[发明专利]二氧化硅玻璃坩埚的制造装置以及制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及二氧化硅玻璃坩埚的制造装置以及制造方法，特别是，涉及适用于在硅单晶拉晶的二氧化硅玻璃制坩埚的制造中控制内表面特性的技术。

【背景技术】

通常，在硅单晶的制造中会采用使用了二氧化硅玻璃坩埚，所谓的切克劳斯基法(CZ法)。即，在二氧化硅玻璃坩埚的内部贮入熔化的多结晶原料的硅熔液，在旋转坩埚的同时将硅单晶的晶种浸渍到其内部的熔液中并慢慢提升，且将晶种作为核心生长硅单晶并进行拉晶。

二氧化硅玻璃坩埚具有包含多个气泡的外层与透明的内层所构成的2层结构，而内层的表面特性，即进行单晶拉晶时与硅熔液接触的内表面的特性，将左右被提升的硅单晶的特性，并对最终的硅晶片的收获率也产生影响。因此，作为二氧化硅玻璃坩埚，用非晶质的合成二氧化硅粉构成的合成二氧化硅玻璃来制作内层，用天然二氧化硅玻璃来制作外层的技术已被公知。

然而，在现有技术中频繁发生如下问题。例如，用二氧化硅玻璃坩埚熔化硅并进行单晶的拉晶时，硅熔液的液面上会发生波动(液面振动)，而难以实现适合的晶种浸渍进行的熔接，或者，发生单晶化被阻碍而导致的液面振动。而这种液面振动现象，随着硅结晶的大口径化，变得更容易发生，因此，改善二氧化硅玻璃坩埚的内表面特性的要求非常强烈。

另一方面，采用被称为旋转模具法的方法来制造用于上述的CZ法中的二氧化硅玻璃坩埚时，首先，在模具内部堆积规定厚度的二氧化硅粉而形成二氧化硅粉层，之后，通过电弧放电来熔化二氧化硅粉层，并进行冷却固化而获得二氧化硅玻璃坩埚。在这种二氧化硅玻璃坩埚的制造工程中，二氧化硅粉原料在电弧放电中进行反应时，会产生由SiO₂等二氧化硅蒸汽所构成的烟尘(fume)。因此，在二氧化硅玻璃坩埚的制造装置中，通常会设置用于从炉内向外排出烟尘等气体或残渣等的排出管。然而，这些烟尘例如会附着到二氧化硅粉坩埚的制造装置的炉内的电极或炉壁等上，而且，这些烟尘会脱落而进入模具内。此时，在模具内部附着到二氧化硅粉层上的烟尘，会直接被熔化、固化，而导致该部位出现二氧化硅玻璃坩埚的内表面的特性恶化。

当使用发生内表面特性缺陷的二氧化硅玻璃坩埚，且根据上述的CZ法来进行硅单晶拉晶的情况下，如上所述，在坩埚内发生缺陷的部位上，熔化的硅熔的液液面会发生波动，而难以实现适当浸渍晶种而进行的晶种熔接。因此，会发生无法进行硅单晶的拉晶或者阻碍单晶化的严重问题。

而且，近几年，为了对应30英寸(76.2cm)～40英寸(101.6cm)的大口径晶片，随着硅单晶的大口径化，熔化二氧化硅粉所需的电力增加，而需要增强施加到电极上的电力。然而，向电极施加了高电力的情况下，在开始电弧放电时所发生振动会变大。因此，附着在电极表面上的来自烟尘的杂质会振动而掉进模具内，并直接熔化、固化，从而导致二氧化硅玻璃坩埚的内表面特性的降低。而且，如上所述，当使用内表面上存在特性缺陷的二氧化硅玻璃坩埚来进行硅单晶的拉晶时，会发生硅单晶的生长不理想的问题。

为了解决上述问题，例如，专利文献1中记载了去除在二氧化硅玻璃坩埚的内表面所发生的二氧化硅蒸汽(烟尘)的技术。

而且，为了进一步提高二氧化硅玻璃坩埚的内表面特性，如专利文献2，3中记载了将非晶质的合成二氧化硅粉作为形成二氧化硅玻璃坩埚的内表面的二氧化硅粉的方法。

专利文献1：日本专利申请特开2002-154894号公报

专利文献2：日本专利第2811290号公报

专利文献3：日本专利第2933404号公报

【发明内容】

然而，即使根据上述专利文献1～3中记载的技术，也不能正确把握制造二氧化硅玻璃坩埚的工序中发生的烟尘的量，而烟尘的去除工作成为后处理，且难以适当地控制制造条件。因此，即使使用专利文献1～3中记载的方法来制造二氧化硅玻璃坩埚，也很难提高内表面的特性，从而发生难以提高生产率以及成品率等的问题。