CN105803516B - 单晶制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够实现腔室的小型化，同时能在制造单晶的过程中观察腔室内部的整个区域的单晶制造装置。单晶制造装置的腔室包括顶板部、底板部和主体部，主体部由中空筒状的石英玻璃制成，且连结顶板部和底板部，在主体部的外周设置有能开闭的反射构件，且反射构件沿周向分割开，且将从腔室的内部发出的热和光反射。
Description
技术领域
本发明涉及一种单晶制造装置，特别是采用溶液法的SiC单晶制造装置。
背景技术
作为制造单晶的装置，有将籽晶浸渍在设置于腔室内的坩埚内的原料溶液中而提起该籽晶的装置。
在专利文献1中公开了一种在坩埚的外周配置有加热元件，在该加热元件的外周配置有隔热体，此外在该隔热体的外周配置有冷却套的采用切克劳斯基单晶生长法的Si(硅)单晶制造装置。冷却用的气体在该冷却套中流动。
在专利文献1公开的制造装置中，将浸渍在坩埚内的Si溶液中的籽晶提起来制造Si单晶。在冷却套的筐体上表面配置有观察窗，用于确认提起过程中的Si单晶和坩埚内的Si溶液的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63–50391号公报
发明内容
发明要解决的问题
另一方面，作为制造SiC(碳化硅)单晶的装置，有使用了溶液法的装置。在溶液法中，将原料Si(硅)装入到设置在腔室内的石墨坩埚中，利用加热线圈使原料Si熔化而成为Si溶液。C从石墨坩埚熔化到该Si溶液中而成为Si–C溶液，将浸渍在该Si–C溶液中的籽晶提起而制造SiC单晶。
在溶液法的情况下，需要使C从石墨坩埚熔化到Si溶液中而成为Si–C溶液，且需要在Si–C溶液的液面近旁，使Si–C溶液的温度比切克劳斯基单晶生长法中的Si溶液高。
由于Si–C溶液的温度非常高，所以即使在腔室内设置冷却套，冷却套的冷却能力仍不足。因而，为了减少来自坩埚等的热源的辐射热，使腔室的内表面远离热源，导致腔室的大型化。
另外，若腔室的主体部由金属制成，则在配置于坩埚的外周的加热元件为感应加热线圈的情况下，在腔室的主体部有时也产生涡流，也需要采取对策。
此外，由于在腔室的主体部复杂地配置有冷却套，所以确认腔室内部的观察窗多限配置于顶板部，不能确认腔室内部的整个区域。
本发明的目的在于，提供一种解决上述问题的单晶制造装置。
用于解决问题的方案
本发明的主旨见下述。
(1)一种单晶制造装置，包括收容有坩埚和感应加热线圈的腔室，上述腔室包括顶板部、底板部和主体部，上述主体部由中空筒状的石英玻璃制成，且连结上述顶板部和上述底板部，在上述主体部的外周设置有能开闭的反射构件，并且，上述反射构件沿周向分割开，且将从上述腔室的内部发出的热和光反射。
(2)根据(1)项所述的装置，上述反射构件是从外周朝向内周层叠的多个电磁钢板。
发明效果
采用本发明，能够提供如下这种单晶制造装置，即，通过利用石英玻璃制成腔室的主体部，不再需要使主体部的内侧表面与热源拉开距离(日文：離す)，能使单晶制造装置小型化，并且同时利用设置在主体部的外周的反射构件使从腔室内部产生的热和光(红外线)反射，从而能够高效加热原料的单晶制造装置。此外，能够提供如下这种单晶制造装置，即，通过利用石英玻璃制成主体部，将设置在主体部外周的反射板形成为开闭式结构，从而在制造单晶的过程中，能够观察腔室的内部整个区域的单晶制造装置。
附图说明
图1是表示本发明的单晶制造装置的概略的一例的图。
图2是从图1所示的A方向观察本发明的单晶制造装置的图。
图3是表示作用于设置在感应加热线圈的外周的中空圆筒状构件的磁通量和因该磁通量产生的涡流的图。
图4是表示作用于设置在感应加热线圈的外周的与感应加热线圈的轴向平行的板状构件的磁通量和因该磁通量产生的涡流的图。
图5是将反射构件打开时的本发明的单晶制造装置的立体图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的单晶制造装置的实施方式。另外，以下所示的实施方式并不限定本发明。例如如上所述，将本发明用作坩埚内的溶液的温度变得非常高的SiC单晶的制造装置是特别适合的，但当然也可以用作坩埚内的溶液的温度不会变得那么高的Si单晶的制造装置。
图1是表示本发明的单晶制造装置的概略的一例的图。
本发明的单晶制造装置100在腔室3的内部收纳有坩埚1和感应加热线圈2。
腔室3包括顶板部4、底板部5和主体部6。主体部6连结顶板部4和底板部5而构成腔室3。顶板部4和底板部5的材质没有特别限定，但通常由金属制成。利用中空圆筒形状的石英玻璃制作主体部6。其理由和作用效果见后述。
感应加热线圈2配置在坩埚1的周围。高频电源7与感应加热线圈2相连接。通过使高频电流在感应加热线圈2中流动，使装入在坩埚1内的原料(未图示)熔化而成为原料溶液8。
原料溶液8没有特别限定，但在如制造SiC单晶的情况那样需要使原料溶液8的温度非常高时，本发明是特别有效的。
与籽晶保持件9相连结的籽晶10浸渍在原料溶液8中被提起。当提起籽晶10时，可以使籽晶保持件9旋转。另外，旋转轴11与坩埚1的底部相连结，也可以使坩埚1旋转。
如上所述，利用中空圆筒形状的石英玻璃制作主体部6。另外，在图1所示的实施方式中，主体部6为中空圆筒形状，但本发明不限定于此，也可以是中空的筒状。例如可以是中空椭圆筒状，也可以是作为中空的矩形的筒状。
与金属材料相比，石英玻璃的耐热性高，所以不必使主体部6的内侧表面与作为热源的坩埚1、感应加热线圈2及原料溶液8拉开距离。因而，不必增大主体部6的直径，能够谋求腔室3的小型化。特别是在制造SiC单晶的情况下，由于使坩埚1内的Si–C溶液的温度非常高，所以主体部6接受大量的辐射热，因此利用石英玻璃制成主体部6的优点特别大。
通常，单晶的制造需要很多时间，需要许多个单晶制造装置。因而，通过使腔室3小型化，而能在相同宽窄的空间内设置许多个单晶制造装置是较大的优点。
另外，通过利用石英玻璃制作主体部6，能够观察腔室3的内部的整个区域。特别是在使坩埚1旋转的情况下，能够确认坩埚1是否未发生异常，特别有效。
当利用金属材料制作主体部6时，在高频电流流到感应加热线圈2中时，主体部6产生涡流，成为主体部6被加热的原因。但是，通过利用石英玻璃制作主体部6，也不再产生涡流。
另一方面，通过利用石英玻璃制作主体部6，将从坩埚1等发出的热及光(红外线)放出到腔室3的外部。
那么，在本发明中，如图1所示，以覆盖主体部6的外周整体的方式在主体部6的外周设置反射构件12。
图2是从图1所示的A方向观察本发明的单晶制造装置的图。
反射构件12沿圆周方向分割成20个部分，作为反射构件12a～反射构件12t设置在主体部6的外周。
若反射构件12为中空圆筒形状，则在反射构件12产生大量的涡流，反射构件12被加热，但通过这样将反射构件12分开，能使反射构件12最小程度地产生涡流。另外，在主体部6是中空的矩形的筒状的情况下，也沿主体部6的外周形状设置反射构件12，但上述的分割的效果同样。
图3是表示作用于设置在感应加热线圈的外周的中空圆筒状构件的磁通量和因该磁通量产生的涡流的图。图4是表示作用于设置在感应加热线圈的外周的与感应加热线圈的轴向平行的板状构件的磁通量和因该磁通量产生的涡流的图。
如图3所示，当在感应加热线圈2的外周设置中空圆筒状构件13时，横切中空圆筒状构件13的磁通量14较多，涡流15大量地产生。另一方面，如图4所示，将设置在感应加热线圈2的外周的与感应加热线圈2的轴向平行的横切板状构件16的磁通量14较少，也最小程度地产生涡流15。
因此，如图2所示的实施方式那样将反射构件12分割。在图2所示的实施方式中，如反射构件12a～反射构件12t那样将反射构件12a～反射构件12t的整周分割成20个部分，但本发明不限定于此。如图4所示，理想的是，分割数量较多，但即使是较少的分割数量，只要将产生的涡流的量抑制成在实际用途上没有障碍的程度，则该分割数量较佳。
优选反射构件12a～反射构件12t分别从外周朝向内周层叠有多个薄钢板。即，优选反射构件12a～反射构件12t分别沿反射构件12a～反射构件12t整体描画的圆的半径方向层叠有多个薄钢板。能够利用上述的圆周方向的分割来抑制涡流的产生。而且，若反射构件12a～反射构件12t分别也沿半径方向分割，则能进一步抑制涡流。这是因为涡流是产生在物体的表面的。
利用反射构件12a～反射构件12t将从腔室3的内部发出的热和光(红外线)反射。该热和光(红外线)来自坩埚1、感应加热线圈2及原料溶液8。
为了高效地将该热和光反射，优选对反射构件12a～反射构件12t的内周17实施光泽电镀，或者通过电解抛光等实施镜面化。在反射构件12a～反射构件12t分别由薄钢板层叠而成的情况下，优选对位于最内周的薄钢板的内周侧实施光泽电镀或镜面化。在反射构件12a～反射构件12t分别由电磁钢板层叠而成的情况下，优选只将最内周形成为实施了镜面化的薄钢板。
图5是将反射构件12打开时的本发明的单晶制造装置的立体图。
反射构件12能如图5所示地开闭。作为能这样开闭地安装的方法，可以举出利用铰链连结单晶制造装置100和反射构件12，但本发明不限定于此。
通过将反射构件12形成为这种构造，当想要观察腔室3的内部时，打开反射构件12，除此之外的时候，关闭反射构件12，使将腔室3的内部发出的热和光朝向腔室3的内部反射，同时防止泄露到腔室3的外部。
如以上说明的那样，也使石英玻璃制的主体部6具有如下功能，即，能密闭腔室3的内部，使主体部6的内周靠近坩埚1等的热源，且能观察腔室3的内部整个区域的功能。另一方面，也使反射构件12具有如下功能，即，以将来自腔室3的内部的热及光(红外线)反射到腔室3的内部且不会泄露到腔室3的外部的方式进行遮挡的功能。这样，通过使石英玻璃制的主体部6和反射构件12分担各自的功能，能够实现单晶制造装置100的小型化，以及能在制造单晶时观察腔室3的内部整个区域。
工业实用性
采用本发明，能使单晶制造装置小型化，同时能在制造单晶的过程中观察腔室内部的整个区域。因而，本发明的工业实用性大。
附图标记说明
1、坩埚；2、感应加热线圈；3、腔室；4、顶板部；5、底板部；6、主体部；7、高频电源；8、原料溶液；9、籽晶保持件；10、籽晶；11、旋转轴；12、12a～12t、反射构件；13、中空圆筒状构件；14、磁通量；15、涡流；16、板状构件；17、内周；100、单晶制造装置。
Claims (2)
1.一种单晶制造装置，包括收容有坩埚和感应加热线圈的腔室，其中，
所述腔室包括顶板部、底板部和主体部，
所述主体部由中空筒状的石英玻璃制成，且连结所述顶板部和所述底板部，
在所述主体部的外周设置有能开闭的反射构件，并且，
所述反射构件沿周向分割开，抑制涡流的产生，且将从所述腔室的内部发出的热和光反射。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述反射构件是从外周朝向内周层叠的多个电磁钢板。
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