氧化硅玻璃坩埚的制造方法

专利名称：氧化硅玻璃坩埚的制造方法
技术领域：
本发明涉及适合用于单晶硅的提拉的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。
背景技术：
在单晶硅制造中采用使用氧化硅玻璃坩埚(以下，也有只称为“坩埚”)的切克劳斯基法(CZ法)。在CZ法中，在氧化硅玻璃坩埚内存积有熔化多晶硅原料的硅熔液。然后， 将单晶硅晶种浸渍在硅熔液并慢慢提拉，从而以晶种为核使单晶硅进行生长。在这种CZ法中使用的氧化硅玻璃坩埚，通过所谓旋转模具法，即，向旋转模具内供给氧化硅粉形成氧化硅粉层，并利用碳电极的电弧放电加热熔化该氧化硅粉层，来制造。 在旋转模具法中，用电弧放电加热的熔化部分成为高达超过2000°C的温度。此外，这样被制造的氧化硅玻璃坩埚，被做成为由含有许多气泡的外层和透明的内层构成的两层结构。在此，已知能提拉的单晶硅的特性受内层表面(单晶提拉时与硅熔液接触的内表面)的特性的影响，也给最终的硅晶片的收获率带来影响。具体来讲，例如，使用氧化硅玻璃坩埚来提拉单晶时，在硅熔液的液面产生波纹， 难以通过适当浸渍晶种而进行配种(seeding)。这时出现不能提拉单晶硅，或者，单晶化被妨碍的问题。这种现象被称作熔液面振动，随着最近的单晶硅的大口径化，变得越发容易发生。此外，已知这样的熔液面振动现象，与氧化硅玻璃坩埚的内表面的状态有关系。这样的情况作为背景，已知例如专利文献1所记载一样的对应。此外，对应于Φ300πιπι以上且Φ450πιπι左右的晶片，要求单晶硅大口径化，单晶的提拉时间也随之变得更长，坩埚内表面也与1400°C以上的硅熔液长时间接触。因此凸显出如下问题。S卩，若提拉操作被长时间化，则坩埚内表面与硅熔液的接触时间也被长时间化。其结果，坩埚内表面与硅熔液反应，坩埚内表面的表面位置或者在离表面浅的层发生结晶化， 使褐色的白硅石呈环状(以下称为褐色环)。该褐色环内不存在白硅石层或者即便存在也为非常薄的层，不过随着操作时间的经过，褐色环面积扩大，相互融合并继续生长，而最终侵蚀其中心部分，成为不规则的玻璃熔出面。微量玻璃片从这种玻璃熔出面脱落，容易使单晶硅发生位错，从而阻碍单晶提拉的成品率(收获率)。特别是，在生长用于制造Φ300πιπι以上大口径晶片的单晶硅时，需要操作超过100小时的CZ法，会使上述玻璃熔出面的出现明显化。这样的褐色环，可认为以玻璃表面细微的损伤、作为原料粉溶解残留物的晶质残留部分、玻璃结构的缺陷等为核心发生。因此，为减少褐色环的数量，可考虑保持坩埚内表面状态良好，或者为消除晶质残留成分而使坩埚制造工序中熔化原料粉末的时间为高温、 长时间化，或者如专利文献2、3所述，作为形成内表面的原料粉使用非晶质的合成粉。[现有技术文献][专利文献]专利文献1 日本公开专利特开2002-1Μ894号公报
专利文献2 日本专利第观11四0号公报专利文献3 日本专利第四33404号公报

发明内容
发明所要解决的问题然而，以往没有确立能生产率良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的技术，即，没有确立制造内表面的状态等被适当控制的氧化硅玻璃坩埚的技术。本发明鉴于上述情况而成，其课题在于提供内表面的状态(坩埚内表面特性)等的坩埚特性被适当控制的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。解决问题的技术手段本发明的发明人深入探讨的结果，发现加热熔化时的氧化硅粉层、电弧熔化时发生的烟尘(fume)、因电弧放电而产生的电弧火焰的温度，可通过适当设定辐射温度计的测量波长来准确地测量，并且发现在这些温度与氧化硅粉层加热熔化而得到的坩埚的特性之间有相关关系。而且，发明人发现内表面的状态等得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚，可通过适当控制氧化硅粉层加热熔化时的，氧化硅粉层、烟尘、电弧火焰中的一种以上的实际温度而制造。本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具内，通过多个碳电极进行的电弧放电加热熔化氧化硅粉层，从而制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法包括预备工序，对于选自由上述氧化硅粉层、电弧熔化时发生的烟尘、以及因上述电弧放电而产生的电弧火焰组成的群的一种以上，预先求出上述加热熔化时的最佳温度；温度测量工序，对于已求出上述最佳温度的选自上述群的一种以上，测量在上述加热熔化时的实际温度；以及温度控制工序，对于已测量上述实际温度的选自上述群的一种以上，控制上述实际温度以成为上述最佳温度。优选检测波长4. 8 5. 2 μ m的辐射能而测量上述氧化硅粉层、烟尘、电弧火焰的上述最佳温度及上述实际温度。上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度，优选为上述氧化硅粉层的内表面的温度。优选随时间先求出上述最佳温度，并且随时间控制上述实际温度。上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度，优选为相当于氧化硅玻璃坩埚的角部的部位的温度。根据本发明，由于能够控制氧化硅粉层、烟尘、电弧火焰中的至少一种为最佳温度，所以能适当控制氧化硅粉层的熔化状态。其结果，能制造例如内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。再者，所谓烟尘是指在加热熔化氧化硅粉层时，从氧化硅粉层表面产生的SiO蒸气固化、粉尘化后的物体。加热熔化氧化硅粉层时的烟尘的温度，与所得到的坩埚的特性之间有相关关系，这认为是因为烟尘的温度与火焰抛光的程度相关。此外，最佳温度是指从能够制造如下坩埚时的温度数据以经验得到的温度或者通过模拟等的计算方法求出的合适温度等，该坩埚具备能生产率良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的坩埚特性。此外，坩埚特性是指例如坩埚内表面的玻璃化状态、坩埚厚度方向的气泡分布及气泡的大小、OH基的含有量、杂质分布、表面的凹凸、这些在坩埚高度方向的分布状态等，是对用该氧化硅玻璃坩埚提拉的单晶硅的特性产生影响的主要原因。特别是，在23英寸(58. 4cm) 40英寸(116cm)的大口径坩埚中，熔化时内表面温度出现不均勻，其结果，有时在坩埚的内表面的状态产生面内分布。根据本发明，能控制烟尘或电弧火焰的实际温度成为各自最佳温度，其结果，能适当控制氧化硅粉层的熔化状态， 因此能防止发生这样的温度不均勻，制造出具有周方向均勻的内表面特性的氧化硅玻璃坩祸。在本发明中，检测波长4. 8 5. 2 μ m的辐射能而测量上述氧化硅粉层、烟尘、电弧火焰的上述最佳温度及上述实际温度，从而能准确地测量各温度。在本发明中，若上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度为上述氧化硅粉层的特别是内表面的温度，则能特别合适地制造对所制造的单晶硅的特性带来大的影响的坩埚的内表面的状态。在本发明中，在上述预备工序中先随时间求出上述最佳温度，在上述温度控制工序中，随时间控制上述实际温度，从而能够制造更加可靠、内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。在重要的时刻求出氧化硅粉层或烟尘或电弧火焰的最佳温度在，并在该时刻进行温度控制也可。在这种情况下，也能得到本发明效果。在本发明中，若上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度为与氧化硅玻璃坩埚的角部相当的部位的温度，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。坩埚的内表面被分为底部和壁部和角部这3个区域，角部意味着例如位于圆筒形的壁部与具有固定曲率半径的底部之间，使它们平滑地连接的部分。换句话说，从底部中心沿着坩埚内表面朝着开口部上端，在底部中被设定的曲率半径开始变化的部分到成为壁部的曲率半径(圆筒形的情况下无限大)的部分就是角部。本发明的发明人，在从氧化硅粉层的底部中心达到氧化硅粉层的开口部上端的径向上，如图3所示，对位置B、位置B-R、位置R、位置R-W、位置W1、位置W2这6处的内表面进行了温度测量。在此位置B是氧化硅粉层的底部中心(旋转轴上)。位置B-R是底部和角部的边界与位置B的中间附近。位置R是角部中与底部的边界附近的位置。位置R-W是角部中与壁部的边界附近的位置。位置Wl是角部和壁部的边界与开口部上端的中间附近。位置W2 是开口部上端附近。其结果，测量到的温度散乱、标准偏差大的，如图4所示，是位置R-W以及位置R。从该结果，可知对于角部先求出最佳温度，以使该部分成为该最佳温度的方式控制实际温度，从而能够更加精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。在角部，特别是在角部中的与壁部的边界附近，进行加热熔化时，因重力而熔化玻璃容易从壁部垂下，从底部因模具的旋转产生的离心力而熔化玻璃容易聚集，因此具有厚度尺寸相较于设定值变大的倾向。为此，对于角部特别是与壁部的边界附近的位置，先求出最佳温度，通过控制该部分的实际温度成为最佳温度，能够控制坩埚的厚度。再者，优选在控制氧化硅粉层的实际温度的情况下，对于氧化硅粉层的多个部位， 即2个部位以上，求出最佳温度，并控制实际温度。作为对象的部位的数量越增加，精度就越得到提高，不过会增加人工、成本。因而，作为对象的部位数量，要兼顾精度和人工、成本而决定。


图1是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置的一实施方式的示意主视图。图2是表示图1氧化硅玻璃坩埚制造装置所具备的碳电极的俯视图(a)、示意侧视图(b)。图3是表示氧化硅粉层的温度测量位置的示意图。图4是表示氧化硅粉层的温度测量位置的温度偏差的图表，其中有表示标准差的图表(a)，表示所测量的温度的图表(b)。图5是表示玻璃的光谱透射率和波长的关系的图表。图6是表示最佳温度对于与角部相当的部位的随时间变化的图表。图7是表示氧化硅玻璃坩埚制造方法的一实施方式的流程图。图8是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置的其他一实施方式的示意主视图。图9是表示本发明的氧化硅玻璃坩埚制造方法的一实施方式的碳电极的高度位置的变化的图表。
具体实施例方式以下，对于本发明的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，图示并详细说明适宜用于制造的氧化硅玻璃坩埚制造装置的一实施方式。图1是表示氧化硅玻璃坩埚制造装置1的一实施方式的示意主视图。该氧化硅玻璃坩埚制造装置1是在300kVA 12，OOOkVA的输出范围内，通过多个碳电极13，13，13的电弧放电，加热熔化由非导电性对象物的氧化硅粉末构成的氧化硅粉层11的高输出的装置。如图1所示，该氧化硅玻璃坩埚制造装置1具有模具10。模具10能通过未图示的旋转部进行旋转，规定氧化硅玻璃坩埚的外形。在该模具10内，作为原料粉末供给氧化硅粉末以既定厚度，从而形成由氧化硅粉末构成的氧化硅粉层11。此外，在该模具10的内部设有多个减压通路12，该减压通路12在其内表面开口的同时与未图示的减压单元连接，能使氧化硅粉层11内减压。在比模具10靠上侧的位置，设有与未图示的电力供给单元连接的碳电极13，13，13作为电弧放电单元，通过该碳电极13， 13，13的电弧放电产生电弧火焰，从而加热熔化氧化硅粉末的氧化硅粉层11。碳电极13，13，13为例如相同形状的电极棒，以进行交流3相(R相、S相、T相)的电弧放电，如图1和图2所示，以成为在下方具有顶点的倒三角锥状的方式，分别设为使各自的轴线13L呈角度θ 1 (例如120° )。电极的数量、配置状态、供给电力方式并不限于上述的构成，也能采用其他的构成。
此外，通过电极位置设定部20，如图中箭头T所示那样碳电极13，13，13能上下移动，并能设定电极前端部13a的高度位置(离氧化硅粉层11上端位置(模具开口上端位置)的高度位置)H。同时，根据电极位置设定部20使碳电极13，13，13的电极展开程度可变，并能如图中箭头D所示那样设定电极间距离D等，并且通过该电极位置设定部20，也能设定与模具10的高度以外的相对位置。具体而言，如图1所示，电极位置设定单元20包括能设定碳电极13，13，13的电极间距离D的方式支撑的支撑部21 ；能在水平方向移动该支撑部21的水平移动单元；以及能将多个支撑单元21 (即，各碳电极各自的支撑部)以及与所述水平移动单元一同沿上下方向移动的上下移动单元。在支撑部21中，具有电极旋转单元，该电极旋转单元以使碳电极13能绕角度设定轴22转动地被支撑，控制角度设定轴22的旋转角度。要调节碳电极13，13的电极间距离D 时，如图1中箭头T3所示，用电极旋转单元控制碳电极13的角度，并且如箭头T2所示，用水平移动单元控制支撑部21的水平位置。此外，用上下移动单元控制支撑部21的高度位置，从而能控制高度位置H。再者，在图中仅在左端的碳电极13示出支撑部21等，不过其他的电极也以同样的构成支撑，也能个别地控制各个碳电极13的高度。此外，碳电极13，13，13由粒径0. 3mm以下，优选为0. Imm以下，更优选为0. 05mm 以下的高纯度碳粒子形成，当其密度为1. 30g/cm3 1. 80g/cm3，优选为1. 30g/cm3 1. 70g/ cm3时，能使在电极各相配置的碳电极互相的密度差为0. 2g/cm3以下，具有高的均质性。氧化硅玻璃坩埚制造装置1具备温度测量单元，该温度测量单元测量以模具10加热熔化的氧化硅粉层11内表面的实际温度、电弧熔化时发生的SiO烟尘的实际温度、和因电弧放电而产生的电弧火焰的实际温度。在该例中，如图1所示，温度测量单元具有3台辐射温度计Caml Cam3，辐射温度计Caml能测量氧化硅粉层11内表面，辐射温度计Cam2能测量烟尘，辐射温度计Cam3能测量电弧火焰的温度。此外，氧化硅玻璃坩埚制造装置1具备温度控制单元，该温度控制单元控制各实际温度，以使由温度测量单元测量的各实际温度成为预先被输入的加热熔化时的各最佳温度。本实施方式中作为温度测量单元所具备的辐射温度计Caml Cam3，检测出来自测量对象的辐射能而测量温度。如图1所示，辐射温度计Caml Cam3配置在将进行电弧放电的炉内和炉外进行分离的间隔壁SS外侧。再者，辐射温度计Caml Cam3包括光学系统，该光学系统通过覆盖被设在间隔壁SS的窗部的过滤器F1，对来自测量对象的辐射能进行聚光；光谱单元，得到用该光学系统聚光的光谱；以及检测元件，从上述谱检测出关于测量对象的光。该辐射温度计与控制部连接，该控制部因该检测元件的模拟输出或设定单元的设定信号等必要的其他信号被输入而进行既定的运算并测量温度。S卩，辐射温度计Caml Cam3通过透镜等光学系统将来自氧化硅粉层11内表面、 烟尘、电弧火焰的各自辐射能光进行聚光，通过光谱单元来将与多个波长对应了的光的分光，检测单元检测该光的信号。
检测元件的模拟输出信号通过同步检测器按每个波长分离并由放大器放大，经由多频低分辨率的小比特的AD转换器输入到控制部(CPU)，从而进行既定的运算处理，能得到所希望的温度信号。该温度信号能输出到LCD显示器等显示单元，并且输出到氧化硅玻璃坩埚制造装置I的温度控制单元。然后，温度控制单元根据该信息实时地控制制造条件， 以使实际温度顺着预先输入的最佳熔化温度。
温度控制单元是控制氧化硅粉层11的内表面、烟尘、电弧火焰的实际温度的单元，与电极位置设定单元20连接。该例的温度控制单元，通过改变向碳电极13供给的电力、 碳电极13的位置状态、模具10与碳电极13的相对位置状态，模具10的位置状态的任意至少一种，控制氧化硅粉层11的内表面、烟尘、电弧火焰的实际温度。
在此，碳电极13，13，13的位置状态是指这些多个电极互相所成的角度即电极展开程度或电极前端部13a的水平方向分离状态或者电极前端部13a的高度方向分离状态、 以及作为由多个碳电极13，13，13形成的电弧火焰的喷出方向而被加以规定的电极中心方向的朝向等。
模具10与碳电极13，13，13的相对位置状态包含模具10的旋转轴方向与碳电极 13，13，13的中心方向的相对位置关系、以及模具10与被视为电弧发生位置的电极前端部 13a的相对高度位置关系(高度)、模具10与被视为电弧发生位置的电极前端部13a的相对水平方向位置关系(偏心等)。
此外，模具10的位置状态包含模具10的旋转轴的方向等。
以下，对于使用了该氧化硅玻璃坩埚制造装置I的氧化硅玻璃坩埚的制造方法进行说明。
首先，进行预备工序，即，对于氧化硅粉层11的内表面、电弧熔化时从氧化硅粉层 11发生的SiO烟尘、因电弧放电而产生的电弧火焰这3个，预先求出氧化硅粉层11加热熔化时的各最佳温度。
在这里最佳温度得自经验，或者通过模拟等的计算方法求出。例如，对于多个坩埚，用辐射温度计Caml Cam3取得在制造坩埚时的加热熔化时，氧化硅粉层11的内表面、 烟尘、电弧火焰随时间分别示出怎样的温度举动的温度数据。另一方面，用这样制造的多个坩埚的每一个，根据CZ法在1400°C以上高温提拉单晶硅。然后，从关于能用CZ法生产性良好且稳定地制造质量良好的单晶硅的坩埚的上述各温度数据，得自经验或通过计算方法决定氧化硅粉层11加热熔化时的氧化硅粉层11的内表面、烟尘、电弧火焰随时间的最佳温度。
对氧化硅粉层11的温度，特别是关于内表面的温度先求出最佳温度，由后续的温度控制工序控制该内表面的温度，这样就能特别适宜地控制对所制造的单晶硅的特性带来大的影响的坩埚的内表面的状态。
此外，作为先求出氧化硅粉层11的最佳温度的部位，若选择与氧化硅玻璃坩埚的角部相当的部位，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更精密地控制氧化硅粉层11的熔化状态。
如示出图3及图4而先说明的那样，经探讨发明人明确了角部是位于壁部和底部之间的部分，是在加热熔化时温度变动大的部位。为此，以角部为对象预先求出最佳温度， 并控制该部分的温度，以能顺着该最佳熔化温度，从而能进一步精密地控制坩埚的内表面等的状态。
此外，角部特别是角部中与壁部的边界附近，是在电弧熔化工序中，从壁部因重力而熔化部分容易下垂的部分，并且是从底部因离心力而熔化部分容易聚集的部分。因此，角部是厚度尺寸容易比设定值变大的部分。因此，关于该部位，根据预先求出最佳温度，并控制温度使之顺着最佳温度，从而还能特别控制坩埚的厚度尺寸。
再者，测量氧化硅粉层的温度的辐射温度计Caml最好测量温度范围为400 2800°C，此外，能够检测出波长4. 8 5. 2 y m的辐射能而测量温度。若测量温度范围为 400 2800°C，则能囊括氧化硅粉层11的加热熔化时的温度。在比上述的范围低的温度范围的情况下，该温度对坩埚特性带来的影响少，因此测量温度并求出最佳熔化温度几乎没有意义。另一方面，也可以设定比上述的范围高的范围作为测量范围，但认为现实中没有以那样的温度进行坩埚制造的情况。
此外，检测出波长4. 8 5. 2 y m的辐射能而测量温度时，能测量到更准确的温度。
图5是表不光谱透射率和波长的关系的图表,如该图表所不,认为从电弧放电中的碳电极13发生的CO2的吸收带波长为4. 2 4. 6 y m。因而，为了排除CO2的吸收对温度测量的影响，需要避开该波长范围。此外，可知为了测定测量对象的氧化硅玻璃的表面温度，需要使该氧化硅玻璃的透射率为O、波长为4. 8iim以上。此外，作为氧化硅玻璃坩埚制造的环境的大气中所包含的H2O的吸收带波长为5. 2 7. 8 y m，因此需要避开该波长范围。
从这些方面来看，优选检测出4. 8 5. 2 y m的辐射能而测量温度。
再者，该波长范围也可为4. 85,4. 90,4. 95,5. 00,5. 05,5. 10,5. 15、以及的 5. 20 um中任意2个值的范围内。
在测量烟尘的温度的辐射温度计Cam2中，并不特别限定测量温度范围，此外，优选为检测波长4. 8 5. 2 m的辐射能而测量温度。该波长范围也可为4. 85,4. 90,4. 95、 5. 00,5. 05,5. 10,5. 15、以及5. 20 y m的任意2个值的范围内。
烟尘的这样范围的波长的透射率大体上是O。此外，如果为这样范围的波长，就能回避上述那样的CO2的吸收带或H2O的吸收带。因而，通过检测出这样波长的辐射能，能准确测量烟尘的温度。
在测量电弧火焰的温度的辐射温度计Cam3中，并不特别限定测量温度范围，此外，优选为检测出波长4. 8 5. 2 m的辐射能而测量温度。该波长范围也可为4. 85、4. 90、4.95,5. 00,5. 05,5. 10,5. 15、以及5. 20 u m的任意2个值的范围内。
电弧火焰的这样范围的波长的透射率大体上是O。此外，如果为这样范围的波长， 就能回避上述那样的CO2的吸收带或H2O的吸收带。因而，通过检测出这样波长的辐射能， 能准确测量电弧火焰的温度。
图6是表示在本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造方法中，具体地说，对于与位置R-W相当的部位的内表面，在时刻t0开始电力供给(图7的S31)、在时刻t3停止电力供给(图7的S33)时的随时间的最佳熔化温度的图表。
在制造共计10个坩埚(口径914mm，36英寸)时分别取得与位置R-W相当的部位的加热熔化时随时间的温度数据，通过计算方法能从这些温度数据与利用所得到的各坩埚实际用CZ法提拉单晶硅时的成品率、最终的硅晶片的收获率等的关系，能得到该图表。
此外，在本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造方法中，在时刻t0开始电力供给(图7的S31)，在时刻t3停止电力供给(图7的S33)，作为表示此时的烟尘随时间的最佳温度的图表。
该图表是这样得到的，即，例如制造了共计10个坩埚(口径914mm，36英寸)时分别取得加热熔化氧化硅粉层时的烟尘随时间的温度数据，从这些温度数据和利用所得到的各坩埚实际用CZ法提拉单晶硅时的成品率或最终的硅晶片的收获率等的关系，通过计算方法来得到。
此外，在本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的制造方法中，在时刻t0开始电力供给 (图7的S31)，在时刻t3停止电力供给(图7的S33)，作为表示此时的电弧火焰随时间的最佳温度的图表。
该图表是这样得到的，即，例如制造了共计10个坩埚(口径914mm，36英寸)时分别取得加热熔化氧化硅粉层时的电弧火焰随时间的温度数据，从这些温度数据和利用所得到的各坩埚实际用CZ法提拉单晶硅时的成品率或最终的硅晶片的收获率等的关系，通过计算方法来得到。
此外，过滤器Fl优选由BaF2或CaF2构成。过滤器F，对于从坩埚内表面放射的波长范围的光而言的透射率高。因而，用于温度测量的光的强度不会降低。
因而，被用于温度测量的光的强度不降低。此外，BaF2*CaF2的透射率在8. Oiim 14 y m的波长范围降低，作为测量波长不用这样的波长，由此能更准确地测量温度。
再者，优选在氧化硅粉层11及烟尘的温度测量时，连接辐射温度计和测量点的观测线为离碳电极分离IOOmm的状态。藉此，降低在碳电极附近发生的来自电弧火焰的影响和电极辐射的影响，从而能提高温度测量的准确性。在这里若比上述的范围更接近电极，则温度测量的准确性降低，因此并不理想，此外，若从碳电极13超越坩埚半径地分离，则对于坩埚口径而言设定距离变大，在氧化硅粉层的测量中，将无法测量测量点的温度，或者来自被测量部分的辐射量降低，有辐射温度计的输出不足、不能进行准确的温度测量的倾向。
如上进行了预备工序之后，实际利用旋转模具法，制造坩埚。在图7示出制造工序的流程图。
具体来讲，首先，在氧化硅粉供给工序SI中，通过向模具10内表面沉积氧化硅粉， 形成氧化硅粉层11。由这样的氧化硅粉层11，因模具10旋转的离心力而被保持在模具10 的内壁面。
接着，在电极初始位置设定工序S2中，如图I、图2所示，通过电极位置设定单元 20设定电极初期位置，以使碳电极13，13，13维持顶点在下方这样的倒三角锥状，且使各自的轴线13L维持角度0 1，并在前端13a互相接触。同时，设定高度位置H、由碳电极13，13， 13形成的倒三角锥的中心轴的电极位置中心轴和模具10的旋转轴线的位置及角度组成的模具-电极相对位置状态的初始状态。
接着，在电弧熔化工序S3中，进行碳电极13的位置设定，并且用电弧放电单元加热熔化所保持的氧化硅粉层11，并且通过减压通路12进行减压，形成氧化硅玻璃层。
电弧熔化工序S3包括电力供给开始工序S31、电极位置调整工序S32、及电力供给结束工序S33。
在电力供给开始工序S31中，从未图示的电力供给单元，以上述那样设定的电力量开始向碳电极13，13，13供给电力。在该状态下，不发生电弧放电。
在电极位置调整工序S32中，通过电极位置设定单元20，使碳电极13，13，13维持下方有顶点这样的倒三角锥状，或者变更其角度，扩大电极间距离D。由此，在碳电极13，13 间随之开始产生放电。这时，通过电力供给单元控制供给电力，以使各碳电极13中的电力密度成为40kVA/cm2 1，700kVA/cm2。而且，通过电极位置设定单元20，在维持角度0 I的状态下，设定电极的高度位置H等模具10与碳电极13的相对位置状态，以满足作为对熔化氧化硅粉层11所必要的热源的条件。这样加热熔化氧化硅粉层11。
在电力供给结束工序S33中，氧化硅粉层11的熔化成为既定的状态之后，停止电力供给单元的电力供给。
通过该电弧熔化，能加热熔化氧化硅粉层11，制造氧化硅玻璃坩埚。
再者，在电弧熔化工序S3中，通过未图示的控制单元控制模具10的旋转状态。
然后，在本实施方式中，在这样的电弧熔化工序S3中，对于氧化硅粉层11的内表面(与角部相当的部位)、烟尘、电弧火焰，进行以下工序利用辐射温度计Caml Cam3随时间测量加热熔化氧化硅粉层11时的各实际温度的温度测量工序；以及随时间控制这些各实际温度，使之成为预备工序中所要求的各最佳熔化温度的温度控制工序。
具体来讲，根据最佳温度与实际温度的数据，温度控制单元通过改动向碳电极13 供给的电力、碳电极13的位置状态、模具10与碳电极13的相对位置状态、模具10的位置状态的任意至少一种，进行调整，以使各实际温度都成为最佳温度，并且加热熔化氧化硅粉层11。
藉此，能控制氧化硅粉层11的内表面、烟尘、电弧火焰为最佳温度，因此，能适当控制氧化硅粉层11的熔化状态，并且能加热熔化。其结果，能制造例如内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的制造氧化硅玻璃坩埚。
接着，在冷却工序S4中，冷却停止了电力供给之后的氧化硅玻璃坩埚。此后，在取出在工序S5中，从模具10取出氧化硅玻璃坩埚。此后，作为后工序S6，进行外周方面喷射高压水的珩磨处理、使坩埚高度尺寸成为既定状态的缘部切割处理、用氟酸等清洗坩埚内表面的清洗处理。
再者，在本实施方式中，将温度测量单元即辐射温度计置于电弧炉的间隔壁SS外侧，不过如图8所示，也可以收纳到设于间隔壁SS内侧的遮蔽体SSl内部(省略了辐射温度计Cam2、Cam3的图示)。这时在遮蔽体SSl上设有过滤器Fl。
如以上所述，依据这样的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，能控制氧化硅粉层11、烟尘、电弧火焰为最佳温度，因此，能适当控制氧化硅粉层11的熔化状态。其结果，能制造例如内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。再者，对于氧化硅粉层11、烟尘、电弧火焰中的一个或两个控制了实际温度时，得到本发明的效果。
此外，氧化硅粉层11、烟尘、电弧火焰的最佳温度及实际温度，通过检测出波长4.8 5. 2 y m的辐射能而测量，能准确测量各温度。
此外，氧化硅粉层11的最佳温度及实际温度为氧化硅粉层11内表面的温度时，能特别合适地控制对所制造的单晶硅的特性带来大的影响的坩埚的内表面的状态。
此外，在预备工序中，随时间先求出最佳温度，在温度控制工序中，随时间控制实际温度，能更可靠地制造内表面的状态等坩埚特性得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。
而且，若上述氧化硅粉层11的上述最佳温度及上述实际温度为与氧化硅玻璃坩埚的角部相当的部位的温度，则在氧化硅玻璃坩埚的制造中，能更精密地控制氧化硅粉层的熔化状态。
再者，作为氧化硅粉，对应于内面层能主要使用合成氧化硅粉，对应于外面层能使用天然氧化硅粉。在此合成氧化硅粉意味着由合成氧化硅构成。合成氧化硅是化学合成/ 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为气体或液体，能容易精制，合成氧化硅粉的纯度可比天然氧化硅粉高。作为合成氧化硅的原料，有四氯化硅等气体原料来源和如硅醇盐的液体原料来源。合成氧化硅粉能够将全部的金属杂质控制在0. Ippm 以下。
在使用溶胶-凝胶法时，合成氧化硅粉中残留50 IOOppm由加水分解醇盐而生成的硅烷醇。在以四氯化硅作为原料的合成氧化硅中，虽然能在0 IOOOppm的大范围内控制硅烷醇，不过通常包含IOOppm左右以上的氯。如果以醇盐为原料，能轻易制得不含氯的合成氧化硅。
使用溶胶-凝胶法制得的合成氧化硅粉如上所述在熔化前含有50 IOOppm左右的硅烷醇。若对此进行真空熔化会发生硅烷醇的脱离，而使制得的氧化硅玻璃的硅烷醇的含量降低至5 30ppm左右。另外，硅烷醇量根据熔化温度、升温温度等的熔化条件的不同而不同。在同等条件下熔化天然氧化硅粉而得的玻璃的硅烷醇量不足5ppm。
一般认为，在高温下合成氧化硅玻璃的粘度低于天然氧化硅玻璃。作为其原因之一，可列举为是因为硅烷醇、卤切断SiO4四面体的网眼结构。
合成氧化硅玻璃中，若测量光透射率，则其能良好地使波长至200nm左右的紫外线透过，可知其特性接近以用于紫外线光学用途的四氯化硅为原料的合成氧化硅玻璃。
在合成氧化硅玻璃中，若测量以波长245nm的紫外线激励而得的荧光光谱，则不会发现如天然氧化硅玻璃那样的荧光峰值。
所谓“天然氧化硅粉”是指由天然氧化硅构成的粉，所谓“天然氧化硅”是挖出自然界存在的石英原石，经过粉碎、精制等工序得到的原料，天然氧化硅粉由a -石英的结晶构成。天然氧化硅粉中包含Ippm以上的Al、Ti。此外对于其他金属杂质的水平也高于合成氧化硅粉。天然氧化硅粉几乎不含硅烷醇。天然氧化硅玻璃的硅烷醇含量为< 50ppm。
在天然氧化硅玻璃中，测量光透射率，由于主要作为杂质包含约Ippm的Ti而当波长成为250nm以下时透射率急剧降低，在波长200nm几乎不透过。此外，在245nm附近可观测到缺氧缺陷引起的吸收峰。
此外，在天然氧化硅玻璃中，测量由波长245nm的紫外线激励而得的荧光光谱，能在280nm和390nm观测到荧光峰值。这些荧光峰值起因于玻璃中的缺氧缺陷。
通过测量含有的杂质浓度、或测量硅烷醇量的不同或光透射率、测量以波长245nm 的紫外线激励而得的荧光光谱，能够辨别出玻璃材料是天然氧化硅还是合成氧化硅。
在本发明中，作为原料粉末使用氧化硅粉末，而氧化硅粉既可为合成氧化硅粉，也可为天然氧化硅粉。天然氧化硅粉，既可为石英粉，也可为水晶、硅砂等作为氧化硅玻璃坩埚原材料的已知材料的粉末。此外，氧化硅粉可以为结晶、非结晶、玻璃状态之中的任何一种。
以上，对于本发明的实施方式进行了描述，但这些是本发明的例示，也可采用上述以外各种各样的构成。此外，也可组合采用上述实施方式中记载的构成。CN 102531349 A
[实施例]
以下，通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于这些。
制造了口径为6IOmm (24英寸)的氧化硅玻璃坩埚。此时，用图I所示的电极位置设定部20，随时间如图9所示那样改变基准位置而设定电极前端部13a的高度位置H。BP, 从时刻t0到tl为高度位置Hl、从时刻t2到t3为高度位置H2，并且各高度位置设定为Hl > H2。
〈实施例1>
按上述的次序制造氧化硅玻璃坩埚，同时使用辐射温度计，对于与图3所示的位置R-W相当的部位的内表面，测量了电弧熔化中的温度。此时，进行了高度位置H的微调整，以及供给电力的微调整，以使测量温度如图6所示那样对于预先设定的最佳温度成为 ±15°C的容许范围。
〈实施例2>
在实施例I次序中，把温度测量部位改为烟尘，进行了高度位置H的微调整，以及供给电力的微调整，以使测量温度对于预先设定的烟尘随时间的最佳温度成为±15°C的容许范围。
〈实施例3>
在实施例I次序中，把温度测量部位改为电弧火焰，进行了高度位置H的微调整， 以及供给电力的微调整，以使测量温度对于预先设定的电弧火焰随时间的最佳温度成为 ±15°C的容许范围。
〈实施例4>
在实施例I次序中，同时测量电弧熔化中的烟尘的温度，并进行了高度位置H的微调整，以及供给电力的微调整，以使测量温度对于预先设定的烟尘随时间的最佳温度成为 ±15°C的容许范围。
〈实施例5>
在实施例I次序中，同时测量电弧火焰的温度，并进行了高度位置H的微调整， 以及供给电力的微调整，以使测量温度对于预先设定的电弧火焰随时间的最佳温度成为 ±15°C的容许范围。
〈实施例6>
在实施例4次序中，同时测量电弧火焰的温度，并进行了高度位置H的微调整，以及供给电力的微调整，以使测量温度对于预先设定的电弧火焰的最佳温度成为±15°C的容许范围。
此外在实施例I 6中，通过在电弧熔化工序中控制电极位置或模具高度，使电弧施加的部位追随温度测量部位。此外温度是采用辐射温度计，并通过检测出波长4. 8 5.2 的辐射能来进行测量。
<比较例1>
在上述实施例I的次序中，只进行高度位置设定，而不进行温度测量、高度位置H 的微调整、以及供给电力的微调整，在此条件下制造了氧化硅玻璃坩埚。
采用如上次序制造的氧化硅玻璃坩埚进行单晶硅的提拉，调查所提拉的锭的单晶收获率。然后，按照以下所示的基准进行判定，并将结果示于下列表I中。此外关于单晶收获率，通过单晶硅锭表面的晶体惯态(crystal habit)线的偏差，目测确认有无结晶错位 (dislocation)。
◎(优良)…单晶收获率超过80%，示出特别出色的结晶特性。
〇(良)…单晶收获率为70 80%，示出出色的结晶特性。
A (可)…单晶收获率为50 70%，在容许范围内。
X (有问题)…单晶收获率不足50%，结晶缺陷多。
表I
表I
评价结果
权利要求
1.一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具内，通过多个碳电极进行的电弧放电加热熔化由氧化硅粉末构成的氧化硅粉层，从而制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法的特征在于包括预备工序，对于选自由上述氧化硅粉层、上述熔化时发生的烟尘、以及因上述电弧放电而产生的电弧火焰组成的群的一种以上，预先求出上述加热熔化时的最佳温度；温度测量工序，对于已求出上述最佳温度的选自上述群的一种以上，测量在上述加热熔化时的实际温度；以及温度控制工序，对于已测量上述实际温度的选自上述群的一种以上，控制上述实际温度以成为上述最佳温度。
2.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于检测出波长为 4. 8 5. 2 μ m的辐射能而测量上述氧化硅粉层、烟尘、电弧火焰的上述最佳温度及上述实际温度。
3.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度为上述氧化硅粉层的内表面的温度。
4.如权利要求1所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于随时间先求出上述最佳温度，并且随时间控制上述实际温度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的氧化硅玻璃坩埚的制造方法，其特征在于上述氧化硅粉层的上述最佳温度及上述实际温度为相当于氧化硅玻璃坩埚的角部的部位的温度。
全文摘要
制造内表面的状态(坩埚内表面特性)等得到适当控制的氧化硅玻璃坩埚。一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法，在旋转的模具(10)内，通过多个碳电极(13)的电弧放电加热熔化由氧化硅粉末构成的氧化硅粉层(11)，制造氧化硅玻璃坩埚，该制造方法包括预备工序，对于选自由上述氧化硅粉层(11)、上述熔化时发生的烟尘、以及因上述电弧放电而产生的电弧火焰组成的群的一种以上，预先求出上述加热熔化时的最佳温度；温度测量工序，对于已求出最佳温度的选自上述群的一种以上，测量在加热熔化时的实际温度；以及温度控制工序，对于已测量实际温度的选自上述群的一种以上，控制实际温度以成为最佳温度。
文档编号C30B15/10GK102531349SQ201110445470
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2010年12月31日
发明者铃木江梨子, 须藤俊明 申请人:日本超精石英株式会社