氧化硅玻璃坩堝的制造方法

專利名稱：氧化硅玻璃坩堝的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用于提拉單晶硅的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。
背景技術：
單晶硅的制造一般采用的是使用氧化硅玻璃坩堝的切克勞斯基法(CZ法)。具體而言，通過向氧化硅玻璃坩堝內部注入熔化多晶硅原料的硅熔液，邊旋轉坩堝邊浸漬單晶硅晶種并慢慢提拉，使其以單晶硅晶種為核進行生長，以此來制造。此時使用的氧化硅玻璃坩堝是由含有大量氣泡的外層和透明的內層構成的雙層結構，通常通過邊旋轉模具邊以電弧熔化來熔化氧化硅粉層的成形法而制造(例如，參照專利文獻1)。眾所周知，在氧化硅玻璃坩堝中，由單晶提拉時與硅熔液接觸的內表面的特性決定所提拉的單晶硅的特性，且還會影響最終的硅晶片收獲率。因此，有時采用內層由合成氧化硅玻璃、外層由天然氧化硅玻璃的構成的對策，以此防止單晶硅特性的偏差。然而，使用氧化硅玻璃坩堝熔化硅以提拉單晶吋，有時會由于熔融硅液面發生振動，而難以通過浸漬晶種進行配種(seeding)。因此，常常會發生不能提拉單晶硅，或者所謂阻礙單晶化的熔液面振動的問題。該熔液面振動(液面振動)現象伴隨硅晶體的大口徑化，變得更容易發生。因此，越發需要改善氧化硅玻璃坩堝內表面的特性。針對其需要，在專利文獻2中建議采用暴露在SW2蒸汽(vapor)之后的減量為0. 013g以下的坩堝，但是也不能說該方法充分改善了坩堝內表面。并且，隨著對應于Φ 300mm以上且Φ 450mm左右的晶片要求單晶硅的大口徑化，單晶的提拉時間變得更長，并且坩堝內表面需要長時間與1400°C以上的硅熔液接觸，因此氧化硅玻璃坩堝突顯出如下問題。S卩，由于提拉時間變長，坩堝內表面與硅熔液接觸的時間也會變長，因此有時會發生坩堝內表面與硅熔液反應，坩堝內表面的表面位置或者從表面淺的層結晶化，從而出現環形褐色白硅石的情況(以下，將環形白硅石稱為“褐色環”。)。該褐色環內不存在白硅石層或者即便存在也為薄層，但隨著操作時間的經過，褐色環會擴大其面積，相互融合并繼續生長，最終侵蝕其中心部位，最終成為不規則的玻璃熔出面。該玻璃熔出面出現，更易引起單晶硅位錯，有時會阻礙單晶提拉的成品率(收獲率)。特別是在生長制造Φ300πιπι以上大口徑的晶片的單晶硅需要進行超過100小時的CZ 法的操作，更易出現上述玻璃熔出面。可以認為上述褐色環以玻璃表面細微的損傷或者作為原料粉未完全溶解的晶質殘留部分、玻璃結構的缺陷等為核心而發生，為減少其數量可想到保持玻璃表面狀態良好， 或者為減少晶質殘留成分可考慮使氧化硅玻璃坩堝制造エ序中的熔化高溫化、長時間化。 并且，如專利文獻3、4所述，作為形成內表面的原料粉可考慮采用非晶質的合成粉。由非晶質的合成粉構成的合成氧化硅玻璃中的雜質含量極少，且具有降低發生褐色環的優點。然而，與內層由天然氧化硅玻璃構成的坩堝相比，內層由合成氧化硅玻璃構成的坩堝在熔化多晶硅時，還存在熔液面易振動的缺點。該振動尤其常見于從配種(seeding) 到肩部形成吋，單晶主體部前半部分初期的提拉エ序中。因此，由于配種(seeding)工作需要時間，或者，因結晶紊亂而需重新溶化，引起所謂“返回熔化”(Melt-back)的現象，因而會降低生產率。[現有技術文獻][專利文獻]專利文獻1 日本公開專利特開2001-89171號公報專利文獻2 日本公開專利特開2002-1M894號公報專利文獻3 日本專利第觀11四0號公報專利文獻4 日本專利第四33404號公報

發明內容
發明所要解決的問題通常認為對于上述硅熔化時熔液面的振動或褐色環的發生，只要在氧化硅玻璃坩堝的制造中控制熔化部分的溫度形成內層即可。然而，在氧化硅玻璃坩堝的制造中熔化部分的溫度有時也會超過2000°C。尚未確立在操作中準確測量如此高的溫度的技木。并且，尚未發現在電弧火焰附近測量加熱熔化的熔化物表面的溫度，此種嚴酷條件下的溫度測量技木。進而，由于氧化硅玻璃不像普通材料能夠清晰觀測出玻璃化轉變，而難以進行溫度管理。因此，由于在氧化硅玻璃坩堝的制造中很難掌握熔化溫度，因而難以控制其溫度。本發明鑒于上述情況而完成，其以提供ー種氧化硅玻璃坩堝的制造方法為目的， 利用該種方法可控制氧化硅玻璃坩堝制造時的熔化狀態，防止單晶硅制造時的坩堝內表面發生褐色環，從而能夠制造抑制熔液面振動的氧化硅玻璃坩堝。為解決問題的手段根據本發明提供了ー種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其包括通過向坩堝形成用模具內部供給氧化硅粉末來形成氧化硅粉層的氧化硅粉末供給エ序，以及利用多個碳電極進行電弧放電來熔化氧化硅粉層的電弧熔化工序。其中，上述電弧熔化工序，通過旋轉上述模具測量設定于氧化硅粉層內表面位于不相同高度的多個測量點的溫度，以檢測在各測量點的熔化初期出現的最初的溫度的最高點，從而控制電弧放電。可以認為最高點與氧化硅粉末的熔化有關。從而，通過檢測不同高度位置的多個測量點的最高點，可準確掌握氧化硅粉層的熔化狀態，進而更精密地控制電弧放電，并提高氧化硅玻璃坩堝內表面的特性。藉此，可制得能夠在制造單晶硅時防止坩堝內表面發生褐色環，并抑制熔液面振動的氧化硅玻璃坩堝。并且，所謂坩堝的特性，是指能夠對用氧化硅玻璃坩堝提拉的半導體單晶的特性帶來影響的特性，例如，可列舉坩堝內表面的玻璃化狀態，以及厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小、OH基含量、雜質分布、表面的凹凸，以及這些坩堝高度方向的不均勻等分布狀態等。氧化硅玻璃坩堝作為與硅熔液接觸的唯一部件，是決定單晶硅的成品率和質量的重要部件。根據坩堝厚度方向的氣泡分布及氣泡的大小，在拉晶單晶硅時可能會由于氣泡破裂，使玻璃片混入硅熔液中附著于單晶硅錠，從而導致多晶化。根據OH基含有量的不同，氧化硅玻璃坩堝容易因結晶化而產生白硅石，從氧化硅玻璃坩堝剝離的白硅石可能會附著于單晶娃，而使單晶硅多晶化。并且，氧化硅還可能會由于低粘度化而變形。如果存在雜質， 該雜質在結晶提拉的過程中會促進氧化硅玻璃坩堝內表面的斑點形白硅石的形成。這樣形成的白硅石從坩堝脫離而沉入硅熔液內，會降低所提拉單晶的單晶化率。在上述電弧熔化工序中，可通過調整氧化硅粉層的熔化條件檢測每個測量點在所定的熔化時間范圍內的上述最高點。在此情況下，可非常高精度地調整氧化硅粉層的熔化條件，并進一歩改善氧化硅玻璃坩堝內表面的特性。并且，在上述電弧熔化工序中，氧化硅粉層的溫度測量，可利用輻射溫度計檢測出波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能來測溫溫度。在此情況下，由于能夠實時準確地測量在如超過 2000°C的嚴酷的環境下被熔化的氧化硅表面附近的溫度狀態，因此能夠準確且輕易檢測到溫度的最高點。并且，在上述電弧熔化工序中，上述輻射溫度計及上述測量點，可設置為連接上述輻射溫度計及上述測量點的直線與上述模具的旋轉軸相離IOOmm以上。在此情況下，由于不會被多個碳電極及電弧放電嚴重影響，而可提高溫度測量的精度。并且，在上述電弧熔化工序中，上述輻射溫度計，可以追隨多個碳電極的移動改變多個測量點中作為測量對象的部位。在此情況下，可利用單個輻射溫度計檢測多個測量點中的最高點。并且，在上述電弧熔化工序設置多個上述輻射溫度計，可以測量位于不同高度的多個測量點的溫度。在此情況下，可檢測多個測量點中的最高點。


圖1是表示本發明的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式所使用的制造裝置的主視示意圖。圖2是表示圖1中的碳電極位置的俯視示意圖(a)、側視示意圖(b)。圖3是表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造裝置的ー實施方式的模具的截面圖。圖4是表示坩堝溫度的反饋控制方法的概念圖。圖5是表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的流程圖。圖6是表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的進行電弧熔化工序的流程圖。圖7是表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的進行溫度控制エ序的流程圖。圖8時表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的碳電極高度位置變化的圖表。圖9是表示本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式的溫度變化的圖表。
具體實施例方式以下，參照圖紙說明本發明相關的氧化硅玻璃坩堝制造方法的ー實施方式。圖1CN 102531346 A
是表示本實施方式的氧化硅玻璃坩堝所使用的氧化硅玻璃坩堝制造裝置的一部分的模式主視圖。本實施方式的氧化硅玻璃坩堝制造裝置1，具備可用旋轉部(未圖示)旋轉來規定氧化硅玻璃坩堝外形的模具10。在模具10中，通過使用氧化硅粉末供給部向模具10的內部供給及堆積氧化硅粉末，成形所定厚度的氧化硅粉層11。模具10的內部，設置有多個與其內表面相通的同時連接于減壓部(未圖示)的減壓用通路12，可使氧化硅粉層11內部減壓。并且，作為電弧放電部，在模具10上側位置設置了多個連接于電流供給部(未圖示)的碳電極13。以該碳電極13，在300kVA 12，OOOkVA的輸出范圍內以電弧放電加熱熔化模具10內的氧化硅粉層11。碳電極13可使用電極位置設定部20，如圖中箭頭T所示進行上下移動，以設定高度方向位置H。并且，碳電極13可使用電極位置設定部20變化電極展開程度，如圖中箭頭 D所示設定電極間距離D等。進而，使用該電極位置設定部20還可設定模具10的高度以外的相對位置。電極位置設定部20，如圖1所示具備支撐設定碳電極13之電極間距離D的支撐部21 ；該支撐部21可進行水平方向移動的水平移動部；可將多個支撐部21及其水平移動部作為一體進行上下方向移動的上下移動部。其中，支撐部21具備可支撐碳電極13圍繞角度設定軸22進行旋轉，以此控制角度設定軸22的旋轉角度的旋轉部。調節碳電極13的電極間距離D，在控制碳電極13的角度的同時，控制水平移動部來控制支撐部21的水平位置。并且，通過使用上下移動部控制支撐部21的高度位置，可控制相對于氧化硅粉層11上端位置(模具開口上端位置)的電極前端部13a的高度位置H。并且，在圖1中僅對左端的碳電極13表示支撐部21等，但其他電極也以相同構成支撐，因此也可分別對各碳電極13的高度進行控制。圖2是表示圖1的碳電極位置的俯視示意圖(a)、側視示意圖(b)。碳電極13，例如由進行交流3相(R相、S相、T相)電弧放電的相同形狀的電極棒構成，如圖1、圖2所示是如頂點在下方的倒三角錐形，分別設置使各軸線13L之間的角度呈 θ I0碳電極13由粒徑為0. 3mm以下、優選為0. Imm以下、更優選為0. 05mm以下的高純
度碳粒子成形。并且，其密度為1. 30g/cm3 1. 80g/cm3吋，配置于電極各相的碳電極之間的密度差優選為0. 2g/cm3以下。并且，氧化硅玻璃坩堝制造裝置1至少具備；對作為模具10內熔化部分的氧化硅粉層11進行測溫的溫度測量部，輸入用該溫度測量部測量的溫度，根據輸入的溫度控制供給于碳電極13的電流量的控制部(未圖示)。本實施方式中的溫度測量部，是對模具10內熔化部分進行測溫的輻射溫度計Cam。輻射溫度計Cam具備聚集來自氧化硅粉層11表面的熔化部分的輻射能的光學系統，獲得用該光學系統集光的光譜的分光部，從上述譜檢測出與測量對象相關的光的檢測元件。輻射溫度計Cam設置于分離電弧放電的爐內和爐外的間隔壁SS的外側。并且，輻射溫度計Cam，通過覆蓋設置于間隔壁SS的窗ロ部的過濾器F來測量熔化部分。作為輻射溫度計Cam的檢測元件的模擬輸出信號，可以用同期檢測器對各波長進行分離，用増幅器増幅，介入多頻道低分解能的小比特的AD轉換器傳送于控制部(CPU)進行演算處理，以獲得期望的溫度信號。該溫度信號輸出于氧化硅玻璃坩堝制造裝置的控制部。并且，溫度信號還可輸出于IXD表示器等表示部。輻射溫度計Cam的測量溫度范圍優選為400 觀00で。在該情況下，能在400 觀00で的高溫范圍內連續觀測制造氧化硅玻璃坩堝時氧化硅粉及該氧化硅粉熔化的狀態。 從而，能夠測量從熔化開始前到結束后及到冷卻完成狀態的溫度。并且，由于低于上述范圍的溫度范圍對坩堝的特性影響小，因此溫度測量并無多大意義，在高于上述范圍的溫度范圍內，由于需要特殊的溫度測量裝置，不僅成本提高，而且會超過通常制造中的溫度范圍。 上述測量溫度范圍，可以在400、700、1000、1500、2000、2500，或觀00で的任意2個值的范圍內。并且，本實施方式的輻射溫度計Cam，以檢測測量波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能進行測溫為宜。該波長可以為4. 8、4. 9、5. 0、5. 1，或5. 2 μ m，也可在這些任意2個值的范圍內。對于使用輻射溫度計Cam的情況下的測量直徑并無特別限定，例如可以為100、50、40， 或30mm以下。如果該測量直徑小，由于能夠輕易測量熔化部分準確的溫度，測量直徑以某種程度小為宜，在上述范圍內尤其以30mm以下為宜。如果測量波長在上述范圍內，能夠排除對測量被認為由電弧放電中的碳電極13 產生的由0)2吸收(CO2吸收帶波長4. 2 4.6 μ m)的溫度的影響。并且，能夠避開作為氧化硅玻璃坩堝制造環境的大氣中所含的H2O吸收帶的波長5. 2 7. 8 μ m。并且，為對作為測量對象的氧化硅玻璃表面進行測溫，如果波長范圍為4. 8 μ m以上，氧化硅玻璃的透射率成為0，可輕易測量其表面。輻射溫度計Cam優選為具備選擇性地透過測量波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能的過濾器F。該種過濾器F優選為由BaF2或CaF2組成。該種過濾器F，由坩堝內表面輻射的波長范圍的光的透射率高。從而，不會降低用于測量溫度的光的強度。如果具備由BaF2或CaF2組成的過濾器F，以不利用降低BaF2或CaF2的透射率的 8 14μπι的波長范圍為宜。如果不利用此種波長范圍，可防止透射率降低，并提高溫度測量的準確性。并且，一般制造的硅酸鹽玻璃對于2. 5 μ m左右為止的紅外線表現出高透明性，對于超過該值的波長，由于Si-O結合的振動引起的光吸收，其透射率急劇降低，從而幾乎不能透過。不具備Si-O結合的玻璃相較于硅酸鹽玻璃，能輕易透過紅外線，但在穩定性、化學耐久性方面較弱，因此不實用。作為對于更長波長的紅外線表現出高透明性，并且具備實用性·高透射率的玻璃，可列舉氟化物玻璃。氟化物玻璃的穩定性、化學耐久性出色，在從紫外到紅外的寬廣的波長范圍內具有高透明性。因此，使用上述BaF2或CaF2組成的過濾器F1， 就能夠進行高精度的測量。連接輻射溫度計Cam和測量點M的觀測線L，優選為與碳電極13分離IOOmm以上。 若上述觀測線L與碳電極13分離IOOmm以上，可降低在碳電極13附近產生的電弧火焰及電極輻射的影響，從而提高溫度測量的準確性。上述觀測線L與碳電極13分離若超過坩堝半徑，相對于坩堝口徑設定距離變大，難以測量所定的測量點M的溫度。并且，來自測量點M的輻射量降低，輻射溫度計Cam的輸出不足，從而出現溫度測量變得不準確的傾向。另外，作為坩堝口徑，例如可以為22英寸 (55. 88cm)、28 英寸(71. 12cm)、32 英寸(81. 28cm)，或者 40 英寸(101. 6cm)，也可為在這些任意2個值的范圍內的口徑。本實施方式采用1臺輻射溫度計Cam，對氧化硅玻璃坩堝10的內表面，即，如圖3 所示的從底部Ila的測量點P1到上端部lib的測量點P6等6處進行測溫。并且，測量點P3 為角部Ilc中間部的測量點，測量點P2為測量點P1和測量點P3的中間的測量點，測量點P4 為角部Ilc上部的測量點，測量點P5為墻壁Ild的測量點。在此，對任意測量點P1 P6進行測溫的情況下，輻射溫度計Cam及測量點P1 P6 優選的設置也為連接這些測定點的直線與模具的旋轉軸相離IOOmm以上。在該情況下，不會受到多個碳電極及電弧放電的嚴重影響，能夠提高溫度測量的精度。在此，所謂角部Ilc是指位于圓柱形的墻壁Ild和具有特定曲率半徑的底部Ila 之間并光滑地連接這些的曲面形部分。為了用1臺輻射溫度計Cam對測量點P1 P6進行測溫，設定為可改變輻射溫度計 Cam相對于水平方向的角度即可。輻射溫度計Cam相對于水平面的角度優選為自動變化。 輻射溫度計Cam也可追隨多個碳電極的移動，而改變測量點P1 P6之中的測量對象。在此，氧化硅玻璃坩堝10內表面中，到達最高點的帶區域會因多個碳電極的移動而變化。然而，在該情況下，輻射溫度計Cam由于追隨多個碳電極的移動而改變測量點P1 P6之中的測量對象，因此，能夠準確測量對應于其變化而到達最高點的氧化硅玻璃坩堝10內表面的帶區域的溫度狀態，并能夠準確且輕易地檢測跨多個測量帶的溫度的最高點。或者可設置多個輻射溫度計Cam，測量位于不同高度的多個測量點P1-P6的溫度。 該情況下，也可跨多個測量帶準確且輕易地檢測到溫度的最高點。圖4是表示本實施方式的氧化硅玻璃坩堝制造方法的坩堝溫度的反饋控制方法的概念圖。該反饋控制方法是使用具備碳電極、輻射溫度計、紅外線透過過濾器、溫度調節系統、控制系統、電極位置設定部的裝置來實行的。該反饋控制方法，以上述碳電極產生電弧放電來加熱熔化模具內的非導電性對象物(氧化硅粉末)，用輻射溫度計隔著紅外線透過過濾器檢測在加熱熔化部分(測量點)的波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能。輻射溫度計使用光學透鏡等來對上述輻射能進行聚光，轉換為與輻射能成比例的溫度測量值，向溫度調節系統輸出電流或電壓。溫度調節計比較上述溫度測量值和最佳熔化溫度，轉換為適合的操作輸出值，向控制系統輸出電流或電壓。控制系統根據上述操作輸出值進行電流值控制、電極展開程度的控制，或模具高度控制。藉此， 改變供給于碳電極的電力、碳電極位置狀態、模具與碳電極之間的相對位置狀態、模具位置狀態之中的任ー項。本說明書中所謂的“最適合熔化溫度”，可憑借經驗或模擬等計算手法求得。例如， 對于多個坩堝，在制造坩堝的過程中進行加熱熔化吋，使用輻射溫度計取得溫度數據來檢測氧化硅粉層的內表面隨著時間經過分別表示的溫度變化。另ー方面，分別用如此制造出的多個坩堝，利用CZ法以1400°C以上的高溫提拉單晶硅。并且，從通過CZ法能夠以高生產率穩定生產出高品質單晶硅的坩堝的上述各溫度數據，以經驗或計算手法決定加熱熔化氧化硅粉層時氧化硅粉層內表面的隨著時間的最佳溫度。
以下，對本發明的ー實施方式相關的氧化硅玻璃坩堝的制造方法進行說明。如圖 5、6、7的流程圖所示，本實施方式的氧化硅玻璃坩堝的制造方法具備氧化硅粉末供給エ 序(S701)、電極初期位置設定エ序670 、電弧熔化工序(S70;3)、冷卻エ序(S704)、取出エ 序(S705)，以及后處理工序(S706)。在氧化硅粉末供給エ序(S701)中，通過向模具10內表面堆積氧化硅粉末形成氧化硅粉層11。該氧化硅粉層11，因模具10旋轉的離心カ保持于內壁面。作為氧化硅粉末，內層優選使用合成氧化硅粉，外層優選使用天然氧化硅粉。在此，所謂“合成氧化硅粉”是化學合成、制造的氧化硅粉末。合成氧化硅粉為非晶質。由于合成氧化硅的原料為氣體或液體，因此可輕易精制，合成氧化硅粉較天然氧化硅粉更能實現高純度化。作為合成氧化硅原料，有四氯化硅等氣體原料來源和如硅醇鹽的液體原料來源。采用合成氧化硅粉，能夠使全部金屬雜質控制于0. Ippm以下。合成氧化硅粉作為以溶膠-凝膠方法獲得的物質，通常殘留醇鹽水解而生成的 50 IOOppm的硅烷醇。以四氯化硅為原料的合成氧化硅玻璃能夠將硅烷醇控制在0 IOOOppm的寬范圍內，但通常約包含有IOOppm以上的氯。以醇鹽為原料的情況下，能夠輕易獲得不含氯的合成氧化硅玻璃。由于使用溶膠-凝膠法的合成氧化硅粉，如上所述在熔化前約含有50 IOOppm 的硅烷醇。對其進行真空熔化，則會引起硅烷醇的脫離，使獲得的氧化硅玻璃的硅烷醇會減少至5 30ppm左右。但是硅烷醇量根據熔化溫度、升溫溫度等熔化條件而不同。一般來講，合成氧化硅玻璃在高溫下的粘度被公認為較天然氧化硅玻璃低。作為其原因之一，可列舉是由于硅烷醇和鹵切斷SiO4四面體的網眼結構。對合成氧化硅玻璃測量光透射率發現至波長約為200nm的紫外線的透射率高，接近于以紫外線光學用四氯化硅為原料的合成氧化硅玻璃的特性。對合成氧化硅玻璃，測量用波的紫外線刺激而獲得的熒光譜，也未觀測到如下所述的天然氧化硅玻璃的熒光峰值。所謂“天然氧化硅粉”是指挖出自然界存在的石英原石，經破碎、精制等エ序而得的氧化硅粉末。天然氧化硅粉由α-石英的結晶制成，包含有Ippm以上的Al、Ti。并且， Al,Ti以外的金屬雜質含量也多于合成氧化硅粉。并且，天然氧化硅粉幾乎不含硅烷醇，熔化天然氧化硅粉而得的玻璃的硅烷醇含量不滿50ppm。測量天然氧化硅玻璃的光透射率，由于作為主要雜質包含約Ippm的Ti，波長變為 250nm以下，則透射率急劇降低，波長為200nm時幾乎不透過。并且在M5nm附近可觀測到缺氧缺陷所引起的吸收峰值。對天然氧化硅玻璃，測量用波長M5nm的紫外線刺激而得的熒光光譜，在^Onm和 390nm上觀測到熒光峰值。這些熒光峰值是由玻璃中的氧結合缺陷所引起。玻璃材料是天然氧化硅還是合成氧化硅，可根據測量所含雜質濃度的方法、測量硅烷醇含量的方法、測量透光率的方法、測量用波長M5nm的紫外線激勵而得的熒光光譜的方法來分辨。在氧化硅粉末中，除氧化硅粉末以外，還可包含含ニ氧化硅(silica)的水晶、硅砂等作為氧化硅玻璃坩堝原料所周知的材料的粉狀體。在電極初期位置設定ェ序670 中，如圖1、圖2所示，以電極位置設定部20設定電極初期位置，使碳電極13維持如頂點在下方的倒三角錐形，且各軸線13L維持角度θ 1， 如圖2所示，在前端13a相互接觸。同時設定作為從模具10邊緣到電極前端的高度尺寸的電極高度位置H，或作為由碳電極13形成的倒三角錐的中心軸的電極位置中心軸和由與模具10的旋轉軸線的位置及角度構成的模具-電極相對位置狀態的初期狀態。在電弧熔化工序(S70;3)中，設定電極13位置，并對于被保持的氧化硅粉層11，邊用電弧放電部加熱邊通過減壓通路12進行減壓，從而熔化氧化硅粉層11而形成氧化硅玻璃/I^o在電弧熔化工序(S70;3)具備電力供給開始エ序(S801)、電極位置調整エ序 (S802)、模具內部的溫度測量エ序(S803)、最高值是否已被觀測的判斷エ序(S808)、繼續加熱エ序(S809)、模具內部的溫度相對于基準溫度是否在所定范圍內的判斷エ序(S804)、 電弧熔化部分的溫度控制エ序(S805)、是否為電弧熔化結束時刻的判斷エ序(S806)、以及電カ供給結束エ序(S807)。在電カ供給開始エ序(S801)中，由未圖示的電カ供給部以如上所設定的電力量開始向碳電極13供給電力。在該狀態下，不發生電弧放電。在電弧熔化工序(S703)中，利用電極位置設定部20，使碳電極13維持如頂點在下方的倒三角錐形，或通過改變其角度拉大電極間距離D。藉此，使碳電極13之間發生電弧放電。此時，用電流供給部調整供給的電力，以使各碳電極13中的電カ密度成為40kVA/ cm2 1，700kVA/cm2。上述電カ也可利用電カ供給部控制供給的電力，使各碳電極13中的電カ密度成為40、100、500、1000、1500，或1，700kVA/cm2，或在這些任意2個值的范圍內。并且，在維持角度θ 1的狀態下，利用電極位置設定部20調整電極高度位置H等模具-電極的相對位置狀態，以滿足作為熔化氧化硅粉層11所必需熱源的條件。分離模具和電極吋，可利用電極位置設定部20使電極位置遠離模具，也可利用控制系統使模具位置遠離電扱。拉近模具和電極吋，可利用電極位置設定部20使電極位置靠近模具，也可利用控制系統使模具位置靠近電極。在本實施方式的電弧熔化工序(S70;3)中，對碳電極13高度位置做如圖8所示的改變。即，以電極初期位置設定エ序670 中的碳電極13高度位置作為以Hl表示的位置，以電カ供給開始エ序(S801)在時刻t0開始供給電流，以其后電極位置調整エ序(S802) 在時刻tl開始降低高度位置，在時刻t2的高度位置為H2表示的位置，電カ供給結束エ序 (S807)在時刻t3停止供給電流。并且，在本實施方式相關的電弧熔化工序(S703)中，從電カ供給開始エ序(S801) 開始，利用輻射溫度計Cam測量模具內部的氧化硅粉層11的測量點P1 P6的溫度。在測量點P1-P6之中的任意點中，如圖9所示，作為電弧熔化工序(S703)中的氧化硅粉層11 的溫度，溫度的最高點Tp均出現于電弧熔化工序(S7(X3)的初期。該溫度的最高點Tp及其出現時間，根據所采用的氧化硅粉末而不同。另外，在圖9中，Tml是碳電極13在位置Hl上的溫度，Tm2是在位置H2上的溫度。本實施方式中，調整氧化硅粉層11的熔化條件，以檢測每個測量點P1-P6在所定的熔化時間范圍內的最高點。在此，每個測量點P1 P6均設定所定的熔化時間，但是通常測量點P1 P5的任意點均在5 10秒的范圍內，對P6設定為約60秒。檢測到最高點的順序，通常在測量點P3上最早，在測量點P6上最晚。并且，作為熔化條件，可列舉對碳電極13供給的電流量、碳電極13的位置、模具10與碳電極13之間的相對位置、模具的位置等。碳電極13的位置，例如是指多個碳電極13相互所呈角度的電極展開程度或電極前端水平方向的位置，或電極前端高度方向的位置，以及以多個電極形成的電弧火焰的噴出方向的電極中心方向的指向。并且，模具10與碳電極13之間的相對位置，例如是指模具10的旋轉軸方向與電極中心方向之間的相對位置，以及模具10與被視為電弧發生位置的電極前端之間的相對高度位置(高度)，模具10與電極前端之間的相對水平方向位置(偏心等)。并且，模具位置，例如是指模具旋轉中心軸線的方向等。熔化條件的調整，例如在最高點表現出早于所定熔化時間出現的傾向的情況下， 通過進行減少對碳電極13的電流供給量，或將碳電極13拉離氧化硅粉層11等操作，來降低溫度。另ー方面，在最高點表現出晚于所定的熔化時間出現的傾向的情況下，通過進行增加對碳電極13的電流供給量，或使碳電極13靠近氧化硅粉層11等操作，來提升溫度(參照圖7)。在電カ供給結束エ序(S807)中，氧化硅粉層11變為所定狀態之后，停止從電カ供給部的電カ供給。使用該電弧熔化，熔化氧化硅粉層11而制得氧化硅玻璃坩堝。在該電弧熔化工序(S70;3)中，利用未圖示的模具10的旋轉狀態的控制部進行控制。在冷卻エ序(S704)中，對在上述電弧熔化工序中獲得的氧化硅玻璃坩堝進行冷卻。在取出エ序670 中，從模具10取出冷卻后的氧化硅玻璃坩堝。在后處理工序(S706) 中，進行向外周面噴射高壓水的珩磨處理、使坩堝高度成為所定尺寸的緣部切割處理、用氟酸等清洗坩堝內表面的沖洗處理等エ序。經過以上エ序，制得氧化硅玻璃坩堝。在本實施方式中，在進行上述電弧熔化工序(S70;3)以及冷卻エ序(S704)中，能夠利用溫度測量部測量模具內部的溫度。此時，能夠對從電カ供給開始エ序(S801)到取出エ 序670 之前進行溫度測量。并且，也可僅對這些エ序的一部分進行溫度測量。以上說明的氧化硅玻璃坩堝制造方法，通過邊旋轉模具邊測量氧化硅粉層11內表面的測量點P1 P6的溫度來調整氧化硅粉層11的熔化條件，使各測量點的最高點Tp在每個測量點P1 P6所定的熔化時間范圍內被檢測。利用該方法能夠準確掌握氧化硅粉層的熔化狀態，從而能夠更精密地控制電弧放電，提高氧化硅玻璃坩堝內表面的特性。用光學檢測裝置能夠非破壞性地測量透明氧化硅玻璃層的氣泡含有率。光學檢測裝置，具備接收照射于檢測的氧化硅坩堝內表面及內表面附近內部的光的反射光的受光裝置。照射光的發光裝置，可內藏于光學檢測裝置，也可利用外部的發光裝置。并且，光學檢測裝置，能夠采用沿著氧化硅坩堝的內表面進行旋轉操作的設備。作為照射光，除可見光、紫外線及紅外線之外，可利用X射線或激光等，只要能夠通過反射檢測出氣泡，均可適用。受光裝置依據照射光的種類選擇，例如可采用包含受光透鏡及攝像部的光學照相機。要檢測出存在于由表面有一定深度的氣泡，從表面向深度方向掃描光學透鏡的焦點即可。上述光學檢測裝置的測量結果，可通過放入圖像處理裝置算出氣泡含有率。詳細地說，是用光學照相機拍攝坩堝內表面的圖像，將坩堝內表面以一定面積區分，每個一定面積作為基準面積 Si，求出每個該基準面積Sl的氣泡占有面積S2，以P (%) = (S2/S1)X100算出氣泡含有率 P )。并且，氣泡測量體積為3mmX 3mmX縱深0. 15mm,可測得的最小氣泡尺寸為50 μ m。
本實施方式還通過測量角部Ilc的測量點P3、P4的溫度來檢測溫度的最高點，然而，角部Ilc由于重力熔化物從壁部Ild下滑或由于模具10的離心カ熔化物從底部Ila上升，坩堝壁厚有増大的傾向。因此，為了提高坩堝內表面的特性，測量角部Ilc的溫度更有效。如果通過測量角部Ilc的溫度，使溫度的最高點在所定熔化時間范圍內，即能夠更進ー 步精密控制坩堝內表面的特性。本實施方式還可通過調整氧化硅粉層11的熔化條件，使每個測量點P1 P6的上述最高點均在所定的熔化時間范圍內檢測。在該情況下，能夠非常高精度地調整氧化硅粉層的熔化條件，并進一歩改善氧化硅玻璃坩堝內表面的特性。本實施方式在測量氧化硅粉層11的溫度吋，可利用輻射溫度計Cam檢測出波長 4. 8 5. 2 μ m的輻射能來測量溫度。該情況下，由于能夠實時準確地測量在如超過2000°C 的嚴酷的環境下熔化的氧化硅表面附近的溫度狀態，因此能夠準確且輕易地檢測溫度的最
問好、ο本實施方式中，輻射溫度計Cam及上述測量點P1 P6,連接輻射溫度計Cam及上述測量點P1 P6的直線可設置為與模具旋轉軸分離IOOmm以上。該情況下，不會被多個碳電極及電弧放電嚴重影響，而提高測量溫度的精度。本實施方式中，輻射溫度計Cam追隨多個碳電極的移動改變測量點P1-P6中作為測量對象部位。該情況下，用一個輻射溫度計，即可檢測多個測量點的最高點。本實施方式設置多個輻射溫度計Cam，可以測量位于不同高度的多個測量點P1 P6的溫度。在該情況下，可檢測多個測量點的最高點。以上，對本發明的實施方式進行敘述，但這些是本發明的例示，還可采用上述以外各種各樣的構成。同時，還可組合采用上述實施方式所述的構成。例如，電極的數量、配置狀態、電カ供給方式并不限定于上述構成，也可采用其他構成。并且，測量點若為2處以上的復數，并不限定于6處。溫度測量部(輻射溫度計) 不是1臺，而具備2臺以上，還可同時測量多個測量點的溫度。并且，可任意設定測量點，對應于目的適當設定即可。并且，其他實施方式在無法檢測上述最高點的情況下，也不調整熔化條件。該情況下，在所定的熔化時間未出現溫度的最高點的情況下，例如，中止其氧化硅玻璃坩堝的制造，排除于產品之外。[實施例]以下，根據實施例進ー步說明本發明，但是本發明并不限定于此。制造口徑610mm04英寸)的氧化硅玻璃坩堝。此時，如圖8所示，利用如圖1所示的電極位置設定裝置部20，將電極前端部13a的高度位置H設定為使基準位置經時變化。 設置從時刻t0到tl為高度位置HI、從時刻t2到t3為高度位置H2的同吋，各高度位置設定為Hl > H2。同時，采用6個輻射溫度計Cam測量如圖3所示的多個測量點P1 P6的電弧熔化中的溫度。例如，在角部Ilc的測量點P4,在電弧熔化工序的初期(5 10秒的范圍內)， 觀測到如圖9所示的最高點。并且，在測量點？ェ ら、。 P6也同樣觀測到最高點。(對于測量點P1 P3、P5 P6的測量結果未進行圖示)。然后，對于觀測到該測量點P4中的最高點時的溫度為2100°C或者1700°C的樣品，調整氧化硅粉層11的熔化條件使上述最高點也在測量點P1 p3、p5 P6所定的熔化時間 (在測量點P1 P3、P5的任意處在5 10秒的范圍內，P6在60秒以下)范圍內觀測到。并且，在下列條件下，邊進行溫度控制邊進ー步進行電弧熔化來制造氧化硅玻璃坩堝(各自為實施例1、實施例2)。在此，所謂“下列條件中的基準溫度”是指觀測到最高點時的溫度。并且，溫度控制通過高度位置H的微調整以及供給電カ的微調整而進行。并且，此時電弧熔化中的溫度是通過采用輻射溫度計檢測波長4. 8 5. 2 μ m的輻射能來進行測量。·實施例1基準溫度2100°C溫度控制條件在t0 tl中，將相對于基準溫度的溫度比率控制為90 110% (約1900°C 約2300°C )。在t2 t3中，將相對于基準溫度的溫度比率控制為110 129% (約 2300°C 約 2700°C )。 實施例2基準溫度1700°C溫度控制條件在t0 tl中，將相對于基準溫度的溫度比率控制為89 112% (約1500°C 約1900°C )。在t2 t3中，將相對于基準溫度的溫度比率控制為112 135% (約 1900°C 約 2300°C )。并且，在電弧熔化工序中，通過控制電極位置或模具高度，追隨噴射電弧的部位和溫度測量部位來進行。進而，與實施例1及2相同的制造方法中，對于觀測到最高點時的溫度為2100°C或 1700°C的氧化硅玻璃坩堝，在不控制溫度的狀態下進行制造(各自為比較例1、比較例2)。表1表示制造實施例1 2，以及比較例1 2的氧化硅玻璃坩堝吋，是否在測量點P1 P6上出現最高值的狀況。進而，調查了在P1 P6上的壁厚、氣泡含有率、氣泡分布不均勻狀況，并根據表2 表4的標準進行評價。其結果表示于表5 6。表1
權利要求
1.一種制造氧化硅玻璃坩堝的方法，其特征在于包括向坩堝成形用模具內部供給氧化硅粉末來形成氧化硅粉層的氧化硅粉末供給エ序，以及使用多個碳電極進行電弧放電來熔化氧化硅粉層的電弧熔化工序，其中，在上述電弧熔化工序中，邊旋轉上述模具邊測量位于設定在氧化硅粉層內表面的不同高度的多個測量點的溫度，并控制上述電弧放電，使得檢測熔化初期在各測量點上出現的最初的溫度最高點。
2.如權利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于調整氧化硅粉層的熔化條件，使得檢測每個測量點在所定熔化時間范圍內的上述最高點。
3.如權利要求1所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于利用輻射溫度計檢測波長為4. 8 5. 2 μ m的輻射能來進行測溫。
4.如權利要求3所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于上述輻射溫度計及上述測量點設置在連接上述輻射溫度計及上述測量點的直線與上述模具的旋轉軸相離 IOOmm以上的位置。
5.如權利要求3或4所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于上述輻射溫度計追隨上述多個碳電極的移動而改變測量點。
6.如權利要求3或4所述的氧化硅玻璃坩堝的制造方法，其特征在于設置多個上述輻射溫度計，其用于測量位于不同高度的多個測量點的溫度。
全文摘要
提供一種氧化硅玻璃坩堝的制造方法，該方法通過控制制造氧化硅玻璃坩堝時的熔化狀態，防止單晶硅制造時坩堝內表面發生褐色環，并抑制熔液面振動。本發明的氧化硅玻璃坩堝制造方法，是將原料氧化硅粉末成形于坩堝成形用模具內，用電弧放電加熱熔化該氧化硅粉層來制造氧化硅玻璃坩堝的方法，包含向坩堝成形用模具內部供給氧化硅粉末來形成氧化硅粉層的氧化硅粉末供給工序，以用多個碳電極的電弧放電熔化氧化硅粉層的電弧熔化工序，其中，在上述電弧熔化工序中，邊旋轉上述模具邊測量位于設定在氧化硅粉層內表面不同高度的多個測量點的溫度，控制上述電弧放電來檢測出現于各測量點熔化初期的最初的溫度最高點Tp。
文檔編號C03B20/00GK102531346SQ201110444720
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2010年12月31日
發明者鈴木江梨子, 須藤俊明 申請人:日本超精石英株式會社