JP2010275151A - シリカガラスルツボ - Google Patents

Abstract

【課題】シリカガラスルツボにおいて、耐久性を確保すると共に、ルツボの安定支持性を向上させ、充分な単結晶化率を得ることのできるシリカガラスルツボを提供する。
【解決手段】ルツボ上端６から下方に所定距離までのルツボ上端領域１０が、天然原料シリカガラスからなる不透明外層５ａと、天然原料シリカガラスまたは合成原料シリカガラスからなる透明内層４とで形成された２層構造からなり、前記ルツボ上端領域の下端から側部７、底部９と底部コーナー８との間の曲率変化点を基準とする所定範囲までが、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層２と、前記ルツボ上端領域の不透明外層から連続して形成された不透明中間層３と、前記透明内層とで形成された３層構造からなり、前記底部が、前記側部における前記不透明中間層から連続して形成された不透明外層５ｂと、前記透明内層とで形成された２層構造からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を引上げるためのシリカガラスルツボに関する。

シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、シリカガラスルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。

ところで、シリカガラスルツボは年々大型化しているが、シリカガラスルツボの大型化は、多結晶シリコンの装填量を増大させることができ、スループットが向上するというメリットがある。
しかしながら、その反面、溶融の長時間化、加熱用カーボンヒータの大出力化といった厳しい環境下で使用しなければならず、シリカガラスルツボへの悪影響も大きい。

例えば、従来のシリカガラスルツボは、高温域での粘性値が低く、１４００℃以上の熱環境下では長時間その形状を維持し難かった。そのため、シリカガラスルツボの変形による溶融シリコンの融液面の変動、及び単結晶化率低下など、単結晶引上げ工程で問題が生じていた。
この問題を解決するため、特許文献１には、図６に示すように、外層５１がＡｌ添加石英層、中間層５２が天然石英層、内層５３が高純度合成石英層からなる３層構造の石英ガラスルツボ５０について開示されている。

このルツボ５０によれば、シリコン単結晶引上げ工程の加熱昇温過程において、外層５１は１２００℃以上で一定加熱すると、クリストバライトへと結晶化する。
クリストバライトの成長過程においては、粘性が向上し、また、結晶化することで高い耐久性を得ることができるため、前記のようにルツボの変形や破損といった課題を解決することができる。

しかしながら、前記特許文献１に開示の石英ガラスルツボ５０にあっては、単結晶引上装置においてヒータによる加熱が開始されると、外層５１全体がＡｌ添加石英層であるため、その結晶化がルツボ全周にわたり急激に進行する。
このため、ルツボ５０においては、ルツボ５０を抱持するカーボンサセプタとの密着が安定化する前に結晶化が完了し、カーボンサセプタによるルツボ５０の支持が不安定となって、シリコン単結晶の引上げに悪影響を及ぼすという課題があった。

このような課題に対し、本願出願人は、特許文献２において、図７に示すように結晶化促進剤添加シリカガラス層からなる外層６１がルツボ上端から下方に向けて形成されると共に、その外層６１の下端が、底部の曲率変化点を基準とする所定範囲まで形成されたシリカガラスルツボ６０を開示した。
このシリカガラスルツボ６０においては、外層６１の内側に天然原料シリカガラス層からなる不透明中間層６２が形成され、さらにルツボ底部には前記不透明中間層６２から連続的に不透明外層６４が形成されている。また、前記不透明中間層６２及び不透明外層６４の内側には、合成原料シリカガラスからなる透明内装６５が形成されている。

このようなシリカガラスルツボ６０の構成によれば、単結晶引上げの開始初期段階において、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層６１が存在しないルツボ底部、即ち不透明外層６４が軟化し、ルツボ６０を支持するカーボンサセプタと密着する。
その後、引上げの開始から完了までの間に亘り、高温加熱により所定範囲の底部コーナー及び側部等の外層の結晶化（クリストバライト化）が進行し、ルツボ全体と、これを支持するカーボンサセプタとの密着安定性が向上する。また、結晶化により耐熱変形性が向上する。
したがって、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上することができる。

特開２０００−２４７７７８号公報 特開２００８−８１３７４号公報

ところで一般に、シリコン単結晶引き上げに用いるシリカガラスルツボにあっては、その出荷時に、ルツボ内が異物で汚染されないようルツボ開口部（ルツボ上端）にビニールシート等の覆いが被せられる。そのため、ルツボを使用する際には、ルツボ開口部から前記覆いが取り除かれる。
また、ルツボから前記覆いが取り除かれた後、ルツボ上端部にロボットアーム（図示せず）の吸着パッドが吸引装着され、ルツボは前記ロボットアームにより引上装置の所定位置に移動されてセッティングされる。

しかしながら、特許文献１、２に開示のシリカガラスルツボにあっては、前記開口部から覆いを取り除く際、或いは、ルツボに対する吸着パッドの着脱の際に、外層に添加されている結晶化促進剤がルツボ内に混入し、ルツボ内面が結晶化して失透し、シリコン単結晶の結晶化率を低下させる虞があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、シリカガラスルツボにおいて、耐久性を確保すると共に、ルツボの安定支持性を向上させ、充分な単結晶化率を得ることのできるシリカガラスルツボを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るシリカガラスルツボは、第一の曲率を有する底部と、前記底部の周りに形成され、第二の曲率を有する底部コーナーと、前記底部コーナーから上方に延びる側部とを有するシリカガラスルツボであって、ルツボ上端から下方に所定距離までのルツボ上端領域が、天然原料シリカガラスからなる不透明外層と、天然原料シリカガラスまたは合成原料シリカガラスからなる透明内層とで形成された２層構造からなり、前記ルツボ上端領域の下端から前記側部、前記底部と前記底部コーナーとの間の曲率変化点を基準とする所定範囲までが、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層と、前記ルツボ上端領域の不透明外層から連続して形成された不透明中間層と、前記透明内層とで形成された３層構造からなり、前記底部が、前記側部における前記不透明中間層から連続して形成された不透明外層と、前記透明内層とで形成された２層構造からなることに特徴を有する。

尚、前記ルツボ上端領域の不透明外層に、カーボン粉が０．３０重量％以下含まれていることが好ましい。さらに好ましくはカーボン粉が０．０５重量％以上０．３０重量％以下含まれていることが好ましい。
また、前記２層構造のルツボ上端領域は、ルツボ上端から下方に３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲まで設けられていることが望ましい。
また、前記外層の下端が形成される前記所定範囲は、前記第一の曲率の曲率中心と前記曲率変化点とを結ぶ直線上を０°として、該直線を前記曲率中心周りに±５°回転させた範囲内であることが望ましい。
また、前記外層の厚さ寸法は、０．５〜５．０ｍｍの範囲で設定され、前記外層における結晶化促進剤濃度は、３５〜１００ｐｐｍの範囲で設定されていることが好ましい。

このように構成することにより、例えば、シリカガラスルツボの使用時において、ルツボ開口部（ルツボ上端領域）に被せられたビニールシート等の覆い（図示せず）を取り外す際、或いは、ルツボ上端領域に対しロボットアーム等の吸着パッドを着脱操作する際に、外層に含まれる結晶化促進剤がルツボ内に侵入することがない。
したがって、ルツボ内面の結晶化が抑制され、シリコン単結晶の結晶化率低下を防止することができる。

また、このような構成のシリカガラスルツボによれば、シリコン単結晶引上げの開始初期段階において、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層が存在しない所定範囲の底部が軟化し、ルツボを支持するカーボンサセプタと密着する。
その後、引上げの開始からから完了までの間に亘り、高温加熱により所定範囲の底部コーナー及び側部等の外層の結晶化（クリストバライト化）が進行し、ルツボ全体と、これを支持するカーボンサセプタとの密着安定性が向上する。また、結晶化により耐熱変形性が向上する。
したがって、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上することができる。

また、ルツボ開口部（ルツボ上端領域）の不透明外層に、カーボン粉が添加されることにより、シリカガラスルツボの使用時において、カーボン粉が加熱されて前記不透明外層が膨張し、ルツボ開口部の外周がカーボンサセプタ上端に引っ掛かる。これにより、ルツボ開口部付近の座屈変形や内倒変形を防止することができる。
したがって、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上することができる。
尚、前記結晶化促進剤としては、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｋが挙げられ、これらのいずれか、もしくは、このうちの複数の組合せから選択することができるが、Ａｌのみとすることが最も好ましい。

本発明によれば、シリカガラスルツボにおいて、耐熱変形性を確保すると共に、ルツボ全体とこれを支持するカーボンサセプタの密着安定性を向上させ、充分な単結晶化率を得ることのできるシリカガラスルツボを得ることができる。

図１は、本発明に係るシリカガラスルツボの断面図である。 図２は、図１のシリカガラスルツボの一部拡大断面図である。 図３は、図１のシリカガラスルツボの各層の厚さ寸法を説明するための一部拡大断面図である。 図４は、図１のシリカガラスルツボの上端領域が膨張した状態を示す一部拡大断面図である。 図５は、図１のシリカガラスルツボを製造するためのシリカガラスルツボ製造装置の断面図である。 図６は、３層構造を有する従来のシリカガラスルツボの断面図である。 図７は、３層構造を有する他の従来のシリカガラスルツボの断面図である。

以下、本発明に係るシリカガラスルツボの実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係るシリカガラスルツボ１の断面図である。図２は、図１のシリカガラスルツボの一部拡大断面図である。
このシリカガラスルツボ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、シリカガラスルツボ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。

シリカガラスルツボ１は、例えば直径８１０ｍｍに形成され、図１に示すように、ルツボ上端６から下方に所定距離までの部分（以下、ルツボ上端領域１０と呼ぶ）が２層構造となされている。
即ち、前記ルツボ上端領域１０は、天然原料シリカガラス層からなる不透明外層５ａと、この不透明外層５ａの内側に隣接し、シリコン単結晶引上げ時に溶融シリコンと接する合成原料シリカガラス（または天然原料シリカガラス）からなる透明内層４とで形成されている。
尚、ここで不透明とは、シリカガラス中に多数の気孔が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。また、天然原料シリカガラスとは、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を意味し、合成原料シリカガラスとは、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を意味する。

また、ルツボ上端領域１０よりも下方においては、側部７、及び底部９と底部コーナー８との間の曲率変化点を基準とする所定範囲まで、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層２が設けられている。
この外層２が設けられる部分においては、前記不透明外層５ａから連続して形成された天然原料シリカガラスからなる不透明中間層３と、前記透明内層４とで形成された３層構造となされている。

さらにルツボ底部９は、前記不透明中間層３から連続して形成された天然原料シリカガラスからなる不透明外層５ｂと、これに隣接する合成原料シリカガラス（または天然原料シリカガラス）からなる透明内層４とで形成された２層構造となされている。

より詳細に説明すると、図２の断面図に示すように、ルツボ上端６から下方に距離ｈまでの領域が、２層構造のルツボ上端領域１０として形成されるが、前記距離ｈは３０〜５０ｍｍ（好ましくは３５〜４５ｍｍ）となされている。
これは、前記２層構造のルツボ上端領域１０が、ルツボ上端６から下方に３０ｍｍ未満の場合、外層５ａの結晶化促進剤がルツボ内に混入し、単結晶化率が低下する虞が高いためであり、ルツボ上端６から下方に５０ｍｍを越えて形成されると、ルツボ上端領域１０の耐久性が低下し、ルツボ開口部の変形が生じやすいためである。

また、図２に示すように、ルツボ内において底部９は半径Ｒの曲率（第１の曲率）を有しており、底部コーナー８では半径ｒの曲率（第２の曲率）を有している。また、ルツボ側部７は鉛直方向に直線状に形成されている。
ここで、外層２はルツボ上端６から下方に向けて形成されると共に、外層２の下端は、底部９（曲率半径Ｒ）と底部コーナー８（曲率半径ｒ）との間の曲率変化点Ｐを基準とする所定範囲内まで形成されている。より具体的には、外層２の下端は、半径Ｒの曲率中心Ｃと、曲率変化点Ｐとを結ぶ直線Ｌ上を０°として、この直線Ｌを、曲率中心Ｃ周りに±５°回転させた範囲内まで形成されている。

これは、下方向（底部方向）を正方向とした場合、＋５°より大きい範囲まで外層２の下端を形成すると、結晶化（クリストバライト化）が急速に進行して所望の密着性が得られ難く、カーボンサセプタによるルツボの支持が不安定となり、シリコン単結晶化率が低下する傾向にあるためである。
一方、−５°より小さい範囲に外層２の下端を形成すると、ルツボ全体で外層２が占める割合が小さく、耐熱変形性が低くなる傾向があるためである。

また、図３に示すように、外層２は、ルツボ側部７における厚さ寸法ｅｔ１とルツボ底部コーナー８における厚さ寸法ｅｔ２とが共に０．５〜５ｍｍ（好ましくは１〜３ｍｍ）に形成される。これは、厚さが５ｍｍより大きいと、ルツボ壁部層間の熱膨張の差に起因する大きなストレスの発生により、クラック発生の虞があるためであり、０．５ｍｍより小さいと、耐熱変形性が低くなる傾向があるためである。

また、外層２の結晶化促進剤濃度は、３５〜１００ｐｐｍ（好ましくは５０〜８０ｐｐｍ）となされる。これは、結晶化促進剤濃度が１００ｐｐｍより高いと結晶化が急速に進行し易く、ルツボとカーボンサセプタとの密着が安定する前に結晶化が完了する虞があるためである。
一方、３５ｐｐｍより低いと結晶化速度が遅くなり、所望の耐熱変形性が得られ難いためである。

また、天然原料シリカガラスからなる不透明中間層３は、ルツボ側部７における厚さ寸法ｍｔ１が３ｍｍ以上となされ、ルツボ底部コーナー８における厚さ寸法ｍｔ２は６ｍｍ以上に形成される。
また、ルツボ上端領域１０の不透明外層５ａにおける厚さ寸法ｍｔ４は１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下に形成され、ルツボ底部９の不透明外層５ｂにおける厚さ寸法ｍｔ３は６ｍｍ以上に形成される。

これは、３層部分での不透明中間層３の厚さが３ｍｍより小さいと、シリカガラス粉溶融中のアーク炎の不規則な流れによる不透明中間層３の結晶化促進剤化合物の飛散防止効果が減殺され易く、外層２の結晶化促進剤化合物が不透明中間層３を通過して透明内層４に混入し、透明内層４の結晶化促進剤濃度が大きくなる虞があるためである。
また、ルツボ上端領域１０における不透明外層５ａの厚さ寸法ｍｔ４が１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下であるのはルツボ上端からの放熱を抑制するためである。
また、ルツボ底部コーナー８における不透明中間層３の厚さ寸法ｍｔ２及びルツボ底部９における不透明外層５ｂの厚さ寸法ｍｔ３が６ｍｍより小さいと、充分な耐熱変形性が得られ難いためである。

尚、ルツボ上端領域１０の不透明外層５ａにおいては、図３に示すように、その外表面から所定の厚さの領域５ｃに、所定濃度のカーボン粉が添加されていることが望ましい。
このようにカーボン粉が添加されることにより、ルツボ使用時においてカーボン粉が加熱されて気泡となる。このため、図４に示すようにルツボ上端領域１０の不透明外層５ａがルツボ外側厚さ方向に膨張し、ルツボ１を保持するカーボンサセプタ４０の上端部４０ａに引っ掛かり、ルツボ１とカーボンサセプタ４０との密着性を向上させることができる。また、ルツボ開口部付近の座屈変形や内倒変形を防止することができる。

前記カーボン粉の添加領域５ｃの厚さ寸法ｍｔ５は、外層２のルツボ側部７における厚さ寸法ｅｔ１と同じであることが好ましい。また、ルツボ上端領域１０の不透明外層５ａにおけるカーボン粉の含有量は、０．０５重量％以上０．３０重量％以下であることが望ましい。
これは、カーボン粉添加領域５ｃの厚さ寸法が薄すぎる、或いは、不透明外層５ａにおけるカーボン粉の含有量が０．０５重量％未満であると、不透明外層５ａの膨張が少なく、カーボンサセプタ４０の上端部４０ａとの引っ掛かりが不十分となるためである。また、カーボン粉添加領域５ｃの厚さ寸法が厚すぎる、或いは、不透明外層５ａにおけるカーボン粉の含有量が０．３０重量％より多いと、ルツボ上端領域１０の内側までが膨張し、輻射シールド（図示せず）との干渉や、カーボンサセプタ４０との密着性の低下等の不具合が生じる虞があるためである。

また、透明内層４は、Ｎａ、Ｋ、Ａｌの金属不純物含有量が各々１ｐｐｍ以下の合成原料シリカガラス（または天然原料シリカガラス）を溶融して形成された実質的に気泡の存在しない透明層である。
透明内層４において、ルツボ上端領域１０及びルツボ側部７における厚さ寸法ｉｔ１と、ルツボ底部コーナー８における厚さ寸法ｉｔ２と、ルツボ底部９における厚さ寸法ｉｔ３とは共に、３ｍｍ以上の厚さに形成されている。
これは、透明内層４の厚さが３ｍｍより小さいとシリコン溶融と接する透明内層４の内表面の結晶化促進剤濃度を十分に低く、例えば１ｐｐｍ以下にすることができ難いためである。

次に、前記構造を有するシリカガラスルツボ１の製造方法について説明する。
図４に示すようなシリカガラスルツボ製造装置３０を用いてシリカガラスルツボ１を製造する。シリカガラスルツボ製造装置３０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。

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、結晶化促進剤添加シリカガラス供給ノズル２０と、天然原料シリカガラス供給ノズル２１と、合成原料シリカガラス供給ノズル２２が設けられている。

外層２に用いられる結晶化促進剤添加シリカガラス粉は、次のようにして得られる。例えば結晶化促進剤がＡｌの場合、Ａｌ硝酸塩（Ａｌ（ＮＯ₃）₃）をシリカガラス粉のＡｌ濃度が３５〜１００ｐｐｍとなるような量だけ水に溶かして作られたＡｌ（ＮＯ₃）₃水溶液を、天然原料シリカガラス粉に添加、攪拌する。Ａｌ（ＮＯ₃）₃水溶液に浸されたシリカガラス粉は、脱水、酸分除去を目的として８００〜１１００℃で加熱処理される。

こうして得られたＡｌ添加シリカガラス粉を上述したシリカガラスルツボ製造装置３０を用いてシリカガラスルツボ１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内に結晶化促進剤添加シリカガラス供給ノズル２０から上述のようにして得られたＡｌ添加シリカガラス粉を供給する。供給されたＡｌ添加シリカガラス粉は、遠心力によって内側部材１２の内面側に押圧され外層２として形成される。
ここで、外層２は、図２を用いて説明したように上端及び下端の位置が決められ、余分な上部及び底部が除去される。

次いで、Ａｌ添加シリカガラス層からなる外層２の内面側における厚さが３ｍｍ以上、ルツボ上端領域における厚さが３ｍｍ以上、底部コーナー及び底部における厚さが６ｍｍ以上の不透明中間層３及び不透明外層５ａ、５ｂが形成されるように、天然原料シリカガラス粉を天然原料シリカガラス供給ノズル２１から供給する。
供給された天然原料シリカガラス粉は、遠心力によって外層２の内面側及び内側部材１２に押圧されて、不透明中間層３及び不透明外層５ａ、５ｂの成形体として成形される。
尚、ルツボ上端領域１０において、カーボン粉が添加された不透明外層５ａを形成する場合には、前記不透明中間層３及び不透明外層５ｂの形成前に、例えば天然原料シリカガラス供給ノズル２１とは別に設けられたノズル（図示せず）から、外層２の上方、即ちルツボ上端領域１０の外層部分に、カーボン粉を所定量含有する天然原料シリカガラス粉を供給しておけばよい。

次に、不透明中間層３及び不透明外層５ａ、５ｂの内面側に３ｍｍ以上の厚さを有する透明層が形成されるように、Ｎａ、Ｋ、Ａｌの金属不純物含有量が各々１ｐｐｍ以下の合成原料シリカガラス粉（または天然原料シリカガラス粉）を合成原料シリカガラス供給ノズル２２から供給する。
供給された合成原料シリカガラス粉は、遠心力によって不透明中間層３及び不透明外層５ａ、５ｂの内面側に押圧されて、透明内層４の成形体として成形される。

このようにして段階的にＡｌ濃度の減少勾配がある外層２、不透明中間層３、不透明外層５ａ、５ｂおよび透明内層４の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、ルツボ成形体の透明内層４、不透明中間層３、不透明外層５ａ、５ｂおよび外層２を溶融して、シリカガラスルツボ１を製造する。

以上のように本実施の形態によれば、シリカガラスルツボ１のルツボ上端領域１０が、ルツボ上端６から下方に３０〜５０ｍｍ（好ましくは３５〜４５ｍｍ）までの領域であって、天然原料シリカガラス層からなる不透明外層５ａと、合成原料シリカガラス（または天然原料シリカガラス）からなる透明内層４との２層構造に形成される。
このため、シリカガラスルツボ１０の使用において、ルツボ開口部（ルツボ上端領域）に被せられたビニールシート等の覆い（図示せず）を取り外す際、或いは、ルツボ上端領域１０に対しロボットアーム等の吸着パッドを着脱操作する際に、外層２に含まれる結晶化促進剤がルツボ内に侵入することがない。
したがって、ルツボ内面の結晶化が抑制され、シリコン単結晶の結晶化率低下を防止することができる。

また、このシリカガラス１によれば、シリコン単結晶引上げの開始初期段階において、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層２が存在しない所定範囲の底部９（不透明外層５）が軟化し、ルツボ１を支持するカーボンサセプタと密着する。
その後、引上げの開始からから完了までの間に亘り、高温加熱により所定範囲の底部コーナー８及び側部７等の外層２の結晶化（クリストバライト化）が進行し、ルツボ１全体と、これを支持するカーボンサセプタとの密着安定性が向上する。また、結晶化により耐熱変形性が向上する。
したがって、ルツボ１の耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上することができる。

続いて、本発明に係るシリカガラスルツボについて、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を含むシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行い、得られたシリコン単結晶の結晶化率と、使用したシリカガラスルツボの耐変形性について検証した。

（実験１）
実験１では、前記実施の形態におけるルツボ上端領域１０の形成領域を条件として、各条件に基づきシリカガラスルツボを製造し、製造した各シリカガラスルツボについて単結晶引き上げを行った。
具体的な条件として、２層構造となる前記ルツボ上端領域がルツボ上端から下方に、３０ｍｍまでの領域（実施例１）、３５ｍｍまでの領域（実施例２）、４３ｍｍまでの領域（実施例３）、５０ｍｍまでの領域（実施例４）、２０ｍｍまでの領域（比較例１）、１５ｍｍまでの領域（比較例２）、５８ｍｍまでの領域（比較例３）、７０ｍｍまでの領域（比較例４）を設定した。

実験１について、実施例及び比較例ごとの条件及び実験結果を表１に示す。
尚、表１において、単結晶化率の判定基準は、９５％超を○、９０〜９５％を△、９０％未満を×とした。また、耐久性の判定基準は、ルツボ使用後、目視により変形無しを○、変形有り（引上に支障なし）を△、倒れ込み変形発生で引上中止となったものを×とした。

実験１の結果、表１に示すように、ルツボ上端領域がルツボ上端から３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲（実施例１〜４）では、ルツボの耐久性を確保しつつ、引き上げたシリコン単結晶は十分に高い単結晶化率を得ることができた。
一方、ルツボ上端領域がルツボ上端から２０ｍｍ以下（比較例１，２）では、ルツボの耐久性は確保されるものの、単結晶化率が低くなった。また、ルツボ上端領域がルツボ上端から５８ｍｍ以上（比較例３，４）では、ルツボに変形が生じ、また、十分な単結晶化率も得られなかった。

以上の実験１の結果から、シリカガラスルツボにおけるルツボ上端領域がルツボ上端から３０〜５０ｍｍまでの範囲であれば、ルツボの耐久性及びシリコン単結晶の結晶化率を共に十分高くすることができると確認した。

（実験２）
実験２では、前記実施の形態におけるルツボ上端領域１０の不透明外層５ａのカーボン粉含有量を条件として、各条件に基づきシリカガラスルツボを製造し、製造した各シリカガラスルツボについて単結晶引上げを行った。
具体的な条件として、２層構造となる前記ルツボ上端領域の外層のカーボン粉の含有量を、０．０３重量％（実施例５）、０．０５重量％（実施例６）、０．１２重量％（実施例７）、０．２０重量％（実施例８）、０．３０重量％（実施例９）、０．３５重量％（比較例５）を設定した。

また、参考例として、ルツボ上端領域のルツボ上端からの長さ範囲を、実験１で得られた好ましい長さの範囲外に設定した条件を設けた。即ち、カーボン粉の含有量０．１５重量％かつルツボ上端領域の長さ２０ｍｍ（参考例１）、カーボン粉の含有量０．１９重量％かつルツボ上端領域の長さ７０ｍｍ（参考例２）を設定した。
実験２について、実施例及び比較例ごとの条件及び実験結果を表２に示す。
尚、表２において、単結晶化率の判定基準は、９５％超を○、９０〜９５％を△、９０％未満を×とした。また、耐久性の判定基準は、ルツボ使用後、目視により変形無しを○、変形有り（引上に支障なし）を△、倒れ込み変形発生で引上中止となったものを×とした。

実験２の結果、表２に示すように、ルツボ上端領域の外層のカーボン粉の含有量が０．３０重量％以下の範囲（実施例５〜９）では、ルツボの耐久性を確保しつつ、引き上げたシリコン単結晶は十分に高い単結晶化率を得ることができた。
膨張したルツボ上端部外周とカーボンサセプタとの引っ掛かり（密着性）を考慮すると、カーボン粉の含有量が０．０５重量％以上０．３０重量％以下であることが好ましい。

一方、ルツボ上端領域の外層のカーボン粉の含有量が０．３０重量％より多い（比較例５）場合は、ルツボ上端部が膨張しすぎてしまい、ルツボとカーボンサセプタとの密着度が低下し、十分な単結晶化率も得られなかった。
以上の実験２の結果から、シリカガラスルツボにおけるルツボ上端領域のカーボン粉の含有量が０．３０重量％以下（より好ましくは０．０５重量％以上０．３０重量％以下）であれば、ルツボの耐久性及びシリコン単結晶の結晶化率を共に十分高くすることができると確認した。

（実験３）
実験３では、前記実施の形態における外層２の下端が形成される境界位置（３層構造境界位置）を条件として、各条件に基づきシリカガラスルツボを製造し、製造した各シリカガラスルツボについて単結晶引き上げを行った。
条件として、図２に示す半径Ｒの曲率中心Ｃと、曲率変化点Ｐとを結ぶ直線Ｌ上を０°として、この直線Ｌを、曲率中心Ｃ周りに回転させる角度を複数条件設定し、具体的には、０°（実施例１０）、５°（実施例１１）、−５°（実施例１２）、１０°（実施例１３）、−１０°（実施例１４）、２°（実施例１５）、−３°（実施例１６）を設定した。
また、比較例として、ルツボ全体が３層構造の場合（比較例６）、２層構造の場合（比較例７）を設定した。

実験３について、実施例及び比較例ごとの条件及び実験結果を表２に示す。
尚、表３において、単結晶化率の判定基準は、９５％超を○、９０〜９５％を△、９０％未満を×とした。また、耐久性の判定基準は、ルツボ使用後、目視により変形無しを○、変形有り（引上に支障なし）を△、倒れ込み変形発生で引上中止となったものを×とした。

この実験の結果、表３に示すように、実施例１３〜１６については、耐久性の点で一部最良とはいえないものの、単結晶化率において、比較例６、７よりも向上が認められた。
また、実施例１０〜１２については、耐久性及び単結晶化率の点で共に比較例６、７よりも格段に向上が認められた。
したがって、３層構造とする境界位置は、図２に示したように曲率変化点から±５°の範囲であるのが好ましく、結晶化促進剤添加外層の結晶化促進剤濃度は３５〜１００ｐｐｍの範囲で設定されるのが好ましいと確認された。

（実験４）
実験４では、前記実施の形態におけるＡｌ添加外層２の厚さ寸法を条件として、各条件に基づきシリカガラスルツボを製造し、製造した各シリカガラスルツボについて単結晶引上げを行った。
具体的な条件として、Ａｌ添加外層の厚さを、０．５ｍｍ（実施例１７）、２．５ｍｍ（実施例１８）、３．０ｍｍ（実施例１９）、５．０ｍｍ（実施例２０）、０．２ｍｍ（比較例８）、６．５ｍｍ（比較例９）を設定した。
実験４について、実施例及び比較例ごとの条件及び実験結果を表４に示す。
尚、表４において、単結晶化率の判定基準は、９５％超を○、９０〜９５％を△、９０％未満を×とした。また、耐久性の判定基準は、ルツボ使用後、目視により変形無しを○、変形有り（引上に支障なし）を△、倒れ込み変形発生で引上中止となったものを×とした。

実験４の結果、表４に示すように、Ａｌ添加外層の厚さが０．５ｍｍ以下５．０ｍｍ以下の範囲（実施例１７〜２０）では、ルツボの耐久性を確保しつつ、引き上げたシリコン単結晶は十分に高い単結晶化率を得ることができた。

以上の実施例の実験結果から、本発明に係るシリカガラスルツボによれば、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上することができることを確認した。

１ シリカガラスルツボ
２ 外層
３ 不透明中間層
４ 透明内層
５ａ 不透明外層
５ｂ 不透明外層
５ｃ カーボン粉の添加領域
６ ルツボ上端
７ 側部
８ 底部コーナー
９ 底部
１０ ルツボ上端領域
３０ シリカガラスルツボ製造装置

Claims (6)

1. 第一の曲率を有する底部と、前記底部の周りに形成され、第二の曲率を有する底部コーナーと、前記底部コーナーから上方に延びる側部とを有するシリカガラスルツボであって、
   ルツボ上端から下方に所定距離までのルツボ上端領域が、天然原料シリカガラスからなる不透明外層と、天然原料シリカガラスまたは合成原料シリカガラスからなる透明内層とで形成された２層構造からなり、
   前記ルツボ上端領域の下端から前記側部、前記底部と前記底部コーナーとの間の曲率変化点を基準とする所定範囲までが、結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層と、前記ルツボ上端領域の不透明外層から連続して形成された不透明中間層と、前記透明内層とで形成された３層構造からなり、
   前記底部が、前記側部における前記不透明中間層から連続して形成された不透明外層と、前記透明内層とで形成された２層構造からなることを特徴とするシリカガラスルツボ。
2. 前記ルツボ上端領域の不透明外層は、０．０５重量％以上０．３０重量％以下のカーボン粉を含有することを特徴とする請求項１に記載されたシリカガラスルツボ。
3. 前記２層構造のルツボ上端領域は、ルツボ上端から下方に３０〜５０ｍｍの範囲まで設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシリカガラスルツボ。
4. 前記結晶化促進剤添加シリカガラスからなる外層の下端が形成される前記所定範囲は、
   前記第一の曲率の曲率中心と前記曲率変化点とを結ぶ直線上を０°として、該直線を前記曲率中心周りに±５°回転させた範囲内であ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シリカガラスルツボ。
5. 前記外層の厚さ寸法は、０．５〜５．０ｍｍの範囲で設定されている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シリカガラスルツボ。
6. 前記外層における結晶化促進剤濃度は、３５〜１００ｐｐｍの範囲で設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたシリカガラスルツボ。

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