KR20140107513A - 실리카 유리 도가니 - Google Patents

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KR20140107513A
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토시아키 스도
타다히로 사토
켄 키타하라
타쿠마 요시오카
히로시 키시
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가부시키가이샤 섬코
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Abstract

실리카 유리 도가니(12)의 좌굴 또는 측벽부(15)의 도가니 내부로의 도괴를 유효하게 억제한다. 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부(15)와, 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부(16)와, 측벽부(15) 및 바닥부(16)를 연접하는 라운드부(17)를 구비하는 실리카 유리 도가니(12)가 제공된다. 이 실리카 유리 도가니(12)에서는 측벽부(15)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 라운드부(17)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 크다.

Description

실리카 유리 도가니{SILICA GLASS CRUCIBLE}
본 발명은 실리카 유리 도가니에 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, 측벽부 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.
한편, 초크랄스키법으로 단결정을 제조할 때, 단결정 인상 중에 육성(育成) 단결정의 성장 계면 이외에서 발생하는 고화((固化) 굳어짐)가 잘 발생하지 않는 인상 조건을 효율적이고 확실하게 설계하는 방법의 개발이 정력적으로 행해지고 있다. 이러한 종류의 기술로서, 예를 들면, 특허 문헌 2에는, 초크랄스키법에 의해 원료 융액을 수용한 도가니로부터 단결정을 육성할 때의 단결정의 인상 조건의 설계 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 종합 열전달 해석에 의해 얻어진 육성하는 단결정의 외주면으로부터 도가니 내벽까지의 융액 내의 온도차(ΔT(K))를 육성하는 단결정의 외주면으로부터 도가니 내벽까지의 융액 표면에서의 수평 방향의 거리(L(cm))로 나눈 평균 융액 내 온도 구배(G(K/cm))를 구하고, 그 평균 융액 내 온도 구배(G)와 단결정 인상 중에 육성 단결정의 성장 계면 이외에서 발생하는 고화의 발생률과의 관계로부터 인상 조건을 설정하는 단결정의 인상 조건의 설계 방법이 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2008-273788호 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 공보 제2004-67452호
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 결정하는 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 방법에서는, 평균 융액 내 온도 구배(G)와 단결정 인상 중에 육성 단결정의 성장 계면 이외에서 발생하는 고화의 발생률 간의 관계로부터 인상 조건으로 설정했다 하더라도 도가니의 좌굴(座屈) 또는 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 유효하게 억제하기는 어렵다.
또한, 최근에는 직경 300mm인 웨이퍼가 반도체 칩의 제조 프로세스의 주류이며, 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 120kg이나 되는 거대한 것으로서, 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 수행된다. 즉, 실리콘 단결정의 인상시에는 약 1500℃의 실리콘 융액이 900kg 이상이나 되는 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 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 야기하는 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 실리카 유리 도가니의 좌굴 또는 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 유효하게 억제하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 단결정 실리콘의 인상에 사용되는 실리카 유리 도가니로서, 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부와, 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부와, 그 측벽부 및 그 바닥부를 연접(連接)하는 라운드부를 구비하고, 그 측벽부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 그 라운드부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 큰 실리카 유리 도가니가 제공된다.
이 구성에 따르면, 측벽부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 그 라운드부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 크기 때문에 단결정 실리콘의 인상을 수행할 때 실리콘 융액의 액면이 라운드부에 다다른 시점에서 실리카 유리 도가니의 가열 강도를 완화시킬 수 있다. 그 결과, 이 구성에 따르면, 실리콘 융액의 액면이 라운드부에 다다른 시점에서 실리카 유리 도가니의 측벽부 또는 라운드부가 과도하게 가열되는 것을 억제할 수 있기 때문에 실리카 유리 도가니의 좌굴 또는 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실리카 유리 도가니의 좌굴 또는 측벽부의 도가니 내부로의 도괴를 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1의 실리카 유리 도가니의 구성에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 실리카 유리 도가니의 측벽부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 실시 형태 2에 따른 실리카 유리 도가니의 측벽부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 온도 구배에 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(12)는 내표면측에 투명한 실리카 유리층(11)과 외표면측에 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)을 갖는 것이다. 이 실리카 유리 도가니(12)는 초크랄스키법(CZ법) 등에 의해 단결정 실리콘의 인상에 사용될 때에는 개구부가 위를 향하도록 서셉터(도시하지 않음) 위에 안착되어 있다.
이 실리카 유리 도가니(12)는 곡률이 비교적 큰 라운드부(별명으로 코너부라고도 칭해짐)(17)와, 상면에 개구한 가장자리부를 갖는 원통형의 측벽부(15)와, 직선 또는 곡률이 비교적 작은 곡선으로 이루어지는 절구 형태의 바닥부(16)를 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 라운드부(17)란 측벽부(15)와 바닥부(16)를 연접하는 부분으로서, 라운드부(17)의 곡선의 접선이 실리카 유리 도가니(12)의 측벽부(15)와 중첩되는 점으로부터 바닥부(16)와 공통 접선을 갖는 점까지의 부분을 의미한다.
보다 상세하게 설명하면, 도가니의 측벽부(15)는 도가니의 중심축(Z축)과 평행한 원통형의 부분으로서, 도가니의 개구로부터 대략 바로 아래로 연장되어 있다. 단, 측벽부(15)는 Z축에 대해 완전히 평행할 필요는 없으며, 개구를 향해 서서히 넓어지도록 경사져 있을 수도 있다. 또한, 측벽부(15)는 직선적일 수도 있고, 완만하게 만곡되어 있을 수도 있다.
도가니의 바닥부(16)는 도가니의 Z축과의 교점을 포함하는 대략 원반형의 부분으로서, 바닥부(16)와 측벽부(15) 사이에는 라운드부(17)가 형성되어 있다. 도가니 바닥부(16)의 형상은 소위 둥근 바닥일 수도 있고 편평 바닥일 수도 있다. 또한, 라운드부(17)의 곡률이나 각도도 임의로 설정할 수 있다. 도가니 바닥부(16)가 둥근 바닥인 경우에는 바닥부(16)도 적당한 곡률을 갖기 때문에 바닥부(16)와 라운드부(17)의 곡률차는 편평 바닥에 비해 매우 작다. 예를 들면, 실리카 유리 도가니(12)의 측벽부(15)가 굴곡되기 시작하는 점을 측벽부(15)와 라운드부(17)의 경계로 할 수도 있다. 또한, 도가니의 바닥의 곡률이 일정한 부분이 바닥부(16)이고, 도가니의 바닥의 중심으로부터의 거리가 증가했을 때 곡률이 변화하기 시작하는 점을 바닥부(16)와 라운드부(17) 간의 경계로 할 수도 있다.
이 경우, 도가니 바닥부(16)가 편평 바닥인 경우에는, 바닥부(16)가 평탄 혹은 매우 완만한 만곡면을 이루며, 라운드부(17)의 곡률은 매우 크다. 또한, 바닥부(16)는 Z축과 직교하는 XY 평면에 대한 도가니 벽면의 접선 경사각이 5도 이하, 10도 이하, 15도 이하, 20도 이하, 25도 이하 또는 30도 이하가 되는 영역으로서 정의할 수도 있다.
이러한 형상을 갖는 실리카 유리 도가니(12)의 경우, 초크랄스키법(CZ법) 등에 의해 단결정 실리콘의 인상에 사용될 때에는 측벽부(15)의 자중(18)에 의해 측벽부(15)로부터 라운드부(17)에 큰 힘이 가해져 측벽부(15)가 내측으로 도괴되는 힘도 가해지게 된다. 한편으로, 단결정 실리콘의 인상의 초기에는 실리카 유리 도가니(12) 내부에 실리콘 융액이 측벽부(15)의 위쪽까지 충전되어 있기 때문에 이 실리콘 융액으로부터 측벽부(15), 라운드부(17) 및 바닥부(16)에 대해 큰 압력이 가해져 라운드부(17)에서의 좌굴(19) 또는 측벽부(15)의 내측으로의 도괴가 억제된다.
그러나, 실리콘 융액의 액면이 라운드부(17) 근처까지 내려오면 실리콘 융액으로부터 측벽부(15)에 대한 압력이 없어져 버린다. 또한, 실리콘 융액으로부터 라운드부(17) 및 바닥부(16)에 대해 가해지는 압력도 작아지게 된다. 게다가, 실리카 유리 도가니(12)를 떠받치는 몰드(도시하지 않음)의 외주부에 설치된 카본 히터(도시하지 않음)로부터는 여전히 큰 열량이 측벽부(15)로 흘러들어오기 때문에 측벽부(15)는 고온으로 가열되어 버린다. 그러나, 고온으로 가열된 측벽부(15)는 벌써 실리콘 융액에 접촉되어 있지 않기 때문에 열의 도피처가 적어지게 되어, 측벽부(15)는 소위 물이 없는 빈 그릇 등을 올려놓고 불을 때는 상태로 되어 버려 과도하게 가열되어 실리카 유리가 자중(18)을 떠받치기가 어려울만큼 연화되어 버릴 수 있다. 그 때문에, 라운드부(17)에서의 좌굴(19) 또는 측벽부(15)의 내측으로의 도괴가 발생하기 쉬워진다.
<기포를 함유하는 실리카 유리층의 두께의 차이에 의거한 온도 구배의 조정에 의한 좌굴 및 도괴의 억제>
도 2는 실시 형태 1에 따른 실리카 유리 도가니의 측벽부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 3은 실시 형태 1에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시 형태에서는 측벽부(15)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 라운드부(17)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 크다. 또한, 라운드부(17)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 바닥부(16)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 크다. 여기서, 열저항이란 이하의 식으로 나타낸 바와 같이, 물체에 열을 주었을 때 일어나는 열 이동에 있어서 열의 흐르기 어려움을 나타내는 계수로서, 단위는 (K/W) 또는 (℃/W)로 표시된다.
열저항(℃/W)=온도차(℃)÷열원의 열량(W)
또한, 본 실시 형태에서는 이 두께 방향의 단위 면적 당 열저항은 실제의 실리콘 단결정의 인상시의 조건에 가까운 조건으로 측정된 것임이 바람직하다. 구체적으로 설명하면, 실리카 유리 도가니의 외측의 주위 온도가 1000℃, 1050℃, 1100℃, 1200℃, 1300℃, 1400℃, 1500℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃, 1900℃, 2000℃의 어느 하나인 조건으로 측정된 값임이 바람직하다. 또한, 실리카 유리 도가니의 내측의 주위 온도가 외측의 주위 온도에 비해 1℃, 2℃, 3℃, 4℃, 5℃, 6℃, 7℃, 8℃, 9℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃의 어느 하나만큼 낮은 조건으로 측정된 값임이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 실리카 유리 도가니(12)에 충전된 실리콘 융액의 액면(24)으로부터 단결정 실리콘을 잘 인상하기 위해서는 액면(24)의 온도를 소정의 온도 범위로 유지할 필요가 있다. 그리고, 단결정 실리콘의 인상의 초기에는 이 실리카 유리 도가니(12)의 측벽부(15)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 크기 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이, 측벽부(15)의 외측과 내측 간의 온도차(온도 구배(28))가 커진다. 그 때문에, 액면(24)의 온도를 소정의 온도 범위로 유지하기 위해서는 실리카 유리 도가니(12)를 떠받치는 몰드(도시하지 않음)의 외주부에 설치된 카본 히터(20)로부터 큰 열량(22)을 실리카 유리 도가니(12)에 공급할 필요가 있다. 그 결과, 고온으로 가열된 측벽부(15)는 연화되기 쉬워지는데, 실리콘 융액으로부터 측벽부(15), 라운드부(17) 및 바닥부(16)에 대해 큰 압력이 가해지고 있기 때문에 라운드부(17)에서의 좌굴(19) 또는 측벽부(15)의 내측으로의 도괴는 억제된다.
한편, 실리콘 융액의 액면이 라운드부(17) 근처까지 내려오면 실리콘 융액으로부터 측벽부(15)에 대한 압력이 없어져 버린다. 또한, 실리콘 융액으로부터 라운드부(17) 및 바닥부(16)에 대해 가해지는 압력도 작아지게 된다. 그러나, 본 실시 형태에서는 이 실리카 유리 도가니(12)의 라운드부(17)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 측벽부(15)보다 작기 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이, 라운드부(17)의 외측과 내측 간의 온도차(온도 구배(28))가 작아진다. 그 때문에, 액면(24)의 온도를 소정의 온도 범위로 유지하기 위해 실리카 유리 도가니(12)를 떠받치는 몰드(도시하지 않음)의 외주부에 설치된 카본 히터(20)로부터 작은 열량을 라운드부(17)에 흘려넣으면 되기 때문에 라운드부(17)는 과도하게 가열되어 버리는 일이 없다. 또한, 측벽부(15)는 벌써 실리콘 융액에 접촉되어 있지 않기 때문에 열의 도피처가 적어지게 되어 측벽부(15)는 소위 물이 없는 빈 그릇 등을 올려놓고 불을 때는 상태로 되어 버리는데, 카본 히터(20)로부터는 작은 열량밖에 흘러들어오지 않기 때문에 실리카 유리가 자중(18)을 떠받치기 어려울만큼 연화되어 버리는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 라운드부(17)에서의 좌굴(19) 또는 측벽부(15)의 내측으로의 도괴가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
나아가, 실리콘 융액의 액면이 바닥부(16) 근처까지 더 내려오면 실리콘 융액으로부터 측벽부(15) 및 라운드부(17)에 대한 압력이 없어져 버린다. 또한, 실리콘 융액으로부터 바닥부(16)에 대해 가해지는 압력도 더 작아지게 된다. 그러나, 본 실시 형태에서는 이 실리카 유리 도가니(12)의 바닥부(16)의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 측벽부(15) 및 라운드부(17)보다 작기 때문에 바닥부의 외측과 내측 간의 온도차(온도 구배)가 더 작아진다. 그 때문에, 액면(24)의 온도를 소정의 온도 범위로 유지하기 위해 실리카 유리 도가니(12)를 떠받치는 몰드(도시하지 않음)의 외주부에 설치된 카본 히터(20)로부터 더 작은 열량을 바닥부(16)로 흘려넣으면 되기 때문에 바닥부(16)는 과도하게 가열되어 버리는 일이 없다. 또한, 측벽부(15) 및 라운드부(17)는 벌써 실리콘 융액에 접촉되어 있지 않기 때문에 열의 도피처가 적어지게 되어 측벽부(15) 및 라운드부(17)는 소위 물이 없는 빈 그릇 등을 올려놓고 불을 때는 상태로 되어 버리는데, 카본 히터(20)로부터는 더 작은 열량밖에 흘러들어오지 않기 때문에 실리카 유리가 자중(18)을 떠받치기 어려울만큼 연화되어 버리는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 라운드부(17)에서의 좌굴(19) 또는 측벽부(15)의 내측으로의 도괴가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이러한 조건을 충족시키는 실리카 유리 도가니(12)로는 다양한 구조를 상정할 수 있기 때문에 특별히 한정은 없다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 실리카 유리 도가니(12)가 기포를 함유하는 실리카 유리층(14) 및 투명한 실리카 유리층(11)을 포함하는 2층 이상의 구조를 가지고, 측벽부(15)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 라운드부(17)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께보다 크며, 라운드부(17)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 바닥부(16)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께보다 큰 구조를 들 수 있다. 이 경우, 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)은 단위 면적 당 열저항이 크기 때문에 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(32))는 크다. 한편, 투명한 실리카 유리층(11)은 단위 면적 당 열저항이 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)보다 작기 때문에 투명한 실리카 유리층(11)의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(30))는 작다. 그 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이, 측벽부(15)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 큰 경우에는 측벽부(15) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(28))가 커진다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 라운드부(17)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 측벽부(15)보다 작은 경우에는 라운드부(17) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(28))가 측벽부(15)보다 작아진다. 또한, 바닥부(16)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 라운드부(17)보다 더 작은 경우에는 바닥부(16) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배)가 라운드부(17)보다 더 작아진다. 그 결과, 측벽부(15)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 라운드부(17)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께보다 크고, 라운드부(17)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께가 바닥부(16)의 기포를 함유하는 실리카 유리층(14)의 두께보다 큰 구조이면 상기한 바와 같은 조건을 충족시키는 실리카 유리 도가니(12)가 얻어진다.
<이종 재료를 이용한 온도 구배의 조정에 의한 좌굴 및 도괴의 억제>
도 4는 실시 형태 2에 따른 실리카 유리 도가니의 측벽부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 5는 실시 형태 2에 따른 실리카 유리 도가니의 라운드부의 온도 구배에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시 형태에서는, 실리카 유리 도가니(12)가, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 열전도율이 다른 이종 재료를 포함하는 2층 이상의 구조를 갖는다. 구체적으로 설명하면, 이들 2층 이상 중 외측층(44)은 불순물로서 알루미늄을 함유하기 때문에 단위 면적 당 열저항이 크다. 또한, 불순물로서 알루미늄을 함유하는 외측층(44)은 실리카 유리 도가니(12)를 제조할 때 사용하는 몰드의 내측에 천연 석영 분말(가루)에 알루미나 분말을 혼합한 재료를 아크 용융하여 얻어진다. 한편, 이들 2층 이상 중 내측층(46)은 불순물로서 질소를 함유하기 때문에 단위 면적 당 열저항이 작다. 또한, 불순물로서 질소를 함유하는 내측층(46)은 합성 실리카 분말을 질소 가스 또는 암모니아 가스 분위기에서 아크 용융하여 얻어진다.
이 경우에는, 예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 실리카 유리 도가니(12)가 서로 열전도율이 다른 이종 재료를 포함하는 2층 이상의 구조를 가지며, 측벽부(15)의 외측층(44)의 두께가 라운드부(17)의 외측층(44)의 두께보다 크고, 라운드부(17)의 외측층(44)의 두께가 바닥부(16)의 외측층(44)의 두께보다 큰 구조를 들 수 있다. 이 경우, 외측층(44)은 단위 면적 당 열저항이 크기 때문에 외측층(44)의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(32))는 크다. 한편, 내측층(46)은 단위 면적 당 열저항이 외측층(44)보다 작기 때문에 내측층(46)의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(30))는 크다. 그 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, 측벽부(15)의 외측층(44)의 두께가 큰 경우에는 측벽부(15) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(28))가 커진다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 라운드부(17)의 외측층(44)의 두께가 측벽부(15)보다 작은 경우에는 라운드부(17) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배(28))가 측벽부(15)보다 작아진다. 또한, 바닥부(16)의 외측층(44)의 두께가 라운드부(17)보다 더 작은 경우에는 바닥부(16) 전체의 외측과 내측 사이에서의 온도차(온도 구배)가 라운드부(17)보다 작아진다. 그 결과, 측벽부(15)의 외측층(44)의 두께가 라운드부(17)의 외측층(44)의 두께보다 크고, 라운드부(17)의 외측층(44)의 두께가 바닥부(16)의 외측층(44)의 두께보다 큰 구조라면, 상기한 바와 같은 조건을 충족시키는 실리카 유리 도가니(12)가 얻어진다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했으나, 이들은 본 발명의 예시로서, 상기 이외의 다양한 구성을 채용할 수도 있다.
11…투명한 실리카 유리층
12…실리카 유리 도가니
14…기포를 함유하는 실리카 유리층
15…측벽부
16…바닥부
17…라운드부
18…자중
19…좌굴
20…카본 히터
22…열량
24…액면
28…온도 구배
30…온도 구배
32…온도 구배
44…외측층
46…내측층

Claims (7)

  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 라운드부,를 구비하고,
    상기 측벽부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 상기 라운드부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 큰 실리카 유리 도가니.
  2. 청구항 1에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 라운드부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항이 상기 바닥부의 두께 방향의 단위 면적 당 열저항보다 큰 실리카 유리 도가니.
  3. 청구항 1에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 실리카 유리 도가니가 기포를 함유하는 실리카 유리층 및 투명한 실리카 유리층을 포함하는 2층 이상의 구조를 가지며,
    상기 측벽부의 기포를 함유하는 실리카 유리층의 두께가 상기 라운드부의 기포를 함유하는 실리카 유리층의 두께보다 큰 실리카 유리 도가니.
  4. 청구항 3에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 라운드부의 기포를 함유하는 실리카 유리층의 두께가 상기 바닥부의 기포를 함유하는 실리카 유리층의 두께보다 큰 실리카 유리 도가니.
  5. 청구항 1에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 실리카 유리 도가니가 서로 열전도율이 다른 이종 재료를 포함하는 2층 이상의 구조를 갖는 실리카 유리 도가니.
  6. 청구항 5에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 2층 이상 중 외측층이 불순물로서 알루미늄을 함유하는 실리카 유리 도가니.
  7. 청구항 5에 기재된 실리카 유리 도가니에 있어서, 상기 2층 이상 중 내측층이 불순물로서 질소를 함유하는 실리카 유리 도가니.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190040982A (ko) 2016-08-31 2019-04-19 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 은 피복 합금 분말, 도전성 페이스트, 전자 부품 및 전기 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201811122UA (en) * 2016-09-13 2019-01-30 Sumco Corp Quartz glass crucible and manufacturing method thereof
JP2022025857A (ja) * 2020-07-30 2022-02-10 信越石英株式会社 石英ガラスるつぼ

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08301693A (ja) * 1995-04-28 1996-11-19 Mitsubishi Material Kuootsu Kk シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ
KR20010015653A (ko) * 1998-07-31 2001-02-26 마쯔자끼히로시 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니 및 그 제조방법
JP2002284596A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Japan Siper Quarts Corp 合成石英によって内表面を部分的に被覆した石英ガラスルツボ
JP2004067452A (ja) 2002-08-07 2004-03-04 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶の引き上げ条件の設計方法
JP2008273788A (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd シリコン単結晶引上用石英ガラスルツボおよびそれを使用したシリコン単結晶の製造方法
KR20100080410A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니 및 그 제조 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2933404B2 (ja) * 1990-06-25 1999-08-16 信越石英 株式会社 シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボとその製造方法
JP3888065B2 (ja) * 2001-01-30 2007-02-28 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英るつぼ
JP2002326889A (ja) * 2001-04-27 2002-11-12 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ
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
JP5252157B2 (ja) * 2008-02-05 2013-07-31 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ガラスルツボ
DE102008033945B4 (de) * 2008-07-19 2012-03-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von mit Stickstoff dotiertem Quarzglas sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignete Quarzglaskörnung, Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasstrangs und Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels
DE102009048741A1 (de) * 2009-03-20 2010-09-30 Access E.V. Tiegel zum Schmelzen und Kristallisieren eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Metalllegierung, Bauteil für einen Tiegelgrundkörper eines Tiegels und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
JP4987029B2 (ja) * 2009-04-02 2012-07-25 ジャパンスーパークォーツ株式会社 シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ
KR101357740B1 (ko) * 2009-07-31 2014-02-03 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤 실리콘 단결정 인상용 실리카 유리 도가니
JP5334315B2 (ja) * 2009-09-30 2013-11-06 コバレントマテリアル株式会社 シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
JP5289293B2 (ja) * 2009-12-14 2013-09-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ 単結晶引上げ用石英ルツボ
CN102127806B (zh) * 2010-10-28 2012-09-05 杭州先进石英材料有限公司 一种石英玻璃坩埚及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08301693A (ja) * 1995-04-28 1996-11-19 Mitsubishi Material Kuootsu Kk シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ
KR20010015653A (ko) * 1998-07-31 2001-02-26 마쯔자끼히로시 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니 및 그 제조방법
JP2002284596A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Japan Siper Quarts Corp 合成石英によって内表面を部分的に被覆した石英ガラスルツボ
JP2004067452A (ja) 2002-08-07 2004-03-04 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶の引き上げ条件の設計方法
JP2008273788A (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd シリコン単結晶引上用石英ガラスルツボおよびそれを使用したシリコン単結晶の製造方法
KR20100080410A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니 및 그 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190040982A (ko) 2016-08-31 2019-04-19 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 은 피복 합금 분말, 도전성 페이스트, 전자 부품 및 전기 장치

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