WO2008149781A1 - シリコン単結晶引上用石英ガラスルツボおよびその製造方法 - Google Patents

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Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd.
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    • Y10T117/1032—Seed pulling

Definitions

  • the present invention relates to a silica glass lupo for pulling a silicon single crystal and a method for producing the same.
  • CZ method Chiyoklarsky method
  • silicon polycrystals are melted in a rutpo made of quartz glass, and seed crystals are immersed in this silicon melt.
  • a method of growing the silicon single crystal by gradually pulling up the seed crystal while rotating the ruspow is widely adopted.
  • silica glass lupo for pulling silicon single crystal is composed of a transparent inner layer and a non-transparent outer layer containing bubbles, but due to the heat load during single crystal pulling, the outer layer containing bubbles is compared to the inner layer. It is known that the straight body part which is easy to expand and is not pressed by the silicon melt falls inward due to this expansion difference.
  • the size of the silica glass lupo used has increased, and with this increase in the amount of charge of the polycrystalline material, silicon that is grown by the heater Because it is separated from the single crystal, the operation time is prolonged and the output is constantly increasing, and the heating load on the quartz glass lupo is increasing.
  • the conventional 6 "and 8" single crystal pulling also has a tendency to increase the thermal load on the quartz glass lupo as compared to the past due to efforts to improve productivity and quality. As a result, the problem that the cylindrical part of the quartz glass crucible falls inward due to heat load regardless of the size of the loop is closed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-29 3 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9 1 1 0 5 9 0, Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 4- 1 3 1 3 1 7 Gazette
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2006-96616 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-96616
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-47092 proposes countermeasures for deformation by the appropriate configuration of the thickness and viscosity of the straight body
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-41723 proposes a countermeasure for deformation by a thick structure. Changing the wall thickness may affect the quality of the crystal and is not applicable to all processes.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9_110590
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-131317
  • Patent Document 4 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-96616
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-47092
  • an object of the present invention is to provide a quartz glass rupping pot for pulling a silicon single crystal and a method of manufacturing the same, which can prevent the falling of the upper end of the straight barrel portion to the inside with a simple configuration.
  • the above object can be achieved by the present invention (1) to (11) according to the present invention, a silicon single crystal pulling stone glass pot and a method for producing the same.
  • silica glass luppo for pulling a silicon single crystal having a straight body and a bottom, at least a virtual temperature gradient is formed in the straight body, and the outermost virtual temperature is set higher than the innermost virtual temperature.
  • Silica glass for pulling silicon single crystal characterized by lowering by 25 ° C or more.
  • the outermost fictive temperature is 50 ° C lower than the innermost fictive temperature
  • the outermost fictive temperature is configured to be lower than the innermost side. It works in the direction to counter the falling inside. Therefore, the quartz glass lupus for pulling up a silicon single crystal according to the present invention does not fall down inward unlike conventional lupus.
  • the formation of a fictive temperature gradient in the silica glass rupspo on the silicon single crystal bow I of the present invention is as follows: in the manufacture of the rutupo, after the melting of the rutupo, the rutupo is held in the mold and the outside is kept warm; Can be carried out by a simple operation of rapidly cooling the inside of the Rutsupo.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a silica glass lupo for pulling a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for producing the silica glass lupo for pulling up a silicon single crystal shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of adding a virtual temperature gradient to the luppo.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another apparatus for producing the silica glass lupo for pulling up a silicon single crystal shown in FIG.
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the method of adding a virtual temperature gradient to Rutsupo. is there.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a silicon single crystal manufacturing apparatus incorporating the silica glass lupo for pulling up a silicon single crystal shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a quartz glass crucible 10 for use on a silicon single crystal bow 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the basic form of this silica glass pullup 10 for pulling a silicon single crystal may be the same as a normal one, and includes a straight body portion 12 and a bottom portion 14.
  • the layer structure includes an outer layer portion 16 of a semi-transparent glass layer containing a large number of bubbles, and an inner layer portion of a transparent quartz glass layer that is formed on the inner surface of the outer layer portion 16 and has no bubbles and has a smooth surface. It consists of 1 and 8.
  • the diameter is preferably 24 inches or more, particularly preferably 32 inches or more.
  • a gradient of virtual temperature is formed at least in the straight body portion 12, and the outermost virtual temperature is 25 ° C. or higher than the innermost virtual temperature. Has been lowered.
  • the difference between the outermost and innermost fictive temperatures is preferably 50 ° C. or higher. If the difference between the outermost and innermost fictive temperatures is less than 25 ° C, the original action of preventing the fall of the upper end of the Rutsupo may not be sufficiently achieved.
  • the manufacturing method of the silica glass lupo 10 for pulling up a silicon single crystal consists of a manufacturing process of the molten lupo 40 and a heat retaining step for keeping the outside of the luppo in order to form a virtual temperature gradient (or heat insulation outside this).
  • the manufacturing process of the melted rupo 40 is performed using the apparatus 50 of FIG. That is, natural crumb flour and then synthetic crumb flour are fed from a raw material supply means (not shown) to a rotating graph eye mold 52, molded into a crucible shape, and then an arc electrode 26 is inserted therein. Then, discharge is started and suction is started by the pump 70.
  • the mold 52 has air channels 5 4, 5 6 and 5 8 which are open on the inner surface of the mold, and manifolds 60 0, 6 2 and 6 4 ( The manifolds 60 and 62 communicate with the manifold 64 and the rotary shaft 66, and an outlet passage 68 connected to the pump 70 is provided. Suction by the pump 70 is performed until the inner layer portion 18 which is a layer is formed. After the inner layer portion 18 having a desired thickness is obtained, the suction by the pump is stopped or weakened, and thereafter, the outer layer portion 16 made of translucent glass is formed, and the molten Rupo 40 is manufactured. Is done.
  • an inert gas such as a gas, preferably nitrogen gas, is introduced through the outlet passage 68, the manifolds 60, 62, 64, and the air passages 54, 56, 58. Then, the gas is sprayed onto the residual powder layer 42 between the molten rusty pot 40 and the mold 52 to remove a predetermined amount of residual powder, and the residual heat of the graph eye mold 52 is used to Keep the outside warm for a predetermined time.
  • the amount of residual powder to be removed may be such that the melted lupo 40 cannot be taken out due to shrinkage of the mold 52, and generally depends on the melting conditions and the size of the ruppo. %.
  • the heat retention time is about 10 to 60 minutes, although it depends on the size of the pot.
  • the portion of the melted lupus that has been kept warm by the graph eye mold is indicated by reference numeral 40 b.
  • the duraiteite mold after melting is expanded outward by the heat of melting, but contracts inward as the arc stops.
  • shrinkage occurs in units of several millimeters, whereas the melted rupo 40 hardly shrinks. If held as it is, the melted ruppo cannot be removed due to the difference in shrinkage rate. In the worst case, it will break, so it is common to remove it from mold 52 before that.
  • the molten lupo 40 may be produced using the apparatus 20 of FIG. That is, natural silica powder is introduced from a raw material powder supply means (not shown) into a rotating metal (mainly stainless steel) mold 24 and formed into a crucible shape, and then an arc electrode 26 is placed therein. Then, the opening of the crucible-shaped molded body is covered with a heat shield plate 28, and the arc cavity 26 makes the inner cavity of the crucible-shaped molded body into a high-temperature atmosphere 30 and at least partially melts and becomes opaque.
  • natural silica powder is introduced from a raw material powder supply means (not shown) into a rotating metal (mainly stainless steel) mold 24 and formed into a crucible shape, and then an arc electrode 26 is placed therein. Then, the opening of the crucible-shaped molded body is covered with a heat shield plate 28, and the arc cavity 26 makes the inner cavity of the crucible-shaped molded body into a high-temperature atmosphere 30 and at least partially melts and becomes
  • An inner layer portion which is a transparent layer made of synthetic quartz glass by forming a synthetic rutpo base body, that is, an outer layer portion 16, and subsequently supplying synthetic crushed flour from a raw material powder supply means 22 to a high temperature atmosphere 30. 1 8 is formed on the inner surface of the crucible to produce a molten rusppo 40.
  • a residual powder layer 42 of 3 mm or more and 10 mm or less remains between the molten ruppo 40 and the mold 24 ( 'Fusing' Set the conditions.
  • the mold 24 is cooled with cooling water to prevent deformation due to heat.
  • the heat retaining step in the case of producing the melted rupo 40 using the apparatus 20 of FIG. 4 is performed by allowing to cool for a predetermined time while leaving the residual powder layer 42 as described above. Since the residual powder layer 4 2 contains air, it is less susceptible to the cooling effect of the cooling water outside the mold and has good heat retention, so the cooling of the outer side of the Rutsupo is delayed, and the outer virtual temperature is higher than the inner virtual temperature. Low The If the residual powder layer 42 is less than 3 mm, a sufficient heat retention effect cannot be obtained due to the influence of cooling water, and if it is 10 mm or more, it is difficult to control the dimensions of the rutpo. In FIG. 5, the portion kept warm by the residual powder of the melted rupo is indicated by the symbol 4 Ob. At this time, the heat retention time (predetermined time) is about 20 to 60 minutes, although it depends on the size of the pot.
  • the water-cooled mold 24 Since the water-cooled mold 24 is not affected by expansion and contraction due to heat, it is not necessary to take out the molten rusty 40 immediately, so that a residual powder layer of 3 mm or more and 10 mm or less remains in the straight body part. By adjusting the melting conditions, the heat retention effect by the residual powder layer 42 can be increased.
  • the melted rupo 40 is produced by either the apparatus 50 of FIG. 2 or the apparatus 20 of FIG. 4, the inside of the ruppo, which is performed simultaneously with the heat retaining step, in addition to the heat retaining step. You may provide the cooling process which forcibly cools.
  • this cooling step is performed by blowing gas and ultrapure water onto the inner surface (particularly, the straight body portion) of the melted Rupo 40 after melting the Rupo.
  • the gas used is an inert gas such as nitrogen, air that has passed through a filter (cost-effective), etc., and ultrapure water has a resistance value of at least 17 ⁇ 'cm and 0.2 m or more. It is preferable to use one having a particle of 50 pieces / ml or less.
  • Conditions for the forced cooling is optimum condition is different depending Rutsuposaizu but introduction amount of gas used 1 0 ⁇ 1 0 0 m 3 Z min, the supply amount of the ultrapure water is 0. 0 1 ⁇ 0. 5 LZ min It is preferable that In addition, spraying ultrapure water can be more effective.
  • the forcedly cooled portion of the melted rupo is indicated by reference numeral 40 a.
  • the silica single crystal pulling glass 10 for pulling a silicon single crystal according to the embodiment of the present invention as described above is protected by a carbon susceptor 8 2 in a silicon single crystal manufacturing apparatus 80 as shown in FIG. In 84, it is supported by a support shaft 86 so that it can be rotated and moved up and down by a rutpo drive mechanism (not shown).
  • silico The polycrystalline silicon raw material is melted by heating with a heater 88 in the silica glass lupo 10 for pulling the single crystal, and the seed crystal 94 held in the seed holder 92 is melted as the raw material melt 90.
  • the silicon single crystal S is grown by pulling it up while rotating with the wire 96. Then, the grown silicon single crystal S is accommodated in a pulling chamber 98 connected to the main chamber 184 and taken out.
  • Example 1 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
  • Example 1 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
  • the fictive temperatures of the innermost side and the outermost side of the straight body part of the crucible of Example 1 were measured.
  • the innermost fictitious temperature of Rutsupo was measured at the portion corresponding to 30% of the wall thickness from the inner surface of the rutupo
  • the outermost fictitious temperature of the rutupo was measured at the portion corresponding to 30% of the wall thickness from the outer surface of the rutupo. (same as below).
  • the method for measuring the fictive temperature is based on the Raman scattering spectrophotometric method described in AE Geiss ge ger rand FL Ga len er, Ph s. Rev. B 28, 3266-327 1 (1983) (the same applies hereinafter). .
  • the innermost fictive temperature was 1 2 6 5 ° C
  • the outermost fictive temperature was 1 2 10 ° C
  • the fictive temperature difference was 5 5.
  • Example 2 The silica single crystal pulling pot for pulling the silicon single crystal of Example 1 was incorporated into the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. A 0 mm silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 The silica single crystal pulling pot for pulling the silicon single crystal of Example 1 was incorporated into the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. A 0 mm silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1.
  • a molten crucible 40 having a diameter of 24 inches and a wall thickness of 12 mm was produced.
  • the innermost fictive temperature was 1 2 3 5 and the outermost fictive temperature was 1 2 0 0 ° C.
  • the fictive temperature difference was 35 ° C.
  • the silica glass lupo for the silicon single crystal bow I of Example 2 was incorporated into the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 6, and a silicon polycrystal raw material was filled into the lupo with a 150 kg, diameter 2 A 100 mm silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 First, using the apparatus 20 of FIG. 4, as described above, a molten ruppo 40 having a diameter of 32 inches and a wall thickness of 16 mm was produced. At this time, the melting conditions of the ruspow were set so that the thickness of the residual powder layer 42 was 4 mm. The thickness of the residual powder layer 42 in the straight body was determined by subtracting the outer diameter of the molten rusty 40 from the inner diameter of the stainless steel mold 24 (hereinafter the same), and was 4 mm.
  • the innermost fictive temperature was 1 2 3 0 ° C and the outermost fictive temperature was 1 1 5 0 ° C.
  • the fictive temperature difference was 80 ° C.
  • Example 4 The silica glass lupo for the silicon single crystal bow I of Example 3 was incorporated into the silicon single crystal production apparatus shown in FIG. 6, and the silicon polycrystal raw material was charged to the lupo with a diameter of 300 mm. The silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 The silica glass lupo for the silicon single crystal bow I of Example 3 was incorporated into the silicon single crystal production apparatus shown in FIG. 6, and the silicon polycrystal raw material was charged to the lupo with a diameter of 300 mm. The silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 The results are shown in Table 1.
  • a molten ruppo 40 having a diameter of 32 inches and a wall thickness of 16 mm was produced.
  • the melting conditions of the ruspow were set so that the thickness of the residual powder layer 42 was 5 mm.
  • the thickness of the residual powder layer 42 in the straight body part was 5 mm.
  • This quartz glass pulling pot for pulling a silicon single crystal of Example 4 was incorporated in the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 6, and 300 kg of the polycrystalline silicon raw material was charged into the rupping pot, and the diameter was 300 mm. mm silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1
  • a molten crucible 40 having a diameter of 24 inches and a wall thickness of 12 mm was produced.
  • the innermost fictive temperature is 1 2 45 ° C and the outermost fictive temperature is 1 240 ° C.
  • the fictive temperature difference was 5 ° C.
  • the silica glass pot for pulling up the silicon single crystal of Comparative Example 1 is incorporated into the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 6, and a silicon polycrystal raw material is inserted into the loop pot with a diameter of 150 kg. A 0 mm silicon single crystal was pulled up. The results are shown in Table 1. Comparative Example 2
  • a molten ruppo 40 having a diameter of 32 inches and a wall thickness of 16 mm was produced.
  • the melting conditions of the ruspow were set so that the thickness of the residual powder layer 42 was 2 mm.
  • the thickness of the residual powder layer 42 in the straight body part was 2 mm.
  • the innermost fictive temperature was 1 1 90 ° C and the outermost fictive temperature was 1 1 8 0 ° C.
  • the fictive temperature difference was 1 ° C.

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Abstract

簡単な構成で直胴部上端の内側への倒れ込みを防止することができるシリコン単結晶引上用石英ガラスルツボおよびその製造方法を提供することを目的とする。 本発明のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツボは、直胴部と底部を備えたシリコン単結晶引上用石英ガラスルツボにおいて、少なくとも前記直胴部に仮想温度の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも２５℃以上低くしたことを特徴とする。

Description

シリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポおよびその製造方法 技術分野
本発明は、シリコン単結晶引上用石英ガラスルツポおよびその製造方法に関する。 背景技術
従来、半導体製造用シリコン単結晶の製造には、いわゆるチヨクラルスキー法（C Z法） と呼ばれ、石英ガラスで製造したルツポ内にシリコン多結晶を溶融し、 この シリコン融液に種結晶を浸漬し、 ルツポを回転させながら種結晶を徐々に引上げ、 シリコン単結晶を成長させる方法が広く採用されている。
一般的にシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポは透明な内層と泡を含み不透 明な外層から構成されているが、単結晶引上時の熱負荷により、泡を含む外層は内 層に比べ膨張し易く、シリコン融液によって押し付けられていない直胴部分が、 こ の膨張差によつて内側へと倒れ込むことが知られている。
近年、 シリコンゥェ一ハの大口径化に伴い、使用される石英ガラスルツポも大口 径化が進んでおり、 これに伴い、原料である多結晶のチャージ量が増大したり、 ヒ 一ターが育成するシリコン単結晶から離れる為、操業の長時間化、 ヒ一夕一の高出 力化が進み、石英ガラスルツポへの加熱負荷が増大している。 また、従来からある 6 "、 8 " の単結晶の引上げにおいても、 生産性や品質向上への取り組みから、 以 前に比べ、石英ガラスルツポに対する熱負荷が高くなる傾向にある。その結果、ル ッポのサイズに関わらず、熱負荷により石英ガラスルツボの円筒部が内側に倒れこ む問題がクローズァップされている。
変形対策としてはガラス表面を結晶化させる方法 （特開平 8— 2 9 3 2号公報、 特開平 9一 1 1 0 5 9 0号公報、特開 2 0 0 4— 1 3 1 3 1 7号公報）や、 リング 状部材を埋め込む方法 （特開 2006— 96616号公報） が提案されているが、 それぞれコストアップが見込まれ望ましくない。
また、特開 2002— 47092号公報には、直胴部の厚さ及び粘性率の適切設 定による、特開 2005-41723号公報には肉厚構成による変形対策が提案さ れているが、肉厚を変更すると結晶の品質に影響を及ぼす場合があり、全てのプロ セスに応用できるものではない。
【特許文献 1】 特開平 8— 2932号公報
【特許文献 2】 特開平 9_110590号公報
【特許文献 3】 特開 2004— 131317号公報
【特許文献 4】 特開 2006— 96616号公報
【特許文献 5】 特開 2002— 47092号公報
【特許文献 6】 特開 2005— 41723号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
そこで、本発明は、簡単な構成で直胴部上端の内側への倒れ込みを防止すること ができるシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポおよびその製造方法を提供する ことを目的とする。
上記の目的は、 本発明の下記 （1) 〜 （11) の構成のシリコン単結晶引上用石 英ガラスルツポおよびその製造方法によって達成される。
(1)直胴部と底部を備えたシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポにおいて、少 なくとも前記直胴部に仮想温度の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想 温度よりも 25°C以上低くしたことを特徴とするシリコン単結晶引上用石英ガラ スルツポ。
(2) 最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 50 °C以上低くした上記 （ 1 ) のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ。
(3)ルツポ溶融後、ルツポをモ一ルド内にて保持して、ルツポの外側を所定時間 保温することにより該外側の仮想温度を低くして、少なくとも前記直胴部に仮想温 度の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 25°C以上低くし たことを特徴とするシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポの製造方法。
(4)ルツポ溶融後、前記ルツポの外側の保温とともに、ルツポの内側を強制冷却 することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度の 勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 25 以上低くしたこ とを特徴とする上記 (3) のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。 (5) 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う上記（ 4 ) のシリ コン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
(6) グラフアイトモールドを使用し、 ルツポ溶融後、 残粉を所定量取り除き、 前 記グラフアイトモ一ルドの余熱でルツポ外側を所定時間保温する上記 (3)のシリ コン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
(7)ルツポ溶融後、前記ルツポの外側の保温とともに、 ルツボの内側を強制冷却 することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度の 勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 25 °C以上低くしたこ とを特徴とする上記 （6) のシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポの製造方法。
(8) 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う上記（7) のシリ コン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
(9)外側を冷却水にて冷却する金属製モールドを使用し、少なくとも直胴部にお いては 3mm以上 1 Omm以下の残粉層を残してルツポ溶融後、残粉を取り除くこ となくその残粉が持つ余熱でルツボ外側を所定時間保温する（3)のシリコン単結 晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
(10)ルツポ溶融後、 前記ルツポの外側の保温とともに、 ルツポの内側を強制冷 却することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度 の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 2 5 °C以上低くした ことを特徴とする上記（9 )のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。 ( 1 1 ) 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う （1 0 ) のシリ コン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
本発明のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポにおいては、少なくとも直胴部 において、最内側に比べ最外側の仮想温度が低く構成されているため、ガラス自体 の熱膨張率、及び密度の差が前述の内側への倒れ込みを打ち消す方向で働く。従つ て、本発明のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポにおいては、従来のルツポの ように内側へ倒れ込むようなことがない。
本発明のシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポにおける仮想温度の勾配の形 成は、 ルツポの製造にあたって、ルツポ溶融の終了後、ルツポをモ一ルド内で保持 し、その外側を保温する、更にはルツポの内側を急冷するという簡単な操作により 行うことができる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の実施の形態によるシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの 概略断面図である。
図 2は図 1に示したシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを製造するため の装置の概略断面図である。
図 3はルツポに仮想温度の勾配を付ける方法を説明するための概略断面図で ある。
図 4は図 1に示したシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを製造するため の他の装置の概略断面図である。
図 5はルツポに仮想温度の勾配を付ける方法を説明するための概略断面図で ある。
図 6は図 1に示したシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを組み込んだシ リコン単結晶製造装置の概略図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶引上用 石英ガラスルツポについて詳細に説明する。
図 1は、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶弓 1上用石英ガラスルツポ 1 0 の概略断面図である。
このシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ 1 0の基本形態は図 1に示されて いるように、通常のものと同様であってよく、直胴部 1 2および底部 1 4を備えて いる。 また、 その層構成は、 多数の気泡を含む半透明ガラス層の外層部 1 6と、 該 外層部 1 6の内面に形成された無気泡でかつ表面が平滑な透明石英ガラス層の内 層部 1 8とからなっている。
本シリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ 1 0においては、限定されないが、直 径が 2 4ィンチ以上、 特に 3 2ィンチ以上が好ましい。
本シリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ 1 0においては、少なくとも前記直胴 部 1 2に仮想温度の勾配が形成されており、最外側の仮想温度が最内側の仮想温度 よりも 2 5 °C以上低くされている。 この仮想温度の最外側と最内側の差は、 5 0 °C 以上であることが好ましい。最外側と最内側の仮想温度の差が 2 5 °C未満であると、 ルツポ上端の内側への倒れ込み防止という本来の作用を十分に果たすことができ ないおそれがある。
最外側と最内側の仮想温度の差の上限は特にないが、ルツポの肉厚を考慮すると 1 5 0 °C以上とするのは困難である。
次に、以上説明したシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ 1 0の製造方法につ いて説明する。シリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ 1 0の製造方法は、溶融ル ッポ 4 0の製造工程及びルツポに仮想温度の勾配を形成するためのその外側を保 温する保温工程（あるいはこの外側の保温工程と同時に行われるルツポの内側の強 制冷却を行う冷却工程） を備えている。
溶融ルツポ 4 0の製造工程は、図 2の装置 5 0を用いて行われる。すなわち原料 供給手段 (図示せず)から天然シリ力粉次いで合成シリ力粉を回転するグラフアイ トモールド 5 2に供給し、ルツポ形状に成型した後、その中にァ一ク電極 2 6を揷 入し、放電を開始すると共に、ポンプ 7 0にて吸引を開始する。モールド 5 2には、 モ一ルド内面に開口した空気路 5 4、 5 6、 5 8、 これらの空気路 5 4、 5 6、 5 8が連通した多岐管 6 0、 6 2、 6 4 (多岐管 6 0 , 6 2は多岐管 6 4に連通して いる）および回転軸 6 6に設けられ、ポンプ 7 0に接続される出口通路 6 8が設け られており、 ルツポ内面に透明石英ガラス層である内層部 1 8が形成されるまで、 ポンプ 7 0による吸引が行われる。所望の厚さを持つ内層部 1 8が得られた後、ポ ンプによる吸引を停止、 または弱めることで、以降、半透明ガラスからなる外層部 1 6が形成されて、 溶融ルツポ 4 0が製造される。
次いで、 アーク放電を停止して保温工程に移る。保温工程では、上記出口通路 6 8、 多岐管 6 0、 6 2、 6 4および空気路 5 4、 5 6、 5 8を介してガス、 好まし くは窒素ガス等の不活性ガスを導入し、そして該ガスを溶融ルツポ 4 0とモ一ルド 5 2の間の残粉層 4 2に吹き付けて、所定量の残粉を取り除き、グラフアイトモ一 ルド 5 2の余熱により溶融ルツポ 4 0の外側を所定時間保温する。上記取り除く残 粉の量は、モールド 5 2の収縮により、溶融ルツポ 4 0が取り出せなくなってしま わない程度で良く、溶融条件や、ルツポサイズによるが、一般的に残粉全体の 2 0 〜8 0 %程度となる。保温の維持時間 （上記所定時間） は、 ルツポサイズ等にもよ るが、 1 0〜6 0分程度である。 図 3に、溶融ルツポのグラフアイトモ一ルドによ り保温された部分を符号 4 0 bで示した。 ここで、溶融終了後のダラフアイトモールドは溶融の熱で外側へと膨張している が、 アーク停止に伴い、 内側へと収縮される。 モールドのサイズが大きくなると、 収縮が数 mm単位で発生するのに対し、 溶融ルツポ 4 0は殆ど収縮しないことか ら、そのままの状態で保持すると、収縮率の差により、溶融ルツポが取り出せなく なったり、最悪のケースでは割れてしまう為、その前にモ一ルド 5 2から取り出す のが一般的である。本発明においては、前記出口通路 6 8よりガスを供給すること で、溶融ルツポ 4 0とモールド 5 2の間の残粉 4 2を所定量取り除き、収縮差を埋 めるスペースを設けることで溶融ルツポ 4 0をモ一ルド 5 2内で保持することを 可能とした。
溶融ルツポ 4 0は、 図 4の装置 2 0を用いて製造してもよい。すなわち、原料粉 供給手段（図示せず）から天然シリカ粉を回転する金属製（主にステンレス製） モ —ルド 2 4に導入し、ルツボ形状に成形したのち、その中にアーク電極 2 6を揷入 し、ルツポ状成形体の開口部を遮熱板 2 8で覆い、アーク電極 2 6により該ルツポ 状成形体の内部キヤビティを高温雰囲気 3 0にして少なくとも部分的に溶融ガラ ス化して不透明なルツポ基体すなわち外層部 1 6を形成し、続いて合成シリ力粉を 原料粉供給手段 2 2から高温雰囲気 3 0に供給し、溶融ガラス化して合成石英ガラ スからなる透明層である内層部 1 8をルツポ内表面に形成して、溶融ルツポ 4 0を 製造する。 この溶融ルツポ 4 0の製造の際には、 少なくとも直胴部においては、溶 融ルツポ 4 0とモールド 2 4の間に、 3 mm以上 1 0 mm以下の残粉層 4 2が残る よう製造（'熔融） 条件を設定する。 このとき、 モールド 2 4は熱による変形を防ぐ 為、 冷却水で冷却されている。
この図 4の装置 2 0を用いて溶融ルツポ 4 0を製造した場合の保温工程は、上記 した残粉層 4 2を残したまま、所定時間放冷することにより行われる。残粉層 4 2 は空気を含む為、モ一ルド外側の冷却水による冷却効果を受けにくく、保温性がよ いので、ルツポの外側の冷却が遅れ、外側の仮想温度が内側の仮想温度より低くな る。残粉層 4 2が 3 mm未満では冷却水による影響で保温効果が十分得られず、 1 0 mm以上ではルツポの寸法を制御するのが困難となる。図 5に、溶融ルツポの残 粉により保温された部分を符号 4 O bで示した。 このとき、保温の維持時間（所定 時間） は、 ルツポサイズ等にもよるが 2 0〜6 0分程度である。
水冷されたモールド 2 4は、熱による膨張収縮の影響を受けない為、溶融ルツポ 4 0を直ぐに取り出す必要はなく、直胴部においては 3 mm以上 1 0 mm以下の残 粉層が残るように溶融の条件を調整することで、残粉層 4 2による保温効果を上げ ることができる。 溶融ルツポ 4 0を上記の図 2の装置 5 0および図 4の装置 2 0のいずれで製造 した場合であっても、上記保温工程に加えて、 該保温工程と同時に行われる、ルツ ポの内側を強制冷却する冷却工程を設けてもよい。
この冷却工程は、 例えば、 図 3および図 5に示したように、 ルツポの溶融の後、 溶融ルツポ 4 0の内面（特に直胴部） にガスおよび超純水を吹き付けて行う。ガス としては、 窒素等の不活性ガス、 フィルタ一を通したエアー（コスト的に有利）等 を使用し、 超純水としては抵抗値が 1 7 ΜΩ 'cm以上、 0. 2 m以上のパーテ ィクルが 5 0個/ m l以下であるものを使用することが好ましい。
上記強制冷却の条件はルツポサイズにより最適条件が異なるが、使用されるガス の導入量は 1 0〜 1 0 0 m3Z分、 超純水の供給量は 0 . 0 1〜 0 . 5 LZ分であ ることが好ましい。 また、 超純水の供給は噴霧することでより効果が増す。
図 3および図 5に、 溶融ルツポの強制冷却された部分を符号 4 0 aで示した。 以上のような本発明の実施の形態に係るシリコン単結晶引上用石英ガラスルツ ポ 1 0は、例えば図 6に示すようなシリコン単結晶製造装置 8 0においてカーボン サセプター 8 2により保護され、メインチャンパ一 8 4内においてルツポ駆動機構 (図示せず） によって回転 ·昇降自在に支持軸 8 6で支持される。そして、 シリコ ン単結晶引上用石英ガラスルツポ 10内において、加熱ヒーター 88で加熱するこ とにより多結晶シリコン原料を溶融して原料融液 90として、種ホルダー 92に保 持された種結晶 94を原料融液 90に接触後、ワイヤー 96によって回転させなが ら引き上げることにより、 シリコン単結晶 Sを育成する。そして、育成したシリコ ン単結晶 Sを、メインチャンバ一 84に連接された引上げチャンバ一 98に収容し て取り出す。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこ れらに限定されるものではない。 実施例 1
まず、 図 2の装置 50を用いて上記したようにして、 直径 24インチ、直胴部の 肉厚 12 mmの溶融ルツポ 40を製造した。
この後、グラフアイトモ一ルド 52と溶融ルツポ 40との間に残った石英粉の残 粉層 42に上記したようにして窒素ガスを吹き付け、残粉全体の約 40%を取り除 き、 溶融ルツポ 40をモールド内で 30分間保持した。 さらに、 これと同時に、 溶 融ルツポ 40の内側に 0.04LZ分の超純水及び 10m3Z分の窒素ガスを 20分 間吹き付けルツポの内側を冷却した。その後、製造されたルツポをグラフアイトモ 一ルド 52から取り出し、実施例 1のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを得 た。
この実施例 1のルツボの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定した。ルツポ の最内側の仮想温度は、ルツポ内表面より肉厚の 30%にあたる部分を測定し、ル ッポの最外側の仮想温度は、ルツポ外表面より肉厚の 30 %にあたる部分を測定し た （以下同じ）。 仮想温度の測定方法は、 A. E. Ge i s s be r ge r an d F. L. Ga l e ene r、 Phy s. Rev. B 28， 3266〜327 1 (1983) 文献記載のラマン散乱分光光度法による （以下同じ)。 その結果、最内側の仮想温度は 1 2 6 5 °Cで、最外側の仮想温度は 1 2 1 0 °Cで、 仮想温度差は 5 5 であった。
この実施例 1のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコ ン単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 1 5 0 k gチヤ一 ジして、直径 2 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示し た。 実施例 2
まず、 図 2の装置 5 0を用いて上記したようにして、直径 2 4インチ、直胴部の 肉厚 1 2 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。
この後、グラフアイトモ一ルド 5 2と溶融ルツポ 4 0との間に残った石英粉の残 粉層 4 2に上記したようにして窒素ガスを吹き付け、残粉全体の約 4 0 %を取り除 き、溶融ルツポ 4 0をモールド内で 3 0分間保持した。なお、溶融ルツポ 4 0の内 側を強制冷却せず、そのままの状態で空冷とした。その後、製造されたルツポをグ ラファイトモ一ルド 5 2から取り出し、実施例 2のシリコン単結晶引上用石英ガラ スルツポを得た。
この実施例 2のルツポの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定したところ、 最内側の仮想温度は 1 2 3 5 で、最外側の仮想温度は 1 2 0 0 °Cで、仮想温度差 は 3 5 °Cであった。
この実施例 2のシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコ ン単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 1 5 0 k gチヤ一 ジして、 直径 2 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示し
実施例 3 まず、 図 4の装置 2 0を用いて上記したようにして、直径 3 2インチ、直胴部の 肉厚 1 6 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。 このとき、残粉層 4 2の厚さが 4 mm となるようにルツポの熔融条件を設定した。直胴部の残粉層 4 2の厚さをステンレ ス製モ一ルド 2 4の内径から溶融ルツポ 4 0の外径を減じて求めたところ（以下同 じ）、 4 mmであった。
この後、ステンレス製モールド 2 4と溶融ルツポ 4 0との間に残った石英粉の残 粉層 4 2を除去せず、 溶融ルツポ 4 0をモールド内に 3 0分間保持した。 さらに、 これと同時に、溶融ルツポ 4 0の内側に 0. 2 LZ分の超純水及び 6 0 m3Z分のフ ィルタ一を通したエア一を 3 0分間吹き付けルツポの内側を冷却した。その後、製 造されたルツポをモールド 2 4から取り出し、実施例 3のシリコン単結晶引上用石 英ガラスルツポを得た。
この実施例 3のルツポの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定したところ、 最内側の仮想温度は 1 2 3 0 °Cで、最外側の仮想温度は 1 1 5 0 °Cで、仮想温度差 は 8 0 °Cであった。
この実施例 3のシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコン 単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 3 0 0 k gチャージ して、直径 3 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示した。 実施例 4
まず、 図 4の装置 2 0を用いて上記したようにして、直径 3 2インチ、直胴部の 肉厚 1 6 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。 このとき、残粉層 4 2の厚さが 5 mm となるようにルツポの熔融条件を設定した。直胴部の残粉層 4 2の厚さは、 5 mm であった。
この後、ステンレス製モールド 2 4と溶融ルツポ 4 0との間に残った石英粉の残 粉層 4 2を除去せず、溶融ルツポ 4 0をモールド内に 3 0分間保持した。なお、溶 融ルツポ 4 0の内側を強制冷却せず、そのままの状態で空冷とした。その後、製造 されたルツポをモ一ルド 2 4から取り出し、実施例 4のシリコン単結晶引上用石英 ガラスルツポを得た。
この実施例 4のルツポの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定したところ、 最内側の仮想温度は 1 1 8 5 °Cで、最外側の仮想温度は 1 1 4 5 °C 仮想温度差 は 4 0 °Cであった。
この実施例 4のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコン 単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 3 0 0 k gチヤ一ジ して、直径 3 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示した。 比較例 1
まず、 図 2の装置 5 0を用いて上記したようにして、直径 2 4インチ、直胴部の 肉厚 1 2 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。
その後、直ぐに溶融ルツポ 4 0をグラフアイトモ一ルド 5 2力 ^ら取り出し、空冷 し、 比較例 1のシリコン単結晶弓 1上用石英ガラスルツポを得た。
この比較例 1のルツポの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定したところ、 最内側の仮想温度は 1 2 4 5 °Cで、最外側の仮想温度は 1 2 4 0 °Cで、仮想温度差 は 5 °Cであった。
この比較例 1のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコ ン単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 1 5 0 k gチヤ一 ジして、直径 2 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示し た。 比較例 2
まず、 図 2の装置 5 0を用いて上記したようにして、直径 2 4インチ、直胴部の 肉厚 1 2 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。
その後、グラフアイトモ一ルド 5 2と溶融ルツポ 4 0との間に残った残粉層 4 2 を除去せず、モールド内に 3 0分間保持したところ、モールド内にて溶融ルツポが 割れてしまったため、 使用することができなかった。 比較例 3
まず、 図 4の装置 2 0を用いて上記したようにして、直径 3 2インチ、直胴部の 肉厚 1 6 mmの溶融ルツポ 4 0を製造した。 このとき、残粉層 4 2の厚さが 2 mm となるようにルツポの熔融条件を設定した。直胴部の残粉層 4 2の厚さは、 2 mm であった。
その後、溶融ルツポ 4 0を作製し、ステンレス製モールド 2 4内で溶融ルツポ 4 0を 1 0分間保持した後、モ一ルドから取り出し、空冷し、 比較例 3のシリコン単 結晶引上用石英ガラスルツボを得た。
この比較例 3のルツポの直胴部の最内側と最外側の仮想温度を測定したところ、 最内側の仮想温度は 1 1 9 0 °Cで、最外側の仮想温度は 1 1 8 0 °Cで、仮想温度差 は 1 o °cであった。
この比較例 3のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポを、図 6に示したシリコ ン単結晶製造装置に組み込み、該ルツポにシリコン多結晶原料を 3 0 0 k gチヤ一 ジして、 直径 3 0 0 mmのシリコン単結晶を引き上げた。その結果を、表 1に示し た。 表 1
Figure imgf000016_0001
結果の評価は次のとおりである。
◎ まったく変形無し
〇 多少変形が見られたが、 操業及びシリコン単結晶の品質に問題なし X 操業及びシリコン単結晶の品質に影響を及ぼす変形が発生 以上から本発明の効果が明らかである。

Claims

請求の範囲
1 . 直胴部と底部を備えたシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポにおいて、 少 なくとも前記直胴部に仮想温度の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想 温度よりも 2 5 °C以上低くしたことを特徴とするシリコン単結晶引上用石英ガラ スルツポ。
2 . 最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 5 0 °C以上低くした請求項 1の シリコン単結晶引上用石英ガラスルツポ。
3 . ルツポ溶融後、 ルツポをモ一ルド内にて保持して、 ルツポの外側を所定時間 保温することにより該外側の仮想温度を低くして、少なくとも前記直胴部に仮想温 度の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 2 5 °C以上低くし たことを特徴とするシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
4. ルツポ溶融後、 前記ルツポの外側の保温とともに、 ルツポの内側を強制冷却 することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度の 勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 2 5 °C以上低くしたこ とを特徴とする請求項 3のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
5 . 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う請求項 4のシリコ ン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
6 . グラフアイトモ一ルドを使用し、 ルツポ溶融後、 残粉を所定量取り除き、 前 記ダラファイトモールドの余熱でルツポ外側を所定時間保温する請求項 3のシリ コン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
7 . ルツポ溶融後、 前記ルツポの外側の保温とともに、 ルツポの内側を強制冷却 することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度の 勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 2 5 以上低くしたこ とを特徴とする請求項 6のシリコン単結晶弓 I上用石英ガラスルツポの製造方法。
8 . 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う請求項 7のシリコ ン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
9. 外側を冷却水にて冷却する金属製モ一ルドを使用し、 少なくとも直胴部にお いては 3 mm以上 1 0 mm以下の残粉層を残してルツポ溶融後、残粉を取り除くこ となくその残粉が持つ余熱でルツポ外側を所定時間保温する請求項 3のシリコン 単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
1 0 . ルツポ溶融後、 前記ルツポの外側の保温とともに、 ルツポの内側を強制冷 却することにより該内側の仮想温度を高くして、少なくとも前記直胴部に仮想温度 の勾配を形成し、最外側の仮想温度を最内側の仮想温度よりも 2 5 °C以上低くした ことを特徴とする請求項 9のシリコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
1 1 . 前記強制冷却を、 ガスおよび超純水の吹き付けにより行う請求項 1 0のシ リコン単結晶引上用石英ガラスルツポの製造方法。
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