特許 7141844 石英ガラスるつぼの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-14

(45)【発行日】2022-09-26

(54)【発明の名称】石英ガラスるつぼの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20220915BHJP

   C03B 20/00 20060101ALI20220915BHJP

   C30B 15/10 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502B

C03B20/00 H

C30B15/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018073766

(22)【出願日】2018-04-06

(65)【公開番号】P2019182697

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000190138

【氏名又は名称】信越石英株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】馬場 裕二

【審査官】安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１０５８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１６７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０３０６５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２７５１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４１６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７３９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５５７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６９１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｃ０３Ｂ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層と、透明石英ガラスからなる内層とを有し、底部、湾曲部、及び直胴部とからなる石英ガラスるつぼを製造する方法であって、
回転するモールド内に、前記外層の原料粉を供給し、前記モールドの内面に前記石英ガラスるつぼの外層となる粉体層を成型するステップと、
前記粉体層を加熱溶融することにより前記外層を作製するステップと
を含み、
前記外層の原料粉として、同種の又は２種以上の異種の原料粉を用いて、前記粉体層を成型し、
前記粉体層を成型する際に、前記モールドの回転数に差をつけることにより、前記粉体層を、前記モールドの回転数に応じた２つ以上の部位に区分し、
前記２つ以上の部位に区分した前記粉体層を加熱溶融することにより、前記外層において、前記気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を作製し、前記外層における隣接する２つの部位の気泡含有密度について、前記気泡の含有密度の大きい部位ａの気泡含有密度をｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）、前記気泡の含有密度の小さい部位ｂの気泡含有密度をｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）としたときに、前記隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂを１０％以上とし、
前記モールドの回転数を、前記石英ガラスるつぼの直胴部に相当する位置で変化させることを特徴とする石英ガラスるつぼの製造方法。

【請求項2】

前記粉体層を、前記２種以上の異種の原料粉を用いて作製し、
前記粉体層の前記モールドの回転数に応じた２つ以上の部位を、それぞれ前記異種の原料粉からなるものとすることにより、前記気泡の含有密度で区分される部位を、それぞれ前記異種の原料粉から作製することを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスるつぼの製造方法。

【請求項3】

前記粉体層の少なくとも一部を、肉厚方向に、原料粉の違いによって区別される複数のサブ粉体層を有するものとして成型することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石英ガラスるつぼの製造方法。

【請求項4】

前記石英ガラスるつぼを、該石英ガラスるつぼの内部に保持したシリコン融液から単結晶シリコンを引き上げるための単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の石英ガラスるつぼの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、石英ガラスるつぼ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、単結晶半導体材料のような単結晶物質の製造には、いわゆるチョクラルスキー法と呼ばれる方法が広く採用されている。この方法は多結晶シリコンを容器内で溶融させ、この溶融浴（融液）内に種結晶の端部を浸けて回転させながら引き上げるものである。この方法では、種結晶の下に同一の結晶方位を持つ単結晶が成長する。単結晶シリコンを引き上げる場合、この単結晶引き上げ容器には石英ガラスるつぼが一般的に使用されている。この石英ガラスるつぼは気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層と、実質的に気泡を含有しない透明石英ガラスからなる内層とを有している。

【0003】

近年、単結晶シリコンウエハーの大型化に伴い石英ガラスるつぼも大口径化が進み、単結晶シリコン引き上げ操業での石英ガラスるつぼに掛かる熱負荷の増大、加熱時間の長時間化に対応する必要がある。石英ガラスるつぼには、加熱時の変形に対する耐久性、加熱後の冷却時に発生する劣化に対する耐久性などが求められ、それぞれに適した原料粉（原料石英粉）を、必要な部分に選択的に使用することが求められる場合がある。例えば、特許文献１には、外層の一部に結晶化促進剤をドープすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２７５１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、石英ガラスるつぼには、異種の原料粉を、必要な部分に選択的に使用することが求められる場合がある。例えば、石英ガラスるつぼの不透明石英ガラス層の、特に外表面を含む外層で特性の異なる原料（原料石英粉）を部分的に使用し、その形成範囲の精度が求められる場合がある。しかし、出来上がった石英ガラスるつぼの外観は一様に白色であり、目視観察からは原料種の境界を確認することができず、所定の範囲に、所定の原料層（以下、石英ガラスるつぼの構成のうち、所定の原料から形成された層（部位）を単に「原料層」と称する場合がある）が構成されていなくとも単結晶引き上げに使用されてしまい、不具合を起こしてしまうという問題があった。例えば、不純物濃度が低い高純度石英原料をベースとしたるつぼの外表面に、失透を促進させる不純物を含んだ石英原料層を意図的に形成することで、石英ガラスの結晶化により耐熱性を向上させることができる。この場合、不純物を含む石英原料層が不必要な部分に形成されると失透による劣化でクラックが発生し、シリコン融液が漏れ出してしまうという不具合が発生する。

【0006】

また、石英ガラスるつぼの外層形成用の原料粉として異種の原料粉を用いない（同種の原料粉を用いる）場合であっても、外層において、部位毎に異なる機能を持たせる必要が求められることがあった。

【0007】

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、石英ガラスるつぼの外層において、部位毎に異なる機能を持たせることができる石英ガラスるつぼを提供することを目的とする。また、本発明は、そのような石英ガラスるつぼの製造方法を提供することをも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、底部、湾曲部、及び直胴部とからなる石英ガラスるつぼであって、気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層と、透明石英ガラスからなる内層とを有し、前記外層は、同種の又は２種以上の異種の原料粉から作製されたものであり、前記気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を有し、前記外層における隣接する２つの部位の気泡含有密度について、前記気泡の含有密度の大きい部位ａの気泡含有密度をｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）、前記気泡の含有密度の小さい部位ｂの気泡含有密度をｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）としたときに、前記隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂが１０％以上のものであることを特徴とする石英ガラスるつぼを提供する。

【0009】

このような石英ガラスるつぼは、気泡の含有密度によって２つ以上の部位を区別することができ、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位に、気泡含有密度の差異に基づいた異なる機能を与えることができる。

【0010】

この場合、前記外層が、前記２種以上の異種の原料粉から作製されたものであり、前記気泡の含有密度で区分される部位が、それぞれ前記異種の原料粉から作製されたものであることができる。

【0011】

このような石英ガラスるつぼであれば、特定の異種の原料粉から作製された外層を気泡の含有密度で区分けすることができる。

【0012】

また、前記気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である境界を、前記直胴部に位置するものとすることができる。

【0013】

このように、気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である境界を、直胴部に位置するものとすることにより、直胴部において気泡の含有密度で区別された部位を２つ以上持たせた石英ガラスるつぼとすることができる。

【0014】

また、本発明の石英ガラスるつぼにおいては、前記隣接する２つの部位の境界が目視によって見分けられるものであることが好ましい。

【0015】

このように、本発明の石英ガラスるつぼにおいては、隣接する２つの部位の境界を目視によって見分けることができるので管理上も好ましい。

【0016】

また、本発明の石英ガラスるつぼにおいては、前記外層の少なくとも一部が、前記石英ガラスるつぼの肉厚方向に、原料粉の違いによって区別される複数のサブ層を有することができる。

【0017】

このように、外層の少なくとも一部が、さらに、原料粉の違いによって区別される複数のサブ層からなるものとすることができる。本発明は、このような構成を有する石英ガラスるつぼにも適用することができる。

【0018】

また、前記石英ガラスるつぼは、該石英ガラスるつぼの内部に保持したシリコン融液から単結晶シリコンを引き上げるための単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとすることができる。

【0019】

このように、本発明の石英ガラスるつぼは、単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとして特に好適に用いることができる。

【0020】

また、本発明は、気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層と、透明石英ガラスからなる内層とを有し、底部、湾曲部、及び直胴部とからなる石英ガラスるつぼを製造する方法であって、回転するモールド内に、前記外層の原料粉を供給し、前記モールドの内面に前記石英ガラスるつぼの外層となる粉体層を成型するステップと、前記粉体層を加熱溶融することにより前記外層を作製するステップとを含み、前記外層の原料粉として、同種の又は２種以上の異種の原料粉を用いて、前記粉体層を成型し、前記粉体層を成型する際に、前記モールドの回転数に差をつけることにより、前記粉体層を、前記モールドの回転数に応じた２つ以上の部位に区分し、前記２つ以上の部位に区分した前記粉体層を加熱溶融することにより、前記外層において、前記気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を作製し、前記外層における隣接する２つの部位の気泡含有密度について、前記気泡の含有密度の大きい部位ａの気泡含有密度をｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）、前記気泡の含有密度の小さい部位ｂの気泡含有密度をｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）としたときに、前記隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂを１０％以上とすることを特徴とする石英ガラスるつぼの製造方法を提供する。

【0021】

このような石英ガラスるつぼの製造方法は、粉体層を成型する際のモールドの回転数に差をつけることにより、製造する石英ガラスるつぼの外層において、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を形成することができる。これにより、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位に、気泡含有密度の差異に基づいた異なる機能を与えることができる。

【0022】

この場合、前記粉体層を、前記２種以上の異種の原料粉を用いて作製し、前記粉体層の前記モールドの回転数に応じた２つ以上の部位を、それぞれ前記異種の原料粉からなるものとすることにより、前記気泡の含有密度で区分される部位を、それぞれ前記異種の原料粉から作製することができる。

【0023】

このような製造方法により製造された石英ガラスるつぼであれば、特定の異種の原料粉から作製された外層を気泡の含有密度で区分けすることができる。

【0024】

また、前記モールドの回転数を、前記石英ガラスるつぼの直胴部に相当する位置で変化させることが好ましい。

【0025】

このようにすることにより、気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である境界を、直胴部に位置するものとした石英ガラスるつぼを製造することができる。これにより、るつぼ直胴部において気泡の含有密度で区別された部位を２つ以上持たせた石英ガラスるつぼとすることができる。

【0026】

また、本発明では、前記粉体層の少なくとも一部を、肉厚方向に、原料粉の違いによって区別される複数のサブ粉体層を有するものとして成型することができる。

【0027】

このようなサブ粉体層を有するものとして外層用の粉体層を形成することにより、製造する石英ガラスるつぼにおいて、外層の少なくとも一部が、さらに、原料粉の違いによって区別される複数のサブ層からなるものとすることができる。

【0028】

また、前記石英ガラスるつぼを、該石英ガラスるつぼの内部に保持したシリコン融液から単結晶シリコンを引き上げるための単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとすることができる。

【0029】

このように、本発明の製造方法によって製造した石英ガラスるつぼは、単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとして特に好適に用いることができる。

【発明の効果】

【0030】

本発明の石英ガラスるつぼは、気泡の含有密度によって２つ以上の部位を区別することができ、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位に、気泡含有密度の差異に基づいた異なる機能を与えることができる。また、本発明の石英ガラスるつぼの製造方法は、粉体層を成型する際のモールドの回転数に差をつけるという簡単な手法により、製造する石英ガラスるつぼの外層に気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明に係る石英ガラスるつぼの一例の概略断面図である。

【図2】本発明に係る石英ガラスるつぼの一例の概略正面図である。

【図3】本発明に係る石英ガラスるつぼの別の一例の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

上記のように、石英ガラスるつぼの不透明石英ガラス層（外層）を構成する原料粉（原料石英粉）に、特性の異なる原料粉を複数種使用することで石英ガラスるつぼの特性を変化させることができる。特に外表面を含む外層で特性の異なる原料粉を部分的に使用し、その形成範囲の精度が求められる場合があるが、出来上がった石英ガラスるつぼの外観観察からは原料種の境界を確認することができないという問題があった。この問題を解決するため、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、原料の異なる部位毎に気泡の含有密度を変えることで原料種の境界を目視で見分けられることを知見して本発明を完成させた。また、本発明者らは、このような気泡の含有密度によって部位を区別した石英ガラスるつぼは、同種の原料粉を用いた場合にも応用できることを見出した。

【0033】

以下、図面を参照し、本発明をより具体的に説明する。

【0034】

図１に、本発明に係る石英ガラスるつぼの一例の概略断面図を示す。また、図２には、本発明に係る石英ガラスるつぼの一例の概略正面図を示す。

【0035】

図１に示したように、本発明の石英ガラスるつぼ１１は、底部１２、湾曲部１３、及び直胴部１４とからなる。直胴部１４はるつぼ形状のうち略円筒形の部分を指す。直胴部１４と底部１２の間の領域を湾曲部１３と称する。るつぼの底部１２は、例えば、るつぼの外径の約３分の２以下の直径を有する部分と定義することができる。直胴部１４の高さは、例えば、るつぼの高さのうち上部４分の３の部分と定義することもできるが、るつぼの形状により様々である。

【0036】

また、石英ガラスるつぼ１１は、気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層２１と、透明石英ガラスからなる内層３１とを有する。内層３１は実質的に気泡を含有しないため、透明に見える部分である。また、本発明の石英ガラスるつぼ１１は、外層２１が同種の又は２種以上の異種の原料粉から作製されたものであり、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を有する。図１、２には、気泡の含有密度で区分される第１の部位２２と第２の部位２４を例示している。さらに、本発明の石英ガラスるつぼ１１は、外層２１における隣接する２つの部位の気泡含有密度について、気泡の含有密度の大きい部位ａの気泡含有密度をｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）、気泡の含有密度の小さい部位ｂの気泡含有密度をｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）としたときに、該隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂが１０％以上のものである。

【0037】

気泡含有密度の差Ｄについて、図１、２に示した第１の部位２２及び第２の部位２４を例に説明する。ここで、第１の部位２２は、第２の部位２４よりも気泡含有密度が大きい領域であるとする。また、第２の部位２４は、第１の部位２２よりも気泡含有密度が小さい領域であるとする。この場合、隣接する２つの部位のうち、第１の部位２２が気泡の含有密度の大きい部位ａに相当し、その気泡含有密度はｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）である。一方、第２の部位２４は、この場合、気泡の含有密度の小さい部位ｂに相当し、その気泡含有密度はｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）である。このとき、隣接する第１の部位２２及び第２の部位２４における気泡含有密度の差はＤ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂで定義される。本発明では、この気泡含有密度の差Ｄを１０％以上とする。

【0038】

石英ガラスるつぼ１１の各部位における気泡含有密度は、単位体積１ｍｍ^３当たりの気泡の数で表される。この気泡含有密度は、例えば、以下のようにして測定することができる。まず、気泡含有密度を測定する部位からサンプルを切り出し、約１ｍｍの厚さに加工する。次に、光学顕微鏡を使用し、倍率３０で気泡を観察する。このとき、５．５ｍｍ^２の面積内に存在する気泡の個数を測定する。上記のサンプル厚み（約１ｍｍ）を考慮して、単位体積あたりの気泡個数、すなわち、気泡含有密度［ｐｃｓ／ｍｍ^３］を算出する。

【0039】

図１、図２の例では、外層２１において気泡含有密度が異なる部位が２つである場合を示しているが、気泡の含有密度で区分される部位が３つ以上存在していてもよい。その場合、隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄが１０％以上という関係を満たす組み合わせが１つ以上あればよい。

【0040】

本発明の石英ガラスるつぼ１１は、該石英ガラスるつぼ１１の内部に保持したシリコン融液から単結晶シリコンを引き上げるための単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼとして特に好適に用いることができる。

【0041】

本発明の石英ガラスるつぼ１１は、気泡の含有密度によって２つ以上の部位を区別することができ、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位に、気泡含有密度の差異に基づいた異なる機能を与えることができる。例えば、単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼの場合、引き上げる結晶品質（結晶に含まれる酸素密度等）の要求から、赤外線の透過率の調整が必要になる場合等がある。本発明では、石英ガラスるつぼ外層の部位によって、気泡含有密度の差異に基づいて赤外線の透過率を調整することができる。

【0042】

また、本発明の石英ガラスるつぼ１１は、図１、２に示したように、気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である境界が、石英ガラスるつぼ１１の直胴部に位置するものとすることが好ましい。これにより、直胴部において気泡の含有密度で区別された部位を２つ以上持たせた石英ガラスるつぼ１１とすることができる。

【0043】

本発明の石英ガラスるつぼ１１は、特に、外層２１が、２種以上の異種の原料粉から作製されたものとすることができる。この場合、気泡の含有密度で区分される部位を、それぞれ異種の原料粉から作製されたものとすることができる。このようにすることにより、異種の原料粉から作製された部位を、石英ガラスるつぼの状態でも気泡の含有密度により目視で区別することができる。なお、このときの目視観察による区別は、本発明の場合、るつぼの外層側からだけではなく、内層側から見たときも可能である。内層は透明石英ガラスからなるためである。気泡含有密度に基づいた目視での区別は、隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄが１０％以上の場合、明確にすることができる。また、これは異種の原料粉を用いた場合に限られず、同種の原料粉を用いた場合でも、気泡含有密度の差Ｄが１０％以上であれば両部位の間の境界線により目視で区別することができる。すなわち、隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄが１０％以上の場合、境界位置に外観上の濃淡差が発生し、境界線を目視で確認することができる。

【0044】

また、本発明は、外層の少なくとも一部が、石英ガラスるつぼの肉厚方向に、原料粉の違いによって区別される複数のサブ層を有するものとして形成することができる。図３に、本発明に係る石英ガラスるつぼの別の態様の一例の概略断面図を示した。図３に示した石英ガラスるつぼ４１は、図１に示した石英ガラスるつぼ１１と同様に、底部４２、湾曲部４３、及び直胴部４４とからなり、気泡を含有する不透明石英ガラスからなる外層５１と、透明石英ガラスからなる内層６１とを有する。図３には、外層５１が原料粉の違いによって区別される３層のサブ層７１、８１、９１を有する例を示している。３層のサブ層７１、８１、９１は、例えば混入物やドーパントの種類や含有量などがそれぞれ異なる原料粉で形成される。さらに、図３の態様では、少なくとも１つのサブ層において、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を有するものとし、気泡含有密度の差Ｄを１０％以上のものとする。これにより、外層５１において、隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄを１０％以上のものとすることができる。

【0045】

図３には、外層のサブ層７１、８１、９１のうち、最も内側のサブ層７１と最も外側のサブ層９１の各々において、気泡の含有密度で区分される部位を有する例を示している。最も内側のサブ層７１において、第１の部位７２、第２の部位７４は気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である。また、最も外側のサブ層９１において、第１の部位９２、第２の部位９４は気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である。このようにすることにより、最も内側のサブ層７１及び最も外側のサブ層９１のそれぞれにおいて、石英ガラスるつぼ４１の上下（縦）方向の複数の部位を、気泡含有密度の多寡で区別する事ができる。

【0046】

また、図３に示したように、最も内側のサブ層７１で上下方向に気泡含有密度に差がありその差Ｄが１０％以上である場合、石英ガラスるつぼ４１の内層６１側から目視でそのサブ層７１内の境界部分を識別可能である。また、最も外側のサブ層９１で上下方向に気泡含有密度に差がありその差Ｄが１０％以上である場合、石英ガラスるつぼ４１の外層５１の外側から目視でそのサブ層９１内の境界部分を識別可能である。

【0047】

石英ガラスるつぼ１１の直胴部のうち、端面側と底部側で異なる種類の原料粉が使用される場合に、本発明は特に好ましく適用することができる。加熱による変形に対する耐久性が高い原料粉、加熱後の冷却時に発生する劣化に対する耐久性が高い原料粉などを選択的に使用する場合があり、その境界線位置は単結晶シリコンインゴット引き上げ操業の条件により様々である。図１、２ではるつぼ端面（上端）から直胴部の所定の範囲までを第１の部位２２として例を挙げているが、例えば、この第１の部位２２の原料粉（原料粉Ａ）を、結晶化促進剤等の不純物を含有する原料粉とすることができる。また、第２の部位２４の原料粉（原料粉Ｂ）を、結晶化促進剤等の不純物を含有しない原料粉とすることができる。本発明は、その他の態様にも適用することができる。例えば、端面を含まない直胴部中央のみを不純物含有層とする場合や、湾曲部（小Ｒ部）のみに異種原料層を設ける場合も適用することができる。この場合は、不純物含有層の気泡密度と、不純物を含有しない層の気泡の含有密度に差を付けることができる。

【0048】

上記のような気泡含有密度に差をつけた本発明の石英ガラスるつぼ１１は、各原料粉（原料石英粉）を回転モールド内に成型する際のモールド回転数に差を付けるという方法により製造することができる。モールド回転数に応じて粉体層（原料粉成型体）に掛かる遠心力に差が生じるため、モールド回転数を調整することで粉体層（原料粉成型体）の密度を調整することができる。これにより、粉体層を加熱溶融（アーク溶融）した後に得られる石英ガラスるつぼ１１の外層２１の部位毎に気泡含有密度に差をつけることができる。但し、本発明の適用にあたってはモールド回転数の調整のみに限定されることはない。例えば、原料粉の粒径を調整することによって気泡含有密度を調整することもできる。

【0049】

モールド回転数に差を付ける方法は、具体的には、以下のような方法である。まず、回転するモールド内に、外層の原料粉を供給し、モールドの内面に石英ガラスるつぼの外層となる粉体層を成型する（ステップａ）。次に、粉体層を加熱溶融することにより外層を作製する（ステップｂ）。加熱溶融には公知のアーク溶融を用いることができる。ここで、本発明の石英ガラスるつぼの製造方法では、ステップａにおいて、外層の原料粉として、同種の又は２種以上の異種の原料粉を用いて、粉体層を成型する。また、ステップａにおいて、粉体層を成型する際に、モールドの回転数に差をつけることにより、粉体層を、モールドの回転数に応じた２つ以上の部位に区分する。上記の２つ以上の部位に区分した粉体層を加熱溶融することにより、外層２１において、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位（図１、２の第１の部位２２、第２の部位２４）を作製する。このような製造方法により、外層２１における隣接する２つの部位の気泡含有密度について、気泡の含有密度の大きい部位ａの気泡含有密度をｄ_ａ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）、気泡の含有密度の小さい部位ｂの気泡含有密度をｄ_ｂ（ｐｃｓ／ｍｍ^３）としたときに、隣接する２つの部位における気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂを１０％以上とした石英ガラスるつぼ１１を製造することができる。

【0050】

図１に示した石英ガラスるつぼ１１の内層３１は、公知の方法によって作製することができる。例えば、外層２１を形成した後、内層用原料粉を外層２１の内側に供給しながらアーク溶融により内層３１を作製することができる。また、外層用原料粉で形成された粉体層のうち内表面側をアーク溶融により透明化することにより内層３１を形成することもできる。

【0051】

このような石英ガラスるつぼの製造方法では、粉体層を成型する際のモールドの回転数に差をつけることにより、製造する石英ガラスるつぼの外層に気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位を、気泡の含有密度によって区別することができる。これにより、気泡の含有密度で区分される２つ以上の部位に、気泡含有密度の差異に基づいた異なる機能を与えることができる。

【0052】

また、粉体層を、２種以上の異種の原料粉を用いて作製する場合には、特に、粉体層のモールドの回転数に応じた２つ以上の部位を、それぞれ異種の原料粉からなるものとすることが好ましい。これにより、気泡の含有密度で区分される部位を、それぞれ異種の原料粉から作製することができる。

【0053】

従来、回転モールド内に成型した原料粉を内部から加熱し、得られた石英ガラスるつぼの外観は一様に白く、原料種の境界を確認することができない。しかしながら、本発明の石英ガラスるつぼ１１のように、外層２１において隣り合う部位の気泡含有密度（ｐｃｓ／ｍｍ^３）の差Ｄを１０％以上とすることで外観上の濃淡差が発生し、異なる原料層との境界を目視で確認することができる。

【0054】

また、モールドの回転数を、石英ガラスるつぼの直胴部に相当する位置で変化させることにより、気泡含有密度の差Ｄが１０％以上である境界を、直胴部に位置するものとした石英ガラスるつぼを製造することができる。これにより、るつぼ直胴部において気泡の含有密度で区別された部位を２つ以上持たせた石英ガラスるつぼとすることができる。

【0055】

また、図３に示した石英ガラスるつぼ４１を製造する場合は、粉体層の少なくとも一部を、肉厚方向に、原料粉の違いによって区別される複数のサブ粉体層を有するものとして成型し、その他は上記と同様にして石英ガラスるつぼ４１を製造する。

【実施例】

【0056】

以下に、本発明の実施例及び比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

【0057】

（実施例１）
図１、２に示したような石英ガラスるつぼ１１を製造した。なお、外層２１用の原料粉（原料石英粉）として、以下の２種の異種原料粉（原料粉Ａ及び原料粉Ｂ）を用いた。
原料粉Ａ：Ａｌ含有濃度５０ｐｐｍ。粒径は５０～５００μｍで、１００～３００μｍが大多数。
原料粉Ｂ：Ａｌ含有濃度８ｐｐｍ。粒径は５０～５００μｍで、１００～３００μｍが大多数。

【0058】

粒径５０～５００μｍの原料粉Ａを、回転数１２０ｒｐｍで回転する内径５７０ｍｍのモールド内に供給し、石英ガラスるつぼ直胴部中央ラインから端面側に成型した。次に、モールド回転数を７０ｒｐｍに変更し、粒径５０～５００μｍの原料粉Ｂを投入した。以上により、石英ガラスるつぼ１１の外層２１となる粉体層の成型を完了した。すなわち、粉体層を成型する際に、モールドの回転数に差をつけ、粉体層を、モールドの回転数に応じた２つ以上の部位に区分した。これは、原料粉として異種の原料粉を用いて、原料粉毎にモールド回転数を変化させたことに相当する。次に、アーク放電により粉体層（成型体）の内部から加熱溶融し、冷却して直径５５５～５６０ｍｍの石英ガラスるつぼ１１を得た。原料粉Ａからは図１、２の外層２１のうち第１の部位２２が形成され、原料粉Ｂからは図１、２の外層２１のうち第２の部位２４が形成されたことになる。

【0059】

上記のように作製した石英ガラスるつぼ１１の外観を照度５００ルクス以上で目視確認したところ、原料層Ａ（すなわち、原料粉Ａから形成された部位であり、第１の部位２２に相当する。）と原料層Ｂ（すなわち、原料粉Ｂから形成された部位であり、第２の部位２４に相当する。）の境目に明確な境界線が生じていることが確認できた。なお、このときの目視確認は、るつぼの外層側から行った。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは６３ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは４３ｐｃｓ／ｍｍ^３であった。この場合、原料層Ａが気泡の含有密度の大きい部位ａであり、気泡含有密度ｄ_ａが６３ｐｃｓ／ｍｍ^３である。また、原料層Ｂが気泡の含有密度の小さい部位ｂであり、気泡含有密度ｄ_ｂが４３ｐｃｓ／ｍｍ^３である。そのため、気泡含有密度の差Ｄ＝（ｄ_ａ－ｄ_ｂ）／ｄ_ｂは、（６３－４３）／４３＝０．４６５、すなわち、４６．５％である。また、各部位の不純物濃度を測定したところ、それぞれ原料粉Ａと原料粉Ｂの不純物濃度の特徴を示しており、境界線で原料層ＡとＢが分離されていることが確認できた。

【0060】

（実施例２）
実施例１と比べて原料粉Ａの成型時のモールド回転数を１１０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼ１１を作製した。この石英ガラスるつぼ１１の外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に明確な境界線が生じていることが確認できた。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは５９ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは４３ｐｃｓ／ｍｍ^３であり、気泡含有密度の差Ｄとして３７．２％の差が生じていた。

【0061】

（実施例３）
実施例１と比べて原料粉Ａの成型時のモールド回転数を１１０ｒｐｍに変更し、原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を９０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼ１１を作製した。この石英ガラスるつぼ１１の外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に明確な境界線が生じていることが確認できた。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは５７ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは４９ｐｃｓ／ｍｍ^３であり、気泡含有密度の差Ｄとして１６．３％の差が生じていた。

【0062】

（実施例４）
実施例１と比べて原料粉Ａの成型時のモールド回転数を１１０ｒｐｍに変更し、原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を９５ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼ１１を作製した。この石英ガラスるつぼの外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に明確な境界線が生じていることが確認できた。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは５９ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは５３ｐｃｓ／ｍｍ^３であり、気泡含有密度の差Ｄとして１１．３％の差が生じていた。

【0063】

（比較例１）
実施例１と比べて原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を１２０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼを作製した。この石英ガラスるつぼの外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に境界線を確認することができなかった。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは６３ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは６３ｐｃｓ／ｍｍ^３、気泡含有密度の差Ｄとして０％の差であり、原料層Ａと原料層Ｂの気泡含有密度の差がなくなったためと考えられる。

【0064】

（比較例２）
実施例１と比べて原料粉Ａの成型時のモールド回転数を９０ｒｐｍに変更し、原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を９０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼを作製した。この石英ガラスるつぼの外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に境界線を確認することができなかった。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは５０ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは４９ｐｃｓ／ｍｍ^３、気泡含有密度の差Ｄとして２．０％の差であり、原料層Ａと原料層Ｂの気泡含有密度の差がなくなったためと考えられる。

【0065】

（比較例３）
実施例１と比べて原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を１１０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼを作製した。この石英ガラスるつぼの外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に境界線を確認することができたが、実施例１よりも不明瞭な状態であった。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは６３ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは５８ｐｃｓ／ｍｍ^３、気泡含有密度の差Ｄとして８．６％の差であり、原料層Ａと原料層Ｂの気泡含有密度の差が小さくなったためと考えられる。

【0066】

（比較例４）
実施例１と比べて原料粉Ａの成型時のモールド回転数を７０ｒｐｍに変更し、原料粉Ｂの成型時のモールド回転数を６０ｒｐｍに変更して、石英ガラスるつぼを作製した。この石英ガラスるつぼの外観を実施例１と同様に目視確認したところ、原料層Ａと原料層Ｂの境目に境界線が確認できたが、実施例１よりも不明瞭な状態であった。原料層Ａと原料層Ｂの含有気泡密度を測定したところ、原料層Ａでは４５ｐｃｓ／ｍｍ^３、原料層Ｂでは４１ｐｃｓ／ｍｍ^３、気泡含有密度の差Ｄとして９．８％の差であり、原料層Ａと原料層Ｂの気泡含有密度の差が小さくなったためと考えられる。

【0067】

実施例１～４、及び比較例１～４の原料粉成型時のモールド回転数、得られた石英ガラスるつぼの生地層（外層）の気泡含有量、及び境界線目視観察結果を表１にまとめた。表中の「良好」は、境界線が明瞭に目視で確認できて結果が非常に良好であること、「やや不良」は境界線が確認できるが不明瞭のため結果がやや不良であること、「不良」は境界線が目視で確認できず結果が不良であることを示している。

【表1】

【0068】

実施例１～４、及び比較例１～４の結果から、石英原料粉を成型する際のモールド回転数に差をつけることによって、得られた石英ガラスるつぼの気泡含有密度に差が生じ、外観を目視確認したときに原料層の境界線を確認することができることが明らかになった。特に気泡含有密度の差Ｄが１０％以上であれば境界線の目視確認が確実にできることがわかった。

【0069】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0070】

１１…石英ガラスるつぼ、 １２…底部、 １３…湾曲部、 １４…直胴部、
２１…外層、 ２２…外層の第１の部位、 ２４…外層の第２の部位、
３１…内層、
４１…石英ガラスるつぼ、 ４２…底部、 ４３…湾曲部、 ４４…直胴部、
５１…外層、 ６１…内層、
７１、８１、９１…外層のサブ層、
７２…（最も内側のサブ層における）第１の部位、
７４…（最も内側のサブ層における）第２の部位、
９２…（最も外側のサブ層における）第１の部位、
９４…（最も外側のサブ層における）第２の部位。

【図1】

【図2】

【図3】