專利名稱：硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法。特別地，本發(fā)明涉及可制造具有下述特征的石英玻璃坩堝的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法，其中，所述石英玻璃坩堝的內(nèi)表面具有高度平滑性，且當(dāng)將其用于硅單晶提拉時(shí)，可高產(chǎn)率地獲得硅單晶。

背景技術(shù)：
用于半導(dǎo)體裝置基板的硅單晶一般用丘克拉爾斯基法(Czochralskimethod，CZ法)制造。CZ法是在硅單晶提拉用石英玻璃坩堝中裝填入多晶硅原料，將該硅原料從周圍加熱使之熔融，使從上方懸吊的晶種與硅的熔融液接觸后進(jìn)行提拉的方法。
以往的石英玻璃坩堝用減壓熔融等方法形成。用這種方法形成的石英玻璃坩堝在硅單晶提拉時(shí)一旦產(chǎn)生高溫就在透明層中產(chǎn)生氣泡，石英玻璃坩堝在產(chǎn)生變形的同時(shí)，從其表面開始被硅熔融液侵蝕。由于該侵蝕，石英玻璃坩堝的透明層(內(nèi)層)中的氣泡變?yōu)槁冻鲈谠撏该鲗优c硅融液的界面處的狀態(tài)，使單晶化變得不穩(wěn)定，結(jié)果產(chǎn)生降低單晶化產(chǎn)率的問題。
具體地說，在石英玻璃坩堝的內(nèi)表面附近存在微小的氣泡時(shí)，石英玻璃坩堝開口附近存在的氣泡在單晶提拉中膨脹、開裂，落入硅融液中，此外，由于與石英玻璃坩堝的硅融液接觸，導(dǎo)致含有氣泡的部分劇烈地溶損。認(rèn)為該現(xiàn)象是由于硅單晶的單晶化產(chǎn)率降低的原因。
因此，近年來研究了各種使石英玻璃坩堝的透明層無氣泡化的制造方法。對于石英玻璃坩堝的制造，通常利用減壓通過旋轉(zhuǎn)電弧熔融法進(jìn)行(日本特開平1-160836號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1))，雖然對該制造裝置的改良以及改變氧化硅原料等進(jìn)行了各種研究，仍不能實(shí)現(xiàn)完全的無氣泡化。
因此，提出了硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法(日本特開2001-002430號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2))，通過該方法，能夠制造出具有下述特征的石英玻璃坩堝，所述石英玻璃坩堝的內(nèi)表面沒有殘留氣泡、且在目視和顯微鏡水平觀察不到氣泡，在使用時(shí)，也基本上不存在使內(nèi)表面附近產(chǎn)生氣泡的因素即氣泡核，其內(nèi)表面光滑，可獲得高結(jié)晶化率(DF率)。
該方法的特征在于，通過向旋轉(zhuǎn)的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體，再對其進(jìn)行電弧熔融這樣的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法來制造石英玻璃坩堝，機(jī)械磨削該石英玻璃坩堝的整個(gè)內(nèi)表面并利用電弧熔融使該內(nèi)表面再熔融。專利文獻(xiàn)2記載根據(jù)該方法，能夠制造在石英玻璃坩堝的內(nèi)表面沒有殘留氣泡、且在目視和顯微鏡水平觀察不到氣泡，在使用時(shí)也基本上不存在使內(nèi)表面附近產(chǎn)生氣泡的因素即氣泡核、內(nèi)表面光滑且可獲得高DF率的石英玻璃坩堝。
另外，作為使石英玻璃坩堝的透明層無氣泡化的制造方法，例如在日本特開平1-157427號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中記載了向具有透氣性的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體之后減壓，從熔融開始起供給氫氣、氦氣或者它們的混合氣體從而制造石英玻璃坩堝的方法。根據(jù)該方法，氫氣、氦氣在石英玻璃坩堝的透明層中擴(kuò)散，除此之外的氣體不能擴(kuò)散，加熱熔融中產(chǎn)生的氣泡內(nèi)的氣體可以從石英玻璃中向外部擴(kuò)散而消失。但是，在從熔融開始到結(jié)束供給氦氣來制造石英玻璃坩堝的情況下，存在和上述制造方法相同的問題；在從熔融開始到結(jié)束供給氫氣或氫氣和氦氣混合氣體來制造石英玻璃坩堝的情況下，雖然可以抑制硅單晶提拉中氣泡的膨脹，但在透明層的表層中殘留約1mm的細(xì)微泡層，氣泡數(shù)難以無限接近于零。
進(jìn)一步，提出了硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法(日本特開2001-328831號公報(bào)(專利文獻(xiàn)4))，其特征在于，向旋轉(zhuǎn)的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體，對其進(jìn)行電弧熔融，對熔融的坩堝的全部內(nèi)表面進(jìn)行磨削處理，利用氫氧燃燒器對該磨削面進(jìn)行加熱處理。
專利文獻(xiàn)4記載根據(jù)該方法，能夠提供硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法，該方法實(shí)現(xiàn)了即使進(jìn)行硅單晶提拉，被提拉的單晶中也不引入氣泡、不發(fā)生重排、且具有高單晶化率。
專利文獻(xiàn)1日本特開平1-160836號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2日本特開2001-002430號公報(bào) 專利文獻(xiàn)3日本特開平1-157427號公報(bào) 專利文獻(xiàn)4日本特開2001-328831號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題 如上所述，迄今為止不能獲得完全無氣泡化的石英玻璃坩堝。此外，與以往的石英玻璃坩堝相比，即使顯著降低了透明層的氣泡程度，也沒有達(dá)到充分滿足要求高品質(zhì)的硅單晶的單晶化產(chǎn)率的程度。
此外，在上述專利文獻(xiàn)2和4中記載的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法中，為了除去石英玻璃坩堝透明層中的氣泡，進(jìn)行了全部內(nèi)表面的磨削處理。但是，內(nèi)表面整體的磨削處理是十分麻煩且費(fèi)力的工作，還存在磨削處理后必須進(jìn)行使表面平滑化的后處理等問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供無需進(jìn)行內(nèi)表面整體的磨削處理即可減少透明層中氣泡量的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的新型制造方法。
解決問題的方法 本發(fā)明涉及硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法，其包括 向旋轉(zhuǎn)的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體的步驟； 形成石英玻璃坩堝的步驟，即石英玻璃坩堝形成步驟，該步驟包括，通過對上述坩堝形狀成型體從內(nèi)表面對外表面方向?qū)嵤p壓，并使上述坩堝形狀成型體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對其進(jìn)行電弧熔融來形成所述石英玻璃坩堝，其中，所述石英玻璃坩堝的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗印⑼獗砻鎮(zhèn)葹闅馀輰?，在上述形成石英玻璃坩堝的步驟中，至少在電弧熔融的一部分過程中進(jìn)行所述減壓； 利用電弧熔融使所述石英玻璃坩堝的壁部內(nèi)表面再熔融，使存在于上述壁部內(nèi)表面透明層中的氣泡向上述壁部內(nèi)表面的底部方向移動(dòng)的步驟，即底部方向移動(dòng)步驟；和 利用電弧熔融使所述石英玻璃坩堝的底部內(nèi)表面再熔融，使存在于上述底部內(nèi)表面透明層中的氣泡向上述底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)的步驟，即外周方向移動(dòng)步驟；其中， 可以先實(shí)施底部方向移動(dòng)步驟，也可以先實(shí)施外周方向移動(dòng)步驟，從而得到在壁部內(nèi)表面和底部內(nèi)表面所形成的透明層角落處積聚氣泡的石英玻璃坩堝。
本發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，提供無需進(jìn)行內(nèi)表面整體的磨削處理即可減少透明層中氣泡量的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的新型制造方法。使用根據(jù)本發(fā)明的制造方法獲得的石英玻璃坩堝，可實(shí)現(xiàn)高單晶化率的硅單晶的提拉。

具體實(shí)施例方式 第一方式 本發(fā)明的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法包括如下步驟向旋轉(zhuǎn)的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體的步驟；以及形成石英玻璃坩堝的步驟(石英玻璃坩堝的形成步驟)，該步驟包括，通過對上述坩堝形狀成型體從內(nèi)表面向外表面方向減壓、并使上述坩堝形狀成型體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行電弧熔融來制造所述石英玻璃坩堝，所述石英玻璃坩堝的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗?、外表面?zhèn)葹闅馀輰印＿@種向旋轉(zhuǎn)模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀成型體之后對其進(jìn)行電弧熔融的方法被稱作旋轉(zhuǎn)電弧熔融法。旋轉(zhuǎn)電弧熔融法中有多種變形方法，只要是利用旋轉(zhuǎn)電弧熔融法制造的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗忧彝獗砻鎮(zhèn)葹闅馀輰拥氖⒉Ａй釄?，則沒有特別限制，可用作本發(fā)明的方法。而且，上述石英玻璃坩堝形成步驟中的減壓通常至少在電弧熔融的一部分過程中進(jìn)行。
上述通過旋轉(zhuǎn)電弧熔融法制造的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗?、外表面?zhèn)葹闅馀輰拥氖⒉Ａй釄澹鋬?nèi)表面?zhèn)鹊耐该鲗又袃?yōu)選盡量不存在氣泡，且為了無氣泡化嘗試了各種改良。但是，在上述通過旋轉(zhuǎn)電弧熔融法制造的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗?、外表面?zhèn)葹闅馀輰拥氖⒉Ａй釄鍍?nèi)表面?zhèn)鹊耐该鲗又型ǔ４嬖跉馀莼驓馀輰?例如0.1-1mm厚)。本發(fā)明的方法中，通過內(nèi)表面?zhèn)劝l(fā)生再熔融，使存在于該石英玻璃坩堝內(nèi)表面?zhèn)鹊耐该鲗又械臍馀莼驓馀輰?例如0.1-1mm厚)變成容易移動(dòng)的狀態(tài)，并且施加可以使容易移動(dòng)的氣泡發(fā)生移動(dòng)的力，將其積聚在透明層的角落處。具體地說，本發(fā)明的方法中由于包括如下步驟即，利用電弧熔融使上述石英玻璃坩堝的壁部內(nèi)表面發(fā)生再熔融，使存在于上述壁部內(nèi)表面的透明層中的氣泡向上述壁部內(nèi)表面的底部方向移動(dòng)的步驟(底部方向移動(dòng)步驟)，以及利用電弧熔融使上述石英玻璃坩堝的底部內(nèi)表面再熔融，使存在于上述底部內(nèi)表面的透明層中的氣泡向上述底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)的步驟(外周方向移動(dòng)步驟)，從而得到在壁部內(nèi)表面和底部內(nèi)表面形成的透明層角落處積聚氣泡的石英玻璃坩堝。但是，既可以先實(shí)施底部方向移動(dòng)步驟，也可以先實(shí)施外周方向移動(dòng)步驟。
底部方向移動(dòng)步驟對石英玻璃坩堝內(nèi)表面正下方的氣泡層(例如0.5-1mm厚)進(jìn)行處理，使其帶狀地積聚在壁部底部的附近(角落部)。具體地說，利用電弧熔融使石英玻璃坩堝的壁部內(nèi)表面再熔融，使存在于上述壁部內(nèi)表面的透明層中的氣泡向上述壁部內(nèi)表面的底部方向移動(dòng)。使石英玻璃坩堝旋轉(zhuǎn)的同時(shí)利用電弧熔融進(jìn)行再熔融時(shí)，在發(fā)生了再熔融的石英玻璃的粘度、旋轉(zhuǎn)的離心力以及重力的平衡中，重力起到主要作用的情況下，壁部內(nèi)表面正下方的氣泡層向底部方向移動(dòng)(落下)。由于重力基本上是不變的，再熔融溫度低則發(fā)生再熔融的石英玻璃的粘度變高，抑制氣泡層落下的傾向變強(qiáng)。石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速過大時(shí)則離心力變強(qiáng)，抑制氣泡層落下的傾向變強(qiáng)。因此，在底部方向移動(dòng)步驟中，使石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速小于坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速從而使離心力降低，并且通過使上述石英玻璃坩堝的再熔融溫度高于上述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度，有利于降低粘度。
從這樣的觀點(diǎn)看，優(yōu)選對坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，使所述坩堝形狀成型體的重力加速度為1.3G以上，并對所述底部方向移動(dòng)步驟中所述石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，使所述石英玻璃坩堝的重力加速度設(shè)定為小于1.3G。
在石英玻璃坩堝的外徑為25英寸(約650mm)、33英寸(約850mm)以及37英寸(約950mm)的情況下，轉(zhuǎn)速和重力加速度(約1.2G、約1.5G、約1.8G)的關(guān)系如下表1所示。可根據(jù)石英玻璃坩堝的直徑通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速從而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定重力加速度，可適當(dāng)?shù)卦O(shè)定轉(zhuǎn)速以施加適合使壁部氣泡層沿著壁部內(nèi)表面下滑的重力加速度。
表1
利用電弧熔融的再熔融可與石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速組合設(shè)定，以滿足可使壁部氣泡層沿著壁部內(nèi)表面下滑的條件，例如適合在約2000℃±200℃的溫度、優(yōu)選在約2100℃±100℃的溫度進(jìn)行。而且，坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度通常為約1800℃左右。
外周方向移動(dòng)步驟包括，利用電弧熔融使石英玻璃坩堝的底部內(nèi)表面再熔融，使存在于底部內(nèi)表面透明層中的氣泡向底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)。在外周方向移動(dòng)步驟中，優(yōu)選使石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速大于坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速從而使離心力提高，并且，使石英玻璃坩堝的再熔融溫度高于坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度從而使粘度下降，進(jìn)而使氣泡向底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)。
更具體地說，為了使氣泡易于向底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)，優(yōu)選對坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，使所述坩堝形狀成型體的重力加速度為1.7G以下，并對外周方向移動(dòng)步驟中石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，使所述石英玻璃坩堝的重力加速度高于1.7G。參照表1的數(shù)值，可根據(jù)石英玻璃坩堝的直徑通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速從而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定重力加速度，可適當(dāng)?shù)卦O(shè)定轉(zhuǎn)速以施加適于底部內(nèi)表面的氣泡層沿著外周方向移動(dòng)的重力加速度。
利用電弧熔融的再熔融可與石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速組合設(shè)定，以滿足可使底部氣泡層沿著外周方向移動(dòng)的條件，例如適合在約2000℃±200℃的溫度、優(yōu)選約2100℃±100℃的溫度下進(jìn)行。而且，坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度通常為約1800℃左右。
上述兩個(gè)步驟，即底部方向移動(dòng)步驟和外周方向移動(dòng)步驟，先進(jìn)行哪個(gè)步驟都可以。經(jīng)歷這兩個(gè)步驟，帶狀的氣泡層積聚在壁部的底部附近(角落部)。適當(dāng)?shù)乜刂频撞糠较蛞苿?dòng)步驟和外周方向移動(dòng)步驟中的轉(zhuǎn)速和再熔溫度、以及處理(步驟)時(shí)間，使帶狀氣泡層的帶寬控制為例如1～30cm的范圍，優(yōu)選5～25cm的范圍，更優(yōu)選10～20cm的范圍。在壁部的底部附近(角落處)積聚有帶狀氣泡層的石英玻璃坩堝可直接用作硅單晶提拉用石英玻璃坩堝。通過減少壁部內(nèi)表面與熔融硅的液面相接觸的部分及底部中心部位存在的氣泡，可獲得硅單晶的高單晶化率。
第二方式 關(guān)于上述根據(jù)本發(fā)明第一方式的制造方法獲得的石英玻璃坩堝，本發(fā)明涉及的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法中進(jìn)一步包括除去透明層角落處積聚的氣泡的步驟。上述氣泡的除去可利用磨削、蝕刻或重熔(再次電弧熔融)進(jìn)行。
磨削可利用例如噴砂機(jī)或砂輪機(jī)等進(jìn)行。蝕刻可利用例如氫氟酸等進(jìn)行。
通過本發(fā)明第一方式的制造方法獲得的石英玻璃坩堝所具有的氣泡，例如帶狀地積聚在壁部的底部附近(角落處)，通常，通過旋轉(zhuǎn)電弧熔融法制造的石英玻璃坩堝在壁部的底部附近(角落處)的透明層的厚度比較厚。因此，即使使帶狀氣泡層積聚在該部分、并利用磨削或蝕刻將其除去，也可以將除去后角落處透明層的厚度控制在與壁部或底部透明層厚度差別不大的范圍內(nèi)。
此外，由于本發(fā)明是僅除去角落處積聚氣泡的方法，與內(nèi)表面整體磨削等情況相比可在短時(shí)間內(nèi)完成磨削等步驟。而且，即使不改動(dòng)磨削面或蝕刻面，由于僅在壁部的底部附近(角落處)存在磨削面或蝕刻面，因此可將其作為硅單晶提拉用石英玻璃坩堝使用。
但是，優(yōu)選在磨削或蝕刻之后對經(jīng)過磨削或蝕刻的表面進(jìn)行重熔(再次電弧熔融)從而使其表面平滑。磨削或蝕刻之后進(jìn)行的重熔(再次電弧熔融)可通過常規(guī)方法進(jìn)行，例如可在氫氣氣氛或含有氫氣的氣體中進(jìn)行電弧熔解。
本發(fā)明中即使沒有磨削或蝕刻，也可僅利用重熔(再次電弧熔融)進(jìn)行氣泡的除去。該重熔(再次電弧熔融)可根據(jù)常規(guī)方法進(jìn)行，例如，優(yōu)選傾斜電極，使電弧集中在壁部的底部附近(角落處)積聚的氣泡層中(磨削或蝕刻之后的重熔(再次電弧熔融)也可同樣地實(shí)施)。此外，重熔(再次電弧熔融)也可以在氫氣氣氛或含有氫氣的氣體中進(jìn)行電弧熔融。
由于本發(fā)明的方法是僅對角落處積聚的氣泡層通過重熔(再次電弧熔融)來除去氣泡的方法，因此與內(nèi)表面整體重熔(再次電弧熔融)的情況相比可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重熔步驟。
以下，通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1 向以56rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑850mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后利用電弧熔融裝置使坩堝模具在以56rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度下使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的3分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度13mm的氣泡層。
此后將坩堝模具的轉(zhuǎn)速降低到50rpm、并在2130℃下再熔融30秒從而使坩堝壁部內(nèi)表面正下方的氣泡集中在角落處之后，將坩堝模具的轉(zhuǎn)速提高到66rpm，進(jìn)行30秒的再熔融，從而使坩堝底部內(nèi)表面正下方的氣泡在角落處積聚寬6cm。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
對取出的坩堝的氣泡帶部分在寬10cm的范圍內(nèi)進(jìn)行噴砂處理，磨削1mm的厚度。利用電弧熔融裝置在1800℃的溫度下對坩堝內(nèi)表面的磨削痕跡進(jìn)行再次電弧熔融，得到有光澤的平滑表面，從而獲得產(chǎn)品。
實(shí)施例2 向以72rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑650mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后利用電弧熔融裝置使坩堝模具在以72rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的2分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度9mm的氣泡層。
此后將坩堝模具的轉(zhuǎn)速降低到60rpm、并在2200℃進(jìn)行30秒的再熔融，從而使坩堝壁部內(nèi)表面正下方的氣泡集中在角落處，然后，將坩堝模具的轉(zhuǎn)速提高到78rpm，進(jìn)行20秒的再熔融，從而使坩堝底部內(nèi)表面正下方的氣泡在角落處積聚寬3cm。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
利用砂輪機(jī)對取出的坩堝的氣泡帶部分在寬4cm的范圍內(nèi)磨削1.5mm的厚度。利用電弧熔融裝置在1800℃的溫度下對坩堝內(nèi)表面的磨削痕跡進(jìn)行再次電弧熔融，得到有光澤的平滑表面，從而獲得制品。
實(shí)施例3 向以56rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑850mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后利用電弧熔融裝置使坩堝模具在以56rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的3分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空，形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度15mm的氣泡層。
此后將坩堝模具的轉(zhuǎn)速提高到62rpm、并在2090℃進(jìn)行20秒的再熔融，從而使坩堝底部內(nèi)表面正下方的氣泡集中在角落處，然后，將坩堝模具的轉(zhuǎn)速降低到50rpm，進(jìn)行15秒的再熔融，從而使坩堝壁部內(nèi)表面正下方的氣泡在角落處積聚寬20cm。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
傾斜取出的坩堝，在氣泡帶部分處蓄積25％的氫氟酸，使其覆蓋15cm的寬度范圍，蝕刻1mm的內(nèi)表面。利用電弧熔融裝置在1800℃的溫度下對坩堝內(nèi)表面的蝕刻痕跡進(jìn)行電弧熔融，得到有光澤的平滑表面，從而獲得制品。
實(shí)施例4 向以56rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑950mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后利用三相交流的電弧熔融裝置使坩堝模具在以56rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的4分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度19mm的氣泡層。
此后將坩堝模具的轉(zhuǎn)速降低到48rpm，并在1970℃進(jìn)行30秒的再熔融，從而使坩堝壁部內(nèi)表面正下方的氣泡集中在角落處之后，將坩堝模具的轉(zhuǎn)速提高到62rpm進(jìn)行30秒的再熔融，從而使底部坩堝內(nèi)表面正下方的氣泡在角落處積聚寬16cm。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
使用由兩個(gè)表面切割電極組成的電弧裝置，將取出的坩堝內(nèi)表面的氣泡帶部加熱至2400℃使其蒸發(fā)，并磨削1mm的深度，得到制品。
實(shí)施例5 向以56rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑850mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后利用電弧熔融裝置使坩堝模具在以56rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的3分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度13mm的氣泡層。
此后將坩堝模具的轉(zhuǎn)速提高到62rpm、并在2070℃進(jìn)行30秒再熔融，從而使坩堝底部內(nèi)表面正下方的氣泡集中在角落處。隨后，使坩堝模具在50rpm下旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在2100℃的溫度下進(jìn)行30秒的再熔融，從而使坩堝內(nèi)壁表面正下方的氣泡集中在角落處。在角落部分處形成了寬10cm的氣泡帶。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
比較例1(以往的制造方法) 向以56rpm旋轉(zhuǎn)的內(nèi)徑850mm的坩堝模具中填充二氧化硅粉。完成填充后，利用電弧熔融裝置使坩堝模具在以56rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在1800℃的溫度下使二氧化硅粉熔融。在熔融剛開始的3分鐘，通過開在坩堝模具上的孔進(jìn)行抽真空形成透明層。透明層形成后停止抽真空，形成厚度13mm的氣泡層，結(jié)束電弧熔融。完成熔融后，冷卻坩堝，并將其從坩堝模具中取出。
測定根據(jù)實(shí)施例1-5的方法以及比較例1制造的坩堝內(nèi)表面1mm的氣泡含有率。另外，其中的所述氣泡含有率，是指氣泡占有面積(W2)與石英坩堝的一定面積(W1)的比(W2/W1)(百分率)。這里定義的氣泡含有率可使用光學(xué)檢測方法非破壞地測定。為了測定從表面到一定深度內(nèi)的氣泡含有率，可以使檢測方法的焦點(diǎn)從表面沿深度方向掃描。如上所述的非破壞地測定氣泡含有率的方法，可直接利用例如日本專利3819140號公報(bào)中所詳細(xì)敘述的方法。測定結(jié)果記錄于下表2中。
表2 在除去積聚于角落的氣泡帶之前各部位表面的氣泡含有率
在除去積聚于角落的氣泡帶之后各部位表面的氣泡含有率(％)
從表2記載的結(jié)果看來，用本發(fā)明的方法制造的石英玻璃坩堝的內(nèi)表面，在開口端附近內(nèi)表面以及底部中央內(nèi)表面，其氣泡含有率變?yōu)椋?.1。此外，在除去積聚于角落的氣泡帶之后，在石英玻璃坩堝的角落部分內(nèi)表面，其氣泡含有率也變?yōu)椋?.1。
工業(yè)實(shí)用性 本發(fā)明可用于與硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法有關(guān)的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的制造方法，該方法包括如下步驟
向旋轉(zhuǎn)的模具中供給石英原料粉形成坩堝形狀的成型體的步驟；
石英玻璃坩堝形成步驟，該步驟包括，通過對上述坩堝形狀成型體從內(nèi)表面向外表面方施加減壓，并使上述坩堝形狀成型體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對其進(jìn)行電弧熔融，由此形成石英玻璃坩堝，所述石英玻璃坩堝的內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗?、外表面?zhèn)葹闅馀輰?，在上述形成石英玻璃坩堝的步驟中，至少在電弧熔融的一部分過程中進(jìn)行上述減壓；
底部方向移動(dòng)步驟，即利用電弧熔融使所述石英玻璃坩堝的壁部內(nèi)表面再熔融，使上述壁部內(nèi)表面的透明層中存在的氣泡向上述壁部內(nèi)表面的底部方向移動(dòng)；和
外周方向移動(dòng)步驟，即利用電弧熔融使所述石英玻璃坩堝的底部內(nèi)表面再熔融，使上述底部內(nèi)表面的透明層中存在的氣泡向上述底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)；其中，
底部方向移動(dòng)步驟和外周方向移動(dòng)步驟均可在先實(shí)施，從而得到在壁部內(nèi)表面和底部內(nèi)表面所形成的透明層角落處積聚氣泡的石英玻璃坩堝。
2.權(quán)利要求1的制造方法，其中，在所述底部方向移動(dòng)步驟中，使所述石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速小于所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速，并且，使所述石英玻璃坩堝的再熔融溫度高于所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度。
3.權(quán)利要求2的制造方法，其中，對所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，以使所述坩堝形狀成型體的重力加速度為1.3G以上，并且，對所述底部方向移動(dòng)步驟中所述石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，以使所述石英玻璃坩堝的重力加速度小于1.3G。
4.權(quán)利要求1的制造方法，其中，在所述外周方向移動(dòng)步驟中，使所述石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速大于所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速，并且，使所述石英玻璃坩堝的再熔融溫度高于所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的溫度。
5.權(quán)利要求4的制造方法，其中，對所述坩堝形狀成型體在電弧熔融時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，以使所述坩堝形狀成型體的重力加速度為1.7G以下，并且，對所述外周方向移動(dòng)步驟中所述石英玻璃坩堝的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，以使所述石英玻璃坩堝的重力加速度高于1.7G。
6.權(quán)利要求1的制造方法，其中，所述再熔融在2000℃±200℃的溫度進(jìn)行。
7.權(quán)利要求1的制造方法，該方法還包括除去在上述透明層的角落處積聚的氣泡的步驟。
8.權(quán)利要求7的制造方法，其中，利用磨削、蝕刻或重熔除去所述氣泡，所述重熔是再次電弧熔融。
9.權(quán)利要求8的制造方法，該方法還包括在磨削或蝕刻之后進(jìn)行重熔從而使表面平滑，所述重熔是再次電弧熔融。
10.權(quán)利要求8或9的制造方法，其中，利用噴砂機(jī)或砂輪機(jī)進(jìn)行磨削。
11.權(quán)利要求8或9的制造方法，其中，利用氫氟酸進(jìn)行蝕刻。
12.權(quán)利要求8或9的制造方法，其中，通過傾斜電極來進(jìn)行重熔即再次電弧熔融。
全文摘要
本發(fā)明提供不進(jìn)行內(nèi)表面的全面磨削處理即可減少透明層中氣泡量的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的新型制造方法。該方法包括下述步驟通過對由石英原料粉形成的坩堝形狀成型體從內(nèi)表面向外表面方向減壓、并使上述坩堝形狀成型體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行電弧熔融形成內(nèi)表面?zhèn)葹橥该鲗?、外表面?zhèn)葹槠鹋輰拥氖⒉Ａй釄宓牟襟E；底部方向移動(dòng)步驟，即利用電弧熔融使石英玻璃坩堝的壁部內(nèi)表面再熔，使存在于上述壁部內(nèi)表面的透明層中的氣泡向上述壁部內(nèi)表面的底部方向移動(dòng)的步驟；以及，外周方向移動(dòng)步驟，即利用電弧熔融使石英玻璃坩堝的底部內(nèi)表面再熔，使存在于上述底部內(nèi)表面的透明層中的氣泡向上述底部內(nèi)表面的外周方向移動(dòng)的步驟。通過本發(fā)明的制造方法，可得到在壁部內(nèi)表面和底部內(nèi)表面形成的透明層的角落處積聚氣泡的石英玻璃坩堝。不論是先實(shí)施底部方向移動(dòng)步驟還是外周方向移動(dòng)步驟都可以。
文檔編號C03B19/09GK101724888SQ200910003378
公開日2010年6月9日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者佐藤忠廣, 森川正樹 申請人:日本超精石英株式會社