铸模及石英玻璃坩埚的制造方法与流程

本发明涉及一种用于制造石英玻璃坩埚的铸模(mold)，及使用了该铸模的石英玻璃坩埚的制造方法。

背景技术：

作为用于单晶硅提拉的石英玻璃坩埚的制造方法，已知有旋转模塑法。该方法为使沿着旋转的铸模的内表面而沉积的石英粉加热熔融，将其玻璃化并成型为坩埚的形状的方法(例如，专利文献1)。

旋转模塑法中，在将石英玻璃坩埚熔融之前，将石英粉成型为规定的形状，成型操作通过将石英粉喷在高速旋转的铸模直体部内表面并利用离心力使石英粉沉积在直体部而进行。

在石英粉成型体的成型初始阶段中，喷涂的石英粉在铸模内表面滑动，下落并沉积在铸模的小r部(是指直体部的正下方的r部，底部的曲面部(大r部)与直体部之间的部分)。石英粉积聚在沉积的石英粉上，一旦石英粉附在铸模直体部内表面，则之后喷涂的石英粉会变得不易滑落，因此可使石英粉附在目标位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-026609号公报

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

例如，在为仅将种类与基底层不同的石英原料粉成型在直体部外层的规定范围内的坩埚的情况下，需要回收沉积在小r部(直体部的正下方的r部)及规定范围外的直体部的石英粉。

由于所有回收的石英粉均被丢弃，因此存在附在规定范围外的石英粉越多，则规定范围的成型所需的石英粉的使用量越多，制造成本变得越大的问题。此外，还存在规定范围外的石英粉越多，则回收石英粉的时间越长，进而导致生产性下降的问题。

本发明鉴于上述情况而成，其目的在于提供一种铸模，其在用于通过旋转模塑法制造石英玻璃坩埚的铸模中，具有形成石英粉成型体时使石英粉不易滑落的内表面。

解决技术问题的技术手段

本发明为了解决上述技术问题而进行，本发明提供一种铸模，其用于通过旋转模塑法制造石英玻璃坩埚，所述铸模的特征在于，在所述铸模的内表面的至少直体部上具有相对于铸模旋转轴为同心圆形的多个槽，且该同心圆形的多个槽为不贯穿所述铸模的非贯穿槽。

由于本发明的铸模中存在上述槽，因此铸模的内表面成为沉积石英粉的形状。此外，由此，石英粉沉积在铸模内表面的槽中，石英粉的附着性变得良好。因此，能够抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落，由此可有效地使石英粉附在目标位置，能够减少原料粉的使用量。进一步，缩短了回收落在规定范围外的石英粉的作业时间，生产性得以提高。

此时，优选所述同心圆形的多个槽的宽度为0.3mm以上2.5mm以下，深度为0.2mm以上4mm以下，间距(pitch)为3mm以上20mm以下。

通过在铸模的内表面上形成这样的槽，能够更恰好地使石英粉沉积在铸模内表面的槽中，能够使石英粉的附着性变得更加良好。其结果，能够更有效地抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落。

此外，优选所述铸模的材质为不锈钢或碳。

通过使用这样的铸模的材质，能够制成更适合于制造石英玻璃坩埚的铸模。

此外，优选在所述铸模的直体部的整个内表面上形成所述同心圆形的多个槽。

如此，通过在铸模的直体部的整个内表面上形成槽，能够更适当地抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落。

此外，也可以在所述铸模的整个内表面上形成所述同心圆形的多个槽。

如此，即使在铸模的整个内表面上形成槽，也可获得本发明的效果。

此外，本发明提供一种石英玻璃坩埚的制造方法，其具有以下工序：一边使上述的任一铸模旋转，一边将石英粉喷在该旋转的铸模的内表面上，成型出由石英粉构成的规定形状的石英粉成型体的工序；将成型的所述石英粉成型体熔融而制作石英玻璃坩埚的工序，所述制造方法的特征在于，将所述石英粉喷在所述旋转的铸模的内表面上时，将所述石英粉喷在包含存在所述同心圆形的多个槽的部分的内表面上。

如上所述，本发明的铸模能够抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落，因此，若为使用了这种铸模的石英玻璃坩埚的制造方法，则可有效地使石英粉附在目标位置，能够减少原料粉的使用量。进一步，能够缩短回收落在规定范围外的石英粉的作业时间，提高生产性。

发明效果

由于本发明的铸模中存在槽，因此铸模的内表面成为沉积石英粉的形状。此外，由此，石英粉沉积在铸模内表面的槽中，石英粉的附着性变得良好。由于能够抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落，因此可有效地使石英粉附在目标位置，能够减少原料粉的使用量。进一步，缩短了回收落在规定范围外的石英粉的作业时间，生产性得以提高。

附图说明

图1为示出本发明的铸模的一个例子的图，(a)为截面示意图，(b)为俯视示意图。

图2为示出本发明的铸模的另一个例子的图，(a)为截面示意图，(b)为俯视示意图。

图3为对本发明的铸模的作用与以往的铸模的作用进行比较并进行说明的模式图。

图4为示意性地示出实验例中使用的、设置有进行了槽加工的不锈钢板的铸模的图，(a)为截面示意图，(b)为俯视示意图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明进行更具体的说明。

图1为示出本发明的铸模的一个例子的图。图1的(a)为铸模的截面示意图，图1的(b)为铸模的俯视图。铸模11为用于通过旋转模塑法制造石英玻璃坩埚的铸模。此外，铸模11在铸模11的内表面12的至少直体部上具有相对于铸模旋转轴15为同心圆形的多个槽13。在本发明的铸模11中，同心圆形的多个槽13必需为不贯穿铸模11的槽(非贯穿槽)。

优选同心圆形的多个槽13的槽的宽度为0.3mm以上2.5mm以下。此外，优选同心圆形的多个槽13的深度为0.2mm以上4mm以下。此外，优选同心圆形的多个槽13的间距为3mm以上20mm以下。通过制成这样的槽，能够更恰好地使石英粉沉积在铸模内表面的槽中，能够使石英粉的附着性变得更加良好。此外，更优选将各槽的宽度的下限设为0.5mm以上，更优选将上限设为2.0mm以下。

优选如上所述地将各槽的深度设为0.2mm以上，更优选设为0.3mm以上。通过将同心圆形的多个槽13的深度设为4mm以下，能够更恰好地使石英粉沉积在铸模内表面的槽中。更优选将同心圆形的多个槽13的深度设为1.5mm以下。若槽的深度为4mm以下，则可将使用铸模制造石英玻璃坩埚时的坩埚外表面的形状也设定在可毫无问题地作为坩埚而进行使用的范围内。另外，能够根据铸模的材质等条件确定槽的深度的范围。例如，当铸模的材质为不锈钢时，能够将2.5mm作为槽深度的上限。当其为不锈钢的铸模时，若铸模厚度变厚，则制造成本上升。因此，对于不锈钢的铸模而言，当铸模本身的厚度为6mm时，优选将深度设为2.5mm以下的深度。此外，例如，当铸模的材质为碳时，由于铸模本身的厚度可以较厚，因此优选如上所述地将厚度的上限设为4mm。

此外，更优选将各槽的间距的上限设为15mm以下。关于各槽的间距的下限，只要可稳定地形成槽即可，优选如上所述地设为3mm以上。另外，槽间距当然必需大于槽宽度。

同心圆形的多个槽13的各槽的截面形状没有特别限定，例如，可以为v槽、圆槽、方槽中的任意一种。从加工难易度的角度出发，优选制成v槽。

成为原料的石英粉的粒径通常为50μm以上300μm以下。具有这样的粒径的石英粉容易沉积在具有上述宽度、深度、间距的同心圆形的槽中。另外，即使为粒径在此范围以外的石英粉，也可应用本发明的铸模。

图1示出了在铸模11的直体部的整个内表面12上形成有同心圆形的多个槽13的例子，但只要在铸模11的内表面12的至少直体部的一部分上形成同心圆形的多个槽13，就能够获得抑制铸模的内表面上的石英粉的滑落这一本发明的效果。特别是，只要在要应用特定的原料粉的位置上形成槽13即可。

图2示出了本发明的铸模的另一个例子的图。图2的(a)为铸模的截面示意图，图2的(b)为铸模的俯视图。图2示出了在铸模21的整个内表面22上形成相对于铸模旋转轴25为同心圆形的多个槽23的例子。

在本发明的铸模中，铸模的材质优选为不锈钢或碳。通过使用这样的铸模的材质，能够制成更适合于制造石英玻璃坩埚的铸模。当使用碳制的铸模时，能够从外侧进行抽吸从而在减压状态下使用。即使在这样的情况下，对于本发明的铸模而言，作为同心圆形的多个槽13、23的槽的形状也必需形成为非贯穿槽。

此外，本发明提供一种石英玻璃坩埚的制造方法。该方法为具有以下工序的石英玻璃坩埚的制造方法：一边使铸模11、21旋转，一边将石英粉喷在该旋转的铸模11、21的内表面12、22，成型出由石英粉构成的规定形状的石英粉成型体的工序；将成型的石英粉成型体熔融而制作石英玻璃坩埚的工序。将石英粉喷在旋转的铸模11、21的内表面12、22上时，将石英粉喷在包含存在同心圆形的多个槽13、23的部分的内表面上。

图3示出了对本发明的铸模的作用与以往的铸模的作用进行比较并进行说明的模式图。图3的(a)、(b)为使用了以往的铸模的例子，图3的(c)、(d)为使用了本发明的铸模的例子。另外，为了便于看图而示意性地示出了槽的形状及间距，但其并不一定反应实际的尺寸。如图3的(a)、(b)所示，对于以往的铸模而言，由原料粉供给管将石英粉喷在铸模内表面上时，由于未进行槽加工，因此石英粉滑动，附粉性(石英粉在铸模内表面上的附着性)差，沉积在小r部(直体部的正下方的r部)的石英粉多。与此不同，如图3的(c)、(d)所示，石英粉沉积于本发明的实施了槽加工的铸模的槽中，附粉性良好。因此，能够有效地将石英粉成型体成型在目标位置。

(实验例1～25、比较实验例1)

为了求出形成在铸模的内表面上的槽的宽度、深度、间距的适宜范围，如图4所示，在具有32英寸(约81cm)的内径的以往的铸模41的内表面42上设置加工有槽48的不锈钢(sus)制的板47，并调查了其附粉状态。在各个实验例中，对表面光滑的不锈钢(sus)制(100mm×500mm×厚度5mm)的板进行槽加工。将形成在该不锈钢上的槽的槽宽度、槽深度、槽间距变更为表1所示，并调查附粉状态。比较实验例中，使用未进行槽加工的不锈钢板来调查附粉状态。

如图4所示，在铸模41的内表面42的直体部上贴附上述板47，通过与铸模41本身的附粉状态进行比较，判断槽宽度所造成的附粉状态的差异。考虑到槽形状的加工难易度，实施了v槽加工。槽加工中使用加工工具(切割刀片(バイト先端チップ))的尖端角度为55°与80°的两种加工工具，改变槽的深度。

表1中还示出了假设以各实验例、比较实验例的条件直接对铸模进行槽加工时的加工后壁厚(最薄部的壁厚)及直接对铸模进行槽加工时的壁厚比。将铸模本身的壁厚设为5mm。

(实验例26)

使用碳制的板以代替不锈钢制的板，进行与实验例1～25相同的实验。形成在该碳制的板上的槽的槽宽度、槽深度、槽间距如表1所示。

[表1]

由各实验例及比较实验例的结果可确认到，若槽宽度为0.3mm以上2.5mm以下、槽深度为0.2mm以上1.5mm以下(实验例1～16)，则附粉性良好。此外，槽宽度为0.2mm(实验例17、18)时，尽管效果稍弱，但附粉性比没有槽的情况(比较实验例1)良好。此外，可确认到使用了碳材料的实验例26的附粉性也同样良好。

槽深度大于1.5mm的实验例19(槽深度1.9mm)、20(槽深度12.3mm)中，附粉性本身特别良好。此外，将槽深度设为4.0mm的实验例24、将槽深度设为4.5mm的实验例25中，附粉性本身也良好(另外，由于使用了55°的工具，因此槽宽度分别成为4.5mm、5.0mm)。然而，若在实际的铸模的内表面上形成在实验例24、25中进行了实验的槽，则铸模强度可能会降低。即，如表1所示，当使用本身壁厚为5mm的铸模时，若制成这样的槽，则最薄部成为1.0mm、0.5mm，铸模的壁厚变得过薄。因此，需要增加铸模本身的厚度，例如必需确保最薄部的壁厚为2.5mm等。当铸模的材质为不锈钢时，若过度增加铸模本身的厚度，则成本过度增加，因此优选将槽深度的上限设为2.5mm。

另一方面，例如当使用碳制的铸模时，由于通常铸模本身的壁厚充分厚，因此槽深度可以超过2.5mm。但是，若如实验例25那样，铸模的槽深度超过4mm，则可能会因为在制造的坩埚外表面上形成与铸模的槽相对应的形状而造成不良影响。因此，优选将槽的深度设为4mm以下。另外，实验例24、25中用不锈钢板进行了实验，但就附粉性的提高这一点而言，用碳素材时也可得到相同的效果。

此外，在槽宽度为1.0mm、槽深度为0.6mm的条件下，将槽间距设为3mm(实验例8)、5mm(实验例9)、10mm(实验例10)、15mm(实验例11)、20mm(实验例12)，并比较槽的间隔所带来的附粉状态的差异。其结果，槽间距为3mm以上15mm以下(实验例8～11)时，附粉性良好。槽间距为20mm(实验例12)时，附粉程度稍稍低于实验例8～11，但比比较实验例1及实验例17、18良好。

实验例22中，在槽宽度为1.0mm、槽深度为0.6mm的条件下，将槽间距设为2.5mm。附粉性的结果特别良好，但与槽间距为3mm的实验例8没有较大的差异，可知槽间距只要为3mm以上就足以。

此外，实验例23中，在槽宽度为1.0mm、槽深度为0.6mm的条件下，将槽间距设为30mm，其结果，与实验例12相比，效果进一步变弱。但即使如此，附粉性也比没有槽的情况(比较实验例1)好。

使用以与槽间距为10mm、槽宽度为0.5mm(实验例5)、1.0mm(实验例7)、1.5mm(实验例13、14)、2.0mm(实验例15)、2.5mm(实验例16)相对应的条件进行了槽加工的铸模，将坩埚熔融，确认坩埚外观。其结果，槽宽度为0.5mm(实验例5)、1.0mm(实验例7)、1.5mm(实验例13、14)、2.0mm(实验例15)时没有问题。槽宽度为2.5mm(实验例16)时，在坩埚外表面上观察到了淡淡的条纹，但其为提拉单晶硅时不会造成大问题的程度。实验例21中虽将槽宽度设为2.7mm，但与槽宽度为2.5mm的实验例16没有较大的差异，可知槽宽度只要为2.5mm以下就足以。

实施例

以下，列举出本发明的实施例及比较例来进行进一步具体的说明，但本发明并不受这些实施例的限定，只要不脱离本发明的技术构思，则可进行各种变形。

(实施例1～5、比较例1)

使用以槽宽度0.5mm(实施例1)、1.0mm(实施例2)、1.5mm(实施例3)、2.0mm(实施例4)、2.5mm(实施例5)进行了槽加工的32英寸铸模，以使成型厚度为10mm的方式成型在直体部的规定范围(宽度250mm)内，比较因落在规定范围外而回收的石英粉的重量及回收时间。此外，对于未形成槽的以往的铸模(比较例1)，也以相同的方式比较因落在规定范围外而回收的石英粉的重量及回收时间。将结果示于表2。

实施例1～5中形成的槽的槽宽度、槽深度、槽间距分别相当于实验例5、10、14、15、16。此外，比较例1相当于比较实验例1。

[表2]

由表2可知，没有槽(比较例1)的情况下，回收的石英粉的重量平均为10.5kg，但在使用了带槽的铸模(实施例1～5)的情况下，减少了5kg左右。

此外，比较了附在规定范围外的石英粉的回收时间。其结果，由表2可知，没有槽(比较例1)的情况下，附在规定范围外的石英粉的回收平均花费19分钟，但槽宽度为0.5mm(实施例1)时，回收时间为10分钟，槽宽度为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm(实施例2～5)时，回收时间为8分钟左右。

另外，本发明不受上述实施方案限定。上述实施方案仅为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成、并发挥相同作用效果的技术方案均包含在本发明的保护范围内。