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JP2001342030A - 再溶融石英ガラスルツボとその製造方法 - Google Patents

再溶融石英ガラスルツボとその製造方法

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JP2001342030A
JP2001342030A JP2000160737A JP2000160737A JP2001342030A JP 2001342030 A JP2001342030 A JP 2001342030A JP 2000160737 A JP2000160737 A JP 2000160737A JP 2000160737 A JP2000160737 A JP 2000160737A JP 2001342030 A JP2001342030 A JP 2001342030A
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quartz glass
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glass crucible
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健一 広嶋
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貴宏 佐藤
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ルツボ内表面層に微細気泡や異物を実質的に
含まない高品質の石英ガラスルツボとその製造方法を提
供する。 【解決手段】 石英ガラスルツボの内周面を８００℃〜
１５００℃に加熱し、加熱領域に輝点が生じたものにつ
いて、ルツボ外表面を１５００℃未満に維持する一方、
酸水素炎またはプラズマ炎によってルツボ内表面を１８
５０℃〜２４００℃に局部加熱し、輝点発生部分を再溶
融させて輝点を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内表面に凹凸や汚
れがなく、かつ内表面層に微細気泡や異物を実質的に含
有しない高品質の石英ガラスルツボに関する。本発明の
石英ガラスルツボはシリコン単結晶引き上げ用のルツボ
として好適である。
【０００２】
【従来の技術】シリコン融液からシリコン単結晶を引き
上げるシリコン単結晶の製造方法において、シリコン融
液を入れた石英ガラスルツボはシリコンの融点以上に加
熱されており、シリコン融液に接するルツボ内表面層に
気泡や異物が含まれていたり、あるいは内表面に凹凸が
あったり汚れが付着していると、これがシリコン融液と
反応してクリストバライト等の局部的な結晶を生じ、引
き上げられるシリコンの単結晶化率を低下させる原因の
一つになる。従って、石英ルツボの内側層は可能な限り
表面が滑らかで汚れがなく、内表面層に気泡や異物を含
まない透明層として形成されている。
【０００３】しかし、従来の石英ガラスルツボは、内側
透明層全体(約０.５〜３.５mm厚)の気泡量は少なくて
も、内表面に接する極く薄い表面層(内表面層：内表面
から約０.５mm厚)に肉眼では識別し難い微細気泡が多数
含まれている場合がある。回転モールド法によって石英
ガラスルツボを製造した場合、内表面層は最初に石英粉
が溶融して溶融層の被膜となる部分であるために、この
部分に微細気泡が取り込まれると石英溶融層を減圧して
も微細気泡を外部に吸引して除去することが難しく、こ
の部分に微細気泡が残留しやすいと云う問題がある。
【０００４】この内表面層に含まれる気泡は透明な微細
気泡であるために肉眼で見出すことが難しい。顕微鏡を
用いれば検出できるが、通常の顕微鏡による検出方法で
は試料を切り出す必要があり、出荷製品の検査には適し
ない。また、顕微鏡の画像をモニターで観察する検査方
法によれば観察試料を切り出す必要はないが、視野が限
定されるためにルツボ全体を観察するのに適さない。ま
た、この方法はルツボ内表面の汚れや凹凸を観察するの
が難しく、気泡や異物などを検出してもこれを直ちに除
去できない。さらに、システムの構成に費用が嵩むなど
の問題がある。
【０００５】
【発明の解決課題】本発明は従来の石英ガラスルツボに
おける上記問題を解決したものであり、石英ガラスルツ
ボについて、その内表面層に含まれる微細気泡や異物、
または内表面の凹凸や内表面に付着した汚染物質を容易
に検出して除去した高品質の石英ガラスルツボを提供す
るものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明は、（１）ルツボ内周面
を赤熱温度以上および軟化温度未満に加熱すると加熱領
域に輝点が生じる石英ガラスルツボについて、ルツボ外
表面を軟化温度より低く維持する一方、酸水素炎または
プラズマ炎によってルツボ内表面層を軟化温度以上に局
部加熱し、輝点発生部分を再溶融させて輝点を除去した
ことを特徴とする再溶融石英ガラスルツボに関する。
【０００７】また、本発明は、（２）ルツボの内周面を
８００℃〜１５００℃に加熱すると加熱領域に輝点が生
じる石英ガラスルツボについて、ルツボ外表面を１５０
０℃未満に維持する一方、酸水素炎またはプラズマ炎に
よってルツボ内表面を１８５０℃〜２４００℃に局部加
熱し、輝点発生部分を再溶融させて輝点を除去すること
を特徴とする再溶融石英ガラスルツボの製造方法に関す
る。
【０００８】本発明の製造方法は、（３）輝点が検出さ
れる石英ガラスルツボについて、再溶融前に石英ガラス
ルツボの内表面層をサンドブラスト処理する方法、
（４）再溶融後、冷却した石英ガラスルツボを加熱炉に
装入してアニールし、熱歪みを除去する方法、（５）石
英製バーナを用い、ルツボ内表面に沿って石英製バーナ
を走査してルツボ内表面層を加熱する方法を含む。
【０００９】本発明の石英ガラスルツボは、石英ガラス
ルツボの内表面を一定温度に加熱して内表面に浮かび上
がる輝点を観察すると云う極めて簡単な非破壊検査方法
によってルツボ内表面の凹凸や汚れ、あるいは内表面層
に含まれる微細気泡や異物を検出し、酸水素炎またはプ
ラズマ炎によって内表面層を再溶融することにより、こ
れらを除去した高品質のルツボである。この微細気泡や
異物は検出後の再溶融ないしサンドブラスト処理によっ
て容易に除去されるので、高品質の石英ガラスルツボを
低コストで得ることができる。また、この石英ガラスル
ツボは内表面の凹凸や汚れがなく、また内表面層に微細
気泡や異物を実質的に含まないので、シリコン単結晶の
引き上げに用いることにより、優れた単結晶収率を得る
ことができる。また、本発明の製造方法によれば上記石
英ガラスルツボを低コストで得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。本発明の石英ガラスルツボは、ルツ
ボ内周面を赤熱温度以上および軟化温度未満に加熱する
と加熱領域に輝点が生じる石英ガラスルツボについて、
ルツボ外表面を軟化温度より低く維持する一方、酸水素
炎またはプラズマ炎によってルツボ内表面を軟化温度以
上に局部加熱し、輝点発生部分を再溶融させて輝点を除
去したことを特徴とする再溶融石英ガラスルツボであ
る。なお、再溶融に用いる石英ガラスルツボの製造方法
は限定されない。回転モールド法や他の方法によって製
造された石英ガラスルツボを広く用いることができる。
【００１１】本発明は、再溶融の加熱手段として酸水素
炎またはプラズマ炎を用いる。酸水素炎はバーナを用い
た局部加熱であるので、輝点の発生部分を選択的にかつ
迅速に再溶融することができる。更に、単位面積当たり
の加熱密度が非常に大きく、従ってルツボ内表面層を重
点的に短時間で加熱するのでルツボ外表面層の温度を低
く保持することができる。プラズマ炎も同様に局部加熱
を行うことができる。加熱バーナはその炎の吹出口がル
ツボ内表面に沿って走行するように移動手段に装着して
用いると良い。また、加熱バーナは不純物が混入しない
ように石英製バーナが好ましい。
【００１２】輝点観察時の石英ガラスルツボ内表面の加
熱温度は、石英ガラスの赤熱温度以上および軟化温度
(軟化点)未満である。赤熱温度とは石英ガラスルツボの
加熱部分が赤色を呈し始める温度を云い、概ね８００℃
である。加熱部分が赤熱しないと微細気泡や異物による
輝点が観察されない。一方、加熱温度が石英ガラスの軟
化温度(約１７００℃)を超えるとルツボが変形して凹凸
を生じるので好ましくない。輝点を明瞭に判別するには
１５００℃以下が適当であり、１４００℃以下が好まし
い。１５００℃を超えるとルツボ表面の輝点とその周囲
が同じ明るさになるので輝点を判別し難くなる。表面温
度は赤外線温度計などによって測定すると良い。
【００１３】ルツボ内表面を石英ガラスの赤熱温度以上
および軟化温度未満、好ましくは８００℃〜１５００℃
に加熱すると、ルツボの内表面層に微細気泡が含まれて
いるものや、ルツボ内表面に凹凸が存在しているもの
は、この部分の屈折率が周囲と異なるために光が反射し
て周囲より明るい輝点として観察される。また、ルツボ
内表面層に異物が含まれていたり、内表面に汚染物質が
付着していると、石英ガラスより放射率が高いものは周
囲よりも明るく光って観察される。従って、この輝点に
よって内表面の凹凸や汚れ、あるいは内表面層に含まれ
る微細気泡や異物の存在を判断することができる。な
お、大部分の異物や汚染物質の放射率は石英ガラスより
大きいので輝点として観察されるものが多い。
【００１４】次に、加熱領域に輝点が生じたものについ
て、ルツボ外表面の温度を軟化温度より低く維持する一
方、酸水素炎またはプラズマ炎の熱量を高めてルツボの
内表面層を軟化温度以上に加熱し、再溶融させて輝点を
除去する。ルツボ外表面の温度がその軟化温度より高い
状態で内表面層を再溶融するとルツボが変形する虞があ
る。具体的には、ルツボ外表面を例えば１５００℃以
下、好ましくは１４００℃以下に維持し、ルツボ内表面
を１８５０℃〜２４００℃、好ましくは２０００℃〜２
３５０℃に加熱して再溶融させる。ルツボ外表面と内表
面の温度を以上の範囲に制御することにより、ルツボの
内表面層を再溶融してもルツボが変形しない。
【００１５】なお、再溶融の際、モールドを使用せずに
ルツボ外表面を冷気にさらしてルツボの放熱を促せば、
ルツボ外表面の温度を１５００℃以下、好ましくは１４
００℃以下に抑制することができる。因みに、既に述べ
たように酸水素炎やプラズマ炎は局部加熱であるので、
ルツボ内表面の輝点発生部分を軟化温度以上に加熱して
もルツボ外表面の温度を１４００℃以下に抑えるのは容
易である。
【００１６】ルツボの内表面層を再溶融することによ
り、この部分に含まれている微細気泡は内表面に押し出
されて弾け、そのピンホールが溶融した石英ガラスによ
って充填され、実質的に気泡を含有しない石英ガラス層
になる。また表面の凹凸は消滅して平滑になり、異物は
揮発して除去される。
【００１７】なお、ルツボ内表面を１８５０℃〜２４０
０℃に加熱して再溶融するには、酸水素炎ないしプラズ
マ炎の熱量を５００〜３０００W/cm2、好ましくは１０
００〜２５００W/cm2とすれば約１分間で再溶融する。
バーナ先端からルツボ内表面までの最適距離はバーナに
よる。この距離が近すぎると未燃焼ガスがルツボ内表面
に当たるので好ましくない。一方、この距離が遠いとル
ツボ内表面の加熱面積は大きくなるが、加熱面積当たり
の熱量が小さくなるので、むしろ加熱効率が低下する。
【００１８】輝点が生じた石英ガラスルツボは、内表面
層の再溶融に先立ち、ルツボの内表面をサンドブラスト
処理することにより再溶融処理の負担を軽減することが
できる。サンドブラスト処理を行うことにより、微細気
泡や異物を含有する部分が削り落とされるので再溶融時
間を短縮することができる。サンドブラスト処理は例え
ば、２〜７kg/cm2の高圧空気でシリカ粒子を吹き付けて
行う。
【００１９】また、酸水素炎やプラズマ炎によって局部
加熱すると石英ガラスルツボに熱歪みが多少なりとも生
じるので、再溶融した後に石英ガラスルツボを加熱炉に
装入してアニールし、熱歪みを除去するのが好ましい。
アニール処理の具体例としては、室温(約２５℃)から１
２００℃までを２時間で昇温し、１２００℃に２時間保
持した後に１２００℃〜７００℃まで１℃/minの割合で
徐冷した後に、７００℃〜室温まで強制冷却あるいは自
然冷却すると良い。
【００２０】輝点が観察された石英ガラスルツボについ
て以上の再溶融処理を施すことによって輝点を除去し、
実質的に輝点を含まない石英ガラスルツボを得ることが
できる。なお、輝点の個数が１０個/cm2以下、好ましく
は３個/cm2以下であれば、失透試験において、ルツボの
失透面積を抑えることができ、高い平均単結晶化率を達
成することができる。具体的には、輝点の個数が１０個
/cm2以下のルツボは、アルゴン雰囲気下、５〜２０Tor
r、加熱温度１５００±５０℃、２０〜５０hrの加熱条
件下において、内表面の失透面積を面積率で概ね３０％
以下に抑えることができ、このルツボを用いてシリコン
単結晶を引き上げたときに平均で７０％程度の単結晶化
率を得ることができる。また、輝点の個数が３個/cm2以
下のルツボは実質的に内表面の失透を生ぜず、平均で７
７％程度の高い単結晶化率を得ることができる。なお、
本発明においてルツボ内表面層に微細気泡や異物が実質
的に含まれていないとは輝点の個数が好ましくは３個/c
m2以下であることを云う。また、本発明の再溶融はルツ
ボ内表面全体に適用しても良く、また輝点が存在する部
分について局部的に適用しても良い。
【００２１】
【実施例】回転モールド法によって口径２２インチの石英
ガラスルツボ(内側透明層:２mm、外周側不透明層:１０m
m)を複数個製造した。この石英ガラスルツボについて、
石英バーナを用い、その内表面を酸水素炎によって約１
１００℃に加熱して輝点の個数を検査した。次に、酸水
素炎の熱量を高めて、表１の条件下でルツボ内表面層を
再溶融した。この再溶融したルツボについて形状に変化
がないか検査した。さらに、この再溶融ルツボを表１の
条件下でアニールした後に、電気加熱炉に入れ、２０To
rrのアルゴン雰囲気下、１５００℃の一定温度で２４時
間加熱することにより失透試験を行った。また、他の再
溶融したルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行
い、単結晶化率を求めた。この結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】本発明の石英ガラスルツボは、酸水素炎
またはプラズマ炎によってルツボ内表面層を一定温度に
加熱して輝点を検出し、さらにルツボ内表面を軟化温度
以上に加熱して内表面層に含まれる微細気泡や異物を除
去したルツボであり、内表面に凹凸や汚れがなく、かつ
内表面層に微細気泡や異物を実質的に含まないので、シ
リコン単結晶引き上げの際に高い単結晶収率を得ること
ができる。また、本発明は酸水素炎またはプラズマ炎を
用いた局部加熱であるので、輝点の発生部分を選択的に
かつ迅速に再溶融することができる。さらに、ルツボ内
表面を急速に重点的に加熱するのでルツボ外表面の温度
を低く保持することができる。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 貴宏 秋田県秋田市茨島５丁目14番３号 三菱マ テリアルクォーツ株式会社開発センター内 Ｆターム(参考） 4G014 AH23 5F053 AA12 BB04 BB13 FF04 RR04 RR07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ルツボ内周面を赤熱温度以上および軟化
    温度未満に加熱すると加熱領域に輝点が生じる石英ガラ
    スルツボについて、ルツボ外表面を軟化温度より低く維
    持する一方、酸水素炎またはプラズマ炎によってルツボ
    内表面層を軟化温度以上に局部加熱し、輝点発生部分を
    再溶融させて輝点を除去したことを特徴とする再溶融石
    英ガラスルツボ。
  2. 【請求項２】 ルツボの内周面を８００℃〜１５００℃
    に加熱すると加熱領域に輝点が生じる石英ガラスルツボ
    について、ルツボ外表面を１５００℃未満に維持する一
    方、酸水素炎またはプラズマ炎によってルツボ内表面を
    １８５０℃〜２４００℃に局部加熱し、輝点発生部分を
    再溶融させて輝点を除去することを特徴とする再溶融石
    英ガラスルツボの製造方法。
  3. 【請求項３】 輝点が検出される石英ガラスルツボにつ
    いて、再溶融前に石英ガラスルツボの内表面層をサンド
    ブラスト処理する請求項１または２の製造方法。
  4. 【請求項４】 再溶融後、冷却した石英ガラスルツボを
    加熱炉に装入してアニールし、熱歪みを除去する請求項
    ２または３の製造方法。
  5. 【請求項５】 石英製バーナを用い、ルツボ内表面に沿
    って石英製バーナを走査してルツボ内表面層を加熱する
    請求項２,３または４の製造方法。
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