KR20120039683A - 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니 - Google Patents

실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니 Download PDF

Info

Publication number
KR20120039683A
KR20120039683A KR1020127002707A KR20127002707A KR20120039683A KR 20120039683 A KR20120039683 A KR 20120039683A KR 1020127002707 A KR1020127002707 A KR 1020127002707A KR 20127002707 A KR20127002707 A KR 20127002707A KR 20120039683 A KR20120039683 A KR 20120039683A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica glass
crucible
layer
silica
outer layer
Prior art date
Application number
KR1020127002707A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101357740B1 (ko
Inventor
토시아키 스도
마사루 사토
Original Assignee
쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤 filed Critical 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤
Publication of KR20120039683A publication Critical patent/KR20120039683A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101357740B1 publication Critical patent/KR101357740B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

고온하에서의 강도가 높고, 인상 종료후에는 간단히 취출 할 수 있는 실리카 유리 도가니를 제공한다.
실리카 유리 도가니(10)는, 도가니의 외표면측에 설치된 실리카 유리 외층(13a)과, 도가니의 내표면측에 설치된 실리카 유리 내층(13c)과, 실리카 유리 외층(13a)과 실리카 유리 내층(13c)의 사이에 설치된 실리카 유리 중간층(13b)을 구비한다. 실리카 유리 외층(13a)은 100ppm 이상의 광화제 농도를 가지고, 실리카 유리 중간층(13b) 및 실리카 유리 내층(13c)은 50ppm 이하의 광화제 농도를 가진다. 실리카 유리 외층(13a) 및 실리카 유리 중간층(13b)은 천연 실리카로 이루어지고, 실리카 유리 내층(13c)은 고순도 천연 실리카 또는 합성 실리카로 이루어지는 것이 바람직하다. 저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께는 0.5mm 내지 2.0mm이며, 측벽부(10A)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께는, 저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)보다도 두껍다.

Description

실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니{Silica glass crucible for pulling of silicon single crystal}
본 발명은, 쵸크랄스키법(CZ법)에 의한 실리콘 단결정의 인상(引上)에 사용되는 실리카 유리 도가니에 관하며, 특히 인상 종료시의 사용 완료된 도가니의 취출이 용이한 실리카 유리 도가니에 관한 것이다.
CZ법에 의한 실리콘 단결정의 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니는, 단결정의 대구경화에 따라 대형화되며, 고온의 열환경에 장시간 노출되기 때문에, 보다 높은 강도가 요구되고 있으며, 그 해결 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 도가니 표면에 결정화 촉진제를 실시하고, 인상 공정의 고온에서 도가니 표면을 결정화시킴으로써 도가니 강도를 높이는 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌2에는, 실리카 유리 도가니의 외표면에 실리카 유리보다도 높은 연화(軟化)온도를 가지는 안정화층을 설치하는 기술이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌3 및 4에는, 고온에서의 내구성을 향상시키기 위하여, 도가니의 외층을 알루미늄(Al) 첨가 실리카층, 중간층을 천연 실리카층 또는 고순도 합성 실리카층, 내층을 투명한 고순도 합성 실리카층으로 하는 3층 구조로 된 실리카 유리 도가니가 공개되어 있다. 또한, 특허문헌5에는, 도가니의 측벽부 및 만곡부가 3층 구조로 되며, 결정화 촉진제 첨가 실리카 유리로 이루어지는 외층과, 천연 원료 실리카 유리로 이루어지는 불투명 중간층과, 천연 원료 실리카 유리 또는 합성 원료 실리카 유리로 이루어지는 투명 내층으로부터 이루어지고, 도가니의 저부가 2층 구조이고, 천연 원료 실리카 유리로 되는 불투명 외층과, 천연 원료 실리카 유리 또는 합성 원료 실리카 유리로 이루어지는 투명 내층으로부터 이루어지는 실리카 유리 도가니가 공개되어 있다. 이 구조에 의하면, 도가니 저부와 서셉터의 밀착성을 높일 수 있고, 도가니를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 실리콘 단결정의 인상에 있어서, 서셉터에 실리카 유리 도가니를 장착하여 도가니 전체를 가열하고, 도가니 내부에 투입된 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 단결정을 끌어 올린다. 용융 실리콘에 접촉하는 실리카 유리 도가니의 내표면은 용손 되므로, 일회 또는 수회에 거쳐 끌어 올린 후, 서셉터 내에는 용손된 도가니가 남는다. 또한, 사용된 도가니 내에는 용융 실리콘이 잔류되지만, 도가니와 실리콘 잔액은 냉각됨에 따라서 열팽창율의 차이에 의한 비뚤어짐이 생기고, 도가니가 파손되고, 서셉터 내에는 파손된 도가니 잔류물이 실리콘 덩어리와 함께 남는다. 따라서, 이 도가니 잔류물은 재이용할 수 없고, 서셉터에서 취출되어 폐기된다.
종래의 실리카 유리 도가니는, 도가니 잔류물을 서셉터에서 취출 할 때에, 실리카 유리 도가니가 서셉터에 밀착되어 취출이 어려울 경우가 있으며, 공구를 이용하여 밀착된 부분을 파쇄하여 취출하는 등의 필요성이 있고, 대형 도가니에 있어서는 조작이 어려워, 때로는 고가인 서셉터에 상처가 생기는 경우도 존재한다. 때문에, 사용자로부터는 인상 종료 후에 도가니 잔류물을 간단히 취출 할 수 있는 실리카 유리 도가니를 강력하게 요구하고 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, 특허문헌 6에서는, 고온에서 외표면이 결정화되어 형성되는 결정층의 두께가 0.5 내지 2mm가 되게 결정화 촉진층을 형성하는 것에 의하여, 인상 종료 후의 냉각시에 도가니 측벽부분을 작게 파손시킴으로써, 도가니의 취출을 쉽게 하고 있다.
특허문헌1 : 일본공개특허 평 9-110590호 공보 특허문헌2 : 일본공개특허 특표 2004-531449호 공보 특허문헌3 : 일본공개특허 2000-247778호 공보 특허문헌4 : 국제공개 제2004/106247호 공보 특허문헌5 : 일본공개특허 2008-81374호 공보 특허문헌6 : 일본공개특허 2006-213556호 공보
상술한 바와 같이, 특허문헌6에 기재된 종래의 실리카 유리 도가니에서는, 결정화 촉진층을 충분히 얇게 하는 것으로 도가니의 냉각 시에 표면의 결정층만을 미세하게 파손시켜서, 도가니를 서셉터에서 쉽게 취출 할 수 있게 한다. 하지만, 결정층이 매우 얇게 때문에, 종래의 강화 도가니와 같이 충분한 강도를 가지게 하는 것은 어렵다. 상술한 바와 같이, 최근 단결정의 대구경화에 따라 도가니도 대형화되고, 고온에 장시간 노출되기 때문에, 내구성이 높은 도가니가 요구되기에, 고온에서의 강도가 높고, 또한 서셉터에서 취출하기 쉬운 실리카 유리 도가니가 제공될 것이 요망된다.
본 발명은, 실리콘 단결정의 인상에 사용되는 종래의 실리카 유리 도가니에서의 상기 과제를 해결하는 것이며, 인상중의 고온에서의 강도가 높고, 인상 종료 후에는 쉽게 취출 할 수 있는 실리카 유리 도가니를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 도가니의 외표면에 형성되는 결정층이 두꺼울 경우, 단결정 인상후의 냉각시에 두께 전체를 관통하는 균열이 생기기 쉽고, 이러한 균열이 도가니의 저부에서 생겼을 경우에는 융액누출의 원인이 되지만, 측벽부에서는 융액누출의 원인으로 되지 않는다는 것을 알았다. 또한, 도가니를 안정적으로 지지하기 위해서는 도가니의 저부가 조금 변형되어 서셉터에 밀착되는 것이 좋지만, 서셉터에서 도가니를 취출하기 어렵기 때문에, 냉각된 후의 취출을 쉽게 하는 것이 중요하지만, 도가니의 측벽부에서 오히려 안쪽으로 무너지는 등의 변형이 생기지 않는 것이 중요하며, 냉각된 후에 쉽게 취출되는 것은 저부 만큼 문제가 되지 않는다는 것을 알았다.
본 발명은 이러한 기술적 지견에 근거한 것이며, 본 발명에 의한 실리카 유리 도가니는, 측벽부, 만곡부 및 저부를 가지며, 도가니의 외표면측에 설치된 실리카 유리 외층과, 도가니의 내표면측에 설치된 실리카 유리 내층과, 실리카 유리 외층과 실리카 유리 내층 사이에 설치된 실리카 유리 중간층을 구비하고, 실리카 유리 외층은 100ppm 이상의 광화제(鑛化劑) 농도를 가지며, 실리카 유리 중간층은 50ppm 이하의 광화제 농도를 가지고, 저부에서의 실리카 유리 외층의 두께는 0.5mm 이상 2.0mm 이하이며, 측벽부에서의 실리카 유리 외층의 두께는, 도가니 저부에서의 실리카 유리 외층 보다도 두터운 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 도가니 외표면측에 설치된 실리카 유리 외층의 두께는 도가니 저부에서 0.5mm 이상 2.0mm 이하이며, 도가니 외표면에 형성되는 결정층의 두께는 냉각시의 파쇄에 적합한 두께로 형성되기에, 인상 종료후에 도가니가 점차적으로 냉각되었을 때에, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 열팽창율의 차이로 도가니 외표면의 결정층에 균열이 생겨 도가니의 외표면만이 작게 파손되고, 서셉터에 도가니가 밀착되어도, 도가니 잔류물을 서셉터에서 용이하게 취출 할 수 있다. 또한, 실리카 유리 외층이 결정화되는 것으로 얻을 수 있는 결정층은 매우 얇기에, 도가니와 서셉터의 밀착성을 저해하지 않고, 따라서 도가니를 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 측벽부에서의 실리카 유리 외층의 두께가 저부에서의 실리카 유리 외층보다도 두껍기에, 측벽부의 점성을 높일 수 있고, 실리콘 단결정 인상중의 고온하에서 측벽부의 변형이 생기기 어려운 도가니를 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 측벽부에서의 실리카 유리 외층의 두께는 3.0mm 이상인 것이 바람직하다. 이 구조에 의하면, 측벽부의 점성을 높일 수 있고, 단결정 인상중의 고온하에서 측벽부가　안쪽으로　넘어지는 등의 변형을 방지할 수 있다. 저부의 실리카 유리 외층과는 다르게, 측벽부의 실리카 유리 외층이 충분히 두터울 경우에는, 도가니가 점차적으로 냉각되었을 때에, 표층뿐만 아니라 벽부를 관통하는 균열이 생기는 우려가 있지만, 인상 종료후의 도가니 내에는 실리콘 융액이 거의 남아있지 않기에, 가령 측벽부에 균열이 생겨도 융액 누출이 생기지 않는다. 따라서, 융액 누출과 도가니의 변형의 두가지 현상을 방지하면서, 서셉터에서 취출이 용이한 도가니를 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 측벽부에서의 실리카 유리 외층의 평균 두께는, 만곡부에서의 실리카 유리 외층의 평균 두께보다 두껍고, 만곡부에서의 실리카 유리 외층의 평균 두께는, 저부에서의 실리카 유리 외층의 평균 두께보다도 두꺼운 것이 바람직하다. 실리카 유리 외층의 두께가 이와 같이 단계적으로 변화될 경우에는, 도가니 저부에서 균열이 생기는 확률을 충분히 저감시킬 수 있다. 특별히, 만곡부에서의 실리카 유리 외층의 두께가 도가니 저부를 향하여 서서히 얇아질 경우에는, 측벽부에서의 실리카 유리 외층의 두께를 거의 일정하게 할 수 있고, 측벽부 및 저부에서 실리카 유리 외층의 기능을 안정적으로 발휘시킬 수 있다
본 발명에 있어서, 실리카 유리 내층은 20ppm 이하의 광화제 농도를 가지는 실리카 유리층이여도 좋다. 이 실리카 유리층은, 20ppm 이하의 광화제 농도를 가지는 천연 실리카 유리층이여도 되고, 1ppm 이하의 광화제 농도를 가지는 합성 실리카 유리층이여도 좋다. 어느 경우라도, 도가니 내표면으로부터 실리콘 융액중에 용출되는 광화제의 양이 적기 때문에, 실리콘 단결정의 불순물　오염을 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광화제는 알루미늄(Al)인 것이 바람직하다. 광화제로서 Al를 이용했을 경우에는, Al를 포함하는 층의 점도가 커져서 도가니의 강도가 향상되는 이점이 있을 뿐만 아니라, 고온 시의 열확산이 적기 때문에, 실리콘 단결정의 인상 중에 형성되는 결정층의 두께의 제어가 용이하여, 실리콘 단결정의 인상 시간이나 조건에 좌우되지 않고 얇은 결정층을 안정적으로 형성할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명에 있어서, 도가니의 외표면측에 설치된 다수의 기포를 포함하는 불투명 실리카 유리층과, 도가니의 내표면측에 설치된 투명 실리카 유리층을 구비하고, 불투명 실리카 유리층은, 실리카 유리 외층 및 실리카 유리 중간층을 포함하고, 투명 실리카 유리층은, 실리카 유리 내층을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 인상중의 고온하에서 강도가 높고, 인상 종료 후에 도가니 잔류물을 간단히 취출 할 수 있고, 더욱 안전하게 사용할 수 있는 실리카 유리 도가니를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니의 광화제 농도에 근거하는 층구조를 나타내는 개략단면도이다.
도 3은 실리카 유리 도가니(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 실리카 유리 도가니(10)의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.
아래에서, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
도1은, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니의 구조를 나타내는 단면도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니(10)는, 측벽부(10A） 및 저부(10B)를 가지며, 용기로서의 기본 형상을 가진다. 측벽부(10A)는, 도가니의 중심축(Z축)과 평행되는 원통형의 부분에 있어서, 도가니의 개구로부터 바로 아래로 연장된다. 그러나, 측벽부(10A)는 Z축에 대하여 완전히 평행될 필요는 없으며, 개구를 향하여 서서히 넓혀지게 경사져도 좋다. 또한, 측벽부(10A)는 직선이어도 되고, 완만하게 만곡되어도 좋다. 특별히 한정되는 것이 아니지만, 측벽부(10A)는, Z축과 직교되는 XY평면에 대한 도가니 벽면의 접선경사각이 80도 이상이 되는 영역으로 정의될 수 있다.
도가니의 저부(10B)는, 도가니의 중심축과의 교점을 포함하는 대략 원반형의 부분이며, 저부(10B)와 측벽부(10A)의 사이에는 만곡부(10C)가 설치되어 있다. 만곡부(10C)는 측벽부(10A)의 직경이 서서히 작아지는 부분이다. 도가니 저부(10B)의 형상은 소위 둥근 바닥이어도 되고, 평평한 바닥이어도 좋다. 또한, 만곡부(10C)의 곡률이나 각도도 임의로 설정할 수 있다. 도가니 저부(10B)가 둥근 바닥일 경우에는, 저부(10B)도 적당한 곡률을 가지기 때문에, 저부(10B)와 만곡부(10C)의 곡률 차이는 평평한 밑바닥에 비하여 매우 작다. 도가니 저부(10B)가 평평한 밑바닥일 경우에는, 저부(10B)가 평탄하거나 또는 지극히 완만한 만곡면을 이루고, 만곡부(10C)의 곡률이 매우 크다. 한편, 평평한 밑바닥일 경우, 저부(10B)는, Z축과 직교되는 XY평면에 대한 도가니 벽면의 접선경사각이 30도 이하가 되는 영역으로 정의될 수 있다.
도가니의 두께는 부위에 의해 다르지만, 10mm 이상인 것이 바람직하고, 13mm 이상인 것이 보다 바람직하다. 보통, 구경이 32인치 (약800mm) 이상의 대형 도가니의 두께는 10mm 이상, 40인치 (약1000mm) 이상의 대형 도가니의 두께는 13mm 이상이며, 이것들의 대형 도가니는 서셉터에서의 취출이 매우 곤란하며, 또한 오랜 시간 사용되기 때문에 변형이 생기기 쉬우며, 본 발명에 의한 효과가 현저하기 때문이다. 구체적으로 예를 들면, 직경이 32인치, 높이가 500mm인 실리카 유리 도가니의 두께는, 측벽부에서 17mm, 만곡부에서 25mmm, 저부에서 14mm이다.
도1에 도시된 바와 같이, 실리카 유리 도가니(10)는, 도가니의 외표면측에 설치된 불투명 실리카 유리층(11)과, 도가니의 내표면측에 설치된 투명 실리카 유리층(12)을 구비하고 있다.
불투명 실리카 유리층(11)은, 다수의 미소한 기포를 내포하는 비정질 실리카 유리층이다. 본 명세서에 있어서의 「불투명」이란, 실리카 유리 중에 다수의 기포가 내재하고, 외관상 백탁(白濁)의 상태를 의미한다. 불투명 실리카 유리층(11)은, 도가니 외주에 배치된 히터로부터의 열을 실리카 유리 도가니 중의 실리콘 융액에 균일하게 전달하는 역할을 한다. 불투명 실리카 유리층(11)은 투명 실리카 유리층(12)에 비하여 열용량이 크기에, 실리콘 융액의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.
불투명 실리카 유리층(11)의 기포 함유율은 투명 실리카 유리층(12)보다도 높고, 그 기능을 발휘할 수 있는 한，특히 한정되지 않지만, 0.7% 이상인 것이 바람직하다. 불투명 실리카 유리층(11)의 기포 함유율이 0.7% 미만에서는 불투명 실리카 유리층(11)의 기능을 발휘할 수 없기 때문이다. 한편, 불투명 실리카 유리층(11)의 기포 함유율은 비중으로 구할 수 있다. 도가니에서 단위체적(1cm3)의 불투명 실리카 유리편을 잘라내어, 그 질량을 A로 하고, 기포를 내포하지 않는 실리카 유리의 비중을 B(= 2.21)로 할 경우, 기포 함유율은 P(%)=(1-A/B)×100이 된다.
투명 실리카 유리층(12)은, 실질적으로 기포를 함유하지 않는 비정질 실리카 유리층이다. 투명 실리카 유리층(12)에 의하면, 도가니 내표면으로부터 박리되는 실리카편(조각)의 증가를 방지할 수 있고, 실리콘 단결정화율을 높일 수 있다. 여기에서, 「실질적으로 기포를 함유하지 않는다」는 것은, 기포의 원인으로 단결정화율이 저하되지 않는 정도의 기포 함유율 및 기포 사이즈인 것을 의미하며, 특별히 한정되지 않는 한, 기포 함유율이 0.1% 이하이며, 기포의 평균 직경이 100μm 이하인 것이 바람직하다. 불투명 실리카 유리층(11)으로부터 투명 실리카 유리층(12)에의 기포 함유율의 변화는 비교적 급격하며, 투명 실리카 유리층(12)의 기포 함유율이 증가 되기 시작한 위치로부터 도가니의 외표면측을 향하여 30μm 정도 진행된 곳 혹은 범위에서 거의 불투명 실리카 유리층(11)의 기포 함유율에 달한다. 따라서, 불투명 실리카 유리층(11)과 투명 실리카 유리층(12)의 경계(L)는 명확하며, 목시(目視)로 쉽게 구별할 수 있다.
투명 실리카 유리층(12)의 기포 함유율은, 광학적 검출 수단을 이용하여 비파괴적으로 측정할 수 있다. 광학적 검출 수단으로서는, 실리카 유리 도가니의 내표면에 따라 회동 조작할 수 있는 것을 이용할 수 있으며, 표면으로부터 일정한 깊이에 존재하는 기포를 검출하기 위하여, 광학 카메라 렌즈의 초점을 표면으로부터 깊이 방향에 주사하면 된다. 광학 검출 수단에 의하면 측정 결과는 화상처리 장치에 입력되어, 기포 함유율 P(%)이 산출된다. 상세하게는, 광학 카메라를 이용하여 도가니 내표면의 화상을 촬상하고, 도가니 내표면을 일정한 면적마다 구분하여 기준면적S1로 하고，상기 기준면적 S1 마다 기포의 점유 면적S2을 구하여, P(%)=(S2/S1)×100으로 산출된다. 이런 비파괴적 기포 함유율의 측정법은, 예를 들면, 일본공개특허 평3-86249호 공보나 일본공개특허 평11-228283호 공보에 상세히 기재되어 있다.
도2는, 본 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니의 광화제 농도에 의한 층구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 실리카 유리 도가니(10)는 3층 구조이며, 도가니의 외표면측으로부터 순서대로 실리카 유리 외층(13a), 실리카 유리 중간층(13b), 및 실리카 유리 내층(13c)을 가진다. 도2에 있어서, 불투명 실리카 유리층(11)과 투명 실리카 유리층(12)의 경계는 점선L로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 불투명 실리카 유리층(11)과 투명 실리카 유리층(12)의 경계(L)는, 실리카 유리 중간층(13b)과 실리카 유리 내층(13c)의 경계와 반드시 일치하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서, 불투명 실리카 유리층(11)은 실리카 유리 외층(13a)과 실리카 유리 중간층(13b)의 대부분을 포함하고, 투명 실리카 유리층(12)은 실리카 유리 내층(13c)과 실리카 유리 중간층(13b)의 나머지의 부분을 포함하는 구성으로 되어 있다.
실리카 유리 외층(13a) 및 실리카 유리 중간층(13b)은 천연 실리카 유리로 이루어지는 것이 바람직하다. 천연 실리카 유리란, 규석, 천연 수정 등의 천연질 실리카를 원료로 제조된 실리카 유리를 의미한다. 일반적으로 천연 실리카는 합성 실리카에 비하여 금속 불순물의 농도가 높고, OH기의 농도가 낮은 특성을 가지고 있다. 예를 들면, 천연 실리카 중의 Al의 농도는 1ppm 이상이고, 알칼리 금속(Na, K 및 Li)의 농도는 각각 0.05ppm 이상이며, OH기의 농도는 60ppm 미만이다. 한편, 천연 실리카인지 아닌지는 하나의 요소에 근거하여 판단되는 것이 아니고, 복수의 요소에 근거하여 종합적으로 판단되어야 한다. 천연 실리카는, 합성 실리카에 비하여 고온에서의 점성이 높기에, 도가니 전체의 내열강도를 높일 수 있다. 또한, 천연 원료는 합성 실리카에 비하여 저렴하여, 코스트면에서도 유리하다.
실리카 유리 외층(13a)은, 도가니의 외표면의 결정화(크리스토발라이트화)를 촉진시키는 동시에 고온에서의 실리카 유리의 점성을 높여서 도가니의 강도를 향상시키는 기능을 가지고 있다. 이런 기능을 실현하기 위하여, 실리카 유리 외층(13a)에 포함되는 광화제의 평균 농도는 100ppm 이상인 것이 필요하다. 광화제의 평균 농도가 100ppm 미만에서는, 도가니의 외표면이 결정화되지 않거나 또는 결정화가 불충분하며, 결정화 촉진층으로서 기능하지 않는 우려가 있기 때문이다.
광화제의 종류는, 유리의 결정화를 촉진시키는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 결정화는, 금속 불순물이 포함되는 경우에 특별히 일어나기 쉬우므로, 광화제로서는, 금속 불순물이 호적하며, 예를 들면, 알칼리 금속(예: 나트륨이나 칼륨), 알칼리 토류 금속(마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 또는 바륨), 알루미늄, 철을 들 수 있다.
광화제로서 Al을 이용했을 경우에는, Al을 포함하는 층의 점도가 커져서 도가니의 강도가 향상되는 동시에, 고온 시의 열 확산이 적기 때문에, 실리콘 단결정의 인상중에 형성되는 결정층의 두께의 제어가 용이하며, 실리콘 단결정의 인상 시간이나 조건에 좌우되지 않고 얇은 결정층을 안정적으로 형성할 수 있는 이점이 있다.
실리카 유리 중간층(13b)은, 도가니의 소망의 두께를 확보하기 위한 필요한 층이다. 또한, 실리카 분말의 용융중에 아크 불꽃의 불규칙적인 흐름에 의해 광화제를 많이 포함하는 실리카 유리 외층(13a)의 원료 분말이 유동되고, 실리카 유리 내층(13c)이 오염되는 것을 방지하는 역할도 달성한다. 더욱이, 실리카 유리 중간층(13b)은, 광화제 농도의 차이에 의해 생기는 내부 응력의 비뚤어짐(왜곡)을 방지하는 중간층으로서도 기능한다. 도가니 외층의 광화제 농도를 높게 하는 동시에 광화제 농도가 적은 고순도의 내층을 설치하고, 더욱이, 알루미늄 농도가 단계적으로 감소되는 외층과 내층의 중간에 중간층을 설치하여, 내부응력을 완화할 수 있고, 냉각 시에 도가니의 파손을 방지할 수 있다.
실리카 유리 중간층(13b)은 실리카 유리 외층(13a)과 다르며, 단결정 인상중의 고온에서 결정화되지 않는 것이 필요하다. 때문에, 실리카 유리 중간층(13b)에 포함되는 광화제의 평균 농도는 50ppm 이하인 것이 필요하다. 이 구성에 의하면, 광화제 농도차이가 적절하게 설정되어 있기에, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 경계를 명확화할 수 있다.
실리카 유리 외층(13a)은 도가니의 외표면의 전면에 형성되어 있지만, 그 두께는 부위에 따라 다르다. 본 실시 형태에 있어서, 실리카 유리 외층(13a)은 도가니의 측벽부(10A)에서 비교적 두껍게 형성되며, 저부에서 비교적 얇게 형성된다. 구체적으로, 저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께 W1은 0.5mm 이상 2.0mm 이하이며, 측벽부(10A)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께 W2는 3.0mm 이상이며 W1 보다 두텁다. 구체적으로 예를 들면, W1=2.0mm이며, W2=4.0mm이다.
저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께 W1는 0.5mm 이상 2.0mm 이하인 것이 필요하다. 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 0.5mm 보다 얇으면 충분한 파괴 효과를 얻을 수 없고, 2mm를 초과하면 지나치게　파괴되어 냉각 도중에서 붕락(무너져 떨어지고)이 생기고, 융액 누출을 일으키는 위험이 있기 때문이다.
측벽부(10A)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께 W2는 3mm 이상이며, 4mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 두께 W2는, 도가니 측벽부(10A)의 두께 W0의 1/2 이하(W0/2 이하)인 것이 바람직하다. 이 경우, W0≥10mm인 것이 바람직하다. 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 도가니 측벽부(10A)의 두께 W0의 1/2보다 클 경우에는, 실리카 유리 중간층(13b)이 얇아진 결과, 광화제의 차폐 효과가 불충분하며, 실리카 유리 외층(13a)의 광화제의 화합물이 실리카 유리 중간층(13b)을 통과하여 실리카 유리 내층(13c)에 혼입되고, 고순도의 실리카 유리 내층(13c)의 광화제 농도가 높아지기 때문이다. 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 4mm 이상이면, 도가니 저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)와의 두께의 차이가 명확하여, 측벽부(10A)의 변형을 충분히 억제할 수 있다.
실리카 유리 외층(13a)은, 측벽부(10A)에서 대략 일정한 두께를 가지며, 만곡부(10C)로부터 서서히 얇아지고, 저부(10B)에서 0.5mm 이상 2.0mm 이하의 일정한 두께가 되게 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 측벽부(10A)에 있어서의 실리카 유리 외층(13a)은, 만곡부(10C)에 있어서의 실리카 유리 외층(13a)의 평균 두께보다 두껍다. 또한, 만곡부(10C)에서의 실리카 유리 외층(13a)의 두께는, 저부(10B)에서의 실리카 유리 외층(13a)보다 두껍다. 그러나, 본 발명은, 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 만곡부(10C)에서 시작하여 서서히 얇아지는 구성에 한정되지 않고, 측벽부(10A)에서의 실리카 유리 외층(13a)이 충분한 두께를 가지는 경우에는, 측벽부(10A)의 도중에서 시작하여 서서히 얇아지게 구성되어도 좋다.
실리카 유리 외층(13a)은 단결정 인상중의 고온에서 결정화되지만, 실리카 유리 외층(13a)이 저부(10B)에서 얇을 경우에는, 단결정의 인상 종료 후에 도가니가 점차적으로 냉각될 때에, 유리질 실리카와 결정질 실리카에 있어서의 열 팽창율이 서로 다르기에, 도가니 외표면의 결정층에 균열이 생겨서 도가니의 외표면만이 작게(약간) 파손되기에, 서셉터에 도가니가 밀착되어도 박리되기 쉬우며 도가니 잔부를 서셉터에서 쉽게 취출 할 수 있다. 또한, 결정층이 매우 얇기에, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 열 팽창율의 차이로 인한 응력에 의해 실리카 유리 중간층(13b)에 손상을 주지 않고, 도가니와 서셉터 사이의 밀착성을 저해하지 않으며, 도가니 저부의 파손에 의한 융액 누출의 문제도 생기지 않는다.
실리카 유리 외층(13a)이 측벽부(10A)에서 두껍게 형성되어 있을 경우에는, 실리콘 단결정 인상중의 고온하에서, 측벽부(10A)의 점성을 높일 수 있고, 측벽부(10A)가 안쪽으로 무너지는 등의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 단결정의 인상이 종료된 후에 도가니가 점차로 냉각되었을 때에, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 열 팽창율의 차이로 도가니 외표면의 결정층에 균열이 생성되어 도가니의 외표면만이 파손되므로, 서셉터에 도가니가 밀착되어도, 도가니 잔류물을 서셉터에서 용이하게 취출 할 수 있다. 도가니의 저부(10B)와 다르며, 결정층이 두꺼울 경우에는, 나머지의 유리층이 얇아지고, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 열 팽창율의 차이에 의한 응력도 커지며, 실리카 유리 중간층(13b)에 손상을 주는 우려가 있지만, 인상 종료 후에는 실리콘 융액은 대부분이 남아있지 않기 때문에, 측벽부(10A)에 균열이 생겨도 융액 누출의 문제는 생기지 않는다.
실리카 유리 내층(13c)은, 도가니 내표면으로부터 용출되는 불순물을 저감하고, 실리콘 단결정의 불순물오염을 억제하는 역할을 한다. 때문에, 실리카 유리 내층(13c)의 광화제 농도는 될 수 있는 한 낮게 하는 것이 좋다. 실리카 유리 내층(13c)의 원료는 고순도의 천연 실리카 유리 또는 합성 실리카 유리인 것이 바람직하다. 합성 실리카 유리는, 예를 들면 규소 알콕시드의 가수분해에 의해 합성된 합성 원료를 용융하여 제조된 실리카 유리를 의미한다. 일반적으로 합성 실리카는 천연 실리카에 비하여 금속 불순물의 농도가 낮으며, OH기의 농도가 높은 특성을 가지고 있다. 예를 들면, 합성 실리카에 포함되는 각 금속 불순물의 농도는 0.05ppm 미만이며, OH기의 농도는 30ppm 이상이다. 그러나, 금속 불순물이 첨가된 합성 실리카도 알려져 있기에, 합성 실리카인지 아닌지는 하나의 요소에 근거하여 판단되는 것이 아니고, 복수의 요소에 근거하여 종합적으로 판단되어야 한다. 이와 같이, 합성 실리카 유리는 천연 실리카 유리에 비하여 불순물이 적기에, 도가니로부터 실리콘 융액 중에 용출 되는 불순물의 증가를 방지할 수 있고, 실리콘 단결정화율을 높일 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 도가니 저부(10B)의 외표면측에 설치되어 있는 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 0.5mm 이상 2.0mm이하이며, 결정층의 두께가 냉각시의 파쇄에 적합한 두께로 형성되어 있기에, 인상 종료후에 도가니가 점차로 냉각되었을 때에, 유리질 실리카와 결정질 실리카의 열 팽창율의 차이로 도가니 저부의 외표면의 결정층에 균열이 생겨서 도가니의 외표면만이 적게 파손된다. 따라서, 도가니가 서셉터에 밀착되어도, 도가니 잔류물을 서셉터에서 쉽게　취출 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 외표면에 설치되어 있는 실리카 유리 외층(13a)이 측벽부(10A)에서 두껍게 형성되어 있기에, 실리콘 단결정 인상중의 고온하에서, 측벽부(10A)의 점성을 높일 수 있고, 측벽부(10A)가 안쪽으로 무너지는 등의 변형을 방지할 수 있다.
측벽부(10A)에 설치된 실리카 유리 외층(13a)은, 저부(10B)에 설치된 충분히 얇은 층이 아니고 비교적 두꺼운 층이기에, 도가니가 점차로 냉각되었을 때에, 표층뿐만 아니라 측벽부(10A)를 관통하는 균열이 생기는 우려가 있다. 그렇지만, 인상 종료 후의 도가니 내에는 실리콘 융액이 대부분이 남아있지 않기에, 예를 들어 상기 균열이 생겨도 융액 누출이 생기지 않는다. 따라서, 융액 누출과 도가니의 변형의 두 가지 현상을 방지하면서, 서셉터로부터의 취출이 용이한 실리카 유리 도가니를 제공할 수 있다.
다음에, 도3 및 도4를 참조하면서, 실리카 유리 도가니(10)의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도3은, 실리카 유리 도가니(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도4는, 실리카 유리 도가니(10)의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 플로우차트이다.
실리카 유리 도가니(10)는 회전 몰드법에 의해 제조될 수 있다. 회전 몰드법에서는, 도3에 도시된 바와 같이, 실리카 유리 도가니(10)의 외형에 맞춘 캐비티를 가지는 카본 몰드(14)를 준비하고, 몰드(14)를 회전시키면서 실리카 분말을 공급하고, 몰드의 내면에 따른 실리카 분말의 층을 형성한다.
본 실시 형태에서, 우선 실리카 유리 외층(13a)의 원료로 되는 천연 실리카 분말(제1의 천연 실리카 분말(16a))이 캐비티내에 공급된다(스텝S11). 이때, 제1의 천연 실리카 분말(16a)의 공급량은, 최종적으로 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 측벽부(10A)에서 3mm 이상, 저부(10B)에서 0.52mm 이상이 되게 조정된다. 제1의 천연 실리카 분말(16a)의 광화제 농도는, 예를 들면 산화 알루미늄(알루미나) 분말을 원료 실리카 분말에 함유시키는 것으로 조정할 수 있다.
다음에, 실리카 유리 중간층(13b)의 원료로 되는 천연 실리카 분말(제2의 천연 실리카 분말(16b))이 공급되고, 더욱이, 실리카 유리 내층(13c)의 원료로 되는 천연 실리카 분말 또는 합성 실리카 분말 (제3의 실리카 분말(16c))이 공급된다(스텝 S12, S13). 제3의 실리카 분말(16c)의 공급량은, 최종적으로 실리카 유리 내층(13c)의 두께가 1mm 이상의 적절한 두께로 되게끔 조정된다. 또한, 제2의 실리카 분말(16b)의 공급량은, 실리카 유리 외층(13a) 및 실리카 유리 내층(13c)을 포함하는 최종적인 도가니의 두께가 적절한 두께로 되게끔 조정된다. 카본 몰드(14)는 일정한 속도로 회전되고 있으므로, 공급된 실리카 분말은 원심력에 의해 내면에 붙은 상태로 일정한 위치에 머물러서, 그 형상이 유지된다.
그 후, 캐비티 내에 아크 전극(15)을 설치하고, 몰드의 내측으로부터 실리카 분말의 층 전체를 1720℃ 이상으로 가열하여 용융한다. 또한, 가열하는 동시에 몰드측에서 감압하고, 몰드에 설치된 통기공을 통하여 실리카 분말층 내부의 기체를 외층측으로 흡인하고, 가열중의 실리카 분말층을 탈기시키는 것으로써, 도가니 내표면의 기포를 제거하고, 실질적으로 기포를 함유하지 않은 투명 실리카 유리층(12)을 형성한다(스텝S14). 그 후, 가열을 계속하면서 탈기시키기 위한 감압을 약하게 하거나 또는 정지하고, 기포를 잔류시킴으로써, 다수의 미소한 기포를 내포하는 불투명 실리카 유리층(11)을 형성한다(스텝S15). 최후에, 가열을 정지하고 도가니를 냉각하여(스텝S16), 본 실시 형태에 의한 실리카 유리 도가니가 완성된다.
이상은, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하며, 이것들도 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 상술한 실리카 유리 도가니의 제조 방법에서는, 실리카 유리 외층(13a)을 포함하는 도가니 전체를 회전 몰드법에 의해 형성하지만, 도가니 저부(10B)에 있어서의 실리카 유리 도가니 외층(13a)을 용사법에 의해 형성해도 좋다. 한편, 측벽부(10A)에 있어서의 실리카 유리 외층(13a)에 대하여 그 두께를 어느 정도로 확보할 필요가 있기에, 측벽부(10A)의 실리카 유리 외층(13a)은 아크 용융법에 의해 형성되는 것이 좋다. 도가니 저부(10B)의 실리카 유리 도가니 외층(13a)을 용사법으로 형성할 경우, 0.5 ~ 2 mm 정도의 매우 얇고 균일한 실리카 유리층을 용이하게 형성할 수 있다.
도2에 도시된 3층 구조를 가지는 실리카 유리 도가니를 상기 회전 몰드법에 의해 제조하고, 각　부위의 실리카 유리 외층(13a)의 두께가 다른 도가니 샘플 A1 ~ A5를 준비했다. 실리카 유리 도가니 샘플 A1 ~ A5의 사이즈는, 직경이 32인치 (구경이 800mm), 높이가 500mm이며, 두께는 직동부에서 17mm, 만곡부에서 25mm, 저부에서 14mm로 했다. 또한, 실리카 유리 내층(13c)의 두께는 측벽부에서 1.5mm, 저부에서 1.0mm로 했다. 더욱이, 실리카 유리 외층(13a)의 Al농도는 전부의 샘플에서 100ppm으로 하고 실리카 유리 중간층(13b)의 Al농도는 전부의 샘플에서 50ppm로 했다.
다음, 이것들의 실리카 유리 도가니 샘플을 이용하여 실리콘 단결정의 인상을 진행했다. 실리콘 단결정의 인상에서는, 실리카 유리 도가니 내에 원료인 폴리실리콘 400kg을 충전한 후, 실리카 유리 도가니를 단결정 인상 장치에 설치하여, 도가니 내의 폴리실리콘을 로 내에서 융해하고, 직경이 약 300mm의 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 소위 재충전법에 의해 진행했다. 그리고 실리콘 단결정의 인상 종료 후, 약 1500℃의 로 내를 400℃까지 12시간 걸쳐서 냉각하였다. 즉, 이때의 도가니의 냉각 속도는 약 92℃/h이었다. 그 후, 로 내에서 도가니를 꺼내어, 실온까지 자연 냉각시킨 후의 도가니의 상태를 관찰했다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
표1에 나타내는 바와 같이, 실리카 유리 도가니 샘플 A2 및 A3은 도가니의 외표면이 완전히 결정화되고, 재충전법을 이용하여 3회 반복하여 끌어 올려도(인상하여도), 도가니는 충분한 강도를 나타내었고, 냉각후에는 도가니 저부의 외표면이 미세하게 파쇄 박리되어, 도가니 잔류물을 지극히 용이하게 취출 할 수 있게 되었다. 도가니 측벽부에 균열부위가 있었지만, 안쪽으로 무너지는 등의 변형은 보이지 않았다.
한편, 실리카 유리 도가니 샘플 A1은, 도가니 저부에 있어서 결정층의 형성이 불충분하며, 냉각 시에 결정층이 대부분 파쇄되지 않기에, 도가니 잔류물의 취출이 매우 곤란하였다. 또한, 실리카 유리 도가니 샘플 A4는, 도가니의 저부 및 측벽부에 외표면이 완전히 결정화되었지만, 재충전법을 이용하여 3회 반복하여 끌어올릴 때에, 도가니 측벽부에는 안쪽으로 무너지는 변형이 나타났다. 냉각후는 도가니 저부의 외표면이 미세하게 파쇄 박리되어, 도가니 잔류물을 매우 용이하게 취출　할 수 있었다. 또한 실리카 유리 도가니 샘플 A5는, 도가니의 외표면이 완전히 결정화되고, 재충전법을 이용하여 3회 반복하여 끌어 올릴 때에, 도가니는 충분한 강도를 나타내었지만, 인상 종료 후의 냉각시에 도가니 저부에 균열이 생겨서 융액 누출이 발생하였다.
Figure pct00001
도2에 도시된 3층 구조를 가지는 실리카 유리 도가니를 상기 회전 몰드법에 의해 제조하고, 실리카 유리 외층(13a)의 Al 농도가 다른 점을 제외하고 실시예 1의 샘플 A3과 같은 조건으로 도가니 샘플 B1 ~ B4를 준비했다. 즉, 실리카 유리 외층(13a)의 저부(10B)에 있어서의 두께를 2mm, 측벽부(10A)에 있어서의 두께를 4mm로 했다.
그 다음, 이것들의 실리카 유리 도가니 샘플 B1 ~ B4를 이용하여 실리콘 단결정의 인상을 실시했다. 그 결과를 표2에 나타낸다.
표2에 나타내는 바와 같이, 실리카 유리 도가니 샘플 B1 및 B2는 도가니의 외표면이 완전히 결정화되고, 재충전법을 이용하여 3회 반복하여 끌어올려도, 도가니는 충분한 강도를 나타내며, 냉각된 후에는 도가니 외표면이 미세하게 파쇄 박리되어, 도가니 잔류물을 매우 용이하게 취출 할 수 있었다. 도가니 측벽부에는 균열부위가 있었지만, 안쪽으로 무너지는 등의 변형은 보이지 않았다.
한편, 실리카 유리 도가니 샘플 B3 및 B4는, 통상의 냉각 속도에서는 도중에서 파쇄되었고, 도가니의 붕괴를 막기 위하여 냉각시간을 길게 하였다.
Figure pct00002
(실시예3)
도2에 도시된 3층 구조를 가지는 실리카 유리 도가니를 상기 회전 몰드법에 의해 제조하고, 광화제로서, Al 대신에, Ba 또는 Ca를 이용한 점을 제외하고, 실시예 1의 샘플A3과 같은 조건을 만족시키는 도가니 샘플 C1 ~ C2를 준비했다.
다음에, 이것들의 실리카 유리 도가니 샘플 C1 ~ C2를 이용하여 실리콘 단결정의 인상을 진행했다. 그 결과를 표3에 나타낸다.
Figure pct00003
표3에 나타내는 바와 같이, 실리카 유리 도가니 샘플 C1 및 C2는 도가니의 외표면이 완전히 결정화되고, 재충전법을 이용하여 3회 반복하여 끌어올려도, 도가니는 충분한 강도를 나타내었고, 냉각된 후에는 도가니 외표면이 미세하게 파쇄 박리되어, 도가니 잔류물을 매우 용이하게 취출 할 수 있었다. 도가니 측벽부에는 균열부위가 있었다.
안쪽으로 무너지는 변형은 생기지 않았지만, C1 ~ C2에서는, 침입량이 A3보다도 조금 컸다.
10…실리카 유리 도가니
10A…측벽부
10B…저부
10C…만곡부
11…불투명 실리카 유리층
12…투명 실리카 유리층
13a…실리카 유리 외층
13b…실리카 유리 중간층
13c…실리카 유리 내층
14…카본 몰드
15…아크 전극
16a…제1의 실리카 분말
16b…제2의 실리카 분말
16c…제3의 실리카 분말

Claims (6)

  1. 측벽부, 만곡부 및 저부를 가지는 실리카 유리 도가니에 있어서,
    상기 도가니의 외표면측에 설치된 실리카 유리 외층과,
    상기 도가니의 내표면측에 설치된 실리카 유리 내층과,
    상기 실리카 유리 외층과 상기 실리카 유리 내층 사이에 설치된 실리카 유리 중간층을 구비하고,
    상기 실리카 유리 외층은 100ppm 이상의 광화제 농도를 가지고,
    상기 실리카 유리 중간층 및 상기 실리카 유리 내층은 50ppm 이하의 광화제 농도를 가지고,
    상기 저부에서의 상기 실리카 유리 외층의 두께는 0.5mm 이상 2.0mm 이하이고,
    상기 측벽부에서의 상기 실리카 유리 외층의 두께는, 상기 도가니 저부에서의 상기 실리카 유리 외층보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 실리카 유리 도가니.
  2. 청구항１에 있어서，
    상기 측벽부에서의 상기 실리카 유리 외층의 두께가 3.0mm이상인 실리카 유리 도가니.
  3. 청구항１에 있어서，
    상기 측벽부에서의 상기 실리카 유리 외층의 평균 두께는, 상기 만곡부에서의 상기 실리카 유리 외층의 평균 두께보다도 두껍고,
    상기 만곡부에서의 상기 실리카 유리 외층의 평균 두께는, 상기 저부에서의 상기 실리카 유리 외층의 평균 두께보다도 두꺼운 실리카 유리 도가니.
  4. 청구항１에 있어서，
    상기 실리카 유리 내층은, 20ppm 이하의 광화제 농도를 가지는 실리카 유리 도가니.
  5. 청구항１에 있어서，
    실리카 유리 외층은, 상기 측벽부에서는 실질적으로 일정한 두께를 가지고, 상기 만곡부에서는 상기 저부를 향하여 두께가 서서히 얇아지는 실리카 유리 도가니.
  6. 청구항１에 있어서，
    상기 광화제는 Al인 실리카 유리 도가니.
KR1020127002707A 2009-07-31 2010-07-28 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니 KR101357740B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2009-179536 2009-07-31
JP2009179536 2009-07-31
PCT/JP2010/062682 WO2011013695A1 (ja) 2009-07-31 2010-07-28 シリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120039683A true KR20120039683A (ko) 2012-04-25
KR101357740B1 KR101357740B1 (ko) 2014-02-03

Family

ID=43529348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127002707A KR101357740B1 (ko) 2009-07-31 2010-07-28 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9187357B2 (ko)
EP (1) EP2460911B1 (ko)
JP (1) JP4964351B2 (ko)
KR (1) KR101357740B1 (ko)
CN (1) CN102471922B (ko)
TW (1) TWI394721B (ko)
WO (1) WO2011013695A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5762945B2 (ja) * 2011-12-30 2015-08-12 株式会社Sumco シリカガラスルツボ
JP2013177267A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Mitsubishi Materials Corp 石英るつぼ、石英るつぼの製造方法及び鋳造装置
KR101790716B1 (ko) * 2013-05-31 2017-10-26 가부시키가이샤 섬코 단결정 인상용 실리카 유리 도가니 및 그 제조 방법
JP6256411B2 (ja) * 2015-05-18 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP6204560B2 (ja) * 2016-10-07 2017-09-27 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
CN108660506A (zh) * 2017-03-31 2018-10-16 上海新昇半导体科技有限公司 一种坩埚及制造方法
JP2019151494A (ja) * 2018-02-28 2019-09-12 株式会社Sumco シリカガラスルツボ
JP7024700B2 (ja) * 2018-12-19 2022-02-24 株式会社Sumco 石英ガラスルツボ
DE102020000701A1 (de) * 2020-02-03 2021-08-05 Siltronic Ag Quarzglastiegel zur Herstellung von Siliciumkristallen und Verfahren zur Herstellung von Quarzglastiegel

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07121099B2 (ja) 1988-03-08 1995-12-20 松下電器産業株式会社 映像信号記録装置
JPH0813340B2 (ja) 1989-08-30 1996-02-14 三菱マテリアル株式会社 石英ルツボの光学的非破壊検査法とその装置
US5976247A (en) 1995-06-14 1999-11-02 Memc Electronic Materials, Inc. Surface-treated crucibles for improved zero dislocation performance
JP3621282B2 (ja) 1999-02-25 2005-02-16 東芝セラミックス株式会社 石英ガラスルツボおよびその製造方法
DE10114698A1 (de) 2001-03-23 2002-09-26 Heraeus Quarzglas Bauteil aus Quarzglas sowie Verfahren zur Herstellung desselben
US20030012899A1 (en) * 2001-07-16 2003-01-16 Heraeus Shin-Etsu America Doped silica glass crucible for making a silicon ingot
US7118789B2 (en) * 2001-07-16 2006-10-10 Heraeus Shin-Etsu America Silica glass crucible
DE10217946A1 (de) * 2002-04-22 2003-11-13 Heraeus Quarzglas Quarzglastiegel und Verfahren zur Herstellung desselben
WO2004106247A1 (ja) 2003-05-30 2004-12-09 Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ
JP2006213556A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Japan Siper Quarts Corp シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボとその製造方法、および取り出し方法
JP4717771B2 (ja) 2006-09-28 2011-07-06 コバレントマテリアル株式会社 シリカガラスルツボ
JP4799536B2 (ja) * 2007-12-14 2011-10-26 ジャパンスーパークォーツ株式会社 大径のシリコン単結晶インゴット中のピンホール欠陥の低減を可能とする大径シリコン単結晶インゴット引上げ用高純度石英ガラスルツボ

Also Published As

Publication number Publication date
JP4964351B2 (ja) 2012-06-27
WO2011013695A1 (ja) 2011-02-03
CN102471922B (zh) 2014-12-10
EP2460911A1 (en) 2012-06-06
EP2460911A4 (en) 2012-06-20
US9187357B2 (en) 2015-11-17
JPWO2011013695A1 (ja) 2013-01-10
CN102471922A (zh) 2012-05-23
TW201111307A (en) 2011-04-01
TWI394721B (zh) 2013-05-01
EP2460911B1 (en) 2014-04-16
KR101357740B1 (ko) 2014-02-03
US20120137965A1 (en) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101357740B1 (ko) 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니
TWI410535B (zh) 矽單晶拉引用石英玻璃坩堝
JP4166241B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法
JP6973554B2 (ja) 石英ガラスルツボ
TW200936820A (en) Quartz glass crucible, method for manufacturing the same and single crystal pulling method
KR20120075413A (ko) 복합 도가니 및 그 제조 방법
KR20120055695A (ko) 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니 및 그 제조 방법
JP6253976B2 (ja) 石英ガラスルツボ及びその製造方法
CN105849320A (zh) 石英玻璃坩埚及其制造方法
JP4548962B2 (ja) 石英ガラスルツボ及びこれを用いたシリコン単結晶の引き上げ方法
KR101252184B1 (ko) 실리카 유리 도가니 및 실리콘 잉곳의 제조 방법
JP6351534B2 (ja) シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ
JP5191003B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
KR20230081722A (ko) 석영 유리 도가니 및 그 제조 방법 및 실리콘 단결정의 제조 방법
JP7172844B2 (ja) シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法
EP2163529B1 (en) Apparatus for the production of silica crucible
JP2022093544A (ja) シリカガラスルツボ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170113

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180112

Year of fee payment: 5