專利名稱：：石英玻璃坩堝的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及石英玻璃坩堝的制造方法，所述柑堝是用于提拉硅單晶的石英玻璃坩堝，具有內(nèi)部氣泡少的均勻的玻璃層。
背景技術(shù)：
：硅單晶主要^l過cz法制造的。該方法是在高溫下將晶種浸入石璃坩堝中的硅熔融液中，將其慢慢提拉來制造單晶的方法，其中《頓容納硅熔融液的高純度的石英玻璃坩堝。用于提拉單晶硅的石英玻璃坩堝主要是ffiil電弧熔g蟲法制造的。該方法是一種在碳制的旋轉(zhuǎn)模具(回転^一/W)的內(nèi)表面堆積一定厚度的石英粉形成石英粉成形體，通過設(shè)置在模具內(nèi)側(cè)上方的電極電弧放電加熱熔融石英粉使其玻璃化，從而制造石英玻璃坩堝的方法(旋轉(zhuǎn)模具法)。在上述制造方法中，為了除去玻璃層內(nèi)部的氣泡，一邊從模具側(cè)吸引對石英粉成形體進(jìn)行Mffi脫氣一邊使石英粉熔融的方法是已知的(專利文獻(xiàn)l:日本特開平06—191986號公報、專利文獻(xiàn)2:日本特開平10—025184號公報)。在i鄉(xiāng)融工序中，要對石英粉成形體進(jìn)行鵬脫氣(稱其為抽真空(真空引孝))，必需使石英粉成形體的內(nèi)表面均勻且薄地熔融而在表面形成薄的玻璃層，由此將內(nèi)面密封，提高石英粉成形體內(nèi)的真空度。在熔融石英粉成形體來制造玻璃柑堝的J^制造方法中，在模具中心開始電弧熔融的已有的制造方法中，由于坩堝內(nèi)面整體同時被加熱，所以可以均勻地熔融石英粉，但石英粉成形體上部的緣端的保溫性比成形體的彎曲部、底部低，因此，緣端的熔Sai度緩優(yōu)，不能在緣端表面充分形成薄的玻璃層，因此，不能提高石英粉成形體的真空度，不能獲得玻璃層內(nèi)部氣泡少的坩堝。另一方面，當(dāng)為彌補緣端的熔融不充分，增加電弧熔融的發(fā)熱量來烙鬲4±述緣端時，彎曲部、底部被過度加熱而熔融，有石英粉成形體的開沐易損壞的問題。本發(fā)明是為解決現(xiàn)有的制造方法中的上述問題而進(jìn)行的，提供一種具有內(nèi)部氣泡少的均勻玻璃層的石英玻璃坩堝的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決現(xiàn)有的制造方法中的上述問題而進(jìn)行的，其是一種具有內(nèi)部氣泡少的均勻玻璃層的石英玻璃坩堝的制造方法。具體講，具有以下的實施方式。(1)一種石英玻璃坩堝的制造方法，其是對充i真在模具(千一少K)內(nèi)面的石英粉成形體抽真空的同時進(jìn)行電弧熔融的坩堝的制造方法，其特征在于，從石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，其后，降下電弧電極或提起模具，對緣端的下側(cè)部分進(jìn)行加熱熔融，所述石英玻璃坩堝包含呈圓筒狀的直體部(劇同部)、位于直體部下側(cè)的彎曲區(qū)域、和位于彎曲區(qū)域下側(cè)、具有7k平面的底部。(2)如上述(1)所述的石英玻璃柑堝的制造方法，其中，從石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，其后，以坩堝壁部起至彎曲部和底部的順序加熱，將坩堝的內(nèi)面密封。坩堝壁部是指呈圓筒狀的直體部的垂直面，另外，坩堝彎曲部是指呈圓筒狀的直體部和曲率半徑大的底部間的曲率半徑相對小的彎曲區(qū)域。(3)如上述(1)或上述(2)所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，在從電弧熔融開始到電弧總時間的10%以內(nèi)的時間內(nèi)，將坩堝內(nèi)表面(自緣端起側(cè)壁部、彎曲部、及底部)密封，電弧熔融開始是指M電弧放電，石英粉成形體的內(nèi)面?zhèn)乳_始熔融的時刻，電弧總時間尉旨從電弧熔融開始到電弧放電停止的時間。(4)如(1)(3)中任一項所述的石英玻璃柑堝的制造方法，其中，直至坩堝內(nèi)表面被密封所熔融的石英玻璃層厚(密封厚度)為3mm以下。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在將充填在模具內(nèi)面的石英粉成形體抽真空的同時進(jìn)行電弧熔融的坩堝的制造方法中，由于從石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，所以所述緣端被充分加熱，從而可靠地在緣端形成內(nèi)面密封，另外，在緣端熔融后，降下電弧電極或提起模具，從柑堝側(cè)壁部加熱并烙融彎曲部和底部，因此，這些部分沒有過分地被加熱，從而在石英粉成形體的內(nèi)面整體均勻地形成薄的玻璃層的內(nèi)面密封。5因此，可以提高抽真空時的石英粉成形體內(nèi)部的真空度，可以制造內(nèi)部氣泡少的石英玻璃柑堝。密封是指以一50kPa左右對充填在模具內(nèi)面的石英粉成形體進(jìn)行抽真空的情況下，禾,熔融石英玻璃將坩堝內(nèi)表面密封至在距坩堝表面厚度lmm3mm的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)1.0%以下的氣泡率的程度。在現(xiàn)有的石英玻璃坩堝的制造方法中，在以一30kpa左右對充填在模具內(nèi)面的石英粉成形體進(jìn)行抽真空時，在厚度為2腿~6匪的范圍的氣泡率只為2.0%左右。在本發(fā)明的制造方法中，iffi在從電弧熔融開始到電弧總時間的10%以內(nèi)的時間內(nèi)將坩堝內(nèi)表面的整個面熔S蟲并密封，另外，將坩堝內(nèi)表面加熱熔融而形成的密封厚度(熔融層的厚度)優(yōu)選為3mm以下。該情況下，將包含緣端在內(nèi)的至側(cè)壁部及彎曲部、底部的坩堝整體均勻地適度地加熱熔S蟲，可以在柑堝內(nèi)面整體上均勻地形成薄的玻璃層的密封。圖1為利用旋轉(zhuǎn)模具法制造石英玻璃坩堝的示意圖2為表示本發(fā)明中可使用的石英玻璃坩堝制造裝置的其它例的縱截面圖。符號說明2—電極、4—驅(qū)動機構(gòu)、10—模具、13—電極、15—緣端、16—側(cè)壁部、中心線、20—電弧^C電裝置。11—石英粉成形體、12—通氣孔、17—彎曲部、18_底部、L—模具具體實施例方式下面，根據(jù)實施方式具體說明本發(fā)明。本發(fā)明的制造方法為一種石英玻璃坩堝的制造方法，其是一邊對充填在模具內(nèi)面的石英粉成形體抽真空一邊進(jìn)行電弧熔融的坩堝的制造方法，其特征在于，從石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，在緣端的石英粉熔融后，降下電弧電極或,模具，熔融緣端的下側(cè)部分(y厶端力4下側(cè)擁分&溶融t))。圖1表^I31加熱熔融充填于旋轉(zhuǎn)模具中的石英粉成形體制造石英玻璃坩堝的裝置的概要。如圖所示，在旋轉(zhuǎn)的有底圓筒狀的模具10的內(nèi)面的幾乎旨面上充填石英粉至規(guī)定厚度。模具IO,例如由碳等形成。在該模具10的內(nèi)部設(shè)有多個與未圖示的真空泵連接的抽真空用的通氣孔12，該通氣孔12在模具內(nèi)面開口。設(shè)有^J:^模具10或電極13上下左右移動的裝置(圖示省略)，電極13被巨模具10的中心線L一定范圍內(nèi)可以,在任意的位置。電極13只圖示一個，但也可以為2個或3個以上，只要會,從其下端部產(chǎn)生電弧放電即可。電極13優(yōu)選由碳等形成。本實施方式的坩堝制造方法中，使未圖示的真空泵工作，M3M氣口12對模具10內(nèi)的石英粉成形體11進(jìn)行抽真空的同時，由電極13的下端部產(chǎn)生電弧放電，將石英粉堆積的狀態(tài)的石英粉成形體ll加熱熔融。此時，在加熱開始時，將電極13設(shè)在沿模具10的中心線L比緣端15更靠上方，自緣端15開始石英粉的熔融。將緣端15加熱規(guī)定時間熔融后，,模具IO或降下電極13，或者使兩者同時接近，將比石英粉成形體ll的緣端15下偵啲部分依次加熱熔融。下側(cè)部分的加熱優(yōu)選在緣端15之后，按側(cè)壁部16、彎曲部17、底部18的順序熔融。這樣，在石英粉成形體11的內(nèi)面，面上形成石英粉、熔融得到的密封層。電極13和模具10的相對移動方法可以緩慢地以一定速度接近，也可以經(jīng)三個以上的階段斷續(xù)地移動。另外，坩堝側(cè)壁部16是指石英粉成形體11的縱壁部分，彎曲部17是指接著側(cè)壁部16至底部18的部分，底部18是指接著彎曲部17^7K平地擴展的部分。另外，緣端15為側(cè)壁部16的上端面。當(dāng)在石英粉成形體ll的內(nèi)面旨面形成氣密的密封層時，為防止從石英粉成形體11的內(nèi)周側(cè)向夕卜周側(cè)的通氣，M31AAffi氣孔12的排氣將石英粉成形體11的內(nèi)部決速減壓。于是，密封層被吸附向模具10的內(nèi)面，石英粉被夾在密封層和模具10的內(nèi)面而被壓迫，從而鄰接的石英粉彼此結(jié)合。繼續(xù)該狀態(tài)，加熱石英粉成形體ll，由此使石英粉彼此牢固地結(jié)合而形成坩堝。M31以上工序可制造內(nèi)側(cè)幾乎沒有氣孔的透明層、夕卜側(cè)包含大量氣孔的外面氣泡層這樣的二層結(jié)構(gòu)的石英玻璃柑堝。在本實施方式的制造方法中，加熱時間的分配tt^;人電弧熔融開始到電弧總時間的10%以內(nèi)的時間內(nèi)，從石英粉成形體11的緣端15開始依次加熱熔融偵蝰部16、彎曲部17禾口底部18，將內(nèi)表面整體密封。該瞎況下，在電弧總時間剩余的90%的期間，可以在石英粉成形體ll的整個區(qū)域有效ifeiS行抽真空，熔融了的密封層將石英粉壓迫在模具10的內(nèi)面，使石英粉彼此結(jié)合而形成氣孔率小的石英玻璃柑堝。另外，電弧溫度和電弧總時間可根據(jù)坩堝的大小來設(shè)定。具體講，例如對于外徑30英寸的石英柑堝，坩堝的熔融^g大致為16002500°C，電弧總時間大致為60併中。該情況下，，從緣端15開始電弧熔融，在從電弧熔融開始6併中內(nèi)，按石英粉成形體ll的側(cè)壁部16、彎曲部17、底部18的順序加熱熔融石英粉，將石英粉成形體ll的內(nèi)表面，面密封。在，制造方法中，iM直到石英粉成形體ll的內(nèi)表面被密封所熔融的石英玻璃層厚(以下稱密封厚度)為3mm以下。坩堝內(nèi)表面的齡面被密封前熔融的石英玻璃層包含大量的氣泡。要除掉該氣泡在以后的工序中需要高溫加熱石英玻璃，使密封區(qū)域內(nèi)氣泡中的氣體脫氣，使氣泡消滅或變小的處理，該處理有效進(jìn)行的范圍為從表面到深度3腿左右的范圍，因此，將密封厚度增加到3mm以上是不好的。更，的密封厚度為1.02.0mm，進(jìn)一步，為0.050.5mm。從電弧熔融開始到電弧熔融總時間的10%以內(nèi)，更tfcif在0.0015.0%的時間內(nèi)從石英粉成形體的緣端起加熱熔s蟲側(cè)壁部、彎曲部及底部，將坩堝內(nèi)表面整體密封，接著，繼續(xù)進(jìn)行抽真空的同時，通過乘除的電弧熔融時間進(jìn)行電弧熔融，將石英粉成形體加熱熔融使其玻璃化。要說明的是，抽真空也可以與電弧熔融同時進(jìn)行，也可以在電弧熔融開始后的任意時間、例如在柑堝內(nèi)表面密封后開始。圖2表示柑堝制造裝置的更具體的實施方式。該裝置主要由有底圓筒狀的模具10、使模具10繞其軸線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構(gòu)4、用于加熱模具IO的內(nèi)側(cè)的電弧放電裝置20構(gòu)成。模具10例如由碳形成，在其內(nèi)部形成有向模具內(nèi)面開口的多個通氣孔12。通氣孔12與未圖示的減壓機構(gòu)連接，在模具10旋轉(zhuǎn)的同時，可以MM氣孔12從其內(nèi)面進(jìn)行吸氣。在模具10的內(nèi)面ilii堆積石英粉而可以形成石英粉、成形體11。該石英粉成形體11通31禾莫具10旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力保持在內(nèi)壁面上。用電弧放電裝置20—邊加熱保持的石英粉成形體11一M5SM氣孔12進(jìn)行減壓，由此石英粉成形體11熔化而形成石8英玻璃層。y賴口后將石英玻璃柑堝從模具io取出，進(jìn)行整形，由此制造石英玻璃坩堝。電弧放電裝置20具備由高純度的碳形成的呈棒R的多個碳電極2、保持這些碳電極2的同時使其移動的電極驅(qū)動裝置1、和用于對各電極2通電流的電源裝置(圖示略)。碳電極2在該例中為3個，只要在碳電極2間進(jìn)行電弧放電即可，可以為2個也可以為4個以上。對碳電極2的微也沒有限定。碳電極2被配置為越是朝向前端彼此越接近的方式。電源可以是交流也可以是直流，在該實施方式中，三根碳電極2上連接三相交流電流的各相。在采用該裝置制造石英玻璃坩堝時，實施和圖1裝置相同的處理即可。即，在加熱開始時，將電極13沿模具10的中心線L設(shè)定在比緣端15更上方，從緣端15開始石英粉的熔融。在將緣端15加熱規(guī)定時間并熔融后，使模具10和碳電極2接近，依次力口熱熔融石英粉成形體11的比緣端15更靠下側(cè)的部分。艮P，接著緣端15依次熔融坩堝側(cè)壁部16、彎曲部17、底部18。其它工序及fr^牛可以與采用圖1的^S時相同?？捎帽景l(fā)明制造的石英玻璃坩堝的口徑?jīng)]有特別限定，但ifc選26英寸~50英寸，更優(yōu)選為26英寸44英寸。在本發(fā)明中，可以制造坩堝的內(nèi)表面層由合成玻璃合成石英玻璃形成、坩堝的至少壁部的外表面層為將天然石英玻璃化的石英玻璃坩堝。該情況下，只要在模具10的內(nèi)面上層積天然石英粉和合成石英粉二層后，進(jìn)行上述的熔融處理即可。另外，天然石英是指將自然界存在的石英原石挖出，經(jīng)破碎、精制等工序而獲得的原料。天然石英粉包含a—石英結(jié)晶。在天然石英粉中含有l(wèi)ppm以上的Al、Tl另外，其它金屬雜質(zhì)也處于比合成石英粉高的水平。天然石英粉幾乎不含硅烷醇。將天然石英粉熔融獲得的玻璃的^醇量〈100ppm。合成石英為化學(xué)合成制造的原料，合成石英玻璃粉末為非晶質(zhì)的。由于合成石英的原料為氣體或液體，所以可以容易地精制，合成石英粉可以比天然石英粉純度高。作為合成石英玻璃的原料，有四氯化碳等氣體原料來源和如硅醇鹽(^一素了》n年、;yK)的液體的原料來源。在合成石英粉玻璃中，可以使全部雜質(zhì)為0.1ppm以下。在本發(fā)明的制造方法中，密封厚度與柑堝的口徑無關(guān)，怖先為3mm以下。在本發(fā)明的制造方法中，在開始石英粉成形體的緣端熔融的時刻，以沿模具的軸線方向的距離計，電極的下端位于比石英粉成形體的緣端(上端)高要制造的石英玻璃坩堝的口徑的020150%的位置。該高度差更優(yōu)選為30100%，進(jìn)一步4繼為4070%。另外，在石英粉成形體的內(nèi)面整個面上密封層形成結(jié)束的時刻，以沿模具的軸線方向的距離計，電極的下端，位于比石英粉成形體的緣端(上端)低要制造的石英玻璃坩堝的口徑的_3040%的位置，該高度差更優(yōu)選為一2030%，進(jìn)一步，為_1020%。緣端熔融開始時刻的戰(zhàn)3種高度差和密封層形成結(jié)束的時亥啲戰(zhàn)3種高度差可以是任何組合。另外，從緣端熔融開始的時刻到密封層形成結(jié)束的時刻的電極和模具沿軸線方向的相對移動量優(yōu)選為要制造的石英玻璃坩堝的口徑的0100%，更,為050%，進(jìn)一步{，為030%。在滿足這樣的范圍的情況下，石英粉成形體的內(nèi)部不會被過度加熱，在石英粉成形體的內(nèi)面整個面上容易均勻地形成薄的玻璃層形式的密封層。因此，可以進(jìn)一步提高石英粉成形體的真空度，可以制造內(nèi)部氣泡更少的石英玻璃坩堝。石英粉成形體底部的密封厚度更,為0.05mm3mm，進(jìn)一步優(yōu)選為1.02.0mm。從緣端的熔融開始的時刻到密封層形成結(jié)束的時刻的時間，為從緣端熔融開始的時刻到電弧放電結(jié)束的電弧總時間的0.01°/『10%，更tfc選為0.015.0%。若在這樣的范圍，則可充分有效進(jìn)行抽真空，并且可以使石英粉成形體的石英粉彼此牢固地結(jié)合，從而使制造氣孔率更小的石英玻璃坩堝變得容易。本發(fā)明的制造方法中，在制造石英玻璃坩堝后，也可以具有4吏石英玻璃層的氣泡的氣體脫氣，使氣泡消滅或變小的加熱工序。具體講，也可以將電弧熔融工序后的石英玻璃坩堝在爐內(nèi)在16002500°C、更優(yōu)選1800220(TC加熱0.22.0小時、進(jìn)一步，加熱0.61.0小時。以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明不限于這些實施方式。在不超越本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行構(gòu)成的附加、省略、置換及其他變形。10本發(fā)明不^i^的說明的限定，只由所附的權(quán)利要求的范圍限定。實施例以下一并示出本發(fā)明的實施例和比較例。在ffl31M轉(zhuǎn)模具法抽真空的同時加熱熔融石英粉成形體，制造外徑30英寸的石英玻璃柑堝時，在電弧總時間50射中在表1所示斜牛下進(jìn)行加熱熔融。觀啶制造的石英玻璃柑堝的內(nèi)部氣泡。該氣泡含有率的測定可利用例如如下方法，即用從光源供纟合的光照射作為被檢測體的石英玻璃坩堝，將其利用光學(xué)照相機等圖像攝取光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行攝影、觀察，基于該圖像信息，實施二進(jìn)制化(二値化)、包括四角形計算(四角形計算)、輪廓抽出(輪享鼬出)等圖像處理，檢查在內(nèi)表面附近存在的氣泡(參照日本特開平11—228283號)。將該結(jié)果與加熱條件在表l中一同示出。如表1所示，禾,本發(fā)明的方法制造的實施例1實施例3的坩堝，內(nèi)部氣泡都大幅;^>0另一方面，不符合本發(fā)明的制造條件的比較例17的坩堝，坩堝的彎曲部及底部的內(nèi)部氣泡都顯著增多，或者彎曲部的內(nèi)部氣泡顯著多。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(注)密封熔融時間為密封熔融時間相對于自電弧開始至電弧結(jié)束的電弧總時間的比率(％)、密封厚度為直至腳堝內(nèi)表面被密封所熔融的石英玻璃層厚(mm)，氣泡含有率的單位為(％)。權(quán)利要求1、一種石英玻璃坩堝的制造方法，其為對充填在模具內(nèi)面的石英粉成形體抽真空的同時，通過電弧電極的電弧放電將石英粉成形體熔融的坩堝的制造方法，其特征在于，從所述石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，其后，降下所述電弧電極或提起模具，對比所述石英粉成形體的所述緣端下側(cè)的部分進(jìn)行加熱熔融。2、如權(quán)禾腰求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，從所述石英粉成形體的所述緣端開始石英粉的熔融，其后，依次加熱石英粉成形體的壁部、彎曲部和底部，將石英粉成形體的內(nèi)面旨面密封。3、如權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，在從電弧熔融開始到電弧總時間的10%以內(nèi)的時間內(nèi)，將石英粉成形體的內(nèi)面整個面密封。4、如權(quán)利要求3所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，{體到石英粉成形體的內(nèi)面整個面被密封所熔融的石英玻璃層的厚度為3mm以下。5、如權(quán)禾腰求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，在開始熔l妙萬述石英粉成形體的所述緣端的時刻，以沿模具的軸線方向的距離計，所述電極的下端位于比所述石英粉成形體的所述緣端高要制造的石英玻璃坩堝的口徑的20150%的位置，在所述石英粉成形體的內(nèi)面整個面上密封層形成結(jié)束的時刻，以沿模具的軸線方向的距離計，所述電極的下端位于比石英粉成形體的緣端低要制造的石英玻璃坩堝的口徑的一3040%的位置。6、如權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，從所述緣端熔融開始的時亥倒密封層形成結(jié)束的時亥啲所述電極和所述模具沿軸線方向的相對移動量為要制造的石英玻璃坩堝的口徑的0100%。7、如權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，從所述緣端熔融開始的時亥倒密封層形成結(jié)束的時刻的石英粉成形體的熔融厚度為0.05mm3mnu8、如權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，,Af職端的熔融開始的時刻到密封層形成結(jié)束的時刻的時間為從緣端熔融開始的時刻到電弧放電結(jié)束的電弧總時間的0.01°/"10%。9、如權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，在制i^f述石英玻璃坩堝后，進(jìn)一步具有使石英玻璃層的氣泡中的氣體脫氣的加熱工序。10、如權(quán)禾腰求9所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中，所述加熱工序?qū)㈦娀∪廴诠ば蚝蟮氖⒉ＡЦ虉逶跔t內(nèi)在1600250(TC加熱0.22.0小時。全文摘要本發(fā)明為石英玻璃坩堝的制造方法，其是對充填在模具內(nèi)表面的石英粉成形體抽真空的同時進(jìn)行電弧熔融的坩堝的制造方法，其特征在于，從石英粉成形體的緣端開始石英粉的熔融，其后，降下電弧電極或提起模具，從緣端加熱熔融下側(cè)部分，優(yōu)選在從電弧熔融開始到電弧總時間的10％以內(nèi)的時間內(nèi)，將坩堝內(nèi)表面密封，另外密封厚度為3mm以下。文檔編號C03B20/00GK101624258SQ200810210328公開日2010年1月13日申請日期2008年7月10日優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日發(fā)明者岸弘史,神田稔申請人:日本超精石英株式會社