(57)【要約】  内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボおよびその製造方法を提供する。周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、周壁部の内面の特定領域に複数個の微小凹部を備えることを特徴とする。
2011074568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備える、シリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項２】
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さをＨとするとき、前記底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内にある、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項３】
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さ方向に0.1mm〜5.0mmの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を有する、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項４】
前記微小凹部の平均直径は、１μm〜500μmの範囲である、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項５】
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.05％〜50％の範囲である、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項６】
前記微小凹部の平均直径の前記微小凹部の平均深さに対する比は、0.8未満である、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項７】
少なくとも前記特定領域が結晶化している、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項８】
前記結晶化は、少なくとも前記特定領域に結晶化促進剤を塗布することにより形成されている、請求項７に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項９】
前記結晶化促進剤が、Ｂａ粉末である、請求項８に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項１０】
周壁部、湾曲部および底部を有し、天然シリカガラス層の外層および合成シリカガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法であって、該方法は、
天然シリカ粉からなる外層を形成する工程と、
前記外層の内面上に、合成シリカ粉からなる内層を形成する工程と、
前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて前記シリカ粉を溶融させ、周壁部、湾曲部および底部を有するシリカガラスルツボを形成する工程と、
該シリカガラスルツボを形成する工程の後、特定領域に、複数個の微小凹部を形成する工程と、
を含むことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１１】
前記微小凹部を形成する工程は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削を用いて微小凹部を形成する工程を含む、請求項１０に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１２】
前記微小凹部を形成する工程において導入された加工歪を除去または解放する工程をさらに含む、請求項１０に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１３】
前記加工歪を除去または解放する工程が、前記シリカガラスルツボを熱処理する工程を含む、請求項１２に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理する工程は、前記シリカガラスルツボを1200〜1400℃の範囲で加熱する工程を含む、請求項１３に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１５】
前記加工歪を除去または解放する工程が、前記シリカガラスルツボを酸処理する工程を含む、請求項１２に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１６】
前記酸処理する工程は、前記シリカガラスルツボを所定のフッ化水素酸水溶液に複数回浸漬させる工程を含む、請求項１５に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項１７】
前記特定領域に対し、結晶化促進剤を導入する工程をさらに含む、請求項１０に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカガラスルツボおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造用のシリコン単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法(ＣＺ法）が広く用いられている。このＣＺ法は、図１および図２に示すように、まず、シリカガラス製のルツボ１００内で溶融させた多結晶シリコン１０１に、単結晶の種結晶１０２を浸漬させる。この時、種結晶１０２は急激な熱衝撃を受けるために、種結晶先端部に転位が発生してしまう。この転位を除去するため、所定の方法によりネック部１０３を形成し、転位がその後成長するシリコンに引き継がれないようにする。その後、引き上げ速度および融液温度を制御しながら、種結晶１０２を回転させて徐々に引き上げることにより、次第に直径を大きくして肩部１０４を形成する。所望の直径となったら、一定の直径になるよう制御しながら引き上げを続け、直胴部１０５を形成する。最後に、徐々に直径を小さくしながら尾部１０６を形成してシリコン単結晶のインゴット１０７を製造する。【０００３】
このようなシリコン単結晶の引き上げに用いるシリカガラスルツボは、図１に示されるように、ルツボの機械的強度を高めるために外側部分に天然シリカガラス１０８を用い、内側部分には不純物の混入を避けるために合成シリカガラス１０９を用いるのが一般的である。【０００４】
ここで、「天然シリカガラス」とは、天然シリカ粉を原料として形成されたシリカガラスのことを言い、「合成シリカガラス」とは、合成シリカ粉を原料として形成されたシリカガラスのことを言う。一般に、この合成シリカガラス１０９とシリコン融液１０１との界面では、SiO2(固体)→Si(液体)＋２Ｏの反応が生じ、合成シリカガラス１０９が溶解する。シリコン単結晶引き上げの際、引き上げ温度の上昇や雰囲気圧の低下などによっては、Si(液体)＋Ｏ→SiO(気体)の反応が生じてSiOガスが発生し、図３(a)および図３(b)に示すように、シリコン融液１０１は合成シリカガラス１０９表面から弾かれて湯面振動が発生するおそれがある。なお、図３(a)および図３(b)は、湯面振動の状態を分かりやすく説明するため、湯面振動を誇張して描いたものである。【０００５】
このような湯面振動が発生すると、種結晶１０２をフラットな湯面に接合できず、また、引き上げ中にシリコンが多結晶化するなどの問題を生じる。特に、シリコン単結晶の引き上げ工程の初期段階である種付けと肩部形成の工程は、湯面振動の影響を受けやすく、この影響は、引き上げられたシリコン単結晶インゴットの品質を大きく左右する。このため、これら工程において、シリコン融液の湯面振動を抑制する技術が望まれていた。【０００６】
特許文献１には、シリカガラスルツボ内に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制するために、引き上げ開始湯面付近のルツボ内周面層の気泡含有率を一定範囲に調整する技術が開示されている。これは、シリコン引き上げ開始時のシリコン融液の湯面振動は、この湯面付近のルツボ内表面層の気泡含有率に影響されることを見出したことによるものである。【０００７】
一例として、シリカガラスルツボに大量の気泡を含有させた場合、上述したSiO2 (固体)→Si(液体)＋２Ｏの反応が進むにつれ、シリカガラスが溶解し、図４に示すような開口気泡２０１が現れてくる。この開口気泡２０１は、沸騰石が突沸を防止するのと同様の原理により、湯面振動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２５０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、シリカガラスに大量の気泡２０２を含有させるため、シリカガラスルツボの体積に占めるルツボ自体の割合が実質的に小さくなってしまう。そのため、気泡を設けない場合と比較して、溶解速度が大きくなってしまうという問題があり、シリカガラスルツボの短命化につながっていた。近年、大口径のシリコン単結晶を引き上げるため、大口径のルツボが求められ、これに伴ってシリカガラスルツボは高価となるため、上記湯面振動抑制の効果に加え、溶解速度の小さい長寿命のシリカガラスルツボも望まれている。また、ルツボ周壁部内面直下の未開口の気泡は、引き上げ途中に膨張・破裂し、シリカ片がシリコン融液に混入してしまうという問題もあり、シリコン単結晶の歩留まりの向上も望まれていた。【００１０】
本発明の目的は、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備えることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１２】
（２）前記特定領域は、ルツボ高さをＨとするとき、前記底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内にある上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１３】
（３）前記特定領域は、ルツボ高さ方向に0.1〜5.0mmの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を備える上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１４】
（４）前記微小凹部の平均直径は、1〜500μmの範囲である上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１５】
（５）前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.05〜50％の範囲である上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１６】
（６）前記微小凹部の平均直径の、前記微小凹部の平均深さに対する比は、0.8未満である上記（１）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。【００１７】
（７）周壁部、湾曲部および底部を有し、天然シリカガラス層の外層および合成シリカガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法であって、該方法は、天然シリカ粉からなる外層を形成する工程と、前記外層の内面上に、合成シリカ粉からなる内層を形成する工程と、前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて前記シリカ粉を溶融させ、周壁部、湾曲部および底部を有するシリカガラスルツボを形成する工程と、該シリカガラスルツボを形成する工程の後、特定領域に、複数個の微小凹部を形成する工程とを備えることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。【００１８】
（８）前記微小凹部は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削を用いて形成される上記（７）に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備えることによって、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、シリコン単結晶の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２】図２は、引き上げ法により製造される一般的なシリコンインゴットの平面図    である。
【図３】図３(a)は、シリコン融液の湯面振動を説明するための模式的断面図であり    、図３(b)は、シリコン融液の湯面振動を示す模式的平面図である。
【図４】図４は、従来のシリカガラスルツボに含有される気泡を示すルツボ周壁部の模式的断面図である。
【図５】図５は、本発明に従うシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボを示す断面斜視図である。
【図６】図６は、シリカガラスルツボの作製方法を示す模式的断面図である。
【図７】図７は、シリカガラスルツボとシリコン融液との界面を一部拡大した模式的断面図である。
【図８】図８は、微小凹部の形成パターン示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２２】
＜シリカガラスルツボ＞
まず、本実施形態のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボについて図面を参照しながら説明する。本実施形態のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１は、一例として図５に示されるように、周壁部２、湾曲部３および底部４を有し、天然シリカガラス層８の外層および合成シリカガラス層９の内層の２層で形成されている。このシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１は、周壁部２の内面の特定領域６に複数個の微小凹部５を備えることにより、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができる。また、このシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１は、合成シリカガラス層９中に多量の気泡を意図的に含ませるものではないので、溶解速度を増加させず、ルツボを長寿命化することができるものである。
【００２３】
一般に、シリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１は、例えば図６に示すように、外側部分が天然シリカ粉８ａ、内側部分が合成シリカ粉９ａとなるよう遠心力を用いてこれら粉末をルツボの形状に固め、この中でアーク放電を行い、天然シリカ粉末８ａと合成シリカ粉末９ａとを溶融させ、その後冷却することにより、天然シリカガラス８と合成シリカガラス９との２層構造を有するよう形成される。
【００２４】
ここで、合成シリカ粉９ａとは、合成シリカからなるものを意味している。合成シリカとは、化学的に合成・製造した原料であって、合成シリカガラス粉は非晶質である。合成シリカの原料は気体または液体であるため、容易に精製することが可能であり、合成シリカ粉は天然シリカ粉よりも高純度とすることができる。合成シリカガラス原料としては四塩化珪素などの気体の原料由来とケイ素アルコキシドのような液体の原料由来がある。本実施形態において、合成シリカ粉ガラスでは、すべての不純物を0.1ppm以下とすることが可能である。
【００２５】
一方、天然シリカ粉８ａとは天然シリカからなる粉末を意味している。天然シリカとは、自然界に存在する石英原石を掘り出し、破砕・精製などの工程を経て得られる原料であり、天然シリカ粉はα-石英の結晶からなる。天然シリカ粉ではAl、Tiが１ppm以上含まれている。またその他の金属不純物についても合成シリカ粉よりも高いレベルにある。天然シリカ粉はシラノールをほとんど含まない。天然シリカ粉を溶融して得られるシリカガラスのシラノール量は50ppm未満である。
【００２６】
これら天然シリカガラス８および合成シリカガラス９は、例えば波長２４５ｎｍの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定して蛍光ピークを観察することにより判別することが可能である。
【００２７】
なお、本実施形態において、天然シリカガラス８と合成シリカガラス９の原料としてシリカ粉末を使用しているが、ここでいう「シリカ粉末」には、上記の条件を満たしていれば、石英に限らず、二酸化ケイ素(シリカ)を含む、水晶、珪砂等、シリカガラスルツボ１の原材料として周知の材料の粉体をも含むことができる。
【００２８】
シリカガラスルツボ１内のシリコン融液の量は、シリコン単結晶引き上げに伴い変化する。したがって、特定領域６は、ユーザが用いる際のシリカガラスルツボ１内のシリコン融液の量によって適宜選択すればよく、少なくとも肩部形成のときの湯面が位置する領域（図５ではｈ１高さ位置からｈ２高さ位置までの領域）とすればよい。特に、この領域は、ルツボ高さをＨとするとき、底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内とするのが好ましく、特に好ましくは0.60H〜0.90Hの領域内である。
【００２９】
このように、湯面が位置する領域において湯面振動が生じ易い理由を以下で説明する。図７は、内部にシリコン融液を有するシリカガラスルツボ１の湯面位置の一部を拡大した模式的断面図であるが、このように、シリカガラスルツボ１の濡れ性によって、液体のシリコン融液は固体のシリカガラスルツボとの界面で、図７の領域Ｉに示すような断面形状を呈する。この領域Ｉでは、この領域Ｉの範囲外のものと比較して、シリコン融液中の酸素濃度が低い液面との距離が近いので、酸素の濃度勾配が大きくなり、上述したSiO 2 (固体)→Si(液体)＋２Ｏの反応で生じたＯの拡散が早い。よって、この反応が進み易く、ルツボの溶解が促進される。一般に、この領域Ｉは、ルツボ高さ方向に0.1mm〜5.0mmの範囲で生じることから、特定領域６は、ルツボ高さ方向に0.1mm〜5.0mmの範囲（さらに好ましくは0.2mm〜4.0mm）の間隔で区画(図８ではｈ３の間隔で区画)された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の微小凹部５を備えるのが好ましい。
【００３０】
微小凹部５の平均直径は、１μm〜500μmの範囲であるのが好ましく、特に好ましくは10μm〜300μmである。微小凹部５の平均直径が１μm未満だと、上述した沸騰石と同様の効果を十分に得ることができなくなり、一方、微小凹部５の平均直径が500μmを超えると、上述した沸騰石と同様の効果を十分に得ることができなくなるだけでなく、ルツボの溶解により微小凹部５が無くなり易くなるためである。
【００３１】
微小凹部５の平均深さは、周壁部２におけるルツボ厚さの0.05％〜50％の範囲であるのが好ましく、特に好ましくは0.10%〜30%である。微小凹部５の平均深さが周壁部２におけるルツボ厚さの0.05％未満だと、シリカガラスルツボ１の溶解により微小凹部５がなくなりやすく、一方、微小凹部５の平均深さが周壁部２におけるルツボ厚さの50％を超えると、ルツボの壁部強度に影響を与えるおそれがある。なお、周壁部２の厚さは、一例として、100μm〜1000μmの範囲とするのが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態のシリカガラスルツボ１は、周壁部２の特定領域６に形成された微小凹部５の下方位置(すなわち、微小凹部５の外側)に気泡を含まないものとする。シリカガラスに大量の気泡を含有させるということは、シリカガラスルツボ１の体積に占めるルツボ自体の割合を実質的に小さくすることになり、気泡を設けない場合と比較して、溶解速度が大きくなってしまうという問題があるためである。また、大量に形成された気泡は、シリカガラスルツボ１の強度をも低下させるおそれがある。
【００３３】
また、微小凹部５の平均直径の平均深さに対する比は、０超え0.8未満とするのが好ましく、特に好ましくは0.1超え0.7未満である。シリカガラスルツボ１の溶解により凹部がなくなってしまうのを抑制するためには、上記SiO2(固体)→Si(液体)＋２Ｏの反応を抑制する必要がある。そのためには、シリカガラスルツボ１と融液との界面におけるシリコン融液中の酸素濃度を高くすれば上記反応が進みにくくなる。これには、一旦上記反応により生じた酸素が微小凹部５から拡散しないようにすればよく、シリコン融液の熱対流の影響を受けにくくするよう、上記比の範囲となるよう直径および深さを規定するのが好ましい。
【００３４】
＜シリカガラスルツボの製造方法＞
本実施形態におけるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１の製造方法は、一例として図５および図６に示されるように、周壁部２、湾曲部３および底部４を有し、天然シリカガラス層８の外層および合成シリカガラス層９の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１の製造方法であって、天然シリカ粉８ａからなる外層を形成する工程と、この外層の内面上に、合成シリカ粉９ａからなる内層を形成する工程と、この内層の内面側からアーク放電を生じさせて溶融して、周壁部２、湾曲部３および底部４を有するシリカガラスルツボ１を形成する工程と、特定領域６に複数個の微小凹部５を形成する工程をさらに備える構成を有することにより、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１を提供することができるものである。
【００３５】
微小凹部５は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールを用いて形成されるのが好ましい。例えば、炭酸ガスレーザの照射面をルツボの内表面に対峙させ、例えば10.6μmの赤外光を照射することにより、微小凹部５を形成する。あるいは、ダイヤモンドツールとしては、例えば三菱マテリアル製ダイヤモンドコーティング脆性材加工用ドリルに水をかけながらシリカガラスルツボ１の内面に当てて、微小凹部５を形成する。研削・ルツボの回転あるいは昇降を繰り返し、ある特定領域６の内面全体に微小凹部５を形成する。
【００３６】
＜シリカガラスルツボの製造方法の変形例１＞
上述のように、本発明者は、シリカガラスルツボ１の内面に所定のピット（微小凹部５）を設けることにより、溶融シリコンの湯面振動を抑制する技術を見出した。しかしながら、この技術は、例えばレーザー、または機械研削を用いてルツボ内面にピットを形成する場合には、シリカガラスルツボ１に加工歪が導入されるおそれがある。シリカガラスルツボ１に加工歪が導入されると、シリコン単結晶引き上げの際のルツボの溶解速度が大きくなってしまい、シリカガラスルツボ１の寿命が短くなってしまうという従来は認識されていなかった新たな問題を見出した。
【００３７】
そこで、本発明者は、この問題を解決するために鋭意検討を行った結果、微小凹部５を形成する工程においてシリカガラスルツボ１に導入された加工歪を除去または解放する処理を施すことによって、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１の製造方法を提供することができることを見出した。
【００３８】
すなわち、本実施形態におけるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ１の製造方法は、微小凹部５を形成する工程において導入された加工歪を除去または解放する工程をさらに含んでもよい。
【００３９】
このとき、この加工歪を除去または解放する工程は、シリカガラスルツボ１を熱処理する工程を含んでもよい。このシリカガラスルツボ１を熱処理する工程は、シリカガラスルツボ１を1200℃〜1400℃の範囲で加熱することを含むのが好ましく、特に好ましくは1250℃〜1350℃の範囲で加熱する。1200℃未満で加熱しても加工歪の除去または解放効果が期待できず、また、1400℃を超えて加熱すると、シリカガラスルツボ１自体が溶解してしまうおそれがあるためである。なお、この熱処理は、必ずしもシリカガラスルツボ１の全体に施さねばならないわけではなく、十分に加工歪の除去または解放効果を得るためには、特定領域６に対して施せば足りる。
【００４０】
また、この熱処理は、十分に加工歪の除去または解放効果を得るためには５分以上施すのが好ましく、特に好ましくは10分以上である。もっとも、この熱処理は、生産性を低下させないためには１時間以内であることが好ましく、特に好ましくは30分以内である。
【００４１】
また、この加工歪を除去または解放する工程は、シリカガラスルツボ１を酸処理する工程を含んでもよい。この酸処理する工程は、シリカガラスルツボ１を所定の濃度のフッ化水素酸水溶液に複数回浸漬させる工程を含むことが好ましい。また、フッ化水素酸水溶液は、十分に加工歪の除去または解放効果を得つつシリカガラスルツボ１自体が溶解してしまわないようにするためには、フッ化水素濃度20％〜30％の範囲とするのが好ましく、特に好ましくはフッ化水素濃度23％〜27％の範囲である。なお、この酸処理は、必ずしもシリカガラスルツボ１の全体に施さねばならないわけではなく、十分に加工歪の除去または解放効果を得るためには、特定領域６に対して施せば足りる。
【００４２】
また、浸漬回数は、十分に加工歪の除去または解放効果を得つつシリカガラスルツボ１自体が溶解してしまわないようにするためには、１回以上とするのが好ましいが、２回以上とするのがより好ましく、特に３回とするのが好ましい。もっとも、浸漬回数は、１０回以下とするのが好ましく、５回以下とするのがより好ましい。この酸処理によって、十分に加工歪の除去または解放効果を得つつルツボ自体が溶解してしまわないようにするためには、シリカガラスルツボ１の内面は10μm〜15μm程度エッチングされることが好ましく、11μm〜14μm程度エッチングされることがより好ましい。
【００４３】
このように、本実施形態では、微小凹部５を形成する工程においてシリカガラスルツボ１に導入された加工歪は、上述したシリカガラスルツボ１を熱処理する工程又は酸処理する工程によって、除去または解放される。そのため、シリカガラスルツボ１の内部に充填したシリコン融液の湯面振動を抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法を提供することができる。
【００４４】
＜シリカガラスルツボの製造方法の変形例２＞
ところで、高温のシリコン融液とシリカガラスルツボ１の界面には、茶色のリング状の模様が形成されることがある。これは、ブラウンリングと呼ばれ、シリコン単結晶引き上げの温度・圧力範囲において、SiO 2 の安定した結晶構造であるクリストバライトによるものである。このブラウンリングが成長すると、リングの中央部分から剥離が始まり、この剥離したクリストバライトの結晶片によってシリコン単結晶の単結晶化率が低下し、歩留まりが低下するという問題がある。このようなクリストバライトの剥離を抑制する技術として、従来、ルツボの内表面にバリウムをコーティングして、クリストバライト層を結晶化させる技術が知られている。
【００４５】
しかしながら、単にシリカガラスルツボ１の内表面にバリウム粉末を振り掛けただけでは、バリウム粉末が下に落ちてしまい、十分な量のバリウム粉末をコーティングすることができず、上記クリストバライト層を十分に結晶化できないという問題があった。
【００４６】
そこで、本発明者は、この問題を解決するために鋭意検討を行った結果、特定領域６に結晶化促進剤を塗布することによって、十分な量のバリウム粉末をコーティングすることができるので、特定領域６を結晶化することができることを見出した。このようにすれば、特定領域６が結晶化していることにより、クリストバライトの剥離を抑制することができ、高歩留まりでシリコン単結晶を引き上げることができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態のシリカガラスルツボの製造方法は、特定領域６に対し、結晶化促進剤を導入する工程をさらに含むものである。そして、特定領域６に結晶化促進剤を導入する工程は、特定領域６に結晶化促進剤を塗布する工程を含むことが好ましい。この導入工程では、微小凹部５が形成された特定領域６に対し、このシリカガラスルツボ１を回転させながら結晶化促進剤を振り掛けることで、全体にまんべんなく結晶化促進剤を塗布することができる。また、特定領域６に設けられている微小凹部５に対し、ノズルなどを用いて結晶化促進剤を注入してもよい。この場合には、凹部に結晶化促進剤がより多く入り込むため、結晶化促進剤が下に落ちにくいという有利な効果が得られる。その他にも、結晶化促進剤の導入は、粉末塗布、インクジェット法、ゾルゲル封入法等により導入されることができる。
【００４８】
結晶化促進剤としては、偏析係数の観点から、Ｂａ粉末を用いるのが好ましい。Ｂａの偏析係数は小さいため、シリコン単結晶に混入するバリウムは極小となり、シリコン融液への混入の問題が生じにくいためである。
【００４９】
これによって、特定領域に微小凹部５を設けただけに比べて、表面を結晶したことにより、シリカガラスルツボ１の溶解速度が小さくなり、より一層湯面振動を抑制することができる。また、シリカガラスルツボ１の機械強度も高めることができ、単結晶シリコンの歩留まりが向上する。
【００５０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備えることによって、その内部に充填したシリコン融液の湯面振動を安定して抑制することができ、かつ長寿命のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボおよびその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１     シリカガラスルツボ
２     周壁部
３     湾曲部
４     底部
５     微小凹部
６     特定領域
８     天然シリカガラス
８ａ   天然シリカ粉末
９     合成シリカガラス
９ａ   合成シリカ粉末
Ｈ     ルツボ高さ
１００ シリカガラスルツボ
１０１ 溶融多結晶シリコン
１０２ 種結晶
１０３ ネック
１０４ 肩部
１０５ 直胴部
１０６ 尾部
１０７ シリコンインゴット
１０８ 天然シリカガラス
１０９ 合成シリカガラス
２０１ 開口気泡
２０２ 独立気泡
【図１】
2011074568.tif 000003
【図２】
2011074568.tif 000004
【図３】
2011074568.tif 000005
【図４】
2011074568.tif 000006
【図５】
2011074568.tif 000007
【図６】
2011074568.tif 000008
【図７】
2011074568.tif 000009
【図８】
2011074568.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月7日(2011.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、
前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備え、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さをＨとするとき、前記底部から測定して、0.50Ｈ〜0.99Ｈの領域内にあり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さ方向に0.1mm〜5.0mmの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を有し、
前記微小凹部の平均直径は、１μm〜500μmの範囲であり、
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの0.05％〜50％の範囲であり、
前記微小凹部の平均直径の前記微小凹部の平均深さに対する比は、0.8未満である、
シリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項２】
少なくとも前記特定領域が結晶化している、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項３】
前記結晶化は、少なくとも前記特定領域に結晶化促進剤を塗布することにより形成されている、請求項２に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項４】
前記結晶化促進剤が、Ｂａ粉末である、請求項３に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項５】
周壁部、湾曲部および底部を有し、天然シリカガラス層の外層および合成シリカガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法であって、該方法は、
天然シリカ粉からなる外層を形成する工程と、
前記外層の内面上に、合成シリカ粉からなる内層を形成する工程と、
前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて前記シリカ粉を溶融させ、周壁部、湾曲部および底部を有するシリカガラスルツボを形成する工程と、
該シリカガラスルツボを形成する工程の後、特定領域に、物理研削を用いて複数個の微小凹部を形成する工程と、
前記シリカガラスルツボを１２００〜１４００℃の範囲で５分〜１時間熱処理するか、あるいは前記シリカガラスルツボをフッ化水素濃度２０〜３０％で１〜１０回酸処理することによって、前記微小凹部を形成する工程において導入された加工歪を除去または解放する工程と、
を含むことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【請求項６】
前記微小凹部を形成する工程は、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削を用いて微小凹部を形成する工程を含む、請求項５に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁部、湾曲部および底部を有するシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボであって、
前記周壁部の厚さは、１００μｍ〜１０００μｍの範囲であり、
前記周壁部の内面の特定領域に、複数個の微小凹部を備え、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さをＨとするとき、前記底部から測定して、０．６０Ｈ〜０．９０Ｈの領域内にあり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さ方向に０．２ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を有し、
前記微小凹部の平均直径は、１０μｍ〜３００μｍの範囲であり、
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの０．１０％〜３０％であり、
前記微小凹部の平均直径の前記微小凹部の平均深さに対する比は、０．７未満であり、
前記微小凹部を形成する際においてシリカガラスルツボに導入された加工歪が、１２００〜１４００℃の範囲で５分〜１時間熱処理するか、あるいはフッ化水素濃度２０〜３０％で１〜１０回酸処理することによって除去されている、
シリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項２】
少なくとも前記特定領域が結晶化している、請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項３】
前記結晶化は、少なくとも前記特定領域に結晶化促進剤を塗布することにより形成されている、請求項２に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項４】
前記結晶化促進剤が、Ｂａ粉末である、請求項３に記載のシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボ。
【請求項５】
周壁部、湾曲部および底部を有し、天然シリカガラス層の外層および合成シリカガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法であって、該方法は、天然シリカ粉からなる外層を形成する工程と、
前記外層の内面上に、合成シリカ粉からなる内層を形成する工程と、
前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて前記シリカ粉を溶融させ、周壁部、湾曲部および底部を有するシリカガラスルツボを形成する工程と、
該シリカガラスルツボを形成する工程の後、特定領域に、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールなどを用いた物理研削を用いて複数個の微小凹部を形成する工程と、
前記シリカガラスルツボを１２００〜１４００℃の範囲で５分〜１時間熱処理するか、あるいは前記シリカガラスルツボをフッ化水素濃度２０〜３０％で１〜１０回酸処理することによって、前記微小凹部を形成する工程において導入された加工歪を除去する工程と、
を含み、
前記周壁部の厚さは、１００μｍ〜１０００μｍの範囲であり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さをＨとするとき、前記底部から測定して、０．６０Ｈ〜０．９０Ｈの領域内にあり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さ方向に０．２ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を有し、
前記微小凹部の平均直径は、１０μｍ〜３００μｍの範囲であり、
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの０．１０％〜３０％であり、
前記微小凹部の平均直径の前記微小凹部の平均深さに対する比は、０．７未満である、
ことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月26日(2012.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁部、湾曲部および底部を有し、天然シリカガラス層の外層および合成シリカガラス層の内層の２層で形成されるシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法であって、該方法は、
天然シリカ粉からなる外層を形成する工程と、
前記外層の内面上に、合成シリカ粉からなる内層を形成する工程と、
前記内層の内面側からアーク放電を生じさせて前記シリカ粉を溶融させ、周壁部、湾曲部および底部を有するシリカガラスルツボを形成する工程と、
該シリカガラスルツボを形成する工程の後、特定領域に、炭酸ガスレーザまたはダイヤモンドツールを用いた物理研削を用いて複数個の微小凹部を形成する工程と、
前記シリカガラスルツボを１２００〜１４００℃の範囲で５分〜１時間熱処理するか、あるいは前記シリカガラスルツボをフッ化水素濃度２０〜３０％で１〜１０回酸処理することによって、前記微小凹部を形成する工程において導入された加工歪を除去する工程と、
を含み、
前記周壁部の厚さは、１００μｍ〜１０００μｍの範囲であり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さをＨとするとき、前記底部から測定して、０．６０Ｈ〜０．９０Ｈの領域内にあり、
前記特定領域は、前記シリカガラスルツボの高さ方向に０．２ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲の間隔で区画された円環状の内面部分ごとに、少なくとも１個の前記微小凹部を有し、
前記微小凹部の平均直径は、１０μｍ〜３００μｍの範囲であり、
前記微小凹部の平均深さは、前記周壁部におけるルツボ厚さの０．１０％〜３０％であり、
前記微小凹部の平均直径の前記微小凹部の平均深さに対する比は、０．７未満である、
ことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
【国際調査報告】
2011074568.tif 000011
2011074568.tif 000012
2011074568.tif 000013
2011074568.tif 000014
2011074568.tif 000015
2011074568.tif 000016