(57)【要約】      （修正有）【課題】径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分を減少して、原料コストを低減することができる石英ルツボ製造用モールドを提供する。【解決手段】回転しているモールド１内壁に石英粉を張り付けた状態でアークにより加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールド１を、石英ルツボの上部領域に対応する、モールド１の上部開口部の内側に、フック８を介して、円筒状のリム片７を掛合支持した構造とし、さらに該リム片７の外径を、該モールドの内径よりも小さく、かつ石英ルツボの内径よりも大きくする。【選択図】図３
2010163312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しているモールド内壁に石英粉を張り付けた状態でアークにより加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールドであって、石英ルツボの上部領域に対応する、モールドの上部開口部の内側に、フックを介して、円筒状のリム片を掛合支持した構造になり、該リム片の外径を、該モールドの内径よりも小さく、かつ石英ルツボの内径よりも大きくしたことを特徴とする石英ルツボ製造用モールド。
【請求項２】
前記リム片として、石英ルツボ製造時に石英ルツボの上部に発生し、その後切断除去された径小薄肉部分を再利用することを特徴とする請求項１に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【請求項３】
前記フックが、カーボンまたはカーボンとセラミックスの複合体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【請求項４】
次式
ｔ1＝（モールド内径−リム片内径）／２
で示されるリング状リム片内面のモールド内周壁からの突出厚さｔ1が、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の石英ルツボ製造用モールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＺ法等の引き上げ法によってシリコン単結晶インゴットを製造する際に使用する石英ルツボの製造に用いて好適な石英ルツボ製造用モールドに関するものである。
特に、本発明は、回転モールド法によって石英ルツボを製造する場合に、使用石英粉の有利な低減を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの基板としてシリコンウェーハの使用が急増している。かようなシリコンウェーハは、通常、シリコン単結晶インゴットを作製後、それをスライスすることによって製造される。
【０００３】
かようなシリコン単結晶インゴットは、例えばＣＺ法等の引き上げ法によって製造されるのが一般的である。また、シリコン単結晶の引き上げには、石英ルツボが使用される。
【０００４】
石英ルツボの代表的な製造方法として回転モールド法が知られている。この回転モールド法は、回転するモールドの内壁すなわちモールドの底面と側面に石英粉を張り付け、アークで加熱溶融して石英ルツボを製造する方法である。
【０００５】
ところで、最近では、シリコンウェーハの需要の急増に伴って、シリコン単結晶インゴットについても大口径のものが要求されている。
このような大口径のシリコン単結晶インゴットを引き上げ法によって製造する場合、それに用いる石英ルツボも同様に大口径のものが必要とされる。
通常、シリコン単結晶インゴットを引き上げ法によって製造するには、インゴット径の約３倍の口径の石英ルツボが必要とされる。
【０００６】
ところで、上述した回転モールド法によって石英ルツボを製造する場合、石英ルツボの上部には外径が小さく、肉厚が薄い部分（以下、径小薄肉部分という）が発生するため、この径小薄肉部分は切断除去する必要がある。
その理由は、石英ルツボにSiを充填し溶かしてSi単結晶を引上げる工程で、高温に加熱するが、高温になると石英の粘度が小さくなり、石英ルツボが変形しやすくなるからである。特に、石英ルツボ上部が径小薄肉の場合、石英ルツボ上部が内側に倒れやすく、容易に変形してしまう。
このような径小薄肉部分が発生する原因は、モールド開口部は熱が逃げ易く、アーク加熱によっても石英粉が溶けにくいため、石英ルツボの上部外径が小さくなり、肉厚が薄くなるためである。かような径小薄肉部分の発生は、製法上、余儀ないものとされる。
【０００７】
なお、上記した径小薄肉部分のルツボ内側への倒れ込みを防止する技術として、特許文献１に、ルツボの上部域内に、好ましくはカーボン質からなるリング状部材を埋設したシリカガラスルツボが提案されている。このシリカガラスルツボの開発により、径小薄肉部分のルツボ内側への倒れ込みは軽減されたとはいえ、この技術では、やはり径小薄肉部分の発生を完全に防止することはできない。従って、このシリカガラスルツボを用いてもなお、引き上げ法により健全なシリコン単結晶インゴットを製造することは難しかった。
また、この技術は、ルツボ内に異種材のリング状部材を埋設した構造になるので、シリカガラス中にカーボン製リングを埋設した場合、両者の熱膨張率の違いから歪が生じることが懸念される。
【０００８】
そのため、回転モールド法によって石英ルツボを製造する際場合には、かような径小薄肉部分の発生を見越して、ルツボ高さが製品仕様高さよりも径小薄肉部分の分だけ高い石英ルツボを製造し、径小薄肉部分については切断除去して製品としていた。
【０００９】
また、同じモールドで高さの異なる石英ルツボを製造するときがある。高さが高い石英ルツボを製造するときは問題ないが、高さが低い石英ルツボを製造するときには切断除去する部分が多くなってしまう。これを解決するには、高さの低い製品専用のモールドを準備すればよいが、石英ルツボの製造数が少ないときなどは、新規モールド作製費用や管理が煩雑になってしまう不利がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−９６６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したとおり、回転モールド法によって石英ルツボを製造する場合には、径小薄肉部分の発生が避けられないので、ルツボ高さが製品仕様高さよりも径小薄肉部分の分だけ高い石英ルツボを製造し、径小薄肉部分については切断除去していた。
しかしながら、前述したとおり、最近では、シリコン単結晶インゴットの大口径に伴い、石英ルツボも大口径のものが必要となってきたが、ルツボを大口径化した場合、それに伴い径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分も増大するため、原料コストひいては製品コストの面で重大な問題となっている。
【００１２】
例えば、外径が１８インチで厚みが８mmのルツボを製造する場合、切断除去高さ10mm当たり、絶対量で約０．３kgの石英粉が余分に使用されることになる。
これに対し、外径が３２インチという大口径の石英ルツボを製造しようとする場合、厚みはおおよそ１５mmに増大し、切断除去高さ10mm当たり、絶対量で約1.0kgもの石英粉が余分に使用されることになる。
従って、大口径の石英ルツボを製造する場合、小口径の石英ルツボを製造する場合に比べると、ルツボ１個の切断除去高さ当たりの製造に使用される無駄な石英粉量は３〜４倍にも膨れ上がる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、石英ルツボ上部の径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分を減少して、原料コストを効果的に低減することができる石英ルツボ製造用モールドを提案することを目的とする。
【００１４】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．回転しているモールド内壁に石英粉を張り付けた状態でアークにより加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールドであって、石英ルツボの上部領域に対応する、モールドの上部開口部の内側に、フックを介して、円筒状のリム片を掛合支持した構造になり、該リム片の外径を、該モールドの内径よりも小さく、かつ石英ルツボの内径よりも大きくしたことを特徴とする石英ルツボ製造用モールド。
【００１５】
２．前記リム片として、石英ルツボ製造時に石英ルツボの上部に発生し、その後切断除去された径小薄肉部分を再利用することを特徴とする上記１に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【００１６】
３．前記フックが、カーボンまたはカーボンとセラミックスの複合体からなることを特徴とする上記１または２に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【００１７】
４．次式
ｔ1＝（モールド内径−リム片内径）／２
で示されるリング状リム片内面のモールド内周壁からの突出厚さｔ1が、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％であることを特徴とする上記１ないし３のいずれかに記載の石英ルツボ製造用モールド。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来に比べ、径小薄肉化により切断除去される部分を減少させることができ、その結果原料コストひいては製品コストを低減することができる。
また、本発明によれば、リム片として、石英ルツボ製造時に石英ルツボの上部に不可避に発生し、その後切断除去されていた径小薄肉部分を再利用できるので、リム片の製造に余分なコストがかからない。
さらに、本発明の吊り下げ治具としてのフックは、繰返し使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】回転モールド法による石英ルツボの製造要領を示す断面図である。
【図２】一般的なモールドを用いて製造された石英ルツボの断面図である。
【図３】本発明に従うモールドの説明図であり、（ａ）はモールドの分解図、（ｂ）はリム片とモールド基体を組み合わせた状態を示す図である。
【図４】フックの代表的な形状を示す図である。
【図５】フックによるリム片の好適な掛合支持要領を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１に、回転モールド法による石英ルツボの一般的な製造要領を模式で示す。図中、符号１はモールド、２は通気配管、３はアーク電極、そして４がモールドの内壁に張り付けられた石英粉である。
回転モールド法では、回転するモールド１の内壁に張り付けられた石英粉４をアークにより加熱溶融してガラス化し、ルツボの形状に成形することができる。
【００２１】
図２に、従来の一般的なモールドを用いて石英ガラスルツボを製造したときの、ルツボ５の断面形状を示す。
同図に示したとおり、石英ガラスルツボ５の上部外径は小さくなり、また肉厚も薄くなって、径小薄肉部分６が発生する。
【００２２】
そこで、本発明では、図３に示すように、モールドの上部開口部の内側に、フックを介して、円筒状のリム片を掛合支持する構造とすることによって、上記の問題の解決を図るのである。
本発明は、石英ルツボの製造に際し、不可避的にルツボの上部外径が小さくなり肉厚が薄くなるのであれば、その部分のモールド形状を、予めルツボの上部形状に対応する形状とすることにより、無駄に使用される石英粉の量を減少させることが可能になる、という技術思想に立脚している。
また、本発明は、リム片として、石英ルツボ製造時に切断除去後、廃棄を余儀なくされていた、石英ルツボの上部に発生する径小薄肉部分を再利用できるので、余分な製造コストが不要という技術思想に立脚している。
【００２３】
図３において、番号７がリム片、８がリム片７の吊り下げ治具としてのフックである。
本発明において、リム片７としては、別途、新たに作製することもできるが、通常の石英ルツボ製造時に石英ルツボの上部に発生し、切断除去後、廃棄を余儀なくされていた円筒状の径小薄肉部分を再利用することがコストの面で有利である。
かかる径小薄肉部分を再利用する場合には、円筒体の高さを所望高さに調整するだけでなく、円筒体の厚みを均一にするために研削処理を施すことは有利である。
その他、リム片としては、アークに対するバリアー機能を有するカーボン（熱伝導率：約140 W/mK、熱膨張係数：約５×10-6/℃）を用いることもできる。
【００２４】
本発明において、リム片内面のモールド内面からの突出厚さｔ1は、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％とすることが望ましい。
というのは、張り付け厚さｔ2に対する突出厚さｔ1の比率が20％未満では、石英粉の削減効果ひいてはコストダウン効果が小さく、一方80％を超えるとリム片が石英の場合は問題ないが、カーボン製の場合は酸化消耗しやすくなる恐れが生じるからである。
【００２５】
なお、石英粉の収縮率は50〜65％程度であるので、石英ルツボの厚さは石英粉の張り付け厚さの35〜50％程度となる。従って、リム片内面のモールド内面からの突出厚さｔ1を、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％にした場合、リム片の内径は石英ルツボの内径よりも大きい場合、ほぼ同じ場合、小さい場合のいずれもが含まれることになる。このように、本発明では、リム片の内径については特に制限はなく、石英ルツボの内径よりも大きい場合、ほぼ同じ場合、小さい場合のいずれもが適合する。
【００２６】
また、リム片７の高さＨは、径小薄肉部分の高さと同等の高さとすればよい。ちなみに、外径：32インチ、厚み：15mmのルツボを製造する場合に発生する径小薄肉部分の高さは30〜100mm程度である。
なお、リム片７の厚みについては、特に制限はないが、5〜15mm程度とすることが好ましい。
【００２７】
さらに、本発明において、リム片内面の表面粗さは、算術平均粗さRaで6.3〜25μm程度とすることが好ましい。
というのは、リム片内面の粗さがRaで6.3μmより小さいと石英粉の張り付け時や加熱溶融時に石英粉が動き易く、ルツボ精度の劣化を招き、一方25μmを超えるとリム片の表面から粒子が剥落して石英ルツボの不純物となるからである。
【００２８】
なお、かかるリム片として、切断除去後の径小薄肉部分を再利用する場合、ルツボ製造時に、新たに径小薄肉部分が生成する領域で溶融一体化されるので、基本的にこの部分はルツボ製造後には切断除去されることになるが、さらなる使用に耐え得ると判断された場合には、再々利用に供することは可能である。
また、リム片として、アークに対するバリアー機能を有するカーボンを使用した場合、このカーボン製リム片は１回や２回の使用ではほとんど消耗することがないので、繰返し使用することができる。
【００２９】
次に、図４に、リム片の吊り下げ治具としてのフック８の代表形状を示す。なお、フック８の形状についてはとくに限定されるものではなく、リム片を安定して吊り下げ支持できる形状のものであればいずれでもよい。ただし、このフックは、ルツボ製造時における未溶融部分、すなわち溶融時に溶けないで残るモールド内面とルツボ外面の間に設置する必要上、Ｅ部の厚みはこの未溶融部分の厚み未満にすることが好ましい。例えば、外径：32インチ、厚み：15mmのルツボを製造する場合の未溶融部分の厚みは、通常3〜15mm程度であるので、Ｅ部の厚みもこの未溶融部分厚み相当とする必要がある。
【００３０】
従って、フックの素材としては、薄くても耐荷重性、耐熱性を有し、かつ複数回の使用に耐え得るものが好ましくは、代表的な材料としては、カーボン（熱伝導率：約140 W/mK、熱膨張係数：約５×10-6/℃）が例示される。
また、リム片を安定して吊り下げ支持する観点からは、フックの個数は２〜５個とし、均等間隔で配置することが好ましい。特に好ましくは３〜４個である。
【００３１】
次に、図５を用いて、フック８によるリム片７の好適な掛合支持要領について説明する。
同図(a)は、基本形であり、モールド１の上面にフック８の上端を係止したのち、リム片７を掛合させ、さらにリム片７が埋まるように石英粉を充填した場合である。
同図(b)は、フック８の劣化対策を講じたもので、モールド１の上面にフック８を掛ける溝（溝幅および溝深さはフック形状に一致または大きめ）を設け、モールド１の上面とフック８の上面とリム片７の上面をいわゆる面一またはフックがモールド上面に露出しない場合である。
同図(c)は、フック８のより一層の劣化対策を講じたもので、モールド１の上面にフック８のサイズよりも大きめの溝を設け、リム片７の上面を石英粉で覆った場合である。
カーボン製フックは、高温時に酸素と接触すると酸化消耗しやすいので、上述したように、モールドに溝を設けたり、石英粉で覆うことによって、酸素との接触を抑える断つことが有利である。
【実施例１】
【００３２】
本発明では、リム片の体積に相当する量の石英粉を削減することができる。すなわち、石英粉の削減量は次式で近似できる。
石英粉の削減量≒（リム片の重量／リム片の比重）×石英粉のかさ比重
従って、使用するリム片の重量に応じて、表１に示すように、石英粉を削減すると計算できる。
【００３３】
【表１】
2010163312.tif 000003
【００３４】
実際に、図３に示した本発明に従う構造のモールドを用いて、外径が810mm、厚みが15mmの32インチ石英ルツボを製造するに当たり、重量が8.3kgのリム片を図５(a)に示したように配置して石英ルツボを製造した。
その結果、4.7kgの石英粉の削減を達成することができた。
また、外径が457mm、厚みが8mmの18インチ石英ルツボを製造するに当たり、重量が0.9kgのリム片を図５(a)に示したように配置して石英ルツボを製造した。
その結果、0.5kgの石英粉を削減することができた。
【符号の説明】
【００３５】
１  モールド
２  通気配管
３  アーク電極
４  石英粉
５  ルツボ
６  径小薄肉部分
７  リム片
８  フック
【図１】
2010163312.tif 000004
【図２】
2010163312.tif 000005
【図３】
2010163312.tif 000006
【図４】
2010163312.tif 000007
【図５】
2010163312.tif 000008