에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 보존 유지 온도의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[실시예 6, 7]
실시예 6, 7에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 반응성 가스 도입 시간의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 도가니 형상체를 형성 후에 반응성 가스를 도입하지 않고, 석영 유리 도가니를 제조했다.
[비교예 2]
비교예 2에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 보존 유지 온도의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[실시예 8]
실시예 8에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 보존 유지 온도의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[비교예 3]
비교예 3에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 반응성 가스 도입 시간의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 비교예 3에서는, 도가니 형상체 보존 유지 온도를 1100℃로 했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 반응성 가스 도입 시간의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
실험 2의 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 표 2의 산소 과잉 결함량은, 각 부위의 산소 과잉 결함량을 평균한 값이다.
Figure 112021039719983-pat00002
[실험 3]
실험 3에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 보존 유지 온도의 조건을 1200℃, 반응성 가스 도입 시간을 120분으로 고정으로 하고, 반응성 가스 도입량을 바꾸어, 도가니 내표면으로부터의 깊이 3㎜에서의 산소 과잉 결함량을 측정했다.
[실시예 10]
실시예 10에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 반응성 가스 도입량의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
[비교예 4, 5]
비교예 4, 5에서는, 도가니 형상체를 형성 후의 반응성 가스 도입량의 조건을 실험 1과는 바꾸어 검증했다. 그 외의 조건은 실험 1과 동일하다.
실험 3의 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112021039719983-pat00003
표 2, 3의 결과로부터, 도가니 형상체를 950∼1200℃의 고온 상태의 보존 유지하고, 수소 가스를 5L/초 초과, 20L/초 미만으로, 60∼180분 도입하여, 이를 도가니 내표면으로 노출함으로써, 적어도 도가니 내표면으로부터 깊이 3㎜의 위치에 있어서, 산소 과잉 결함의 함유량을 3×1011개/g 이하로 형성할 수 있는 것을 확인했다.
[실험 4]
도가니 내표면으로부터 깊이 3㎜의 영역에 있어서 산소 과잉 결함의 함유량이 3×1011개/g 이하인 도가니와, 도가니 내표면으로부터 깊이 3㎜의 영역에 있어서 산소 과잉 결함의 함유량이 3×1011개/g을 초과하는 도가니를 이용하여, 실리콘 단결정을 인상하고, 도가니 내표면에 있어서의 기포 부풀음의 발생 상황에 대해서 검증했다.
인상 조건으로서는, CZ(초크랄스키)법을 이용하여, 석영 유리 도가니 내에 다결정 실리콘 및 B(붕산), P(인)를 투입하고, 1400℃ 이상에서 용해시켜, 70시간 이상에 걸쳐 단결정 실리콘을 인상했다.
그 결과, 도가니 내표면으로부터 깊이 3㎜의 영역에 있어서 산소 과잉 결함의 함유량이 3×1011개/g 이하인 도가니에 있어서는, 도가니 내표면에 있어서의 기포 부풀음의 발생이 억제되어, 실리콘 융액으로의 기포의 용해를 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
1 : 석영 유리 도가니
2 : 불투명 외층(불투명층)
3 : 투명 내층(투명층)
11 : 직동부
12 : 코너부
13 : 저부
20 : 석영 유리 도가니 제조 장치

Claims (5)

  1. 실리콘 단결정의 육성에 이용되며, 적어도 도가니 내표면에 있어서 당해 도가니 내표면에서 깊이 3㎜까지의 영역에 있어서의 산소 과잉 결함의 함유량이, 3×1011개/g 이하인 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니의 제조 방법으로서,
    도가니 성형용 형틀의 내측 부재를 축 주위로 회전시킴과 함께, 상기 내측 부재 내에 유리 원료 분말을 공급하는 스텝과,
    축 주위로 회전하는 상기 내측 부재의 내면에, 흡인력 및 원심력에 의해 상기 유리 원료 분말을 압압하고, 적어도 1층으로 이루어지는 원료 분말 적층체를 형성하는 스텝과,
    상기 원료 분말 적층체의 내측을 가열 용융하고, 상기 원료 분말 적층체의 전체를 유리화하여 도가니 형상체로 하는 스텝과,
    상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝을 포함하고,
    상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝에 있어서, 상기 도가니 형상체에 포함되는 산소에 반응하는 반응성 가스를 5L/초 초과, 20L/초 미만으로, 60분 이상, 적어도 상기 도가니 형상체의 내표면으로 노출하는 것을 특징으로 하는, 석영 유리 도가니의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니 형상체의 내측 표면 온도를 950℃∼1200℃의 사이로 보존 유지하는 스텝에 있어서, 상기 반응성 가스를 분사하는 시간이 60분 이상 180분 이하인 것을 특징으로 하는, 석영 유리 도가니의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응성 가스는 수소 가스인 것을 특징으로 하는, 석영 유리 도가니의 제조 방법.
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