氧化硅玻璃坩埚的制造装置及其制造方法

专利名称：氧化硅玻璃坩埚的制造装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及氧化硅玻璃坩埚的制造装置及其制造方法，尤其涉及硅单晶提拉用氧化硅玻璃坩埚的制造中的内表面特性的控制技术。
背景技术：
在硅单晶的制造中，通常会采用使用氧化硅玻璃坩埚的切克劳斯基法(CZ法)。 氧化硅玻璃坩埚其内部可贮存熔化的多结晶原料的硅熔液，从而在旋转坩埚的同时将硅单晶的晶种浸渍到其内部的溶液中并慢慢进行提升，并将晶种作为核心生长硅单晶并进行提拉。这种氧化硅玻璃坩埚，具有包含多个气泡的外层与透明的内层所构成的2层结构，而内层的表面特性，即提拉单晶时与硅熔液接触的内表面的特性，将左右被提升的硅单晶的特性，并对最终的硅晶圆的收获率也产生影响。因此，作为氧化硅玻璃坩埚，用非晶质的合成氧化硅粉构成的合成氧化硅玻璃制造内层，用天然氧化硅玻璃制成外层的技术已被公知。然而，在现有技术中频繁发生如下问题。例如，用氧化硅玻璃坩埚熔化硅并提拉单晶时，硅熔液的液面上会发生波动，而难以实现适合的晶种浸渍进行的熔接，或者，发生单晶化被阻碍而导致的液面振动。而这种液面振动现象，随着硅结晶的大口径化，变得更容易发生，因此，改善氧化硅玻璃坩埚的内表面特性的要求非常强烈。另一方面，用于上述的CZ法中的氧化硅玻璃坩埚，首先，在模具内部堆积氧化硅粉而形成氧化硅粉层，之后，通过电弧放电来熔化氧化硅粉层，并进行冷却固化而获得。在这种氧化硅玻璃坩埚的制造工程中，熔化氧化硅粉层时，通过对氧化硅粉层的内面进行电弧放电来进行上述内面的冲洗处理，即所谓的火抛光。这里所说的火抛光是，通过电弧放电来熔化氧化硅粉而边形成氧化硅玻璃层，同时用电弧去除熔融原料内所产生的气泡等的去除处理。进行根据这种火抛光的处理，能够制造出内表面特性优越的氧化硅玻璃坩埚。然而，如图8所示，当使用形成为直线状的现有构成的电极来制造氧化硅玻璃坩埚的情况下，很难将来自多个电极113的电弧照射到氧化硅粉层111侧壁内面Illb的整体上。此时，在底部内面Illa中，虽然能够获得用火抛光均勻去除气泡的效果，但是在侧壁内面Illb中，仍存在难以实现气泡去除效果的部位。这时，如果来自形成为直线状的多个电极113的电弧放电直接照射到底部内面111a，则这些部位中的氧化硅粉层111会有效地被熔化。但是，如果采用了图8所示的现有结构的电极，则很难对氧化硅粉层111侧壁内面 Illb与弯曲面进行电弧的照射，甚至，难以给予辐射热。因此，在制造出的氧化硅玻璃坩埚的侧壁内面中，会出现产生在熔融原料内的气泡直接被固化而显露的部位，导致内表面的特性恶化的问题。而且，当使用侧壁内面发生特性缺陷的氧化硅玻璃坩埚，并根据上述的CZ法来提拉硅单晶的情况下，在坩埚内的缺陷部位中单晶化被阻碍，而发生成品率降低的大问题。而且，近几年，为了对应762 1016mm(30 40英寸)的大口径晶片，要求进行硅单晶的大口径化，与此相伴，也要求进行氧化硅玻璃坩埚的大型化。因此，在制造氧化硅玻璃坩埚的时，为了熔化氧化硅粉层，需要增加电力量，需要提高施加到电极上电力，同时，对于表面积广的氧化硅粉层的内表面整体，需要均勻地照射电极所放出的电弧。然而，随着氧化硅玻璃坩埚的大型化，坩埚内部的表面积会增大，因此，对侧壁内面整体进行均勻地照射变得更加困难。因此，根据火抛光来去除气泡的去除处理变得不完整，制造后的氧化硅玻璃坩埚的内表面特性发生显著的恶化。并且，如上所述，当使用具有内表面特性的缺陷的氧化硅玻璃坩埚来提拉硅单晶时，会发生硅单晶的生长不理想的问题。在氧化硅玻璃坩埚的制造工程中，为了防止内表面特性的缺陷，如专利文献1中记载的技术，通过去除从熔化的氧化硅粉原料中发生的氧化硅蒸汽来去除装置内发生的杂质等。而且，为了进一步提高氧化硅玻璃坩埚的内表面特性，如专利文献2，3中记载了将非晶质的合成氧化硅粉作为形成氧化硅玻璃坩埚的内表面的氧化硅粉的方法。[背景技术文献][专利文献]专利文献1 日本公开专利特开2002-1M894号公报专利文献2 日本授权专利特许第观11四0号公报专利文献3 日本授权专利特许第四33404号公报

发明内容
然而，即使根据上述专利文献1 3中的任何文献记载的技术，在氧化硅粉层的侧壁内面中难以去除熔融原料中产生的气泡等，而导致制造出的氧化硅玻璃坩埚的侧壁内面的特性发生局部恶化的问题。因此，利用专利文献1 3中记载的技术所获得的氧化硅玻璃坩埚来制造硅单晶时，出现了硅单晶的生长不理想的问题。鉴于上述课题，本发明提供了可实现如下目的的氧化硅玻璃坩埚的制造装置及氧化硅玻璃坩埚的制造方法。1.在氧化硅玻璃坩埚的制造工程的制造过程中，采用火抛光技术来可靠地去除在坩埚内的熔融原料中所产生的气泡等。2.尤其是，可靠地去除熔融的氧化硅粉层的侧壁内面中所产生的气泡等。3.防止氧化硅玻璃坩埚的内表面整体的特性降低，并提高其特性。4.降低产品特性偏差的发生，可进行稳定的质量管理。为了解决上述课题，本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，具备限定氧化硅玻璃坩埚外形的模具；以及，具备多个电极以及电力供给单元的电弧放电单元；其中，上述多个电极中的各个电极，具有朝向上述模具的前端部、作为上述前端部的相反侧端部的他端部， 以及设置于上述前端部和上述他端部之间的弯曲部。优选的，由上述前端部的轴线和上述他端部的轴线所构成的角度为90 175度。 更优选的，上述角度为90 150度。上述弯曲部也可以具有急剧弯折的弯折部。而且，可选的，上述多个电极的各个电极的他端部具有形成略呈多角形形状的配置。
优选的，本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置还包括变位控制单元，其对上述模具和上述电极之间的相对位置状态、上述模具的位置状态、上述电极的位置状态中的至少一个状态进行变位。优选的，上述变位控制单元至少进行水平方向移动、倾斜、旋转或者回转上述模具的动作，以及，在垂直相对位置上移动上述电极和上述模具的动作中的一种变位控制。还有，为了解决上述课题，本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法是使用上述制造装置的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，该方法包括将上述氧化硅粉放入模具内部形成氧化硅粉层的氧化硅粉供给工序；以及，用上述多个电极的电弧放电来熔化上述氧化硅粉层的电弧熔化工序；其中，在上述电弧熔化工序中，从上述多个电极的各个前端部对着上述氧化硅粉层进行电弧放电并熔化上述氧化硅粉层。优选的，在上述电弧熔化工序中，对上述模具和上述电极的相对位置状态、上述模具的位置状态、上述电极的位置状态中的至少一种状态进行变位，并对放入上述模具内的上述氧化硅粉层进行熔化。优选的，在上述电弧熔化工序中，至少进行水平方向移动、倾斜、旋转或者回转上述模具的动作，以及，在垂直相对位置上移动上述电极和上述模具的动作中的一种变位控制。由于在现有的氧化硅玻璃坩埚的制造装置中，电极是直线状的，因此未能将电极的前端部充分靠近到氧化硅粉层的侧壁内面上。在电极的前端部附近存在高温部，通过靠近该高温部来改善利用火抛光进行的气泡去除效率(去除熔融材料中产生的气泡等的效率)，然而在现有技术中，由于不能将电极的前端部充分靠近到氧化硅粉层的侧壁内面上， 因此去除侧壁内面中的气泡等的消除效率低。根据本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置， 由于电极具有弯曲部，因此能够将电极前端部的高温不充分地靠近到氧化硅粉层的侧壁内面上，由此改善侧壁内面的气泡去除效率。从而，根据本发明能够制造内表面特性，尤其是侧壁内面的特性优越的氧化硅玻璃坩埚。这里所说的氧化硅玻璃坩埚的内表面特性，意味着对在氧化硅玻璃坩埚中进行提拉的半导体单晶的特性产生影响的所有要因，特别是，包含是否与提拉时成为单晶原料的硅熔液接触或者因提拉过程中的溶损而与硅熔液接触的范围的坩埚内面侧的特性，以及， 对处于长时间加热状态的坩埚的强度产生影响的坩埚特性的要素。具体地说，所谓氧化硅玻璃坩埚的内表面特性是，把在坩埚的厚度方向以及沿坩埚内表面方向上的分布状态(均勻性，不均勻性)的气泡密度、气泡大小、杂质浓度、坩埚内表面形状的表面凹凸、玻璃化状态、OH基的含有量等为对象的要素。而且，氧化硅玻璃坩埚的内表面特性还意味着，是对坩埚厚度方向上的气泡分布以及气泡的大小分布、坩埚内表面附近的杂质分布、表面的凹凸， 以及除此之外的玻璃化状态、OH基的含有量以及这些坩埚高度方向上的不均勻等的分布状态等，在氧化硅玻璃坩埚中进行提拉而成的半导体单晶的特性产生影响的要因。根据本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，可将电极的前端部靠近到溶化的氧化硅粉层的侧壁内面，并根据上述理由，能够改善气泡去除效率。从而，根据本发明能够制造出内表面特性，特别是侧壁内面特性优越的氧化硅玻璃坩埚。在本发明的上述电弧熔化工序中，对上述模具和上述电极的相对位置状态、上述模具的位置状态、上述电极的位置状态中的至少一种状态进行变位，并对放入上述模具内的上述氧化硅粉层进行熔化，以此针对氧化硅粉层的侧壁内面能够更均勻地进行电弧放电，并且能够用火抛光可靠地去除熔融材料中产生的气泡等。而且，在本发明中的上述电弧熔融工序中，通过至少进行水平方向移动、倾斜、旋转或者回转上述模具的动作，以及，在垂直相对位置上移动上述电极和上述模具的动作中的至少一种变位控制，如上所述，能够针对氧化硅粉层的侧壁内面进行更均勻的电弧放电， 并且能够用火抛光可靠地去除熔融材料中产生的气泡等。另外，作为氧化硅粉，针对内层可主要使用合成氧化硅粉，针对外层可使用天然氧化硅粉。这里所谓的合成氧化硅粉，是指由合成氧化硅而成的物质。合成氧化硅是化学性地合成·制造的原料。合成氧化硅粉是非晶质的。由于合成氧化硅的原料是气体或液体的， 因此能容易地进行精制，而且合成氧化硅粉的纯度能比天然氧化硅粉的纯度更高。作为合成氧化硅的原料，有四氯化碳等气体的原料来源和如硅醇盐的液体的原料来源。合成氧化硅玻璃，可以把全部杂质控制到0. Ippm以下。在合成氧化硅粉内，根据溶胶-凝胶法而成的物质中，残留有经醇盐的加水分解生成的50 IOOppm的硅烷醇。在四氯化碳作为原料的合成氧化硅中，可以将硅烷醇控制在0 IOOOppm的广范围内，但通常其中会含有IOOppm左右以上的氯。把醇盐作为原料的情况下，能轻易获得不含有氯的合成氧化硅。而且如述所述，根据溶胶-凝胶法而成的合成氧化硅粉在熔融前含有50 IOOppm左右的硅烷醇。若对其进行真空熔融，则会发生硅烷醇的脱离，而所获得的合成氧化硅玻璃的硅烷醇会减少到5 30ppm左右。此外，硅烷醇量根据熔融温度，升温温度等的熔融条件的不同而不同。在相同条件下熔化天然氧化硅粉而获得的天然氧化硅玻璃的硅烷醇量不满50ppm。通常，比起熔化天然氧化硅粉而获得的天然氧化硅玻璃，合成氧化硅玻璃在高温下的粘度更低。作为其原因之一，硅烷醇或卤素切断SiO4四面体的网眼结构。对熔化合成氧化硅粉所获得的玻璃进行光透射率的测量，发现其易于透过波长200nm左右为止的紫外线，从而可以认为其具有与把紫外线光学用途的四氯化碳作为原料的合成氧化硅玻璃相近的特性。在熔化合成氧化硅粉所获得的玻璃中，对用波长为M5nm的紫外线激发所获得的荧光光谱进行测量，但未能发现如天然氧化硅粉的熔化物质的荧光光谱。而且，所谓的天然氧化硅粉是指由天然氧化硅而成的物质。所谓天然氧化硅是挖出自然界中存在的石英原石，并经过破碎·精制等的工序所获得的氧化硅。天然氧化硅粉由α-石英的结晶所形成。天然氧化硅粉中含有Ippm以上的Al、Ti。而且，其他金属杂质的含量也比合成氧化硅粉高。天然氧化硅粉几乎不含硅烷醇。熔化天然氧化硅粉所获得的天然氧化硅玻璃的硅烷醇量小于50ppm。对从天然氧化硅粉中获得的玻璃进行光透射率的测量，由于作为主要的杂质含有约Ippm的Ti，因此在波长为250nm以下时会急剧地降低透射率，在波长为200nm下几乎不发生透射。而且，在M5nm附近发现了因缺氧缺陷所导致的峰值吸收。而且，在天然氧化硅粉的熔融物质中，对用波长M5nm的紫外线激发所获得的荧光光谱进行测量，则在280nm和390nm上观测到了荧光峰值。这些荧光峰值是因玻璃中的缺氧缺陷所导致的。通过测量所含有的杂质浓度、硅烷醇量的差异，或是测量光透射率、对用波长M5nm的紫外线激发所得的荧光光谱进行测量，能够判断玻璃的原料是天然氧化硅还是合成氧化硅。
在本发明中，作为原料使用了氧化硅粉，所使用的氧化硅粉既可以是合成氧化硅粉，也可以是天然氧化硅。天然氧化硅粉可以是石英粉，也可以是水晶，硅砂等作为氧化硅玻璃坩埚的原材料而周知的材料。并且，氧化硅粉可以有结晶状态、非结晶状态、玻璃状态。根据本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法制造出的氧化硅玻璃坩埚，其形成为内部可以贮存硅熔液的上部开口的碗状结构，并由大致呈圆筒形状的侧壁，连接于侧壁下部的弯曲部，以及连接弯曲部的周边并闭合坩埚下部的底部所形成。而且，氧化硅玻璃坩埚的内表面也被分为底部和壁部和弯曲部的3个区域，其中，弯曲部位于例如形成为圆筒形状的壁部与具有一定曲率半径的底部之间，并光滑地连接这些的部分。换句话说，沿着坩埚内表面从底部向着开口部上端，从设置在底部上的曲率半径开始变化的部分到成为壁部的曲率半径(圆筒形状时为无限大)的部分为止是弯曲部。发明效果根据本发明，从分别具有弯曲部多个电极的各个前端部，向着形成在模具的内表面上的氧化硅粉层进行电弧放电，因此，可以在将电极的前端部的靠近侧壁内面的状态下进行电弧放电。根据这种结构，温度较高的前端部会靠近侧壁内面，从而改善利用火抛光进行的气泡去除效率，能够制造出具有优越的内表面特性，特别是侧壁内面特性的氧化硅玻璃坩埚。而且，使用本发明所提供的氧化硅玻璃坩埚提拉硅单晶，而制造出硅单晶锭的情况下，抑制了结晶缺陷，从而获得具有优良结晶性的硅单晶。


图1是说明本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置的一实施方式的主视图。图2是表示图1中的碳电极的详细结构的立体图。图3是表示图2中的碳电极的其他类型的详细结构的立体图。图4是表示图1中的模具的详细结构的主视图。图5是涉及本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法的一实施方式相关的，表示各工程的流程图。图6是在本发明的实施方式中，表示氧化硅玻璃坩埚内面中的气泡分布的照片。图7是表示现有技术中的氧化硅玻璃坩埚内面中的气泡分布的照片。图8是说明现有技术中的氧化硅玻璃坩埚的制造装置的主视图。
具体实施例方式以下，参照

涉及本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置以及氧化硅玻璃坩埚的制造方法的一实施方式。图1是表示本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造装置1的正面图。另外，在以下说明中所参照的附图中示出的各部的大小、厚度、尺寸等，仅为示意，与实际的尺寸关系无关。利用本发明所涉及的氧化硅玻璃坩埚的制造装置1以及根据氧化硅玻璃坩埚的制造方法所制造的氧化硅玻璃坩埚50，在其内部放入熔化硅多结晶原料而得的硅熔液，对其进行旋转，同时将硅单晶的晶种浸入到坩埚中并徐徐提升，以晶种为中心进行硅单晶的生长并提拉时被使用。
(氧化硅玻璃坩埚的制造装置)1-1.整体结构如图1所示，根据本实施方式的氧化硅玻璃坩埚制造装置1，可通过未图示的旋转单元进行旋转，该装置具备可限定氧化硅玻璃坩埚的外形的模具10，在模具10的内表面堆积氧化硅粉并形成氧化硅粉层11。该模具10内表面上形成有与其贯通的多个通气口 12， 该通气口 12连接到未图示的减压单元上，可以对形成有氧化硅粉层11的模具10内部进行减压。而且，模具10上侧位置上设置有连接在电力供给单元40上的碳电极13，并可以用此来加热氧化硅粉层11。由多个碳电极13以及对其提供电力的电力供给单元40构成电弧放电单元。氧化硅玻璃坩埚制造装置1是，在300kVA 12000kVA的输出范围内，通过用多个碳电极13的电弧放电来加热熔化非导电性对象物(氧化硅粉)的高输出的装置。而且，由电力供给单元40向碳电极13提供的电力，可以用后述的变位控制单元35来进行控制。1-2.碳电极 13其次，参照图2说明碳电极13。图2是表示碳电极13的详细结构的立体图。多个碳电极13各自分别具有前端部13a和，作为前端部13a的相反侧端部的他端部13b。前端部13a朝向模具10而设。前端部13a和他端部1 之间设有弯曲部13a。弯曲部13a可以是具有较大曲率的弯曲部(参照图2)，也可以具有急剧弯折的弯折部13d(参照图3)。由于碳电极13具有弯曲部13a，因此他端部13b中的轴线Jl和前端部13a中的轴线J2不重合。由轴线Jl和轴线J2构成的角度，例如为90 175度。这个角度例如可以是90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、170度、175度，也可以是这些所列举的任意2个角度之间的角度。另外，把弯曲部13a的，靠近他端部13b的一侧部分称为基部13c。基部13c的轴线和他端部13b的轴线相重合，即都是轴线Jl。基部13c和前端部13a之间的弯曲部13a 的长度，例如是 100 1100mm。这个长度，可以是 100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、 700mm、800mm、900mm、1000mm、1100mm，也可以是这些所列举的任意2个长度之间的长度。由于碳电极13具有弯曲部13a，碳电极13前端部13a偏离模具10的中心而偏向模具的10内侧侧面方向。因此，多个碳电极13的各自的前端部13a对模具10内的氧化硅粉层11进行电弧放电的加热熔化时，不仅加热垂直下方的底部内面11a，对侧壁内面lib也能进行均勻的加热。也就是说，氧化硅玻璃坩埚的制造装置1能够对自氧化硅粉层11的底部内面Ila到侧壁内面lib的部分进行均勻地加热。并且，虽然碳电极13前端部13a的温度比较高，但由于在本实施方式中，可以将该前端部13a充分靠近侧壁内面lib而设，从而能够用火抛光来有效地去除电弧融化氧化硅粉层时产生的气泡等。具有弯曲部13a的碳电极13，重复进行电弧放电而被消耗，由此基部13c和前端部 13a之间的角度变小而逐渐接近直线状。这样，通过放电使用而消耗碳电极时，例如，由基部的轴线和前端部的轴线所成的角度脱离本实施方式规定的范围时，进行电极交换即可。而且在本实施方式中，例如，针对基部13c可以自如地进行弯曲部13a的装卸，尤其是，可以只更换消耗严重的前端侧的弯曲部13a。具有这种结构时，与更换整个碳电极相比，能大幅度削减更换时间、运转成本以及制造成本等。碳电极13例如是可进行交流3相(R相，S相，T相)的电弧放电的各具有相同形状的电极棒。各个碳电极13中，基部13c和前端部13a之间的弯曲部13a，形成为具有规定曲率半径R(R1，R2，R3)的弯曲形状。该弯曲部13a的曲率半径R处于450 1500mm的范围内为宜。图3所示，碳电极13弯曲部13a也可以发生急剧弯折的弯折部13d。弯折部的个数，可以是1个也可以是2个以上。从前端部13a到弯折部13d的长度，例如是100 1100mm。该长度可以是 100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、 1000mm、1100mm，也可以是这些所列举的任意2个长度之间的长度。如果有多个弯折部时， 该长度意味着到最靠近他端部13b的弯折部分为止的长度。而且，在本实施方式中，如图2所示，碳电极13还可以配置在各自的他端部1 大致形成三角形的位置上。而且，各个碳电极13的他端部1 也可以形成多角形，例如4角形、6角形、8角形、9角形、12角形、15角形、16角形，并各种情况分别具有对应数量的碳电极。这个情况下，在具有2相交流4根电极、2相交流6根电极、2相交流8根电极、2相交流 10根电极、3相交流3根电极、3相交流6根电极、3相交流9根电极、3相交流12根电极、3 相交流15根电极、4相交流4根电极、4相交流8根电极、4相交流12根电极或者4相交流 16根电极中的，任意的电极结构的同时，可以将相邻的电极配置成环状，使得交流电流的相位差θ的绝对值处于90° ( θ <180°的范围内。另外，电极的数量、配置状态、供给电力的方式等，并不局限于上述说明，可以采用其他的结构。作为电极结构(电极位置关系)的一个例子，对3相交流电6根电极进行说明。在此例中，对于3相交流电使用了 6根电极，与各个碳电极13的他端部13b相对应的部分，例如具有俯视下形成El、E2、E3、E4、E5、E6的大致为6角形的配置。该3相6 根的电极结构中，相邻电极的前端部分互相以等间隔配设，并形成连接各电极前端而成的6 角形的环。相对3相交流电流相邻的电极具有120°的相位差，隔着环的中央部相对的电极互为同相。具体地说，各电极连接成在3相交流电流电极El为R相时，隔着环的中央部相对的电极E4同样成为R相，电极El两侧的电极E2成为T相，电极E6成为S相，电极E5成为T相。从而，电极El和电极E4，电极E2和电极E5，电极E3和电极E6分别互为同相，且互相对其他的电极为异相。在该电极结构中，对电极El来说，因其两侧的电极E2和电极E6因为是异相，因此在该两侧的电极之间形成有稳定的电弧，从而，形成了连接沿着坩埚内表面的互为相邻的电极的环状电弧。另一方面，由于隔着环的中央部而相对的电极El和电极E4是同相，因此不会形成横切换的中央部的电弧，从而能够避免对坩埚中央部进行过度的加热。而且，即使为了扩大上述电极结构的加热范围而加大相邻电极之间的距离，由于电弧会对互相最为邻近的电子之间进行连接，因此也难以切断电弧，从而能够维持稳定的电弧。另外，在本实施方式中，所谓沿着坩埚内表的面的环状的电弧，不限于插入到坩埚内侧的电极说形成的电弧，也包括位于坩埚开口部上方的电极所形成的，对坩埚内周面以同心状形成的电弧。优选的，本实施方式涉及的各个碳电极13，由粒子直径是0. 3mm以下的，优选的是 0. Imm以下的，更为优选的粒子直径是0. 05mm以下的高纯度碳粒子所形成。而且，碳电极 13是，其各自的密度是1. 30g/cm3 1. 80g/cm3,或是1. 30g/cm3 1. 70g/cm3时，配置为各相的碳电极13相互之间的密度差是0. 2g/cm3以下的，具有高均勻性的物质为宜。如以上所述，制造具有弯曲部13a的碳电极13时，例如可以采用如下要说明的方法。首先，作为碳电极13的材料，可以使用粒子是焦炭等的原料，例如，石炭类浙青焦炭和煤焦油浙青等的结合材料，例如，碳化了石炭类煤焦油浙青的混炼物。而且，使用这些材料，并根据射出成型或CIP成型等的方法，可以制造出全体形成为圆柱形状且前端部形成为尖细形状的碳电极。例如，在根据射出成型的碳电极的制造方法中，加热混炼被调整的碳质原料与结合材料而获得所希望的粒子直径，在130 200°C温度下对所得的混炼物进行射出成型， 进行烧结后，2600 310(TC温度下获得石墨化的石墨材料，之后对此材料进行加工，在 2000°C以上温度的加热条件下，用氯等的卤素类气体进行纯化处理。而且，在根据CIP成型的碳电极的制造方法中，对加热混炼被调整的碳质原料与结合材料而成的混炼物进行粉碎而获得所希望的粒子直径，之后对筛选所得的2次粒子进行CIP成型。接着，对成型物进行烧结，2600 310(TC温度下获得石墨化的石墨材料之后， 对此材料进行加工，在2000°C以上温度的加热条件下用氯等的卤素类气体进行纯化处理。1-3.变位移控制单元35本实施方式的氧化硅玻璃坩埚制造装置1具备变位控制单元35，其可以对模具10 与碳电极13之间的相对位置状态、模具10位置状态、碳电极13的位置状态中的至少一种状态进行变位。变位控制单元35，可以进行将模具10水平方向移动、倾斜、旋转或者回转的动作，或者，将碳电极13与模具10在垂直相对位置上移动的动作中的一种变位控制。
变位控制单元35具备例如由CPU等组成的运算处理部，其连接在电极位置设定单元20以及模具位置设定单元21上，电极位置设定单元20用于设定对模具10内的氧化硅粉层11的熔化状态等、制造中的各种特性进行检测的温度检测部等(未图示)以及碳电极 13的位置，根据温度检测部等的检测结果来控制电极位置设定单元20以及模具位置设定单元21，以此进行模具10与碳电极13的位置变位控制。根据该位置变位控制，可以对模具10的内面中的电弧火焰的照射位置进行变动，或者可以控制氧化硅玻璃的熔化状态。而且，变位控制单元35可以连接到电力供给单元40上，根据来自温度检测装置的检测结果来控制电力供给单元40向碳电极13供给的电力。1-3-1.电极位置设定单元20图1以及图2所示的碳电极13，通过连接在变位控制单元35上的电极位置设定单元20，可以如图中箭头符号T所示进行上下移动，从而可以进行高度方向位置H的设定。 而且，通过电极位置设定单元20，碳电极13可以进行宽度方向D的设定，由此，还能设定与模具10之间的高度以外的相对位置。而且，电极位置设定单元20以及电力供给单元40，分别被连接在变位控制单元35上。如图1所示，电极位置设定单元20具备图中未示出的，针对碳电极13可设定地支撑其宽度方向D的位置的支撑部、可将该支撑部沿水平方向移动的水平移动单元、以及，将多个支撑部以及水平移动单元作为一体沿上下方向移动上下移动单元。在上述的支撑部中，碳电极13可转动地被支撑在角度设定轴(未图示)的周围，并进行旋转或回转的同时， 可以对放入模具10内的氧化硅粉层11的底部内面Ila和侧壁内面lib的整个面进行均勻的电弧放电。而且，电极位置设定单元20通过上下移动单元(未图示)对支持部的高度位置进行控制，从而能对位于碳电极13的前端部13a上的氧化硅粉层11的上端位置(模具10开口 10A)的高度位置H进行控制。1-3-2.模具位置设定单元21其次，参照图4来说明模具位置设定单元21。图4是表示涉及本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造装置中的模具10以及模具位置设定单元21的正面图。如图4所示，模具10通过连接在变位控制单元35上的模具位置设定单元21并借助工作轴22，进行水平方向移动(图中的箭头符号Y所示方向)、倾斜(图中的箭头符号F 所示方向)的动作，此外还进行旋转(图中的箭头符号R所示方向)或回转(图中箭形符号S方向)动作。并且，氧化硅玻璃坩埚制造装置1，如图4中的箭头符号X所示，可以在垂直相对的位置上移动碳电极13(参照图1以及图2、和模具10。模具位置设定单元21基于上述温度检测装置等的检测结果而被控制，可在上述各种动作方向上移动模具10。如图1以及图4所示，模具位置设定单元21是借助工作轴22将模具10沿各方向进行动作的单元，虽然省略了详细的图示，但是，在其内部装设有使工作轴22以及模具10 沿所希望的方向进行动作的电动机、凸轮机构、升降装置等。通过用本实施方式涉及的氧化硅玻璃坩埚的制造装置1来制造氧化硅玻璃坩埚 50，能够防止内表面，特别是侧壁内面50b的特性下降，并能逐次控制原料熔化状态及内表面状态。从而，能够减少产品特性的偏差发生，可进行稳定的质量控制，制造处内表面特性优越的的氧化硅玻璃坩埚50。2.氧化硅玻璃坩埚的制造方法接着，参照

使用了氧化硅玻璃坩埚的制造装置1的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。本实施方式涉及的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，包括向模具10的内部供给氧化硅粉并形成氧化硅粉层11的氧化硅粉供给工序；以及，用多跟碳电极13发出的电弧放电来熔化氧化硅粉层11的电弧熔化工序。其中，电弧熔化工序是，从多个碳电极13的各自的前端部13a向着氧化硅粉层11进行电弧放电而熔化氧化硅粉层11的方法。图5是表示本实施方式所涉及的氧化硅玻璃坩埚的制造方法的流程图。本实施方式涉及的氧化硅玻璃坩埚的制造方法是，使用了图1所示的氧化硅玻璃坩埚的制造装置1的旋转模具法，如图5所示，包括氧化硅粉供给工序Sl ；电极初期位置设定工序S2 ；模具初期位置设定工序S3 ；电弧熔化工序S4 ；冷却工序S5 ；取出工序S6 ；完成处理工序S7。首先，在氧化硅粉供给工序Sl中，将氧化硅粉堆积到模具10的内表面上，以此将氧化硅粉层11形成为所希望的形状，即形成为坩埚形状。该氧化硅粉层11，根据旋转模具 10时产生的离心力而被保持在模具10的内壁面上。其次，在电极初期位置设定工序S2中，如图1以及图2所示，用电极位置设定单元 20设定电极初期位置，使得各个碳电极13的前端部13a朝向模具10侧在下方具有顶点，而且，各自的轴线J维持合理角度的同时，在前端部13a互相接触。与此同时，通过设定从模具10的边缘到电极前端为止的高度尺寸即电极高度位置H，或是宽度方向D的位置，来设定模具-电极的相对位置状态的初期状态。其次，在模具初期位置设定工序S3中，如图1以及图4所示，通过模具位置设定单元21，设定模具10的初期状态，使得其以开口 IOA为上侧呈垂直状态。其次，在电弧熔化工序S4中，通过设定电极13的位置来用电弧放电单元加热被保持的氧化硅粉层11，同时经由减压道路12而减少模具10与氧化硅粉层11之间的压力，以此来熔化氧化硅粉层11并作为氧化硅玻璃层。而且，本实施方式涉及的电弧熔化工序S4，包括电力供给开始工序S41、电极位置调整工序S42、模具位置调整工序S43以及电力供给终止工序S44的各个子工序。其中，在电力供给开始工序S41中，如上所述，开始进行从电力供给单元40向碳电极13供给规定电力量的动作。另外，在此状态下，不进行电弧放电。在电极位置调整工序S42中，如上所述，通过电极位置设定单元20，在使各个前端部13a处于朝向模具10侧在下方具有顶点的状态下，扩大各个前端部13a之间间隔。与此同时，在各个碳电极13之间开始进行放电。此时，通过电力供给单元40来控制电力的供给动作，使得各个碳电极13的电力密度达到如40kVA/cm2 1700kVA/cm2范围。并且，通过电极位置设定单元20来设定模具-电极之间的相对位置状态，使得满足作为熔化氧化硅粉层 11所需的热源的条件。另外，本实施方式中所称的电力密度是，在电极中，对正交于电极中心轴的电极截面中的每单位截面积供给的电力量。具体是，在从电极前端起轴方向的长度为15 25mm左右，优选为20mm的位置中，对于正交于电极中心轴的电极的截面积，提供到1根电极上的电力的比例，即，由表达式“供给的电力量(kVA)/电极截面积(cm2)”表示。更为具体地，设定上述范围时，在20mm的位置中，优选的电极直径尺寸是Φ 20 40mm，更为优选的是Φ 25 35mm，最为优选的是Φ 30mm。在模具位置调整工序S43中，基于上述温度检测装置等，以及其他的输入单元(未图示)等的设定，进行模具位置设定单元21以及电极位置设定单元20的动作控制。本实施方式中，基于上述检测信号或设定信号等，并通过变位控制单元35来变动模具10与碳电极 13之间的相对位置状态、模具10位置状态以及碳电极13的位置状态中的至少一种状态， 以此，对熔融的氧化硅粉层11的底部内面Ila以及侧壁内面lib的整体进行均勻的电弧照射。由此，根据火抛光的作用可以有效地去除氧化硅粉层11上产生的气泡等，从而对内表面特性进行控制使其处于良好的状态，同时，适宜地控制模具10内的氧化硅玻璃的熔融状态并制造氧化硅玻璃坩埚50。而且，可以通过变位控制单元35来适宜地控制向碳电极13 供给的电力，并制造氧化硅玻璃坩埚50。而且，在模具位置调整工序S43中，基于上述温度检测装置等，以及其他的输入单元(未图示)等的各种设定，如上所述并如图4所示，控制模具10优选进行水平方向移动 (图中箭头符号Y的方向)、倾斜(图中箭头符号F的方向)移动之外，还进行旋转(图中箭头符号R的方向)或回转(图中箭头符号S的方向)动作，或者，如箭头符号X的方向所示，在垂直相对位置上移动碳电极13与模具10的动作。由此，熔化提供到模具10内的氧化硅粉层11时，可以进一步可靠地去除熔融材料中产生的气泡等，从而控制内表面状态， 特别是侧壁内面50b具有良好的特性并制造氧化硅玻璃坩埚50。其次，在电力供给结束工序S44中，氧化硅粉层11熔融状态达到规定状态之后，停止由电力供给单元40进行的电力供给。通过以上所述的电弧熔化工序S4，对氧化硅粉层11进行熔化，并将其成形为氧化硅玻璃层51。其次，在冷却工序S5中，停止对电极13的电力供给之后，冷却氧化硅玻璃层51，并作为氧化硅玻璃坩埚50。其次，在取出工序S6中，从模具10中取出形成的氧化硅玻璃坩埚半成品52。其后，在完成处理工序S7中，进行将高压水喷射到外周面上而进行的珩磨处理、 将坩埚高度尺寸调整为规定状态的开口缘部切割处理、对坩埚内表面进行的HF处理等冲洗处理，以此能够制造出氧化硅玻璃坩埚50。本实施方式中，在上述的电弧熔化工序S4中，使用各自具有弯曲部13a的多个碳电极13来熔化模具10内的氧化硅粉层11。此时，使用具有上述结构的碳电极13来进行电弧放电，因此能将温度较高的前端部13a的靠近侧壁内面lib的状态下进行电弧放电，从而能够提高根据火抛光去除气泡的效率，可以制造出具有优越的内表面特性的氧化硅玻璃坩埚50。并且，通过改变具有上述结构的碳电极13(或者模具10)位置，可以对熔化的氧化硅粉层11的整个内表面，特别是对侧壁内面lib均勻地进行电弧发射，从而可以更可靠地去除氧化硅粉层11中所产生的气泡等。此时，作为表示氧化硅玻璃坩埚50底部内面50a或侧壁内面50b等的表面特性的指标，可以采用在从表面到规定深度的部分中单位面积内的气泡含有率。这种情况下，例如可以采用如下方法。即，先通过比重测量来获得透明的内层与不透明的外层的气泡含有率之后，用光学显微镜对侧壁内面以及底部内面的各表面进行摄影，并用该光学显微镜照片来测量透明层中的气泡含有率。在本实施方式中所说明的气泡含有率是，在氧化硅玻璃坩埚的侧壁内面以及底部内面中，存在于一边为4mm的四方且深度方向上的Omm至0. 5mm范围内的，0. 05mm以上的气泡的体积比。因此，在利用本实施方式所提供的氧化硅玻璃坩埚50来提拉硅单晶，并制造硅单晶锭时，结晶缺陷被抑制而能获得结晶性优越的硅单晶。〈实施例〉以下，以具体实施例来详细说明本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置以及氧化硅玻璃坩埚的制造方法，当然，本发明并不局限于以下实施例。在本发明的实施方式中，按照以下所说明的各实施例以及比较例的条件，分别利用旋转模具法来制造了氧化硅玻璃坩埚。此时，使用了口径为868. 8mm(34. 2英寸)的模具，并使堆积到模具内表面上的氧化硅粉层的平均层厚达到^mm,由此制造出了口径为 812.8mm(32英寸)的氧化硅玻璃坩埚。而且，将熔化氧化硅粉层的通电时间设定为60min， 同样地，从通电开始经过60min后进行了氧化硅粉层的真空吸引。[实施例1 6]按照如表1所记载的条件，利用具有弯曲部的多个碳电极，且将这些碳电极配置成各自的前端部向着模具侧在下方具有顶点的结构，并电弧熔化堆积在模具内表面上的氧化硅粉层而实现玻璃化。此时，将电弧放电条件设定为表1中记载的条件，制造出了实施例 1 6所涉及的氧化硅玻璃坩埚。并且，在制造的氧化硅玻璃坩埚的内表面，即侧壁内面以及底部内面中的气泡含有率，通过以下说明的方法进行了测量。首先，根据比重测量来求得内层(透明层)和外层(不透明层)的气泡含有率。
接着，用光学显微镜对侧壁内面及底部内面的各表面进行摄影，以此测量了透明层中的气泡含有率，测量结果如表2所记载。在本实施方式中所说明的气泡含有率是，在氧化硅玻璃坩埚的侧壁内面以及底部内面中，存在于一边为4mm的四方且深度方向上的Omm至0. 5mm范围内的，0. 05mm以上的气泡的体积比。(1) ◎(优良)…平均直径为50μπι以上的气泡含有率不满0.2%，非常低。(2)〇(良)···平均直径为50 μπι以上的气泡含有率在0.2%以上且不满0.4%的
容许范围内。(3) X (有问题)…平均直径为50 μ m以上的气泡含有率是0. 4%以上，非常高。而且，利用制造出的氧化硅玻璃坩埚来提拉硅单晶锭，并调查被拉出的锭的单晶收获率，按照以下所示的基准进行判定，其结果被记载于表2中。(1) ◎(优良)…单晶收获率超过70%，显示出优越的结晶特性。(2)〇(良)…单晶收获率在50 70%的容许范围内。(3) X (有问题)…单晶收获率不满50%，结晶缺陷多。[比较例1 3]如图8所示，使用具有现有技术结构的直线状电极的装置，除了对形成于模具内的氧化硅粉层进行了电弧放电之外，按照与上述实施例1 6相同的步骤，制造了比较例 1 3的氧化硅玻璃坩埚。接着，按照与上述实施例1 6相同的步骤，测量氧化硅玻璃坩埚的侧壁内面以及底部内面中的气泡含有率，并根据相同于上述基准的基准进行判定，其结果被记载于表2 中。并且，与上述实施例1 6—样，制造了使用氧化硅玻璃坩埚提拉硅单晶，并调查被拉出的锭的单晶收获率，其结果被记载于表2中。S卩，表1是记载了上述各个实施例以及比较例中的氧化硅玻璃坩埚的制造条件的一览表，表2是记载其各个评价结果一览表。表1
权利要求
1.一种氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于具备限定氧化硅玻璃坩埚外形的模具；以及具备多个电极以及电力供给单元的电弧放电单元；其中，上述多个电极中的各个电极具有朝向上述模具的前端部、作为上述前端部的相反侧端部的他端部，以及设置于上述前端部和上述他端部之间的弯曲部。
2.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于由上述前端部的轴线和上述他端部的轴线所构成的角度为90 175度。
3.如权利要求2所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于 上述角度为90 150度。
4.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于 上述弯曲部的曲率半径为450 1500mm。
5.根据权利要求4所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于 上述弯曲部的长度为100 1100mm。
6.根据权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于 上述弯曲部具有急剧弯折的弯折部。
7.根据权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于 在上述多个电极中，各个电极的他端部配置成略多角形状。
8.根据权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于还包括变位控制单元，其对上述模具和上述电极之间的相对位置状态、上述模具的位置状态、上述电极的位置状态中的至少一种状态进行变位。
9.根据权利要求8所述的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，其特征在于上述变位控制单元进行使上述模具水平方向移动、倾斜、旋转或者回转的动作，或者，使上述电极和上述模具在垂直相对位置上移动的动作中的至少一种变位控制。
10.一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法，是使用权利要求1所述的装置制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法的特征在于包括将上述氧化硅粉放入模具内部形成氧化硅粉层的氧化硅粉供给工序；以及用上述多个电极的电弧放电来熔化上述氧化硅粉层的电弧熔化工序； 其中，在上述电弧熔化工序中，从上述多个电极的各个前端部对着上述氧化硅粉层进行电弧放电并熔化上述氧化硅粉层。
11.根据权利要求10所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于在上述电弧熔化工序中，对上述模具和上述电极的相对位置状态、上述模具的位置状态、上述电极的位置状态中的至少一种状态进行变位，同时对放入上述模具内的上述氧化硅粉层进行熔化。
12.根据权利要求11所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于在上述电弧熔化工序中，进行使上述模具水平方向移动、倾斜、旋转或者回转的动作，或者，使上述电极和上述模具在垂直相对位置上移动的动作中的至少一种变位控制。
全文摘要
在氧化硅玻璃坩埚的制造工程中，提供可防止内表面特性的降低的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，以及氧化硅玻璃坩埚的制造方法。本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，具备限定氧化硅玻璃坩埚的外形的模具，具有多个电极以及电力供给单元的电弧放电单元，上述多个电极各自分别具有朝向上述模具的前端部，作为该前端部的相反侧端部的他端部，以及设置与上述前端部与上述他端部之间的弯曲部。
文档编号C03B20/00GK102471126SQ20108003520
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月9日 优先权日2009年8月12日
发明者岸弘史, 藤田刚司, 铃木江梨子, 须藤俊明 申请人:日本超精石英株式会社