JP6795461B2 - Manufacturing method of quartz glass crucible - Google Patents
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Description
本発明は石英ガラスルツボの製造方法に関し、特に、シリコン等の半導体単結晶引上げにおいて、多結晶シリコン等の原料を溶融するために好適に用いられる石英ガラスルツボの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silica glass crucible, and more particularly to a method for producing a silica glass crucible which is suitably used for melting a raw material such as polycrystalline silicon in pulling up a semiconductor single crystal such as silicon.
シリコン等の半導体単結晶は、主に、チョクラルスキー(CZ)法により製造されている。このCZ法によるシリコン単結晶の製造は、多結晶シリコンを溶融したシリコン原料融液に、シリコン単結晶の種結晶を着液させて、回転させながら徐々に引上げていき、シリコン単結晶インゴット(以下、シリコンインゴットという)を成長させることにより行われる。 Semiconductor single crystals such as silicon are mainly produced by the Czochralski (CZ) method. In the production of a silicon single crystal by this CZ method, a silicon single crystal seed crystal is landed in a silicon raw material melt obtained by melting polycrystalline silicon, and the seed crystal of the silicon single crystal is gradually pulled up while rotating to form a silicon single crystal ingot (hereinafter referred to as a silicon single crystal ingot). , Silicon ingot) is grown.
上記のようなCZ法によるシリコン単結晶の引上げにおいて、原料を加熱溶融するための容器には、一般に、外層が水晶等の天然質原料を溶融ガラス化した天然石英ガラス、内層が合成シリカガラスからなる石英ガラスルツボが用いられる。
この石英ガラスガラスルツボは、その中に多結晶シリコンを充填し、シリコンの融点(約1400℃)以上の温度に加熱されると、通常、該ルツボ内表面に、褐色のリング状のクリストバライト、いわゆるブラウンリング(ブラウンモールドともいう。)が生成される。
このブラウンリングは、加熱により徐々に拡大し、該内表面の荒れや剥離が生じ、その結果、シリコン原料融液中に前記剥離片が混入し、シリコン単結晶に転位が発生し、シリコン単結晶の歩留まりの低下を招いていた。
In pulling up a silicon single crystal by the CZ method as described above, the container for heating and melting the raw material is generally made of natural quartz glass in which a natural material such as crystal is melted and vitrified in the outer layer, and synthetic silica glass in the inner layer. Quartz glass rutsubo is used.
When this quartz glass glass crucible is filled with polycrystalline silicon and heated to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon (about 1400 ° C.), the inner surface of the crucible is usually covered with brown ring-shaped cristobalite, so-called. A brown ring (also called a brown mold) is generated.
This brown ring gradually expands by heating, and the inner surface is roughened or peeled. As a result, the peeled pieces are mixed in the silicon raw material melt, dislocations occur in the silicon single crystal, and the silicon single crystal. It caused a decrease in the yield of.
この問題を解決するものとして、特許文献1には、純化処理したNa濃度が0.2ppm以下の天然シリカ質原料粉をルツボ形状に成型し、さらに、前記ルツボ形状の成型体の内表面を覆うように、Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下であり、平均粒径が150μm、かつ、最大粒径が210μmの合成シリカ原料粉を導入した後、高清浄度環境下で減圧アーク溶融によりガラス化する、シリカガラスルツボの製造方法が示されている。 As a solution to this problem, Patent Document 1 describes that a purified natural silica raw material powder having a Na concentration of 0.2 ppm or less is molded into a crucible shape, and further covers the inner surface of the crucible-shaped molded body. As described above, a synthetic silica raw material powder having a concentration of Na, K, Li, Ca, Al, Ti, Fe, and Cu of 0.1 ppm or less, an average particle size of 150 μm, and a maximum particle size of 210 μm is introduced. Then, a method for producing a silica glass crucible, which is vitrified by vacuum arc melting in a high cleanliness environment, is shown.
また、特許文献2には、気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層と、実質的に気泡を含有しない透明石英ガラスからなる内層とを有する石英ガラスるつぼを作製する工程と、前記作製した石英ガラスるつぼの内表面のうち、シリコン融液を保持した際に該シリコン融液に接触する領域を粗面化する工程と、前記内表面が粗面化された石英ガラスるつぼを熱処理することにより、前記粗面化された領域の表面を結晶化する工程とを含む、単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法が示されている。 Further, Patent Document 2 describes a step of producing a quartz glass crucible having an outer layer made of opaque quartz glass containing bubbles and an inner layer made of transparent quartz glass containing substantially no bubbles, and the prepared quartz glass. The above-mentioned step of roughening the region of the inner surface of the crucible that comes into contact with the silicon melt when holding the silicon melt, and heat treatment of the quartz glass crucible whose inner surface is roughened. A method for producing a silica glass crucible for pulling single crystal silicon, which includes a step of crystallizing the surface of the roughened region, is shown.
特許文献1記載の発明にあっては、ルツボ形状の成型体の内層を高純度、特定粒径の合成シリカ原料粉で形成することで、ブラウンリングを抑制している。また、特許文献2記載の発明にあっては、石英ガラスるつぼの内表面のうち、シリコン融液を保持した際にシリコン融液に接触する領域を粗面化することで、ブラウンリングを抑制している。 In the invention described in Patent Document 1, browning is suppressed by forming the inner layer of the crucible-shaped molded body with a synthetic silica raw material powder having a high purity and a specific particle size. Further, in the invention described in Patent Document 2, browning is suppressed by roughening the region of the inner surface of the quartz glass crucible that comes into contact with the silicon melt when the silicon melt is held. ing.
ところで、近年、リチャージプロセス(一つのルツボで多結晶シリコンの原料を追加し、複数回のシリコンインゴットの引上げを行う)の増加等により、ルツボの使用環境は、高温、長時間化が進んでいる。
この長時間化に伴い、特許文献1,2に示すようなルツボであっても、ルツボの内面にはより多くのクリストバライトが形成され、使用中に剥離することで、シリコンインゴットに転位が生じ易いという課題があった。そのため、リチャージ(引上げ)本数が増加していくにつれ、シリコンインゴットの転位が生じ易くなるため、シリコンインゴットの引き上げ本数が制限されている。
したがって、クリストバライトの形成を抑制し、より多くの本数を引き上げられる石英ガラスルツボを製造することは、使用者にとって、製造コスト、製造効率の面から大きなメリットがある。
By the way, in recent years, due to an increase in the recharge process (adding a raw material for polycrystalline silicon with one crucible and pulling up the silicon ingot multiple times), the environment in which the crucible is used is becoming hotter and longer. ..
With this lengthening of time, even if the crucible is as shown in Patent Documents 1 and 2, more cristobalite is formed on the inner surface of the crucible, and the silicon ingot is likely to be dislocated by peeling during use. There was a problem. Therefore, as the number of recharges (pulls) increases, dislocations of the silicon ingots are likely to occur, so that the number of silicon ingots to be pulled up is limited.
Therefore, manufacturing quartz glass crucibles that suppress the formation of cristobalite and increase the number of crucibles has great merits for the user in terms of manufacturing cost and manufacturing efficiency.
本発明者らは、前記クリストバライトの初期段階のブラウンマークに着目した。このブラウンマークを中心にクリストバライト(いわゆるブラウンリング)が形成されることから、クリストバライトの初期段階のブラウンマークの低減をできれば、クリスバライト(いわゆるブラウンリング)の低減につながると考え、ブラウンマークの低減について鋭意研究を重ねた。
その結果、ブラウンマーク特有の現象を知見し、その現象を抑制できる石英ガラスルツボの製造方法を想到するに至り、本発明を完成した。
We focused on the brown mark in the early stages of cristobalite. Since cristobalite (so-called brown ring) is formed around this brown mark, we think that if we can reduce the brown mark in the initial stage of cristobalite, it will lead to the reduction of cristobalite (so-called brown ring). I did a lot of research.
As a result, he discovered a phenomenon peculiar to the brown mark and came up with a method for producing a quartz glass crucible capable of suppressing the phenomenon, and completed the present invention.
本発明の目的は、ブラウンマークを抑制できる石英ガラスルツボの製造方法を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a method for producing a quartz glass crucible capable of suppressing brown marks.
上記目的を達成するためになされた、本発明にかかる石英ガラスルツボの製造方法は、回転するルツボ成形用型内でアーク放電によって石英ガラス原料粉末を溶融し、ルツボを成型する石英ガラスルツボの製造方法において、前記ルツボ成形用型の内面に沿って天然石英ガラス原料粉末を堆積させ、天然石英ガラス粉末層を形成し、続いて前記天然石英ガラス粉末層の内面に沿って合成シリカ原料粉末を堆積させ、更に前記天然石英ガラス粉末層の上端部を覆うように、合成シリカ原料粉末を堆積させ、合成シリカ原料粉末層を形成し、原料粉末積層体を形成する工程と、アーク放電によって、原料粉末積層体の内側に透明石英ガラス層が形成されると共に、原料粉末積層体の外側に不透明石英ガラス層が形成される、ルツボ形状体を形成する工程と、を含むことを特徴としている。 The method for manufacturing a quartz glass rut according to the present invention, which has been carried out to achieve the above object, is to manufacture a quartz glass rut pot in which a quartz glass raw material powder is melted by arc discharge in a rotating rut molding mold to mold the rut. In the method, natural quartz glass raw material powder is deposited along the inner surface of the rutsubo molding mold to form a natural quartz glass powder layer, and then synthetic silica raw material powder is deposited along the inner surface of the natural quartz glass powder layer. Then, the synthetic silica raw material powder is deposited so as to cover the upper end of the natural quartz glass powder layer, the synthetic silica raw material powder layer is formed, and the raw material powder laminate is formed, and the raw material powder is subjected to arc discharge. It is characterized by including a step of forming a rutsubo-shaped body in which a transparent quartz glass layer is formed inside the laminated body and an opaque quartz glass layer is formed outside the raw material powder laminated body.
このように、原料粉末積層体を形成する工程において、天然石英ガラス粉末層の上端部を覆うように、合成シリカ原料粉末が堆積するため、アーク放電によってルツボ形状体を形成する際、天然石英ガラス粉末の飛散が抑制され、合成シリカ原料粉末層の内面への付着が抑制される。 In this way, in the step of forming the raw material powder laminate, the synthetic silica raw material powder is deposited so as to cover the upper end of the natural quartz glass powder layer, so that when the rutsubo shape is formed by arc discharge, the natural quartz glass The scattering of the powder is suppressed, and the adhesion of the synthetic silica raw material powder layer to the inner surface is suppressed.
天然石英ガラス粉末が合成シリカ原料粉末層の内面に付着すると、ルツボ形状体の内面には、ピットと呼ばれる凹部が生成される。この凹部がブラウンマークの原因となる。
したがって、本発明の製造方法にあっては、天然石英ガラス粉末層の上端部を覆うように、合成シリカ原料粉末を堆積させているため、天然石英ガラス粉末の飛散が抑制される。
その結果、前記天然石英ガラス粉末に起因する凹部の発生が抑制され、ブラウンマークの発生が抑制される。
When the natural quartz glass powder adheres to the inner surface of the synthetic silica raw material powder layer, recesses called pits are formed on the inner surface of the crucible shape. This recess causes a brown mark.
Therefore, in the production method of the present invention, since the synthetic silica raw material powder is deposited so as to cover the upper end portion of the natural quartz glass powder layer, the scattering of the natural quartz glass powder is suppressed.
As a result, the generation of recesses caused by the natural quartz glass powder is suppressed, and the generation of brown marks is suppressed.
尚、前記ルツボ形状体を形成した後、前記ルツボ形状体の上端部における透明石英ガラス層と不透明石英ガラス層との2層部分を切断する切断工程、を含むことが望ましい。
前記不透明石英ガラス層の上端部を覆っている透明石英ガラス層が残存すると、粘性低下による変形の虞れがあるため、好ましくない。
After forming the crucible shape, it is desirable to include a cutting step of cutting the two layers of the transparent quartz glass layer and the opaque quartz glass layer at the upper end of the crucible shape.
If the transparent quartz glass layer covering the upper end portion of the opaque quartz glass layer remains, there is a risk of deformation due to a decrease in viscosity, which is not preferable.
ここで、前記原料粉末積層体を形成する工程において、天然石英ガラス粉末層の上端部の積層される合成シリカ原料粉末の厚さが、少なくとも80mmであることが望ましい。
前記上端部における合成シリカ原料粉末の厚さが80mm未満である場合には、ルツボ形状体の内面に前記凹部が生成されることがあり、好ましくない。
Here, in the step of forming the raw material powder laminate, it is desirable that the thickness of the synthetic silica raw material powder laminated at the upper end of the natural quartz glass powder layer is at least 80 mm.
When the thickness of the synthetic silica raw material powder at the upper end portion is less than 80 mm, the recess may be formed on the inner surface of the crucible shape, which is not preferable.
また、前記天然石英ガラス粉末層と前記合成シリカ原料粉末層との間に、天然石英ガラス原料粉末層あるいは合成シリカ原料粉末層からなる中間層が形成され、前記天然石英ガラス粉末層の上端部を覆う合成シリカ原料粉末は、前記中間層の上端部も覆うように堆積させても良い。
このように、本発明にかかる石英ガラスルツボの製造方法は、天然石英ガラス粉末層と合成シリカ原料粉末層から製造される2層タイプの石英ガラスルツボに限定されるものではなく、天然石英ガラス粉末層と合成シリカ原料粉末層の間に、石英ガラス原料粉末層あるいは合成シリカ原料粉末層からなる中間層が形成された、3層以上の石英ガラスルツボにも適用することができる。
Further, an intermediate layer made of a natural quartz glass raw material powder layer or a synthetic silica raw material powder layer is formed between the natural quartz glass powder layer and the synthetic silica raw material powder layer, and the upper end portion of the natural quartz glass powder layer is formed. The synthetic silica raw material powder to be covered may be deposited so as to cover the upper end portion of the intermediate layer.
As described above, the method for producing the quartz glass rubbing according to the present invention is not limited to the two-layer type quartz glass rubbing manufactured from the natural quartz glass powder layer and the synthetic silica raw material powder layer, and the natural quartz glass powder. It can also be applied to three or more fused silica glass pots in which an intermediate layer composed of a quartz glass raw material powder layer or a synthetic silica raw material powder layer is formed between the layer and the synthetic silica raw material powder layer.
本発明によれば、ブラウンマークを抑制できる石英ガラスルツボの製造方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a method for producing a quartz glass crucible capable of suppressing brown marks.
本発明は、ブラウンマークの特有の現象を知見したことによりなされた、ブラウンマークの発生を抑制した石英ガラスルツボの製造方法である。
まず、図4乃至図6に基づいて、本発明者が知見したブラウンマークの特有の現象について説明する。
The present invention is a method for producing a quartz glass crucible that suppresses the generation of brown marks, which was made by discovering a peculiar phenomenon of brown marks.
First, the peculiar phenomenon of the brown mark discovered by the present inventor will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
本発明者は、図4に示すようにブラウンマークA、ブラウンマーク近傍のガラス面Bにおける元素分析をレーザーアブレーション法で行った。尚、図中の矢印は分析方向を示している。
その結果を図5、図6に示す。図5は、ブラウンマーク近傍のガラス面Bにおける各元素分析結果を示し、図6はブラウンマークBMにおける各元素分析を示し、図5及び図6の(a)はNa,(b)はMg,(c)はAl,(d)はK,(e)はCu,(f)はTiの分析結果を示している。図5及び図6の(a)〜(f)の縦軸はベーパライズした石英をICP−MSで含有元素をカウントし、例えばAlであれば、Alのカウント数をSiのカウント数で割ったものである。また、図5及び図6の(a)〜(f)の横軸は、測定時間を表している。
As shown in FIG. 4, the present inventor performed elemental analysis on the brown mark A and the glass surface B near the brown mark by the laser ablation method. The arrows in the figure indicate the analysis direction.
The results are shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows the results of each elemental analysis on the glass surface B near the brown mark, FIG. 6 shows the analysis of each element on the brown mark BM, FIGS. 5 and 6 (a) are Na, and (b) is Mg. (C) shows the analysis results of Al, (d) shows the analysis results of K, (e) shows the analysis results of Cu, and (f) shows the analysis results of Ti. The vertical axes of FIGS. 5 and 6 (a) to 6 (f) are vaporized quartz whose contained elements are counted by ICP-MS. For example, in the case of Al, the count number of Al is divided by the count number of Si. Is. Further, the horizontal axes of FIGS. 5 and 6 (a) to 6 (f) represent the measurement time.
図5及び図6の(a)(b)に示されるように、Na,MgがブラウンマークBM及びブラウンマーク近傍のガラス面の双方で検出される。
一方、図5及び図6の(c)(f)から分かるように、Al,Tiは、ブラウンマークの方がブラウンマーク近傍のガラス面よりも多く検出され、その傾向が異なっている。即ち、ブラウンマークでは、Al,Tiの元素を多く含むという特有の現象が知見された。
As shown in FIGS. 5 and 6 (a) and 6 (b), Na and Mg are detected on both the brown mark BM and the glass surface in the vicinity of the brown mark.
On the other hand, as can be seen from FIGS. 5 and 6 (c) and 6 (f), Al and Ti are detected more in the brown mark than in the glass surface in the vicinity of the brown mark, and their tendencies are different. That is, in the brown mark, a peculiar phenomenon that a large amount of Al and Ti elements was found was found.
このAl,Tiは、天然石英ガラス原料粉末に多く含まれる元素であり、外層の天然石英ガラス粉末原料に起因するものであると考えられる。
即ち、ブラウンマークの発生を抑制するには、天然石英ガラス粉末の飛散を抑制し、合成シリカ原料粉末層の内面への付着を抑制することが重要であり、このブラウンマークの低減を図ることができれば、クリスバライトの低減を図ることができる。
These Al and Ti are elements that are abundantly contained in the natural quartz glass raw material powder, and are considered to be caused by the natural quartz glass powder raw material in the outer layer.
That is, in order to suppress the generation of brown marks, it is important to suppress the scattering of the natural quartz glass powder and the adhesion of the synthetic silica raw material powder layer to the inner surface, and it is possible to reduce the brown marks. If possible, the amount of Chris barite can be reduced.
このように、本発明は、ブラウンマークではAl,Tiの元素を多く含むという特有の現象から、天然石英ガラス粉末の飛散を抑制することに着目したものであり、合成シリカ原料粉末層の内面への付着を抑制することで、ブラウンマークの低減を図るものである。 As described above, the present invention focuses on suppressing the scattering of the natural quartz glass powder from the peculiar phenomenon that the brown mark contains a large amount of Al and Ti elements, and to the inner surface of the synthetic silica raw material powder layer. The brown mark is reduced by suppressing the adhesion of the powder.
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法について図1乃至図3に基づいて説明する。
本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法は、例えば、図1に示すような石英ガラスルツボ製造装置10を用いて行われる。石英ガラスルツボ製造装置10のルツボ成形用型11は、例えば複数の貫通孔を穿設した金型、もしくは高純化処理した多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成されている内側部材12と、その外周に通気部13を設けて、内側部材12を保持する保持体14とから構成されている。
Next, a method for producing a quartz glass crucible according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The method for producing a quartz glass crucible according to the present invention is performed using, for example, the quartz glass crucible manufacturing apparatus 10 as shown in FIG. The crucible forming mold 11 of the quartz glass crucible manufacturing apparatus 10 includes an inner member 12 made of a gas permeable member such as a mold having a plurality of through holes or a highly purified porous carbon mold. , A venting portion 13 is provided on the outer periphery thereof, and the holding body 14 holds the inner member 12.
また、保持体14の下部には、図示しない回転手段と連結されている回転軸15が固着されていて、ルツボ成形用型11を回転可能にして支持している。通気部13は、保持体15の下部に設けられた開口部17を介して、回転軸15の中央に設けられた排気口16と連結されており、この通気部13は、減圧機構18と連結されている。
前記内側部材12に対向する上部にはアーク放電用のアーク電極19と、原料供給ノズル21と、窒素ガスあるいはヘリウムガスを噴射し、ルツボの所定部位に前記ガスを吹付けるノズル22とが設けられている。
Further, a rotating shaft 15 connected to a rotating means (not shown) is fixed to the lower portion of the holding body 14 to rotatably support the crucible forming mold 11. The ventilation portion 13 is connected to the exhaust port 16 provided in the center of the rotating shaft 15 via the opening 17 provided in the lower part of the holding body 15, and the ventilation portion 13 is connected to the decompression mechanism 18. Has been done.
An arc electrode 19 for arc discharge, a raw material supply nozzle 21, and a nozzle 22 that injects nitrogen gas or helium gas and blows the gas onto a predetermined portion of the rutsubo are provided on the upper portion facing the inner member 12. ing.
この石英ガラスルツボ製造装置10を用いてルツボの製造を行うには、回転駆動源(図示せず)を稼働させて回転軸15を矢印の方向に回転させることによってルツボ成形用型11を所定の速度で回転させる。そして、ルツボ成形用型11内に、ルツボ成形用型11内の上部の原料供給ノズル21から石英ガラス原料粉末を供給する。
この原料供給ノズル21は、回転されたルツボ成形用型11内に石英ガラス原料粉末を装填する際には、初めに例えば粗粒の天然石英ガラス原料粉末を装填し、その後、その内表面に例えば微粒の合成シリカ原料粉末を装填するように構成されている。尚、原料供給ノズルを二つ設けて、夫々別々に原料粉末を供給しても良い。
In order to manufacture a crucible using the quartz glass crucible manufacturing apparatus 10, a rotation drive source (not shown) is operated to rotate the rotation shaft 15 in the direction of the arrow to form a crucible molding die 11. Rotate at speed. Then, the quartz glass raw material powder is supplied into the crucible molding mold 11 from the raw material supply nozzle 21 at the upper part of the crucible molding mold 11.
When the quartz glass raw material powder is loaded into the rotated crucible molding mold 11, the raw material supply nozzle 21 is first loaded with, for example, coarse-grained natural quartz glass raw material powder, and then, for example, on the inner surface thereof. It is configured to be loaded with fine synthetic silica raw material powder. It should be noted that two raw material supply nozzles may be provided to supply the raw material powder separately.
このルツボ成形用型11内に供給された天然石英ガラス原料粉末は、遠心力によってル
ツボ成形用型11の内側部材12に押圧され、一つの層(天然石英ガラス原料粉末層1b)が形成される。
そして、この天然石英ガラス原料粉末に続いて合成シリカ原料粉末がルツボ成形用型11内に供給される。この合成シリカ原料粉末は、遠心力によって天然石英ガラス原料粉末層1bに押圧され、一つの層(合成シリカ原料粉末層1a)が形成され、全体としてルツボ形状の2層の原料粉末積層体1が形成される。
The natural quartz glass raw material powder supplied into the crucible molding mold 11 is pressed against the inner member 12 of the crucible molding mold 11 by centrifugal force to form one layer (natural quartz glass raw material powder layer 1b). ..
Then, following the natural quartz glass raw material powder, the synthetic silica raw material powder is supplied into the crucible molding mold 11. This synthetic silica raw material powder is pressed against the natural quartz glass raw material powder layer 1b by centrifugal force to form one layer (synthetic silica raw material powder layer 1a), and a crucible-shaped two-layer raw material powder laminate 1 is formed as a whole. It is formed.
ここで、図2(a)に示すように、合成シリカ原料粉末は、前記天然石英ガラス粉末層1bの内面に沿って堆積させると共に、前記天然石英ガラス粉末層1bの上端部1cを覆うように堆積させる。
即ち、天然石英ガラス原料粉末層1bが露出しないように、合成シリカ原料粉末層1aが天然石英ガラス粉末層1bの内面及び上端部1cを覆うように形成される。
Here, as shown in FIG. 2A, the synthetic silica raw material powder is deposited along the inner surface of the natural quartz glass powder layer 1b and covers the upper end portion 1c of the natural quartz glass powder layer 1b. Accumulate.
That is, the synthetic silica raw material powder layer 1a is formed so as to cover the inner surface and the upper end portion 1c of the natural quartz glass powder layer 1b so that the natural quartz glass raw material powder layer 1b is not exposed.
因みに、従来の原料粉末積層体1は、図2(b)に示すように、合成シリカ原料粉末は、前記天然石英ガラス粉末層1bの内面に沿って堆積させるが、前記天然石英ガラス粉末層の上端部まで堆積させていない。これは、合成シリカ原料粉末が高価であり、製造コストを低減するためである。 Incidentally, in the conventional raw material powder laminate 1, as shown in FIG. 2B, the synthetic silica raw material powder is deposited along the inner surface of the natural quartz glass powder layer 1b, but the natural quartz glass powder layer Not deposited up to the top. This is because the synthetic silica raw material powder is expensive and the manufacturing cost is reduced.
また、天然石英ガラス粉末層1bの上端部1cにおける合成シリカ原料粉末の厚さtが、天然石英ガラス粉末層の上端部から少なくとも80mmとなるように、合成シリカ原料粉末が堆積していることが望ましい。
合成シリカ原料粉末の前記厚さtが80mm未満である場合には、天然石英ガラス粉末が飛散し、石英ガラスルツボの内面にブラウンマークが発生する虞があり(石英ガラスルツボの内面に凹部(ピット)が生成される虞があり)、好ましくない。
Further, the synthetic silica raw material powder is deposited so that the thickness t of the synthetic silica raw material powder at the upper end portion 1c of the natural quartz glass powder layer 1b is at least 80 mm from the upper end portion of the natural quartz glass powder layer. desirable.
If the thickness t of the synthetic silica raw material powder is less than 80 mm, the natural quartz glass powder may scatter and brown marks may be generated on the inner surface of the quartz glass crucible (pits on the inner surface of the quartz glass crucible). ) May be generated), which is not preferable.
前記原料粉末積層体1を形成した後、大気雰囲気で、減圧機構18の作動による減圧を行い、所定時間経過後にカーボン電極19に通電して原料粉末積層体の内側から加熱し、原料粉末積層体1を内側から順次溶融し、図3に示すルツボ形状体2を形成する。
このとき、高温に成り易い部位、例えば原料粉末積層体1の底部に窒素ガスあるいはヘリウムガスを噴射し、該部位における合成シリカガラス層の高温化を抑止し、ベーパライズによるアルミ及び金属系元素の濃縮を抑制しても良い。
After forming the raw material powder laminate 1, decompression is performed by operating the pressure reducing mechanism 18 in an air atmosphere, and after a predetermined time elapses, the carbon electrode 19 is energized and heated from the inside of the raw material powder laminate to heat the raw material powder laminate 1. 1 is sequentially melted from the inside to form the crucible-shaped body 2 shown in FIG.
At this time, nitrogen gas or helium gas is injected into a portion that tends to reach a high temperature, for example, the bottom of the raw material powder laminate 1, the temperature rise of the synthetic silica glass layer at the portion is suppressed, and aluminum and metal elements are concentrated by vaporization. May be suppressed.
そして、冷却後、前記ルツボ形状体2の上端部における、合成シリカガラス層(透明石英ガラス層)2aと天然石英ガラス層(不透明石英ガラス層)2bとの2層部分Cを切断することによって、石英ガラスルツボを製造する。
前記不透明石英ガラス層の上端部を覆っている透明石英ガラス層が残存すると、粘性低下による変形の虞れがあるため、好ましくない。
Then, after cooling, the two-layer portion C of the synthetic silica glass layer (transparent quartz glass layer) 2a and the natural quartz glass layer (opaque quartz glass layer) 2b at the upper end of the rutsubo shape 2 is cut. Manufactures quartz glass rutsubo.
If the transparent quartz glass layer covering the upper end portion of the opaque quartz glass layer remains, there is a risk of deformation due to a decrease in viscosity, which is not preferable.
このように、本発明にあっては、原料粉末積層体を形成する工程において、天然石英ガラス粉末層1bの上端部1cを覆うように、合成シリカ原料粉末を堆積させるため、アーク放電によってルツボ形状体2を形成する際、天然石英ガラス粉末の飛散が抑制され、合成シリカ原料粉末層1aの内面への付着が抑制され、ブラウンマークの発生が抑制される。
その結果、石英ガラスルツボとして使用した際、クリスバライトの低減を図ることができる。
As described above, in the present invention, in the step of forming the raw material powder laminate, the synthetic silica raw material powder is deposited so as to cover the upper end 1c of the natural quartz glass powder layer 1b, so that the synthetic silica raw material powder has a rut shape by an arc discharge. When the body 2 is formed, the scattering of the natural quartz glass powder is suppressed, the adhesion of the synthetic silica raw material powder layer 1a to the inner surface is suppressed, and the generation of brown marks is suppressed.
As a result, when used as a quartz glass crucible, Chris barite can be reduced.
また、上記実施形態にあっては、天然石英ガラス層(不透明石英ガラス層)2bと前記合成シリカガラス層(透明石英ガラス層)2aの2層タイプの石英ガラスルツボを例にとって説明した。
しかしながら、天然石英ガラス層(不透明石英ガラス層)2bと前記合成シリカガラス層(透明石英ガラス層)2aとの間に、天然石英ガラス層(不透明石英ガラス層)あるいは合成シリカガラス層(透明石英ガラス層)の中間層を形成した3層以上のタイプの石英ガラスルツボにも適用することができる。
Further, in the above embodiment, a two-layer type quartz glass rutsubo of a natural quartz glass layer (opaque quartz glass layer) 2b and the synthetic silica glass layer (transparent quartz glass layer) 2a has been described as an example.
However, between the natural quartz glass layer (opaque quartz glass layer) 2b and the synthetic silica glass layer (transparent quartz glass layer) 2a, a natural quartz glass layer (opaque quartz glass layer) or a synthetic silica glass layer (transparent quartz glass) It can also be applied to three or more types of quartz glass ruts that form an intermediate layer of layers).
具体的には、天然石英ガラス粉末層1bと合成シリカ原料粉末層1aとの間に、天然石英ガラス原料粉末層あるいは合成シリカ原料粉末層からなる中間層を形成し、前記天然石英ガラス粉末層1bの上端部1cを覆う合成シリカ原料粉末は、外層の天然石英ガラス粉末層のみならず、前記中間層の上端部を覆うように堆積させることが望ましい。 Specifically, an intermediate layer composed of a natural quartz glass raw material powder layer or a synthetic silica raw material powder layer is formed between the natural quartz glass powder layer 1b and the synthetic silica raw material powder layer 1a, and the natural quartz glass powder layer 1b is formed. It is desirable that the synthetic silica raw material powder covering the upper end portion 1c of the above is deposited so as to cover not only the outer layer of the natural quartz glass powder layer but also the upper end portion of the intermediate layer.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
(実験1)
ブラウンマークの比較検討を行う場合、実際にシリコンインゴットの引上げを行わなければならず、実験費用が嵩むため、ピット数で比較、検討することとした。
合成シリカ原料粉末層の内面に、天然石英ガラス原料粉末が付着すると、図7に示すように、内面にピットと呼ばれる凹部Pが生成される。この凹部Pがブラウンマークの生成の原因となる。また、ブラウンマークの生成状態を図8に示す。尚、図7中、符号Pがピットと呼ばれる凹部であり、図8中、符号BMがブラウンマークである。
(Experiment 1)
When comparing and examining the brown mark, it is necessary to actually raise the silicon ingot, which increases the experimental cost, so we decided to compare and examine by the number of pits.
When the natural quartz glass raw material powder adheres to the inner surface of the synthetic silica raw material powder layer, a recess P called a pit is formed on the inner surface as shown in FIG. 7. This recess P causes the formation of a brown mark. Further, the generation state of the brown mark is shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral P is a recess called a pit, and in FIG. 8, reference numeral BM is a brown mark.
このピットPの数とブラウンマークBMの数はピット数のほうが遥かに多いが、これは石英ガラスルツボ製作後(シリコンインゴット引上げ前)に行われる、ルツボのフッ化水素洗浄によって、ピットにおける汚染物質の大部分が除去され、一部のビットがブラウンマークの起点になるためである。
したがって、少なくとも、ピット数を比較、検討することにより、ブラウンマークの比較検討を行うことができるため、以下の実験ではピット数で比較、検討することとした。
The number of pits P and the number of brown mark BMs are much larger in the number of pits, but this is due to the hydrogen fluoride cleaning of the crucible performed after the quartz glass crucible is manufactured (before the silicon ingot is pulled up), and the pollutants in the pits. This is because most of the crucible is removed and some bits become the starting point of the brown mark.
Therefore, at least, by comparing and examining the number of pits, it is possible to compare and examine the brown mark. Therefore, in the following experiment, it was decided to compare and examine by the number of pits.
実験1では、図2に示すように、内側部材12の上端部から天然石英ガラス粉末層上端部1cまでの合成シリカ原料粉末層の厚さtを種々変化させ、ピットの低減効果を確認した。即ち、厚さtが0の場合は,外層の天然石英ガラス粉末層の上端が露出している状態(合成シリカ原料粉末層で覆われていない状態)を意味し、厚さtを厚くするにつれ、上端部分が、合成シリカ原料粉末層で厚く覆われることを意味している。
また、ルツボの成形は、回転モールド法により、内層の厚さが3mm、外層の厚さが、13mmであり、外径815mm、高さ550mmの原料粉末積層体が得えられるようにした。その後、ルツボ成形体を、アーク溶融法により、アーク溶融約2400℃、0.5時間行い、石英ガラスルツボを製造した。
In Experiment 1, as shown in FIG. 2, the thickness t of the synthetic silica raw material powder layer from the upper end of the inner member 12 to the upper end 1c of the natural quartz glass powder layer was variously changed, and the pit reduction effect was confirmed. That is, when the thickness t is 0, it means that the upper end of the natural quartz glass powder layer of the outer layer is exposed (the state is not covered with the synthetic silica raw material powder layer), and as the thickness t is increased, the thickness t is increased. It means that the upper end portion is thickly covered with the synthetic silica raw material powder layer.
Further, the crucible was formed by a rotary molding method so that a raw material powder laminate having an inner layer thickness of 3 mm and an outer layer thickness of 13 mm, an outer diameter of 815 mm and a height of 550 mm could be obtained. Then, the crucible molded body was subjected to arc melting at about 2400 ° C. for 0.5 hours by an arc melting method to produce a quartz glass crucible.
そして、フッ酸洗浄後、ルツボの内表面をマイクロスコープを用いて観察し、1mm2あたりのピット数(pcs)をカウントした。その結果を表1に示す。 Then, after washing with hydrofluoric acid, the inner surface of the crucible was observed using a microscope, and the number of pits (pcs) per 1 mm 2 was counted. The results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、合成シリカ原料粉末層の厚さが80mmを超えると、ピットの低減効果があることが確認された。 As is clear from Table 1, it was confirmed that when the thickness of the synthetic silica raw material powder layer exceeds 80 mm, there is an effect of reducing pits.
(実験2)
次に、内側部材12の上端部から天然石英ガラス粉末層上端部までの合成シリカ原料粉末層の厚さtを、80mm、また比較例として、0mm、40mmとし,実験1の条件と同様な条件で、32インチの石英ガラスルツボを製造した。
そして、それぞれの条件で5個(試料1〜5)の石英ガラスルツボを製造し、その石英ガラスルツボを用いて、CZ法によりシリコンインゴットの引上げを行った。この引上げ条件(使用条件)は、350kgの融液を溶解し、φ320mmのインゴットを1本引き上げることとした。
(Experiment 2)
Next, the thickness t of the synthetic silica raw material powder layer from the upper end of the inner member 12 to the upper end of the natural quartz glass powder layer is set to 80 mm, and as a comparative example, 0 mm and 40 mm, which are the same conditions as those in Experiment 1. A 32-inch quartz glass crucible was manufactured.
Then, five quartz glass crucibles (samples 1 to 5) were produced under each condition, and the silicon ingot was pulled up by the CZ method using the quartz glass crucibles. The pulling condition (use condition) was to dissolve 350 kg of the melt and pull up one ingot having a diameter of 320 mm.
そして、ブラウンマークの密度を比較した。その結果を表2に示す。その結果、厚さtが80mmの場合は、厚さtが0mm、40mmの場合に比べて、ブラウンマークの密度が1/2〜1/3程度まで低減できることを確認できた。 Then, the densities of brown marks were compared. The results are shown in Table 2. As a result, it was confirmed that when the thickness t is 80 mm, the density of the brown mark can be reduced to about 1/2 to 1/3 as compared with the cases where the thickness t is 0 mm and 40 mm.
1 原料粉末積層体
1a 合成シリカ原料粉末層
1b 天然石英ガラス原料粉末層
1c 天然石英ガラス粉末層の上端部
2 ルツボ形状体
2a 合成シリカガラス層(透明石英ガラス層)
2b 天然石英ガラス層(不透明石英ガラス層)
t 天然石英ガラス粉末層上端部における合成シリカ原料粉末層の厚さ
P 凹部(ピット)
BM ブラウンマーク
1 Raw material powder laminate 1a Synthetic silica raw material powder layer 1b Natural quartz glass raw material powder layer 1c Upper end of natural quartz glass powder layer 2 Crucible shape 2a Synthetic silica glass layer (transparent quartz glass layer)
2b Natural quartz glass layer (opaque quartz glass layer)
t Thickness of synthetic silica raw material powder layer at the upper end of natural quartz glass powder layer P Recess (pit)
BM brown mark
Claims (4)
前記ルツボ成形用型の内面に沿って天然石英ガラス原料粉末を堆積させ、天然石英ガラス粉末層を形成し、続いて前記天然石英ガラス粉末層の内面に沿って合成シリカ原料粉末を堆積させ、更に前記天然石英ガラス粉末層の上端部を覆うように、合成シリカ原料粉末を堆積させ、合成シリカ原料粉末層を形成し、原料粉末積層体を形成する工程と、
アーク放電によって、原料粉末積層体の内側に透明石英ガラス層が形成されると共に、原料粉末積層体の外側に不透明石英ガラス層が形成される、ルツボ形状体を形成する工程と、を含むことを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法。 In a method for manufacturing a quartz glass crucible, which melts a quartz glass raw material powder by an arc discharge in a rotating crucible molding mold to mold the crucible.
Natural quartz glass raw material powder is deposited along the inner surface of the rutsubo molding mold to form a natural quartz glass powder layer, and then synthetic silica raw material powder is deposited along the inner surface of the natural quartz glass powder layer, and further. A step of depositing synthetic silica raw material powder so as to cover the upper end of the natural quartz glass powder layer, forming a synthetic silica raw material powder layer, and forming a raw material powder laminate.
The process of forming a crucible-shaped body, in which a transparent quartz glass layer is formed inside the raw material powder laminate and an opaque quartz glass layer is formed outside the raw material powder laminate by arc discharge, is included. A characteristic quartz glass crucible manufacturing method.
前記天然石英ガラス粉末層の上端部を覆う合成シリカ原料粉末は、前記中間層の上端部も覆うように堆積させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の石英ガラスルツボ製造方法。 An intermediate layer composed of a natural quartz glass raw material powder layer or a synthetic silica raw material powder layer is formed between the natural quartz glass powder layer and the synthetic silica raw material powder layer.
The quartz glass crucible according to any one of claims 1 to 3, wherein the synthetic silica raw material powder covering the upper end portion of the natural quartz glass powder layer is deposited so as to cover the upper end portion of the intermediate layer. Production method.
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