JP4493067B2 - Quartz glass crucible manufacturing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて使用される石英ガラス坩堝製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板は、一般にチョクラルスキー法を用いて生成するシリコン単結晶によって形成されている。
このようなチョクラルスキー法は、石英ガラス坩堝内で多結晶シリコン原料を溶融し、次に固体の種結晶と接触させた後、徐々に引き上げつつ種結晶の下に単結晶を成長させることにより実施される。
このため、半導体デバイスの基板を製造するに際して用いられる石英ガラス坩堝製造装置には、耐久(耐熱)性のある坩堝成形用型を備えたものが求められる。
【0003】
従来、この種の石英ガラス坩堝製造装置には、例えば特開平2000−72458号公報に「石英ガラスルツボ製造装置」として開示され、図7に示すように構成されている。
これは、石英ガラス坩堝を成形するための空間部71aおよびこの空間部71aの内外に開口する貫通孔71bを有する坩堝成形用型(回転体)71と、この坩堝成形用型71の空間部71a内に供給された石英ガラス原料粉Mを溶融するための加熱手段72とを備えている。さらに、加熱手段72による加熱時(坩堝成形時)に坩堝成形用型71内を貫通孔71bから吸気するための吸気管73aおよびこの吸気管73aに連通する連通管73aを有する吸気手段73と、前記坩堝成形用型71を冷却するための冷却手段74とを備えている。
【0004】
このような装置を用いた石英ガラス坩堝の製造は、先ず高速回転した坩堝成形用型71内に石英ガラス原料粉Mを供給する。次に、吸気手段73によって坩堝成形用型71内を吸気し、この吸気処理とほぼ同時に加熱手段72によって坩堝成形用型71内における層状の石英ガラス原料粉Mを加熱溶融する。その際、冷却手段74によって坩堝成形用型71を冷却する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の石英ガラス坩堝製造装置においては、成形時に坩堝成形用型71を高速回転させるとともに、坩堝成形用型71内を吸気するものであるため、吸気手段73の連通管73bを坩堝成形用型71の軸線上に配置する構造すなわち坩堝成形用型71の底面中央部に取り付ける構造が採用されている。
このため、坩堝成形用型71の冷却時にその底面中央部を十分に冷却することができず、この部位が坩堝成形(加熱)時に酸化し、酸化物によって成形品(石英ガラス坩堝)が汚染されてしまい易いという課題があった。
【0006】
また、このような石英ガラス坩堝製造装置においては、坩堝成形用型71の底面中央部には貫通孔が設けられていないため、型内の底面中央部では外周部に比べて吸気(減圧)力が低く、成形品の透明層が底面中央部で薄くなるとともに、不透明層の気泡分布が不均一になり、均質な特性をもつ成形品を得難いという課題があった。
さらに、坩堝成形用型71の底面中央部において十分な減圧力が確保されないことは、成形品の大口径化に伴い図8(a)に示すように成形品Aの底面中央部aが盛り上がったり、あるいは丸底の成形品を製造する場合に同図(b)に示すように平底bをもつ成形品Bが形成されたりして所望の形状をもつ成形品を得難いという課題もあった。
【0007】
本発明は、このような技術的な課題を解決するためになされたもので、成形品の汚染発生を防止することができるとともに、均質な特性および所望の形状をもつ成形品を得ることができる石英ガラス坩堝製造装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされた本発明に係る石英ガラス坩堝製造装置は、坩堝成形用の石英ガラス原料粉を供給して石英ガラス坩堝を成形するための有底円筒体であって、この有底円筒体の外周部に開口する第一貫通孔およびその底面中央部に開口する第二貫通孔を有し、中心軸線を回転軸線とする坩堝成形用型と、この坩堝成形用型外に配設され、前記第一貫通孔に連通する第一通気ダクトおよび前記第二貫通孔に連通する第二通気ダクトを有する吸気手段と、この吸気手段の通気ダクト外に配設され、前記坩堝成形用型を冷却するための冷却手段とを備え、この冷却手段に、前記第一通気ダクトおよび坩堝成形用型の外周部を覆うような第一冷却部と、前記第二通気ダクトを挿通させ、かつ前記坩堝成形用型の底面中央部を覆うような第二冷却部とを含ませたことを特徴とする。
【0009】
このように構成されているため、第一冷却部によって坩堝成形用型の外周部が冷却され、第二冷却部によって坩堝成形用型の底面中央部が冷却される。
したがって、坩堝成形用型の外周部のみならず、その底面中央部が十分に冷却されるため、これら部位が坩堝成形(加熱)時に酸化し難くなり、酸化物による成形品の汚染発生を防止することができる。
また、坩堝成形用型の外周部に第一貫通孔が、底面中央部には第二貫通孔が設けられていることで、坩堝成形用型の外周部および底面中央部において吸気(減圧)力が十分に確保されるため、成形品の透明層厚さおよび不透明層の気泡分布が均一になり、均質な特性をもつ成形品を得ることができる。
さらに、坩堝成形用型の外周部および底面中央部において十分な減圧力が確保されるため、成形品の大口径化に伴い成形品の底面中央部が盛り上がったり、あるいは丸底の成形品を製造する場合に平底をもつ成形品が形成されたりせず、所望の形状をもつ成形品を得ることもできる。
【0010】
ここで、前記両冷却部が、前記坩堝成形用型の回転軸線を中心軸線とする同心円状に位置する円筒部からなることが望ましい。
このように構成されているため、石英ガラス坩堝の円周方向における特性のばらつき発生を低減することができる。
また、前記第二冷却部の内径が、前記坩堝成形用型の内径の15〜50%とする寸法に設定されていることが望ましい。
このように構成されているため、前記坩堝成形用型の底面中央部をより的確に冷却することができ、上述の効果をより確実にせしめることができる。
【0011】
ここで、前記第一通気ダクトに、前記第二冷却部を臨ませるような空間を有する膨出部を設けることが望ましい。
このように構成されているため、第二冷却部が第一通気ダクトの膨出部内に配置される。
【0012】
また、前記貫通孔を、各口径が互いに異なる複数の孔部およびこれら孔部のうち互いに隣接する二つの孔部間に介在するフィルタ取付面を有する段状孔によって形成し、この段状孔内に、前記フィルタ取付面に前記通気性フィルタを圧接する取付用ねじを螺着することが好ましい。
このように構成されているため、フィルタ取付時に通気性フィルタの全体を坩堝成形用型の貫通孔内に収容することができる。
したがって、通気ダクト内に通気性フィルタ等が配置されないため、通気ダクト内における通気抵抗が小さくなる。
これにより、吸気処理時の運転動力を小さくすることができるとともに、吸気時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
【0013】
また、坩堝成形用型に対する通気性フィルタの取り付けが、フィルタ端面を坩堝成形用型における貫通孔のフィルタ取付面に圧接させて取付用ねじを貫通孔内にねじ締めすることにより行われることで、フィルタ取付時に従来必要とした通気性フィルタの取付用ねじ内への挿入作業が不要となり、フィルタ取付作業の簡素化を図ることができる。
さらに、通気性フィルタ等が通気ダクト内に配置されないことは、それだけ通気ダクトの内容積が大きくなり、吸気処理時の排気効率を確実に高めることができる。
【0014】
そして、前記孔部のうち空間部側孔部の口径がダクト側孔部の口径より大きい寸法に設定されていることが望ましい。
このように構成されているため、フィルタ交換時に坩堝成形用型内から通気性フィルタの取り付け・取り外しを行うことができ、フィルタ交換作業を迅速に行うことができる。
【0015】
また、前記取付用ねじが、前記貫通孔の内周面に螺合するねじ部および軸線方向に開口する平面六角形状の排気孔を有する円板状のフィルタ取付部材によって形成されていることが望ましい。
このように構成されているため、取付用ねじの排気孔をフィルタ取り付け・取り外し時の工具差し込み口として利用することができるため、その作業性を高めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石英ガラス坩堝製造装置につき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図1は、本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の全体を示す断面図である。図2は、図1の要部を拡大して示す断面図、図3は、図1のA−A断面図である。図4は、本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の坩堝成形用型を示す斜視図である。図5(a)および(b)は、本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の取付用ねじと通気性フィルタを示す斜視図である。図1に示すように、符号1で示す石英ガラス坩堝製造装置は、石英ガラス坩堝を成形するための坩堝成形用型2と、この坩堝成形用型2内に供給された石英ガラス原料粉Mを加熱溶融するための加熱手段3とを備えている。さらに、前記坩堝成形用型2を高速回転させる駆動手段4と、前記加熱手段3による加熱時(坩堝成形時)に前記坩堝成形用型2内から吸気するための吸気(減圧)手段5と、前記坩堝成形用型2を冷却するための冷却手段6とを備えている。
【0017】
前記坩堝成形用型2は、石英ガラス原料粉Mが供給される空間部2aを有するほぼ逆釣鐘状の容器(直径18〜36インチ程度の有底円筒体)からなり、全体がステンレス等の金属(耐熱性部材)によって形成されている。この坩堝成形用型2の筒壁には、前記空間部2aの内外に開口し、かつ図4に示すように開口縁部から底部に向かう輪郭に沿って複数個並列する例えば四列の第一貫通孔2bが設けられている。また、前記坩堝成形用型2の底面中央部には、同じく前記空間部2aの内外に開口する複数(例えば四個)の第二貫通孔2cが設けられている。
【0018】
前記貫通孔2b,2cは、図3に示すように各口径が互いに異なる大中小三つの孔部2A〜2Cおよび両孔部2A,2B間・両孔部2B,2C間に介在するフィルタ取付面2D,2E(本実施形態において、フィルタ取付面としての機能は2Eのみ)を有する段状孔によって形成されている。このうち大径の孔部2Aはねじ孔からなり、前記坩堝成形用型2の空間部2aに連通されている。中間径の孔部2Bは通孔からなり、前記両孔部2A,2Cに連通されている。小径の孔部2Cは、前記孔部2Bと同様に通孔からなり、第一通気ダクトの排気路(共に後述)に連通されている。また、前記フィルタ取付面2D,2Eは、前記孔部2A〜2Cの軸線に直角な平面によって形成されている。
なお、前記貫通孔2b,2cの個数は、石英ガラス坩堝の大きさに応じて適宜調整することができる。
【0019】
そして、前記貫通孔2b,2c(孔部2B)内には、図5(a)に示す取付用ねじ7を用い、同図(b)に示す通気性フィルタ8の周縁部を前記フィルタ取付面2Eに圧接させて通気性フィルタ8が固定されている。これにより、後述する第一通気ダクトおよび第二通気ダクトの排気路内に通気性フィルタ8を配置する必要がなくなるため、排気路10内の通気抵抗が小さくなって吸気処理時の運転動力を小さくすることができるとともに、吸気時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。また、フィルタ取付時に従来必要とした通気性フィルタ8の止め金への挿入作業が不要となり、フィルタ取付作業の簡素化を図ることができる。さらに、通気性フィルタ8が通気ダクトの排気路内に配置されないことは、排気路容積が大きくなり、吸気処理時の排気効率を高めることができる。
【0020】
前記取付用ねじ7は、ねじ部7aを外周面に有する円板状の取付用ねじからなり、前記両貫通孔2b,2cの孔部2Aに螺着されている。この取付用ねじ7には、軸線方向に開口する平面六角形状の排気孔7bが設けられている。これにより、取付用ねじ7における排気孔7bの開口部をフィルタ取り付け・取り外し時の工具差し込み口として利用することができ、その作業性を高めることができる。また、前記排気孔7bの一方側開口部は前記空間部2aに連通され、また他方側開口部が前記孔部2C内に前記通気性フィルタ8を介して連通されている。
【0021】
前記通気性フィルタ8は、全体が石英あるいは炭化珪素(SiC)等の耐熱性多孔体からなる円板状の通気性フィルタによって形成されている。これは、空気,アルゴンガスあるいは窒素ガス等の吸気用ガスに対して通気性を呈するが、石英ガラス原料粉Mは通過させないものである。この通気性フィルタ8の外径は、(通気性フィルタ8が孔部2A,2B内に収容されるために)前記孔部2A,2Bの口径より小さい寸法に設定され、かつ前記孔部2Cの口径より大きい寸法に設定されている。これにより、フィルタ交換時に坩堝成形用型2内から通気性フィルタ8の取り付け・取り外しを行うことができ、フィルタ交換作業を迅速に行うことができる。また、そのフィルタ厚さは、(通気性フィルタ8が前記取付用ねじ7による締付力を受けるために)前記孔部2Bの深さより若干大きい寸法に設定されている。
【0022】
前記加熱手段3は、例えばアーク電極からなり、その先端部を前記空間部2aに臨ませて前記坩堝成形用型2の近傍に配置されている。そして、前記坩堝成形用型2内に供給された石英ガラス原料粉Mを加熱溶融し得るように構成されている。
前記駆動手段4は駆動モータからなり、前記坩堝成形用型2の底面中央部(後述するダクト合流部)にモータ軸4aを介して連結されている。そして、坩堝成形時に前記坩堝成形用型2を中心軸線の回りに高速回転させるように構成されている。前記モータ軸4a内には、後述する第三通気ダクト(回転ダクト部)を収容するための空間部4Aが形成されている。
【0023】
前記吸気手段5は、前記坩堝成形用型1外に配設されている。この吸気手段5は、前記両貫通孔2bに連通する排気路10を形成するための断面コ字状の第一通気ダクト5aと、この第一通気ダクト5aの排気路10および前記貫通孔2cに連通する排気路10aを形成するための管状の第二通気ダクト5bとを有している。また、前記第一通気ダクト5aに接続して前記排気路10,10aに連通する共通流路11を形成するための管状の第三通気ダクト5cと、この第三通気ダクト5cに接続して前記坩堝成形用型2内の吸気用ガスを吸引するための吸引ポンプ5dを有している。
【0024】
前記第一通気ダクト5aは、前記第一貫通孔2bの外側開口部を覆う四本のダクトからなり、図3に示すように前記通気性フィルタ8の排気側に配設され、かつ前記坩堝成形用型2の外周部に固定されている。この第一通気ダクト5aは、図4に示すように、前記坩堝成形用型2の軸線方向に沿って延在する直線ダクト部5Aと、この直線ダクト部5Aから前記坩堝成形用型2の底面部に向かって延在する曲線ダクト部5Bとを有している。また、前記第一通気ダクト5a(排気路10)の下方部には、前記坩堝成形用型2の底面中央部近傍に内部空間を形成するような膨出部としてのダクト合流部5Cが設けられている。
【0025】
前記第二通気ダクト5bは、前記第二貫通孔2cおよび前記ダクト合流部5cに連通する四本のダクトからなり、前記第二貫通孔2cの開口周縁に取り付けられ、かつ後述する第二冷却部に挿通されている。
前記第三通気ダクト5cは、前記空間部4A内で上下方向に延在して前記モータ軸4aと共に回転する回転ダクト部5Dと、この回転ダクト部5Dにカップリングの固定部(共に後述)内で結合する固定ダクト部5Eとを有する単一のダクトによって形成されている。
【0026】
前記吸引ポンプ5dは、前記第三通気ダクト5cに接続されている。そして、ポンプ側を吸引(減圧)側とするとともに、前記坩堝成形用型2内を被吸引側とし、坩堝成形(吸気処理)時に通気性フィルタ8を介して坩堝成形用型2内の吸気用ガス(坩堝成形用型2内が大気雰囲気である場合には空気)を吸引し得るように構成されている。
【0027】
前記冷却手段6は、前記第一通気ダクト5aおよび前記坩堝成形用型2の外周部を覆うような第一冷却部6aと、前記ダクト合流部5C内に臨み前記坩堝成形用型2の底面中央部を覆うような第二冷却部6bと、これら両冷却部6a,6bに給水して排水するための給・排水ポンプ6cと、この給・排水ポンプ6cと前記各冷却部6a,6b(給水管と排水管)を結合するためのカップリング6dとを有し、前記坩堝成形用型2(通気ダクト)外に配設されている。これにより、前記坩堝成形用型2を冷却し、前記坩堝成形用型2の変形・酸化を防止することができる。
前記第一冷却部6aは、前記坩堝成形用型2の回転軸線を中心軸線とする円筒部からなり、前記カップリング6dに給水管16および排水管17を介して接続されている。そして、前記坩堝成形用型2の外周部を冷却するように構成されている。
【0028】
前記第二冷却部6bは、図6(a)および(b)に示すように、前記第一冷却部6aと同様に前記坩堝成形用型2の回転軸線oを中心軸線とする円筒部からなり、前記カップリング6dに給水管14および排水管15を介して接続されている。そして、前記第二通気ダクト5bを挿通させ、かつ前記坩堝成形用型2の底面中央部を覆い、前記坩堝成形用型2の底面中央部を冷却するように構成されている。また、前記第二冷却部6bの内径は、前記坩堝成形用型2の内径の15〜50%とする寸法に設定されている。この場合、第二冷却部6bの内径を坩堝成形用型2の内径の15%以上にすることによって坩堝成形用型2の底面中央部をより的確に冷却することができる。また、50%以下にすることで、特に曲線部2dにおける透明層厚さや不透明層の気泡分布を他の部位と同等にすることが確実にでき、石英ガラス坩堝全体でのより高い均質性を得ることができる。
【0029】
前記給・排水ポンプ6cは、前記カップリング6dに給水管13を介して接続されており、前記両冷却部6a,6bに冷却水を供給するとともに、この供給水を排水管20から排出し得るように構成されている。
前記カップリング6dは、前記モータ軸4aと共に回転する回転部18およびこの回転部18を保持する固定部19からなり、前記駆動手段4の上方に配設されている。そして、前記給水管13によって前記給・排水ポンプ6cと前記給水管14,16とを結合させ、また前記排水管20を前記排水管15,17に連通させるように構成されている。さらに、このカップリング6dは、前記回転ダクト部5Dと前記固定ダクト部5Eとを結合するように構成されている。
なお、同図中矢印は管内における冷却水の流動方向を示す。
【0030】
以上の構成により、第一冷却部6aによって特に、坩堝成形用型2の外周部が冷却され、第二冷却部6bによって坩堝成形用型2の底面中央部が冷却される。したがって、本実施形態においては、坩堝成形用型2の外周部のみならず、その底面中央部が十分に冷却されるため、これら部位が坩堝成形(加熱)時に酸化し難くなり、酸化物による成形品の汚染発生を防止することができる。
【0031】
また、本実施形態において、坩堝成形用型2の外周部に第一貫通孔2bが、底面中央部に第二貫通孔2cが設けられていることは、坩堝成形用型2の外周部および底面中央部において十分な吸気(減圧)力が確保されるため、成形品の透明層厚さおよび不透明層の気泡分布が均一になり、均質な特性をもつ成形品を得ることができる。
さらに、本実施形態において、坩堝成形用型2の外周部および底面中央部において十分な減圧力が確保されることは、成形品の大口径化に伴い成形品の底面中央部が盛り上がったり、あるいは丸底の成形品を製造する場合に平底をもつ成形品が形成されたりせず、所望の形状をもつ成形品を得ることもできる。
【0032】
なお、本実施形態における石英ガラス坩堝製造装置1を用いた石英ガラス坩堝の製造は、次に示すようにして行われる。
先ず、駆動手段4の駆動によって坩堝成形用型2を高速回転させるとともに、坩堝成形用型2内に石英ガラス原料粉Mを供給する。この場合、坩堝成形用型2の回転に伴い、石英ガラス原料粉Mの一部が遠心力によって坩堝成形用型2の内周面に移動して層状の石英ガラス原料粉Mが形成される。また、残りの石英ガラス原料粉Mが重力によって坩堝成形用型2の内部底面に積層される。
【0033】
そして、大気雰囲気で吸気手段5を駆動させて坩堝成形用型1内を吸気し、この吸気処理とほぼ同時に加熱手段3に通電して層状の石英ガラス原料粉Mを加熱溶融する。この場合、層状の石英ガラス原料粉Mを加熱溶融すると、この石英ガラス原料粉層の内側部が極小の気泡だけとなって実質的に無気泡化状態が達成され、また外側部には多数の気泡が存在する二重層の石英ガラス坩堝(成形品)が製造される。一方、坩堝成形用型2内の空気は、層状の石英ガラス原料粉Mを介して貫通孔2b,2c内に吸引され、さらに両貫通孔2b,2c(孔部2B)内の通気性フィルタ8を介して第一通気ダクト5aの排気路10,第二通気ダクト5bの排気路10a内に吸引され、第三通気ダクト5cの共通流路11を経て石英ガラス坩堝製造装置1外に排出される。
【0034】
なお、この加熱溶融の際には、給・排水ポンプ6dの駆動作用による冷却水の供給によって第一冷却部6aが坩堝成形用型2の外周部が、また第二冷却部6bが坩堝成形用型2の底面中央部が冷却される。
これによって、石英ガラス坩堝が製造される。
【0035】
なお、本実施形態において、通気性フィルタ8を収容する貫通孔2b,2cが大中小三つの孔部2A〜2Cおよび両孔部2A,2B間・両孔部2B,2C間に介在するフィルタ取付面2D,2Eからなる段状孔である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、大小二つの孔部(図示せず)からなるものでも実施形態と同様の効果を奏する。この場合、取付用ねじが両孔部間のフィルタ取付面に通気性フィルタを圧接して大径の孔部に螺着される。
また、本実施形態においては、吸気用ガスが第三通気ダクト5cの回転ダクト部5Dを通過させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、モータ軸4aの空間部4Aを通過させてもよい。この場合、回転ダクト部5Dが不要になる。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、本発明に係る石英ガラス坩堝製造装置によると、成形品の汚染発生を防止することができるとともに、均質な特性および所望の形状をもつ成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の全体を示す断面図である。
【図2】本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図3】図1のA−A断面図である。
【図4】本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の坩堝成形用型を示す斜視図である。
【図5】(a)および(b)は、本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の取付用ねじと通気性フィルタを示す斜視図である。
【図6】(a)および(b)は、本発明が適用された石英ガラス坩堝製造装置の坩堝成形用型を模式化して示す断面図とそのB−B断面図である。
【図7】従来の石英ガラス坩堝製造装置を示す断面図である。
【図8】(a)および(b)は、従来の石英ガラス坩堝製造装置による成形不良例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 石英ガラス坩堝製造装置
2 坩堝成形用型
2a 空間部
2b 第一貫通孔
2c 第二貫通孔
2A〜2C 孔部
2E フィルタ取付面
3 加熱手段
4 駆動手段
4a モータ軸
4A 空間部
5 吸気手段
5a 第一通気ダクト
5b 第二通気ダクト
5c 第三通気ダクト
5d 吸引ポンプ
5A 直線ダクト部
5B 曲線ダクト部
5C ダクト合流部
5D 回転ダクト部
5E 固定ダクト部
6 冷却手段
6a 第一冷却部
6b 第二冷却部
6c 給・排水ポンプ
6d カップリング
7 取付用ねじ
7a ねじ部
7b 排気孔
8 通気性フィルタ
10,10a 排気路
11 共通流路
13,14,16 給水管
15,17,20 排水管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a quartz glass crucible manufacturing apparatus used in, for example, a semiconductor device manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
A substrate of a semiconductor device is generally formed of a silicon single crystal generated using a Czochralski method.
Such a Czochralski method involves melting a polycrystalline silicon raw material in a quartz glass crucible, then bringing it into contact with a solid seed crystal and then growing a single crystal under the seed crystal while gradually pulling it up. To be implemented.
For this reason, a quartz glass crucible manufacturing apparatus used for manufacturing a substrate for a semiconductor device is required to have a crucible molding die having durability (heat resistance).
[0003]
Conventionally, this type of quartz glass crucible manufacturing apparatus is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-72458 as “quartz glass crucible manufacturing apparatus” and is configured as shown in FIG.
This includes a crucible molding die (rotating body) 71 having a space portion 71 a for forming a quartz glass crucible and a through hole 71 b opening inside and outside the space portion 71 a, and a space portion 71 a of the crucible molding die 71. Heating means 72 for melting the quartz glass raw material powder M supplied therein. Further, an intake means 73 having an
[0004]
In the production of the quartz glass crucible using such an apparatus, first, the quartz glass raw material powder M is supplied into the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this type of quartz glass crucible manufacturing apparatus, the
For this reason, when cooling the crucible molding die 71, the central portion of the bottom surface cannot be sufficiently cooled, and this portion is oxidized during crucible molding (heating), and the molded product (quartz glass crucible) is contaminated by the oxide. There was a problem that it was easy to end up.
[0006]
Further, in such a quartz glass crucible manufacturing apparatus, since no through hole is provided in the center of the bottom surface of the
Furthermore, the fact that a sufficient decompression force is not secured at the bottom center portion of the crucible molding die 71 means that the bottom center portion a of the molded product A rises as shown in FIG. Alternatively, when a round bottom molded product is manufactured, there is a problem that it is difficult to obtain a molded product having a desired shape by forming a molded product B having a flat bottom b as shown in FIG.
[0007]
The present invention has been made to solve such a technical problem, and can prevent the molded product from being contaminated, and can also provide a molded product having uniform characteristics and a desired shape. An object is to provide a quartz glass crucible manufacturing apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A quartz glass crucible manufacturing apparatus according to the present invention made to achieve the above-mentioned object is a bottomed cylindrical body for forming a quartz glass crucible by supplying quartz glass raw material powder for crucible molding, A crucible molding die having a first through hole that opens at the outer peripheral portion of the bottomed cylindrical body and a second through hole that opens at the center of the bottom surface, with the central axis as the rotation axis, and outside the crucible molding die An intake means having a first ventilation duct that communicates with the first through-hole and a second ventilation duct that communicates with the second through-hole, and an outside of the ventilation duct of the intake means, the crucible molding A cooling means for cooling the mold, and through this cooling means, the first cooling portion that covers the outer periphery of the first ventilation duct and the crucible molding die, and the second ventilation duct are inserted, And covering the center of the bottom of the crucible mold Characterized in that included a second cooling unit UNA.
[0009]
Since it comprises in this way, the outer peripheral part of the crucible shaping | molding die is cooled by the 1st cooling part, and the bottom center part of the crucible shaping | molding die is cooled by the 2nd cooling part.
Accordingly, not only the outer peripheral portion of the crucible molding die but also the central portion of the bottom surface is sufficiently cooled, so that these portions are difficult to oxidize during crucible molding (heating), thereby preventing the occurrence of contamination of the molded product by the oxide. be able to.
In addition, the first through hole is provided in the outer peripheral portion of the crucible molding die, and the second through hole is provided in the central portion of the bottom surface, so that intake (decompression) force is generated at the outer peripheral portion and the bottom central portion of the crucible molding die. Is sufficiently ensured, the thickness of the transparent layer of the molded product and the bubble distribution of the opaque layer are uniform, and a molded product having uniform characteristics can be obtained.
In addition, since sufficient decompression force is secured at the outer periphery and bottom center of the crucible molding die, the bottom center of the molded product rises as the molded product becomes larger, or a round bottom molded product is produced. In this case, a molded product having a desired shape can be obtained without forming a molded product having a flat bottom.
[0010]
Here, it is preferable that both the cooling parts are formed of cylindrical parts located concentrically with a rotation axis of the crucible forming mold as a central axis.
Due to such a configuration, it is possible to reduce the occurrence of variation in characteristics in the circumferential direction of the quartz glass crucible.
Moreover, it is desirable that the inner diameter of the second cooling part is set to a size that is 15 to 50% of the inner diameter of the crucible molding die.
Since it is comprised in this way, the bottom center part of the said mold for crucible shaping | molding can be cooled more correctly, and the above-mentioned effect can be made more reliable.
[0011]
Here, it is desirable to provide the first ventilation duct with a bulging portion having a space for allowing the second cooling portion to face.
Since it is comprised in this way, a 2nd cooling part is arrange | positioned in the bulging part of a 1st ventilation duct.
[0012]
In addition, the through hole is formed by a stepped hole having a plurality of hole portions having different diameters and a filter mounting surface interposed between two adjacent hole portions among the hole portions. Further, it is preferable that a mounting screw for press-contacting the air-permeable filter is screwed onto the filter mounting surface.
Since it is configured in this manner, the entire breathable filter can be accommodated in the through hole of the crucible molding die when the filter is attached.
Therefore, since a breathable filter or the like is not disposed in the ventilation duct, the ventilation resistance in the ventilation duct is reduced.
As a result, the driving power during the intake air treatment can be reduced, the intake time can be shortened, and the productivity can be increased.
[0013]
Further, the attachment of the air permeable filter to the crucible molding die is performed by pressing the filter end surface against the filter mounting surface of the through hole in the crucible molding die and screwing the mounting screw into the through hole. Insertion of the breathable filter into the mounting screw, which was conventionally required when the filter was mounted, is unnecessary, and the filter mounting operation can be simplified.
Further, the fact that the air permeable filter or the like is not disposed in the air duct increases the internal volume of the air duct, and the exhaust efficiency at the time of intake processing can be reliably increased.
[0014]
And it is desirable that the diameter of the space side hole in the hole is set to be larger than the diameter of the duct side hole.
Since it is configured in this manner, the breathable filter can be attached and detached from the crucible molding die during filter replacement, and the filter replacement operation can be performed quickly.
[0015]
Further, it is desirable that the mounting screw is formed by a disk-shaped filter mounting member having a screw portion screwed into the inner peripheral surface of the through hole and a flat hexagonal exhaust hole opened in the axial direction. .
Since it is comprised in this way, since the exhaust hole of the screw for attachment can be utilized as a tool insertion port at the time of filter attachment / detachment, the workability | operativity can be improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a quartz glass crucible manufacturing apparatus according to the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a crucible molding die of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied. 5A and 5B are perspective views showing a mounting screw and a breathable filter of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, a quartz glass crucible manufacturing apparatus denoted by reference numeral 1 includes a
[0017]
The crucible molding die 2 is composed of a substantially inverted bell-shaped container (a bottomed cylindrical body having a diameter of about 18 to 36 inches) having a
[0018]
The through
The number of the through
[0019]
And in the said through-
[0020]
The mounting
[0021]
The air
[0022]
The heating means 3 is made of, for example, an arc electrode, and is disposed in the vicinity of the crucible molding die 2 with its tip portion facing the
The drive means 4 is composed of a drive motor, and is connected to the central part of the bottom surface of the crucible molding die 2 (duct junction part described later) via a
[0023]
The intake means 5 is disposed outside the crucible molding die 1. The intake means 5 includes a
[0024]
The
[0025]
The
The
[0026]
The
[0027]
The cooling means 6 includes a
The
[0028]
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the
[0029]
The water supply /
The coupling 6d includes a rotating
In addition, the arrow in the figure shows the flow direction of the cooling water in the pipe.
[0030]
With the above configuration, the outer peripheral portion of the crucible molding die 2 is particularly cooled by the
[0031]
In the present embodiment, the first through
Furthermore, in the present embodiment, ensuring that sufficient decompression force is secured at the outer peripheral portion and the bottom center portion of the crucible molding die 2 is that the bottom center portion of the molded product rises with an increase in the diameter of the molded product, or When a round bottom molded product is manufactured, a molded product having a flat bottom is not formed, and a molded product having a desired shape can be obtained.
[0032]
In addition, manufacture of the quartz glass crucible using the quartz glass crucible manufacturing apparatus 1 in this embodiment is performed as follows.
First, the crucible molding die 2 is rotated at a high speed by driving the driving means 4 and the quartz glass raw material powder M is supplied into the crucible molding die 2. In this case, with the rotation of the crucible molding die 2, a part of the quartz glass raw material powder M moves to the inner peripheral surface of the crucible molding die 2 by centrifugal force to form a layered quartz glass raw material powder M. The remaining quartz glass raw material powder M is laminated on the inner bottom surface of the crucible molding die 2 by gravity.
[0033]
Then, the suction means 5 is driven in the atmosphere to suck the inside of the crucible molding die 1, and the heating means 3 is energized almost simultaneously with the suction process to heat and melt the layered quartz glass raw material powder M. In this case, when the layered quartz glass raw material powder M is heated and melted, the inside part of the quartz glass raw material powder layer is made of only extremely small bubbles, and a substantially bubble-free state is achieved. A double-layer quartz glass crucible (molded product) in which bubbles are present is produced. On the other hand, the air in the crucible molding die 2 is sucked into the through
[0034]
In this heating and melting, the
Thereby, a quartz glass crucible is manufactured.
[0035]
In the present embodiment, the through
In the present embodiment, the case where the intake gas passes through the rotating
[0036]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the quartz glass crucible manufacturing apparatus according to the present invention, it is possible to prevent the molded product from being contaminated and to obtain a molded product having uniform characteristics and a desired shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a crucible molding die of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied.
FIGS. 5A and 5B are perspective views showing a mounting screw and a breathable filter of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied.
FIGS. 6A and 6B are a cross-sectional view schematically showing a crucible molding die of a quartz glass crucible manufacturing apparatus to which the present invention is applied, and a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional quartz glass crucible manufacturing apparatus.
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing examples of defective molding by a conventional quartz glass crucible manufacturing apparatus. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz glass
Claims (7)
この坩堝成形用型外に配設され、前記第一貫通孔に連通する第一通気ダクトおよび前記第二貫通孔に連通する第二通気ダクトを有する吸気手段と、
この吸気手段の通気ダクト外に配設され、前記坩堝成形用型を冷却するための冷却手段とを備え、
この冷却手段に、前記第一通気ダクトおよび前記坩堝成形用型の外周部を覆うような第一冷却部と、
前記第二通気ダクトを挿通させ、かつ前記坩堝成形用型の底面中央部を覆うような第二冷却部とを含ませた
ことを特徴とする石英ガラス坩堝製造装置。A bottomed cylindrical body for forming a quartz glass crucible by supplying quartz glass raw material powder for crucible molding, the first through hole opening in the outer peripheral portion of the bottomed cylindrical body and opening in the center of the bottom surface A crucible molding die having a second through hole that has a central axis as a rotation axis;
An air intake means disposed outside the crucible mold and having a first ventilation duct communicating with the first through hole and a second ventilation duct communicating with the second through hole;
A cooling means disposed outside the ventilation duct of the intake means, and for cooling the crucible molding die,
In this cooling means, a first cooling part that covers the outer periphery of the first ventilation duct and the crucible molding die, and
An apparatus for producing a quartz glass crucible, comprising: a second cooling part that is inserted through the second ventilation duct and covers a bottom center part of the crucible molding die.
この段状孔内に、前記フィルタ取付面に前記通気性フィルタを圧接する取付用ねじを螺着した
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載された石英ガラス坩堝製造装置。The through hole is formed by a stepped hole having a plurality of holes having different diameters and a filter mounting surface interposed between two adjacent holes among these holes,
The quartz glass crucible manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a mounting screw for press-fitting the air-permeable filter is screwed onto the filter mounting surface in the stepped hole. .
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