JP2004059332A - 単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 - Google Patents
単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004059332A JP2004059332A JP2002216054A JP2002216054A JP2004059332A JP 2004059332 A JP2004059332 A JP 2004059332A JP 2002216054 A JP2002216054 A JP 2002216054A JP 2002216054 A JP2002216054 A JP 2002216054A JP 2004059332 A JP2004059332 A JP 2004059332A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphite
- parts
- weight
- thermal expansion
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
【解決手段】単結晶の引き上げに使用され、下記(A)、(B)の物理特性を満たすことを特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛材料。
(A)累積気孔容積が50〜100mm3 /gであること。
(B)室温〜1000℃における熱膨張係数が3.0〜4.0(×10−6/℃)であること。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体の集積回路に使用される半導体チップは年々高集積化が進み、半導体チップの基板となるシリコンウエーハも大量生産、大型化が進んでいる。シリコンウエーハは、通常、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引き上げ装置で引き上げられたシリコン単結晶インゴットを薄板状に切断することによって得られる。
【0003】
シリコン単結晶引き上げ装置の模式図を図1に示す。黒鉛ルツボ8の内側に収納した石英ルツボ4に、図示しない多結晶シリコン塊を充填し、不活性ガス雰囲気中、黒鉛ルツボ8を囲繞する黒鉛ヒーター7でシリコンの融点(1420℃)以上に抵抗加熱して溶融した多結晶シリコン5融液面に、先端に単結晶シリコン2を取り付けたシードチャック1を接触させ、回転させながらシリコン単結晶インゴット3を引き上げる構造になっている。
【0004】
シリコン単結晶引き上げ装置を構成する部品としては、前述した黒鉛ルツボ8、黒鉛ヒーター7の他にもインナーシールド11、ロアーリング9、アッパーリング12、スピルトレー15等があり、これらも黒鉛材料で構成されている。
【0005】
ところが、上記黒鉛材料をシリコン単結晶引き上げ部品として使用すると下記の問題がある。
【0006】
すなわち、(イ)黒鉛部品はシリコン単結晶を引き上げる際に発生する一酸化珪素ガスや石英ルツボと反応し、表層部分が炭化珪素に変化する。表層部分が炭化珪素に変化すると、体積が膨張して黒鉛部品中に内部応力が発生し、黒鉛部品が破壊する原因となる。
【0007】
(ロ)黒鉛部品と炭化珪素とは熱膨張係数に差がある。すなわち、黒鉛の熱膨張係数が4.5〜6.0(×10−6 /℃)であるのに対し、炭化珪素のそれは約4.0(×10−6 /℃)であるので、この差によって熱応力が発生し黒鉛部品にクラックや割れが発生する原因となる。
【0008】
(ハ)黒鉛ルツボ8としては、通常2分割または3分割された物が使用されており、石英ルツボ4との熱膨張係数が大きく異なるため(石英ルツボ4の熱膨張係数は0.5(×10− 6 /℃))、単結晶引き上げ後の冷却によって外側に大きく開き、黒鉛ルツボ8に大きな応力が発生する等の問題がある。
【0009】
(ニ)黒鉛ルツボ8は、昇温中あるいは引き上げ時に一酸化珪素ガスや石英ルツボ4と反応して消耗し、機械的強度が低下する。このような状況下において何らかの要因で機械的な応力を受けると黒鉛ルツボが破壊することがある。
【0010】
近年では、直径が8インチ、12インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶インゴットの引き上げが主流になってきており、これに伴いシリコン単結晶引き上げ装置も大型化されてきている。したがって、熱の浪費も大きくなりやすく、省エネルギー対策の面、操業時間の短縮の観点から、所定の温度まで急速に昇温した場合、これに耐えうる黒鉛材料が求められている。
【0011】
出願人は上述した問題点を解決するために、熱膨張係数と熱伝導率を適正化した黒鉛材料をシリコン単結晶の引き上げ部品として使用すると上述した問題点が解決できることを特開2000−351670公報で提案した。確かに、従来の黒鉛材料に比較すれば黒鉛部品のクラックや割れの防止、長寿命化という点では若干の効果は認められるものの不十分であり、しかも黒鉛部品の表層部分の炭化珪素化を抑制できないという問題が依然として残されていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明は、炭化珪素との熱膨張差によって生じる割れやクラックを防止でき、かつ炭化珪素化を抑制できる単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を加えた結果、黒鉛材料の気孔容積を調節することによって一酸化珪素ガスやシリコン蒸気、シリコン融液等が黒鉛部品内部に侵入する絶対量を低減でき黒鉛部品の炭化珪素化を抑制できるという知見を得た。また、炭化珪素との熱膨張差による熱応力が発生しにくい熱的特性及び化学的特性を有する炭素質骨材を選択して使用することにより上記課題を解決できるという知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
【0014】
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、単結晶の引き上げに使用され、下記(A)〜(B)の物理特性を満たすことを特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛材料を要旨とする。
(A)累積気孔容積が50〜100mm3 /gであること。
(B)室温から1000℃における熱膨張係数が3.0〜4.0×10−6/℃であること。
【0015】
通常、黒鉛材料は微細な気孔(開気孔と閉気孔)とを併せてもっており、累積気孔容積は黒鉛材料の緻密度を示す1つの指標となる。したがって、本発明ではシリコン単結晶を製造する際に発生する一酸化珪素ガス、シリコン蒸気、シリコン融液が黒鉛材料の表面から気孔奥深部にまで侵入しないように黒鉛材料中の累積気孔容積を適正化したものである。累積気孔容積が50mm3/gよりも少ないと、一酸化珪素ガス、シリコン蒸気、シリコン融液の侵入は防止できるものの、黒鉛ルツボとその内部に収納される石英ルツボの接触面積が増加するので炭化珪素化反応よりも黒鉛ルツボと石英との反応の方が進みやすくなり、その結果石英ルツボと黒鉛ルツボが反応・固着しやすくなるため好ましくない。また、累積気孔容積が100mm3/gよりも多くなると、シリコン蒸気、シリコン融液が黒鉛部品の開気孔から黒鉛部品深奥部にまで侵入し炭化珪素化を引き起こす原因となるので好ましくない。累積気孔容積は、50〜80mm3/gの範囲とすることがさらに好ましい。累積気孔容積を上記範囲に調節するためには、黒鉛材料を製造する際の含浸・焼成工程でピッチ、フェノール樹脂等の含浸を繰り返す方法や成形時の圧力を通常よりも若干高めにする方法等が例示できる。
【0016】
黒鉛材料の熱膨張係数については、室温〜1000℃までの熱膨張係数が3.0〜4.0(×10−6/℃)の範囲とする必要がある。熱膨張係数が3.0(×10−6/℃)よりも小さい場合や4.0(×10−6/℃)よりも大きい場合は、シリコン単結晶の引き上げに使用時に炭化珪素との熱膨張差に起因する熱応力が発生して黒鉛部品に割れやクラックが生じる。黒鉛材料の熱膨張係数を上記所定の範囲内のものとするためには、炭素質骨材の一成分である室温〜100℃における熱膨張係数が1.5〜3.5(×10−6/℃)のコークスを選択することによって黒鉛材料の上記熱膨張係数を3.0〜4.0(×10−6/℃)とすることができる。
【0017】
本発明の請求項1に係る発明では、炭素質骨材成分である特定の種類のコークスを使用して熱膨張係数を制御するので黒鉛部品が炭化珪素化されても熱膨張差に起因する熱応力を緩和することができ、もう一方の炭素質骨材成分である黒鉛粉末を添加することによって炭化珪素化を抑制できるという機能を付与したものである。さらに、累積気孔容積をある一定の範囲に制御したので、一酸化ケイ素ガス、シリコン蒸気、シリコン融液の侵入を抑制できるのである。
【0018】
また、黒鉛部品の炭化珪素化を抑制するために、炭素質骨材のもう一方の成分である黒鉛粉末として炭化珪素化しにくい黒鉛粉末を選択する。具体的には、天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末等の黒鉛化度が高い黒鉛粉末を選択することが好ましく、n−ブタノールを用いる方法(JIS R 7222)で測定した真密度が2.1Mg/m3 以上、さらに好ましくは2.15Mg/m3 以上の黒鉛粉末を使用することによって黒鉛部品の炭化珪素化を抑制できる。
【0019】
本発明では、炭素質骨材の1成分である特定の種類のコークスを使用して熱膨張係数を制御して黒鉛部品が炭化珪素化されても熱膨張差に起因する熱応力を緩和することができ、炭素質骨材の残りの1成分である黒鉛粉末によって炭化珪素化を抑制できるという機能を付与したものである。さらに、累積気孔容積をある一定の範囲に制御したので、一酸化珪素ガス、シリコン蒸気、シリコン融液の侵入を抑制できるのである。
【0020】
次に、本発明の請求項2に係る単結晶引き上げ用黒鉛材料の製造方法を具体的に説明する。炭素質骨材となるコークスと黒鉛粉末について説明する。
【0021】
本発明で使用するコークスとしては、請求項1で述べたように100℃における熱膨張係数が1.5〜3.5(×10−6/℃)のコークスであれば、その種類は特に限定されるものではなく、例えば、石油系もしくは石炭系の生コークスまたはか焼コークスが例示できる。具体的にいえば、生石油コークス、か焼石油コークス、生石炭コークス、か焼石炭コークス等が例示でき、これらの1種類あるいは2種類以上を選択して使用することができる。
【0022】
前述したコークスは、平均粒子径が1〜20μmのものを使用することが好ましい。平均粒子径が1μmよりも小さいものを使用すると、粘結材(バインダー)と混練時に粘結材が多量に必要となり、焼成時に材料が割れる危険性があるので好ましくない。平均粒子径が20μmよりも大きいものを使用すると、材料がポーラスとなりかさ密度が低下する傾向になるので好ましくない。平均粒子径は3〜18μmとすることがさらに好ましい。
【0023】
また、骨材のもう一成分となる黒鉛粉末は前述したように、できるだけ真密度が高い黒鉛粉末を選択することが好ましく、n−ブタノールを用いる方法(JIS R 7222)で測定した真密度が2.10Mg/m3 以上、さらに好ましくは2.15Mg/m3 以上の黒鉛粉末を使用することがさらに好ましい。具体的にいえば、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛や、膨張黒鉛、熱分解炭素、キッシュ黒鉛等の人造黒鉛粉末が例示できる。これら黒鉛粉末は1種類あるいは2種類以上を選択して組み合わせて使用することも可能である。
【0024】
前記黒鉛粉末は、平均粒子径が1〜50μmのものを使用することが好ましい。平均粒子径が1μmよりも小さい黒鉛粉末を使用すると、コークスの場合と同様に、混練時に粘結材(バインダー)が多量に必要となり、材料が割れる危険性が出るので好ましくない。平均粒子径が50μmよりも大きいものを使用すると材料がポーラスとなりかさ密度が低下する傾向となるので好ましくない。平均粒子径は5〜40μmとすることがさらに好ましい。
【0025】
次に、上記コークスと黒鉛粉末を配合する。配合条件としては、コークス粉末と黒鉛粉末の配合比率がコークス50重量部以上、黒鉛粉末50重量部以下として全体で100重量部となるように配合条件を設定することが好ましい。コークス粉末の配合比率が50重量部よりも少ないと目的とする黒鉛材料の強度が低下したり、黒鉛材料と炭化珪素との熱膨張差が大きくなったり、黒鉛材料の炭化珪素化を防止できなくなるので好ましくない。したがって、コークス65〜95重量部と黒鉛粉末5〜35重量部を配合することがさらに好ましい。
【0026】
上記炭素質骨材に粘結材を添加し混練する。粘結材の種類は特に限定されるものでなく通常知られているものが使用でき、例えばコールタール、コールタールピッチ、フェノール樹脂等の合成樹脂が例示できる。粘結材の添加量は炭素質骨材100重量部に対して60〜130重量部添加することが好ましく、粘結材が60重量部よりも少ないと炭素質骨材と結合材との結合力が不足して成形性が悪化したり、最終黒鉛材料の機械的強度等の機械的特性が低下するため好ましくない。また、粘結材が130重量部を超えると焼成時に割れ等を生じる場合があるので好ましくない。したがって、炭素質骨材に対する粘結材の割合は70〜120重量部とすることがさらに好ましい。炭素質骨材と粘結材はミキサー、ニーダー等の装置を用いて150〜250℃で1〜10時間混練し、その後冷却して混練物を得る。
【0027】
混練物は剪断式、衝撃式、摩砕式等の粉砕機で粉砕し、分級して成形用粉末とする。このとき、成形用粉末の平均粒子径は20μmよりも大きく最大粒子径の1/2以下に粉砕することが好ましい。成形用粉末の平均粒子径が20μmよりも小さいと、前工程で付与した粘結材が炭素質骨材から剥がれ落ちてしまう場合があるので好ましくなく、また最大粒子径の1/2よりも大きいと部分的に大きな開気孔が発生することがあるので好ましくない。したがって、成形用粉末の平均粒子径は25〜100μmに調節することが累積気孔容積を上記範囲に制御する上でさらに好ましい。
【0028】
上記成形用粉末を押出し成形、冷間静水圧成形等の手段で成形する。成形圧力は通常良く知られている範囲の圧力でよく、最終的な黒鉛材料の累積気孔容積が50〜100mm3 /gとなるように調節すれば良く、例えば50〜200MPaで成形する。なお、最終的な黒鉛材料の物理特性(特に熱膨張係数)の異方比を1.1以下にするためには冷間静水圧成形することがさらに好ましい。
【0029】
上述した方法で得られた成形体を常法により約1000℃で焼成、ピッチ含浸、焼成・炭化を繰り返した後、アチェソン炉あるいは誘導加熱炉等で約3000℃で黒鉛化し、累積気孔容積が50〜100mm3/gの黒鉛材料を得る。
【0030】
なお、上記黒鉛材料を公知の方法、例えば特許第2124702号の手段により塩素、ハロゲン含有ガスを用いて黒鉛材料中に含まれる灰分等の含有量を5ppm以下にしておくことが好ましい。
【0031】
【発明の作用】
本発明では、黒鉛材料の累積気孔容積を調節することにより一酸化ケイ素ガス、シリコン蒸気、シリコン融液が黒鉛部品深奥部へ侵入することを抑制できる。また、炭素質骨材中の一成分であるコークスにより熱膨張係数を調節したので炭化珪素と黒鉛材料との熱膨張差が小さくなり熱応力が発生しにくくなる。さらに、炭素質骨材中に黒鉛粉末を含有させることにより熱伝導率を向上できるだけでなく炭化珪素化し難く、全体として黒鉛部品の長寿命化に繋がると作用があると考えられる。
【実施例】
【0032】
本発明を以下に実施例に基づき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い。
【0033】
(実施例1)
室温〜100℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃で、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス90重量部に、真密度が2.14Mg/m3 で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末10重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物をニーダーから取り出し、室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、寸法がφ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。この炭素質生成形体を1000℃に昇温して焼成した。その後、コールタールピッチを上記焼成体に含浸し、炭化を繰り返した後、アチェソン炉で3000℃で黒鉛化して黒鉛成形体を得た。
【0034】
(実施例2)
室温〜100℃における熱膨張係数が3.4×10−6/℃で、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス80重量部に、真密度が2.10Mg/m3 で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末20重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が70μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、φ700×500(mm)の円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施して黒鉛成形体を得た。
【0035】
(実施例3)
室温〜100℃における熱膨張係数が1.7×10−6/℃で、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス70重量部に、真密度が2.12Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末30重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃に加熱したニーダー混練を行った。この混練物を室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が60μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで静水圧成形し、寸法がφ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施して黒鉛成形体を得た。
【0036】
(実施例4)
室温〜200℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス55重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が20μmの市販の人造黒鉛粉末40重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ85重量部を添加し、250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が40μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、寸法がφ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作で黒鉛成形体を得た。
【0037】
(比較例1)
室温〜100℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス40重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末60重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、φ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施し黒鉛成形体を得た。
【0038】
(比較例2)
室温〜100℃における熱膨張係数が1.4×10−6/℃、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス80重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末20重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃のニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、φ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施し黒鉛成形体を得た。
【0039】
(比較例3)
室温〜100℃における熱膨張係数が3.6×10−6/℃、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス80重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末20重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃のニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、φ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施し黒鉛成形体を得た。
【0040】
(比較例4)
室温〜100℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス80重量部に、真密度が2.05Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末20重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃のニーダーで混練を行った。この混練物を室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、φ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。以下は実施例1と同様の操作を施し黒鉛成形体を得た。
【0041】
(比較例5)
室温〜100℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃で、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス90重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末10重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物をニーダーから取り出し、室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が50μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して60MPaで冷間静水圧成形し、寸法がφ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。この炭素質生成形体を1000℃に昇温して焼成した。その後、コールタールピッチを上記焼成体に含浸し、炭化を繰り返した後、アチェソン炉で3000℃で黒鉛化して黒鉛成形体を得た。
【0042】
(比較例6)
室温〜100℃における熱膨張係数が2.2×10−6/℃で、平均粒子径が10μmの市販の石油コークス90重量部に、真密度が2.14Mg/m3で平均粒子径が25μmの市販の人造黒鉛粉末10重量部を配合して全体を100重量部とした。この配合物100重量部にコールタールピッチ77重量部を添加し、250℃に加熱したニーダーで混練を行った。この混練物をニーダーから取り出し、室温まで冷却後、衝撃式粉砕機で粉砕した。この中から平均粒子径が10μmとなるように分級した分級粉をラバーバッグに充填して100MPaで冷間静水圧成形し、寸法がφ700×500mmの円柱状の炭素質生成形体を得た。この炭素質生成形体を1000℃に昇温して焼成した。その後、コールタールピッチを上記焼成体に含浸し、炭化を繰り返した後、アチェソン炉で3000℃で黒鉛化して黒鉛成形体を得た。
【0043】
上記実施例1〜4と、比較例1〜6の黒鉛成形体から物理特性測定用に下記の寸法の試料を切り出して、かさ密度、熱膨張係数(室温〜1000℃)、累積気孔容積、熱伝導率、熱膨張係数の異方比、灰分含有量を測定した。なお、各物理特性の測定方法は下記の方法でおこなった。
(a)かさ密度は寸法と重量から算出した。
(b)熱膨張係数は理学電機社製の熱機械分析装置(TMA8310)で標準試料として石英を用い、φ5×15(mm)の試料との相対熱膨張を測定し、室温〜1000℃までの熱膨張係数を測定した。
(c)累積気孔容積は、φ10×30mmの試料をFISON社製(型式:ポロシメーター2000)装置を用いて水銀圧入法により、最大圧力100MPa で測定し、気孔半径が0.0068μmの時の気孔容積を累積気孔容積とした。
(d)熱伝導率は、φ10×3mmの円板状の試料を用い、真空理工(株)製の熱拡散測定装置を用いてレーザーフラッシュ法で熱拡散率を求め、これから算出した。
(e)熱膨張係数の異方比は、試料の取り方向を90°変えて(b)の熱膨張係数を測定し、(縦取りと平取りで測定した熱膨張係数)比として算出した。
【0044】
実施例1〜4及び比較例1〜6の試料の物理特性を表1に示す。また、炭素質骨材として用いたコークスの室温〜100℃における熱膨張係数、黒鉛粉末の真密度についても併せて表1に示す。
(f)骨材コークスの室温〜100℃における熱膨張係数は100℃における長さを測定することによって求めた。
(g)黒鉛粉末の真密度はn−ブタノール法(JIS R 7222)によって求めた。
【0045】
【表1】
【0046】
上記実施例1〜4及び比較例1〜6で製造した黒鉛成形体を24インチの黒鉛ルツボ(最も薄い側面部分の肉厚が20mm)に加工した。この黒鉛ルツボを誘導加熱炉に収納し、1.33Pa(パスカル)の減圧下2000℃迄昇温し、ジクロロジフルオロメタンガスを用いて高純度化処理して高純度黒鉛ルツボを得た。なお、予め、実施例1〜4、比較例1〜6で製造した黒鉛成形体から試験片10×10×60(mm)を切り出しておき、同時に高純度処理して灰分量の測定に供した。
(h)灰分量は、灰化法により試料20gを正確に測定し、容積50ccの白金ルツボ装填し、酸素気流中(2〜3リットル/分)で、950℃で恒量になるまで灰化し残った灰分量を測定して求めた。
【0047】
上記10個の高純度黒鉛ルツボをシリコン単結晶引き上げ用部品として使用し、使用回数及び炭化珪素化の程度(黒鉛ルツボの最も炭化珪素化の激しい部分の炭化珪素の厚みを測定した。)を調べた。その結果を併せて表1に示す。
【0048】
表1からコークスの熱膨張係数と黒鉛粉末の真密度、及び累積気孔容積を制御した高純度黒鉛ルツボを使用すると、比較例の高純度黒鉛ルツボに比べて1/2以下に炭化珪素化を低減できるだけでなく、使用回数についても比較例のものに比べて少なくとも3倍以上使用できることがわかる。
【0049】
【発明の効果】
本発明ではコークスの熱膨張係数の制御、黒鉛粉末の真密度制御、かつ黒鉛材料の累積気孔容積制御によって炭化珪素化しにくく、仮に炭化珪素化しても深奥部まで炭化珪素化されにくい黒鉛材料を製造することが可能となるだけでなく、黒鉛材料と炭化珪素の熱膨張差に起因する熱応力を緩和できるので割れやクラックを低減させることが可能となる。したがって、本発明に係る黒鉛材料は黒鉛ルツボ以外の用途、例えば黒鉛ヒーター等の一酸化珪素ガスやシリコン蒸気、シリコン融液等と接触しかつ高温に加熱される部分に好適に使用できる。さらに、黒鉛と上記ガス融液等とが反応しにくくなるので、反応によって新たに発生する一酸化珪素ガス等の絶対量が減少する。よって、炉内の他の黒鉛部品が新たに発生した一酸化珪素ガス等と反応して加速度的に炉内黒鉛部品の炭化珪素化が進行するのを防止できるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引き上げ装置の断面模式図である。
【符号の説明】
1 シードチャック
2 シリコン種結晶
3 シリコン単結晶
4 石英ルツボ
5 溶融多結晶シリコン
6 断熱材
7 黒鉛ヒーター
8 黒鉛ルツボ
9 ロアーリング
10 排気口
11 インナーシールド
12 アッパーリング
13 チャンバー
14 のぞき窓
15 スピルトレー
16 上部シールド
17 支持棒
Claims (3)
- 単結晶の引き上げに使用され、下記(A)、(B)の物理特性を満たすことを特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛材料。
(A)累積気孔容積が50〜100mm3 /gであること。
(B)室温〜1000℃における熱膨張係数が3.0〜4.0(×10−6/℃)であること。 - コークス50重量部以上と黒鉛粉末50重量部以下を配合した炭素質骨材に粘結材を添加、混練した後に粉砕、分級、成形後、常法により焼成、黒鉛化、高純度化することを特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛材料の製造方法。
- 前記コークスの室温〜100℃における熱膨張係数が1.5〜3.5(×10−6/℃)であることを特徴とする請求項2に記載の単結晶引き上げ用黒鉛材料の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002216054A JP4312432B2 (ja) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | 単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 |
KR1020020049741A KR100818859B1 (ko) | 2002-07-25 | 2002-08-22 | 단결정 인상용 흑연재료와 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002216054A JP4312432B2 (ja) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | 単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004059332A true JP2004059332A (ja) | 2004-02-26 |
JP4312432B2 JP4312432B2 (ja) | 2009-08-12 |
Family
ID=31937913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002216054A Expired - Fee Related JP4312432B2 (ja) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | 単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4312432B2 (ja) |
KR (1) | KR100818859B1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012105488A1 (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | 東洋炭素株式会社 | 単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ及びその製造方法 |
JP2013001576A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Ibiden Co Ltd | 黒鉛材の製造方法および黒鉛材 |
JP2014094844A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Ibiden Co Ltd | 黒鉛材の製造方法および炭素系原料の粉砕装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115246737B (zh) * | 2022-08-09 | 2023-05-26 | 中钢集团南京新材料研究院有限公司 | 一种制备等静压石墨制品的焙烧方法及其制品 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57191292A (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-25 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Graphite crucible for preparing single crystal of semiconductor |
JPH07187878A (ja) * | 1992-03-24 | 1995-07-25 | Tokai Carbon Co Ltd | シリコン単結晶製造用黒鉛ルツボ |
JPH05270971A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ及びその製造方法 |
JP3802140B2 (ja) * | 1996-04-08 | 2006-07-26 | 新日本テクノカーボン株式会社 | シリコン単結晶製造用黒鉛ルツボ |
JP3977472B2 (ja) * | 1997-01-23 | 2007-09-19 | 新日本テクノカーボン株式会社 | 低熱膨張係数を有する高密度等方性黒鉛材の製造方法 |
-
2002
- 2002-07-25 JP JP2002216054A patent/JP4312432B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-08-22 KR KR1020020049741A patent/KR100818859B1/ko active IP Right Grant
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012105488A1 (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | 東洋炭素株式会社 | 単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ及びその製造方法 |
JP2013001576A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Ibiden Co Ltd | 黒鉛材の製造方法および黒鉛材 |
JP2014094844A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Ibiden Co Ltd | 黒鉛材の製造方法および炭素系原料の粉砕装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4312432B2 (ja) | 2009-08-12 |
KR100818859B1 (ko) | 2008-04-01 |
KR20040010001A (ko) | 2004-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101659700B1 (ko) | 질화알루미늄 및 질화알루미늄기 복합상 물질의 합성 방법 | |
US4230497A (en) | Dense sintered shaped articles of polycrystalline α-silicon carbide and process for their manufacture | |
US8951638B2 (en) | Silicon carbide powder for producing silicon carbide single crystal and a method for producing the same | |
US7723247B2 (en) | Method for pressurelessly sintering zirconium diboride/silicon carbide composite bodies to high densities | |
JP6131625B2 (ja) | Al4SiC4粉の製造方法及びMgO−Cれんがの製造方法 | |
KR101213658B1 (ko) | 탄소질 내화물 및 그 제조 방법 및 고로의 노 바닥 또는 측벽 | |
JPH0769731A (ja) | 高強度、高嵩密度導電セラミックス | |
US20090048087A1 (en) | High-density pressurelessly sintered zirconium diboride/silicon carbide composite bodies and a method for producing the same | |
TW201829299A (zh) | 高純度氮化矽粉末之製造方法 | |
CN1149284A (zh) | 含碳化硅的复合陶瓷粉料的原位生产 | |
TW201022143A (en) | Preparation of silicon by reaction of silicon oxide and silicon carbide, optionally in the presence of a second carbon source | |
JP2001097775A (ja) | 石英ガラス溶融用カーボン電極およびその製造方法 | |
Huang et al. | Sintering behaviour and properties of SiCAION ceramics | |
Li et al. | Microstructures, mechanical properties and oxidation resistance of SiBCN ceramics with the addition of MgO, ZrO 2 and SiO 2 (MZS) as sintering additives | |
JPH11157935A (ja) | 炭化ホウ素焼結体及びその製造方法 | |
JP2024023759A (ja) | Al4SiC4組成物又はAl4SiC4粉末 | |
JP4312432B2 (ja) | 単結晶引き上げ用黒鉛材料及びその製造方法 | |
KR101532516B1 (ko) | 흑연 재료의 제조 방법 | |
JP3765840B2 (ja) | 炭素材の製造方法 | |
KR100914788B1 (ko) | 내화물 | |
KR101972350B1 (ko) | 탄화 지르코늄 복합체 및 이의 제조방법 | |
JPH0228539B2 (ja) | ||
JP2005298231A (ja) | 等方性黒鉛材の製造方法 | |
Kavitha et al. | Synthesis and characterization of nano silicon carbide powder from agricultural waste | |
JP2000007436A (ja) | 黒鉛材及び黒鉛材の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060124 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060130 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060130 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060323 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061031 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061228 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070123 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20070223 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080128 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090513 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4312432 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150522 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |