以下、本発明を実施形態に基づいて具体� ��に説明する。

 本発明の製造方法は、回転モールドの内� ��面に堆積した石英粉をアーク溶融して石英� ��ラスルツボを製造する方法において、内循� ��流による局部的な過剰過熱を抑制可能なよ� ��に電極をモールド中心線に対して変位した� ��置(偏った位置)に設けてアーク溶融するこ� �を特徴とする石英ガラスルツボの製造方法� �ある。

 以下、アーク中に電極の配置を変更する方� ��について図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本実施形態における石英ガラスルツ� �製造装置を示す正断面図であり、図におい� �、符号1は石英ガラスルツボ製造装置を示し� ��いる。

 本発明の石英ガラスルツボの製造方法は� ��図1に示す石英ガラスルツボ製造装置1を用� �た回転モールド法による製造とされ、石英� �ラスルツボ製造装置1は、図1に示すように、 図示しない回転手段によって回転可能とされ 石英ガラスルツボの外形を規定するモールド 10を有し、モールド10の内部に原料粉(シリカ� ��)が所定厚さに充填されて石英粉成形体11と� ��れる。このモールド10内部には、その内表� �に貫通するとともに図示しない減圧手段に� �続された通気口12が複数設けられ、石英粉成 形体11内部を減圧可能となっている。モール� ��上側位置には図示しない電力供給手段に接� ��されたアーク加熱用の炭素電極13,13,13が設� �られ、石英粉成形体11を加熱可能とされてい る。炭素電極13,13,13は、電極位置設定手段20� �より、図中矢印Tおよび矢印Dで示すように上 下動可能および電極間距離Dを設定可能とさ� �ている。

 石英ガラスルツボ製造装置1は、300kVA~12,00 0kVAの出力範囲で、複数の炭素電極13,13,13によ りアーク放電によって非導電性対象物(石英� �)を加熱溶融する高出力の装置とされる。

 図2,図3は、本実施形態におけるアーク放電� ��置の炭素電極位置を示す模式側面図である� ��
 炭素電極13,13,13は、例えば、交流3相(R相、S� ��、T相)のアーク放電をおこなうよう同形状� �電極棒とされ、図2,図3に示すように、下方� �頂点を有するような逆三角錐状となるよう� �、それぞれの軸線13Lが角度θ1をなすように� �れぞれが設けられている。また、各電極13へ の通電は図示しない制御手段によって制御可 能となっている。図2、図3において、電極13� �位置設定状態として、アーク噴出方向が電� �位置中心線LLと一致する状態として図示して ある。

 電極位置設定手段20は、図1に示すように� ��炭素電極13,13,13を、その電極間距離Dを設定� ��能として支持する支持部21と、この支持部21 を水平方向に移動可能とする水平移動手段と 、複数の支持部21およびその水平移動手段を� ��体として上下方向に移動可能とする上下移� ��手段と電極の支持角度を変更可能とする回� ��角度設定手段とを有するものとされ、支持� ��21においては、炭素電極13が角度設定軸22周� ��に回動可能に支持され、角度設定軸22の回� �角度を制御する回転手段を有している。

炭素電極13,13の電極間距離Dおよび電極位置状 態を調節するには、図1に矢印T3で示すように 回転角度設定手段により炭素電極13の角度を� ��御するとともに、水平移動手段により図1に 矢印T2で示すように支持部21の水平位置を制� �する。さらに、水平移動手段により電極位� �中心線LLとモールド回転中心Lとの水平方向� �置を制御する。また、上下移動手段によっ� �図1に矢印Tで示すように支持部21の高さ位置� ��制御して電極先端部13aの石英粉成形体11底� �位置に対する高さ位置を制御する。同時に� �回転角度設定手段によって図9に示すように� ��電極13角度をそれぞれ個別に設定してアー� �火炎の発生方向(電極位置中心線)LLを鉛直方� ��から角度ψ1だけ変位するように制御するこ� ��が可能となる。
 なお、図1および図4においては、左端の炭� �電極13のみに支持部21等を示しているが、他� ��電極も同様の構成によって支持されており� ��これらの設定手段を組み合わせることで、� ��々の炭素電極13の高さ(矢印T)、水平方向位� �(矢印T2)、角度(矢印T3)および長さ寸法(矢印T4 )も個別に制御可能とすることができる。

 電極位置設定手段20は、図11に示すように 、モールド10上側において石英ガラス製造炉� ��内部空間と外部空間とを分離する天井部分� ��基台24が水平方向(XY方向)移動可能として設� ��られている。この基台21には、ラックピニ� �ン等の機構により支持部21の上下方向位置を 規制する上下位置規制部25が垂設されて、支� ��部21が上下方向T1に移動可能に設けられてい る。支持部21には回転軸線22を中心として電� �支持部23が回転自在に設けられる。この電極 支持部23は、チャック手段として電極13を支� �して長さ方向T4寸法設定可能および着脱可能 とされている。これら支持部21と電極支持部2 3との回転角度、基台24の水平方向位置、上下 位置規制部25と支持部21との上下方向位置は� �それぞれ、図示しない位置規制手段とこの� �置規制手段を駆動する駆動手段とにより、� �定可能とされている。

なお、本発明においては、電極13の位置状� ��制御が可能であれば上記以外の構造とする� ��ともできる。具体的には、これらの構成と� ��別に、あるいは、これらの構成に加えて、� ��10に示すように、モールド10の回転軸線(回� �モールド中心線)Lを鉛直方向から変位可能な モールド位置設定手段30により、水平方向の� ��転軸31の軸周りに回転モールド中心線Lを鉛� ��方向から角度ψ2だけ傾けて位置設定をおこ� ��い、回転状態のモールド10の角度を変更可� �とすることで、電極13とモールド10の相対位� ��状態制御を可能とすることができる。

 まず、アーク開始時における電極位置状� ��について説明する。

 アーク放電開始前およびアーク放電開始� ��においては、炭素電極13は、センターアー� �として、モールド回転中心Lである中心軸Lと 一致する垂線とされる電極位置中心線LLに対� ��て軸線対称に設定される。具体的には、図2 ,図3に示すように、下方に頂点を有するよう� ��逆三角錐状となるように、それぞれの軸線1 3Lが角度θ1をなすように設定される。

 次いで、原料である石英粉成形体11を充填� �たモールド10を回転させるとともに、電力供 給を開始して、アーク放電を開始させた後に 安定したアーク火炎を発生させる。
 この状態で、電極位置設定手段20により、� �4に示すように、電極13をモールド中心線に� �して偏った位置に設定する。つまり、電極� �置中心線LLがモールド回転軸線Lに対して平� �でかつ、平面視してモールド10の石英粉成形 体11の内側で距離L0離間した位置となるよう� �設定する。なおこの際、電極13とモールド10� ��の高さ位置を変化させることあるいは、電� ��13とモールド10との高さ位置を変化させない こともできる。

 この電極位置設定手段20による位置設定� �、距離L0がモールド10の半径Rに対して0.03~0.9� ��好ましくは0.05~0.4、好ましくは0.1~0.3、より� ��ましくは0.25となるように設定することがで きる。これにより、図5に模式的に示すよう� �、電極13をモールド中心線Lに対して偏った� �置に設けてアーク溶融することによって、� �極13がモールド内表面から離れた側の空間が 広がり、この空間を通じて気流が外部に流出 しやすくなり、外循環流Goutが増大する。

 このため、電極13先端から発生した高温� �スの大部分がルツボ内表面(石英粉成形体内� ��面)に沿ってこの空間に向かって流れる一方 向の気流になり、高温ガスの内循環流Ginが大 幅に減少し、内循環流による過剰加熱がほと んど生じない。なお図9または図10に示す状態 においては、角度ψ1,ψ2およびモールドと電� �との高さ位置を設定することで、上記の距� �L0の制御状態と同等の状態を実現することが 可能となる。

 本発明の製造方法では、内循環流による� ��剰加熱がほとんど生じないので、図5に示す ように、石英ガラスルツボの直胴部、湾曲部 、底部に対応する石英粉成形体11の直胴部11a� ��湾曲部11b、底部11cの各位置において、溶融� ��のガラス温度の差を300℃以下に制御するこ� ��ができる。このような均一加熱によって、� ��6に示すように、ルツボCの直胴部C1および底 部C3の透明層0の層厚を、湾曲部2の透明層C0の 層厚に対して、70~120%に制御することができ� �。

 このように、本発明の方法によって製造さ� ��た石英ガラスルツボCは、図6に示すように� �ルツボの直胴部C1、湾曲部C2、および底部C3� �透明層C0の層厚が一定範囲内であり、均一な 特性を有する透明層を有している。
 このため、シリコン単結晶の引き上げにお� ��て、外部加熱による熱輻射が均等であり、� ��ツボ表面温度が均一になるため、この石英� ��ラスルツボを用いて単結晶引き上げをおこ� ��った際に、単結品歩留まりを向上すること� ��できる。また、溶融中のガラス温度を上記� ��範囲に制御することによって、引き上げ中� ��おけるルツボ内表面における透明層C0の溶� �速度も均一になり、引き上げたシリコン単� �晶において縦方向(引き上げ軸方向)の酸素濃 度のバラツキが少なくなり、高品質のシリコ ン単結晶を引き上げることができる。

 本発明においては、電極をモールド中心� ��に対して偏った位置に設けてアーク溶融す� ��方法として、アーク中に電極の配置を変更� ��る方法以外にも、回転モールドを電極の下� ��に搬入するときに、モールドの回転中心線� ��電極の側方になるように回転モールドを位� ��決めして、電極をモールド中心線の側方に� ��置する方法を採用することができる。

 また、電極をモールド中心線の側方に設� ��する方法としては、電極をモールド中心線� ��側方に設置する方法以外にも、センターア� ��ク状態の電極配置として、アーク中に通電� ��る電極の本数を変更する方法を採用するこ� ��ができる。この場合、例えば、電極の本数� ��3本以上20本程度以下まで可能であり、2相交 流4本電極、2相交流6本電極、2相交流8本電極� ��2相交流10本電極、3相交流3本電極、3相交流6 本電極、3相交流9本電極、3相交流12本電極、3 相交流15本電極、4相交流4本電極、4相交流8本 電極、4相交流12本電極、または、4相交流16本 電極、のいずれかの電極構造を有することが できる。また、電極本数が4本以上であれば� �同時に複数本の電極に対して通電しないよ� �に設定することができる。

 アーク中に通電する電極の本数を変更す� ��方法は、複数の電極について通電する電極� ��交互に切り替えることができる。これによ� ��、アーク放電による電極の消耗量を低減す� ��ことが可能となる。具体的な通電電極の切� ��替えにおいては、実機の仕様等によって異� ��るため、上述した偏心アークと同等の内循� ��流による過剰加熱の防止が可能なように設� ��することが好ましい。

 さらに、アーク中に電極の配置を変更す� ��方法としては、上述したように、電極を側� ��に移動する手段以外に、図7に示すように、 電極をルツボ内表面の片側に傾けて設置する こと、つまり、電極位置設定手段20によって� ��極13の電極位置中心線LLを傾けてルツボ内表 面との距離を変更するように位置設定するこ ともできる。この際、電極位置設定手段20は� ��電極を傾ける手段となる。具体的な角度設� ��においては、実機の仕様等によって異なる� ��め、上述した偏心アークと同等の内循環流� ��よる過剰加熱の防止が可能なように設定す� ��ことが好ましい。

 さらに、アーク中に電極の配置を変更す� ��方法としては、電極位置設定手段20によっ� �電極13相互の間隔を変えてルツボ内表面との 距離を変更することもできる。この際、いわ ば、電極の重心ともいうべき電極位置中心線 LLの位置が移動することになる。具体的な設� ��においては、実機の仕様等によって異なる� ��め、上述した偏心アークと同等の内循環流� ��よる過剰加熱の防止が可能なように設定す� ��ことが好ましい。