石英玻璃坩埚的制造方法

专利名称：：石英玻璃坩埚的制造方法
技术领域：
：本发明涉及石英玻璃坩埚的制造方法，所述柑埚是用于提拉硅单晶的石英玻璃坩埚，具有内部气泡少的均匀的玻璃层。
背景技术：
：硅单晶主要^l过cz法制造的。该方法是在高温下将晶种浸入石璃坩埚中的硅熔融液中，将其慢慢提拉来制造单晶的方法，其中《顿容纳硅熔融液的高纯度的石英玻璃坩埚。用于提拉单晶硅的石英玻璃坩埚主要是ffiil电弧熔g虫法制造的。该方法是一种在碳制的旋转模具(回転^一/W)的内表面堆积一定厚度的石英粉形成石英粉成形体，通过设置在模具内侧上方的电极电弧放电加热熔融石英粉使其玻璃化，从而制造石英玻璃坩埚的方法(旋转模具法)。在上述制造方法中，为了除去玻璃层内部的气泡，一边从模具侧吸引对石英粉成形体进行Mffi脱气一边使石英粉熔融的方法是已知的(专利文献l:日本特开平06—191986号公报、专利文献2:日本特开平10—025184号公报)。在i鄉融工序中，要对石英粉成形体进行鹏脱气(称其为抽真空(真空引孝))，必需使石英粉成形体的内表面均匀且薄地熔融而在表面形成薄的玻璃层，由此将内面密封，提高石英粉成形体内的真空度。在熔融石英粉成形体来制造玻璃柑埚的J^制造方法中，在模具中心开始电弧熔融的已有的制造方法中，由于坩埚内面整体同时被加热，所以可以均匀地熔融石英粉，但石英粉成形体上部的缘端的保温性比成形体的弯曲部、底部低，因此，缘端的熔Sai度缓優，不能在缘端表面充分形成薄的玻璃层，因此，不能提高石英粉成形体的真空度，不能获得玻璃层内部气泡少的坩埚。另一方面，当为弥补缘端的熔融不充分，增加电弧熔融的发热量来烙鬲4±述缘端时，弯曲部、底部被过度加热而熔融，有石英粉成形体的开沐易损坏的问题。本发明是为解决现有的制造方法中的上述问题而进行的，提供一种具有内部气泡少的均匀玻璃层的石英玻璃坩埚的制造方法。
发明内容本发明是为解决现有的制造方法中的上述问题而进行的，其是一种具有内部气泡少的均匀玻璃层的石英玻璃坩埚的制造方法。具体讲，具有以下的实施方式。(1)一种石英玻璃坩埚的制造方法，其是对充i真在模具(千一少K)内面的石英粉成形体抽真空的同时进行电弧熔融的坩埚的制造方法，其特征在于，从石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，其后，降下电弧电极或提起模具，对缘端的下侧部分进行加热熔融，所述石英玻璃坩埚包含呈圆筒状的直体部(劇同部)、位于直体部下侧的弯曲区域、和位于弯曲区域下侧、具有7k平面的底部。(2)如上述(1)所述的石英玻璃柑埚的制造方法，其中，从石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，其后，以坩埚壁部起至弯曲部和底部的顺序加热，将坩埚的内面密封。坩埚壁部是指呈圆筒状的直体部的垂直面，另外，坩埚弯曲部是指呈圆筒状的直体部和曲率半径大的底部间的曲率半径相对小的弯曲区域。(3)如上述(1)或上述(2)所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在从电弧熔融开始到电弧总时间的10%以内的时间内，将坩埚内表面(自缘端起侧壁部、弯曲部、及底部)密封，电弧熔融开始是指M电弧放电，石英粉成形体的内面侧开始熔融的时刻，电弧总时间尉旨从电弧熔融开始到电弧放电停止的时间。(4)如(1)(3)中任一项所述的石英玻璃柑埚的制造方法，其中，直至坩埚内表面被密封所熔融的石英玻璃层厚(密封厚度)为3mm以下。根据本发明的制造方法，在将充填在模具内面的石英粉成形体抽真空的同时进行电弧熔融的坩埚的制造方法中，由于从石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，所以所述缘端被充分加热，从而可靠地在缘端形成内面密封，另外，在缘端熔融后，降下电弧电极或提起模具，从柑埚侧壁部加热并烙融弯曲部和底部，因此，这些部分没有过分地被加热，从而在石英粉成形体的内面整体均匀地形成薄的玻璃层的内面密封。5因此，可以提高抽真空时的石英粉成形体内部的真空度，可以制造内部气泡少的石英玻璃柑埚。密封是指以一50kPa左右对充填在模具内面的石英粉成形体进行抽真空的情况下，禾,熔融石英玻璃将坩埚内表面密封至在距坩埚表面厚度lmm3mm的范围内可以实现1.0%以下的气泡率的程度。在现有的石英玻璃坩埚的制造方法中，在以一30kpa左右对充填在模具内面的石英粉成形体进行抽真空时，在厚度为2腿~6匪的范围的气泡率只为2.0%左右。在本发明的制造方法中，iffi在从电弧熔融开始到电弧总时间的10%以内的时间内将坩埚内表面的整个面熔S虫并密封，另外，将坩埚内表面加热熔融而形成的密封厚度(熔融层的厚度)优选为3mm以下。该情况下，将包含缘端在内的至侧壁部及弯曲部、底部的坩埚整体均匀地适度地加热熔S虫，可以在柑埚内面整体上均匀地形成薄的玻璃层的密封。图1为利用旋转模具法制造石英玻璃坩埚的示意图2为表示本发明中可使用的石英玻璃坩埚制造装置的其它例的纵截面图。符号说明2—电极、4—驱动机构、10—模具、13—电极、15—缘端、16—侧壁部、中心线、20—电弧^C电装置。11—石英粉成形体、12—通气孔、17—弯曲部、18_底部、L—模具具体实施例方式下面，根据实施方式具体说明本发明。本发明的制造方法为一种石英玻璃坩埚的制造方法，其是一边对充填在模具内面的石英粉成形体抽真空一边进行电弧熔融的坩埚的制造方法，其特征在于，从石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，在缘端的石英粉熔融后，降下电弧电极或,模具，熔融缘端的下侧部分(y厶端力4下側拥分&溶融t))。图1表^I31加热熔融充填于旋转模具中的石英粉成形体制造石英玻璃坩埚的装置的概要。如图所示，在旋转的有底圆筒状的模具10的内面的几乎旨面上充填石英粉至规定厚度。模具IO,例如由碳等形成。在该模具10的内部设有多个与未图示的真空泵连接的抽真空用的通气孔12，该通气孔12在模具内面开口。设有^J:^模具10或电极13上下左右移动的装置(图示省略)，电极13被巨模具10的中心线L一定范围内可以,在任意的位置。电极13只图示一个，但也可以为2个或3个以上，只要會,从其下端部产生电弧放电即可。电极13优选由碳等形成。本实施方式的坩埚制造方法中，使未图示的真空泵工作，M3M气口12对模具10内的石英粉成形体11进行抽真空的同时，由电极13的下端部产生电弧放电，将石英粉堆积的状态的石英粉成形体ll加热熔融。此时，在加热开始时，将电极13设在沿模具10的中心线L比缘端15更靠上方，自缘端15开始石英粉的熔融。将缘端15加热规定时间熔融后，,模具IO或降下电极13，或者使两者同时接近，将比石英粉成形体ll的缘端15下侦啲部分依次加热熔融。下侧部分的加热优选在缘端15之后，按侧壁部16、弯曲部17、底部18的顺序熔融。这样，在石英粉成形体11的内面，面上形成石英粉、熔融得到的密封层。电极13和模具10的相对移动方法可以缓慢地以一定速度接近，也可以经三个以上的阶段断续地移动。另外，坩埚侧壁部16是指石英粉成形体11的纵壁部分，弯曲部17是指接着侧壁部16至底部18的部分，底部18是指接着弯曲部17^7K平地扩展的部分。另外，缘端15为侧壁部16的上端面。当在石英粉成形体ll的内面旨面形成气密的密封层时，为防止从石英粉成形体11的内周侧向夕卜周侧的通气，M31AAffi气孔12的排气将石英粉成形体11的内部決速减压。于是，密封层被吸附向模具10的内面，石英粉被夹在密封层和模具10的内面而被压迫，从而邻接的石英粉彼此结合。继续该状态，加热石英粉成形体ll，由此使石英粉彼此牢固地结合而形成坩埚。M31以上工序可制造内侧几乎没有气孔的透明层、夕卜侧包含大量气孔的外面气泡层这样的二层结构的石英玻璃柑埚。在本实施方式的制造方法中，加热时间的分配tt^;人电弧熔融开始到电弧总时间的10%以内的时间内，从石英粉成形体11的缘端15开始依次加热熔融侦蝰部16、弯曲部17禾口底部18，将内表面整体密封。该瞎况下，在电弧总时间剩余的90%的期间，可以在石英粉成形体ll的整个区域有效ifeiS行抽真空，熔融了的密封层将石英粉压迫在模具10的内面，使石英粉彼此结合而形成气孔率小的石英玻璃柑埚。另外，电弧温度和电弧总时间可根据坩埚的大小来设定。具体讲，例如对于外径30英寸的石英柑埚，坩埚的熔融^g大致为16002500°C，电弧总时间大致为60併中。该情况下，，从缘端15开始电弧熔融，在从电弧熔融开始6併中内，按石英粉成形体ll的侧壁部16、弯曲部17、底部18的顺序加热熔融石英粉，将石英粉成形体ll的内表面，面密封。在，制造方法中，iM直到石英粉成形体ll的内表面被密封所熔融的石英玻璃层厚(以下称密封厚度)为3mm以下。坩埚内表面的齡面被密封前熔融的石英玻璃层包含大量的气泡。要除掉该气泡在以后的工序中需要高温加热石英玻璃，使密封区域内气泡中的气体脱气，使气泡消灭或变小的处理，该处理有效进行的范围为从表面到深度3腿左右的范围，因此，将密封厚度增加到3mm以上是不好的。更，的密封厚度为1.02.0mm，进一步，为0.050.5mm。从电弧熔融开始到电弧熔融总时间的10%以内，更tfcif在0.0015.0%的时间内从石英粉成形体的缘端起加热熔s虫侧壁部、弯曲部及底部，将坩埚内表面整体密封，接着，继续进行抽真空的同时，通过乘除的电弧熔融时间进行电弧熔融，将石英粉成形体加热熔融使其玻璃化。要说明的是，抽真空也可以与电弧熔融同时进行，也可以在电弧熔融开始后的任意时间、例如在柑埚内表面密封后开始。图2表示柑埚制造装置的更具体的实施方式。该装置主要由有底圆筒状的模具10、使模具10绕其轴线旋转的驱动机构4、用于加热模具IO的内侧的电弧放电装置20构成。模具10例如由碳形成，在其内部形成有向模具内面开口的多个通气孔12。通气孔12与未图示的减压机构连接，在模具10旋转的同时，可以MM气孔12从其内面进行吸气。在模具10的内面ilii堆积石英粉而可以形成石英粉、成形体11。该石英粉成形体11通31禾莫具10旋转产生的离心力保持在内壁面上。用电弧放电装置20—边加热保持的石英粉成形体11一M5SM气孔12进行减压，由此石英粉成形体11熔化而形成石8英玻璃层。y賴口后将石英玻璃柑埚从模具io取出，进行整形，由此制造石英玻璃坩埚。电弧放电装置20具备由高纯度的碳形成的呈棒R的多个碳电极2、保持这些碳电极2的同时使其移动的电极驱动装置1、和用于对各电极2通电流的电源装置(图示略)。碳电极2在该例中为3个，只要在碳电极2间进行电弧放电即可，可以为2个也可以为4个以上。对碳电极2的微也没有限定。碳电极2被配置为越是朝向前端彼此越接近的方式。电源可以是交流也可以是直流，在该实施方式中，三根碳电极2上连接三相交流电流的各相。在采用该装置制造石英玻璃坩埚时，实施和图1装置相同的处理即可。即，在加热开始时，将电极13沿模具10的中心线L设定在比缘端15更上方，从缘端15开始石英粉的熔融。在将缘端15加热规定时间并熔融后，使模具10和碳电极2接近，依次力口热熔融石英粉成形体11的比缘端15更靠下侧的部分。艮P，接着缘端15依次熔融坩埚侧壁部16、弯曲部17、底部18。其它工序及fr^牛可以与采用图1的^S时相同。可用本发明制造的石英玻璃坩埚的口径没有特别限定，但ifc选26英寸~50英寸，更优选为26英寸44英寸。在本发明中，可以制造坩埚的内表面层由合成玻璃合成石英玻璃形成、坩埚的至少壁部的外表面层为将天然石英玻璃化的石英玻璃坩埚。该情况下，只要在模具10的内面上层积天然石英粉和合成石英粉二层后，进行上述的熔融处理即可。另外，天然石英是指将自然界存在的石英原石挖出，经破碎、精制等工序而获得的原料。天然石英粉包含a—石英结晶。在天然石英粉中含有lppm以上的Al、Tl另外，其它金属杂质也处于比合成石英粉高的水平。天然石英粉几乎不含硅烷醇。将天然石英粉熔融获得的玻璃的^醇量〈100ppm。合成石英为化学合成制造的原料，合成石英玻璃粉末为非晶质的。由于合成石英的原料为气体或液体，所以可以容易地精制，合成石英粉可以比天然石英粉纯度高。作为合成石英玻璃的原料，有四氯化碳等气体原料来源和如硅醇盐(^一素了》n年、;yK)的液体的原料来源。在合成石英粉玻璃中，可以使全部杂质为0.1ppm以下。在本发明的制造方法中，密封厚度与柑埚的口径无关，怖先为3mm以下。在本发明的制造方法中，在开始石英粉成形体的缘端熔融的时刻，以沿模具的轴线方向的距离计，电极的下端位于比石英粉成形体的缘端(上端)高要制造的石英玻璃坩埚的口径的020150%的位置。该高度差更优选为30100%，进一步4继为4070%。另外，在石英粉成形体的内面整个面上密封层形成结束的时刻，以沿模具的轴线方向的距离计，电极的下端，位于比石英粉成形体的缘端(上端)低要制造的石英玻璃坩埚的口径的_3040%的位置，该高度差更优选为一2030%，进一步，为_1020%。缘端熔融开始时刻的战3种高度差和密封层形成结束的时亥啲战3种高度差可以是任何组合。另外，从缘端熔融开始的时刻到密封层形成结束的时刻的电极和模具沿轴线方向的相对移动量优选为要制造的石英玻璃坩埚的口径的0100%，更,为050%，进一步{，为030%。在满足这样的范围的情况下，石英粉成形体的内部不会被过度加热，在石英粉成形体的内面整个面上容易均匀地形成薄的玻璃层形式的密封层。因此，可以进一步提高石英粉成形体的真空度，可以制造内部气泡更少的石英玻璃坩埚。石英粉成形体底部的密封厚度更,为0.05mm3mm，进一步优选为1.02.0mm。从缘端的熔融开始的时刻到密封层形成结束的时刻的时间，为从缘端熔融开始的时刻到电弧放电结束的电弧总时间的0.01°/『10%，更tfc选为0.015.0%。若在这样的范围，则可充分有效进行抽真空，并且可以使石英粉成形体的石英粉彼此牢固地结合，从而使制造气孔率更小的石英玻璃坩埚变得容易。本发明的制造方法中，在制造石英玻璃坩埚后，也可以具有4吏石英玻璃层的气泡的气体脱气，使气泡消灭或变小的加热工序。具体讲，也可以将电弧熔融工序后的石英玻璃坩埚在炉内在16002500°C、更优选1800220(TC加热0.22.0小时、进一步，加热0.61.0小时。以上说明了本发明的优选实施方式，但本发明不限于这些实施方式。在不超越本发明的宗旨的范围内，可以进行构成的附加、省略、置换及其他变形。10本发明不^i^的说明的限定，只由所附的权利要求的范围限定。实施例以下一并示出本发明的实施例和比较例。在ffl31M转模具法抽真空的同时加热熔融石英粉成形体，制造外径30英寸的石英玻璃柑埚时，在电弧总时间50射中在表1所示斜牛下进行加热熔融。观啶制造的石英玻璃柑埚的内部气泡。该气泡含有率的测定可利用例如如下方法，即用从光源供纟合的光照射作为被检测体的石英玻璃坩埚，将其利用光学照相机等图像摄取光学系统进行摄影、观察，基于该图像信息，实施二进制化(二値化)、包括四角形计算(四角形計算)、轮廓抽出(輪享鼬出)等图像处理，检查在内表面附近存在的气泡(参照日本特开平11—228283号)。将该结果与加热条件在表l中一同示出。如表1所示，禾,本发明的方法制造的实施例1实施例3的坩埚，内部气泡都大幅;^>0另一方面，不符合本发明的制造条件的比较例17的坩埚，坩埚的弯曲部及底部的内部气泡都显著增多，或者弯曲部的内部气泡显著多。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(注)密封熔融时间为密封熔融时间相对于自电弧开始至电弧结束的电弧总时间的比率(％)、密封厚度为直至脚埚内表面被密封所熔融的石英玻璃层厚(mm)，气泡含有率的单位为(％)。权利要求1、一种石英玻璃坩埚的制造方法，其为对充填在模具内面的石英粉成形体抽真空的同时，通过电弧电极的电弧放电将石英粉成形体熔融的坩埚的制造方法，其特征在于，从所述石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，其后，降下所述电弧电极或提起模具，对比所述石英粉成形体的所述缘端下侧的部分进行加热熔融。2、如权禾腰求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，从所述石英粉成形体的所述缘端开始石英粉的熔融，其后，依次加热石英粉成形体的壁部、弯曲部和底部，将石英粉成形体的内面旨面密封。3、如权利要求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在从电弧熔融开始到电弧总时间的10%以内的时间内，将石英粉成形体的内面整个面密封。4、如权利要求3所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，{體到石英粉成形体的内面整个面被密封所熔融的石英玻璃层的厚度为3mm以下。5、如权禾腰求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在开始熔l妙万述石英粉成形体的所述缘端的时刻，以沿模具的轴线方向的距离计，所述电极的下端位于比所述石英粉成形体的所述缘端高要制造的石英玻璃坩埚的口径的20150%的位置，在所述石英粉成形体的内面整个面上密封层形成结束的时刻，以沿模具的轴线方向的距离计，所述电极的下端位于比石英粉成形体的缘端低要制造的石英玻璃坩埚的口径的一3040%的位置。6、如权利要求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，从所述缘端熔融开始的时亥倒密封层形成结束的时亥啲所述电极和所述模具沿轴线方向的相对移动量为要制造的石英玻璃坩埚的口径的0100%。7、如权利要求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，从所述缘端熔融开始的时亥倒密封层形成结束的时刻的石英粉成形体的熔融厚度为0.05mm3mnu8、如权利要求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，,Af職端的熔融开始的时刻到密封层形成结束的时刻的时间为从缘端熔融开始的时刻到电弧放电结束的电弧总时间的0.01°/"10%。9、如权利要求1所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在制i^f述石英玻璃坩埚后，进一步具有使石英玻璃层的气泡中的气体脱气的加热工序。10、如权禾腰求9所述的石英玻璃坩埚的制造方法，其中，所述加热工序将电弧熔融工序后的石英玻璃柑埚在炉内在1600250(TC加热0.22.0小时。全文摘要本发明为石英玻璃坩埚的制造方法，其是对充填在模具内表面的石英粉成形体抽真空的同时进行电弧熔融的坩埚的制造方法，其特征在于，从石英粉成形体的缘端开始石英粉的熔融，其后，降下电弧电极或提起模具，从缘端加热熔融下侧部分，优选在从电弧熔融开始到电弧总时间的10％以内的时间内，将坩埚内表面密封，另外密封厚度为3mm以下。文档编号C03B20/00GK101624258SQ200810210328公开日2010年1月13日申请日期2008年7月10日优先权日2008年7月10日发明者岸弘史,神田稔申请人:日本超精石英株式会社