專利名稱：氧化硅玻璃坩堝的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于單晶硅的提拉的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。
背景技術(shù)：
在單晶硅制造中采用使用氧化硅玻璃坩堝(以下，也有只稱為“坩堝”)的切克勞斯基法(CZ法)。在CZ法中，在氧化硅玻璃坩堝內(nèi)存積有熔化多晶硅原料的硅熔液。然后， 將單晶硅晶種浸漬在硅熔液并慢慢提拉，從而以晶種為核使單晶硅進(jìn)行生長(zhǎng)。在這種CZ法中使用的氧化硅玻璃坩堝，通過所謂旋轉(zhuǎn)模具法，即，向旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)供給氧化硅粉形成氧化硅粉層，并利用碳電極的電弧放電加熱溶化該氧化硅粉層來制造。 在旋轉(zhuǎn)模具法中，電弧熔化的部分成為高達(dá)超過2000°C的溫度。此外，這樣被制造的氧化硅玻璃坩堝，被做成為由含有許多氣泡的外層和透明的內(nèi)層構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。在此，已知內(nèi)層表面(單晶提拉時(shí)與硅熔液接觸的內(nèi)表面)的特性， 左右能提拉的單晶硅的特性，也給最終的硅晶片的收獲率帶來影響。具體來講，例如，使用氧化硅玻璃坩堝來提拉單晶時(shí)，在硅熔液的液面產(chǎn)生波紋， 難以通過適當(dāng)浸漬晶種而進(jìn)行配種(seeding)。這時(shí)出現(xiàn)不能提拉單晶硅，或者，單晶化被妨礙的問題。這種現(xiàn)象被稱作熔液面振動(dòng)，隨著最近的單晶硅的大口徑化，變得越發(fā)容易發(fā)生。此外，已知這樣的熔液面振動(dòng)現(xiàn)象，與氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)有關(guān)系。這樣的情況作為背景，已知例如專利文獻(xiàn)1所記載一祥的對(duì)應(yīng)。此外，對(duì)應(yīng)于Φ300πιπι以上且Φ450πιπι左右的晶片，要求單晶硅大口徑化，單晶的提拉時(shí)間也隨之變得更長(zhǎng)，坩堝內(nèi)表面也與1400°C以上的硅熔液長(zhǎng)時(shí)間接觸。因此凸顯出如下問題。S卩，若提拉操作被長(zhǎng)時(shí)間化，則坩堝內(nèi)表面與硅熔液的接觸時(shí)間也被長(zhǎng)時(shí)間化。其結(jié)果，坩堝內(nèi)表面與硅熔液反應(yīng)，坩堝內(nèi)表面的表面位置或者在離表面淺的層發(fā)生結(jié)晶化， 使褐色的白硅石呈環(huán)狀。以下將該環(huán)狀稱為褐色環(huán)。該褐色環(huán)內(nèi)不存在白硅石層或者即便存在也為非常薄的層，不過隨著操作時(shí)間的經(jīng)過，褐色環(huán)面積擴(kuò)大，相互融合并繼續(xù)生長(zhǎng)， 而最終侵蝕其中心部分，成為不規(guī)則的玻璃熔出面。微量玻璃片從這種玻璃熔出面脫落，容易使單晶硅發(fā)生位錯(cuò)，從而阻礙單晶提拉的成品率(收獲率)。特別是，在生長(zhǎng)用于制造Φ300πιπι以上大口徑晶片的單晶硅吋，需要操作超過100小時(shí)的CZ法，會(huì)使上述玻璃熔出面的出現(xiàn)明顯化。這樣的褐色環(huán)，可認(rèn)為以玻璃表面細(xì)微的損傷、作為原料粉溶解殘留物的晶質(zhì)殘留部分、玻璃結(jié)構(gòu)的缺陷等為核心發(fā)生。因此，為減少褐色環(huán)的數(shù)量，可考慮保持坩堝內(nèi)表面狀態(tài)良好，或者為消除晶質(zhì)殘留成分，坩堝制造エ序中在高溫下花長(zhǎng)時(shí)間熔化原料粉末， 或者如專利文獻(xiàn)2、3所述，作為形成內(nèi)表面的原料粉使用非晶質(zhì)的合成粉。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)1 日本公開專利特開2002-1Μ894號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本專利第觀11四0號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利第四33404號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，以往沒有確立能生產(chǎn)率良好且穩(wěn)定地制造質(zhì)量良好的單晶硅的技木，即，沒有確立制造內(nèi)表面的狀態(tài)等被適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝的技木。本發(fā)明鑒于上述情況而成，其課題在于提供內(nèi)表面的狀態(tài)(坩堝內(nèi)表面特性)等的坩堝特性被適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明的發(fā)明人，對(duì)得到內(nèi)表面的狀態(tài)等被適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝的方法進(jìn)行深入探討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這種坩堝可通過如下方式制造，即，對(duì)氧化硅粉層的多個(gè)部位，預(yù)先求出根據(jù)電弧放電加熱溶化時(shí)的最佳熔化溫度，以使這些多個(gè)部位的實(shí)際溫度(實(shí)測(cè)溫度)成為各最佳熔化溫度的方式，ー邊控制這些實(shí)際溫度，一邊通過加熱熔化氧化硅粉層米制Ia0本發(fā)明的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)用多個(gè)碳電極電弧放電來加熱溶化氧化硅粉層，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法包括對(duì)于上述氧化硅粉層的不同高度位置的多個(gè)部位，預(yù)先求出加熱熔化時(shí)的最佳熔化溫度的預(yù)備エ序；測(cè)量上述多個(gè)部位的加熱熔化時(shí)的實(shí)際溫度的溫度測(cè)量エ序；以及將上述多個(gè)部位的上述實(shí)際溫度控制成為上述最佳熔化溫度的溫度控制エ序。作為上述最佳熔化溫度及上述實(shí)際溫度，優(yōu)選為上述多個(gè)部位的內(nèi)表面的溫度。隨時(shí)間求出上述最佳熔化溫度時(shí)，優(yōu)選為隨時(shí)間控制上述實(shí)際溫度。上述多個(gè)部位中的至少ー個(gè)優(yōu)選為相當(dāng)于氧化硅玻璃坩堝的角部的部位。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于熔化狀態(tài)的氧化硅粉層，能實(shí)時(shí)地控制該多個(gè)部位的各實(shí)際溫度為各最佳熔化溫度，因此，能適當(dāng)控制氧化硅粉層的熔化狀態(tài)。其結(jié)果，能制造例如內(nèi)表面的狀態(tài)等坩堝特性得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。在本發(fā)明中，以模具的旋轉(zhuǎn)軸為中心邊旋轉(zhuǎn)邊加熱熔化氧化硅粉層。所謂“多個(gè)部位”實(shí)際上相當(dāng)于不同高度位置的同心圓狀的“多個(gè)圓周部”。如后所述，在求出最佳熔化溫度吋，或者測(cè)量加熱熔化時(shí)的實(shí)際溫度吋，作為溫度測(cè)量部，優(yōu)選使用檢測(cè)出來自被測(cè)量物的輻射能、測(cè)量溫度的輻射溫度計(jì)。固定輻射溫度計(jì)，測(cè)量旋轉(zhuǎn)的氧化硅粉層的多個(gè)部位的溫度，在此情況下，自然而然的，對(duì)圓周部進(jìn)行溫度測(cè)量而不是對(duì)點(diǎn)的ー個(gè)部位進(jìn)行溫度測(cè)量。此外，最佳熔化溫度是指從能夠制造如下坩堝時(shí)的溫度數(shù)據(jù)以經(jīng)驗(yàn)得到的溫度或者通過模擬等的計(jì)算方法求出的合適溫度等，該坩堝具備能生產(chǎn)率良好且穩(wěn)定地制造質(zhì)量良好的單晶硅的坩堝特性。此外，坩堝特性是指例如坩堝內(nèi)表面的玻璃化狀態(tài)、坩堝厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小、OH基的含有量、雜質(zhì)分布、表面的凹凸、這些在坩堝高度方向的分布狀態(tài)等，是對(duì)用該石英玻璃坩堝提拉的單晶硅的特性產(chǎn)生影響的主要原因。
氧化硅玻璃坩堝是作為與硅熔液接觸的唯一部件決定單晶硅的成品率和質(zhì)量的重要部件。根據(jù)坩堝厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小，有單晶硅提拉時(shí)氣泡破裂而玻璃片混入硅熔液中、附著到單晶硅錠時(shí)多晶化的可能性。根據(jù)OH基的含有量，氧化硅玻璃坩堝有結(jié)晶化而容易發(fā)生白硅石、從氧化硅玻璃坩堝剝離的白硅石附著到單晶硅邊而使單晶硅多結(jié)晶化的可能性。此外，也有氧化硅低粘度化而變形的可能性。若存在雜質(zhì)，則該雜質(zhì)會(huì)在結(jié)晶提拉的過程中促進(jìn)氧化硅玻璃坩堝內(nèi)表面的斑點(diǎn)狀的白硅石的形成。這樣形成的白硅石，從坩堝脫離并落入硅熔液內(nèi)，降低所提拉單晶的單晶化率。特別是在23英寸(58. 4cm) 40英寸(116cm)的大口徑坩堝中，熔化時(shí)內(nèi)表面溫度出現(xiàn)不均勻，其結(jié)果，有時(shí)在坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)產(chǎn)生面內(nèi)分布。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⒍鄠€(gè)部位的實(shí)際溫度分別控制為最佳熔化溫度，因此能防止發(fā)生這樣的溫度不均勻，制造出具有圓周方向均勻的內(nèi)表面特性的氧化硅玻璃坩堝。在本發(fā)明中，上述最佳熔化溫度及上述實(shí)際溫度為上述多個(gè)部位的特別內(nèi)表面的溫度吋，能特別適宜地控制對(duì)所制造的單晶硅的特性帶來較大影響的坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)。在本發(fā)明中，在上述預(yù)備エ序中先隨時(shí)間求出上述最佳熔化溫度，在上述溫度控制エ序中，隨時(shí)間控制上述實(shí)際溫度，從而能夠制造更加可靠、內(nèi)表面的狀態(tài)等坩堝特性得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。在重要的時(shí)刻求出最佳熔化溫度，并在該時(shí)刻進(jìn)行溫度控制也可。在這種情況下也能夠得到本發(fā)明效果。在本發(fā)明中，若上述多個(gè)部位中的ー個(gè)部位相當(dāng)于氧化硅玻璃坩堝的角部時(shí)，則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態(tài)。坩堝被分為底部、壁部以及角部等3個(gè)區(qū)域，角部意味著例如位于圓筒形的壁部與具有固定曲率半徑的底部之間，使它們平滑地連接的部分。換言之，從底部中心沿著坩堝內(nèi)表面朝著開ロ部上端，在底部中被設(shè)定的曲率半徑開始變化的部分到成為壁部的曲率半徑(圓筒形的情況下無限大)的部分就是角部。本發(fā)明的發(fā)明人在從氧化硅粉層的底部中心達(dá)到氧化硅粉層的開ロ部上端的徑向上，如圖3所示，對(duì)位置B、位置B-R、位置R、位置R-W、位置Wl、位置W2這6處的內(nèi)表面進(jìn)行了溫度測(cè)量。在此，位置B是成形體的底部中心(旋轉(zhuǎn)軸上)。位置B-R是底部和角部的邊界與位置B的中間附近。位置R是角部中與底部的邊界附近的位置。位置R-W是角部中與壁部的邊界附近的位置。位置Wl是角部和壁部的邊界與開ロ部上端的中間附近。位置W2是開 ロ部上端附近。再者，位置X和位置Y的中間附近是指從位置X和位置Y的中間位置起對(duì)距離X-Y 的比成為士 5%的長(zhǎng)度的范圍。其結(jié)果，測(cè)量的溫度散亂，如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)偏差大的是位置 R-W以及位置R。從該結(jié)果，可知對(duì)于角部先求出最佳熔化溫度，以使該部分成為該最佳熔化溫度的方式控制實(shí)際溫度，從而能夠更加精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態(tài)。在角部，特別是在角部中的與壁部的邊界附近，進(jìn)行加熱熔化吋，因重力而熔化玻璃容易從壁部垂下，從底部因模具的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心カ而熔化玻璃容易聚集，因此具有厚度尺寸相較于設(shè)定值變大的傾向。為此，對(duì)于角部特別是與壁部的邊界附近的位置，先求出最佳熔化溫度，通過控制該部分的實(shí)際溫度成為最佳熔化溫度，能夠控制坩堝的厚度。本發(fā)明中，對(duì)于多個(gè)部位，即2處以上部位求出最佳熔化溫度，并控制實(shí)際溫度。 作為對(duì)象的部位的數(shù)量越増加，精度就越得到提高，不過會(huì)増加人工、成本。因而，作為對(duì)象的部位數(shù)量，要兼顧精度和人工、成本而決定。


圖1是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置的ー實(shí)施方式的示意主視圖。圖2是表示圖1氧化硅玻璃坩堝制造裝置所具備的碳電極的俯視圖(a)、示意側(cè)視圖(b)。圖3是表示氧化硅粉層的溫度測(cè)量位置的示意圖。圖4是表示氧化硅粉層的溫度測(cè)量位置的溫度偏差的圖表，其中有表示標(biāo)準(zhǔn)差的圖表(a)，表示所測(cè)量的溫度的圖表(b)。圖5是表示最佳熔化溫度對(duì)于與角部相當(dāng)?shù)牟课坏碾S時(shí)間變化的圖表。圖6是表示玻璃的光譜透射率和波長(zhǎng)的關(guān)系的圖表。圖7是表示氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實(shí)施方式的流程圖。圖8是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置的其他ー實(shí)施方式的示意主視圖。圖9是表示本發(fā)明的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實(shí)施方式的碳電極的高度位置的變化的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，圖示并詳細(xì)說明適宜用于制造的氧化硅玻璃坩堝制造裝置的ー實(shí)施方式。圖1是表示氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的ー實(shí)施方式的示意主視圖。該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1是在300kVA 12，OOOkVA的輸出范圍內(nèi)，通過多個(gè)碳電極13，13，13的電弧放電，加熱熔化由非導(dǎo)電性對(duì)象物的氧化硅粉末構(gòu)成的氧化硅粉層11的高輸出的裝置。如圖1所示，該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1具有模具10。模具10能通過未圖示的旋轉(zhuǎn)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，具有由碳構(gòu)成的大致碗狀的內(nèi)面形狀，該碗型的內(nèi)面形狀為類似于坩堝外形，規(guī)定所制造的氧化硅玻璃坩堝的外形。在該模具10內(nèi)，通過將氧化硅粉末作為原料粉末噴上既定厚井加以沉積來供給氧化硅粉末，形成由氧化硅粉末構(gòu)成的氧化硅粉層11。此外，在該模具10的內(nèi)部設(shè)有多個(gè)減壓通路12，該減壓通路12在其內(nèi)表面開ロ的同時(shí)與未圖示的減壓部連接，能使氧化硅粉層11內(nèi)減壓。在比模具10靠上側(cè)的位置，設(shè)有與未圖示的電カ供給部連接的碳電極13，13，13作為電弧放電部，通過該碳電極13，13，13 的電弧放電產(chǎn)生電弧火焰，從而加熱熔化氧化硅粉末的氧化硅粉層11。碳電極13，13，13為例如相同形狀的電極棒，以進(jìn)行交流3相(R相、S相、T相)的電弧放電，如圖1和圖2所示，以成為在下方具有頂點(diǎn)的倒三角錐狀的方式，分別設(shè)為使各自的軸線13L呈角度θ 1 (例如120° )。電極的數(shù)量、配置狀態(tài)、供給電カ方式并不限于上述的構(gòu)成，也能采用其他的構(gòu)成。
此外，通過電極位置設(shè)定部20，如圖中箭頭T所示那樣碳電極13，13，13能上下移動(dòng)，并能設(shè)定電極前端部13a的高度位置(離氧化硅粉層11上端位置(模具開口上端位置)的高度位置)H。同吋，根據(jù)電極位置設(shè)定部20使碳電極13，13，13的電極展開程度可變，井能如圖中箭頭D所示那樣設(shè)定電極間距離D等，并且通過該電極位置設(shè)定部20，也能設(shè)定與模具10的高度以外的相對(duì)位置。具體而言，如圖1所示，電極位置設(shè)定部20包括能設(shè)定碳電極13，13，13的電極間距離D的方式支撐的支撐部21 ；能在水平方向移動(dòng)該支撐部21的水平移動(dòng)部；以及能將多個(gè)支撐部21 (即，各碳電極各自的支撐部)以及與所述水平移動(dòng)部一同沿上下方向移動(dòng)的上下移動(dòng)部。在支撐部21中，具有電極旋轉(zhuǎn)部，該電極旋轉(zhuǎn)部以使碳電極13能繞角度設(shè)定軸22 轉(zhuǎn)動(dòng)地被支撐，控制角度設(shè)定軸22的旋轉(zhuǎn)角度。要調(diào)節(jié)碳電極13，13的電極間距離D吋，如圖1中箭頭T3所示，用電極旋轉(zhuǎn)部控制碳電極13的角度，并且如箭頭T2所示，用水平移動(dòng)部控制支撐部21的水平位置。此外， 用上下移動(dòng)部控制支撐部21的高度位置，從而能控制高度位置H。再者，在圖中僅在左端的碳電極13示出支撐部21等，不過其他的電極也以同樣的構(gòu)成支撐，也能個(gè)別地控制各個(gè)碳電極13的高度。此外，碳電極13，13，13由粒徑0. 3mm以下，優(yōu)選為0. Imm以下，更優(yōu)選為0. 05mm 以下的高純度碳粒子形成，當(dāng)其密度為1. 30g/cm3 1. 80g/cm3，優(yōu)選為1. 30g/cm3 1. 70g/ cm3吋，能使在電極各相配置的碳電極互相的密度差為0. 2g/cm3以下，具有高的均質(zhì)性。氧化硅玻璃坩堝制造裝置1在以模具10加熱熔化的氧化硅粉層11內(nèi)表面的多個(gè)部位，具備測(cè)量其實(shí)際溫度的溫度測(cè)量部(輻射溫度計(jì)Caml，Can^)。此外，氧化硅玻璃坩堝制造裝置1具備控制實(shí)際溫度的溫度控制部，以使溫度測(cè)量部測(cè)量的各部位的實(shí)際溫度成為預(yù)先輸入的各部位的最佳熔化溫度。本實(shí)施方式中作為溫度測(cè)量部所具備的輻射溫度計(jì)Caml，Cam2，檢測(cè)出來自測(cè)量對(duì)象的輻射能而測(cè)量溫度。如圖1所示，輻射溫度計(jì)Caml，Cam2配置在將進(jìn)行電弧放電的爐內(nèi)和爐外進(jìn)行分離的間隔壁SS外側(cè)。再者，輻射溫度計(jì)Caml，Cam2包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)通過覆蓋被設(shè)在間隔壁SS的窗部的過濾器F1，對(duì)來自測(cè)量對(duì)象的輻射能進(jìn)行聚光；光譜部，得到用該光學(xué)系統(tǒng)聚光的光譜；以及檢測(cè)元件，從上述光譜檢測(cè)出關(guān)于測(cè)量對(duì)象的光。該輻射溫度計(jì)與控制部連接，該控制部因該檢測(cè)元件的模擬輸出或設(shè)定部的設(shè)定信號(hào)等必要的其他信號(hào)被輸入而進(jìn)行既定的運(yùn)算并測(cè)量溫度。S卩，輻射溫度計(jì)Caml，Cam2各自通過透鏡等光學(xué)系統(tǒng)對(duì)來自氧化硅粉層11內(nèi)表面的輻射能光進(jìn)行聚光，用光譜部得到上述光譜，用檢測(cè)元件從上述光譜檢測(cè)出既定波長(zhǎng)的光。檢測(cè)元件的模擬輸出信號(hào)通過同步檢測(cè)器按每個(gè)波長(zhǎng)分離并由放大器放大，經(jīng)由多頻低分辨率的小比特的AD轉(zhuǎn)換器輸入到控制部(CPU)，從而進(jìn)行既定的運(yùn)算處理，能得到所希望的溫度信號(hào)。該溫度信號(hào)能輸出到LCD顯示器等顯示部，并且輸出到氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的溫度控制部。然后，溫度控制部根據(jù)該信息實(shí)時(shí)地控制制造條件，以使實(shí)際溫度順著預(yù)先輸入的最佳熔化溫度。
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在該例子中，輻射溫度計(jì)Caml被設(shè)置成在氧化硅粉層11中，測(cè)量與氧化硅玻璃坩堝的角部相當(dāng)?shù)牟课?位置R-W)內(nèi)表面的溫度，輻射溫度計(jì)Cam2設(shè)置成為測(cè)量與壁部相當(dāng)?shù)牟课?位置Wl)內(nèi)表面。溫度控制部是通過改變氧化硅粉層11的加熱熔化狀態(tài)來控制各部位的實(shí)際溫度的単元，與電極位置設(shè)定部20連接。本例的溫度控制部通過改動(dòng)向碳電極13供給的電力、 碳電極13的位置狀態(tài)、模具10與碳電極13的相對(duì)位置狀態(tài)、模具10的位置狀態(tài)的任意至少ー種，使氧化硅粉層11的加熱熔化狀態(tài)變化，控制各部位的實(shí)際溫度。在此，碳電極13，13，13的位置狀態(tài)是指這些多個(gè)電極互相所成的角度即電極展開程度或電極前端部13a的水平方向分離狀態(tài)或者電極前端部13a的高度方向分離狀態(tài)、 以及作為由多個(gè)碳電極13，13，13形成的電弧火焰的噴出方向而被加以規(guī)定的電極中心方向的朝向等。模具10與碳電極13，13，13的相對(duì)位置狀態(tài)包含模具10的旋轉(zhuǎn)軸方向與碳電極 13,13,13的中心方向的相對(duì)位置關(guān)系、以及模具10與被視為電弧發(fā)生位置的電極前端部 13a的相對(duì)高度位置關(guān)系(高度)、模具10與被視為電弧發(fā)生位置的電極前端部13a的相對(duì)水平方向位置關(guān)系(偏心等)。此外，模具10的位置狀態(tài)包含模具10的旋轉(zhuǎn)軸的方向等。以下，對(duì)使用了該氧化硅玻璃坩堝制造裝置1的氧化硅玻璃坩堝的制造方法進(jìn)行說明。首先，對(duì)于模具10內(nèi)的氧化硅粉層11內(nèi)表面的多個(gè)部位，進(jìn)行預(yù)先求出各個(gè)最佳熔化溫度的預(yù)備エ序。在這里最佳熔化溫度得自經(jīng)驗(yàn)，或者通過模擬等的計(jì)算方法求出。例如，對(duì)于多個(gè)坩堝，用輻射溫度計(jì)Caml，Cam2取得在制造坩堝之際的加熱熔化時(shí)，氧化硅粉層11內(nèi)表面的多個(gè)部位隨時(shí)間示出怎樣的溫度舉動(dòng)的溫度數(shù)據(jù)。另ー方面，使用這樣制造的多個(gè)坩堝的每ー個(gè)，利用CZ法在1400°C以上高溫中對(duì)單晶硅提拉。然后，從利用CZ法能生產(chǎn)率良好且穩(wěn)定地制造質(zhì)量良好的單晶硅的坩堝相關(guān)的上述溫度數(shù)據(jù)，得自經(jīng)驗(yàn)或者通過計(jì)算方法決定加熱熔化氧化硅粉層11時(shí)的隨時(shí)間的最佳熔化溫度。若對(duì)各部位的內(nèi)表面的溫度預(yù)先求出最佳熔化溫度，并在后續(xù)的溫度控制エ序中控制該內(nèi)表面的溫度，則能特別適宜地控制對(duì)所制造的單晶硅的特性帶來較大的影響的坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)。此外，如果多個(gè)部位的至少ー個(gè)有角部，則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更加精密地控制氧化硅粉層11的熔化狀態(tài)。例如，多個(gè)部位之ー為角部，另ー個(gè)為壁部。如示出圖3及圖4而先說明的那樣，經(jīng)探討發(fā)明人明確了角部是位于壁部和底部之間的部分，是在加熱熔化氧化硅粉層11時(shí)溫度變動(dòng)大的部位。為此，以角部為對(duì)象預(yù)先求出最佳熔化溫度，并控制該部分的溫度，以能順著該最佳熔化溫度，從而能進(jìn)ー步精密地控制坩堝的內(nèi)表面等的狀態(tài)。此外，角部特別是角部中與壁部的邊界附近，是在電弧熔化工序中，從壁部因重力而熔化部分容易下垂的部分，并且是從底部因模具10的離心カ而熔化部分容易聚集的部分。因此，角部是厚度尺寸容易比設(shè)定值變大的部分。因此，通過將溫度控制成為能順著角部的最佳熔化溫度，也能特別控制坩堝的厚度尺寸。
圖5是表示在本實(shí)施方式的氧化硅玻璃坩堝的制造方法中，對(duì)于與位置R-W相當(dāng)?shù)牟课坏膬?nèi)表面，在時(shí)刻t0開始電カ供給(圖7的S31)、在時(shí)刻t3停止電カ供給(圖7的 S33)時(shí)的隨時(shí)間的最佳熔化溫度的圖表。在制造共計(jì)10個(gè)坩堝(口徑914mm，36英寸)時(shí)分別取得與位置R-W相當(dāng)?shù)牟课坏募訜崛刍瘯r(shí)隨時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算方法能從這些溫度數(shù)據(jù)與利用所得到的各坩堝實(shí)際用CZ法提拉單晶硅時(shí)的成品率、最終的硅晶片的收獲率等的關(guān)系，能得到該圖表。再者，輻射溫度計(jì)Caml、Cam2最好測(cè)量溫度范圍為400 觀00で，此外，能夠檢測(cè)出波長(zhǎng)4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測(cè)量溫度。若測(cè)量溫度范圍為400 觀00で，則能囊括氧化硅粉層11的加熱熔化時(shí)的溫度。在比上述的范圍低的溫度范圍的情況下，該溫度對(duì)坩堝特性帶來的影響少，因此測(cè)量溫度并求出最佳熔化溫度幾乎沒有意義。另ー方面，也可以設(shè)定比上述的范圍高的范圍作為測(cè)量范圍，但認(rèn)為現(xiàn)實(shí)中沒有以那樣的溫度進(jìn)行坩堝制造的情況。此外，檢測(cè)出波長(zhǎng)4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測(cè)量溫度吋，能測(cè)量到更準(zhǔn)確的溫度。 圖6是表示光譜透射率和波長(zhǎng)的關(guān)系的圖表，如該圖表所示，認(rèn)為從電弧放電中的碳電極 13發(fā)生的CO2的吸收帶波長(zhǎng)為4. 2 4. 6 μ m。因而，為了排除CO2的吸收對(duì)溫度測(cè)量的影響，需要避開該波長(zhǎng)范圍。此外，可知為了測(cè)定測(cè)量對(duì)象的氧化硅玻璃的表面溫度，需要使該氧化硅玻璃的透射率為0、波長(zhǎng)為4. 8 μ m以上。此外，作為氧化硅玻璃坩堝制造的環(huán)境的大氣中所包含的H2O的吸收帶波長(zhǎng)為5. 2 7. 8 μ m，因此需要避開該波長(zhǎng)范圍。從這些方面來看，優(yōu)選檢測(cè)出4. 8 5. 2 μ m的輻射能而測(cè)量溫度。此外，過濾器Fl優(yōu)選由BaF2或CaF2構(gòu)成。這樣的過濾器F，對(duì)于從坩堝內(nèi)表面放射的波長(zhǎng)范圍的光而言的透射率高。因而，用于溫度測(cè)量的光的強(qiáng)度不會(huì)降低。此外，BaF2或CaF2的透射率在8. 0 μ m 14 μ m的波長(zhǎng)范圍降低，作為測(cè)量波長(zhǎng)不用這樣的波長(zhǎng)，由此能更準(zhǔn)確地測(cè)量溫度。再者，優(yōu)選在溫度測(cè)量吋，連接輻射溫度計(jì)和測(cè)量點(diǎn)的觀測(cè)線為離碳電極分離 IOOmm以上的狀態(tài)。藉此，降低在碳電極附近發(fā)生的來自電弧火焰的影響和電極輻射的影響，從而能提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。在這里若比上述的范圍更接近電極，則溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性降低，因此并不理想，此外，若從碳電極13超越坩堝半徑地分離，則對(duì)于坩堝口徑而言設(shè)定距離變大，將無法測(cè)量既定測(cè)量點(diǎn)的溫度，或者來自測(cè)量點(diǎn)的輻射量降低，有輻射溫度計(jì)的輸出不足、不能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)量的傾向。如上進(jìn)行了預(yù)備エ序之后，實(shí)際利用旋轉(zhuǎn)模具法，制造坩堝。在圖7示出制造エ序的流程圖。具體來講，首先，在氧化硅粉末供給エ序Sl中，通過向模具10內(nèi)表面沉積氧化硅粉，形成氧化硅粉層11。由這樣的石英粉體構(gòu)成的氧化硅粉層11，因模具10旋轉(zhuǎn)的離心カ 而被保持在模具10的內(nèi)壁面。接著，在電極初始位置設(shè)定エ序S2中，如圖1、圖2所示，通過電極位置設(shè)定部20 設(shè)定電極初期位置，以使碳電極13，13，13維持頂點(diǎn)在下方這樣的倒三角錐狀，且使各自的軸線13L維持角度θ 1，并在前端13a互相接觸。同吋，設(shè)定高度位置H、由碳電極13，13，13 形成的倒三角錐的中心軸的電極位置中心軸和模具10的旋轉(zhuǎn)軸線的位置及角度組成的模具-電極相對(duì)位置狀態(tài)的初始狀態(tài)。
接著，在電弧熔化工序S3中，進(jìn)行碳電極13的位置設(shè)定，并且用電弧放電部加熱熔化所保持的氧化硅粉層11，并且通過減壓通路12進(jìn)行減壓，形成氧化硅玻璃層。電弧熔化工序S3包括電カ供給開始エ序S31、電極位置調(diào)整エ序S32、及電カ供給結(jié)束エ序S33。在電カ供給開始エ序S31中，從未圖示的電カ供給部，以上述那樣設(shè)定的電力量開始向碳電極13，13，13供給電力。在該狀態(tài)下，不發(fā)生電弧放電。在電極位置調(diào)整エ序S32中，通過電極位置設(shè)定部20，使碳電極13，13，13維持下方有頂點(diǎn)這樣的倒三角錐狀，或者變更其角度，擴(kuò)大電極間距離D。由此，在碳電極13，13間隨之開始產(chǎn)生放電。這時(shí)，通過電カ供給部控制供給電力，以使各碳電極13中的電カ密度成為40kVA/cm2 l，700kVA/cm2。而且，通過電極位置設(shè)定部20，在維持角度θ 1的狀態(tài)下，設(shè)定電極的高度位置H等模具10與碳電極13的相對(duì)位置狀態(tài)，以滿足作為對(duì)熔化氧化硅粉層11所必要的熱源的條件。這樣加熱熔化氧化硅粉層11。在電カ供給結(jié)束エ序S33中，氧化硅粉層11的熔化成為既定的狀態(tài)之后，停止電力供給部的電カ供給。通過該電弧熔化，能加熱熔化氧化硅粉層11，制造氧化硅玻璃坩堝。再者，在電弧熔化工序S3中，通過未圖示的控制部控制模具10的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后，在本實(shí)施方式中，在這樣的電弧熔化工序S3中，對(duì)于與角部相當(dāng)?shù)牟课坏膬?nèi)表面和與壁部相當(dāng)?shù)牟课坏膬?nèi)表面，進(jìn)行以下エ序利用輻射溫度計(jì)Caml，Cam2隨時(shí)間測(cè)量加熱熔化時(shí)的各實(shí)際溫度的溫度測(cè)量エ序；以及隨時(shí)間控制這些部位的內(nèi)表面的各實(shí)際溫度，使之成為預(yù)備エ序中所要求的各最佳熔化溫度的溫度控制エ序。具體來講，根據(jù)最佳熔化溫度與實(shí)際溫度的數(shù)據(jù)，溫度控制部通過改動(dòng)向碳電極 13供給的電力、碳電極13的位置狀態(tài)、模具10與碳電極13的相對(duì)位置狀態(tài)、模具10的位置狀態(tài)的任意至少ー種，進(jìn)行調(diào)整，以使各部位的實(shí)際溫度都成為最佳熔化溫度，并且加熱熔化氧化硅粉層11。藉此，對(duì)于熔化狀態(tài)的氧化硅粉層11，能實(shí)時(shí)地控制各部位的內(nèi)表面為各自的最佳熔化溫度，能適當(dāng)?shù)乜刂蒲趸璺蹖?1的熔化狀態(tài)，并且加熱熔化。其結(jié)果，能制造坩堝特性得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。接著，在冷卻エ序S4中，冷卻停止了電カ供給之后的氧化硅玻璃坩堝。此后，在取出エ序S5中，從模具10取出氧化硅玻璃坩堝。此后，作為后處理工序S6，進(jìn)行外周方面噴射高壓水的珩磨處理、使坩堝高度尺寸成為既定狀態(tài)的緣部切割處理、用氟酸等清洗坩堝內(nèi)表面的清洗處理。再者，在本實(shí)施方式中，將輻射溫度計(jì)Caml，Cam2置于電弧爐的間隔壁SS外側(cè)， 不過如圖8所示，也可以收納到設(shè)于間隔壁SS內(nèi)側(cè)的遮蔽體SSl內(nèi)部(省略了輻射溫度計(jì) Cam2的圖示)。這時(shí)在遮蔽體SSl上設(shè)有過濾器Fl。如以上所述，依據(jù)這樣的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，對(duì)于熔化狀態(tài)的氧化硅粉層11，能實(shí)時(shí)地控制該多個(gè)部位的各實(shí)際溫度為各自的最佳熔化溫度，因此，能適當(dāng)控制氧化硅粉層11的熔化狀態(tài)。其結(jié)果，例如能制造內(nèi)表面的狀態(tài)等坩堝特性得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。此時(shí)，特別是對(duì)于氧化硅粉層的內(nèi)表面，求出最佳熔化溫度，測(cè)量實(shí)際溫度半進(jìn)行控制時(shí)，能特別適宜控制對(duì)所制造的單晶硅的特性帶來大的影響的坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)。此外，在預(yù)備エ序中，隨時(shí)間先求出最佳熔化溫度，在溫度控制エ序中，隨時(shí)間控制實(shí)際溫度，能更可靠地制造內(nèi)表面的狀態(tài)等坩堝特性得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。而且，若上述的多個(gè)部位中的至少ー個(gè)為與氧化硅玻璃坩堝的角部相當(dāng)?shù)牟课唬?則在氧化硅玻璃坩堝的制造中，能更精密地控制氧化硅粉層的熔化狀態(tài)。再者，作為氧化硅粉，對(duì)應(yīng)于內(nèi)面層能主要使用合成氧化硅粉，對(duì)應(yīng)于外面層能使用天然氧化硅粉。在此合成氧化硅粉意味著由合成氧化硅構(gòu)成。合成氧化硅是化學(xué)合成/ 制造的原料，合成氧化硅粉是非晶質(zhì)的。由于合成氧化硅的原料為氣體或液體，能容易精制，合成氧化硅粉的純度可比天然氧化硅粉高。作為合成氧化硅的原料，有四氯化硅等氣體原料來源和如硅醇鹽的液體原料來源。合成氧化硅粉能夠?qū)⑷康慕饘匐s質(zhì)控制在0. Ippm 以下。在使用溶膠-凝膠法吋，合成氧化硅粉中殘留50 IOOppm由加水分解醇鹽而生成的硅烷醇。在以四氯化硅作為原料的合成氧化硅中，雖然能在0 IOOOppm的大范圍內(nèi)控制硅烷醇，不過通常包含IOOppm左右以上的氯。如果以醇鹽為原料，能輕易制得不含氯的合成氧化硅。使用溶膠-凝膠法制得的合成氧化硅粉如上所述在熔化前含有50 IOOppm左右的硅烷醇。若對(duì)此進(jìn)行真空熔化會(huì)發(fā)生硅烷醇的脫離，而使制得的氧化硅玻璃的硅烷醇的含量降低至5 30ppm左右。另外，硅烷醇量根據(jù)熔化溫度、升溫溫度等的熔化條件的不同而不同。在同等條件下熔化天然氧化硅粉而得的玻璃的硅烷醇量不足5ppm。一般認(rèn)為，在高溫下合成氧化硅玻璃的粘度低于天然氧化硅玻璃。作為其原因之一，可列舉為是因?yàn)楣柰榇?、鹵切斷SiO4四面體的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)。合成氧化硅玻璃中，若測(cè)量光透射率，則其能良好地使波長(zhǎng)至200nm左右的紫外線透過，可知其特性接近以用于紫外線光學(xué)用途的四氯化硅為原料的合成氧化硅玻璃。在合成氧化硅玻璃中，若測(cè)量以波長(zhǎng)M5nm的紫外線激勵(lì)而得的熒光光譜，則不會(huì)發(fā)現(xiàn)如天然氧化硅玻璃那樣的熒光峰值。所謂“天然氧化硅粉”是指由天然氧化硅構(gòu)成的粉，所謂“天然氧化硅”是挖出自然界存在的石英原石，經(jīng)過粉碎、精制等エ序得到的原料，天然氧化硅粉由α -石英的結(jié)晶構(gòu)成。天然氧化硅粉中包含Ippm以上的Al、Ti。此外對(duì)于其他金屬雜質(zhì)的水平也高于合成氧化硅粉。天然氧化硅粉幾乎不含硅烷醇。天然氧化硅玻璃的硅烷醇含量為<50ρ ρ m。在天然氧化硅玻璃中，測(cè)量光透射率，由于主要作為雜質(zhì)包含約Ippm的Ti而當(dāng)波長(zhǎng)成為250nm以下時(shí)透射率急劇降低，在波長(zhǎng)200nm幾乎不透過。此外，在M5nm附近可觀測(cè)到缺氧缺陷引起的吸收峰。此外，在天然氧化硅玻璃中，測(cè)量由波的紫外線激勵(lì)而得的熒光光譜，能在^Onm和390nm觀測(cè)到熒光峰值。這些熒光峰值起因于玻璃中的缺氧缺陷。通過測(cè)量含有的雜質(zhì)濃度、或測(cè)量硅烷醇量的不同或光透射率、測(cè)量以波長(zhǎng)M5nm 的紫外線激勵(lì)而得的熒光光譜，能夠辨別出玻璃材料是天然氧化硅還是合成氧化硅。在本發(fā)明中，作為原料粉末使用氧化硅粉末，而氧化硅粉既可為合成氧化硅粉，也可為天然氧化硅粉。天然氧化硅粉，既可為石英粉，也可為水晶、硅砂等作為氧化硅玻璃坩堝原材料的已知材料的粉末。此外，氧化硅粉可以為結(jié)晶、非結(jié)晶、玻璃狀態(tài)之中的任何一種。以上，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但這些是本發(fā)明的例示，也可采用上述以外各種各樣的構(gòu)成。此外，也可組合采用上述實(shí)施方式中記載的構(gòu)成。[實(shí)施例]作為本發(fā)明的實(shí)施例，制造了 10個(gè)口徑為610mm(M英寸)的坩堝并作為實(shí)驗(yàn)例 A。此時(shí)，用圖1所示的電極位置設(shè)定部20，隨時(shí)間如圖9所示那樣改變基準(zhǔn)位置而設(shè)定電極前端部13a的高度位置H。在從時(shí)刻t0到tl為高度位置HI、從時(shí)刻t2到t3為高度位置H2，并且各高度位置設(shè)定為Hl > H2。同吋，在圖3所示的位置R-W中測(cè)量電弧熔化中的溫度，對(duì)位置R-W進(jìn)行高度位置 H的調(diào)整以及供給電カ的微調(diào)整，以使測(cè)量溫度如圖5所示那樣對(duì)于預(yù)先設(shè)定的最佳熔化溫度(設(shè)定溫度)成為士 15°C的容許范圍。同樣，在位置R中，也進(jìn)行了測(cè)量溫度的微調(diào)整。進(jìn)而，在與上述同樣的條件下，且僅在高度位置設(shè)定上不進(jìn)行溫度測(cè)量及微調(diào)整的狀態(tài)下制造10個(gè)坩堝，作為實(shí)驗(yàn)例B。在這樣制造的氧化硅玻璃坩堝中，對(duì)與位置R對(duì)應(yīng)的角部，測(cè)量其厚度尺寸。其結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)例A中，與位置R對(duì)應(yīng)的角部厚度尺寸，沒有脫離規(guī)定值的 12mm士0. 5_，與之相對(duì)，在實(shí)驗(yàn)例B中，出現(xiàn)12. 6mm的1個(gè)、12. 8mm的1個(gè)、13mm的1個(gè)， 在這3個(gè)坩堝中就有大于規(guī)格的值。從該結(jié)果可知，認(rèn)為起因于溫度控制的不均勻性的厚度偏差，如實(shí)驗(yàn)例A那樣，通過在多個(gè)部位進(jìn)行溫度測(cè)量/微調(diào)整來能進(jìn)行抑制。以上，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解的一點(diǎn)是該實(shí)施例說到底僅為例示，其還可以有各種變形例，此外那些變形例也屬于本發(fā)明的保護(hù)范
圍。
符號(hào)的說明
1…氧化硅玻璃坩堝制造裝置
10…模具
11…氧化硅粉層
12…減壓通路
13…碳電極
13a…電極前端部
13L···軸線
20…電極位置設(shè)定部
21…支撐部
22…角度設(shè)定軸
Caml、Cam2…輻射溫度計(jì)
SS…間隔壁
Fl…過濾器
SSL···遮蔽體
權(quán)利要求
1.ー種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)，通過多個(gè)碳電極的電弧放電來加熱熔化氧化硅粉層，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法的特征在于包括預(yù)備エ序，對(duì)于上述氧化硅粉層的高度位置不相同的多個(gè)部位，預(yù)先求出在加熱熔化時(shí)的最佳熔化溫度；溫度測(cè)量エ序，測(cè)量上述多個(gè)部位的加熱熔化時(shí)的實(shí)際溫度；以及溫度控制エ序，控制上述多個(gè)部位的上述實(shí)際溫度，以成為上述最佳熔化溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 上述最佳熔化溫度及上述實(shí)際溫度是上述多個(gè)部位的內(nèi)表面的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 隨時(shí)間先求出上述最佳熔化溫度，隨時(shí)間控制上述實(shí)際溫度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于 上述多個(gè)部位中的至少ー個(gè)是相當(dāng)于氧化硅玻璃坩堝的角部的部位。
全文摘要
制造內(nèi)表面的狀態(tài)(坩堝內(nèi)表面特性)等得到適當(dāng)控制的氧化硅玻璃坩堝。一種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，在旋轉(zhuǎn)的模具(10)內(nèi)，通過多個(gè)碳電極(13)的電弧放電加熱熔化由氧化硅粉末構(gòu)成的氧化硅粉層(11)，制造氧化硅玻璃坩堝，該制造方法包括對(duì)上述氧化硅粉層(11)的多個(gè)部位預(yù)先求出加熱熔化時(shí)的最佳熔化溫度的預(yù)備工序；測(cè)量上述多個(gè)部位的加熱熔化時(shí)的實(shí)際溫度的溫度測(cè)量工序；以及控制上述多個(gè)部位的上述實(shí)際溫度使之成為上述最佳熔化溫度的溫度控制工序。
文檔編號(hào)C03B20/00GK102531347SQ201110444729
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者鈴木江梨子, 須藤俊明 申請(qǐng)人:日本超精石英株式會(huì)社