(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、クリストバライト化の進行が抑制された石英ガラスルツボを提供する。【解決手段】石英ガラスルツボ１１１を作製した後、前記作製した石英ガラスルツボの外面側を研削することにより、あるいは、石英ガラスルツボの外面を熱処理することにより、前記作製した石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２に存在するシリカの結晶相１５１を除去する。この結果、前記石英ガラスルツボ１１１の全体が石英ガラス１２１からなり、前記石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２にシリカの結晶相１５１が実質的に存在しない石英ガラスルツボ１１１が得られる。【選択図】図２
2011140410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボの製造方法であって、少なくとも、
石英ガラスルツボを作製した後、該作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去することを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の石英ガラスルツボの製造方法であって、
最大直径がＡである原料粉を用いて石英ガラスルツボを作製する工程と、
前記作製した石英ガラスルツボの外面側を、少なくとも厚さＡ以上研削することにより、前記作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去する工程と
を含むことを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の石英ガラスルツボの製造方法であって、
石英ガラスルツボを作製する工程と、
前記作製した石英ガラスルツボの外面を熱処理することにより、前記作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去する工程と
を含むことを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法。
【請求項４】
シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、
前記石英ガラスルツボの全体が石英ガラスからなり、前記石英ガラスルツボの外層部にシリカの結晶相が実質的に存在しないことを特徴とする石英ガラスルツボ。
【請求項５】
請求項４に記載の石英ガラスルツボであって、
前記石英ガラスルツボを作製する際に用いた原料粉の最大直径をＡとしたときに、石英ガラスルツボを作製した後に、該作製した石英ガラスルツボの外面側を少なくとも厚さＡ以上研削することにより、前記石英ガラスルツボの外層部に存在したシリカの結晶相を除去したものであることを特徴とする石英ガラスルツボ。
【請求項６】
請求項４に記載の石英ガラスルツボであって、
石英ガラスルツボを作製した後に、その外面を熱処理することにより、前記石英ガラスルツボの外層部に存在したシリカの結晶相を除去したものであることを特徴とする石英ガラスルツボ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法にてシリコン単結晶を製造する際に用いる石英ガラスルツボ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶引き上げ法（チョクラルスキー法、ＣＺ法）にて、シリコン単結晶の製造中に石英ガラスルツボの外側が失透（すなわち、クリストバライト化・結晶化）すると、湯漏れ（シリコン融液がルツボから漏れること）が発生する場合があり、問題となっていた。
【０００３】
この石英ガラスルツボにおける失透は、その使用温度などの炉内環境により左右されるが、石英ガラスルツボの使用時間が概ね１００時間を超えると始まり、使用時間の経過に伴い顕著になる。このため石英ガラスルツボの使用時間を制限しているが、これはシリコン単結晶の生産性を制限することになるため好ましくない。よって、石英ガラスルツボの結晶化を抑制することが望まれる。
【０００４】
ところで、石英ガラスルツボは回転している型内に原料粉を供給し、ルツボ状の原料粉体層を形成し、その内側からアーク放電加熱し溶融する方法で製造される。
この時、ルツボ外面に付着した未溶融粉は、必要に応じて石英ガラスルツボの外面を研削したり（特許文献１）、高圧水を吹き付けたり（特許文献２）、研磨剤水性分散液を吹き付けたり（特許文献３）することで除去している。
また、特許文献４には石英ガラスルツボを研削する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５３２９５号公報
【特許文献２】特公平８−１６０３９号公報
【特許文献３】特開２００４−１０７１６３号公報
【特許文献４】特開平７−５３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、クリストバライト化の進行が抑制された石英ガラスルツボを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボの製造方法であって、少なくとも、石英ガラスルツボを作製した後、該作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去することを特徴とする石英ガラスルツボの製造方法を提供する。
【０００８】
このような石英ガラスルツボの製造方法であれば、クリストバライト化の進行が抑制された石英ガラスルツボを製造することができる。その結果、シリコン単結晶引き上げに用いた際に長時間操業を可能とするとともに、石英ガラスルツボからの湯漏れを防止することができる。
【０００９】
この場合、本発明の石英ガラスルツボの製造方法では、最大直径がＡである原料粉を用いて石英ガラスルツボを作製する工程と、前記作製した石英ガラスルツボの外面側を、少なくとも厚さＡ以上研削することにより、前記作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去する工程とを含むことができる。
【００１０】
このような方法により、より効果的に石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去することができる。
【００１１】
また、本発明の石英ガラスルツボの製造方法では、石英ガラスルツボを作製する工程と、前記作製した石英ガラスルツボの外面を熱処理することにより、前記作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去する工程とを含むことができる。
【００１２】
このような方法によっても、より効果的に石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去することができる。
【００１３】
また、本発明は、シリコン単結晶引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、前記石英ガラスルツボの全体が石英ガラスからなり、前記石英ガラスルツボの外層部にシリカの結晶相が実質的に存在しないことを特徴とする石英ガラスルツボを提供する。
このような石英ガラスルツボであれば、石英ガラスルツボのクリストバライト化の進行を抑制することができる。その結果、シリコン単結晶引き上げに用いた際に長時間の操業が可能であるとともに、石英ガラスルツボからの湯漏れを防止することができる。
【００１４】
本発明の石英ガラスルツボでは、前記石英ガラスルツボを作製する際に用いた原料粉の最大直径をＡとしたときに、石英ガラスルツボを作製した後に、該作製した石英ガラスルツボの外面側を少なくとも厚さＡ以上研削することにより、前記石英ガラスルツボの外層部に存在したシリカの結晶相を除去したものとすることができる。
また、本発明の石英ガラスルツボでは、石英ガラスルツボを作製した後に、その外面を熱処理することにより、前記石英ガラスルツボの外層部に存在したシリカの結晶相を除去したものとすることができる。
【００１５】
これらのような石英ガラスルツボであれば、より効果的に外層部に存在するシリカの結晶相が除去された石英ガラスルツボとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る石英ガラスルツボの製造方法及び石英ガラスルツボであれば、クリストバライト化の進行を抑制することができる石英ガラスルツボを提供することができる。その結果、シリコン単結晶引き上げに用いた際に長時間操業を可能とし、よりシリコン単結晶の生産性の向上及びコストの低減を図ることができる。更に、本発明により、石英ガラスルツボからの湯漏れを防止することができ、安定した操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る石英ガラスルツボの概略断面図である。
【図２】本発明の石英ガラスルツボの製造方法の一例（第１の態様）を説明する模式図である。
【図３】本発明の石英ガラスルツボの製造方法の別の一例（第２の態様）を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述のように、単結晶引き上げ法にて、シリコン単結晶の製造中に石英ガラスルツボの外側が失透すると、湯漏れが発生する場合があり、問題となっていた。
【００１９】
石英ガラスルツボの結晶化を抑制する一つの方法として、使用前の石英ガラスルツボ中に存在するシリカの結晶相を除去する方法が挙げられる。これは、石英ガラスルツボはそのほとんどがアモルファス相であるが、最外層には原料粉の未溶融ないし半溶融シリカが取り込まれている。この原料粉は結晶質（結晶石英）であるので、アモルファス中に既に結晶核が存在していることになり、これを核としてシリカの結晶（クリストバライト）への相転移が進行しやすい。故に結晶相を除去することで結晶化を抑制することができる。
【００２０】
ところで、未溶融粉ないし半溶融粉は外面に付着しているだけではなく、前述のように石英ガラスルツボの最外層中にも偏在している。研削によりこの最外層の未溶融ないし半溶融の原料粉を除去することはできるが、特許文献１や特許文献４の方法ではどれくらいの厚さを研削すれば良いのかが明確ではなく、実際にはアモルファス中の結晶相を完全に除去することができなかった。
【００２１】
そこで、本発明者は鋭意検討を重ね、石英ガラスルツボの外側の失透（クリストバライト化）を抑制するには、石英ガラスルツボ最外層の結晶相を実質的に存在しないようになるまで除去することが有効であり、完全に除去することが好ましいことを見出した。その際、外層部のどれくらいの厚さの結晶相を除去すれば良いのかも見出した。
【００２２】
以下、本発明の石英ガラスルツボ及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
図１に本発明に係る石英ガラスルツボの概略断面図を示す。
本発明の石英ガラスルツボ１１は、全体が石英ガラス２１からなる。
石英ガラスルツボ１１には、内面３１及び外面４１があり、従来は外面４１側のルツボ外層部にシリカの結晶相が多く存在していたが、本発明では、特にこのルツボ外層部内にもシリカの結晶相が実質的に存在しないものとする。
【００２４】
石英ガラス２１、すなわち、アモルファス相の石英ガラスルツボ１１中にシリカの結晶相が存在しなければ結晶核が存在しないことになるので、石英ガラスルツボ１１をシリコン単結晶引き上げに用いた際に、石英ガラスルツボ１１のクリストバライト化の進行を抑制することができる。その結果、石英ガラスルツボからの湯漏れを防止することができる。
【００２５】
このような全体が石英ガラスからなり、外層部にシリカの結晶相が実質的に存在しない石英ガラスルツボは、一旦石英ガラスルツボを作製した後、該作製した石英ガラスルツボの外層部に存在するシリカの結晶相を除去することにより製造することができる。
【００２６】
この本発明に係る石英ガラスルツボの製造方法をより具体的に以下に説明する。
図２に、本発明の石英ガラスルツボの製造方法の一例（第１の態様）を説明する模式図を示した。
【００２７】
まず、図２の（１−ａ）及び（１−ｂ）に示したように、最大直径がＡである原料粉を用いて石英ガラスルツボ１１１を作製する（工程１）。なお、図２（１−ｂ）は、図２（１−ａ）の破線部分の拡大図である。
このように作製した石英ガラスルツボ１１１は、ほぼ全体が石英ガラス（すなわち、アモルファス相）１２１からなるが、図２（１−ｂ）に模式的に示したように、石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２には、シリカの結晶相１５１が存在している。
【００２８】
次に、工程１で作製した石英ガラスルツボ１１１の外面１４１の側を、少なくとも厚さＡ以上研削する（工程２）。これにより、石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２に存在するシリカの結晶相１５１を除去する。内面１３１の側は特に処理を行わなくてよい。
【００２９】
本発明者が、研削前の石英ガラスルツボを切断し、その断面をラマン分光装置（日本分光製、ＮＲＳ−３１００）で分析したところ、石英ガラスルツボ外層部において原料粉（その構造は結晶石英）がアモルファスに相転移せず、結晶石英のまま取り込まれていることがわかった。
【００３０】
そこで、研削により石英ガラスルツボの外層部を少なくとも厚さＡ以上除去すれば、より好ましくは厚さ２Ａ以上除去すれば、外層部にシリカの結晶相を含まない石英ガラスルツボを得ることができ、このような石英ガラスルツボであれば単結晶引き上げ時に石英ガラスルツボの外層部の結晶化を抑制することができる。シリカの結晶相の存在領域のバラツキを考慮して厚さ２Ａ以上を研削しても良い。
【００３１】
また、石英ガラスルツボの強度・耐熱性・粘度はシリカの結晶相の違いよりも、含有する気泡や不純物（ＯＨ基、Ｃｌ−、アルカリ金属イオン、など）の影響を受け、特に含有する気泡のサイズや密度が大きいと熱が伝わりにくくなり、石英ガラスルツボが変形し難くなる。よって、石英ガラスルツボの外層部の結晶相を除去しても石英ガラスルツボの耐熱性には影響しない。従って、石英ガラスルツボの外層部の研削厚さは結晶相を除去できれば良く、特に上限を定めるものではなく、研削後に石英ガラスルツボとしての機能が果たせる肉厚が残っていれば良く、例えば厚さ１０Ａも除去すれば十分である。
【００３２】
尚、ここで言う研削とは、所定の肉厚を除去するものであれば含まれるものであり、広義に解釈され、いわゆる研磨もここで言う研削に含まれる。
【００３３】
このようにして、図２の（２−ａ）及び（２−ｂ）に示したように、本発明の石英ガラスルツボ２１１を製造することができる。なお、図２（２−ｂ）は、図２（２−ａ）の破線部分の拡大図である。
【００３４】
本発明の石英ガラスルツボ２１１は、全体が石英ガラス２２１からなる。また、工程２の研削処理により、石英ガラスルツボ２１１は、その外層部２４２にシリカの結晶相が実質的に存在しないものとなる。
なお、石英ガラスルツボ２１１の外面２４１は、研削による厚さ減少分だけ、研削前の石英ガラスルツボ１１１の外面１４１より内側に位置することになる。
【００３５】
図３に、本発明の石英ガラスルツボの製造方法の一例（第２の態様）を説明する模式図を示した。
【００３６】
まず、図３の（１’−ａ）及び（１’−ｂ）に示したように、石英ガラスルツボ１１１を作製する（工程１’）。なお、図３（１’−ｂ）は、図３（１’−ａ）の破線部分の拡大図である。
このように作製した石英ガラスルツボ１１１は、ほぼ全体が石英ガラス（すなわち、アモルファス相）１２１からなるが、図３（１’−ｂ）に模式的に示したように、石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２には、シリカの結晶相１５１が存在している。
【００３７】
次に、作製した石英ガラスルツボ１１１の外面１４１を熱処理する（工程２’）。これにより、石英ガラスルツボ１１１の外層部１４２に存在するシリカの結晶相１５１を除去する。
【００３８】
この時の熱処理方法としては、例えば、石英ガラスルツボの外面１４１を８００℃〜１５００℃以下に加熱すると加熱領域に輝点が生じる石英ガラスルツボについて、石英ガラスルツボ内面１３１を１５００℃以下に維持する一方、石英ガラスルツボの外面１４１をアーク炎によって１８５０℃〜２４００℃に加熱して再溶融させ輝点を除去することができる。
この熱処理方法は、特開２００１−３４２０２９号公報に記載された石英ガラスルツボの再溶融方法と類似するが、本発明では、石英ガラスルツボの外面１４１に対して熱処理を行う。
【００３９】
また、例えば、石英ガラスルツボ外面１４１を８００℃〜１５００℃以下に加熱すると加熱領域に輝点が生じる石英ガラスルツボについて、石英ガラスルツボ内面１３１を１５００℃以下に維持する一方、石英ガラスルツボの外面１４１を酸水素炎またはプラズマ炎によって１８５０℃〜２４００℃に局部加熱し輝点発生部分を再溶融させて輝点を除去する、ということを石英ガラスルツボ外面１４１の全面に亘って行うこともできる。
この熱処理方法は、特開２００１−３４２０３０号公報に記載された石英ガラスルツボの再溶融方法と類似するが、本発明では、石英ガラスルツボの外面１４１に対して熱処理を行う。
【００４０】
このようにして、図３の（２’−ａ）及び（２’−ｂ）に示したように、本発明の石英ガラスルツボ３１１を製造することができる。なお、図３（２’−ｂ）は、図３（２’−ａ）の破線部分の拡大図である。
【００４１】
本発明の石英ガラスルツボ３１１の全体が石英ガラス３２１からなる。また、工程２’の熱処理により、石英ガラスルツボ３１１は、その外面３４１側の外層部３４２にシリカの結晶相が実質的に存在しないものとなる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１〜４、比較例１、２）
まず、それぞれ、最大直径３００μｍの原料粉を用いて外径８１０ｍｍの石英ガラスルツボを製造した（即ち、Ａ＝３００μｍ）（工程１又は工程１’）。
【００４３】
その後、実施例１では石英ガラスルツボの外面側を３００μｍ（＝Ａ）研削、実施例２では６００μｍ（＝２Ａ）研削、実施例３では９００μｍ（＝３Ａ）研削を行った（工程２）。
また、実施例４では石英ガラスルツボの外面をアーク炎により２１５０℃、２分の熱処理を行った（工程２’）。
【００４４】
一方、比較例１は後処理を行わなかった。
また、比較例２では石英ガラスルツボの外面側を２００μｍ（即ちＡ未満）研削を行った。
【００４５】
実施例１〜４、比較例１、２のそれぞれの石英ガラスルツボを用いて、各実施例及び比較例について原料のポリシリコンを３５０ｋｇチャージし、同一の製造条件にて直径３００ｍｍのシリコン単結晶の製造を２００バッチ行った。ただし、湯漏れが発生した条件については、その時点で実験を中止した。
【００４６】
この時の結果（ルツボ外側の失透厚さ、湯漏れ発生率、ルツボの変形の有無）を下記の表１に示す。
【００４７】
【表１】
2011140410.tif 000003
【００４８】
表１からわかるように、本発明に拠れば、石英ガラスルツボの外層部の結晶相を除去することで石英ガラスルツボの結晶化を抑制でき、湯漏れ発生率を下げる（ゼロにする）ことができ、結果として、従来より使用時間（操業時間）を長くできることが確認された。
【００４９】
特に、比較例２のように２００μｍ（厚さＡ未満）の研削では、外層部の結晶相が十分に除去できていないことがわかった。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５１】
１１…本発明の石英ガラスルツボ、  ２１…石英ガラス、
３１…内面、  ４１…外面、
１１１…石英ガラスルツボ、  １２１…石英ガラス、
１３１…内面、  １４１…外面、  １４２…外層部、  １５１…シリカの結晶相、
２１１…本発明の石英ガラスルツボ、  ２２１…石英ガラス、
２４１…研削後の外面、  ２４２…研削後の外層部、
３１１…本発明の石英ガラスルツボ、  ３２１…石英ガラス、
３４１…熱処理後の外面、  ３４２…熱処理後の外層部。
【図１】
2011140410.tif 000004
【図２】
2011140410.tif 000005
【図３】
2011140410.tif 000006