專利名稱：：石英玻璃坩堝的制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于提拉硅單晶的石英玻璃坩堝，更詳細地說是涉及，性優(yōu)異的同時內部氣泡少的石英玻璃塒堝、其制造方法以及裝置。
背景技術：
：單晶硅主要M過cz法制造的。該方法是在高溫下將晶種浸/^石英坩堝中的液(w力融液)中，并將其慢^fe而制造單晶硅的方法，{頓儲留^液的高純度的石英玻璃柑堝。用于提拉單晶硅的石英玻璃坩堝主要M31電弧熔融法制造的。該方法是一種在碳制的旋轉模具(千-AK)的內表面堆積一定厚度的石英粉形成石英粉成形體，通過設置在模具內偵i讓方的電極的電弧放電加熱熔融石英粉使其玻璃化，來制造石英玻璃柑堝的方法(旋轉模具法(:回転乇—》卜'法:))。在戰(zhàn)制造方法中，為了除去玻璃層內部的氣泡，從模具側吸引，對石英粉貨行減壓脫氣的同時使石英粉熔融的方法是已知的(專利文獻1、專利文獻2)。在該熔融工序中，要對石英粉進行減壓脫氣(稱其為抽真空(真空引t))，就需要使石英粉成形體的內表面均勻且薄地熔融而在表面形成薄的玻璃層，由此將內面密封，提高石英粉成形體內的真空度。在熔融石英粉成形體來制造玻璃柑堝的，制造方法中，目前一般是在旋轉模具的中心線上設置電弧電極，均勻地加辦莫具內周的石英粉成形體的方法。但是，模具內表面形成的石英粉成形體上部的緣端的保溫性比該成形體的彎曲部、底部低，因此緣端的熔瞎鵬度慢，在緣端表面不能充分地形成薄的玻璃層，因此，石英粉成形體的真空度不能上升，而無法得到玻璃層內部氣泡少的坩堝。另一方面，如果為了彌補緣端的熔融不足而增加電弧熔融的發(fā)熱量來熔融上述緣端，貝噲出5鵬彎曲部及底部過度加熱，石英粉成形條易郷這樣的問題。專利文獻1:日本特開平06—191986號公報專利文獻2:日本特開平10—025184號公報
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于解決現有制造方法中的上述問題，提供石英玻璃坩堝的制造方法、由該方法制造的石英玻璃坩堝及其制造裝置，該石英玻璃坩堝的緣端的內面被充分地密封，同時彎曲部及底部未被過度加熱，且石英粉成形體的真空度高，微的《性優(yōu)異，并且內部氣泡少。本發(fā)明涉及通過以下的構劍軍決所述問題的石英玻璃柑堝的制造方法等。(1)石英玻璃柑堝的制造方法，其是M充i真于旋轉模具中的石英粉i^體進行抽真空iiiS行電弧熔融而制造石英玻璃坩堝的方法，其特征在于，在電弧熔融開始或電弧熔融中使電極相對于模具中心線相對地向側方(側方)移動，在偏^iMi置進行電弧熔融。(2)根據上述(1)所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，進行如下加熱使電極在模具中心線上進行電弧熔融的整體加熱、和使電極在模具中心線外的偏心位置進行電弧熔融的局部加熱。在此，電極的高度被設定為距緣部上端-100cm100cm。(3)根據戰(zhàn)(1)或(2)所述的石英玻璃鉗堝的制造方法，其中，整體加熱的時間為電弧熔融總時間的60%以下。(4)根據上述(1)(3)中任一項所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，在局部加熱中，保持電極前端中心與石英粉成形體的加熱部位的距離L2為從模具中心線至所述加熱部位的距離Ll的580%進行加熱熔融?？梢灾圃炜趶綖?6英寸的石英玻璃坩堝。(5)根據上述(1)(4)中任一項所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，使與多個電極前端相接(接卞W的外接圓(外接円)的面積為710咖2以下，對該夕展圓的圓內整體進行電弧加熱。(6)根據戰(zhàn)(5)的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，電極中心間的距離為2cm15cm。(7)石英玻璃柑堝，其^M51戰(zhàn)(1)(6)中任一項所述的方法制造的坩堝，其特征在于，彎曲部內面的曲率W2為彎曲部外面的曲率W1的0.81.2倍。(8)石英玻璃坩堝，其^ilil戰(zhàn)(1)(6)中任一項所述的方法制造的坩堝，其特征在于，在距鉗堝整體的內表面1.0mm的厚度范圍，0.5mm以上的內部氣泡在整個彎曲部為5個以下。(9)石英玻璃柑堝的制造裝置，其中，電弧電極和旋轉模具的至少任一個具有向側方移動的裝置，電弧電極相對于旋轉模具的相對位置可以為偏心的。本發(fā)明的制造方法中，由于在電弧熔融開始或電弧熔融中將電極相對于模具中心線向側方移動，在偏心位置進行電弧熔融，因此，通過將電極向柑堝緣端靠iSS行電弧熔融，可以抑制側壁下部、彎曲部及底部的過量加熱并充分加熱熔融緣端，在整個柑堝內表面均勻地形成由薄的玻璃層得到的內表面密封層。因此，可以得到內部氣泡少的石英玻璃坩堝。本發(fā)明的制造方法中，通M行將電極在模具中心線上進行電弧熔融的整體加熱、和將電極在偏離模具中心線的偏心位置進行電弧熔融的局部加熱，并控制電弧熔融以使加熱的時間為電弧熔融總時間的60%以下，由此在充分加熱熔融緣端的同時，抑制自柑堝側壁下部至彎曲部、底部的部分的過量加熱，因此，該部分的玻璃粘性不會大幅地降低，且沒有玻璃自側壁下部的下垂(垂ti込A)及玻璃自底部的偏頗(片寄t))，可防止角部的厚度極度增加，可以得到成形性優(yōu)異的坩堝。本發(fā)明的制造方法中，具體地說，例如，在局部加熱中，保持電極前端中心與石英粉成形體柳n熱部位的距離L2為從模具中心線至所述加熱部位的距離Ll的580%進行加熱熔融，另外，在4柳三相交流電極的電弧熔融中，設定與各電極前端相接的夕瞎圓的面積平面看為710cm2以下，對該夕喉圓的圓內整體進行電弧加熱，M51設定電極中心間的距離為15cm以下進行電弧熔融，可以得到例如彎曲部內面的曲率W2為彎曲部外面的曲率W1的0.81,2倍，在距鉗堝整體的內表面l.Omm的厚度范圍，0.5mm以上的內部氣泡在，彎曲部為5個以下的石璃柑堝。另外，電弧熔融不限于三相交流三根電極結構。例如，可以采用二相交流四根電極、三相交流六根電極、三相交流九根電極或四相交流八根電極的電極結構等。圖1是由旋轉模具法制造石英玻璃鉗堝的示意亂圖2是表劍堝的彎曲部的曲率的示意圖；圖3是表示電極和夕港圓的示意圖4是^Jt堝彎曲部的曲率的說明圖。圖5是表示石英玻璃部件的制造裝置的一個實施方式的剖面圖；圖6是表示石英玻璃柑堝的一個實施方式的剖面圖；圖7是^^本發(fā)明的石，璃坩堝的其它實跪方式的剖面圖。符號說明10—模具、11—石英粉成形體、12—通氣孔、13—電極、15—緣上端、16—偵幢部、17—彎曲部、18—底部、L—模具中心線、Ll一加熱部位與模具中心線的距離、L2—加熱部位與電極M的距離、L3—電極中心間的距離、Wl—彎曲部外面曲率、W2—彎曲部內面曲率、S-夕卜接圓、R—曲率的測定范圍。具體實施例方式下面，根據實施方式具體地說明本發(fā)明。本發(fā)明提供石英玻璃柑堝的制造方法，其是邊對充i真于旋轉模具內的石英粉成形體進行抽真空iiit行電弧熔融而制造石英玻璃柑堝的方法，其特征在于，在電弧熔融開始或電弧熔融中將電極相對于模具中心線相對地向側方移動，在偏心位置進行電弧熔融。圖1^將充填于旋轉模具中的石英粉成形體電弧熔融來制造石英玻璃柑堝的方法的概要。如圖所示，將石英粉以規(guī)定厚度充填于旋轉的模具10的內面形成石英粉成形體ll。在該模具10上設有抽真空用的通氣孔12，該通氣孔12向模具內面開口。將電弧加熱用的電極13ma在上述模具10的中心線L的線上，邊對石英粉成形體11進行抽真空M過電極13進行電弧烙融，熔融石英粉來制造玻璃坩堝。作為實施本發(fā)明的制造方法的裝置，優(yōu)選的是，在上述模具10或電極13的任一個中i體有上下移動^g(圖示省略)，進一步在J:^模具10或電極13的任一個中設置有側向移動體(圖示省略)的體。本發(fā)明的制造方法如圖2所示，通過{數定轉模具10或電弧電極13的任一個向側方移動，使電極13相對于模具中心線l相對地向側方移動，在偏心位置i^[亍電弧熔融。電弧熔融時模具10旋轉，因此，即使將電極13向一緣端15bftiffit行電弧熔融，緣端15整體也會間斷鵬賣地在誕電極13的位置進行電弧熔融，將緣端整體均勻地加熱融溶。本發(fā)明的帝隨方法中，雌的是，進行使電極13在模具中心線J^t行電弧熔融的整體加熱、和使電極13在偏離模具中心線的偏A啦置進行電弧熔融的局部加熱，并將整體加熱的時間控制為電弧熔融總時間的60%以下。處于偏心的時間的開始為自電弧熔融總時間的開始進行計算，優(yōu)選經過5%30%時的時間，處于偏心的時間的結束為自電弧熔融總時間的開始進fiH十算，經過40%60%時的時間。通常，石英粉成形體ll的緣端15的側面和上面與大氣相接觸，因此，與側壁部16、彎曲部17、底部18相比保濕性低。因此，如果在電弧熔融的齡期間以緣端15為基7tiS行整體加熱，則自側壁部16的下部至彎曲部17鵬部18的部創(chuàng)絵;MS佳纟鵬被加熱，戰(zhàn)部分的玻璃粘度因過量加熱而大幅度斷氐。其結果是，產生重力導致的自側壁下部的熔融玻璃的下垂、模具旋轉的離心力導致的自底部的玻璃的偏頗，彎曲部的厚度可能產生不均勻。另一方面，在本發(fā)明的制造方法中，如果控制整體加熱的時間為電弧熔融總時間的60%以下，貝何充分地加熱緣端15，同時抑制自側壁下部至彎曲部、底部的部分的過量加熱，且該部分的玻璃粘性不會大幅地降低，因此，可以防止彎曲部17的角部分的厚度的極端增加，得到，性優(yōu)異的柑堝。此外，為了抑制各部位的厚度的不均勻，最好將整體加熱進行電弧熔融總時間的50%左右，因此，雌相對于電弧熔融總時間，局部加熱進行4050%，離加熱進行5060%。具體地說，例如，在制造口徑為2832英寸、平均厚度為ll16mm的石英坩堝時，最好在柑堝內面的》鵬為16002500°C、電弧熔融總時間為2040辦中時，將電極13靠職端15，自電弧熔融開始進行1020併中的局部加熱，其后接著進行1020倂中的整體加熱。本發(fā)明的制造方法在局部加熱時，如圖2所示，保持電極綱中心與石英粉成形體11的加熱部位的7K平方向上的距離L2為下哦那個模具中心線L至，加熱部位的水平方向上的距離Ll的5%80%來進行電弧烙融。如^±淑巨離L2比L1的80。/Q大，則電極前端離加熱部位艦，因此局部加熱的交媒會不充分。另一方面，如果上淑B離L2比L1的5%小，則電極前端離加熱部位皿，因此石英粉、熔融玻璃會被電弧放電產生的氣流吹散。在使用多個電極的情況下，本發(fā)明的制造方法如圖3所示，優(yōu)選設定與這些電極21、22、23的各外周相接的外接圓S的面積為710cm2以下，對該夕卜接圓S的圓內整體進行電弧加熱。此外，，各電極的中心間距離L3為15cm以下。具體地說，例如，在上述局部加熱時執(zhí)i脫明的電弧熔融斜牛(第5頁第2225行)中，如果夕階圓S的面積比所述范圍大，且電極相互的中心間距離L3超過15cm，則加熱面積會過大而不^it行局部加熱。此外，設置坩堝口，5^夠大，使其為夕卜接圓的直徑的3倍以上。根據本發(fā)明的制造方法，在電弧熔融條件中，彎曲部內面的曲率W2為彎曲部外面的曲率W1的0.81.2倍(W2/WK81.2)，可以得至lj在距坩堝整體的內表面l.Omm的厚度范圍，0.5mm以上的內部氣泡個彎曲部中為5個以下的石英玻璃坩堝。另外，彎曲部內面曲率W2、外面曲率W1為，如圖4所示，在彎曲部的一定的測定范圍R內，對內面勤卜面分別進行觀啶的曲率，對各一定范圍R都對彎曲部整體進行測定，根據其平均傲啶即可。如果彎曲部內面的曲率W2不是彎曲部外面的曲率W1的0.8L2倍，則彎曲部的厚度的不均質性增大，從而成形性降低，因此不^m。此外，如果在距鉗堝整體的內表面l.Omm的厚度范圍內0.5mm以上的內部氣泡在旨彎曲部艦5個，則在{頓坩堝時，有時于高溫下戰(zhàn)內部氣泡膨脹而招致柑堝內面脫落、使硅單晶的成品率斷氐等問題，因此不im。圖5^/示可在本發(fā)明中使用的石英玻璃柑堝的制造裝置的一例，該裝置主要由有底圓筒狀的模具10、使模具10繞其軸線旋轉的驅動機構4和用于加熱模具IO內側的電弧放電裝置30構成。模具10例如由碳形成，在其內部形成有多個向模具內面開口的通氣孔12。通氣孔12上連接著未圖示的艦機構，在模具10旋轉的同時可以從其內面通31S氣孔12進行吸氣。在模具10的內面，M堆積石英粉可以形成石英粉成形體11。該石英粉成形體11借助由模具10的旋轉產生的離心力保持在內壁面上。由電弧放電裝置30加熱被保持的石英粉成形體11的同時，MMM氣孔12進行Mffi，由此，石英粉成形體ll熔解，形艦鄉(xiāng)璃層。7賴口后，將石英玻璃鉗堝從模具10中取出，進行整形，由此制造石英玻璃柑堝。電弧放電裝置30具有由高純度的碳形成的呈棒狀的多個碳電極32、保持這些碳電極32的同時使其移動的電極移動機構31、用于對各碳電極32通電的電源裝置(圖示略)。碳電極32在該例中為3個，只要在碳電極32之間進行電弧放電即可，可以為2個，也可以為4個以上。對碳電極32的形狀也沒有限定。碳電極32被配置為越朝向前端彼ltk^近的方式。電源可以是交流也可以皿流，但在該實施方式中，三個碳電極32上連接三相交流電流的各相。在上述模具10或碳電極32的任一個上，上下移動，(圖^€略)，進而在上述模具10電極32的任一個上設置側向移動裝置。在本發(fā)明的制造裝置中，通過向側方移動旋轉模具10或碳電極32的任一個，使碳電極32相對于模具中心線相對地向側方移動，可以在偏"體進行電弧熔融。圖6表示石英玻璃柑堝的一例。該石英玻璃柑堝40由壁部40A、彎曲部40B、底部40C構成，由不添加結晶，劑而具有易結晶性的石英玻璃42形成。本發(fā)明的石英玻璃坩堝可以形成如下等各種方式，(A)如圖6所示的一個實施方式，坩堝的整體(或一部分)由不添加結晶艦齊靦具有易結晶性的上述石英玻璃42形成的方式；(B)坩堝的至A嗜面層由不添加結晶艦劑而具有易結晶性的戰(zhàn)石英玻璃形成的方式；(C)鉗堝的壁部40A、彎曲部40B、或至少壁部40A的夕卜表面層由不添加結晶鵬劑而具有易結晶性的戰(zhàn)石鄉(xiāng)璃42形成的方式等。圖7表示石璃坩堝的其它實施方式。該石英玻璃坩堝40由壁部40A、彎曲部40B、底部40C構成，內表面層由合成石英玻璃44形成，外表面層M5！將天然石英玻璃化后的、不添加結晶鵬劑而具有易結晶性的石英玻璃42形成。此外，對于本發(fā)明的石英玻璃柑堝也可以，(D)如圖7所示，石英玻璃坩堝的內表面層由合成石英玻璃44形成，坩堝的外表面層由將天然石英玻璃化后的不添加結晶劑而具有易結晶性的石英玻璃42形成。在制造這種石，璃坩堝時，在旋轉模具的內表面堆積晶質天然石英粉，在其上(內周側)堆積晶質合成石英粉，并在玻璃化溫度(171(TC1780。C，雌1730。C1750。C)加熱熔lfefe制造。由具有易結晶性的石英玻璃42形成的也可以不是坩堝的旨外表面層，而只是壁部40A的夕卜表面層。因為壁部40A的^販尤其重要。實施例下面，與比較例一起示出本發(fā)明的實施例。對于口徑28英寸、高500mm、平均厚度llmm的石英玻璃柑堝，以合成石英粉和/或天然石英粉為原料，電弧加熱使柑堝內面的溫度為1600250(TC，根據表1所示的斜牛制造石英玻璃鉗堝。該柑堝的彎曲部的內部氣泡數、內面曲率和外面曲率的比與制造條件一起^f表1。另外，石英玻璃坩堝的內表面層也可以由合艦英玻璃形成，坩堝的至少壁部的外表面層也可以由將天然石英玻璃化后的石英玻璃形成。合成石英粉的平均粒徑為350，粒徑范圍為60600um。天然石英的粉末的平均粒徑為250，粒徑范圍為50500um。在表l中，整體加熱的比例為整體加熱相對于電弧總時間的比(％)、電極前端的距離為加熱部位與電極前端的距離L2相對于加熱部位與模具中心線的距離L1的比(L2/L1:%)、到達真空度為石英粉成形體在電弧熔融時的最高真空度、氣泡數為坩堝整體的自內表面至厚度l.Omm范圍中包含的大小0.5mm以上的氣泡數、曲率比為對于旨彎曲部各一定范圍測定彎曲部內面的曲率W2和彎曲部外面曲率W1的比(W2/W1)的平均值。如表1所示，本發(fā)明實施例16的到達真空度都高，因此氣泡數少。此外，曲率比在0.81,2范圍，成形性好。另一方面，不在本發(fā)明范圍的比較例15的到達真空度都低，氣泡數非常多。財卜，曲率比大于1.2，成形性差。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>所謂天然石英，是經過挖掘自然界中存在的石英原石并對其進1，分碎、精制等工序得到的原料，天然石英粉包含a-石英的結晶。天然石英粉中含有A1、Tllppm以上。此外，其它的金屬雜質也比合成石英粉的高。天然石英粉幾乎不含^^醇。將天然石英粉熔融得到的玻璃的^^S享量〈100ppm。在由天然石英粉得到的玻璃中，測定^til率時，由于作為雜質主要含有約lppm的Ti，因此，當波長變?yōu)?50nm以下，^il率就會急劇斷氐，在波長200腦處幾乎不M。此外，在245nm附近發(fā)現氧缺陷(敏素欠陥)導致的吸收峰。另外，天然石英粉的熔融品中，如果測定由波長245nm的紫外線激發(fā)得到的熒光譜，可以在280nm和390nm^bM測到熒光峰。這些熒光峰為玻璃中氧結微陷(酸素賴含欠陥)導致的峰。合成石英為M化學合成、制造的原料，合成石英玻璃粉末為非晶體。由于合成石英的原料為氣體或液體，故能夠容易地精制，可以使合，英粉比天然石英粉純度高。作為合成石英玻璃的原料，有四氯化碳等氣體的原料來源、和由硅醇鹽(亇一素"^年〉卜*)類的液體的原料來源。合成石英玻璃可以使所有的雜質為O.lppm以下。合成石英玻璃粉末中，通過溶膠一凝膠法得到的物質中通常殘留50100ppm的因醇鹽的水解而生成的硅烷醇。以四氯化碳為原料的石英玻璃中，可以控制硅烷醇在01000ppm的寬范圍，通常包含氯100ppm程度以上。在以醇鹽為原料盼瞎況下，可以容易地得到不含氯的合,，璃。通過溶膠一凝膠法得到的合成石英玻璃粉末如上所述在熔融前含有50100ppm左右的麟醇。如果將其進行真空熔融，則會引起硅烷醇的脫離，得到的石英玻璃的硅烷醇會M^至530ppm程度。另外，硅烷醇的量因熔融纟驢、升溫驢等熔融條件而不同。相同^#下，熔融天然石英粉得至啲玻璃的硅烷醇量〈5ppm。通常認為，合成石英玻璃在高溫下的粘度比將天然石英粉熔融得到的石英玻璃低。作為該原因中之一，可以舉出，硅烷醇、鹵^t刀斷了Si04四面體的網狀結構。熔融合成石英玻璃粉末得到的玻璃，當觀啶其^1率時，能良好的艦波長至200nm左右的紫外線，為與用于紫外線光學用途的四氯化碳為原料合成的石英玻璃相近的特性。熔融合成石英玻璃粉得到的玻璃中，當測定由波長245nm的紫外線、微得到的熒光譜時，看不到天然石英粉的熔融品的熒光峰。Mil測定所含的雜質的濃度、或測定硅烷醇量的不同或^M:率、或觀啶由波長245nm的紫外線激發(fā)得到的熒光譜，可以判斷玻璃材料是天然石英還是合成石英。權利要求1.石英玻璃坩堝的制造方法，其是一邊對充填于旋轉模具中的石英粉成形體進行抽真空一邊進行電弧熔融而制造石英玻璃坩堝的方法，其特征在于，在電弧熔融開始或電弧熔融中使電極相對于模具中心線相對地向側方移動，在偏心位置進行電弧熔融。2.根據權利要求1所述的石璃柑堝的制造方法，其中，進行使電極在模具中心線上進行電弧熔融的整體加熱、和使電極在模具中心線外的偏心位置進行電弧熔融的局部加熱。3.根據權利要求1或2所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，整體加熱的時間為電弧熔融總時間的60%以下。4.根據權利要求13中任一項所述的石英玻璃鉗堝的制造方法，其中，在局部加熱中，保持電極前端中心與石英粉，體的加熱部位的距離L2為從模具中心線至所述加熱部位的距離L1的580%進行加熱熔融。5.根據權利要求14中任一項所述的石頓璃鉗堝的制造方法，其中，將與多個電極前端相接的夕條圓的面積設為710cm2以下，對該夕階圓的圓內整體進行電弧加熱。6.根據權利要求5所述的石鄉(xiāng)璃柑堝的制造方法，其中，電極中心間的距離為2cm15cm。7.石英玻璃坩堝，其是是M:權利要求16中任一項所述的方法制造的，其特征在于，彎曲部內面的曲率W2為彎曲部外面的曲率W1的0.81.2倍。8.石英玻璃柑堝，其通51權利要求16中任一項所述的方法制造的柑堝，其中，被巨坩堝整體的內表面1.0mm的厚度范圍，0.5mm以上的內部氣泡在整個彎曲部為5個以下。9.石英玻璃坩堝的制造體，其中，電弧電極和旋轉模具的至少任一個具有向側方移動的裝置，電弧電極相對于旋轉模具的相對位置可以是偏心的。全文摘要本發(fā)明提供彎曲部和底部未被過度加熱，形狀的成形性優(yōu)異，并且內部氣泡少的石英玻璃坩堝的制造方法。一種石英玻璃坩堝的制造方法，其是一邊對充填于旋轉模具中的石英粉成形體進行抽真空一邊進行電弧熔融而制造石英玻璃坩堝的方法，其特征在于，在電弧熔融開始或電弧熔融中將電極相對于模具中心線相對地向側方移動，在偏心的位置進行電弧熔融。石英玻璃坩堝的制造方法優(yōu)選整體加熱的時間為電弧熔融總時間的60％以下。文檔編號C03B20/00GK101618941SQ20081021544公開日2010年1月6日申請日期2008年7月4日優(yōu)先權日2008年7月4日發(fā)明者岸弘史,神田稔申請人:日本超精石英株式會社