JP2008019138A - るつぼ用保護シート - Google Patents
るつぼ用保護シート Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008019138A JP2008019138A JP2006193619A JP2006193619A JP2008019138A JP 2008019138 A JP2008019138 A JP 2008019138A JP 2006193619 A JP2006193619 A JP 2006193619A JP 2006193619 A JP2006193619 A JP 2006193619A JP 2008019138 A JP2008019138 A JP 2008019138A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- sheet
- thermal conductivity
- protective sheet
- thickness
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
【解決手段】内側るつぼ2と外側るつぼ3を有するるつぼ1において、両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシート4であって、面方向の熱伝導率が、120W/(m・K)以上であり、厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおいて、圧縮率が20%以上である。
【選択図】図1
Description
しかるに、石英製の内側るつぼは非常にもろく破損しやすいので外側るつぼに内挿する際には非常に慎重に作業を行わなければならない。また、シリコン単結晶などの製造終了後るつぼを冷却するときに、内側るつぼと外側るつぼの熱膨張係数の違いにより両るつぼに割れ等の損傷が生じるという問題がある。
かかる問題を解決するために、外側るつぼと内側るつぼとの間に、両るつぼを保護するための部材を設けることが行われている。
本発明は、かかる外側るつぼと内側るつぼの間に配置され、両るつぼを保護するために使用されるるつぼ用保護シートに関する。
特許文献1,2には、炭素繊維からなる織物等の炭素繊維部材の表面に、熱分解炭素がコーティングされたシートやファブリックが開示されており、これらのシート等を外側るつぼと内側るつぼとの間に配置する技術が開示されている。そして、これらのシート等は、ある程度柔軟性を有しているので緩衝材として機能する旨の記載がある。
そして、膨張黒鉛シートは可撓性を有し圧縮率並びに復元率の高い材料であり、しかも、平面方向の熱伝導性が良好であるから、るつぼの上下方向の温度の均一化に有効であり熱衝撃や熱膨張度の膨張収縮応力の緩和にも役立つとの記載が特許文献3にはある。
このため、かさ密度を小さくして膨張黒鉛シートの圧縮性を向上させれば、柔軟性や圧縮性が向上するので内挿作業時や冷却時にるつぼが破損する可能性は低くなるものの、面方向の熱伝導率の低下によりシリコン単結晶等の製造時における原材料や石英るつぼの温度の均一性が低下し製品品質が低下してしまう可能性が高くなる。
逆に、かさ密度を大きくして熱伝導率を向上させれば、シリコン単結晶等の製造時における材料や石英るつぼの温度の均一性が高くなり製品品質は向上するのであるが、膨張黒鉛シートの圧縮性が低下しるつぼ冷却時に破損する可能性が高くなる。
第2発明のるつぼ用保護シートは、第1発明において、前記シートは、厚さが、0.2mm以上0.6mm以下であることを特徴とする。
第3発明のるつぼ用保護シートは、第1発明において、厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおいて、復元率が5%以上であることを特徴とする。
第4発明のるつぼ用保護シートは、第1発明において、一辺が200mmである正方形状の前記シートにおける、一辺が25mmである正方形状をした複数の試験領域において、熱伝導率が最大となる試験領域における熱伝導率の値と熱伝導率が最小となる試験領域における熱伝導率の値との差を、全ての試験領域における熱伝導率の平均値で除した値が、0.1以下となるように調整されていることを特徴とする。
第5発明のるつぼ用保護シートは、第1発明において、灰分が、10massppm以下である
ことを特徴とする。
第6発明のるつぼ用保護シートは、請求項1、2、3、4または5記載のシートが、複数枚積層されたものであることを特徴とする。
第2発明によれば、柔軟性を失わずかつ内側るつぼの内挿時に圧縮されてもクッション性を維持できる厚さに形成されている。よって、内側るつぼを内挿するときにシートが割れたりすることを防ぐことができ、しかも、るつぼ冷却時に両るつぼ間に発生する膨張収縮応力も緩和することができる。
第3発明によれば、復元性が高いので、両るつぼ間に発生する膨張収縮量の差に起因して両るつぼ間の隙間が変動しても、シートにより両者の隙間を埋めておくことができるし、シートのクッション性も維持しておくことができる。
第4発明によれば、シートの熱伝導率の位置によるバラツキが小さくなっているので、シート内を熱が移動するときに、シートにヒートスポットが形成されることを防ぐことができる。よって、ヒートスポットに起因する石英るつぼの局所的な軟化変形や、温度ムラによるシリコン単結晶の品質の悪化を防ぐことができる。
第5発明によれば、シート中の灰分が少ないので、シリコンが汚染されることを防ぐことができる。よって、引き上げたシリコン単結晶をより高品質にすることができる。
第6発明によれば、シートが複数枚重ねて形成されているので、シートの厚さが薄くても強度を向上させることができ、緩衝シロが大きくなる。よって、シートの割れを防ぐことができ、クッション性も向上させることができる。
本発明のるつぼ用保護シートを説明する前に、このシートが使用される装置について簡単に説明する。
図1(A)は、シリコン単結晶等を製造する設備の概略説明図であり、(B)はるつぼの拡大説明図である。
図1において、符号1は、シリコン単結晶等の原材料となる多結晶シリコンを収容するるつぼである。このるつぼの周囲にはヒータ5が配設されており、このヒータ5からの輻射熱によりるつぼ1を加熱する構成となっている。このため、ヒータ5によりるつぼ1が加熱されると、るつぼ1からの熱伝導により多結晶シリコンが加熱されて溶融するので、この溶融したシリコンに種結晶を接触させて引き上げることにより、シリコン単結晶を製造することができる。
上記のるつぼ1は、通常、石英製の内側るつぼ2と黒鉛製の外側るつぼ3から構成されているのであるが、内側るつぼ2を外側るつぼ3に内挿する際の破損防止や、シリコン単結晶などの製造終了後るつぼ1を冷却するときにおける両るつぼ2,3を形成する材料の熱膨張係数の違いに起因する損傷防止のために、両るつぼ2,3の間に、シート4が配設される。このシート4に、本発明のるつぼ用保護シートは使用されるのである(図1(B))。
(1)内側るつぼを外側るつぼに内挿する際の衝撃吸収性を有すること(衝撃吸収性)。
(2)内側るつぼをその表面温度が均一な分布となるように、外側るつぼから内側るつぼに熱を伝導すること(加熱の均一性)。
(3)るつぼを冷却するときにおいて、外側るつぼの材料(黒鉛)と内側るつぼの材料(石英)の熱膨張係数の違いに起因する両るつぼの変形量の差を吸収できること(変形量吸収能)。
以下に、本発明のるつぼ用保護シートの各パラメータと、性質(1)〜(3)との関係を説明する。
膨張黒鉛は、綿状または繊維状をしたもの、つまり、その軸方向の長さが半径方向の長さよりも長いものであり、例えば、その軸方向の長さが1〜3mm程度、かつ、半径方向の長さが300〜600μm程度のものである。そして、本発明のるつぼ用保護シート内部では、上記のごとき膨張黒鉛同士が絡みあっているのである。
なお、本発明のるつぼ用保護シートは、上記のごとき膨張黒鉛のみで形成してもよいが、フェノール樹脂やゴム成分等のバインダーが若干(例えば5%程度)混合されていてもよい。
上記のごとき膨張黒鉛から形成された本発明のるつぼ用保護シートは、その厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおいて、圧縮率が20%以上となるものである。圧縮率とは、上記の加圧力で加圧圧縮しているときにおけるシートの厚さを、加圧力が加わっていない状態におけるシートの厚さにより除した値である。
そして、本発明のるつぼ用保護シートが上記のごとき圧縮率を有していれば、内側るつぼを外側るつぼに内挿するときに内側るつぼを外側るつぼに押し付ける方向に力が加わっても、シートが圧縮変形してその力を吸収することができる。つまり、内側るつぼを内挿したときに発生する衝撃をるつぼ用保護シートが吸収できるから、内側るつぼの破損を防ぐことができ、内挿作業の作業性を向上することができるのである。
しかも、るつぼ用保護シートが十分な圧縮率を有しておれば、内側るつぼの底面に凹凸があっても、その凹凸はシートにくい込んだ状態となる。すると、シートにより内側るつぼの外面と外側るつぼの内面との間をシートにより埋めることができる。よって、内側るつぼを外側るつぼに内挿したときに、内側るつぼの底面に凹凸があっても、内側るつぼが傾くことを防ぐことができるから、外側るつぼ内で内側るつぼが傾いたことに起因する溶融シリコンの液もれを防ぐことができる。
また、るつぼ用保護シートは、内側るつぼと外側るつぼとの間に挟まれると、内側るつぼの底面および外側るつぼの内面に密着するように屈曲変形される。このとき、シート自体の強度が弱かったり柔軟性が小さかったりすれば、るつぼ用保護シートが上記のごとき圧縮率を有していても、内側るつぼと外側るつぼとの間に挟まれたときに、シート自体が割れたり欠けたり破れたりする可能性がある。
よって、上記のごとき圧縮率のるつぼ用保護シートにおいて、厚さ0.2〜0.6mmかつかさ密度0.5〜1.6Mg/m3とすれば、衝撃吸収性および変形量吸収能を維持しつつ、シートの割れ等などを防ぐことができるので、好適である。
とくに、るつぼ用保護シートを、厚さ0.4〜0.6mm、しかも、0.5〜1.5Mg/m3としておけば、シートの割れ等をより確実に防ぐことができるし、衝撃吸収性および変形量吸収能をより高くできるので、好適である。
なお、シートを複数枚重ねて使用すれば、一枚のシートの厚さが薄くても強度を向上させることができ、緩衝シロが大きくなる。よって、シートの割れを防ぐことができ、クッション性も向上させることができる。
さらになお、一枚のシートを重ねて使用してもよいし、事前に複数枚のシートを重ねて形成された多層シートを使用してもよい。
なお、復元率とは、上記の加圧力で加圧圧縮しているときにおけるるシートの厚さを、加圧力を除去したときにおけるシートの厚さにより除した値である。
石英製の内側るつぼは熱伝導率がせいぜい2W/(m・K)程度であるのに対し、本発明のるつぼ用保護シートは、その面方向の熱伝導率が120W/(m・K)以上である。
加熱開始時において外側るつぼ内面の温度は必ずしも均一な温度分布ではないため、るつぼ用保護シートにも加熱開始時には温度分布が生じる可能性がある。しかし、上記のごとく、本発明のるつぼ用保護シートの面方向の熱伝導率が石英製の内側るつぼの熱伝導率よりも大きければ、るつぼ用保護シートに温度分布が生じても石英製の内側るつぼをほぼ均一に加熱することができる。すると、内側るつぼ内のシリコンの温度もほぼ均一にできるから、製造されるシリコン単結晶の品質を向上させることができる。
しかも、加熱開始時おける内側るつぼの温度上昇、および、冷却開始時における内側るつぼの温度低下を速くすることができるので、シリコン単結晶の生産性を向上することができる。
具体的には、るつぼ用保護シートの一部を切り取って一辺が200mmである正方形状の試験片を形成し、この試験片において、その一辺が25mmである正方形状をした複数の試験領域における熱伝導率を測定すると、熱伝導率が最大となる試験領域における熱伝導率の値と熱伝導率が最小となる試験領域における熱伝導率の値との差を、全ての試験領域における熱伝導率の平均値で除した値が、0.1以下となるように調整されている。
もし、るつぼ用保護シートの熱伝導率が均一でなければ、熱伝導率の低い部分には他の部分よりも温度が高いヒートスポットが形成される可能性がある。シートにヒートスポットが形成されると、石英製の内側るつぼにおいてヒートスポットと接触している部分だけが他の部分よりも温度が高くなる可能性がある。すると、内側るつぼ内のシリコンが均一な温度とならずシリコン単結晶の品質の悪化が生じたり、内側るつぼのその部分だけ軟化が進み、内側るつぼがわれるといった問題が生じる可能性がある。
しかし、本発明のるつぼ用保護シートは、熱伝導率が上記のごとき性質を有するように製造されているので、シリコン単結晶の品質の悪化や内側るつぼの軟化等を防ぐことができるのである。
まず、天然黒鉛やキッシュ黒鉛等を硫酸や硝酸等の液体に浸漬させた後、400℃以上で熱処理を行うことによって綿状の黒鉛(膨張黒鉛)を形成する。この膨張黒鉛は、厚さが1.0〜30.0mm、かさ密度が0.1〜0.5Mg/m3であり、この膨張黒鉛11を厚さ0.2〜0.6mm、かさ密度0.5〜1.5Mg/m3まで圧縮してるつぼ用保護シートを形成する。
このとき、膨張黒鉛を、送り速度0.1〜20.0m/minとした状態でロール圧延によって圧縮すれば、るつぼ用保護シートの表面に皺等が発生することを防ぐことができ、皺に起因する熱伝導率が低下した部分ができることを防ぐことができる。よって、熱伝導率が均一なるつぼ用保護シートを製造できるのである。
なお、送り速度は、0.1〜20.0m/minであればよいが、0.5〜15.0m/minとすれば、生産性の低下を防ぎつつ、上記のごとき性質を有するるつぼ用保護シートを形成できるので、なお好適である。
測定は、厚さ0.5mmの伝熱シートにおいて、かさ密度を0.1,0.5,0.8,1.0,1.2,1.5,1.8Mg/m3としたときにおける、かさ密度と圧縮率、復元率の関係を確認した。圧縮率は、加圧圧縮前のシート厚さに対する加圧圧縮中におけるシート厚さの割合で評価し、復元率は、加圧圧縮前のシート厚さに対する、加圧圧縮後加圧力が除去されたときにおけるシート厚さの割合で評価した。
なお、シートはハロゲンガスで灰分が10ppm以下となるように調整している。
シートは、かさ密度を0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,1.7Mg/m3とし、厚さを0.1,0.2,0.4,0.6,1.0mとした。
評価は、屈曲性が良好でシートの割れや破れ、欠けが発生せず、しかも、緩衝性に優れている場合には◎とし、屈曲性および緩衝性が許容できる程度である場合には○、屈曲性、緩衝性のいずれかか悪い場合には△とし、いずれも悪い場合には×として表示している。
なお、外側るつぼには東洋炭素(株)製IG−110(内径φ500,高さ490mm)を、内側るつぼには石英るつぼ(外径φ480,高さ500mm)を使用した。
また、シートはハロゲンガスで灰分が10ppm以下となるように調整している。
一方、シートの厚さが厚すぎる場合(1mm)には、十分な緩衝シロがあり、その強度も十分に有しており作業性は悪くならないが、屈曲性が悪くなるので、るつぼ取付時において、シートに曲げる力が加わると、割れや欠けなどが生じる。
測定は、厚さ0.5mmの伝熱シートにおいて、かさ密度を0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,1.7Mg/m3としたときにおける、圧縮率、熱伝導率を確認した。
圧縮率は、実施例1と同様に、厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおける、加圧圧縮前のシート厚さに対する加圧圧縮中におけるシート厚さの割合で評価した。
また、図5に示すように、圧縮率と熱伝導率との関係を確認すると、圧縮率が大きくなるほど熱伝導率は小さくなることが確認できる。つまり、圧縮率と熱伝導率はトレードオフの関係にあることが確認できる。
なお、熱伝導率のバラツキは、200×200mmの本発明の膨張黒鉛シートから、25×25mmの試験片を9つ切り取り、各試験片の面方向の熱伝導率の最大値(Max)と最小値(Min)の差で平均熱伝導率(Ave.)で除した値を比較した。
図6に示すように、本発明のシートの熱伝導率のバラツキは0.1以下であり、均熱性に優れていた。
2 内側るつぼ
3 外側るつぼ
4 るつぼ用保護シート
Claims (6)
- 内側るつぼと外側るつぼを有するるつぼにおける両るつぼの間に配設される膨張黒鉛からなるシートであって、
面方向の熱伝導率が、120W/(m・K)以上であり、
厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおいて、圧縮率が20%以上である
ことを特徴とするるつぼ用保護シート。 - 前記シートは、厚さが、0.2mm以上0.6mm以下である
ことを特徴とする請求項1記載のるつぼ用保護シート。 - 厚さ方向から34.3MPaの加圧力で加圧圧縮したときにおいて、復元率が5%以上である
ことを特徴とする請求項1記載のるつぼ用保護シート。 - 一辺が200mmである正方形状の前記シートにおける、一辺が25mmである正方形状をした複数の試験領域において、
熱伝導率が最大となる試験領域における熱伝導率の値と熱伝導率が最小となる試験領域における熱伝導率の値との差を、全ての試験領域における熱伝導率の平均値で除した値が、0.1以下となるように調整されている
ことを特徴とする請求項1記載のるつぼ用保護シート。 - 灰分が、10massppm以下である
ことを特徴とする請求項1記載のるつぼ用保護シート。 - 請求項1、2、3、4または5記載のシートが、複数枚積層されたものである
ことを特徴とするるつぼ用保護シート。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006193619A JP2008019138A (ja) | 2006-07-14 | 2006-07-14 | るつぼ用保護シート |
US12/373,182 US8864908B2 (en) | 2006-07-14 | 2007-07-09 | Crucible protection sheet and crucible apparatus using the crucible protection sheet |
CN2013100693903A CN103173851A (zh) | 2006-07-14 | 2007-07-09 | 坩埚用保护垫片及使用该坩埚用保护垫片的坩埚装置 |
PCT/JP2007/063661 WO2008007637A1 (en) | 2006-07-14 | 2007-07-09 | Protective sheet for crucible and crucible device using the same |
KR1020087028660A KR101498740B1 (ko) | 2006-07-14 | 2007-07-09 | 도가니용 보호 시트 및 이 도가니용 보호 시트를 이용한 도가니 장치 |
EP07790482.9A EP2042622A4 (en) | 2006-07-14 | 2007-07-09 | PROTECTIVE FOIL FOR LID AND LOCKING DEVICE THEREFOR |
TW096125727A TWI410533B (zh) | 2006-07-14 | 2007-07-13 | A protective sheet for crucible and a crucible device for protecting the sheet with the crucible |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006193619A JP2008019138A (ja) | 2006-07-14 | 2006-07-14 | るつぼ用保護シート |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008019138A true JP2008019138A (ja) | 2008-01-31 |
Family
ID=39075398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006193619A Pending JP2008019138A (ja) | 2006-07-14 | 2006-07-14 | るつぼ用保護シート |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008019138A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113074549A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-06 | 洛阳景瑞工业科技有限公司 | 一种石墨坩埚的防碎裂方法 |
KR20240035864A (ko) | 2021-09-14 | 2024-03-18 | 가부시키가이샤 사무코 | 도가니 보호 시트 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조 방법 |
-
2006
- 2006-07-14 JP JP2006193619A patent/JP2008019138A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113074549A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-06 | 洛阳景瑞工业科技有限公司 | 一种石墨坩埚的防碎裂方法 |
KR20240035864A (ko) | 2021-09-14 | 2024-03-18 | 가부시키가이샤 사무코 | 도가니 보호 시트 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조 방법 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101498740B1 (ko) | 도가니용 보호 시트 및 이 도가니용 보호 시트를 이용한 도가니 장치 | |
JP2008019137A (ja) | るつぼ用保護シート | |
KR101450783B1 (ko) | 그래파이트 필름 및 그래파이트 필름의 제조 방법 | |
JP5586469B2 (ja) | 炭素質フィルムの製造方法、およびグラファイトフィルムの製造方法 | |
JP4801101B2 (ja) | 膨張黒鉛シートの使用方法 | |
JP5386066B2 (ja) | 炭素質ルツボの保護方法、単結晶引き上げ装置、及び炭素質ルツボの保護用シート | |
JP5271795B2 (ja) | 膨張黒鉛シートの使用方法及びシリコンの製造方法 | |
JP5512035B1 (ja) | グラファイトフィルムの製造方法 | |
JP2528285B2 (ja) | 黒鉛ルツボの保護方法 | |
JP2008019138A (ja) | るつぼ用保護シート | |
US8097331B2 (en) | Mold release sheet | |
JP5237189B2 (ja) | 膨張黒鉛シートの使用方法及びシリコンの製造方法 | |
JP2008019139A (ja) | るつぼ用保護シート | |
TW200905021A (en) | Expandable graphite sheet, method for protecting carbonaceous crucible using the expandable graphite sheet, and single crystal pulling apparatus | |
JP2021091564A (ja) | 膨張黒鉛シート用材料、膨張黒鉛シート、膨張黒鉛シート用材料の製造方法及び膨張黒鉛シートの製造方法 | |
JP4774355B2 (ja) | るつぼ用保護シートおよび溶融器具 | |
JP4402149B2 (ja) | 加圧方法 | |
JP4834702B2 (ja) | シリコン単結晶製造用黒鉛ルツボの製造方法 | |
JPH0517174A (ja) | 石英ガラスの成形型 | |
JP5649243B2 (ja) | 膨張黒鉛シート及びこの膨張黒鉛シートを用いた炭素質ルツボの保護方法並びに単結晶引き上げ装置 | |
TWI494272B (zh) | 等方向性石墨材料及其製造方法 | |
JP2006161972A (ja) | 真空断熱材 | |
JP2004067448A (ja) | シリコン単結晶製造用黒鉛ルツボとその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080723 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080723 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20080930 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20081106 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081118 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090119 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090310 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090511 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20090515 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20090626 |