JP2007246357A - Recharging tube for solid raw material, and recharging method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チョクラルスキー(CZ)法による単結晶製造装置における、固形状原料のリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法に関する。 The present invention relates to a solid material recharge tube and a recharge method using the same in an apparatus for producing a single crystal by the Czochralski (CZ) method.
単結晶、例えばシリコン単結晶の製造方法として、いわゆるチョクラルスキー(CZ法)が知られている。この方法では、育成炉内に設置されたルツボに原料塊を収容し、ヒータを高温加熱してルツボ内の原料を融液とする。そして、原料融液面に種結晶を着液させ、種結晶の下方に所望の直径と品質とを有する単結晶を育成する。1回の操業で1本の単結晶を引上げる1本引き操業が広く用いられているが、複数の単結晶を引上げるマルチ引き操業も、リチャージ技術の普及により次第に増える傾向にある。
このようなマルチ引き操業は、一度しか使用できないルツボから複数本の単結晶を製造し、単結晶の生産性を向上させるとともに、高価なルツボを有効に活用して、単結晶製造コストの低減を図ることを目的としている。
上記のマルチ引き操業の際に用いられるリチャージ法の一つとして、リチャージ管リチャージ法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。このリチャージ管リチャージ法では、例えばシリコン単結晶を引上げた後、例えば石英からなる円筒状のリチャージ管に引上げ重量分の固形状多結晶シリコン原料を充填し保有させる。そして、融液面に近づけたリチャージ管下端から、この多結晶シリコン原料を、予め融液表面を固化した固化面へ落下させ原料のリチャージを行なう。
A so-called Czochralski (CZ method) is known as a method for producing a single crystal, for example, a silicon single crystal. In this method, a raw material lump is accommodated in a crucible installed in a growth furnace, and a heater is heated at a high temperature to use the raw material in the crucible as a melt. Then, a seed crystal is deposited on the surface of the raw material melt, and a single crystal having a desired diameter and quality is grown below the seed crystal. A single pulling operation that pulls up a single crystal in one operation is widely used, but a multi-pulling operation that pulls up a plurality of single crystals also tends to increase gradually due to the spread of recharge technology.
This type of multi-drawing operation produces multiple single crystals from a crucible that can only be used once, improves single crystal productivity, and effectively uses expensive crucibles to reduce single crystal production costs. The purpose is to plan.
As one of the recharge methods used in the above multi-drawing operation, a recharge pipe recharge method is known (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). In this recharge tube recharge method, for example, after pulling up a silicon single crystal, a cylindrical recharge tube made of, for example, quartz is filled and held with a solid polycrystalline silicon raw material of the pulled weight. Then, from the lower end of the recharge pipe close to the melt surface, the polycrystalline silicon raw material is dropped onto a solidified surface obtained by solidifying the melt surface in advance, and the raw material is recharged.
近年、単結晶の大口径化が進み、特にシリコン単結晶では、Φ300mm(12インチ)結晶製造が主流になりつつある。そして、このような大口径シリコン単結晶において高歩留まり、高生産性を実現するためには、リチャージ管に充填する固形状原料の重量を増やしリチャージ回数をできるだけ少なくする必要がある。このため、リチャージ管の口径も大口径化することが図られている。
もっとも、引上げ単結晶の温度コントロールにより高品質結晶を得るために、引上げ装置内には輻射シールドやパージパイプが、引上げ単結晶周囲を取り巻く形で設置されている。よって、通常、リチャージ管の最大径は引上げ結晶径程度以上に大きくすることが困難である。したがって、さらに、リチャージ管に充填する固形状原料の重量を増やすためには、リチャージ管の長さを長くせざるを得ないという状況にある。
However, in order to obtain a high-quality crystal by controlling the temperature of the pulling single crystal, a radiation shield and a purge pipe are installed in the pulling device so as to surround the pulling single crystal. Therefore, it is usually difficult to make the maximum diameter of the recharge tube larger than the pulled crystal diameter. Therefore, in order to further increase the weight of the solid raw material filled in the recharge pipe, the length of the recharge pipe must be increased.
上記のような、単結晶の大口径化に伴うリチャージ管の長大化により、リチャージ管の下部にクラック、カケ等の破損が生ずるという問題が顕在化してきた。
なぜなら、リチャージ管が長くなることにより、リチャージする固形状原料がリチャージ管下端に対し、高い位置まで充填される。このため、固形状原料をルツボに投入する際に、原料の落下エネルギーが大きくなり勢いを増して落下することによって、特に、リチャージ管下部で衝突した際に衝突箇所に破損が生じやすくなるからである。
なお、この破損は、固形状原料の落下の1回の衝撃力によって生ずる場合もあれば、繰り返し使用されるリチャージ管に、度重なる衝突による歪が蓄積することによって生ずる場合もある。
そして、リチャージの原料投入中にリチャージ管が破損し、チャンバ内や融液内に飛散した場合、これらの飛散したリチャージ管破片の回収は極めて困難である。したがって、長時間操業を停止せざるを得ない場合があり単結晶の生産性を大きく阻害する。
また、たとえリチャージ管破片が飛散しなくとも、破損したリチャージ管は交換を余儀なくされる。したがって、高価なリチャージ管のコストが単結晶製造コストに跳ね返り、結果的に単結晶製造コストが増大するという問題が生ずる。
このように、リチャージ管の長大化に伴う破損の問題が顕在化する中で、一方の要請として、リチャージ管の軽量化がある。これは、リチャージ管の長大化により、リチャージ装置の重量が重くなると、単結晶製造装置外でのリチャージ装置運搬や、固形状原料充填の際のリチャージ装置のハンドリングが困難となり、単結晶の生産性が悪化することにとる。また、リチャージ装置の重量が重くなると、ワイヤ引上げ装置の引上げ動力への負担増による、引上げモータ性能増大が必要となる。そのため、単結晶製造装置コストひいては単結晶コストの増大につながることによる。
Due to the increase in the length of the recharge tube accompanying the increase in the diameter of the single crystal as described above, the problem that damage such as cracks and chipping occurs in the lower portion of the recharge tube has become apparent.
This is because the solid material to be recharged is filled to a higher position with respect to the lower end of the recharge tube as the recharge tube becomes longer. For this reason, when the solid raw material is thrown into the crucible, the falling energy of the raw material increases and drops with momentum, so that it is easy to cause breakage at the collision location especially when colliding at the lower part of the recharge pipe. is there.
This breakage may be caused by a single impact force of the solid raw material falling, or may be caused by accumulation of strain due to repeated collisions in a recharge tube that is repeatedly used.
If the recharge tube is damaged during the charging of the recharge material and splashes into the chamber or melt, it is extremely difficult to recover the scattered recharge tube fragments. Therefore, the operation may have to be stopped for a long time, which greatly impedes the productivity of the single crystal.
Also, even if the recharge tube fragments do not scatter, the damaged recharge tube must be replaced. Therefore, the cost of the expensive recharge tube rebounds on the single crystal production cost, resulting in a problem that the single crystal production cost increases.
As described above, while the problem of breakage due to the lengthening of the recharge pipe becomes obvious, one demand is to reduce the weight of the recharge pipe. This is because if the recharge device becomes heavier due to the length of the recharge tube, it becomes difficult to transport the recharge device outside the single crystal manufacturing device or to handle the recharge device when filling the solid raw material. Take that to get worse. Further, when the weight of the recharging device becomes heavy, it is necessary to increase the pulling motor performance due to an increase in the load on the pulling power of the wire pulling device. For this reason, the cost of the single crystal manufacturing apparatus and thus the cost of the single crystal are increased.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、特にリチャージ管下部の破壊靭性を大きくすることにより、リチャージ管の破損を防止し、よって単結晶の生産性を向上させることを可能とするリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to prevent breakage of the recharge tube, in particular by increasing the fracture toughness at the lower part of the recharge tube, thereby increasing the productivity of the single crystal. It is an object of the present invention to provide a recharge tube that can be improved and a recharge method using the same.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管であって、
前記リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいことを特徴とする固形状原料のリチャージ管である。
The solid-state raw material recharge pipe of one embodiment of the present invention is
A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
The lower half of the recharge pipe has a fracture toughness greater than that of the upper half.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管であって、
前記リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であることを特徴とする固形状原料のリチャージ管である。
The solid-state raw material recharge pipe of one embodiment of the present invention is
A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube characterized in that the lower half of the recharge tube is thicker than the upper half.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管であって、
前記リチャージ管の下半分に補強材が設けられていることを特徴とする固形状原料のリチャージ管である。
The solid-state raw material recharge pipe of one embodiment of the present invention is
A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube, wherein a reinforcing material is provided in a lower half of the recharge tube.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管であって、
前記リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けることを特徴とする固形状原料のリチャージ管である。
The solid-state raw material recharge pipe of one embodiment of the present invention is
A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
It is a solid material recharge tube characterized in that a spiral projection is provided on the inner wall of the lower half of the recharge tube.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管であって、
前記リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいことを特徴とする固形状原料のリチャージ管で、
前記リチャージ管の上半分に開口部を複数設けることを特徴とする固形状原料のリチャージ管である。
The solid-state raw material recharge pipe of one embodiment of the present invention is
A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube characterized in that the lower half of the recharge tube has a greater fracture toughness than the upper half,
A solid material recharge tube comprising a plurality of openings in the upper half of the recharge tube.
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ管を用いたリチャージ方法は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を充填するための固形状原料のリチャージ管を用いたリチャージ方法であって、
前記リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいことを特徴とする固形状原料のリチャージ管を用いたリチャージ方法である。
The recharge method using the solid-state material recharge tube of one embodiment of the present invention is as follows.
A recharge method using a solid material recharge tube provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt and filling the crucible with a solid material,
A recharge method using a solid material recharge tube, wherein the lower half of the recharge tube has a fracture toughness greater than that of the upper half.
なお、本明細書において、リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいとは、リチャージ管を長さ方向に2等分した場合の下半分の破壊靭性の平均値が、上半分の破壊靭性の平均値よりも大きいことを意味する。
また、本明細書において、リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であるというのは、リチャージ管を長さ方向に2等分した場合の下半分の肉厚の平均値が、上半分の肉厚の平均値よりも大きいことを意味する。
また、本明細書において、リチャージ管の下半分に補強材が設けられているとは、リチャージ管を長さ方向に2等分した場合の下半分の少なくとも一部の領域に補強材が設けられていることを意味する。
また、本明細書において、リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けるとは、リチャージ管を長さ方向に2等分した場合の下半分の少なくとも一部の領域の内側壁に螺旋状の凸部を設けることを意味する。
また、本明細書において、リチャージ管の上半分に開口部を複数設けるというのは、リチャージ管を長さ方向に2等分した場合の上半分の少なくとも一部の領域に開口部を複数設けることを意味する。
In this specification, the fracture toughness of the lower half of the recharge tube is larger than that of the upper half. The average value of the fracture toughness of the lower half when the recharge tube is divided into two equal parts in the length direction is the fracture of the upper half. It means larger than the average value of toughness.
Further, in this specification, the lower half of the recharge tube is thicker than the upper half because the average value of the thickness of the lower half when the recharge tube is divided into two equal parts in the length direction is the upper half. It means that it is larger than the average thickness.
Further, in this specification, that the reinforcing material is provided in the lower half of the recharge pipe means that the reinforcing material is provided in at least a part of the lower half when the recharge pipe is divided into two equal parts in the length direction. Means that
In the present specification, the provision of a spiral convex portion on the inner wall of the lower half of the recharge tube means that the inner wall of at least a part of the lower half when the recharge tube is divided into two equal parts in the length direction. It means that a spiral convex part is provided.
Further, in this specification, providing a plurality of openings in the upper half of the recharge tube means providing a plurality of openings in at least a portion of the upper half when the recharge tube is equally divided into two in the length direction. Means.
本発明によれば、リチャージ管下半分の破壊靭性を大きくすることにより、リチャージ管の破損を防止し、よって単結晶の生産性を向上させることを可能とするリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法を提供することが可能になる。 According to the present invention, by increasing the fracture toughness of the lower half of the recharge tube, the recharge tube can be prevented from being damaged, and thus the productivity of single crystals can be improved, and a recharge method using the same It becomes possible to provide.
以下、本発明に係る固形状原料のリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。なお、ここでは単結晶として、シリコン単結晶を製造する場合を例として記載する。
まず、本発明の実施の形態について詳述する前に、本発明で用いられうる単結晶製造装置およびリチャージ方法について、図面を用いて簡単に説明する。
Embodiments of a solid material recharge tube and a recharge method using the same according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, a case where a silicon single crystal is manufactured as a single crystal will be described as an example.
First, before describing embodiments of the present invention in detail, a single crystal manufacturing apparatus and a recharging method that can be used in the present invention will be briefly described with reference to the drawings.
(単結晶製造装置)
最初に、本発明で用いられうるシリコン単結晶製造装置の構成の一態様について簡単に説明する。
図8は、本発明で用いられうるシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
図8に示すシリコン単結晶製造装置は、原料となる多結晶シリコンが充填されるルツボ101、103、多結晶シリコンを加熱、溶融しシリコン融液105とするための主ヒータ107および、下部ヒータ109がチャンバ111内に格納され、チャンバ111上部には、育成されたシリコン単結晶(図示せず)を引き上げる引き上げ機構(図示せず)が設けられている。
チャンバ1の上部に取り付けられた引き上げ機構からは引き上げワイヤ129が巻き出されており、その先端には、種結晶131を取り付けるための種ホルダ(図示せず)が接続されている。
(Single crystal manufacturing equipment)
First, an aspect of the configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in the present invention will be briefly described.
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of a silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in the present invention.
The silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 8 has
A pulling wire 129 is unwound from a pulling mechanism attached to the upper part of the chamber 1, and a seed holder (not shown) for mounting a
なお、上記ルツボ101、103は、内側にシリコン融液105を直接収容する石英ルツボ101と、石英ルツボ101を外側で支持するためのカーボンルツボ103とから構成されている。ルツボ101、103は、シリコン単結晶製造装置の下部に取り付けられた回転駆動機能(図示せず)によって回転昇降自在なルツボシャフト113によって支持されている。
ルツボ101、103を取り囲むように主ヒータ107および、下部ヒータ109が配置されており、主ヒータ107の外側には、主ヒータ107からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第1の保温材115、第2の保温材117が主ヒータ107の周囲を取り囲むように設けられている。加えて、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第3の保温材119、第4の保温材121が設けられている。そして、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱が引き上げシリコン単結晶123の冷却を阻害しないように輻射シールド125が、シリコン融液105、ルツボ101、103とシリコン単結晶123間に設けられている。なお、保温材115、117の材質については、特に保温性に優れているものを使用することが望ましく、通常成形断熱材が用いられている。保温材119、121の材質については、例えば、成形断熱材、カーボン、あるいはカーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したものが用いられている。輻射シールド125については、輻射熱を調整する役目を果たしているので、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材を設置したものが用いられる。
The
A
このような輻射シールド125が、ルツボ101、103内側に設けられていることが、上述したように、リチャージ管(図示せず)の最大径を制限する要因となっている。
The fact that such a
なお、チャンバ111は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管(図示せず)を通して水冷されている。
さらに、チャンバ111上部にはゲートバルブ(図示せず)を介して、シリコン融液105から引上げられたシリコン単結晶123を保持して取り出すためのサブチャンバ127が設けられている。そして、サブチャンバ127の内周面には、後述するリチャージ管を掛け止めするための、フランジ128が設けられている。また、図示しないが、サブチャンバ上端は天板により封鎖されており、引上げられたシリコン単結晶123の取り出しや後述するリチャージ装置を取り出し可能にするサブチャンバの蓋がサブチャンバ上方側面に設けられている。
The chamber 111 is made of a metal having excellent heat resistance and thermal conductivity, such as stainless steel, and is water-cooled through a cooling pipe (not shown).
Further, a sub-chamber 127 for holding and taking out the silicon
そして、サブチャンバ127上部には、図示しないワイヤ引上げ装置を設けている。ワイヤ引上げ装置は、ワイヤ129を上下動自在に保持しており、ワイヤ129は天板を通して、サブチャンバ127の中心軸に沿って吊り下げられている。ワイヤ129の下端には、シリコン単結晶引上げ工程の際には図8に示すように種結晶131が吊り下げられ、リチャージ工程の際には図11に示すように、リチャージ装置200が吊り下げられる。
A wire pulling device (not shown) is provided above the sub chamber 127. The wire pulling device holds the wire 129 in a vertically movable manner, and the wire 129 is suspended along the central axis of the sub-chamber 127 through the top plate. At the lower end of the wire 129, the
次に、このリチャージ装置について説明する。まず、本発明で用いられうるリチャージ装置200は、図11に示すように、リチャージ管201と底蓋203およびリチャージ管201をサブチャンバ127の中心軸に安定させるためにワイヤ129を通すリング204から構成されている。ワイヤ129は底蓋203の中心部に固定されており、リチャージ管201は、底蓋203によって保持されている。また、リチャージ管201上部外周には、リチャージ管201をサブチャンバ127に設けられたフランジ128で掛け止めするためのストッパ205が設けられている。
ここで、リチャージ管201は、シリコン融液105と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、加工性に優れ、比較的安価な点から石英が好ましいが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
Next, the recharging device will be described. First, as shown in FIG. 11, a
Here, since the
(リチャージ方法)
次に、上記のように構成されたシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いたリチャージ方法の一態様について図8乃至図14を用いて説明する。
(Recharge method)
Next, one mode of a recharging method using the silicon single crystal manufacturing apparatus and the recharging apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS.
まず、シリコン単結晶製造装置100は、ゲートバルブ135を開き、サブチャンバ127の上方側面に設けられた蓋(図示せず)を閉じた状態にしておく。
次に、チャンバ111およびサブチャンバ127の内部を不活性ガスで置換した後、Ar等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ107,109を加熱することにより、予め石英ルツボ101の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料(図示せず)を溶融し、シリコン融液105とする。
次に、図8に示すように、ゲートバルブ135を閉め、チャンバ111とサブチャンバ127と遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持しシリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を開き、ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げる。
ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げた後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を閉じ、サブチャンバ127を密閉する。
First, the silicon single
Next, after the inside of the chamber 111 and the sub-chamber 127 is replaced with an inert gas, a low pressure is maintained in a state where an inert gas such as Ar is supplied. Thereafter, by heating the
Next, as shown in FIG. 8, the
After the
その後、サブチャンバ127を減圧し、サブチャンバ127内部をAr等の不活性雰囲気で満たす。次に、ゲートバルブ135を開き、チャンバ111とサブチャンバ127を連通する。この状態で、種結晶131はシリコン融液105の真上に位置するため、シリコン融液105の輻射熱により予熱される。
次に、ワイヤ129引上げ装置を駆動し、ワイヤ129下端に吊り下げられた種結晶131を降下させ、種結晶131の少なくとも一部をシリコン融液105に浸す。種結晶131がシリコン融液105に浸されると、図9に示すように種結晶131下方に徐々にシリコン単結晶123が成長する。そして、シリコン単結晶123が成長するに従い、所定速度で種結晶131を引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶インゴット150を引上げることが可能となる。
その後、成長したシリコン単結晶インゴット150を、図10に示すようにサブチャンバ127まで上昇させる。そして、ゲートバルブ135を閉じ、チャンバ111とサブチャンバ127とを遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋を開き、シリコン単結晶インゴット150を取り出す。このようにして、1本目のシリコン単結晶インゴット150の製造工程が終了する。
Thereafter, the subchamber 127 is depressurized and the subchamber 127 is filled with an inert atmosphere such as Ar. Next, the
Next, the wire 129 pulling device is driven, the
Thereafter, the grown silicon
次に、単結晶製造装置外で、リチャージする原料となる固形状多結晶シリコン原料155をリチャージ装置200に充填した後に、サブチャンバ127の蓋を開き、図11に示すようにリチャージ装置200をワイヤ129に吊り下げる。
次に、サブチャンバ127の蓋を閉じサブチャンバ127を密閉する。その後、サブチャンバ127を減圧し、サブチャンバ127内部を不活性雰囲気で満たす。
次に、ゲートバルブ135を開き、チャンバ111とサブチャンバ127内を連通させる。この状態でワイヤ129と共にリチャージ装置200を下降させる。
リチャージ装置200が下降していくと、図12に示すように、ストッパ205がフランジ128に接触する。これから更にワイヤ129を下降させると、フランジ128によりリチャージ管201の下降が阻止され、図13に示すように、底蓋203のみが更に下降する。そうすると、リチャージ管201と底蓋203の間に、隙間210が生じ、この隙間210から、固形状多結晶シリコン原料155が、自重により石英ルツボ101内に落下する。
Next, outside the single crystal manufacturing apparatus, the solid polycrystalline silicon
Next, the cover of the sub chamber 127 is closed, and the sub chamber 127 is sealed. Thereafter, the subchamber 127 is depressurized, and the subchamber 127 is filled with an inert atmosphere.
Next, the
When the
この時、リチャージ管201が長大であると、リチャージ管201上部に充填されていた固形状多結晶シリコン原料155の落下エネルギーが大きくなる。そのため、この固形状多結晶シリコン原料155が、リチャージ管201下部内壁に衝突することにより、リチャージ管201の破損が生ずる恐れが増大する。
なお、固形状多結晶シリコン原料155を石英ルツボ101内に落下は、ヒータ107,109を制御してチャンバ内温度を低下させ、石英ルツボ内の残余シリコン融液105の表面が固化した状態で行なわれることが望ましい。なぜなら、表面を固化させることにより、シリコン融液105の飛沫がチャンバ内の部品に付着し部品寿命を短くするという問題を回避できるからである。
At this time, if the
The dropping of the solid polycrystalline silicon
リチャージ管127内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料155が、石英ルツボ101内に投入された後、ワイヤ129を上昇させる。すると、ワイヤ127と底蓋203が上昇する。そして、更にワイヤ129を上昇させることにより、底蓋203に保持されたリチャージ管201が、底蓋203と一体となって上昇する。
なお、リチャージ管127内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料155が、石英ルツボ101内に投入された後、シリコン融液105の表面固化のために、下げていたチャンバ111内温度を、ヒータ107,109を制御することによって上昇させ、石英ルツボ101内に投入した固形状多結晶シリコン原料155を溶融する。
そして、図14に示すようにリチャージ装置200が、サブチャンバ127まで完全に上昇した後に、ゲートバルブ135を閉め、チャンバ111とサブチャンバ127を遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127の蓋を開き、サブチャンバ127内を常圧に戻す。その後、リチャージ装置200を単結晶製造装置100外部に取り出しリチャージ工程が完了する。
After all the solid polycrystalline silicon
Note that, after all the solid polycrystalline silicon
Then, as shown in FIG. 14, after the
上記のシリコン単結晶インゴット150の製造工程とリチャージ工程を繰り返すことにより、石英ルツボ101を交換することなく2本目以降のシリコン単結晶インゴットを連続して製造することが可能となる。
By repeating the manufacturing process and the recharging process of the silicon
[実施の形態1]
次に、実施の形態1のリチャージ管について説明する。本実施の形態のリチャージ管は、リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であることを特徴とする。
図1は、本実施の形態のリチャージ管の説明図である。図1に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の下半分301が上半分303に比べ、肉厚となっている。
[Embodiment 1]
Next, the recharge tube of the first embodiment will be described. The recharge tube of the present embodiment is characterized in that the lower half of the recharge tube is thicker than the upper half.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a recharge tube according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, for example, the
このように、全体が同一の材料で構成されるリチャージ管の下半分を、上半分より肉厚にすることにより、リチャージ管の下半分の破壊靭性を上半分よりも大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、特に落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を向上させることが可能となる。 Thus, by making the lower half of the recharge pipe, which is entirely made of the same material, thicker than the upper half, the fracture toughness of the lower half of the recharge pipe can be made larger than the upper half. Therefore, at the time of recharging, it is possible to prevent damage to the lower part of the recharge tube, which collides with a solid material having a particularly high drop energy, and as a result, it is possible to improve the productivity of single crystals.
また、落下エネルギーの高い固形状原料が衝突することがなく、したがって大きい破壊靭性が要求されることのない、リチャージ管上半分についての厚みをおさえることにより、余分な材料の使用によるコスト上昇を抑制することが出来る。さらに、リチャージ装置全体の総重量を抑えることにより、単結晶製造装置外でのリチャージ装置運搬や、固形状原料充填の際のリチャージ装置のハンドリングが容易となり、この点でも、単結晶の生産性を向上させることが可能となる。さらに、リチャージ装置全体の総重量を抑えることは、ワイヤ引上げ装置の引上げ動力への負担増も低減させるため、余分な引上げモータ性能増大等を招くこともなく、単結晶製造装置コストひいては単結晶コストの低減にも寄与できる。 In addition, by suppressing the thickness of the upper half of the recharge tube, solid materials with high fall energy do not collide, and therefore high fracture toughness is not required. I can do it. In addition, by reducing the total weight of the recharge device, it becomes easier to transport the recharge device outside the single crystal manufacturing device and to handle the recharge device when filling the solid raw material. It becomes possible to improve. In addition, reducing the total weight of the recharging device also reduces the burden on the pulling power of the wire pulling device, so there is no increase in the performance of the pulling motor and the single crystal manufacturing device cost and thus the single crystal cost. Can also contribute to the reduction of
このような、リチャージ管は、例えば、厚さの異なる石英管同士を溶着させることのよって、容易に作成することが可能である。また、例えば、上半分と下半分で厚さの異なる鋳型を作成し、鋳造によって一体成形により作成すれば、溶着より全体の強度をあげたリチャージ管とすることが可能となる。
また、図1では、下端からリチャージ管の長さの1/2に相当する部分の厚みを厚くしたが、下半分の破壊靭性が高くなるのであれば、必ずしも1/2に限らず、例えば、1/3や1/4の部分の厚みを厚くしても構わないし、2/3の部分の厚みを厚くしても構わない。
そして、リチャージ管の材料は、シリコン融液と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、加工性に優れ、比較的安価な点から石英が好ましいが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
Such a recharge tube can be easily produced by, for example, welding quartz tubes having different thicknesses. Further, for example, if molds having different thicknesses are produced in the upper half and the lower half and are produced by integral molding by casting, it is possible to obtain a recharge tube having a higher overall strength than welding.
Further, in FIG. 1, the thickness corresponding to ½ of the length of the recharge tube from the lower end is increased, but if the fracture toughness of the lower half is increased, it is not necessarily limited to ½, The thickness of the 1/3 or 1/4 portion may be increased, or the thickness of the 2/3 portion may be increased.
The material of the recharge tube is close to the silicon melt, so that it is excellent in heat resistance and preferably does not contaminate the wafer. Quartz is preferable because it is excellent in workability and relatively inexpensive. Silicon, silicon nitride, aluminum oxide, or the like can be used.
[実施の形態1の変形例]
図2は、実施の形態1の変形例のリチャージ管の説明図である。図2に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の下端開放部305が肉盛となっている。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 2 is an explanatory diagram of a recharge tube according to a modification of the first embodiment. As shown in FIG. 2, for example, a
このように、一端が開放面であるため、特に衝撃に弱いリチャージ管の下端開放部を肉盛にすることにより、リチャージ管の下端開放部の破壊靭性を他の部分よりも大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、もっとも、落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下端開放部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を向上させることが可能となる。
また、図2のような肉盛は、例えば、石英管を用いる場合、成形された石英管の下端のみ熱し下方より力を加えることにより容易に形成することが可能である。したがって、リチャージ管の製造コストを安くすることが可能である。また、その他にも線形の石英をリチャージ管下端の円周上に溶着することによっても、同様の形状が形成可能である。この場合も実施の形態1等に比べ、容易に安価に下半分の破壊靭性の高いリチャージ管が供給できるという利点がある。
Thus, since one end is an open surface, the fracture toughness of the lower end open part of the recharge pipe can be made larger than the other parts by building up the lower end open part of the recharge pipe that is particularly vulnerable to impact. . Therefore, at the time of recharging, it is possible to prevent breakage of the open portion of the lower end of the recharge pipe where the solid raw material having a high drop energy collides, and as a result, it becomes possible to improve the productivity of the single crystal.
Moreover, for example, when a quartz tube is used, the overlay as shown in FIG. 2 can be easily formed by heating only the lower end of the molded quartz tube and applying a force from below. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the recharge tube. In addition, a similar shape can be formed by welding linear quartz on the circumference of the lower end of the recharge tube. Also in this case, there is an advantage that a recharge pipe having a lower half toughness and high fracture toughness can be easily supplied at a lower cost than in the first embodiment.
[実施の形態2]
次に、実施の形態2のリチャージ管について説明する。本実施の形態のリチャージ装置は、リチャージ管の下半分に補強材が設けられていることを特徴とする。
図3は、本実施の形態のリチャージ管の説明図である。図3に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の下半分の領域に、やはり石英からなる補強材307が複数本設けられている。
[Embodiment 2]
Next, the recharge tube of the second embodiment will be described. The recharging device of the present embodiment is characterized in that a reinforcing material is provided in the lower half of the recharging pipe.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the recharge tube of the present embodiment. As shown in FIG. 3, for example, a plurality of reinforcing
このように、リチャージ管の下半分に補強材を設けることによりを、リチャージ管の下半分の破壊靭性を上半分よりも大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、特に落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を向上させることが可能となる。
また、リチャージ装置全体の総重量を抑えることによって、実施の形態1同様の効果が得られる。
さらに、このようなリチャージ管は、線形の石英を石英管に溶着させるだけで作成することが可能で、実施の形態1よりもさらに容易かつ安価に形成できるという利点がある。
Thus, by providing the reinforcing material in the lower half of the recharge tube, the fracture toughness of the lower half of the recharge tube can be made larger than that of the upper half. Therefore, at the time of recharging, it is possible to prevent damage to the lower part of the recharge tube, which collides with a solid material having a particularly high drop energy, and as a result, it is possible to improve the productivity of single crystals.
Further, the same effect as in the first embodiment can be obtained by suppressing the total weight of the entire recharging device.
Further, such a recharge tube can be produced simply by welding linear quartz to the quartz tube, and has an advantage that it can be formed more easily and at a lower cost than the first embodiment.
また、図3では、下端からリチャージ管の長さの1/2に相当する部分に補強材を設けたが、下半分の破壊靭性が高くなるのであれば、必ずしも1/2に限らず、例えば、1/3や1/4の部分に補強材を設けても構わないし、2/3の部分に補強材を設けても構わない。
そして、補強材の形状についても、下半分の破壊靭性が高くなるのであれば、必ずしも図3のように、リチャージ管の長さ方向に伸びる直線状でなくとも、例えば、円柱方向にリング状に形成しても良いし、例えば、格子状に形成しても良い、あるいは、例えば螺旋状に形成しても構わない。
また、リチャージ管材料の選択ついては、実施の形態1と同様である。そして、補強材については、リチャージ管に石英を用いる場合は、溶着の容易性から補強材にも石英を用いることが望ましい。
しかし、リチャージ管の材料と補強材の材料は必ずしも同一である必要性はない。そして、補強材の材料については、リチャージ管の材料同様、シリコン融液と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
In FIG. 3, the reinforcing material is provided in a portion corresponding to ½ of the length of the recharge pipe from the lower end. However, if the fracture toughness of the lower half is increased, it is not necessarily limited to ½, Further, a reinforcing material may be provided in the 1/3 or 1/4 portion, or a reinforcing material may be provided in the 2/3 portion.
And as for the shape of the reinforcing material, if the fracture toughness of the lower half is increased, the shape of the reinforcing material is not necessarily a straight line extending in the length direction of the recharge tube as shown in FIG. You may form, for example, you may form in a grid | lattice form, or you may form in a spiral form, for example.
The selection of the recharge tube material is the same as that in the first embodiment. As for the reinforcing material, when quartz is used for the recharge tube, it is desirable to use quartz for the reinforcing material because of ease of welding.
However, the material of the recharge tube and the material of the reinforcing material are not necessarily the same. As for the material of the reinforcing material, since it is close to the silicon melt like the material of the recharge tube, it is preferable that it has excellent heat resistance and does not contaminate the wafer. Quartz, silicon carbide, silicon nitride, or oxidation Aluminum or the like can be used.
[実施の形態3]
次に、実施の形態3のリチャージ管について説明する。本実施の形態のリチャージ管は、リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けられていることを特徴とする。
図4は、本実施の形態のリチャージ管の説明図である。図4に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の下半分の領域の内側壁に、やはり石英からなる螺旋状の凸部309が設けられている。
[Embodiment 3]
Next, the recharge tube of the third embodiment will be described. The recharge tube of the present embodiment is characterized in that a spiral convex portion is provided on the inner wall of the lower half of the recharge tube.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the recharge tube of the present embodiment. As shown in FIG. 4, for example, a spiral
このように、リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けることによりを、リチャージ管の下半分の破壊靭性を上半分よりも大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、特に落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を向上させることが可能となる。
また、リチャージ装置全体の総重量を抑えることによって、実施の形態1同様の効果が得られる。
さらに、このようなリチャージ管は、線形の石英を石英管の内壁に溶着させるだけで作成することが可能で、実施の形態1よりもさらに容易かつ安価に形成できるという利点がある。また、例えば、このような螺旋部を有する鋳型を作成し、鋳造によって製造することも可能である。
また、図4では、下端からリチャージ管の長さの1/2に相当する部分の内側壁に螺旋状の凸部を設けたが、下半分の破壊靭性が高くなるのであれば、必ずしも1/2に限らず、例えば、1/3や1/4の部分に凸部を設けても構わないし、2/3の部分に凸部を設けても構わない。
Thus, the provision of the spiral protrusion on the inner wall of the lower half of the recharge tube can make the fracture toughness of the lower half of the recharge tube larger than the upper half. Therefore, at the time of recharging, it is possible to prevent damage to the lower part of the recharge tube, which collides with a solid material having a particularly high drop energy, and as a result, it is possible to improve the productivity of single crystals.
Further, the same effect as in the first embodiment can be obtained by suppressing the total weight of the entire recharging device.
Further, such a recharge tube can be produced simply by welding linear quartz to the inner wall of the quartz tube, and has an advantage that it can be formed more easily and cheaply than the first embodiment. Further, for example, a mold having such a spiral portion can be made and manufactured by casting.
In FIG. 4, the spiral convex portion is provided on the inner wall of the portion corresponding to ½ of the length of the recharge tube from the lower end. However, if the fracture toughness of the lower half is increased, it is not necessarily 1 / For example, a convex portion may be provided at a 1/3 or 1/4 portion, or a convex portion may be provided at a 2/3 portion.
なお、リチャージ管材料の選択ついては、実施の形態1と同様である。そして、螺旋状の凸部については、リチャージ管に石英を用いる場合は、溶着の容易性から螺旋状の凸部についても石英を用いることが望ましい。
しかし、リチャージ管の材料と螺旋状の凸部の材料は必ずしも同一である必要性はない。そして、螺旋状の凸部の材料については、リチャージ管の材料同様、シリコン融液と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
さらに、このように、リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けることにより、固形状原料の落下軌道が凸部に沿った螺旋成分を有することになる。したがって、螺旋状の凸部がない場合に比べて、原料の落下エネルギーが小さくなり、リチャージ管下部の破損を更に軽減させるという効果も有する。
The selection of the recharge tube material is the same as in the first embodiment. As for the spiral convex portions, when quartz is used for the recharge tube, it is desirable to use quartz also for the spiral convex portions for ease of welding.
However, the material of the recharge tube and the material of the spiral convex portion are not necessarily the same. As for the material of the spiral convex portion, it is preferable that the material is close to the silicon melt as well as the material of the recharge tube, so that it has excellent heat resistance and does not contaminate the wafer. Quartz, silicon carbide, silicon nitride Alternatively, aluminum oxide or the like can be used.
Furthermore, by providing the spiral convex portion on the inner wall of the lower half of the recharge pipe as described above, the falling trajectory of the solid raw material has a spiral component along the convex portion. Therefore, compared with the case where there is no spiral convex part, the raw material drop energy is reduced, and there is an effect of further reducing damage to the lower part of the recharge tube.
[実施の形態4]
次に、実施の形態4のリチャージ管について説明する。本実施の形態のリチャージ管は、リチャージ管の上半分に開口部を複数設け、かつ、リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であることを特徴とする。
図5は、本実施の形態のリチャージ管の説明図である。図5に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の上半分には、例えば、楕円形の開口部315が複数設けられている。また、リチャージ管の下半分301が上半分303に比べ、肉厚となっている。
[Embodiment 4]
Next, the recharge tube of the fourth embodiment will be described. The recharge tube of the present embodiment is characterized in that a plurality of openings are provided in the upper half of the recharge tube, and the lower half of the recharge tube is thicker than the upper half.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the recharge tube of the present embodiment. As shown in FIG. 5, for example, a plurality of
このように、全体が同一の材料で構成されるリチャージ管の下半分を、上半分より肉厚にすることにより、リチャージ管の下半分の破壊靭性を上半分よりも大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、特に落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を向上させることが可能となる点については、実施の形態1乃至3と同様である。
そして、落下エネルギーの高い固形状原料が衝突することがなく、したがって大きい破壊靭性が要求されることのない、リチャージ管上半分について開口部を設けることにより、余分な材料の使用によるコスト上昇を一層抑制することが出来る。さらに、リチャージ装置全体の総重量をより一層抑えることにより、単結晶製造装置外でのリチャージ装置運搬や、固形状原料充填の際のリチャージ装置のハンドリングがより一層容易となり、この点でも、単結晶の生産性を向上させることが可能となる。さらに、リチャージ装置全体の総重量をより一層抑えることは、ワイヤ引上げ装置の引上げ動力への負担増も低減させるため、余分な引上げモータ性能増大等を招くこともなく、単結晶製造装置コストひいては単結晶コストの低減にもより一層寄与できる。
Thus, by making the lower half of the recharge pipe, which is entirely made of the same material, thicker than the upper half, the fracture toughness of the lower half of the recharge pipe can be made larger than the upper half. Therefore, when recharging, it is possible to prevent breakage of the lower part of the recharge tube, which collides with a solid raw material with particularly high drop energy, and as a result, it becomes possible to improve the productivity of single crystals. This is the same as in the first to third embodiments.
In addition, by providing an opening in the upper half of the recharge tube that does not collide with a solid raw material having a high fall energy and therefore does not require high fracture toughness, the cost increase due to the use of extra material is further increased. Can be suppressed. Furthermore, by further reducing the total weight of the entire recharging device, it becomes easier to transport the recharging device outside the single crystal manufacturing device and to handle the recharging device when filling the solid raw material. It becomes possible to improve productivity. Furthermore, further reducing the total weight of the entire recharging device also reduces the burden on the pulling power of the wire pulling device, so there is no increase in the performance of the pulling motor, and the single crystal manufacturing device cost and hence the single unit. It can further contribute to the reduction of crystal cost.
このような、リチャージ管は、例えば、厚さの異なる石英管同士を溶着させた後、切削によって開口部を形成することによって、容易に作成することが可能である。また、例えば、上半分と下半分で厚さが異なり、かつ、上半分に開口部を有する鋳型を作成し、鋳造によって一体成形により作成すれば、溶着より全体の強度をあげたリチャージ管とすることが可能となる。
また、図5では、上端からリチャージ管の長さの1/2に相当する部分に開口部を設けているが、上半分の重量が軽くなるのであれば、必ずしも1/2に限らず、例えば、1/3や1/4の部分に開口部を設けても構わないし、2/3の部分に開口部を設けても構わない。
そして、図5では、下端からリチャージ管の長さの1/2に相当する部分の厚みを厚くしたが、下半分の破壊靭性が高くなるのであれば、必ずしも1/2に限らず、例えば、1/3や1/4の部分の厚みを厚くしても構わないし、2/3の部分の厚みを厚くしても構わないのは実施の形態1と同様である。
Such a recharge tube can be easily formed by, for example, forming an opening by cutting after welding quartz tubes having different thicknesses. In addition, for example, if a mold having different thicknesses in the upper half and the lower half and having an opening in the upper half is made by casting and integrated molding, a recharge tube with higher overall strength than welding is obtained. It becomes possible.
Further, in FIG. 5, an opening is provided in a portion corresponding to ½ of the length of the recharge tube from the upper end, but if the weight of the upper half is reduced, it is not necessarily limited to ½, , 1/3 or 1/4 may be provided with an opening, or 2/3 may be provided with an opening.
In FIG. 5, the thickness of the portion corresponding to ½ of the length of the recharge tube from the lower end is increased, but if the fracture toughness of the lower half is increased, it is not necessarily limited to ½, The thickness of the 1/3 or 1/4 portion may be increased, and the thickness of the 2/3 portion may be increased as in the first embodiment.
そして、リチャージ管の材料は、シリコン融液と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、加工性に優れ、比較的安価な点から石英が好ましいが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
さらに、図5においては、開口部の形状をリチャージ管の長さ方向に伸びる楕円形としたが、上半分の重量が軽くなるのであれば、必ずしもリチャージ管の長さ方向に伸びる楕円形に限らず、例えば、横方向に伸びる楕円形、正方形、長方形その他の多角形、あるいは円形などであっても構わない。そして、開口部の最大径については、リチャージ管内の固形状原料がリチャージ管外に出ないように、固形状原料の最小径よりも大きくなるように設定することが望ましい。
The material of the recharge tube is close to the silicon melt, so that it is excellent in heat resistance and preferably does not contaminate the wafer. Quartz is preferable because it is excellent in workability and relatively inexpensive. Silicon, silicon nitride, aluminum oxide, or the like can be used.
Further, in FIG. 5, the shape of the opening is an ellipse extending in the length direction of the recharge tube. However, if the weight of the upper half is reduced, the shape of the opening is not necessarily limited to the ellipse extending in the length direction of the recharge tube. For example, it may be an ellipse, a square, a rectangle, other polygons, or a circle extending in the horizontal direction. The maximum diameter of the opening is desirably set to be larger than the minimum diameter of the solid raw material so that the solid raw material in the recharge pipe does not come out of the recharge pipe.
[実施の形態5]
次に、実施の形態5のリチャージ管について説明する。本実施の形態のリチャージ装置は、実施の形態1、実施の形態1の変形例、実施の形態2乃至4をすべて組み合わせた形態であることを特徴とする。すなわち、リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であり、かつ、リチャージ管の下端開放部が肉盛になっており、かつ、リチャージ管の下半分に補強材が設けられ、かつ、リチャージ管の下半分に不透明石英管を用い、かつ、リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設け、かつ、リチャージ管の上半分に開口部を複数設けることを特徴とする。
図6は、本実施の形態のリチャージ管の説明図である。図6に示すように、例えば、石英からなるリチャージ管の下半分301が上半分303に比べ、肉厚となっている。また、石英からなるリチャージ管の下端開放部305が肉盛となっている。また、石英からなるリチャージ管の下半分の領域に、やはり石英からなる補強材307が設けられている。また、石英からなるリチャージ管の上半分に透明石英管311、下半分の領域に不透明石英管313が用いられている。また、石英からなるリチャージ管の下半分の領域の内側壁に、やはり石英からなる螺旋状の凸部309が設けられている。さらに、石英からなるリチャージ管の上半分には、楕円形の開口部315が複数設けられている。
[Embodiment 5]
Next, the recharge tube of the fifth embodiment will be described. The recharging device according to the present embodiment is characterized in that the first embodiment, the modification of the first embodiment, and the second to fourth embodiments are all combined. That is, the lower half of the recharge pipe is thicker than the upper half, the lower end open portion of the recharge pipe is thickened, a reinforcing material is provided in the lower half of the recharge pipe, and the recharge pipe An opaque quartz tube is used for the lower half, a spiral convex portion is provided on the inner wall of the lower half of the recharge tube, and a plurality of openings are provided on the upper half of the recharge tube.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the recharge tube of the present embodiment. As shown in FIG. 6, for example, the
このように、リチャージ管の下半分の破壊靭性を向上させる要素を組み合わせることにより、リチャージ管の下半分の破壊靭性を上半分よりも極めて大きくすることが出来る。したがって、リチャージの際に、特に落下エネルギーの高い固形状原料が衝突するリチャージ管下部の破損を防止することができ、結果的に単結晶の生産性を大幅に向上させることが可能となる。
そして、リチャージ管上半分について開口部を設けることによりコスト上昇を一層抑制することが出来る。さらに、単結晶の生産性を向上させることが可能となり、かつ、単結晶コストの低減にもより一層寄与できる点については実施の形態4と同様である。
In this way, by combining elements that improve the fracture toughness of the lower half of the recharge pipe, the fracture toughness of the lower half of the recharge pipe can be made much larger than the upper half. Therefore, at the time of recharging, it is possible to prevent damage to the lower part of the recharge tube, which collides with a solid raw material having a particularly high drop energy, and as a result, it is possible to greatly improve the productivity of single crystals.
Further, by providing an opening in the upper half of the recharge tube, the cost increase can be further suppressed. Further, the point that it is possible to improve the productivity of the single crystal and can further contribute to the reduction of the single crystal cost is the same as in the fourth embodiment.
なお、本実施の形態においては、実施の形態1、実施の形態1の変形例、実施の形態2乃至4をすべて組み合わせた形態としたが、要求されるリチャージ管の破壊靭性や生産性、コストを勘案して最適な2以上の形態の組み合わせを適宜選択することも当然可能である。 In the present embodiment, the first embodiment, the modified example of the first embodiment, and the second to fourth embodiments are combined. However, the required fracture toughness, productivity, and cost of the recharge tube are required. Of course, it is possible to appropriately select an optimal combination of two or more forms.
ここでは、固形状原料として、固形状多結晶シリコンを用いたが、多結晶に限らず、固形状単結晶シリコンを用いても構わないし、両方を用いても構わない。また、シリコン以外の原料を用いる場合も同様に、多結晶または単結晶または両方を固形状原料として選択できる。 Here, solid polycrystalline silicon is used as the solid raw material. However, the present invention is not limited to polycrystal, and solid single crystal silicon or both may be used. Similarly, when a raw material other than silicon is used, polycrystal, single crystal, or both can be selected as a solid raw material.
また、上記記載した実施の形態においては、単結晶としてシリコン単結晶を例として記載したが、本発明の適用は、必ずしもシリコン単結晶に限られず、チョクラルスキー(CZ)法を用いて引上げられる単結晶であれば、例えば、GaAs単結晶、InP単結晶等の単結晶についても適用することが可能である。 In the embodiment described above, a silicon single crystal is described as an example of a single crystal. However, the application of the present invention is not necessarily limited to a silicon single crystal, and is pulled up using the Czochralski (CZ) method. As long as it is a single crystal, it can be applied to a single crystal such as a GaAs single crystal or an InP single crystal.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ管、リチャージ方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ管、リチャージ方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての固形状原料のリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法は、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, the description of the single crystal manufacturing apparatus, the recharge apparatus, the recharge tube, the recharge method, etc. that are not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required single crystal manufacturing is performed. Elements related to the apparatus, the recharge apparatus, the recharge tube, the recharge method, and the like can be appropriately selected and used.
In addition, all solid material recharge tubes that include elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art and recharge methods using the same are included in the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例および比較例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
(実施例)
材質が石英からなる内径270mm、長さ1400mmのリチャージ管を準備した。
このリチャージ管は、図7に示すように、リチャージ管下半分301が厚さ6mm、上半分が厚さ4mmと下半分301を肉厚にした。また、下端開放部の厚さが10mmと肉盛にした。また、リチャージ管下半分の下端からリチャージ管の長さの1/2に相当する領域に、石英からなる幅10mm、厚さ7mmの補強材を8本溶着した。さらに、リチャージ管上半分の上端からリチャージ管の長さの1/2に相当する領域に、70mm、短径25mmの楕円形状の開口部を、総計20個設けた。
このリチャージ管を備えたリチャージ装置に固形状シリコン単結晶原料を重量60kg充填し、32インチ石英ルツボ中に残余した150〜300kgのシリコン融液中にリチャージした。
このリチャージ方法によりリチャージテストを12回行なった結果、リチャージ管のクラック、カケ、破損は1回も見られなかった。
(Example)
A recharge tube having an inner diameter of 270 mm and a length of 1400 mm made of quartz was prepared.
As shown in FIG. 7, the
The recharge apparatus equipped with this recharge tube was filled with 60 kg of solid silicon single crystal raw material and recharged into a 150 to 300 kg silicon melt remaining in a 32-inch quartz crucible.
As a result of performing the recharge test 12 times by this recharge method, the recharge tube was not cracked, chipped or broken even once.
(比較例)
材質が石英からなる内径270mm、長さ1400mm、4mmのリチャージ管を準備した。このリチャージ管は、厚さが全体に均一であり、実施例のような補強材、開口部は設けなかった。
このリチャージ管について、実施例と同一の条件で、リチャージテストを12回行なった結果、リチャージ管のクラック、カケ、破損が2回生じた。
(Comparative example)
A recharge tube having an inner diameter of 270 mm, a length of 1400 mm, and 4 mm made of quartz was prepared. This recharge tube had a uniform thickness throughout, and was not provided with a reinforcing material and an opening as in the example.
The recharge tube was subjected to a recharge test 12 times under the same conditions as in the example. As a result, the recharge tube was cracked, chipped and broken twice.
このように、実施例において、本発明を適用することで、リチャージ管下半分の破壊靭性を大きくすることにより、リチャージ管のクラック、カケ、破損を効果的に抑制できることが判明した。 As described above, in the examples, it has been found that by applying the present invention, the fracture toughness of the lower half of the recharge pipe can be increased to effectively suppress cracks, cracks and breakage of the recharge pipe.
101 石英ルツボ
105 シリコン融液
111 チャンバ
127 サブチャンバ
129 ワイヤ
135 ゲートバルブ
155 固形状多結晶シリコン原料
201 リチャージ管
203 底蓋
210 隙間
307 補強材
309 螺旋状の凸部
315 開口部
101
155 Solid polycrystalline silicon
Claims (7)
前記リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいことを特徴とする固形状原料のリチャージ管。 A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube characterized in that the lower half of the recharge tube has a fracture toughness greater than that of the upper half.
前記リチャージ管の下半分が上半分より肉厚であることを特徴とする固形状原料のリチャージ管。 A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube characterized in that the lower half of the recharge tube is thicker than the upper half.
前記リチャージ管の下半分に補強材が設けられていることを特徴とする固形状原料のリチャージ管。 A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid material recharge tube, wherein a reinforcing material is provided in a lower half of the recharge tube.
前記リチャージ管の下半分の内側壁に螺旋状の凸部を設けることを特徴とする固形状原料のリチャージ管。 A recharge pipe for a solid material provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt, and for filling the crucible with a solid material,
A solid-state raw material recharge tube, wherein a spiral convex portion is provided on the inner wall of the lower half of the recharge tube.
前記リチャージ管の下半分が上半分より破壊靭性が大きいことを特徴とする固形状原料のリチャージ管を用いたリチャージ方法。
A recharge method using a solid material recharge tube provided in a single crystal manufacturing apparatus having a crucible for storing a crystal melt and filling the crucible with a solid material,
A recharge method using a solid material recharge tube, wherein the lower half of the recharge tube has a fracture toughness greater than that of the upper half.
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