JP7820136B2 - Quartz glass crucible and its manufacturing method - Google Patents
Quartz glass crucible and its manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げるためのシリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a quartz glass crucible for pulling silicon single crystals by the Czochralski method, and a method for manufacturing the same.
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成は、チャンバ内に設置した石英ガラスルツボに原料であるポリシリコンを充填し、前記石英ガラスルツボの周囲に設けられたヒータによってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン融液とする。その後、シードチャックに取り付けた種結晶(シード)を当該シリコン融液に浸漬し、シードチャックおよび石英ガラスルツボを同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げることにより行う。 To grow silicon single crystals using the Czochralski method, a quartz glass crucible placed inside a chamber is filled with polysilicon, which is then heated and melted using a heater installed around the quartz glass crucible to form molten silicon. A seed crystal (seed) attached to a seed chuck is then immersed in the molten silicon, and the seed chuck is pulled up while the seed chuck and quartz glass crucible are rotated in the same or opposite directions.
シリコン単結晶の引き上げに用いられる石英ガラスルツボは、シリコン融液を収容する石英部材であり、融液が接触するルツボ内表面(ルツボ内層)は、高純度な透明層とする必要がある。一方、ルツボ外表面側は、通常、コストの低減、及び高温機械特性向上の目的のため、一般にSi以外の金属元素を多く含む不透明外層(ルツボ外層)が形成されている。
具体的には、ルツボ内層には、透明層を形成するために合成石英粉を原料として配置し、ルツボ外層には、不透明層を形成するために天然石英粉を原料として2層以上に配置し、形成した成型体をアーク溶融により溶融することによって石英ガラスルツボを製造している。
A quartz glass crucible used for pulling silicon single crystals is a quartz member that contains a silicon melt, and the inner surface of the crucible (inner crucible layer) that comes into contact with the melt must be a highly pure transparent layer. On the other hand, the outer surface of the crucible usually has an opaque outer layer (outer crucible layer) that generally contains many metal elements other than Si for the purposes of reducing costs and improving high-temperature mechanical properties.
Specifically, synthetic quartz powder is placed as a raw material in the inner layer of the crucible to form a transparent layer, and natural quartz powder is placed in two or more layers as a raw material in the outer layer of the crucible to form an opaque layer, and the formed molded body is melted by arc melting to produce a quartz glass crucible.
ところで、前記シリコン単結晶の引上げ工程の初期段階(引上げ前の段階)においては、原料ポリシリコンを加熱してシリコン融液を形成した後、石英ガラスルツボを回転させてシリコン融液の流動を安定化させるスタビライズ工程が行われている。
このスタビライズ工程にあっては、ルツボ内表面の同一箇所に長時間、シリコン融液の縁部が接触することになる。ところが、シリコン融液の縁部とルツボ内表面との接触部は、雰囲気に触れて三相界面となるため、シリコン融液と石英ガラスルツボとの化学反応によってルツボ内層に対するシリコン融液によるエッチングが進行する。
In the initial stage (before pulling) of the silicon single crystal pulling process, raw material polysilicon is heated to form a silicon melt, and then a stabilization step is carried out in which the quartz glass crucible is rotated to stabilize the flow of the silicon melt.
In this stabilization process, the edge of the silicon melt is in contact with the same location on the inner surface of the crucible for a long period of time. However, the contact area between the edge of the silicon melt and the inner surface of the crucible is exposed to the atmosphere and forms a three-phase interface, which causes etching of the inner layer of the crucible by the silicon melt due to a chemical reaction between the silicon melt and the quartz glass crucible.
前記シリコン単結晶引き上げ初期におけるスタビライズ工程にあっては、スタビライズ時間が長いほどエッチング量が多くなる。そのため、図7に模式的に示すようにルツボ内層51(合成石英粉を原料とした層)の厚さが薄い場合にはシリコン融液Mによってルツボ内層表面がエッチングされると、ルツボ外層52(天然層石英粉を原料とした層)に達してルツボ外層が露出する虞があった。
この問題を解決するためにはシリコン融液Mによるエッチング量よりも厚いルツボ内層51を有する必要があるが、ルツボ内層51の原料となる合成石英粉は高価であり、ルツボ内層51全体を厚く形成させることはコスト面において現実的ではないという課題があった。
また、ルツボ内層51全体を厚く形成すると、合成ガラス層であるため高温で軟化しやすく、下方に垂れてルツボ開口部が倒れ込むなどの変形が生じ、引上げ作業に支障が生じる虞があった。
In the stabilization step at the beginning of pulling the silicon single crystal, the longer the stabilization time, the greater the amount of etching. Therefore, as shown in Fig. 7, when the thickness of the crucible inner layer 51 (a layer made of synthetic quartz powder as a raw material) is thin, if the surface of the crucible inner layer is etched by the silicon melt M, there is a risk that the etching will reach the crucible outer layer 52 (a layer made of natural quartz powder as a raw material), exposing the crucible outer layer.
To solve this problem, it is necessary to have a crucible inner layer 51 that is thicker than the amount of etching by the silicon melt M, but the synthetic quartz powder that is the raw material for the crucible inner layer 51 is expensive, and there was a problem in that it was not realistic from a cost perspective to make the entire crucible inner layer 51 thick.
Furthermore, if the entire crucible inner layer 51 is formed thick, since it is a synthetic glass layer, it is likely to soften at high temperatures, causing deformation such as sagging downward and causing the crucible opening to collapse, which could interfere with the pulling-up operation.
特許文献1には、このような課題を解決できる石英ガラスルツボが開示されている。特許文献1に開示された石英ガラスルツボは、図8に示すように透明内層51と不透明外層52とを有し、少なくとも直胴部のルツボ内層の内側表層部分に、結晶質シリカ粉が溶融した相と非晶質シリカ粉が溶融した相とが粒状に混在する混合シリカ層53が周方向に沿って環状に配置されている。
前記混合シリカ層53は、前記石英ガラスルツボの内表面のうち、該石英ガラスルツボがシリコン融液Mを保持した際の初期の融液面M1に接する内表面上の位置(初期メルトラインと呼ぶ)を含むように形成されており、その肉厚方向における厚さが2mm以上に厚く形成されている。
Patent Document 1 discloses a quartz glass crucible that can solve these problems. The quartz glass crucible disclosed in Patent Document 1 has a transparent inner layer 51 and an opaque outer layer 52, as shown in Figure 8, and a mixed silica layer 53, in which a phase of fused crystalline silica powder and a phase of fused amorphous silica powder are mixed in particulate form, is arranged in an annular shape along the circumferential direction at least on the inner surface layer of the crucible inner layer in the straight body portion.
The mixed silica layer 53 is formed so as to include a position on the inner surface of the quartz glass crucible that is in contact with the initial melt surface M1 when the quartz glass crucible holds the silicon melt M (called the initial melt line), and is formed so that its thickness in the thickness direction is 2 mm or more.
この構成によれば、スタビライズ工程において、エッチングにより前記混合シリカ層53が薄くなっても、シリコン融液Mがルツボ外層52に達することを防止することができる。
また、前記混合シリカ層53は、ルツボ内層51側において、直胴部の全体ではなくルツボ軸方向においては部分的に形成されているため、ルツボ内層51を合成ガラス層により薄く形成することができ、ルツボ内層51の垂れ下がりによる開口部の倒れ込みを防止することができる。
According to this configuration, even if the mixed silica layer 53 becomes thin due to etching in the stabilization step, the silicon melt M can be prevented from reaching the crucible outer layer 52 .
Furthermore, since the mixed silica layer 53 is formed only partially in the crucible axial direction on the crucible inner layer 51 side, rather than over the entire straight body portion, the crucible inner layer 51 can be formed thinly using a synthetic glass layer, and collapse of the opening due to sagging of the crucible inner layer 51 can be prevented.
ところで、特許文献1に開示された石英ガラスルツボにあっては、単結晶引き上げ時におけるシリコン融液面M1の振動を抑制するために前記混合シリカ層53を設けている。
前記混合シリカ層53は、非晶質シリカ粉と結晶質シリカ粉とが溶融されて形成されたものであり、それぞれの溶融した相のエッチング効果が異なる。前記エッチング効果の違いにより、混合シリカ層53の表面には、微小な凹凸が形成される。この微小な凹凸の存在によりシリコン融液Mの液面振動を抑制するというものである。
Incidentally, in the quartz glass crucible disclosed in Patent Document 1, the mixed silica layer 53 is provided to suppress vibration of the silicon melt surface M1 during pulling of a single crystal.
The mixed silica layer 53 is formed by fusing amorphous silica powder and crystalline silica powder, and the etching effects of the respective fused phases are different. Due to the difference in etching effects, minute irregularities are formed on the surface of the mixed silica layer 53. The existence of these minute irregularities suppresses the vibration of the surface of the silicon melt M.
しかしながら、特許文献1に開示された石英ガラスルツボの構成にあっては、前記混合シリカ層53を形成するために、結晶質シリカ粉と非晶質シリカ粉とからなる混合原料粉を用意し、これをルツボ内層側に形成した凹部に成型配置して溶融する必要があり、コストが高くなる上に、製造工程が煩雑になる。
スタビライズ工程におけるシリコン融液のルツボ内層へのエッチングによりルツボ融液がルツボ外層に到達することを抑制するという目的のみを鑑みると、引き上げ時における液面振動を抑制するために前記結晶質シリカ粉と非晶質シリカ粉とからなる混合原料粉を用いる必要はない。即ち、該目的を達成することのできる石英ガラスルツボを、よりコストを低減し、且つ容易に製造する方法が求められていた。
However, in the configuration of the quartz glass crucible disclosed in Patent Document 1, in order to form the mixed silica layer 53, it is necessary to prepare a mixed raw material powder consisting of crystalline silica powder and amorphous silica powder, mold and place this in a recess formed on the inner layer side of the crucible, and melt it, which not only increases costs but also makes the manufacturing process complicated.
In view of the sole objective of preventing the crucible melt from reaching the outer layer of the crucible due to etching of the silicon melt into the inner layer of the crucible in the stabilization step, there is no need to use the mixed raw material powder consisting of the crystalline silica powder and amorphous silica powder in order to suppress vibration of the liquid surface during pulling. In other words, there has been a demand for a method of manufacturing a quartz glass crucible that can achieve this objective at lower cost and with greater ease.
本発明は、前記事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げるためのシリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボにおいて、単結晶引上げ前のスタビライズ工程の間に、シリコン融液のルツボ内層に対するエッチングによりルツボ外層が露出することを防止し、且つルツボ開口部の変形による倒れ込み発生を抑制することができるとともに、製造に係るコスト上昇を抑え、容易に製造することのできる石英ガラスルツボ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of the above circumstances, and aims to provide a quartz glass crucible for pulling silicon single crystals by the Czochralski method, which prevents the outer layer of the crucible from being exposed due to etching of the inner layer of the crucible by silicon melt during the stabilization step before pulling the single crystal, and suppresses collapse due to deformation of the crucible opening, while also suppressing increases in manufacturing costs and making it easy to manufacture, as well as a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る石英ガラスルツボは、シリコン融液を保持し、単結晶を引上げるための石英ガラスルツボにおいて、内層と、前記内層よりも外側に配置された少なくとも1層の外層とを有し、ルツボ側部の前記内層において、単結晶引上げ前のシリコン融液の融液面に接する内表面上の位置に、周方向に沿って環状に形成された内層肉厚部を有し、前記内層肉厚部の厚さと、前記ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さとの比が1:0.14以上1未満に形成されていることに特徴を有する。 The quartz glass crucible of the present invention, which has been developed to solve the above problems, is a quartz glass crucible for holding a silicon melt and pulling a single crystal. It has an inner layer and at least one outer layer positioned outside the inner layer, and the inner layer on the side of the crucible has a thick inner layer portion formed in an annular shape along the circumferential direction at a position on the inner surface that contacts the molten silicon surface before the single crystal is pulled. The ratio of the thickness of the thick inner layer portion to the thickness of the remaining portion of the inner layer on the side of the crucible is 1:0.14 or greater and less than 1:1.
尚、前記内層肉厚部は、厚さが0.7mm以上5.0mm以下に形成されていることが望ましい。
また、前記内層肉厚部は、ルツボ軸方向の位置が、単結晶引上げ前のシリコン融液の融液面に接するルツボ内表面上の位置を中心に、ルツボ軸方向に少なくとも±50mmの幅寸法に形成されていることが望ましい。
また、前記内層肉厚部は、断面矩形状、断面台形状、断面半円形状のいずれか1つに形成され、前記内層肉厚部の形状に対応して、前記外層の側部内面に周方向に沿って環状の凹部が形成されていることが望ましい。
The inner thick layer portion is preferably formed to have a thickness of 0.7 mm or more and 5.0 mm or less.
Furthermore, it is desirable that the inner layer thick portion be formed with a width dimension of at least ±50 mm in the crucible axial direction, centered on a position on the inner surface of the crucible that contacts the molten surface of the silicon melt before the single crystal is pulled up.
Furthermore, it is desirable that the thick inner layer portion be formed in one of a rectangular cross-section, a trapezoidal cross-section, or a semicircular cross-section, and that an annular recess be formed along the circumferential direction on the inner surface of the side of the outer layer corresponding to the shape of the thick inner layer portion.
このような構成によれば、シリコン融液によるエッチングがスタビライズ工程において進行しても、シリコン融液が外層に到達することを防止することができる。
また、ルツボ側部の内層において、内層肉厚部が厚く形成されていても、その他の部位は薄く形成することができる。更に外層の内面には、内層肉厚部の形状に合わせて凹部が形成される。この凹部が設けられることによって、軟化した内層が凹部の下面(段部)に引っ掛かり、内層の垂れ下がりを抑制し、ルツボ開口部の倒れ込み変形を防止することができる。
With this configuration, even if etching with the silicon melt progresses in the stabilization step, the silicon melt can be prevented from reaching the outer layer.
Furthermore, even if the thick inner layer portion of the inner layer on the side of the crucible is formed thick, other portions can be formed thin. Furthermore, a recess is formed on the inner surface of the outer layer to match the shape of the thick inner layer portion. By providing this recess, the softened inner layer catches on the lower surface (step portion) of the recess, suppressing sagging of the inner layer and preventing collapse and deformation of the crucible opening.
また、前記課題を解決するためになされた本発明に係る石英ガラスルツボの製造方法は、前記した石英ガラスルツボの製造方法であって、成形型に天然石英粉を含む原料粉を供給して、少なくとも1層の外層を形成する工程と、前記外層の側部内面において、単結晶引上げ前のシリコン融液の融液面に対応する位置に周方向に沿って環状の凹部を形成する工程と、前記外層の内側に、合成石英粉を含む原料粉を供給し、前記凹部を前記原料粉により充填するとともに、その上に内層を形成し、ルツボ成形体を得る工程と、前記ルツボ成形体の内層、及び外層を溶融して、石英ガラスルツボを形成する工程と、を備えることに特徴を有する。 The method for manufacturing a quartz glass crucible according to the present invention, which has been devised to solve the above-mentioned problems, is characterized by comprising the steps of: supplying raw material powder containing natural quartz powder to a mold to form at least one outer layer; forming an annular recess along the circumferential direction on the inner side surface of the outer layer at a position corresponding to the molten surface of the silicon melt before pulling the single crystal; supplying raw material powder containing synthetic quartz powder inside the outer layer, filling the recess with the raw material powder, and forming an inner layer thereon to obtain a crucible molded body; and melting the inner and outer layers of the crucible molded body to form a quartz glass crucible.
このような方法によれば、ルツボ成形体の形成において、内層肉厚部はルツボ内層の一部であるため、内層肉厚部の成形体は、ルツボ外層の内側に合成石英粉を供給してルツボ内層を形成することによって同時に形成することができる。そのため、製造コストの上昇を極力抑え、容易に製造することができる。 With this method, when forming the crucible compact, the thick inner layer portion is part of the crucible inner layer, so the thick inner layer portion can be formed simultaneously by supplying synthetic quartz powder to the inside of the crucible outer layer to form the crucible inner layer. This minimizes increases in manufacturing costs and allows for easy manufacturing.
本発明によれば、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げるためのシリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボにおいて、単結晶引上げ前のスタビライズ工程の間に、シリコン融液のルツボ内層に対するエッチングによりルツボ外層が露出することを防止し、且つルツボ開口部の変形による倒れ込み発生を抑制することができるとともに、製造に係るコスト上昇を抑え、容易に製造することのできる石英ガラスルツボ及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a quartz glass crucible for pulling silicon single crystals by the Czochralski method, which prevents the outer layer of the crucible from being exposed due to etching of the inner layer of the crucible by silicon melt during the stabilization step before pulling the single crystal, and suppresses collapse due to deformation of the crucible opening. It also provides a quartz glass crucible and a method for manufacturing the same that can be easily manufactured while suppressing increases in manufacturing costs.
以下、本発明に係る石英ガラスルツボ及びその製造方法の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明に係る石英ガラスルツボ1の断面図である。図2は、図1の石英ガラスルツボの一部拡大断面図である。
この石英ガラスルツボ1は、例えば単結晶引上装置(図示せず)において用いられ、装置内でカーボンサセプタ(図示せず)によって抱持された状態で使用される。即ち、単結晶引上装置では、石英ガラスルツボ1内に原料シリコンが溶融され、溶融液からシリコン単結晶が引上げられる。
Hereinafter, embodiments of a quartz glass crucible and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a cross-sectional view of a quartz glass crucible 1 according to the present invention. Fig. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the quartz glass crucible of Fig. 1.
This quartz glass crucible 1 is used, for example, in a single crystal pulling apparatus (not shown) and is used in a state where it is held by a carbon susceptor (not shown) within the apparatus. That is, in the single crystal pulling apparatus, raw silicon is melted in the quartz glass crucible 1, and a silicon single crystal is pulled up from the melt.
石英ガラスルツボ1は、例えば直径(口径)32インチ、高さ500mmに形成され、所定の曲率(第一の曲率)を有する底部9と、前記底部9の周りに形成され、所定の曲率(第二の曲率)を有する底部コーナー8と、前記底部コーナー8から上方に延びる側部7とを有する。
図1に示すように、側部7において外側には、天然原料石英ガラスからなる外層3が形成されている。また、この外層3より内側には、シリコン単結晶引上げ時にシリコン融液と接する高純度の合成原料石英ガラスからなる内層4が形成されている。
The quartz glass crucible 1 is formed, for example, with a diameter (caliber) of 32 inches and a height of 500 mm, and has a bottom 9 with a predetermined curvature (first curvature), a bottom corner 8 formed around the bottom 9 and having a predetermined curvature (second curvature), and a side 7 extending upward from the bottom corner 8.
As shown in Figure 1, an outer layer 3 made of natural raw material quartz glass is formed on the outside of the side portion 7. Further, inside this outer layer 3, an inner layer 4 made of high-purity synthetic raw material quartz glass is formed, which comes into contact with the silicon melt when pulling up the silicon single crystal.
また、図1に示すように側部7において、内層4の上部には、ルツボ周方向に沿って環状に形成され、厚さ寸法が他部位より厚くなされた内層肉厚部4aが形成されている。この内層肉厚部4aのルツボ軸方向の位置は、図2に示すようにルツボ内にシリコン融液Mを保持した際の初期の融液面M1に接する内表面上の位置(初期メルトラインと呼ぶ)を含むように設定されている。 As shown in Figure 1, at the side portion 7, an inner layer thick portion 4a is formed in an annular shape along the crucible circumferential direction at the top of the inner layer 4, and is thicker than other portions. The position of this inner layer thick portion 4a in the crucible axial direction is set to include a position on the inner surface that contacts the initial melt surface M1 when silicon melt M is held in the crucible (referred to as the initial melt line), as shown in Figure 2.
ここで不透明とは、石英ガラス中に多数の気泡(気孔)が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。また、天然石英層とは水晶等の天然質原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味し、合成石英層とは、例えばシリコンアルコキシドの加水分解により合成された合成原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味する。 Here, "opaque" means that numerous air bubbles (pores) are present in the quartz glass, resulting in an apparent cloudy appearance. Furthermore, a natural quartz layer refers to a silica glass layer manufactured by melting natural raw materials such as quartz, while a synthetic quartz layer refers to a silica glass layer manufactured by melting synthetic raw materials, such as those synthesized by the hydrolysis of silicon alkoxide.
また、図示するようにルツボ底部コーナー8及びルツボ底部9においても、側部7の外層3から連続して形成された天然原料石英ガラスからなる外層3と、合成原料石英ガラス(または天然原料石英ガラス)からなる内層4とで形成された2層構造となされている。 As shown in the figure, the crucible bottom corners 8 and the crucible bottom 9 also have a two-layer structure formed by an outer layer 3 made of natural quartz glass that is formed continuously from the outer layer 3 of the side 7, and an inner layer 4 made of synthetic quartz glass (or natural quartz glass).
図2に示すように、天然原料石英ガラスからなる外層3は、ルツボ側部7における厚さ寸法mt1が6mm以上となされる。但し、ルツボ側部7の内層4に設けられた内層肉厚部4aに対応する位置においては、厚さ寸法mt2は1mm以上となされる。また、外層3から連続して形成されたルツボ底部コーナー8の外層3における厚さ寸法mt3は6mm以上に形成され、ルツボ底部9の外層3における厚さ寸法mt4は6mm以上に形成される。
これは、ルツボ側部7における外層3の厚さmt1、ルツボ底部コーナー8における外層3の厚さ寸法mt3、及びルツボ底部9における外層3の厚さ寸法mt4が6mmより小さいと、充分な耐久性が得られ難いためである。
As shown in Figure 2, the outer layer 3 made of natural raw material silica glass has a thickness mt1 of 6 mm or more at the crucible side 7. However, at a position corresponding to the thick inner layer portion 4a provided in the inner layer 4 of the crucible side 7, the thickness mt2 is 1 mm or more. Furthermore, the thickness mt3 of the outer layer 3 at the crucible bottom corners 8 formed continuously from the outer layer 3 is 6 mm or more, and the thickness mt4 of the outer layer 3 at the crucible bottom 9 is 6 mm or more.
This is because if the thickness mt1 of the outer layer 3 at the crucible side 7, the thickness dimension mt3 of the outer layer 3 at the crucible bottom corner 8, and the thickness dimension mt4 of the outer layer 3 at the crucible bottom 9 are less than 6 mm, it is difficult to obtain sufficient durability.
また、内層4は、合成原料石英ガラスを溶融して形成した実質的に気泡の存在しない透明層である。内層4において、ルツボ側部7における厚さ寸法it1は、内層肉厚部4aを除いて例えば0.6mm以上2.0mm以下に形成されている。このようにルツボ側部7における厚さ寸法it1を0.6mm以上2.0mm以下とすることにより、ルツボ開口部の変形(倒れこみなど)やルツボ外層露出を防止することができる。
内層肉厚部4aの厚さit2は、前記it1との比(it2:it1)が1:0.14以上1未満に形成されている。具体的には、本実施形態におけるルツボ大きさの場合、0.7mm以上5.0mm以下に形成されている。このように内層肉厚部4aの厚さit2を0.7mm以上5.0mm以下とすることにより、図3に示すようにシリコン融液によるエッチングがスタビライズ工程において進行しても、シリコン融液が外層3に到達することを防止することができる。
The inner layer 4 is a transparent layer formed by melting the raw silica glass and substantially free of bubbles. The thickness it1 of the inner layer 4 at the crucible side portion 7 is, for example, 0.6 mm to 2.0 mm, excluding the thick inner layer portion 4a. By setting the thickness it1 at the crucible side portion 7 to 0.6 mm to 2.0 mm in this way, deformation (such as collapse) of the crucible opening and exposure of the outer layer of the crucible can be prevented.
The thickness it2 of the inner thick layer portion 4a is set so that the ratio (it2:it1) of it2 to it1 is 1:0.14 or more and less than 1:1. Specifically, in the case of the crucible size of this embodiment, the thickness it2 is set to 0.7 mm or more and 5.0 mm or less. By setting the thickness it2 of the inner thick layer portion 4a to 0.7 mm or more and 5.0 mm or less in this way, even if etching with the silicon melt progresses in the stabilization step as shown in FIG. 3 , it is possible to prevent the silicon melt from reaching the outer layer 3.
前記したように内層肉厚部4aの厚さit2は、前記it1との比(it2:it1)が1:0.14以上1未満に形成されている。即ち、ルツボ側部7の内層4において、内層肉厚部4aは厚く、その他は薄く形成されている。これは、ルツボ側部7の全体を厚く形成すると、内層4は合成ガラス層であるため高温で軟化しやすく、下方に垂れて開口部が倒れ込むなどの変形が生じ、引上げ作業に支障が生じる虞があるためである。 As mentioned above, the ratio of the thickness it2 of the thick inner layer portion 4a to the thickness it1 (it2:it1) is 1:0.14 or greater and less than 1:1. That is, in the inner layer 4 of the crucible side portion 7, the thick inner layer portion 4a is thick and the rest is thin. This is because if the entire crucible side portion 7 were made thick, the inner layer 4, which is a synthetic glass layer, would easily soften at high temperatures, causing it to sag downward and deformation such as collapsing of the opening, which could interfere with the pulling operation.
内層肉厚部4aの配置されるルツボ軸方向の高さ位置は、図2に示すようにルツボ内にシリコン融液Mを保持した際の初期の融液面に接するルツボ内表面上の位置(初期メルトラインと呼ぶ)に設定されている。具体的には、前記初期メルトラインを中心に±50mm、より望ましくは±30mmの軸方向の幅寸法hに形成されている。
このように内層肉厚部4aの幅寸法hを規定するのは、石英ルツボの内容量にはバラツキがあり、融液面がルツボ内容量によって変化するためである。
また、内層4において、ルツボ底部コーナー8における厚さ寸法it3と、ルツボ底部9における厚さ寸法it4とは共に、例えば0.6mm以上の厚さに形成されている。
The height position in the axial direction of the crucible where the inner thick-layer portion 4a is arranged is set to a position on the inner surface of the crucible that comes into contact with the initial melt surface when silicon melt M is held in the crucible (referred to as the initial melt line) as shown in Fig. 2. Specifically, the inner thick-layer portion 4a is formed to have an axial width h of ±50 mm, more preferably ±30 mm, from the initial melt line as the center.
The width h of the thick inner layer portion 4a is specified in this manner because the internal volume of the quartz crucible varies and the melt surface changes depending on the internal volume of the crucible.
In addition, the inner layer 4 has a thickness it3 at the crucible bottom corner 8 and a thickness it4 at the crucible bottom 9 both of which are, for example, 0.6 mm or more.
また、図示するように内層肉厚部4aは、例えば断面矩形状に形成されている。この形状は、高温処理下における内層4の沈み込み抑制に寄与する。即ち、内層4は外層3よりも粘性が小さい。そのため、高温下では、図4に矢印で示すようにルツボ側部7において内層4の垂れ下がりが生じやすい。しかしながら、外層3の内面には、内層肉厚部4aの形状に合わせて凹部3aが形成されている。この凹部3aにおいては、外層3と内層4とは軸方向(上下方向)の面接触だけでなく、径方向にも面接触することになる。凹部3aは、天然層である外層3側に形成されているため、軟化した内層4が下方に垂れ下がろうとしても、凹部3aにおける径方向の面接触領域が外層3(天然層)の粘性により内層4の下方へ向かう力を抑制する。 As shown in the figure, the thick inner layer portion 4a is formed, for example, with a rectangular cross section. This shape helps prevent sinking of the inner layer 4 during high-temperature treatment. That is, the inner layer 4 has a lower viscosity than the outer layer 3. Therefore, at high temperatures, the inner layer 4 is prone to sagging at the crucible side 7, as indicated by the arrows in Figure 4. However, a recess 3a is formed on the inner surface of the outer layer 3 to match the shape of the thick inner layer portion 4a. In this recess 3a, the outer layer 3 and the inner layer 4 are in surface contact not only in the axial direction (vertical direction) but also in the radial direction. Because the recess 3a is formed on the natural outer layer 3 side, even if the softened inner layer 4 attempts to sag downward, the radial surface contact area of the recess 3a suppresses the downward force of the inner layer 4 due to the viscosity of the outer layer 3 (natural layer).
尚、内層肉厚部4aは、断面矩形状としたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図5(a)に示すように、内層肉厚部4aは、断面台形状に形成してもよく、図5(b)に示すように断面半円状に形成してもよい。これらの場合も、外層3における段部3a1(凹部3a)によって、内層4の沈み込みを抑制することができる。
また、図5(a)、(b)に示した変形例にあっては、外層3における段部3a1が径方向下側に向かって傾斜しているため、内層4の引っ掛かりが弱くなる。そのため、図5(c)に示すように、外層3における段部3a1は水平に近い状態に形成するか、図5(d)に示すように外層3における段部3a1は径方向上側に傾斜するように形成することが望ましい。
Although the thick inner layer portion 4a has a rectangular cross section, the present invention is not limited to this shape.
For example, as shown in Fig. 5(a), the thick inner layer portion 4a may be formed to have a trapezoidal cross section, or as shown in Fig. 5(b), it may be formed to have a semicircular cross section. In either case, the step portion 3a1 (recess 3a) in the outer layer 3 can suppress sinking of the inner layer 4.
5(a) and 5(b), the step 3a1 in the outer layer 3 is inclined downward in the radial direction, which weakens the grip of the inner layer 4. Therefore, it is desirable to form the step 3a1 in the outer layer 3 in a nearly horizontal state as shown in Fig. 5(c), or to form the step 3a1 in the outer layer 3 so that it is inclined upward in the radial direction as shown in Fig. 5(d).
次に、前記構造を有する石英ガラスルツボ1の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る石英ガラスルツボ1は、例えば、図6に示すような石英ガラスルツボ製造装置10を用いて製造する。
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が穿設された金型、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た内側部材12と、その外周に通気部13を設けて、前記内側部材12を保持する保持体14とから構成されている。
Next, a method for manufacturing the vitreous silica crucible 1 having the above structure will be described.
The silica glass crucible 1 according to this embodiment is manufactured using, for example, a silica glass crucible manufacturing apparatus 10 as shown in FIG.
The crucible forming mold 11 of the quartz glass crucible manufacturing apparatus 10 is composed of an inner member 12 made of a gas-permeable material, such as a metal mold with multiple through holes or a highly purified porous carbon mold, and a holder 14 that holds the inner member 12 and has a ventilation section 13 on its outer periphery.
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を回転可能に支持している。通気部13は、保持体14の下部に設けられた開口部16を介して、回転軸15の中央に設けられた排気路17と連結されており、この排気路17は、減圧機構18と連結されている。
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、天然石英粉供給ノズル20と、合成石英粉供給ノズル22が設けられている。
A rotating shaft 15 connected to a rotating means (not shown) is fixed to the lower part of the holder 14, and rotatably supports the crucible forming mold 11. The ventilation part 13 is connected to an exhaust path 17 provided in the center of the rotating shaft 15 via an opening 16 provided in the lower part of the holder 14, and this exhaust path 17 is connected to a pressure reducing mechanism 18.
An arc electrode 19 for arc discharge, a natural silica powder supply nozzle 20, and a synthetic silica powder supply nozzle 22 are provided on the upper portion facing the inner member 12.
石英ガラスルツボ製造装置10により石英ガラスルツボの製造を行う場合、図示しない回転駆動源を稼働させて回転軸18を矢印の方向に回転させ、これによりルツボ成形用型11を高速で回転させる。
次いで、ルツボ成形用型11内に天然石英粉供給ノズル20から天然石英粉(原料粉)を供給する。供給された天然石英粉は、遠心力によって内側部材12の内面側に押圧され、側部、底部コーナー、及び底部における厚さ6mm以上の外層30として形成される。
次に、側部の外層30の内側部において、図1、図2に示した内層4の内層肉厚部4aに対応する位置に、治具等を用いて、例えば深さ2mm、幅6mmの断面矩形状の凹部30aを周方向に沿って環状に加工形成する。
When manufacturing a quartz glass crucible using the quartz glass crucible manufacturing apparatus 10, a rotary drive source (not shown) is operated to rotate the rotary shaft 18 in the direction of the arrow, thereby rotating the crucible forming mold 11 at high speed.
Next, natural silica powder (raw material powder) is supplied from the natural silica powder supply nozzle 20 into the crucible molding die 11. The supplied natural silica powder is pressed against the inner surface of the inner member 12 by centrifugal force, and is formed as an outer layer 30 having a thickness of 6 mm or more on the sides, bottom corners, and bottom.
Next, on the inner side of the outer layer 30 of the side, at a position corresponding to the thick inner layer portion 4a of the inner layer 4 shown in Figures 1 and 2, a recess 30a having a rectangular cross section and a depth of, for example, 2 mm and a width of 6 mm is processed and formed in a ring shape along the circumferential direction using a jig or the like.
続いて、外層30の内面側に例えば3mmの厚さを有する内層40が形成されるように、合成石英粉(原料粉)を合成石英粉供給ノズル23から供給する。ここで、前記外層30の内側部に形成された凹部30aには合成石英粉が充填され、さらにその上に3mmの厚さの内層40が形成されるように合成石英粉が供給される。
供給された合成石英粉は、遠心力によって外層30の内面側に押圧されて、内層40(成形体)として成形される。また、これにより内層肉厚部4a相当部位においては、厚さ5mm、幅6mmの内層肉厚部40a(成形体)が得られる。
Next, synthetic quartz powder (raw material powder) is supplied from the synthetic quartz powder supply nozzle 23 so that an inner layer 40 having a thickness of, for example, 3 mm is formed on the inner surface of the outer layer 30. Here, the recess 30a formed on the inner side of the outer layer 30 is filled with synthetic quartz powder, and synthetic quartz powder is further supplied on top of that so that an inner layer 40 having a thickness of 3 mm is formed.
The supplied synthetic quartz powder is pressed against the inner surface of the outer layer 30 by centrifugal force and formed into the inner layer 40 (molded body). As a result, the thick inner layer portion 40a (molded body) having a thickness of 5 mm and a width of 6 mm is obtained in the area corresponding to the thick inner layer portion 4a.
このようにして外層3、および内層4の2層からなるルツボ成形体が得られる。
さらに、減圧機構18の作動により内側部材12内を減圧し、アーク電極19に通電してルツボ成形体の内側から加熱し、ルツボ成形体の内層40及び外層30を溶融して、内層4及び外層3からなる石英ガラスルツボ1を製造する。
In this way, a crucible molded body consisting of two layers, the outer layer 3 and the inner layer 4, is obtained.
Furthermore, the pressure inside the inner member 12 is reduced by operating the pressure reduction mechanism 18, and electricity is passed through the arc electrode 19 to heat the crucible formed body from the inside, melting the inner layer 40 and outer layer 30 of the crucible formed body, thereby producing a quartz glass crucible 1 consisting of the inner layer 4 and outer layer 3.
以上のように本実施の形態によれば、ルツボの内層4において、シリコン融液の初期の融液面に接する内表面上の位置(初期メルトライン)に、ルツボ軸方向の位置が初期メルトラインを中心に±50mmの幅寸法で、厚さが0.7mm以上5.0mm以下の内層肉厚部4aが周方向に沿って環状に形成されている。
これにより、シリコン融液によるエッチングがスタビライズ工程において進行しても、シリコン融液が外層3に到達することを防止することができる。
また、ルツボ側部7の内層4において、内層肉厚部4aが厚く形成されていても、その他の部位は薄く形成することができる。更に外層3の内面には、内層肉厚部4aの形状に合わせて凹部3aが形成され、その下面に段部3a1が形成されている。この段部3a1を有する凹部3aが設けられることによって、軟化した内層4が段部3a1に引っ掛かり、内層4の垂れ下がりを抑制し、ルツボ開口部の倒れ込み変形を防止することができる。
また、ルツボ成形体の形成において、内層肉厚部4aはルツボ内層4の一部であるため、内層肉厚部4aの成形体40aは、ルツボ外層の内側に合成石英粉を供給してルツボ内層を形成する際に同時に形成することができる。そのため、製造コストの上昇を極力抑え、容易に製造することができる。
As described above, according to this embodiment, in the inner layer 4 of the crucible, at a position on the inner surface that contacts the initial melt surface of the silicon melt (initial melt line), an inner layer thick portion 4a having a thickness of 0.7 mm or more and 5.0 mm or less is formed in a ring shape along the circumferential direction, with a width dimension of ±50 mm in the crucible axial direction centered on the initial melt line.
This makes it possible to prevent the silicon melt from reaching the outer layer 3 even if etching with the silicon melt progresses in the stabilization step.
Furthermore, even if the thick inner layer portion 4a of the inner layer 4 on the crucible side portion 7 is formed thick, other portions can be formed thin. Furthermore, a recess 3a is formed on the inner surface of the outer layer 3 to match the shape of the thick inner layer portion 4a, and a step 3a1 is formed on the underside thereof. By providing the recess 3a with this step 3a1, the softened inner layer 4 catches on the step 3a1, suppressing sagging of the inner layer 4 and preventing collapse and deformation of the crucible opening.
Furthermore, in forming the crucible compact, since the thick inner layer portion 4a is a part of the crucible inner layer 4, the compact 40a of the thick inner layer portion 4a can be formed at the same time as the crucible inner layer is formed by supplying synthetic quartz powder to the inside of the crucible outer layer. Therefore, the increase in manufacturing costs can be minimized and manufacturing can be easily performed.
尚、前記実施の形態においては、石英ガラスルツボ1を外層3、5と、内層4との2層構造としたが、本発明にあっては、この構成に限定されるものではなく、外層を2層以上に形成してもよい。 In the above embodiment, the quartz glass crucible 1 has a two-layer structure consisting of outer layers 3 and 5 and an inner layer 4, but the present invention is not limited to this configuration, and the outer layer may be formed of more than two layers.
続いて、本発明に係る石英ガラスルツボ及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。
本実施例では、前記実施の形態に示した構成の石英ガラスルツボを製造し、スタビライズ工程を実施して本発明の効果を検証した。
Next, the quartz glass crucible and the method for manufacturing the same according to the present invention will be further described based on examples.
In this example, a quartz glass crucible having the configuration shown in the above embodiment was manufactured, and a stabilization process was carried out to verify the effects of the present invention.
(実施例1)
図6に示した石英ガラスルツボ製造装置を用い、32インチ、高さ500mmの石英ガラスルツボを製造した。この石英ガラスルツボは、合成原料石英ガラスからなる内層と、天然原料石英ガラスからなる外層の2層構造とした。また、この石英ガラスルツボにおける初期メルトラインの位置は、ルツボ開口部から100mm下方の位置とし、内層肉厚部のルツボ軸方向の幅寸法は、初期メルトラインを中心に±50mmとした。
実施例1において、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、0.7mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、0.6mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は18.8mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は16.9mmとした。
スタビライズ工程は、炉内温度1,420℃、ルツボ回転数15rpm、継続時間10~20時間とした。
スタビライズ工程終了後、ルツボ内層におけるエッチングの状態と、ルツボ開口部の変形を観察した。
Example 1
A 32-inch, 500-mm-high quartz glass crucible was manufactured using the quartz glass crucible manufacturing apparatus shown in Figure 6. This quartz glass crucible had a two-layer structure, with an inner layer made of synthetic raw quartz glass and an outer layer made of natural raw quartz glass. The initial melt line in this quartz glass crucible was located 100 mm below the crucible opening, and the width of the thick inner layer in the axial direction of the crucible was ±50 mm from the initial melt line.
In Example 1, the thickness it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 0.7 mm, and the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 0.6 mm. The thickness mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 18.8 mm, and the thickness mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 16.9 mm.
The stabilization step was carried out at a furnace temperature of 1,420° C., a crucible rotation speed of 15 rpm, and a duration of 10 to 20 hours.
After the stabilization step was completed, the state of etching in the inner layer of the crucible and deformation of the opening of the crucible were observed.
(実施例2)
実施例2では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、1.7mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、1.5mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は16.4mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は16.6mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
(実施例3)
実施例3では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、2.1mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、1.7mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は16.1mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は16.5mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
Example 2
In Example 2, the thickness dimension it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 1.7 mm, and the thickness dimension it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 1.5 mm. The thickness dimension mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 16.4 mm, and the thickness dimension mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 16.6 mm. Other implementation conditions were the same as in Example 1.
Example 3
In Example 3, the thickness it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 2.1 mm, and the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 1.7 mm. The thickness mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 16.1 mm, and the thickness mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 16.5 mm. Other implementation conditions were the same as in Example 1.
(実施例4)
実施例4では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、3.5mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、2.0mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は14.9mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は16.4mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
(実施例5)
実施例5では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、4.3mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、1.8mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は13.2mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は15.7mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
Example 4
In Example 4, the thickness it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 3.5 mm, and the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 2.0 mm. The thickness mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 14.9 mm, and the thickness mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 16.4 mm. The other implementation conditions were the same as in Example 1.
Example 5
In Example 5, the thickness dimension it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 4.3 mm, and the thickness dimension it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 1.8 mm. The thickness dimension mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 13.2 mm, and the thickness dimension mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 15.7 mm. The other implementation conditions were the same as in Example 1.
(実施例6)
実施例6では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、5.0mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、1.7mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は12.6mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は15.9mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
(実施例7)
実施例7では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、5.0mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、0.7mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は12.6mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は16.9mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
Example 6
In Example 6, the thickness dimension it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 5.0 mm, and the thickness dimension it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 1.7 mm. The thickness dimension mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 12.6 mm, and the thickness dimension mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 15.9 mm. Other implementation conditions were the same as in Example 1.
Example 7
In Example 7, the thickness it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 5.0 mm, and the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 0.7 mm. The thickness mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 12.6 mm, and the thickness mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 16.9 mm. The other implementation conditions were the same as in Example 1.
(比較例1)
比較例1では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、0.6mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、0.6mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は17.7mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は17.7mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
(比較例2)
比較例2では、図2に示した内層肉厚部の厚さ寸法it2は、5.2mm、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さ寸法it1は、0.7mmとした。また、前記内層肉厚部に対応する位置におねる外層の厚さ寸法mt2は13.2mm、ルツボ側部における外層のその他の部位の厚さ寸法mt1は17.7mmとした。その他の実施条件は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the thickness dimension it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 0.6 mm, and the thickness dimension it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 0.6 mm. The thickness dimension mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 17.7 mm, and the thickness dimension mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 17.7 mm. Other implementation conditions were the same as in Example 1.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the thickness dimension it2 of the thick inner layer portion shown in Figure 2 was 5.2 mm, and the thickness dimension it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 0.7 mm. The thickness dimension mt2 of the outer layer at the position corresponding to the thick inner layer portion was 13.2 mm, and the thickness dimension mt1 of the other portion of the outer layer on the side of the crucible was 17.7 mm. The other implementation conditions were the same as in Example 1.
実施例1~7、及び比較例1、2の結果を表1に示す。
表1に示すように、内層肉厚部の厚さが0.6mmの場合(比較例1)、ルツボ外層の露出が発生した。
また、内層肉厚部の厚さが0.7mm以上5.0mm以下で、内層肉厚部の厚さit2と、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さit1との比が1:0.14以上1未満に形成されている場合(実施例1~7)、ルツボ外層の露出がなく、操業に支障のでるような変形は発生しなかった。
また、内層肉厚部の厚さが5.2mmの場合(比較例2)、ルツボ外層の露出はないが、ルツボの倒れ込み変形が生じた。
以上の実施例の結果、内層肉厚部の厚さit2と、ルツボ側部の内層のその他の部位の厚さit1との比を1:0.14以上1未満に形成することにより、シリコン融液のルツボ内層に対するエッチングによってルツボ外層が露出することを防止し、ルツボの倒れ込み変形の発生を抑えることができることを確認した。
As shown in Table 1, when the thickness of the thick inner layer portion was 0.6 mm (Comparative Example 1), exposure of the outer layer of the crucible occurred.
Furthermore, when the thickness of the thick inner layer portion was 0.7 mm or more and 5.0 mm or less, and the ratio of the thickness it2 of the thick inner layer portion to the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible was 1:0.14 or more and less than 1 (Examples 1 to 7), the outer layer of the crucible was not exposed, and no deformation that would interfere with operation occurred.
Furthermore, when the thickness of the thick inner layer portion was 5.2 mm (Comparative Example 2), the outer layer of the crucible was not exposed, but the crucible collapsed and deformed.
As a result of the above examples, it was confirmed that by setting the ratio of the thickness it2 of the thick portion of the inner layer to the thickness it1 of the other portion of the inner layer on the side of the crucible to 1:0.14 or more and less than 1, it is possible to prevent the outer layer of the crucible from being exposed by etching of the inner layer of the crucible by the silicon melt, and to suppress the occurrence of deformation of the crucible by tipping over.
1 石英ガラスルツボ
3 外層
3a 凹部
3a1 段部
4 内層
4a 内層肉厚部
5 外層
7 側部
8 底部コーナー
9 底部
10 石英ガラスルツボ製造装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 quartz glass crucible 3 outer layer 3a recess 3a1 step portion 4 inner layer 4a thick inner layer portion 5 outer layer 7 side portion 8 bottom corner 9 bottom portion 10 quartz glass crucible manufacturing apparatus
Claims (5)
前記石英ガラスルツボが、側部、底部コーナー、及び底部を有し、前記側部、前記底部コーナー、及び前記底部が、内層と、前記内層よりも外側に配置された少なくとも1層の外層とから形成された多層構造を有し、
前記側部の前記内層において、単結晶引上げ前のシリコン融液の融液面に接する内表面上の位置に、周方向に沿って環状に形成された前記内層を形成する材料と同じ材料で形成された内層肉厚部を有し、
前記内層肉厚部の厚さと、前記側部の前記内層のその他の部位の厚さとの比が1:0.14以上1未満に形成されていることを特徴とする石英ガラスルツボ。 In a quartz glass crucible for holding a silicon melt and pulling a single crystal,
The quartz glass crucible has a side, a bottom corner, and a bottom, and the side, the bottom corner, and the bottom have a multilayer structure formed of an inner layer and at least one outer layer arranged outside the inner layer,
the inner layer of the side portion has an inner layer thick portion formed of the same material as the material forming the inner layer, which is annularly formed along the circumferential direction at a position on the inner surface that contacts the melt surface of the silicon melt before the single crystal is pulled up;
A quartz glass crucible characterized in that the ratio of the thickness of the thick inner layer portion to the thickness of the other portion of the inner layer on the side is formed to be 1:0.14 or more and less than 1:1.
前記内層肉厚部の形状に対応して、前記外層の側部内面に周方向に沿って環状の凹部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された石英ガラスルツボ。 The inner thick portion is formed to have a rectangular cross section, a trapezoidal cross section, or a semicircular cross section,
A quartz glass crucible according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an annular recess is formed along the circumferential direction on the inner surface of the side of the outer layer in correspondence with the shape of the thick portion of the inner layer.
成形型に天然石英粉を含む原料粉を供給して、少なくとも1層の外層を形成する工程と、
前記外層の側部内面において、単結晶引上げ前のシリコン融液の融液面に対応する位置に周方向に沿って環状の凹部を形成する工程と、
前記外層の内側に、合成石英粉を含む原料粉を供給し、前記凹部を前記原料粉により充填するとともに、その上に内層を形成し、ルツボ成形体を得る工程と、
前記ルツボ成形体の内層、及び外層を溶融して、石英ガラスルツボを形成する工程と、
を備えることを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法。 A method for manufacturing a quartz glass crucible according to any one of claims 1 to 4 ,
A step of supplying raw material powder containing natural quartz powder to a molding die to form at least one outer layer;
forming an annular recess along a circumferential direction on the inner surface of a side of the outer layer at a position corresponding to the surface of the silicon melt before pulling up the single crystal;
a step of supplying raw material powder containing synthetic quartz powder inside the outer layer, filling the recess with the raw material powder, and forming an inner layer thereon to obtain a crucible molded body;
a step of melting the inner layer and the outer layer of the crucible molded body to form a quartz glass crucible;
A method for manufacturing a quartz glass crucible, comprising:
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