TWI409370B - 石英坩堝製造用模具 - Google Patents

石英坩堝製造用模具 Download PDF

Info

Publication number
TWI409370B
TWI409370B TW098136676A TW98136676A TWI409370B TW I409370 B TWI409370 B TW I409370B TW 098136676 A TW098136676 A TW 098136676A TW 98136676 A TW98136676 A TW 98136676A TW I409370 B TWI409370 B TW I409370B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mold
quartz
crucible
barrier material
quartz crucible
Prior art date
Application number
TW098136676A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201016902A (en
Inventor
Takuma Yoshioka
Masaki Morikawa
Original Assignee
Japan Super Quartz Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Super Quartz Corp filed Critical Japan Super Quartz Corp
Publication of TW201016902A publication Critical patent/TW201016902A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI409370B publication Critical patent/TWI409370B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Description

石英坩堝製造用模具
本發明涉及一種石英坩堝製造用模具。特定來說，本發明是針對於藉由在模具的開口部分的上部內壁形狀增加設計而有利地減少原材料成本。
近來，矽晶片作為半導體裝置的基底的使用迅速增加。通常藉由形成單晶矽錠(ingot)並隨後對其切片而製造所述矽晶片。
舉例來說，一般藉由提拉方法(pulling method)(例如，CZ方法等)來製造所述單晶矽錠。而且，石英坩堝用於提拉所述單晶矽。
製造石英坩堝的典型方法被稱為旋轉模具方法(rotating mold method)。此旋轉模具方法是一種將石英粉(quartz powder)附著到旋轉模具的內壁，即，模具的底表面和側表面，且隨後藉由電弧加熱而熔化，從而製成石英坩堝的方法。
近來，隨著對矽晶片的需求的快速增長，需要具有更大直徑的單晶矽錠。
當藉由提拉方法製造所述大直徑單晶矽錠時，將要使用的石英坩堝也需要具有更大直徑。
通常，為了藉由提拉方法製造所述單晶矽錠，需要使用具有對應於所述錠的直徑的約三倍大的直徑的石英坩堝。
當藉由上文所提及的旋轉模具方法製造石英坩堝時，在石英坩堝的上部會產生具有較小外直徑和較薄厚度的部分(下文稱作小直徑薄化部分(small-diameter thinned portion))，且因此需要藉由切割來移除所述小直徑薄化部分。
因為當在用於將Si填充和熔化在石英坩堝中以提拉Si單晶的步驟中將石英坩堝加熱到高溫時，石英的粘度隨著溫度升高而變小，且因此石英坩堝容易變形。尤其當石英坩堝的上部為小直徑薄化部分時，石英坩堝的上部易於向內倒塌且容易變形。
形成所述小直徑薄化部分的起因是歸因於以下事實：由於熱量容易在模具的開口部分處逸離，所以石英粉不易被電弧加熱熔化，且因此石英坩堝的上部處的外直徑變小，且其厚度變薄。在製造過程中形成所述小直徑薄化部分是不可避免的。
因此，在藉由旋轉模具方法製造石英坩堝時，在預期形成小直徑薄化部分的情況下，製造出具有比產品規格的高度高出小直徑薄化部分的坩堝高度的石英坩堝，且隨後藉由切割來移除所述小直徑薄化部分以獲得產品。
而且，可在相同模具中製造具有不同高度的石英坩堝。儘管在製造具有較高高度的石英坩堝的過程中不存在問題，但在製造具有較低高度的石英坩堝的過程中將要藉由切割而移除的部分變得較大。為了解決此問題，可提供專用於具有較低高度的產品的模具，但當所製造的石英坩堝的數目較小等情況時，存在新模具的製造成本和管理變得棘手的缺點。
如上文所描述，當藉由旋轉模具方法製造石英坩堝時，形成小直徑薄化部分是不可避免的，使得製造出具有比產品規格的高度高出小直徑薄化部分的坩堝高度的石英坩堝，且隨後藉由切割來移除所述小直徑薄化部分以獲得產品。
然而，如上文所述，近來在單晶矽錠具有大的直徑的情況下，石英坩堝也需要具有大的直徑。當使坩堝的直徑增大時，由於小直徑薄化而需要藉由切割來移除的不可避免的部分也增加，其在材料成本方面且因此在製造成本方面造成嚴重問題。
舉例來說，在製造具有18英寸的外直徑和8mm的厚度的坩堝時，則每10mm的切割移除高度會額外使用約0.3kg的石英粉(作為絕對量)。
另一方面，在製造具有32英寸的大的外直徑的石英坩堝時，則厚度增加到約15mm，且因此每10mm的切割移除高度會額外使用約1.0kg的石英粉(作為絕對量)。
因此，在製造大的外直徑的石英坩堝的過程中，在製造一個坩堝中每切割移除高度所使用的石英粉的浪費量增加到在製造小的外直徑的石英坩堝的情況中的三到四倍。
本發明是鑒於上述情形而研發出，且提出一種用於製造石英坩堝的模具，其能夠減少在石英坩堝的上部的由於小直徑薄化而藉由切割來移除的部分，以有效地減少材料成本。
也就是說，本發明的概要和構造如下：
1.一種用於藉由在石英粉附著到旋轉模具的內壁上的狀態下將所述石英粉熱熔化來製造石英坩堝的模具，其特徵在於，具有比模具的內直徑小且比石英坩堝的內直徑大的內直徑的環形絕熱障壁材料設置于所述模具的對應於所述石英坩堝的上部區的上部開口部分的內周壁上。
2.根據項目1所述的用於製造石英坩堝的模具，其特徵在於所述障壁材料是石英、碳、碳化矽或氮化矽。
3.根據項目1或2所述的用於製造石英坩堝的模具，其特徵在於環形障壁材料的內表面的從模具的內周壁突出的厚度t1 由以下等式表示：t1 =(模具內直徑-障壁材料內直徑)/2，t1 是石英粉的附著厚度t2 的20%到80%。
4.根據項目1至3中任何一項所述的用於製造石英坩堝的模具，其特徵在於所述障壁材料的所述內表面具有6.3到25 μm的表面粗糙度作為算術平均粗糙度Ra。
根據本發明，與常規技術相比，可減少由於小直徑薄化而將要藉由切割來移除的部分，且因此，可減少材料成本以及製造成本。
以下，將具體描述本發明。
圖1中示意性地繪示藉由旋轉模具方法的石英坩堝的普通製造要領。在圖中，標號1是模具，標號2是排氣管線，標號3是電弧電極，且標號4是附著到模具的內壁上的石英粉。
在旋轉模具方法中，可藉由電弧加熱熔化將附著到旋轉模具1的內壁上的石英粉4玻璃化，以成形為坩堝形狀。
圖2中繪示藉由使用常規普通模具而製造石英玻璃坩堝時，坩堝5的橫截面形狀。
如圖2中所示，石英玻璃坩堝5的上部在外直徑上變小且在厚度上變薄，而產生小直徑薄化部分6。
現在，本發明藉由使用圖3中所示的模具而解決以上問題。
本發明是基於以下技術想法：如果在製造坩堝的過程中，坩堝的上部不可避免地在外直徑上變小且在厚度上變薄，則在此部分中使用障壁材料以預先使模具形狀呈現為對應於坩堝的上部的形狀的形狀，藉此可減少浪費使用的石英粉的量。
在圖3中，主要結構部分與圖1中所示的常規模具中相同，且由相同標號表示。標號7是設置於模具的上部開口部分的障壁材料。
如圖3中所示，障壁材料是環形的，其內直徑比模具的內直徑小且比石英坩堝的內直徑大。
此處，障壁材料7從開口部分的內周壁突出的厚度t1 優選為石英粉的附著厚度t2 的20%到80%。
當突出厚度t1 相對於附著厚度t2 的比率小於20%時，減少所使用的石英粉的效果以及因此的降低成本效果較小，而當所述比率超過80%時，產生障壁材料被氧化消耗的擔憂。
而且，障壁材料7的高度H可等於小直徑薄化部分的高度。順便提一下，當製造具有32英寸的外直徑和15mm的厚度的坩堝時，小直徑薄化部分的高度為30到100mm。
此外，在本發明中，障壁材料的內表面優選具有6.3到25μm的表面粗糙度作為算術平均粗糙度Ra。
當作為Ra的障壁材料中的內表面的粗糙度小於6.3μm時，石英粉容易在石英粉的附著或熱熔化時移動，且因此導致坩堝準確度的降低，而當所述粗糙度超過25μm時，從障壁材料的表面掉落的顆粒成為石英坩堝的雜質。
在本發明中，障壁材料優選在絕熱性質和耐熱度上是優良的，且熱膨脹和隨著時間的變化較小，其優選示範如下。
(1)石英(導熱性：5到10W/mk，熱膨脹係數：約5.6×10-7 /℃)
(2)碳(導熱性：約140W/mk，熱膨脹係數：約5×10-6 /℃)
(3)碳化矽(導熱性：100到350W/mk，熱膨脹係數：約6.6×10-6 /℃)
(4)氮化矽(導熱性：200W/mk，熱膨脹係數：3.5×10-6 /℃)
實例1
當用具有圖1中所示的常規結構的模具來製造石英坩堝時，由以下等式表示用於坩堝的上部處的切割部分的石英粉的重量。
所使用的石英粉的重量={(模具的內半徑)2 -(模具的內半徑-附著厚度)2 }×3.14×切割高度×石英粉的整體比重(bulk specific gravity)(B值)
另一方面，當用具有圖3中所示的根據本發明的結構的模具來製造石英坩堝時，可將石英粉的使用量減少由以下等式表示的量。
石英粉的減少量={(障壁材料的內半徑+突出厚度)2 -(障壁材料的內半徑)2 }×3.14×障壁材料的高度×石英粉的整體比重(A值)
因此，根據本發明，與常規情況相比，額外使用的石英粉的量可減少(A/B)×100(%)所示的量。
實際上，當用具有圖3中所示的根據本發明的結構的模具來製造具有810mm的外直徑和15mm的厚度的石英坩堝時，B值=14.5kg且A值=6.2kg，且因此與常規情況相比，額外使用的石英粉的量可減少43%(然而，坩堝的上部的切割高度為120mm；障壁材料的內半徑為780mm；障壁材料的高度H為100mm；障壁材料的突出厚度t1 為20mm；且石英粉的附著厚度t2 為40mm)。
1．．．模具
2．．．排氣管線
3．．．電弧電極
4．．．石英粉
5．．．坩堝
6．．．小直徑薄化部分
7．．．障壁材料
t1 、t2 ．．．厚度
H．．．高度
圖1是說明藉由旋轉模具方法的石英坩堝的製造要領的橫截面圖。
圖2是使用普通模具所製造的石英坩堝的橫截面圖。
圖3是根據本發明的在模具的上部開口部分設置環形障壁材料的模具的橫截面圖。
1．．．模具
4．．．石英粉
7．．．障壁材料
t1 、t2 ．．．厚度
H．．．高度

Claims (3)

  1. 一種石英坩堝製造用模具，其為用於藉由在石英粉附著到旋轉模具的內壁上的狀態下將所述石英粉熱熔化來製造石英坩堝的模具，其特徵在於，具有比所述模具的內直徑小且比所述石英坩堝的內直徑大的內直徑的環形絕熱障壁材料設置於所述模具的對應於所述石英坩堝的上部區的上部開口部分的內周壁上，其中所述環形絕熱障壁材料的內表面的從所述模具的所述內周壁突出的厚度t1 由以下等式表示：t1 =(模具內直徑-障壁材料內直徑)/2，t1 是石英粉的附著厚度t2 的20%到80%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之石英坩堝製造用模具，其特徵在於所述障壁材料是石英、碳、碳化矽或氮化矽。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之石英坩堝製造用模具，其特徵在於所述障壁材料的所述內表面具有6.3到25 μm的表面粗糙度作為算術平均粗糙度Ra。
TW098136676A 2008-10-31 2009-10-29 石英坩堝製造用模具 TWI409370B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008281958A JP5102744B2 (ja) 2008-10-31 2008-10-31 石英ルツボ製造用モールド

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201016902A TW201016902A (en) 2010-05-01
TWI409370B true TWI409370B (zh) 2013-09-21

Family

ID=41528524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098136676A TWI409370B (zh) 2008-10-31 2009-10-29 石英坩堝製造用模具

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8128055B2 (zh)
EP (1) EP2181970B1 (zh)
JP (1) JP5102744B2 (zh)
KR (1) KR101156482B1 (zh)
CN (1) CN101723574B (zh)
TW (1) TWI409370B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5299252B2 (ja) * 2009-01-15 2013-09-25 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ルツボ製造用モールド
JP5100668B2 (ja) * 2009-01-15 2012-12-19 ジャパンスーパークォーツ株式会社 石英ルツボ製造用モールド
JP5286560B2 (ja) * 2009-01-15 2013-09-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ルツボ製造用モールド
JP5363266B2 (ja) * 2009-10-02 2013-12-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ガラスルツボ製造装置、及び、石英ガラスルツボの製造方法
JP5574534B2 (ja) 2010-12-28 2014-08-20 株式会社Ｓｕｍｃｏ 複合ルツボ
CN102490258B (zh) * 2011-11-18 2014-07-30 徐州协鑫太阳能材料有限公司 一种石英坩埚浇注成型的模具
CN104520975B (zh) * 2012-07-30 2018-07-31 株式会社日立国际电气 衬底处理装置及半导体器件的制造方法
JP7359734B2 (ja) 2020-04-06 2023-10-11 信越石英株式会社 成型板、石英ガラスるつぼの製造装置及び石英ガラスるつぼの製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1024118A2 (en) * 1999-01-29 2000-08-02 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Large diameter quartz glass crucible for pulling up single crystalline silicon
TWI275574B (en) * 2003-04-02 2007-03-11 Japan Super Quartz Corp High purity silica crucible by electrolytic refining, and its production method and pulling method
US20080141929A1 (en) * 2006-12-18 2008-06-19 Heraeus Shin-Etsu America, Inc. Crucible having a doped upper wall portion and method for making the same

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR424525A (fr) * 1910-03-15 1911-05-16 Givelet Et Cie Soc Machine à confectionner des objets cylindriques ou coniques en verre creux
US3155479A (en) * 1960-05-25 1964-11-03 Owens Illinois Glass Co Centrifugal molds and method of forming hollow articles
US3576932A (en) * 1969-02-17 1971-04-27 Texas Instruments Inc Sintering vapor deposited silica on a mandrel designed to reduce shrinkage
JPS59164643A (ja) * 1983-03-11 1984-09-17 Otani Denki Seisakusho:Kk 上端部内周面に雌ねじ部を有する容器状物の製造方法
US4935046A (en) * 1987-12-03 1990-06-19 Shin-Etsu Handotai Company, Limited Manufacture of a quartz glass vessel for the growth of single crystal semiconductor
JPH0259486A (ja) * 1988-08-23 1990-02-28 Fujitsu Ltd 石英るつぼ
US5913975A (en) * 1998-02-03 1999-06-22 Memc Electronic Materials, Inc. Crucible and method of preparation thereof
DE69912668T2 (de) * 1998-02-26 2004-09-30 Mitsubishi Materials Corp. Kokille und Verfahren zur Herstellung von Siliziumstäben
JPH11292694A (ja) * 1998-04-14 1999-10-26 Nippon Steel Corp シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ
JP4217844B2 (ja) * 1998-06-18 2009-02-04 ジャパンスーパークォーツ株式会社 複合ルツボとその製造方法および再生方法
DE19917288C2 (de) * 1999-04-16 2001-06-28 Heraeus Quarzglas Quarzglas-Tiegel
JP2001114590A (ja) * 1999-10-13 2001-04-24 Nippon Steel Corp シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ
JP4592037B2 (ja) * 2000-05-31 2010-12-01 信越石英株式会社 石英ガラスルツボの製造方法
JP2002003228A (ja) * 2000-06-19 2002-01-09 Toshiba Ceramics Co Ltd 石英ガラスルツボ製造装置
JP4360664B2 (ja) * 2000-09-07 2009-11-11 コバレントマテリアル株式会社 石英るつぼの製造装置
DE10114698A1 (de) * 2001-03-23 2002-09-26 Heraeus Quarzglas Bauteil aus Quarzglas sowie Verfahren zur Herstellung desselben
US7118789B2 (en) * 2001-07-16 2006-10-10 Heraeus Shin-Etsu America Silica glass crucible
JP4076416B2 (ja) * 2002-09-20 2008-04-16 コバレントマテリアル株式会社 石英ルツボとその製造方法
CN2656436Y (zh) * 2003-10-13 2004-11-17 荆州市菲利华石英玻璃有限公司 内层透明电弧石英坩埚熔制机
JP2006096616A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Toshiba Ceramics Co Ltd シリカガラスルツボ、シリカガラスルツボの製造方法
JP4918473B2 (ja) * 2007-12-14 2012-04-18 ジャパンスーパークォーツ株式会社 高強度を有する大径シリコン単結晶インゴット引上げ用高純度石英ガラスルツボ
JP5441106B2 (ja) * 2008-06-28 2014-03-12 株式会社Ｓｕｍｃｏ 水冷モールド
JP5299252B2 (ja) * 2009-01-15 2013-09-25 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ルツボ製造用モールド
JP5286560B2 (ja) * 2009-01-15 2013-09-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ 石英ルツボ製造用モールド
JP5100668B2 (ja) * 2009-01-15 2012-12-19 ジャパンスーパークォーツ株式会社 石英ルツボ製造用モールド

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1024118A2 (en) * 1999-01-29 2000-08-02 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Large diameter quartz glass crucible for pulling up single crystalline silicon
TWI275574B (en) * 2003-04-02 2007-03-11 Japan Super Quartz Corp High purity silica crucible by electrolytic refining, and its production method and pulling method
US20080141929A1 (en) * 2006-12-18 2008-06-19 Heraeus Shin-Etsu America, Inc. Crucible having a doped upper wall portion and method for making the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010105890A (ja) 2010-05-13
EP2181970B1 (en) 2017-12-06
EP2181970A3 (en) 2014-04-09
TW201016902A (en) 2010-05-01
CN101723574A (zh) 2010-06-09
KR101156482B1 (ko) 2012-06-18
JP5102744B2 (ja) 2012-12-19
CN101723574B (zh) 2013-07-24
EP2181970A2 (en) 2010-05-05
US20100112115A1 (en) 2010-05-06
US8128055B2 (en) 2012-03-06
KR20100048899A (ko) 2010-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI409370B (zh) 石英坩堝製造用模具
JP4994647B2 (ja) 結晶化し易い石英ガラス部材とその用途
JP4166241B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法
KR101104674B1 (ko) 대경의 실리콘 단결정 잉곳 중의 핀홀 결함의 저감을 가능하게 하는 대경 실리콘 단결정 잉곳 인상용 고순도 석영 유리 도가니
JP5299252B2 (ja) 石英ルツボ製造用モールド
JP2011088755A (ja) 石英ガラスルツボおよびその製造方法
US8100379B2 (en) Mold for producing silica crucible
JP5100668B2 (ja) 石英ルツボ製造用モールド
JP6253976B2 (ja) 石英ガラスルツボ及びその製造方法
TWI412633B (zh) Single - crystal silicon - pulling quartz glass crucible and its manufacturing method
JP6351534B2 (ja) シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ
JP5334315B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
WO2002014587A1 (fr) Creuset en quartz et procede de fabrication d'un monocristal
JP2011126726A (ja) 石英ルツボ製造用モールド
JP6208080B2 (ja) 石英ガラスルツボ
US8075689B2 (en) Apparatus for the production of silica crucible

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees