專利名稱：氧化硅玻璃坩堝的制造方法
技術領域：
本發明涉及適合用于單晶硅的提拉的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。
背景技術：
在單晶硅制造中采用使用氧化硅玻璃坩堝(以下，也有只稱為“坩堝”)的切克勞斯基法(CZ法)。在CZ法中，在氧化硅玻璃坩堝內存積有熔化多晶硅原料的硅熔液。然后， 將單晶硅晶種浸漬在硅熔液并慢慢提拉，從而以晶種為核使單晶硅進行生長。在這種CZ法中使用的氧化硅玻璃坩堝，通過所謂旋轉模具法，即，向旋轉模具內供給氧化硅粉形成氧化硅粉層，并利用碳電極的電弧放電加熱溶化該氧化硅粉層來制造。 在旋轉模具法中，電弧熔化的部分成為高達超過2000°C的溫度。此外，這樣被制造的氧化硅玻璃坩堝，被做成為由含有許多氣泡的外層和透明的內層構成的兩層結構。在此，已知內層表面(單晶提拉時與硅熔液接觸的內表面)的特性， 左右能提拉的單晶硅的特性，也給最終的硅晶片的收獲率帶來影響。具體來講，例如，使用氧化硅玻璃坩堝來提拉單晶時，在硅熔液的液面產生波紋， 難以通過適當浸漬晶種而進行配種(seeding)。這時出現不能提拉單晶硅，或者，單晶化被妨礙的問題。這種現象被稱作熔液面振動，隨著最近的單晶硅的大口徑化，變得越發容易發生。此外，已知這樣的熔液面振動現象，與氧化硅玻璃坩堝的內表面的狀態有關系。這樣的情況作為背景，已知例如專利文獻1所記載一祥的對應。此外，對應于Φ300πιπι以上且Φ450πιπι左右的晶片，要求單晶硅大口徑化，單晶的提拉時間也隨之變得更長，坩堝內表面也與1400°C以上的硅熔液長時間接觸。因此凸顯出如下問題。S卩，若提拉操作被長時間化，則坩堝內表面與硅熔液的接觸時間也被長時間化。其結果，坩堝內表面與硅熔液反應，坩堝內表面的表面位置或者在離表面淺的層發生結晶化， 使褐色的白硅石呈環狀。以下將該環狀稱為褐色環。該褐色環內不存在白硅石層或者即便存在也為非常薄的層，不過隨著操作時間的經過，褐色環面積擴大，相互融合并繼續生長， 而最終侵蝕其中心部分，成為不規則的玻璃熔出面。微量玻璃片從這種玻璃熔出面脫落，容易使單晶硅發生位錯，從而阻礙單晶提拉的成品率(收獲率)。特別是，在生長用于制造Φ300πιπι以上大口徑晶片的單晶硅吋，需要操作超過100小時的CZ法，會使上述玻璃熔出面的出現明顯化。這樣的褐色環，可認為以玻璃表面細微的損傷、作為原料粉溶解殘留物的晶質殘留部分、玻璃結構的缺陷等為核心發生。因此，為減少褐色環的數量，可考慮保持坩堝內表面狀態良好，或者為消除晶質殘留成分，坩堝制造エ序中在高溫下花長時間熔化原料粉末， 或者如專利文獻2、3所述，作為形成內表面的原料粉使用非晶質的合成粉。[現有技術文獻][專利文獻]專利文獻1 日本公開專利特開2002-1Μ894號公報
專利文獻2 日本專利第觀11四0號公報專利文獻3 日本專利第四33404號公報

發明內容
發明所要解決的問題然而，以往沒有確立能生產率良好且穩定地制造質量良好的單晶硅的技木，即，沒有確立制造內表面的狀態等被適當控制的氧化硅玻璃坩堝的技木。本發明鑒于上述情況而成，其課題在于提供內表面的狀態(坩堝內表面特性)等的坩堝特性被適當控制的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。解決問題的技術手段本發明的發明人，對得到內表面的狀態等被適當控制的氧化硅玻璃坩堝的方法進行深入探討的結果，發現這種坩堝可通過如下方式制造，即，對氧化硅粉層的多個部位，預先求出根據電弧放電加熱溶化時的最佳熔化溫度，以使這些多個部位的實際溫度(實測溫度)成為各最佳熔化溫度的方式，ー邊控制這些實際溫度，一邊通過加熱熔化氧化硅粉層米制Ia0本發明的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉的模具內用多個碳電極電弧放電來加熱溶化氧化硅粉層，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法包括對于上述氧化硅粉層的不同高度位置的多個部位，預先求出加熱熔化時的最佳熔化溫度的預備エ序；測量上述多個部位的加熱熔化時的實際溫度的溫度測量エ序；以及將上述多個部位的上述實際溫度控制成為上述最佳熔化溫度的溫度控制エ序。作為上述最佳熔化溫度及上述實際溫度，優選為上述多個部位的內表面的溫度。隨時間求出上述最佳熔化溫度時，優選為隨時間控制上述實際溫度。上述多個部位中的至少ー個優選為相當于氧化硅玻璃坩堝的角部的部位。根據本發明，對于熔化狀態的氧化硅粉層，能實時地控制該多個部位的各實際溫度為各最佳熔化溫度，因此，能適當控制氧化硅粉層的熔化狀態。其結果，能制造例如內表面的狀態等坩堝特性得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。在本發明中，以模具的旋轉軸為中心邊旋轉邊加熱熔化氧化硅粉層。所謂“多個部位”實際上相當于不同高度位置的同心圓狀的“多個圓周部”。如后所述，在求出最佳熔化溫度吋，或者測量加熱熔化時的實際溫度吋，作為溫度測量部，優選使用檢測出來自被測量物的輻射能、測量溫度的輻射溫度計。固定輻射溫度計，測量旋轉的氧化硅粉層的多個部位的溫度，在此情況下，自然而然的，對圓周部進行溫度測量而不是對點的ー個部位進行溫度測量。此外，最佳熔化溫度是指從能夠制造如下坩堝時的溫度數據以經驗得到的溫度或者通過模擬等的計算方法求出的合適溫度等，該坩堝具備能生產率良好且穩定地制造質量良好的單晶硅的坩堝特性。此外，坩堝特性是指例如坩堝內表面的玻璃化狀態、坩堝厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小、OH基的含有量、雜質分布、表面的凹凸、這些在坩堝高度方向的分布狀態等，是對用該石英玻璃坩堝提拉的單晶硅的特性產生影響的主要原因。
氧化硅玻璃坩堝是作為與硅熔液接觸的唯一部件決定單晶硅的成品率和質量的重要部件。根據坩堝厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小，有單晶硅提拉時氣泡破裂而玻璃片混入硅熔液中、附著到單晶硅錠時多晶化的可能性。根據OH基的含有量，氧化硅玻璃坩堝有結晶化而容易發生白硅石、從氧化硅玻璃坩堝剝離的白硅石附著到單晶硅邊而使單晶硅多結晶化的可能性。此外，也有氧化硅低粘度化而變形的可能性。若存在雜質，則該雜質會在結晶提拉的過程中促進氧化硅玻璃坩堝內表面的斑點狀的白硅石的形成。這樣形成的白硅石，從坩堝脫離并落入硅熔液內，降低所提拉單晶的單晶化率。特別是在23英寸(58. 4cm) 40英寸(116cm)的大口徑坩堝中，熔化時內表面溫度出現不均勻，其結果，有時在坩堝的內表面的狀態產生面內分布。根據本發明，能夠將多個部位的實際溫度分別控制為最佳熔化溫度，因此能防止發生這樣的溫度不均勻，制造出具有圓周方向均勻的內表面特性的氧化硅玻璃坩堝。在本發明中，上述最佳熔化溫度及上述實際溫度為上述多個部位的特別內表面的溫度吋，能特別適宜地控制對所制造的單晶硅的特性帶來較大影響的坩堝的內表面的狀態。在本發明中，在上述預備エ序中先隨時間求出上述最佳熔化溫度，在上述溫度控制エ序中，隨時間控制上述實際溫度，從而能夠制造更加可靠、內表面的狀態等坩堝特性得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。在重要的時刻求出最佳熔化溫度，并在該時刻進行溫度控制也可。在這種情況下也能夠得到本發明效果。在本發明中，若上述多個部位中的ー個部位相當于氧化硅玻璃坩堝的角部時，則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態。坩堝被分為底部、壁部以及角部等3個區域，角部意味著例如位于圓筒形的壁部與具有固定曲率半徑的底部之間，使它們平滑地連接的部分。換言之，從底部中心沿著坩堝內表面朝著開ロ部上端，在底部中被設定的曲率半徑開始變化的部分到成為壁部的曲率半徑(圓筒形的情況下無限大)的部分就是角部。本發明的發明人在從氧化硅粉層的底部中心達到氧化硅粉層的開ロ部上端的徑向上，如圖3所示，對位置B、位置B-R、位置R、位置R-W、位置Wl、位置W2這6處的內表面進行了溫度測量。在此，位置B是成形體的底部中心(旋轉軸上)。位置B-R是底部和角部的邊界與位置B的中間附近。位置R是角部中與底部的邊界附近的位置。位置R-W是角部中與壁部的邊界附近的位置。位置Wl是角部和壁部的邊界與開ロ部上端的中間附近。位置W2是開 ロ部上端附近。再者，位置X和位置Y的中間附近是指從位置X和位置Y的中間位置起對距離X-Y 的比成為士 5%的長度的范圍。其結果，測量的溫度散亂，如圖4所示，標準偏差大的是位置 R-W以及位置R。從該結果，可知對于角部先求出最佳熔化溫度，以使該部分成為該最佳熔化溫度的方式控制實際溫度，從而能夠更加精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態。在角部，特別是在角部中的與壁部的邊界附近，進行加熱熔化吋，因重力而熔化玻璃容易從壁部垂下，從底部因模具的旋轉產生的離心カ而熔化玻璃容易聚集，因此具有厚度尺寸相較于設定值變大的傾向。為此，對于角部特別是與壁部的邊界附近的位置，先求出最佳熔化溫度，通過控制該部分的實際溫度成為最佳熔化溫度，能夠控制坩堝的厚度。本發明中，對于多個部位，即2處以上部位求出最佳熔化溫度，并控制實際溫度。 作為對象的部位的數量越増加，精度就越得到提高，不過會増加人工、成本。因而，作為對象的部位數量，要兼顧精度和人工、成本而決定。


圖1是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置的ー實施方式的示意主視圖。圖2是表示圖1氧化硅玻璃坩堝制造裝置所具備的碳電極的俯視圖(a)、示意側視圖(b)。圖3是表示氧化硅粉層的溫度測量位置的示意圖。圖4是表示氧化硅粉層的溫度測量位置的溫度偏差的圖表，其中有表示標準差的圖表(a)，表示所測量的溫度的圖表(b)。圖5是表示最佳熔化溫度對于與角部相當的部位的隨時間變化的圖表。圖6是表示玻璃的光譜透射率和波長的關系的圖表。圖7是表示氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的流程圖。圖8是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置的其他ー實施方式的示意主視圖。圖9是表示本發明的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的碳電極的高度位置的變化的圖表。
具體實施例方式以下，對于本發明的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，圖示并詳細說明適宜用于制造的氧化硅玻璃坩堝制造裝置的ー實施方式。圖1是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的ー實施方式的示意主視圖。該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1是在300kVA 12，OOOkVA的輸出范圍內，通過多個碳電極13，13，13的電弧放電，加熱熔化由非導電性對象物的氧化硅粉末構成的氧化硅粉層11的高輸出的裝置。如圖1所示，該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1具有模具10。模具10能通過未圖示的旋轉部進行旋轉，具有由碳構成的大致碗狀的內面形狀，該碗型的內面形狀為類似于坩堝外形，規定所制造的氧化硅玻璃坩堝的外形。在該模具10內，通過將氧化硅粉末作為原料粉末噴上既定厚井加以沉積來供給氧化硅粉末，形成由氧化硅粉末構成的氧化硅粉層11。此外，在該模具10的內部設有多個減壓通路12，該減壓通路12在其內表面開ロ的同時與未圖示的減壓部連接，能使氧化硅粉層11內減壓。在比模具10靠上側的位置，設有與未圖示的電カ供給部連接的碳電極13，13，13作為電弧放電部，通過該碳電極13，13，13 的電弧放電產生電弧火焰，從而加熱熔化氧化硅粉末的氧化硅粉層11。碳電極13，13，13為例如相同形狀的電極棒，以進行交流3相(R相、S相、T相)的電弧放電，如圖1和圖2所示，以成為在下方具有頂點的倒三角錐狀的方式，分別設為使各自的軸線13L呈角度θ 1 (例如120° )。電極的數量、配置狀態、供給電カ方式并不限于上述的構成，也能采用其他的構成。
此外，通過電極位置設定部20，如圖中箭頭T所示那樣碳電極13，13，13能上下移動，并能設定電極前端部13a的高度位置(離氧化硅粉層11上端位置(模具開口上端位置)的高度位置)H。同吋，根據電極位置設定部20使碳電極13，13，13的電極展開程度可變，井能如圖中箭頭D所示那樣設定電極間距離D等，并且通過該電極位置設定部20，也能設定與模具10的高度以外的相對位置。具體而言，如圖1所示，電極位置設定部20包括能設定碳電極13，13，13的電極間距離D的方式支撐的支撐部21 ；能在水平方向移動該支撐部21的水平移動部；以及能將多個支撐部21 (即，各碳電極各自的支撐部)以及與所述水平移動部一同沿上下方向移動的上下移動部。在支撐部21中，具有電極旋轉部，該電極旋轉部以使碳電極13能繞角度設定軸22 轉動地被支撐，控制角度設定軸22的旋轉角度。要調節碳電極13，13的電極間距離D吋，如圖1中箭頭T3所示，用電極旋轉部控制碳電極13的角度，并且如箭頭T2所示，用水平移動部控制支撐部21的水平位置。此外， 用上下移動部控制支撐部21的高度位置，從而能控制高度位置H。再者，在圖中僅在左端的碳電極13示出支撐部21等，不過其他的電極也以同樣的構成支撐，也能個別地控制各個碳電極13的高度。此外，碳電極13，13，13由粒徑0. 3mm以下，優選為0. Imm以下，更優選為0. 05mm 以下的高純度碳粒子形成，當其密度為1. 30g/cm3 1. 80g/cm3，優選為1. 30g/cm3 1. 70g/ cm3吋，能使在電極各相配置的碳電極互相的密度差為0. 2g/cm3以下，具有高的均質性。氧化硅玻璃坩堝制造裝置1在以模具10加熱熔化的氧化硅粉層11內表面的多個部位，具備測量其實際溫度的溫度測量部(輻射溫度計Caml，Can^)。此外，氧化硅玻璃坩堝制造裝置1具備控制實際溫度的溫度控制部，以使溫度測量部測量的各部位的實際溫度成為預先輸入的各部位的最佳熔化溫度。本實施方式中作為溫度測量部所具備的輻射溫度計Caml，Cam2，檢測出來自測量對象的輻射能而測量溫度。如圖1所示，輻射溫度計Caml，Cam2配置在將進行電弧放電的爐內和爐外進行分離的間隔壁SS外側。再者，輻射溫度計Caml，Cam2包括光學系統，該光學系統通過覆蓋被設在間隔壁SS的窗部的過濾器F1，對來自測量對象的輻射能進行聚光；光譜部，得到用該光學系統聚光的光譜；以及檢測元件，從上述光譜檢測出關于測量對象的光。該輻射溫度計與控制部連接，該控制部因該檢測元件的模擬輸出或設定部的設定信號等必要的其他信號被輸入而進行既定的運算并測量溫度。S卩，輻射溫度計Caml，Cam2各自通過透鏡等光學系統對來自氧化硅粉層11內表面的輻射能光進行聚光，用光譜部得到上述光譜，用檢測元件從上述光譜檢測出既定波長的光。檢測元件的模擬輸出信號通過同步檢測器按每個波長分離并由放大器放大，經由多頻低分辨率的小比特的AD轉換器輸入到控制部(CPU)，從而進行既定的運算處理，能得到所希望的溫度信號。該溫度信號能輸出到LCD顯示器等顯示部，并且輸出到氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的溫度控制部。然后，溫度控制部根據該信息實時地控制制造條件，以使實際溫度順著預先輸入的最佳熔化溫度。
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在該例子中，輻射溫度計Caml被設置成在氧化硅粉層11中，測量與氧化硅玻璃坩堝的角部相當的部位(位置R-W)內表面的溫度，輻射溫度計Cam2設置成為測量與壁部相當的部位(位置Wl)內表面。溫度控制部是通過改變氧化硅粉層11的加熱熔化狀態來控制各部位的實際溫度的単元，與電極位置設定部20連接。本例的溫度控制部通過改動向碳電極13供給的電力、 碳電極13的位置狀態、模具10與碳電極13的相對位置狀態、模具10的位置狀態的任意至少ー種，使氧化硅粉層11的加熱熔化狀態變化，控制各部位的實際溫度。在此，碳電極13，13，13的位置狀態是指這些多個電極互相所成的角度即電極展開程度或電極前端部13a的水平方向分離狀態或者電極前端部13a的高度方向分離狀態、 以及作為由多個碳電極13，13，13形成的電弧火焰的噴出方向而被加以規定的電極中心方向的朝向等。模具10與碳電極13，13，13的相對位置狀態包含模具10的旋轉軸方向與碳電極 13,13,13的中心方向的相對位置關系、以及模具10與被視為電弧發生位置的電極前端部 13a的相對高度位置關系(高度)、模具10與被視為電弧發生位置的電極前端部13a的相對水平方向位置關系(偏心等)。此外，模具10的位置狀態包含模具10的旋轉軸的方向等。以下，對使用了該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的氧化硅玻璃坩堝的制造方法進行說明。首先，對于模具10內的氧化硅粉層11內表面的多個部位，進行預先求出各個最佳熔化溫度的預備エ序。在這里最佳熔化溫度得自經驗，或者通過模擬等的計算方法求出。例如，對于多個坩堝，用輻射溫度計Caml，Cam2取得在制造坩堝之際的加熱熔化時，氧化硅粉層11內表面的多個部位隨時間示出怎樣的溫度舉動的溫度數據。另ー方面，使用這樣制造的多個坩堝的每ー個，利用CZ法在1400°C以上高溫中對單晶硅提拉。然后，從利用CZ法能生產率良好且穩定地制造質量良好的單晶硅的坩堝相關的上述溫度數據，得自經驗或者通過計算方法決定加熱熔化氧化硅粉層11時的隨時間的最佳熔化溫度。若對各部位的內表面的溫度預先求出最佳熔化溫度，并在后續的溫度控制エ序中控制該內表面的溫度，則能特別適宜地控制對所制造的單晶硅的特性帶來較大的影響的坩堝的內表面的狀態。此外，如果多個部位的至少ー個有角部，則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉層11的熔化狀態。例如，多個部位之ー為角部，另ー個為壁部。如示出圖3及圖4而先說明的那樣，經探討發明人明確了角部是位于壁部和底部之間的部分，是在加熱熔化氧化硅粉層11時溫度變動大的部位。為此，以角部為對象預先求出最佳熔化溫度，并控制該部分的溫度，以能順著該最佳熔化溫度，從而能進ー步精密地控制坩堝的內表面等的狀態。此外，角部特別是角部中與壁部的邊界附近，是在電弧熔化工序中，從壁部因重力而熔化部分容易下垂的部分，并且是從底部因模具10的離心カ而熔化部分容易聚集的部分。因此，角部是厚度尺寸容易比設定值變大的部分。因此，通過將溫度控制成為能順著角部的最佳熔化溫度，也能特別控制坩堝的厚度尺寸。
圖5是表示在本實施方式的氧化硅玻璃坩堝的制造方法中，對于與位置R-W相當的部位的內表面，在時刻t0開始電カ供給(圖7的S31)、在時刻t3停止電カ供給(圖7的 S33)時的隨時間的最佳熔化溫度的圖表。在制造共計10個坩堝(口徑914mm，36英寸)時分別取得與位置R-W相當的部位的加熱熔化時隨時間的溫度數據，通過計算方法能從這些溫度數據與利用所得到的各坩堝實際用CZ法提拉單晶硅時的成品率、最終的硅晶片的收獲率等的關系，能得到該圖表。再者，輻射溫度計Caml、Cam2最好測量溫度范圍為400 觀00で，此外，能夠檢測出波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測量溫度。若測量溫度范圍為400 觀00で，則能囊括氧化硅粉層11的加熱熔化時的溫度。在比上述的范圍低的溫度范圍的情況下，該溫度對坩堝特性帶來的影響少，因此測量溫度并求出最佳熔化溫度幾乎沒有意義。另ー方面，也可以設定比上述的范圍高的范圍作為測量范圍，但認為現實中沒有以那樣的溫度進行坩堝制造的情況。此外，檢測出波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測量溫度吋，能測量到更準確的溫度。 圖6是表示光譜透射率和波長的關系的圖表，如該圖表所示，認為從電弧放電中的碳電極 13發生的CO2的吸收帶波長為4. 2 4. 6 μ m。因而，為了排除CO2的吸收對溫度測量的影響，需要避開該波長范圍。此外，可知為了測定測量對象的氧化硅玻璃的表面溫度，需要使該氧化硅玻璃的透射率為0、波長為4. 8 μ m以上。此外，作為氧化硅玻璃坩堝制造的環境的大氣中所包含的H2O的吸收帶波長為5. 2 7. 8 μ m，因此需要避開該波長范圍。從這些方面來看，優選檢測出4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測量溫度。此外，過濾器Fl優選由BaF2或CaF2構成。這樣的過濾器F，對于從坩堝內表面放射的波長范圍的光而言的透射率高。因而，用于溫度測量的光的強度不會降低。此外，BaF2或CaF2的透射率在8. 0 μ m 14 μ m的波長范圍降低，作為測量波長不用這樣的波長，由此能更準確地測量溫度。再者，優選在溫度測量吋，連接輻射溫度計和測量點的觀測線為離碳電極分離 IOOmm以上的狀態。藉此，降低在碳電極附近發生的來自電弧火焰的影響和電極輻射的影響，從而能提高溫度測量的準確性。在這里若比上述的范圍更接近電極，則溫度測量的準確性降低，因此并不理想，此外，若從碳電極13超越坩堝半徑地分離，則對于坩堝口徑而言設定距離變大，將無法測量既定測量點的溫度，或者來自測量點的輻射量降低，有輻射溫度計的輸出不足、不能進行準確的溫度測量的傾向。如上進行了預備エ序之后，實際利用旋轉模具法，制造坩堝。在圖7示出制造エ序的流程圖。具體來講，首先，在氧化硅粉末供給エ序Sl中，通過向模具10內表面沉積氧化硅粉，形成氧化硅粉層11。由這樣的石英粉體構成的氧化硅粉層11，因模具10旋轉的離心カ 而被保持在模具10的內壁面。接著，在電極初始位置設定エ序S2中，如圖1、圖2所示，通過電極位置設定部20 設定電極初期位置，以使碳電極13，13，13維持頂點在下方這樣的倒三角錐狀，且使各自的軸線13L維持角度θ 1，并在前端13a互相接觸。同吋，設定高度位置H、由碳電極13，13，13 形成的倒三角錐的中心軸的電極位置中心軸和模具10的旋轉軸線的位置及角度組成的模具-電極相對位置狀態的初始狀態。
接著，在電弧熔化工序S3中，進行碳電極13的位置設定，并且用電弧放電部加熱熔化所保持的氧化硅粉層11，并且通過減壓通路12進行減壓，形成氧化硅玻璃層。電弧熔化工序S3包括電カ供給開始エ序S31、電極位置調整エ序S32、及電カ供給結束エ序S33。在電カ供給開始エ序S31中，從未圖示的電カ供給部，以上述那樣設定的電力量開始向碳電極13，13，13供給電力。在該狀態下，不發生電弧放電。在電極位置調整エ序S32中，通過電極位置設定部20，使碳電極13，13，13維持下方有頂點這樣的倒三角錐狀，或者變更其角度，擴大電極間距離D。由此，在碳電極13，13間隨之開始產生放電。這時，通過電カ供給部控制供給電力，以使各碳電極13中的電カ密度成為40kVA/cm2 l，700kVA/cm2。而且，通過電極位置設定部20，在維持角度θ 1的狀態下，設定電極的高度位置H等模具10與碳電極13的相對位置狀態，以滿足作為對熔化氧化硅粉層11所必要的熱源的條件。這樣加熱熔化氧化硅粉層11。在電カ供給結束エ序S33中，氧化硅粉層11的熔化成為既定的狀態之后，停止電力供給部的電カ供給。通過該電弧熔化，能加熱熔化氧化硅粉層11，制造氧化硅玻璃坩堝。再者，在電弧熔化工序S3中，通過未圖示的控制部控制模具10的旋轉狀態。然后，在本實施方式中，在這樣的電弧熔化工序S3中，對于與角部相當的部位的內表面和與壁部相當的部位的內表面，進行以下エ序利用輻射溫度計Caml，Cam2隨時間測量加熱熔化時的各實際溫度的溫度測量エ序；以及隨時間控制這些部位的內表面的各實際溫度，使之成為預備エ序中所要求的各最佳熔化溫度的溫度控制エ序。具體來講，根據最佳熔化溫度與實際溫度的數據，溫度控制部通過改動向碳電極 13供給的電力、碳電極13的位置狀態、模具10與碳電極13的相對位置狀態、模具10的位置狀態的任意至少ー種，進行調整，以使各部位的實際溫度都成為最佳熔化溫度，并且加熱熔化氧化硅粉層11。藉此，對于熔化狀態的氧化硅粉層11，能實時地控制各部位的內表面為各自的最佳熔化溫度，能適當地控制氧化硅粉層11的熔化狀態，并且加熱熔化。其結果，能制造坩堝特性得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。接著，在冷卻エ序S4中，冷卻停止了電カ供給之后的氧化硅玻璃坩堝。此后，在取出エ序S5中，從模具10取出氧化硅玻璃坩堝。此后，作為后處理工序S6，進行外周方面噴射高壓水的珩磨處理、使坩堝高度尺寸成為既定狀態的緣部切割處理、用氟酸等清洗坩堝內表面的清洗處理。再者，在本實施方式中，將輻射溫度計Caml，Cam2置于電弧爐的間隔壁SS外側， 不過如圖8所示，也可以收納到設于間隔壁SS內側的遮蔽體SSl內部(省略了輻射溫度計 Cam2的圖示)。這時在遮蔽體SSl上設有過濾器Fl。如以上所述，依據這樣的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，對于熔化狀態的氧化硅粉層11，能實時地控制該多個部位的各實際溫度為各自的最佳熔化溫度，因此，能適當控制氧化硅粉層11的熔化狀態。其結果，例如能制造內表面的狀態等坩堝特性得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。此時，特別是對于氧化硅粉層的內表面，求出最佳熔化溫度，測量實際溫度半進行控制時，能特別適宜控制對所制造的單晶硅的特性帶來大的影響的坩堝的內表面的狀態。此外，在預備エ序中，隨時間先求出最佳熔化溫度，在溫度控制エ序中，隨時間控制實際溫度，能更可靠地制造內表面的狀態等坩堝特性得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。而且，若上述的多個部位中的至少ー個為與氧化硅玻璃坩堝的角部相當的部位， 則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態。再者，作為氧化硅粉，對應于內面層能主要使用合成氧化硅粉，對應于外面層能使用天然氧化硅粉。在此合成氧化硅粉意味著由合成氧化硅構成。合成氧化硅是化學合成/ 制造的原料，合成氧化硅粉是非晶質的。由于合成氧化硅的原料為氣體或液體，能容易精制，合成氧化硅粉的純度可比天然氧化硅粉高。作為合成氧化硅的原料，有四氯化硅等氣體原料來源和如硅醇鹽的液體原料來源。合成氧化硅粉能夠將全部的金屬雜質控制在0. Ippm 以下。在使用溶膠-凝膠法吋，合成氧化硅粉中殘留50 IOOppm由加水分解醇鹽而生成的硅烷醇。在以四氯化硅作為原料的合成氧化硅中，雖然能在0 IOOOppm的大范圍內控制硅烷醇，不過通常包含IOOppm左右以上的氯。如果以醇鹽為原料，能輕易制得不含氯的合成氧化硅。使用溶膠-凝膠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。若對此進行真空熔化會發生硅烷醇的脫離，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，硅烷醇量根據熔化溫度、升溫溫度等的熔化條件的不同而不同。在同等條件下熔化天然氧化硅粉而得的玻璃的硅烷醇量不足5ppm。一般認為，在高溫下合成氧化硅玻璃的粘度低于天然氧化硅玻璃。作為其原因之一，可列舉為是因為硅烷醇、鹵切斷SiO4四面體的網眼結構。合成氧化硅玻璃中，若測量光透射率，則其能良好地使波長至200nm左右的紫外線透過，可知其特性接近以用于紫外線光學用途的四氯化硅為原料的合成氧化硅玻璃。在合成氧化硅玻璃中，若測量以波長M5nm的紫外線激勵而得的熒光光譜，則不會發現如天然氧化硅玻璃那樣的熒光峰值。所謂“天然氧化硅粉”是指由天然氧化硅構成的粉，所謂“天然氧化硅”是挖出自然界存在的石英原石，經過粉碎、精制等エ序得到的原料，天然氧化硅粉由α -石英的結晶構成。天然氧化硅粉中包含Ippm以上的Al、Ti。此外對于其他金屬雜質的水平也高于合成氧化硅粉。天然氧化硅粉幾乎不含硅烷醇。天然氧化硅玻璃的硅烷醇含量為<50ρ ρ m。在天然氧化硅玻璃中，測量光透射率，由于主要作為雜質包含約Ippm的Ti而當波長成為250nm以下時透射率急劇降低，在波長200nm幾乎不透過。此外，在M5nm附近可觀測到缺氧缺陷引起的吸收峰。此外，在天然氧化硅玻璃中，測量由波的紫外線激勵而得的熒光光譜，能在^Onm和390nm觀測到熒光峰值。這些熒光峰值起因于玻璃中的缺氧缺陷。通過測量含有的雜質濃度、或測量硅烷醇量的不同或光透射率、測量以波長M5nm 的紫外線激勵而得的熒光光譜，能夠辨別出玻璃材料是天然氧化硅還是合成氧化硅。在本發明中，作為原料粉末使用氧化硅粉末，而氧化硅粉既可為合成氧化硅粉，也可為天然氧化硅粉。天然氧化硅粉，既可為石英粉，也可為水晶、硅砂等作為氧化硅玻璃坩堝原材料的已知材料的粉末。此外，氧化硅粉可以為結晶、非結晶、玻璃狀態之中的任何一種。以上，對于本發明的實施方式進行了描述，但這些是本發明的例示，也可采用上述以外各種各樣的構成。此外，也可組合采用上述實施方式中記載的構成。[實施例]作為本發明的實施例，制造了 10個口徑為610mm(M英寸)的坩堝并作為實驗例 A。此時，用圖1所示的電極位置設定部20，隨時間如圖9所示那樣改變基準位置而設定電極前端部13a的高度位置H。在從時刻t0到tl為高度位置HI、從時刻t2到t3為高度位置H2，并且各高度位置設定為Hl > H2。同吋，在圖3所示的位置R-W中測量電弧熔化中的溫度，對位置R-W進行高度位置 H的調整以及供給電カ的微調整，以使測量溫度如圖5所示那樣對于預先設定的最佳熔化溫度(設定溫度)成為士 15°C的容許范圍。同樣，在位置R中，也進行了測量溫度的微調整。進而，在與上述同樣的條件下，且僅在高度位置設定上不進行溫度測量及微調整的狀態下制造10個坩堝，作為實驗例B。在這樣制造的氧化硅玻璃坩堝中，對與位置R對應的角部，測量其厚度尺寸。其結果，在實驗例A中，與位置R對應的角部厚度尺寸，沒有脫離規定值的 12mm士0. 5_，與之相對，在實驗例B中，出現12. 6mm的1個、12. 8mm的1個、13mm的1個， 在這3個坩堝中就有大于規格的值。從該結果可知，認為起因于溫度控制的不均勻性的厚度偏差，如實驗例A那樣，通過在多個部位進行溫度測量/微調整來能進行抑制。以上，根據實施例對本發明進行了說明。本領域的技術人員應當了解的一點是該實施例說到底僅為例示，其還可以有各種變形例，此外那些變形例也屬于本發明的保護范
圍。
符號的說明
1…氧化硅玻璃坩堝制造裝置
10…模具
11…氧化硅粉層
12…減壓通路
13…碳電極
13a…電極前端部
13L···軸線
20…電極位置設定部
21…支撐部
22…角度設定軸
Caml、Cam2…輻射溫度計
SS…間隔壁
Fl…過濾器
SSL···遮蔽體
權利要求
1.ー種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉的模具內，通過多個碳電極的電弧放電來加熱熔化氧化硅粉層，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法的特征在于包括預備エ序，對于上述氧化硅粉層的高度位置不相同的多個部位，預先求出在加熱熔化時的最佳熔化溫度；溫度測量エ序，測量上述多個部位的加熱熔化時的實際溫度；以及溫度控制エ序，控制上述多個部位的上述實際溫度，以成為上述最佳熔化溫度。
2.如權利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 上述最佳熔化溫度及上述實際溫度是上述多個部位的內表面的溫度。
3.如權利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 隨時間先求出上述最佳熔化溫度，隨時間控制上述實際溫度。
4.如權利要求1至3中任一項所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 上述多個部位中的至少ー個是相當于氧化硅玻璃坩堝的角部的部位。
全文摘要
制造內表面的狀態(坩堝內表面特性)等得到適當控制的氧化硅玻璃坩堝。一種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉的模具(10)內，通過多個碳電極(13)的電弧放電加熱熔化由氧化硅粉末構成的氧化硅粉層(11)，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法包括對上述氧化硅粉層(11)的多個部位預先求出加熱熔化時的最佳熔化溫度的預備工序；測量上述多個部位的加熱熔化時的實際溫度的溫度測量工序；以及控制上述多個部位的上述實際溫度使之成為上述最佳熔化溫度的溫度控制工序。
文檔編號C03B20/00GK102531347SQ201110444729
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2010年12月31日
發明者鈴木江梨子, 須藤俊明 申請人:日本超精石英株式會社