(57)【要約】【課題】るつぼ用保護シートおよび溶融器具を提供する。【解決手段】内側るつぼ２と外側るつぼ３を有するるつぼ１における両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシート４であって、総灰分が100massppm以下であり、混入している複数の不純物のうち、特定元素の重量割合が、３massppm以下である。製品品質に影響が大きい特定元素の量を抑えているので、シート４の全体としての品質はそれほど高品質ではないものの、製品の品質異常の発生は防ぐことができる。よって、シート４の製造およびシート４の品質管理が容易となり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側るつぼと外側るつぼを有するるつぼにおける両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシートであって、
総灰分が100massppm以下であり、
混入している複数の不純物のうち、特定元素の重量割合が、３massppm以下である
ことを特徴とするるつぼ用保護シート。
【請求項２】
複数の特定元素の合計重量割合が、１０massppm以下である
ことを特徴とする請求項１記載のるつぼ用保護シート。
【請求項３】
前記特定元素は、
ホウ素、リン、ヒ素、鉄、アンチモン、インジウム、ビスマスのうち少なくとも１種類の元素を含む
ことを特徴とする請求項１記載のるつぼ用保護シート。
【請求項４】
内側るつぼと外側るつぼを有するるつぼと、両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシートとからなり、
前記シートが、請求項１、２または３記載のシートであり、
該シートの灰分と前記外側るつぼの灰分とを合わせた総灰分量が、該シートの重量と該外側るつぼの重量を合わせた総重量に対する割合が、３０massppm以下である
ことを特徴とする溶融器具。
【請求項５】
前記外側るつぼが、灰分が２０massppm以下の黒鉛製るつぼである
ことを特徴とする請求項４記載の溶融器具。
【請求項６】
前記外側るつぼが、灰分が２０massppm以下のカーボンコンポジット製るつぼである
ことを特徴とする請求項４記載の溶融器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、るつぼ用保護シートおよび溶融器具に関する。ＣＺ法による単結晶シリコン等の製造には、るつぼが使用される。かかるるつぼとして、ヒータ等によって加熱される外側るつぼと、多結晶シリコン等の原材料が収容される内側るつぼとを備えたものがある。通常、内側るつぼには、シリコンとの反応性、純度の問題から石英製のるつぼが採用され、外側るつぼには、純度、耐熱性および強度の問題からカーボンコンポジット（Ｃ／Ｃ）製や黒鉛製のるつぼが採用されており、内側るつぼを外側るつぼに内挿した状態で使用される。
そして、単結晶シリコンなどの製造時には、石英製の内側るつぼを内挿するときの損傷を防ぎ、かつ、石英ルツボから発生するＳｉＯガス等との反応による外側るつぼのＳｉＣ化や減肉等を防ぐために、外側るつぼと内側るつぼとの間に、両るつぼを保護するための部材を設けることが行われている。
本発明は、かかる外側るつぼと内側るつぼの間に配置されるるつぼ用保護シートおよび単結晶シリコン等の製造の際に使用される溶融器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法による単結晶シリコンの製造において、製造された単結晶シリコンの品質を向上させるために、原材料となる多結晶シリコンはできる限り高純度であること、言い換えれば、できる限り不純物が少ないことが要求される。
ただ、実際の単結晶シリコンの製造においては、所望の電気特性を有する単結晶シリコンを得るために、原材料の多結晶シリコンに任意の不純物がドーピング元素として微量に添加されており、かかるドーピング元素を含んだ多結晶シリコンから単結晶シリコンが製造されている。
【０００３】
ここで、溶融されたシリコン中に存在するドーピング元素の量をコントロールしなければ製造された単結晶シリコンの品質異常が発生するのだが、製造中に多結晶シリコンの溶融に使用される溶融器具、具体的には、内側るつぼや外側るつぼ、両るつぼ間に配置されるシートから不純物が蒸発して、この不純物が溶融したシリコンに混入するという問題が生じる危険性が懸念される。
かかる溶融器具から混入する不純物の量をコントロールすることは不可能であるため、現状では、溶融器具自体に含まれる不純物の量を極力少なくすることによって、溶融したシリコンに不純物が混入する可能性を低くすることが行われている（特許文献１〜３）。
【０００４】
しかるに、不純物の量が非常に少ない溶融器具、言い換えれば、非常に高品質の溶融器具を使用すれば不純物の溶融シリコンへの混入を抑制することはできるのであるが、かかる非常に高品質の溶融器具は非常に高価であり、シリコン製造設備の価格の上昇の原因となり、単結晶シリコンの生産コストの上昇にもつながる。また、かかる高品質の溶融器具は、器具製造後の汚染を防ぐために厳密な品質管理が必要であるが、その品質を一定以上の高純度のまま保つ品質管理が難しく、この管理コストも単結晶シリコンの生産コストに反映される。
【０００５】
とくにシートは、再使用することが難しくほぼ毎回新しいシートを使用することが基本となる。このため、溶融作業一回あたりに要するシート費用はそれほど高額ではないものの、長期的にみれば、高品質のシートを使用することによって単結晶シリコンの生産コストが上昇してしまう。
【０００６】
しかも、シートはその高純度化が難しく、黒鉛るつぼに比べて、その高純度化する作業効率が良くないという問題がある。
これは、通常の黒鉛るつぼはミクロの穴を保有した、いわゆる多孔質の材質であり、この孔を通じ不純物が抜けていくためその体積の割には比較的短時間で簡単に高純度処理ができるのに対し、黒鉛シートの場合は極端な層状構造であることと、表面に穴がない材質であるため内部はその体積が少ない割には純化しずらく時間がかかるからである。そして、シートが柔軟性を有しており大面積品では取り扱いに注意を要することも、黒鉛るつぼを高純度化する作業に比べて、シートを高純度化する作業の効率が悪化する一因となっているのである。
【０００７】
上記のごとく、溶融器具の高品質化することによって単結晶シリコンの製品品質は向上させることができるものの、その生産コストの上昇を招いており、とくに、高品質のシートを使用することによって単結晶シリコンの生産コストの上昇が助長されていることから、単結晶シリコンの製品品質の低下を防ぎつつ、その生産コストを抑えることができる溶融器具の開発が望まれている。
【０００８】
【特許文献１】特公平６−２６３７号
【特許文献２】特許第２９２３２６０号
【特許文献３】特許第３４１０３８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、生産コストの上昇を抑えることができ、しかも、製造される製品の品質低下も効果的に抑制することができるるつぼ用保護シートおよび溶融器具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】
【００１０】
第１発明のるつぼ用保護シートは、内側るつぼと外側るつぼを有するるつぼにおける両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシートであって、総灰分が100massppm以下であり、混入している複数の不純物のうち、特定元素の重量割合が、３massppm以下であることを特徴とする。
第２発明のるつぼ用保護シートは、第１発明において、複数の特定元素の合計重量割合が、１０massppm以下であることを特徴とする。
第３発明のるつぼ用保護シートは、第１発明において、前記特定元素は、ホウ素、リン、ヒ素、鉄、アンチモン、インジウム、ビスマスのうち少なくとも１種類の元素を含むことを特徴とする。
第４発明の溶融器具は、内側るつぼと外側るつぼを有するるつぼと、両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシートとからなり、前記シートが、請求項１、２または３記載のシートであり、該シートの灰分と前記外側るつぼの灰分とを合わせた総灰分量が、該シートの重量と該外側るつぼの重量を合わせた総重量に対する割合が、３０massppm以下であることを特徴とする。
第５発明の溶融器具は、第４発明において、前記外側るつぼが、灰分が２０massppm以下の黒鉛製るつぼであることを特徴とする。
第６発明の溶融器具は、第４発明において、前記外側るつぼが、灰分が２０massppm以下のカーボンコンポジット製るつぼであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、るつぼを使用して製造される製品（以下では、単に製品という）の品質に影響が大きい特定元素の量を抑えているので、シート全体としての品質はそれほど高品質ではないものの、製品の品質異常の発生は防ぐことができる。そして、シート全体としての品質がそれほど高品質ではないから、シートの製造およびシートの品質管理が容易となり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
第２，３発明によれば、複数の特定元素の混入量を抑えているので、製品の品質異常の発生をより確実に抑えることができる。
第４発明によれば、シートとるつぼを合わせた総灰分量が少ないので、材料に混入する不純物の総量を抑えることができる。しかも、各部材の品質を必要以上に高くする必要がないので、各部材の製造および品質管理が容易であり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
第５発明によれば、外側るつぼが黒鉛製るつぼであり、その灰分が低く抑えられているので、装置内全体の総灰分量を低くし、製品の品質異常の発生を抑制できる。しかも、シートの品質はそれほど高品質とする必要がなくなるので、シートの製造およびシートの品質管理が容易となり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
第６発明によれば、外側るつぼがカーボンコンポジット（Ｃ／Ｃ）製るつぼであり、その灰分が低く抑えられているので、装置内全体の総灰分量を低くし、製品の品質異常の発生を抑制できる。しかも、シートの品質はそれほど高品質とする必要がなくなるので、シートの製造およびシートの品質管理が容易となり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の溶融器具が使用される多結晶シリコンを製造する装置について簡単に説明する。
図１（Ａ）は、シリコン単結晶等を製造する設備の概略説明図であり、（Ｂ）はるつぼ１の部分拡大説明図である。
図１において、符号１は、シリコン単結晶等の原材料となる多結晶シリコンを収容するるつぼである。このるつぼ１の周囲にはヒータ５が配設されており、このヒータ５からの輻射熱によりるつぼ１を加熱する構成となっている。このため、ヒータ５によりるつぼ１を加熱すると、るつぼ１からの熱伝導により多結晶シリコンが加熱されて溶融するので、この溶融したシリコンに種結晶を接触させて引き上げることにより、シリコン単結晶を製造することができる。
上記のるつぼ１は、通常、内側るつぼ２と、内側るつぼ２を内部に収容する外側るつぼ３とから構成されている。そして、内側るつぼ２を外側るつぼ３に内挿する際の破損防止、シリコン単結晶などの製造終了後るつぼ１を冷却するときにおける両るつぼ２，３を形成する材料の熱膨張係数の違いに起因する損傷防止のために、両るつぼ２，３の間に、シート４が配設される。
そして、上記のるつぼ１およびシート４に、本発明の溶融器具が使用されるのである（図１（Ｂ））。
【００１３】
つぎに、本発明の溶融器具を詳細に説明する。
上述したように、本発明の溶融器具はるつぼ１およびシート４から構成されている。
るつぼ１は、シリコン単結晶等の原材料となる多結晶シリコンを収容する石英製の内側るつぼ２と、この内側るつぼ２を内部に収容する外側るつぼ３とから構成されている。
外側るつぼ３は、例えば、黒鉛やカーボンコンポジット（Ｃ／Ｃ）等によって形成されており、例えば、その重量が20〜100ｋｇ程度のものである。そして、外側るつぼ３は、その灰分が２０massppm以下、より好ましくは１０massppm以下となるように調整されている。なお、外側るつぼ３の灰分が上記のごとき範囲に調整される理由は後述する。
【００１４】
シート４は、膨張黒鉛から形成されたものである。具体的には、天然黒鉛やキッシュ黒鉛等を硫酸や硝酸等の液体に浸漬させた後、400℃以上で熱処理を行うことによって形成された膨張黒鉛をシート状に形成したものである。膨張黒鉛は、綿状または繊維状をしたもの、つまり、その軸方向の長さが半径方向の長さよりも長いものである。例えば、その軸方向の長さが１〜３ｍｍ程度、かつ、半径方向の長さが300〜600μｍ程度のものであり、シート４の内部では、上記のごとき膨張黒鉛同士が絡みあっているのである。
なお、シート４は、上記のごとき膨張黒鉛のみで形成してもよいが、フェノール樹脂やゴム成分等のバインダーが若干（例えば５％程度）混合されていてもよい。
【００１５】
そして、シート４は、混入している不純物の含有量つまり総灰分が100massppm以下、好ましくは５０massppm以下となるように調整（純化）されたものである。
近年、製品への純度の要求はますます厳しくなっている。このため、使用するるつぼ１やシート４にもより高い純度が要求されており、この要求に応えるために、内側るつぼ２と外側るつぼ３との間に配設されるシートもより高純度化したものが開発されている。
しかし、本願発明の溶融器具では、外側るつぼ３の灰分を２０massppm以下とすることによって、灰分が従来と同等のシート４、例えば、５０massppmより多く100massppm以下のものでも高い純度の製品を得る事が可能となった。
【００１６】
より具体的に説明すると、例えば、内径が１８インチの外側るつぼ３の場合、その重量は約３０ｋｇであるから、灰分が２０massppmであれば灰分量は約0.6ｇである。そして、この外側るつぼ３の内面全体をシート４で覆う場合には、シート４の寸法はφ480ｍｍ程度となるので、厚さが１ｍｍ、かさ密度1.5Ｍｇ／ｍ3であれば、その重量は約270ｇとなる。この場合、シート４の灰分が100massppmであれば、シート４に含まれる灰分量は約0.03ｇであり、溶融器具全体での総灰分量は約0.63ｇ、つまり、溶融器具全体に対する灰分は約２０massppmとなる。
すると、上記のごとき外側るつぼ３を有する溶融器具によって溶融される多結晶シリコンの重量は約６０ｋｇであることを考えれば、多結晶シリコンの重量に対する溶融器具に含まれる総灰分量は相対的に少ないと考えられる。
【００１７】
以上のごとく、本発明の溶融器具では、外側るつぼ３とシート４に含まれる灰分を合わせた総灰分量が少ないので、材料に混入する不純物の量を抑えることができ。しかも、各部材の品質を必要以上に高くする必要がない。とくに、シート４の品質を必要以上に高くする必要がないので、外側るつぼ３とシート４の製造および品質管理が容易であり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
とくに、外側るつぼ３は、その灰分が２０massppm以下、好ましくは１０massppm以下であれば、外側るつぼ３の製造および品質管理かつ製品品質維持を効率よく行うことができるので好適である。同様に、シート４の灰分が100massppm程度、好ましくは５０massppm程度であれば、シート４の製造および品質管理かつ製品品質維持を効率よく行うことができるので好適である。
【００１８】
なお、外側るつぼ３やシート４を上記のごとき灰分に調整する方法はとくに限定されないが、例えば、外側るつぼ３やシート４をハロゲンガスに接触させるなどの方法によって、不純物を除去することができる。
【００１９】
また、シート４は、その内部に混入している複数の不純物のうち、特定元素の重量割合が、それぞれ３massppm以下、好ましくはそれぞれ１massppm以下となるように調整しておくと好適である。特定元素とは、例えば、ホウ素、リン、ヒ素、鉄、アンチモン、インジウム、ビスマス等の元素である。これらの元素は、単結晶シリコンの原料となる多結晶シリコンに混入すると、製造される単結晶シリコンの製品品質やその製造工程に与える影響が大きいものである。
すると、シート４は、単結晶シリコンの品質への影響が大きい特定元素の量を抑えているので、シート４の全体としての品質はそれほど高品質ではないものの、製品の品質異常の発生や製造工程における不具合の発生を効果的に抑えることができる。
よって、シート４の製造およびシート４の品質管理が容易となり、製品の製造コストを抑えつつ、製品品質を高く保つことができる。
【００２０】
なお、必ずしも全ての特定元素が３massppm以下となっていなくてもよく、製造する単結晶シリコンに要求される性質に与える影響が大きい特定元素が３massppm以下、好ましくは１massppm以下となっていればよい。
【００２１】
さらに、製造する単結晶シリコンの性質が複数の特定元素の量によって影響を受ける場合であれば、選択された複数の特定元素の合計重量割合が１０massppm以下、好ましくは５massppm以下となるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の溶融器具は、ＣＺ法によるシリコン単結晶等の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は、シリコン単結晶等を製造する設備の概略説明図であり、（Ｂ）はるつぼ１の部分拡大説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      るつぼ
２      内側るつぼ
３      外側るつぼ
４      シート
【図１】
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