[发明专利]石英玻璃坩埚

说明书

本发明涉及一种充分地确保坩埚内表面及外表面的强度。本发明的一方式为具备圆筒状的侧壁部、弯曲的底部、设置于侧壁部与底部之间且具有比底部的曲率高的曲率的角部的石英玻璃坩埚，该石英玻璃坩埚具备：第1区域，在壁厚方向上从坩埚内表面设置至中途；第2区域，在壁厚方向上设置于比第1区域更靠外侧的位置，且具有与第1区域不同的应变分布；及第3区域，在壁厚方向上位于比第2区域更靠外侧的位置并设置至坩埚外表面，且具有与第2区域不同的应变分布，第1区域及第3区域的内部残余应力为压缩应力，第2区域的内部残余应力包含拉伸应力。

技术领域

本发明涉及一种石英玻璃坩埚。

背景技术

单晶硅通过熔融填充于石英玻璃坩埚内的硅原料（多晶硅）并且一边使籽晶与所熔融的多晶硅接触并旋转一边进行提拉来制造（CZ法：切克劳斯基法）。在该CZ法中所使用的石英玻璃坩埚通过旋转式模法制造。

即，基于旋转式模法的石英玻璃坩埚的制造方法具备：石英粉层形成工序，利用离心力使平均粒径100μm～400μm左右的石英粉堆积在旋转的碳模的内侧而形成石英粉层；及电弧熔融工序，通过一边从模具侧对石英粉层进行减压一边对石英粉层进行电弧熔融，形成石英玻璃层。

在电弧熔融工序中，形成对石英粉层的最表面整体进行了薄玻璃化的所谓的密封层，然后，通过急剧减压去除气泡以形成透明石英玻璃层（以下，也称为“透明层”。），然后，形成因使减压变弱而气泡残留的含气泡石英玻璃层（以下，也称为“非透明层”。）。由此，形成在内表面侧具有透明层而在外表面侧具有非透明层的例如双层结构的石英玻璃坩埚。

在这种电弧熔融工序中，最初烧结石英粉，体积扩散之后，温度进一步上升而晶界消失，从而构成玻璃化及Si-O-Si的网络结构。此时，烧结速度或玻璃化速度逐渐发生变化。具体而言，例如，若石英粉细或即便是相同的体积但表面积成为大的形状，则烧结速度或玻璃化速度变快。若石英粉细，则相邻的石英粉之间的空间也变小，并且烧结及玻璃化比通过减压去除气泡的速度更快地进行，因此制造出的玻璃坩埚中的气泡小且变多。如此，因烧结速度或玻璃化速度而电弧熔融之后的玻璃的分子结构或所含气泡等发生变化。

并且，在电弧熔融工序之后经冷却工序固化所熔融的石英玻璃。在该冷却工序中，通过冷却速度或冷却气体的喷吹等冷却方法而硅与氧之间的键合方式（例如，6元环、8元环）或硅与氧之间的键合结构中的原子间的空隙的大小改变。例如，若8元环等元环大的结构的存在比例变高，则空隙也变多。如此，根据坩埚制造中的熔融工序或冷却工序等的各条件而材料原子的键合状态复杂地发生变化，因此石英玻璃坩埚冷却之后的内部残余应力的分布发生变化，从而影响坩埚的强度。

专利文献1中公开有使用了即使在长时间的高温条件下使用也可以抑制变形的石英玻璃坩埚的单晶硅的制造方法。该单晶硅的制造方法中所使用的石英玻璃坩埚具备：压缩应力层，在内侧具备透明层及在其外侧具备气泡层，且压缩应力残留于透明层的内表面侧；及拉伸应力层，以0.17MPa/mm以上且1.5MPa/mm以下的应力变化率与压缩应力层相邻且残留拉伸应力。

专利文献2中公开有高温下的强度高且提拉结束时能够简单地取出的石英玻璃坩埚。该石英玻璃坩埚具备设置于坩埚外表面侧的石英玻璃外层、设置于坩埚内表面侧的石英玻璃内层及设置于石英玻璃外层与石英玻璃内层之间的石英玻璃中间层。

专利文献3中公开有抑制石英玻璃坩埚中所存在的气泡的膨胀并且获得高单晶化率的石英玻璃坩埚。在该石英玻璃坩埚中，透明层中存在不透明层的破坏强度的二分之一的压缩应力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-001951号公报

专利文献2：国际公开第2011/013695号

专利文献3：日本特开平11-278855号公报。

发明内容