JP5447946B2

JP5447946B2 - シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびその製造方法

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Inventors: 弘史岸; 江梨子鈴木
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Description

本発明は、石英ガラスルツボおよびその製造方法に関し、特に、シリコン単結晶引き上げ用の石英ガラスルツボおよびその製造方法に関する。

一般に、半導体製造用のシリコン単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法(ＣＺ法）が広く用いられている。このＣＺ法は、図１および図２に示すように、まず、石英ガラス製のルツボ１００内で溶融させた多結晶シリコン１０１に、単結晶の種結晶１０２を浸漬させる。この時、種結晶１０２は急激な熱衝撃を受けるために、種結晶先端部に転位が発生してしまう。この転位を除去するため、所定の方法によりネック部１０３を形成し、転位がその後成長するシリコンに引き継がれないようにする。その後、引き上げ速度および融液温度を制御しながら、種結晶１０２を回転させて徐々に引き上げることにより、次第に直径を大きくして肩部１０４を形成する。所望の直径となったら、一定の直径になるよう制御しながら引き上げを続け、直胴部１０５を形成する。最後に、徐々に直径を小さくしながら尾部１０６を形成してシリコン単結晶のインゴット１０７を製造する。

このようなシリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボは、図１に示されるように、ルツボの機械的強度を高めるために外側部分に天然石英ガラス１０８を用い、内側部分には不純物の混入を避けるために合成石英ガラス１０９を用いるのが一般的である。ここで、「天然石英ガラス」とは、天然石英粉を原料として形成された石英ガラスのことを言い、「合成石英ガラス」とは、合成石英粉を原料として形成された石英ガラスのことを言う。一般に、この合成石英ガラス１０９とシリコン融液１０１との界面では、SiO₂(固体)→Si(液体)＋２Ｏの反応が生じ、合成石英ガラス１０９が溶解する。シリコン単結晶引き上げの際、引き上げ温度の上昇や雰囲気圧の低下などによっては、Si(液体)＋Ｏ→SiO(気体)の反応が生じてSiOガスが発生し、図３(a)および図３(b)に示すように、シリコン融液１０１は合成石英ガラス１０９表面から弾かれて湯面振動が発生するおそれがある。なお、図３(a)および図３(b)は、湯面振動の状態を分かりやすく説明するため、湯面振動を誇張して描いたものである。

このような湯面振動が発生すると、種結晶１０２をフラットな湯面に接合できず、また、引き上げ中にシリコンが多結晶化するなどの問題を生じる。特に、シリコン単結晶の引き上げ工程の初期段階である種付けと肩部形成の工程は、湯面振動の影響を受けやすく、この影響は、引き上げられたシリコン単結晶インゴットの品質を大きく左右する。このため、これら工程において、シリコン融液の湯面振動を抑制する技術が望まれていた。

特許文献１は、本出願人によるものであって、石英ガラスルツボ内に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制するために、引き上げ開始湯面付近のルツボ内周面層の気泡含有率を一定範囲に調整する技術を開示した。これは、シリコン引き上げ開始時のシリコン融液の湯面振動は、この湯面付近のルツボ内表面層の気泡含有率に影響されることを見出したことによるものである。

一例として、石英ガラスルツボに大量の気泡を含有させた場合、上述したSiO₂(固体)→Si(液体)＋2Ｏの反応が進むにつれ、石英ガラスが溶解し、図４に示すような開口気泡２０１が現れてくる。この開口気泡２０１は、沸騰石が突沸を防止するのと同様の原理により、湯面振動を抑制することができる。しかしながら、石英ガラスに大量の気泡２０２を含有させるということは、石英ガラスルツボの体積に占めるルツボ自体の割合を実質的に小さくすることになり、気泡を設けない場合と比較して、溶解速度が大きくなってしまうという問題があり、石英ガラスルツボの短命化につながっていた。近年、大口径のシリコン単結晶を引き上げるため、大口径のルツボが求められ、これに伴って石英ガラスルツボは高価となるため、上記湯面振動抑制の効果に加え、溶解速度の小さい長寿命の石英ガラスルツボも望まれている。また、ルツボ周壁部内面直下の未開口の気泡は、引き上げ途中に膨張・破裂し、石英片がシリコン融液に混入してしまうという問題もあり、シリコン単結晶の歩留まりの向上も望まれていた。

特開２００４−２５０３０４号公報

本発明の目的は、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボであって、該石英ガラスルツボは、前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を具え、該微小凹部の下方位置に、複数個の気泡を具えることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（２）前記特定領域は、ルツボ高さをＨとするとき、前記底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内にある上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（３）前記特定領域は、ルツボ高さ方向に0.1〜5.0mmの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を具える上記（１）または（２）に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（４）前記微小凹部の平均直径は、1〜500μmの範囲である上記（１）、（２）または（３）に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（５）前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.05〜50％の範囲である上記（１）〜（４）のいずれか一に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（６）前記気泡の平均直径は、10〜100μmの範囲で、かつ密度は、30〜300個／mm³の範囲である上記（１）〜（５）のいずれか一に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（７）前記合成石英ガラス層中の複数個の気泡を具える領域は、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.5〜30％の領域である上記（１）〜（６）のいずれか一に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。

（８）周壁部、湾曲部および底部を有し、天然石英ガラス層の外層および合成石英ガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法であって、該方法は、天然石英粉からなる外層を形成する工程と、前記外層の内面上に、合成石英粉からなる内層を形成する工程と、前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて溶融して、周壁部、湾曲部および底部を有する石英ガラスルツボを形成する工程とを具え、前記内層形成工程は、前記周壁部の内面の特定領域にその後形成されるべき複数個の微小凹部の下方に位置する内層部分に、発泡性の合成石英粉を用いることを含み、前記石英ガラスルツボ形成工程の後、前記特定領域に、複数個の微小凹部を形成する微小凹部加工工程をさらに具えることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法。

（９）前記微小凹部は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削により形成される上記（８）に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法。

本発明によれば、周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を具え、これら微小凹部の下方位置に、複数個の気泡を具えることによって、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびその製造方法を提供することができる。

図１は、シリコン単結晶の製造方法を説明するための模式的断面図である。図２は、引き上げ法により製造される一般的なシリコンインゴットの平面図である。図３(a)は、シリコン融液の湯面振動を説明するための模式的断面図であり、図３(b)は、シリコン融液の湯面振動を示す模式的平面図である。図４は、従来の石英ガラスルツボに含有される気泡を示すルツボ周壁部の模式的断面図である。図５は、本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを示す断面斜視図である。図６は、石英ガラスルツボの作製方法を示す模式的断面図である。図７は、石英ガラスルツボとシリコン融液との界面を一部拡大した模式的断面図である。図８は、微小凹部の形成パターン示す断面斜視図である。

次に、本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびその製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ１は、一例として図５に示されるように、周壁部２、湾曲部３および底部４を有し、天然石英ガラス層８の外層および合成石英ガラス層９の内層の２層で形成され、周壁部２の内面の特定領域６に、複数個の微小凹部５を具え、これら微小凹部５の下方に位置する合成石英ガラス層９中に、複数個の気泡７を具え、かかる構成を有することにより、ルツボ使用初期においては微小凹部５が、ルツボ使用中期においてはルツボ内面に開口してきた気泡７が、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制し、また、気泡７の配設位置を適正化したことにより、溶解速度の増大を抑制し、ルツボを長寿命化することができるものである。

このような気泡７は、開口するに至るまで長時間高温の温度条件下に晒されているため気泡の膨張が飽和し、気泡が開口する直前に周壁部の内面の直下において破裂するおそれがなく、石英片がシリコン融液に混入するおそれがないため、シリコン単結晶の歩留まりを向上させることができる。

一般に、シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ１は、例えば図６に示すように、外側部分が天然石英粉８ａ、内側部分が合成石英粉９ａとなるよう遠心力を用いてこれら粉末をルツボの形状に固め、この中でアーク放電を行い、天然石英粉末８ａと合成石英粉末９ａとを溶融させ、その後冷却することにより、天然石英ガラス８と合成石英ガラス９との２層構造を有するよう形成される。

ここで、合成石英粉９ａとは、合成石英からなるものを意味しており、合成石英とは、化学的に合成・製造した原料であって、合成石英ガラス粉は非晶質である。合成石英の原料は気体または液体であるため、容易に精製することが可能であり、合成石英粉は天然石英粉よりも高純度とすることができる。合成石英ガラス原料としては四塩化珪素などの気体の原料由来とケイ素アルコキシドのような液体の原料由来がある。本発明において、合成石英粉ガラスでは、すべての不純物を0.1ppm以下とすることが可能である。

一方、天然石英粉８ａとは天然石英からなるものを意味しており、天然石英とは、自然界に存在する石英原石を掘り出し、破砕・精製などの工程を経て得られる原料であり、天然石英粉はα-石英の結晶からなる。天然石英粉ではAl、Tiが１ppm以上含まれている。またその他の金属不純物についても合成石英粉よりも高いレベルにある。天然石英粉はシラノールをほとんど含まない。天然石英粉を溶融して得られるガラスのシラノール量は50ppm未満である。

これら天然石英ガラス８および合成石英ガラス９は、例えば波長２４５ｎｍの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定して蛍光ピークを観察することにより判別することが可能である。

なお、本発明において、天然石英ガラス８と合成石英ガラス９の原料として石英粉末を使用しているが、ここでいう「石英粉末」には、上記の条件を満たしていれば、石英に限らず、二酸化ケイ素(シリカ)を含む、水晶、珪砂等、石英ガラスルツボの原材料として周知の材料の粉体をも含むことができる。

本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法は、一例として図５および図６に示されるように、周壁部２、湾曲部３および底部４を有し、天然石英ガラス層８の外層および合成石英ガラス層９の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ１の製造方法であって、天然石英粉８ａからなる外層を形成する工程と、この外層の内面上に、合成石英粉９ａからなる内層を形成する工程と、この内層の内面側からアーク放電を生じさせて溶融して、周壁部２、湾曲部３および底部４を有する石英ガラスルツボ１を形成する工程とを具え、内層形成工程は、周壁部２の内面の特定領域６にその後形成されるべき複数個の微小凹部５の下方に位置する内層部分に、発泡性の合成石英粉を用いることを含み、石英ガラスルツボ形成工程の後、特定領域６に、複数個の微小凹部５を形成する微小凹部加工工程をさらに具え、かかる構成を有することにより、ルツボ使用初期においては微小凹部５が、ルツボ使用中期においてはルツボ内面に開口してきた気泡７が、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制し、また、気泡７の配設位置を適正化したことにより、溶解速度の増大を抑制し、ルツボを長寿命化することができるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを提供することができるものである。

ここで、発泡性の合成石英粉とは、例えば水または空気等を含有する石英粉のことを言う。原料の段階でこれら水または空気等を含有することにより、上記石英ガラスルツボ形成工程の後、周壁部２の内面の特定領域６にその後形成されるべき複数個の微小凹部５の下方で、かつ合成石英ガラス層９中に、複数個の気泡７を有することができる。

石英ガラスルツボ内のシリコン融液の量は、シリコン単結晶引き上げに伴い変化する。したがって、特定領域６は、ユーザが用いる際のルツボ内のシリコン融液の量によって適宜選択すればよく、少なくとも肩部形成のときの湯面が位置する領域（図５ではｈ_１高さ位置からｈ_２高さ位置までの領域）とすればよい。特に、この領域は、ルツボ高さをＨとするとき、底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内とするのが好ましい。

このように、湯面が位置する領域において湯面振動が生じ易い理由を以下で説明する。図７は、内部にシリコン融液を有する石英ガラスルツボの湯面位置の一部を拡大した模式的断面図であるが、このように、ルツボの濡れ性によって、液体のシリコン融液は固体の石英ガラスルツボとの界面で、図７の領域Ｉに示すような断面形状を呈する。この領域Ｉでは、この領域Ｉの範囲外のものと比較して、シリコン融液中の酸素濃度が低い液面との距離が近いので、酸素の濃度勾配が大きくなり、上述したSiO₂(固体)→Si(液体)＋2Ｏの反応で生じたＯの拡散が早い。よって、この反応が進み易く、ルツボの溶解が促進される。一般に、この領域Ｉは、ルツボ高さ方向に0.1〜5.0mmの範囲で生じることから、特定領域６は、ルツボ高さ方向に0.1〜5.0mmの範囲の間隔で区画(図８ではｈ₃の間隔で区画)された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の微小凹部５を具えるのが好ましい。

微小凹部５の平均直径は、1〜500μmの範囲であるのが好ましい。微小凹部５の平均直径が1μm未満だと、上述した沸騰石と同様の効果を十分に得ることができなくなり、一方、微小凹部５の平均直径が500μmを超えると、上述した沸騰石と同様の効果を十分に得ることができなくなるだけでなく、ルツボの溶解により微小凹部５が無くなり易くなるためである。

微小凹部５の平均深さは、周壁部におけるルツボ厚さの0.05〜50％の範囲であるのが好ましい。微小凹部５の平均深さが周壁部におけるルツボ厚さの0.05％未満だと、ルツボの溶解により微小凹部５がなくなりやすく、また、未開口の気泡の膨張が飽和していないおそれがあり、一方、微小凹部５の平均深さが周壁部２におけるルツボ厚さの50％を超えると、ルツボの壁部強度に影響を与えるおそれがある。なお、周壁部２の厚さは、一例として、100〜1000μmの範囲とするのが好ましい。

また、微小凹部５の平均直径の平均深さに対する比は、0超え0.8未満とするのが好ましい。ルツボの溶解により凹部がなくなってしまうのを抑制するためには、上記SiO₂(固体)→Si(液体)＋2Ｏの反応を抑制する必要がある。そのためには、ルツボと融液との界面におけるシリコン融液中の酸素濃度を高くすれば上記反応が進みにくくなる。これには、一旦上記反応により生じた酸素が凹部から拡散しないようにすればよく、シリコン融液の熱対流の影響を受けにくくするよう、上記比の範囲となるよう直径および深さを規定するのが好ましい。

気泡７の平均直径は、10〜100μmの範囲で、かつ密度は、30〜300個／mm³の範囲とするのが好ましい。気泡７の平均直径が10μm未満だと、湯面振動を抑制する効果が十分得られず、一方、気泡７の平均直径が100μmを超えると、気泡７の膨張によりルツボの内表面が変形し、石英片などをシリコン融液に混入させてしまうおそれがあるためである。また、密度が30個/mm³未満だと、湯面振動を抑制する効果が十分得られず、一方、気泡７の密度が300個/mm³を超えると、気泡７の膨張によりルツボの内表面が変形し、石英片などをシリコン融液に混入させてしまうおそれがあるためである。

合成石英ガラス層９中の複数個の気泡７を具える領域は、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.5〜30％の領域であるのが好ましい。気泡７を、微小凹部５の下方位置である合成石英ガラス層９中に具えることにより、気泡７中の空気が熱により膨張して破裂し、石英片などをシリコン融液に混入させてしまうのを防ぐことができ、また、この合成石英ガラス層９中の複数個の気泡７を具える領域を上記範囲とすることにより、ルツボの合成石英ガラスが溶解して微小凹部５がなくなっても、開口して表れてきた気泡７がシリコン融液の湯面振動を抑制することができることから、石英ガラスルツボの長寿命化を達成することができる。

微小凹部５は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールを用いて形成されるのが好ましい。例えば、炭酸ガスレーザの照射面をルツボの内表面に対峙させ、10.6μmの赤外光を照射することにより、微小凹部を形成する。あるいは、三菱マテリアル製ダイヤモンドコーティング脆性材加工用ドリルに水をかけながらルツボの内面に当てて、微小凹部を形成する。『研削・ルツボの回転あるいは昇降』を繰り返し、ある特定領域の内面全体に凹部を形成する。

上述したところは、一例として示されたものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１は、図６に示すように、外側部分に天然石英粉末８ａを、内側部分に合成石英粉末９ａとなるよう遠心力を用いてこれら粉末をルツボの形状に固め、この中でアーク放電を行うことにより、天然石英ガラス８と合成石英ガラス９との２層構造の、周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを形成した。なお、周壁部の内面の特定領域にその後形成されるべき複数個の微小凹部の下方に位置する内層部分には、発泡性の合成石英粉を用いた。その後、図５に示すように、ルツボ高さをＨ(600mm)とするとき、周壁部の内面の、底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域に、炭酸ガスレーザを用いて、複数個の微小凹部(平均直径:300μm、平均深さ:500μm)を形成し、本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。このとき、形成された微小凹部の下方に位置する内層部分(ルツボ厚さの５〜25％の領域)には、複数個の気泡(平均直径:40μm、密度:30個／mm³)が形成されている。また、特定領域は、ルツボ高さ方向に１mmの間隔で区画(図８ではｈ_３の間隔で区画)された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の微小凹部をもつようにした。なお、周壁部におけるルツボ厚さは12mmであった。

（実施例２）
複数個の微小凹部を、周壁部の内面の、底部から測定して、0.3Ｈ〜0.4Ｈの領域に形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例３）
ルツボ高さ方向に６mmの間隔で区画された円環状の内面部分のうち、少なくとも一区画が、微小凹部を１個も有さないこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例４）
微小凹部の平均直径が550μmであること以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例５）
微小凹部の平均深さが0.004mmであること以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例６）
気泡の平均直径が120μmであること以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例７）
気泡の密度が25個／mm³であること以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例８）
複数個の気泡を具える領域が、周壁部におけるルツボ厚さの32〜50％の領域であること以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（実施例９）
微小凹部の形成にダイヤモンドツールを用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（比較例１）
微小凹部を具えないこと以外は、実施例１と同様の方法によりシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（比較例２）
形成された微小凹部の下方に位置する内層部分に気泡を具えないこと以外は、実施例１と同様の方法によりシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（比較例３）
微小凹部および内層部分の気泡を具えないこと以外は、実施例１と同様の方法によりシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを製造した。

（評価１）
このようにして製造されたシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボについて、湯面振動の評価を行った。これら実施例１〜９および比較例１〜３のルツボの特定領域からサンプル片(30mm×30mm)を切り出し、これらサンプル片を真空炉に設置し、これらサンプル片上に高純度シリコン10gを載せ、アルゴン圧20Torr、温度1560℃に調整して高純度シリコンを溶融した。表面張力により、ドロップ状に融解したシリコンの表面を高倍率レンズと1秒間に500枚以上撮影できるハイスピードカメラを備えた装置により、表面の昇降を測定し、シリコン融液の振動周期を測定した。

（評価２）
さらに、実施例１〜９および比較例１〜３のルツボを用いて、ＣＺ法により、各々複数のシリコン単結晶インゴットを作製し、１本目と３本目のシリコン単結晶インゴット作製時のシリコン融液の湯面振動の状態を観察した。この観察は、表面張力により石英ガラスとシリコン融液が濡れている部分(シリコン融液の最外周表面と石英ガラスの接触部)の昇降を高倍率レンズと1秒間に500枚以上撮影できるハイスピードカメラを備えた装置により観測し、シリコン融液の振動周期を測定した。振動周期が１秒以上なものを◎、1/6秒以上１秒未満なものを○、１／6秒未満なものを×として評価した。

表１に、評価１および評価２の結果ならびに、ルツボの周壁部の厚さが９mmとなるまでに引き上げることができたシリコン単結晶インゴットの本数を示す。

なお、表中の引き上げ時間とは、ルツボが1400℃以上に一度到達してからの経過時間を示す。
また、石英ガラスルツボは使用可能な最長時間は300時間である。それは、ルツボの内面はシリコン融液と石英ガラスの反応によりできる円状の結晶(内面はクリストバライトで、外見の特徴は縁が茶色、内面が乳白色である)に覆われるが、その結晶が300時間を越えると剥離し、シリコン融液に混入してシリコン単結晶を多結晶化させるので、その時間を越えての使用は難しい。比較例1では、内表面に微小凹部がないので、気泡が表面に露出するまでは湯面振動は大きい。露出後（約180時間後）は、湯面振動は抑制されるので、シリコン単結晶を引き上げことができるが、残りの120時間で引き上げできる本数は限られる。
比較例２では、微小凹部が無くなる(約180時間）までは湯面振動は抑制されるが、その後は湯面振動は抑制されないので、残りの時間内でシリコン単結晶を引き上げることができる。
比較例３では終始、湯面振動が発生しているので、シリコン単結晶を引き上げることはできない。

表１に示すとおり、本発明に従う実施例１〜９の石英ガラスルツボは、比較例１〜３と比較して、シリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命であることがわかる。

本発明によれば、周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を具え、これら微小凹部の下方に位置する合成石英ガラス層中に、複数個の気泡を具えることによって、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボおよびその製造方法を提供することができる。

１石英ガラスルツボ
２周壁部
３湾曲部
４底部
５微小凹部
６特定領域
７気泡
８天然石英ガラス
８ａ天然石英粉末
９合成石英ガラス
９ａ合成石英粉末
Ｈルツボ高さ
１００石英ガラスルツボ
１０１溶融多結晶シリコン
１０２種結晶
１０３ネック
１０４肩部
１０５直胴部
１０６尾部
１０７シリコンインゴット
１０８天然石英ガラス
１０９合成石英ガラス
２０１開口気泡
２０２独立気泡

Claims

周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボであって、該石英ガラスルツボは、
内層として合成石英ガラス層を備え、
前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を具え、
複数個の気泡を具え、
前記特定領域は、少なくとも肩部形成のときの湯面が位置する領域であり、
前記合成石英ガラス層中の複数個の気泡を具える領域は、前記微少凹部が備えられた領域の前記周壁部におけるルツボ厚さの0.5〜30％の領域であることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
前記特定領域は、ルツボ高さをＨとするとき、前記底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内にある請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
前記特定領域は、ルツボ高さ方向に0.1〜5.0mmの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を具える請求項１または２に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
前記微小凹部の平均直径は、1〜500μmの範囲である請求項１、２または３に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.05〜50％の範囲である請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
前記気泡の平均直径は、10〜100μmの範囲で、かつ密度は、30〜300個／mm³の範囲である請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
周壁部、湾曲部および底部を有し、天然石英ガラス層の外層および合成石英ガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法であって、該方法は、
天然石英粉からなる外層を形成する工程と、
前記外層の内面上に、合成石英粉からなる内層を形成する工程と、
前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて溶融して、周壁部、湾曲部および底部を有する石英ガラスルツボを形成する工程と、
を具え、前記内層形成工程は、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.5〜30％の領域に複数個の気泡が備わるように、前記周壁部の内面の特定領域にその後形成されるべき複数個の微小凹部に位置する内層部分に、発泡性の合成石英粉を用いることを含み、
前記石英ガラスルツボ形成工程の後、前記特定領域に、複数個の微小凹部を形成する微小凹部加工工程をさらに具え、
前記特定領域は、少なくとも肩部形成のときの湯面が位置する領域であることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法。
前記微小凹部は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削によりを用いて形成される請求項７に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法。