JP2000143394A - シリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸 - Google Patents

シリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸

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JP2000143394A
JP2000143394A JP10347726A JP34772698A JP2000143394A JP 2000143394 A JP2000143394 A JP 2000143394A JP 10347726 A JP10347726 A JP 10347726A JP 34772698 A JP34772698 A JP 34772698A JP 2000143394 A JP2000143394 A JP 2000143394A
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single crystal
silicon single
crucible
rotating shaft
pulling apparatus
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JP10347726A
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Takashi Takagi
俊 高木
Koji Kato
浩二 加藤
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン単結晶引き上げ装置に用いられる、
高強度な回転軸を得る。 【解決手段】回転軸の基材をC/Cコンポジットにより
形成し、さらには基材の一部もしくは全面に熱分解炭素
を含浸するとともに被膜を形成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶引
き上げ装置を構成するための部材に関し、特に、シリコ
ン単結晶引き上げ装置を構成するシリコン材料を溶融す
るためのルツボを回転および上下移動させるためのシリ
コン単結晶引き上げ装置用の回転軸に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】シリコン単結晶引き上げ装置は所謂チョ
クラルスキー法と称される方法により、雰囲気ガスの存
在下で、ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を
引き上げるもので、例えば、特公昭57−15079号
公報にて示されているような「単結晶引上装置」として
知られている。この公報に示された装置は、図2に示す
ように、「炉体容器1内にその下方より回転軸2が導入
され、その回転軸2の端面上に受け皿3を介してルツボ
4が配される。又該ルツボ4の周りに発熱体5と保温筒
6が配され、ルツボ4内でシリコンが溶融され融液7を
得る。一方炉体容器1の上方には上下に滑動する回転軸
9が設けられている。該回転軸9の遊端にシリコンの種
結晶8を取付け、回転軸9を種結晶8がルツボ4内の融
液7に触れている状態より上方に移動させて、種結晶8
の下に続くシリコン単結晶10を得る。単結晶を育成す
る際、不必要な反応生成ガスが、単結晶10及び融液7
の液面で反応しないように、これを排除する必要があ
る。このためにアルゴン等の不活性ガスを雰囲気ガスと
して、炉体容器1の上方より単結晶及び液面に供給し、
炉体容器下部より排出する」というものである(上記公
報の第2欄)。
【0003】ところで、以上述べた単結晶製造装置にお
いて、回転軸9は単にルツボを支えて回転および上下移
動させるだけでなく、、万が一回転軸9が破損した場合
にはルツボが落下することにより、最悪の場合、溶融し
たSiが冷却層の隔壁を破壊し水蒸気爆発を起こすとい
う危険性がある。従って、以上のような回転軸を構成す
るための材料としては、黒鉛材が通常用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
シリコン単結晶の大口径化に伴い、石英ルツボ及び黒鉛
ルツボが大型化し、前記石英ルツボに収容するシリコン
原料の重量は16インチφウェハの場合、500kgに
もおよぶ。従って、回転軸に対する応力も増大し、強度
的に問題があった。
【0005】回転軸の強度をアップさせるには、回転軸
の径を太くする方法もあるが、前記回転軸の径を太くす
ると、そこから奪われる熱量が大きくなり、結果として
ルツボ内のシリコン融液の温度分布が均一でなくなり、
回転軸より奪われた熱を補うために周囲のヒーター20
からの熱量を多く供給する必要があり、そのために石英
ルツボ、黒鉛ルツボ、及びヒーター20の寿命が短くな
るといった問題や熱効率が悪くなるといった問題もあ
る。また、シリコン融液内の温度分布が不均一である
と、引き上げたシリコン単結晶の品質に悪影響を及ぼ
す。
【0006】そこで、本発明者等はこの種のシリコン単
結晶引上げ装置用の回転軸について、前述した問題を解
決するにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねて
きた結果、本発明を完成したのである。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、まず、請求項1に係る発明の採った手段は、以下
の実施形態の説明中において使用する符号を付して説明
すると、「シリコン単結晶引き上げ装置100を構成す
るシリコン材料を溶融するためのルツボ10の下部に配
置されて、前記ルツボ10を回転および上下移動させる
ためのシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸60であ
って、前記回転軸60の基材をC/Cコンポジットによ
り形成したことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ装
置用の回転軸60」である。
【0008】すなわち、請求項1の発明に係るシリコン
単結晶引き上げ装置用の回転軸60は、図1に示すよう
に、密閉本体50内のルツボ10の下部に配置されて、
前記ルツボ10を回転および上下移動させるものであ
り、その基材をC/Cコンポジットによって形成したも
のである。
【0009】このシリコン単結晶引き上げ装置用の回転
軸60の基材を構成するC/Cコンポジットは、高強度
であり、次のようにして形成される。まず、炭素繊維
を、1軸配向あるいは複数軸配向させて筒状素材として
おいて、これに樹脂を含浸させて、これを炭化するので
ある。含浸に用いる樹脂としては、フェノール、フラン
等の樹脂の他、タール・ピッチ等がある。
【0010】請求項1又は2に記載のシリコン単結晶引
き上げ装置用の回転軸は、その基材が中心軸に対し、円
周方向に炭素繊維フィラメントもしくは炭素繊維クロス
が巻きつけられた層を有することを内容とする。前記構
成により、炭素繊維が中心軸に対し円周方向に存在する
ので、強度が大幅にアップする。したがって、極力強度
を持たせた上で、径を細くすることが可能となり、シリ
コン融液の熱が奪われるのを最小にとどめることができ
る。
【0011】請求項1又は3に記載のシリコン単結晶引
き上げ装置用の回転軸は、その基材の一部もしくは全面
に熱分解炭素を含浸するとともに被膜を形成したことを
内容とする。このような構成とする理由は、前記熱分解
炭素被膜によって、シリコン単結晶引き上げ時に発生す
るSiOガスやSi蒸気が基材に接触することはなく、
従って基材中のC(炭素)と反応することを防止し、珪
化による強度の劣化を防止できる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に本発明を、図面に示した実施
の形態について説明すると、図1には、本発明に係るシ
リコン単結晶引き上げ装置用の回転軸60が適用される
シリコン単結晶引き上げ装置100の縦断面図が示して
ある。このシリコン単結晶引き上げ装置100は、その
密閉本体50内に、シリコンを溶融させるためのルツボ
10を回転軸60にて回転および上下移動可能に収納し
たものである。
【0013】シリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸6
0はその基材をC/Cコンポジットを材料として形成し
たものである。またその基材の一部もしくは全面に熱分
解炭素を含浸するとともに被膜が形成してある。これら
のC/Cコンポジット基材および熱分解炭素被膜は、以
下の実施例にて示すように製造または形成されるもので
ある。
【0014】
【実施例1】まず、炭素繊維で編んだ布を用いて、直径
が約60mmφの筒体状に複数回巻回することにより、
筒状の炭素繊維素材を形成し、これに、フェノール樹脂
を含浸させた。これらを硬化させてから、これを不活性
雰囲気中で900℃で焼成し炭素化した。以上の含浸・
炭素化を2回繰り返し、これを黒鉛化して外径約100
mmφ、内径約60mmφ、長さ1400mmのC/C
コンポジットからなる基材を得た。
【0015】得られた基材を機械加工後、CVD炉に入
れて1400℃に加熱するとともに、水素ガスをキャリ
アとしてメタンガスを炉内に連続的に供給した。これに
より基材の表面全体に厚さ約50μmの熱分解被膜が形
成された。
【0016】
【実施例2】この実施例における基材の形成は次の2通
りの方法によって行った。第1の方法は、炭素繊維フィ
ラメントを用いて筒状体を形成し、これにフェノール樹
脂含浸、硬化、焼成を2回繰り返して全体を炭素化し、
C/Cコンポジットからなる基材を得た。
【0017】第2の方法は、炭素繊維で編んだ布を用い
て回転体60となるべき形に形成し、これにフェノール
樹脂を含浸して、硬化後に900℃で焼成した。これを
黒鉛化して、得られた基材をCVD炉に入れて1400
℃に加熱するとともに水素ガスをキャリアとしてメタン
ガスを炉内に断続的に供給し、基材内部に熱分解炭素を
含浸した、C/Cコンポジットからなる基材を得た。こ
の基材を機械加工後、実施例1と同様な方法によって熱
分解炭素被膜を形成した。
【0018】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明においては、
上記実施形態において例示した如く、「シリコン単結晶
引き上げ装置100を構成するシリコン材料を溶融する
ためのルツボ10の下部に配置されて、ルツボ10を回
転および上下移動させるためのシリコン単結晶引き上げ
装置用の回転軸60であって、前記回転軸60の基材を
C/Cコンポジットにより形成し、さらにはその基材が
中心軸に対し、円周方向に炭素繊維フィラメントもしく
は炭素繊維クロスが巻きつけられた層を有するか、その
基材の一部もしくは全面に熱分解炭素を含浸するととも
に被膜を形成したこと」にその構成上の特徴があり、そ
れにより、高強度で、耐久性の高いシリコン単結晶引き
上げ装置用の回転軸を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回転軸を採用したシリコン単結晶
引き上げ装置の縦略断面図である。
【図2】従来のシリコン単結晶引き上げ装置を示す断面
図である。
【符号の説明】
100 シリコン単結晶引き上げ装置 10 ルツボ 11 石英ルツボ 20 ヒータ 30 保温筒 40 断熱材 50 密閉本体 60 回転軸

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン単結晶引き上げ装置を構成するシ
    リコン材料を溶融するためのルツボの下部に配置され
    て、前記ルツボを回転および上下移動させるためのシリ
    コン単結晶引き上げ装置用の回転軸であって、前記回転
    軸の基材をC/Cコンポジットにより形成したことを特
    徴とするシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸。
  2. 【請求項2】前記基材は、中心軸に対し円周方向に炭素
    繊維フィラメントもしくは炭素繊維クロスが巻き付けら
    れた層を有することを特徴とする請求項1に記載のシリ
    コン単結晶引き上げ装置用の回転軸。
  3. 【請求項3】前記基材の一部もしくは全面に熱分解炭素
    を含浸するとともに被膜を形成したことを特徴とする請
    求項1に記載のシリコン単結晶引き上げ装置用の回転
    軸。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2644755A1 (en) * 2010-11-22 2013-10-02 Toyo Tanso Co., Ltd. Single crystal pulling device and low heat conductive member to be used in single crystal pulling device

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KR101907708B1 (ko) * 2010-11-22 2018-12-07 토요 탄소 가부시키가이샤 단결정 인상장치 및 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재

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