JP2010100443A

JP2010100443A - 黒鉛部材のライフの評価方法

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Publication number: JP2010100443A
Application number: JP2008270596A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Takeyasu; 志信竹安; Atsushi Iwasaki; 淳岩崎
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP4978610B2

Abstract

【課題】チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造装置の炉内で用いられる、コート膜を有する黒鉛部材のライフを短時間で求め、炉内部品の破損を招くことなく、安全に評価する黒鉛部材のライフの評価方法を提供する。
【解決手段】評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、黒鉛サンプルをシリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、シリコン融液から黒鉛サンプルを同時に引き上げて、コート膜の膜厚を測定し、既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときのコート膜厚を限界膜厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）と、既知および評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１、Ｔｕ１）とを用いて、下記式により、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）を求めて評価する。Ｌｕ１＝Ｌｋ１×（Ｔｕ１／Ｔｋ１）
【選択図】なし

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフの評価方法に関するものである。

一般に、シリコン単結晶を製造する単結晶製造装置の炉内で使用する黒鉛部材は、１０００℃以上の高温に曝され、また、シリコン酸化物を含む雰囲気ガスにより、酸化物が付着してＳｉＣ化および酸化の反応が進行する。このため、シリコン融液面上の部材やヒーター周辺の部材では、ＳｉＣ化および酸化による減肉消耗、ヒビ、割れが発生しやすく、使用ライフが短くなるという問題があった。そこで、ＳｉＣまたは熱分解炭素などでコーティングされた黒鉛部材を使用することで、ＳｉＣ化および酸化の進行を抑制し、使用ライフを延長していた。

この黒鉛部材の評価方法としては、シリコン融液に黒鉛材を浸漬し、浸漬部分の寸法および体積変化から黒鉛材の特性を評価する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。しかし、ＳｉＣまたは熱分解炭素などでコーティングされた黒鉛部材は、シリコン融液に対して高い耐侵食性があり、シリコン融液に浸漬しただけでは、バラツキが多くコート材の耐性を正確に評価できなかった。そのため、単結晶製造装置の炉内で長時間使用した後、コート膜厚の消耗、剥離などを確認する必要があり、評価に時間が掛かっていた。

また、コーティングされた黒鉛部材は、炉内で使用した場合に膜剥離、膜の消耗、消失による部材のＳｉＣ化などの問題を起こすことなく使用できる時間（目標時間）が長く、１０００時間を超えている。また、炉内での膜の消耗が速くなる条件を選んで評価した場合であっても、膜消耗が遅い条件と比較して目標時間が半減できる程度であり、この時間を１／１０以下に短縮することは不可能であった。

さらに、黒鉛部材のコート膜が消耗した場合、部材内部にシリコンが浸透してＳｉＣ化が進行すると、体積膨張によって炉内の黒鉛部材にヒビ、割れなどが発生し、部品として要求される役割を果たさなくという問題がある。そのため、黒鉛部材の評価に長時間を要すると、評価が完了する前に、例えば、シリコン融液が流出することによる炉壁の浸食を防止するための部品にも、ヒビ、割れなどが発生することがあり、安全対策上、非常に問題である。従って、コート膜厚の消耗だけでなく、Ｓｉ浸透厚の変化も評価し、割れの発生の有無を確認する必要があった。しかし、黒鉛部材を炉内で長時間使用している場合、小さなヒビ、割れの発生は外観から観察するだけでは発見することが困難であった。

特開２００２−６８８８６号公報

本発明は、ＣＺ法によりシリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、黒鉛部材のライフを短時間で求め、炉内部品の破損を招くことなく、安全に評価する黒鉛部材のライフの評価方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、前記評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、前記ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、それぞれの前記黒鉛サンプルを前記炉内の石英ルツボ内に保持されたシリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、前記シリコン融液からそれぞれの前記黒鉛サンプルを同時に引き上げて、該黒鉛サンプルのコート膜の膜厚をそれぞれ測定し、前記ライフが既知の黒鉛部材を前記炉内でそのライフまで使用したときの該黒鉛部材のコート膜厚を限界膜厚としたとき、前記既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）と、前記ライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚が前記限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１）と、前記評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚が前記限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ１）とを用いて、下記式（１）によって、前記評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）を求めて評価することを特徴とする単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法を提供する（請求項１）。
Ｌｕ１＝Ｌｋ１×（Ｔｕ１／Ｔｋ１）・・・・・（１）

このように、黒鉛サンプルを用いて、黒鉛部材を炉内の部品に用いたときのライフを求めることで、従来に比較して、非常に短い時間で黒鉛部材のライフを評価することができる。そのため、評価中に炉内の部品のライフが経過して、予期せぬ破損を招くことがなく、安全に黒鉛部材のライフを評価することができる。

また、評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを、シリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、シリコン融液からそれぞれの黒鉛サンプルを同時に引き上げることで、それぞれの黒鉛サンプルを同一条件下に置くことができ、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルを基準にして、正確にライフを求めて評価することができる。

さらに、ライフが既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときの黒鉛部材のコート膜厚を限界膜厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）と、それぞれの黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１、Ｔｕ１）とを用いて、式（１）によって、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）を求めることで、コート膜が薄くなり膜厚の消耗率が変化する場合、すなわちコート膜の溶解速度が一定でない場合であっても、正確にライフを求めることができる。
また、コート膜厚の限界値からライフを求めることで、コート膜に損傷ができる前の限界使用時間を黒鉛部材のライフとすることができるため、安全性が保証された黒鉛部材の評価方法とすることができる。

また、本発明は、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、前記評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、前記ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、それぞれの前記黒鉛サンプルを前記炉内の石英ルツボ内に保持されたシリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、前記シリコン融液からそれぞれの前記黒鉛サンプルを同時に引き上げて、該黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚をそれぞれ測定し、前記ライフが既知の黒鉛部材を前記炉内でそのライフまで使用したときの該黒鉛部材のＳｉ浸透厚を限界浸透厚としたとき、前記既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ２）と、前記ライフが既知の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が前記限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ２）と、前記評価対象の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が前記限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ２）とを用いて、下記式（２）によって、前記評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）を求めて評価することを特徴とする単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法を提供する（請求項２）。
Ｌｕ２＝Ｌｋ２×（Ｔｕ２／Ｔｋ２）・・・・・（２）

さらに、ライフが既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときの黒鉛部材のＳｉ浸透厚を限界浸透厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ２）と、それぞれの黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ２、Ｔｕ２）とを用いて、式（２）によって、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）を求めることで、コート膜が薄くなりＳｉの浸透量が変化する場合、すなわちＳｉ浸透厚が急激に増加する場合であっても、正確にライフを求めることができる。
また、Ｓｉ浸透厚の限界値からライフを求めることで、黒鉛部材内部のＳｉＣ化による体積膨張で、黒鉛部材にヒビ、割れなどが発生することがない限界使用時間をライフとすることができるため、予期せぬ炉内部品の破損を防止して、安全性が保証された黒鉛部材の評価方法とすることができる。

また、本発明の評価方法では、前記黒鉛サンプルの引き上げは、段階的に行うことが好ましい（請求項３）。
このように、それぞれの黒鉛サンプルをシリコン融液から引き上げる際に、複数回に分けて段階的に引き上げることで、１本のサンプル中に浸漬時間の違う部分を得ることができるため、複数のサンプルを使用することなく、短時間で黒鉛サンプルのコート膜厚やＳｉ浸透厚を測定することができる。そのため、より短時間でライフを求めて、黒鉛部材を評価することができる。

また、本発明の評価方法では、上記に記載の方法で求めた前記ライフ（Ｌｕ１）と、上記に記載の方法で求めた前記ライフ（Ｌｕ２）とを比較して、時間の短い方を前記評価対象の黒鉛部材のライフとして評価することができる（請求項４）。
このように、２つのライフ（Ｌｕ１、Ｌｕ２）を比較して、時間の短い方を黒鉛部材のライフとすることで、より厳しい限界における使用時間を求めることができる。そのため、より安全性が保証された黒鉛部材の評価方法とすることができる。

以上説明したように、本発明では、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、黒鉛部材を炉内の部品に用いたときのライフを求めることで、従来に比較して、非常に短い時間で黒鉛部材のライフをより正確に評価することができ、黒鉛部材の予期せぬ破損を招くことがなく、安全に黒鉛部材のライフを評価することができる。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、黒鉛部材の評価方法は、実際に単結晶製造装置の炉内で部品を長時間使用して実績を積み重ねた後、コート膜厚の消耗、剥離などを確認する必要があり、長時間の評価を要する上にバラツキも多かった。そして、部品により形状、使用条件等が異なるために、個々の部品ごとにコート膜の材質を変えて評価する必要もあり、評価に要する時間を１／１０以下に短縮することは不可能であった。

また、黒鉛部材のコート膜が消耗した場合、黒鉛部材にヒビ、割れなどが発生するため、評価に長時間を要することで、評価が完了する前に、安全対策用の部品にもヒビ、割れなどが発生することがあり、安全対策上、非常に問題であった。

具体的には、既知のライフを基にして、評価対象の黒鉛部材のライフを予測したときに、そのライフまで、ヒビ、割れなどの問題がない場合には、その後、徐々に使用時間を延長して、実際のライフを評価するため、評価時間が長くなるという不具合が生じてしまい、また逆に、予測したライフよりも短い時間でヒビ、割れなどが発生した場合、予期せぬ炉内部品の破損により操業を中断し、単結晶を製造できなくなるという損害を被ることもある。

一方、種々の実験の結果、コート膜の消耗率は、炉内での実際の使用時間とシリコン融液への浸漬時間に相関関係があり、短時間の浸漬でも炉内で長時間使用した場合のコート膜の消耗率を予測できることがわかった。

そこで、本発明者らは、短時間で安全に黒鉛部材の評価を行うために、既にライフが分かっている黒鉛サンプルを用いて、その既知のライフを基にして、実際に炉内で使用した時の黒鉛部材のライフを求めることに想到し、評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既に分かっているコート膜を有する黒鉛サンプルとを、同時にシリコン融液に浸漬して、それぞれのコート膜厚またはＳｉ浸透厚を測定し、既知のライフから実際に炉内で使用した時の黒鉛部材のライフを求めることを試みた。

その結果、従来の評価時間の約１／１０００という短時間で、黒鉛部材のライフを求めることができることがわかった。
また、その求めたライフが実際に炉内で黒鉛部材を使用した時のライフと一致するか否かの確認をしたところ、約１％の誤差範囲で一致することがわかった。

本発明は、上記の知見および発見に基づいて完成されたものであり、以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明の黒鉛部材のライフの評価方法で用いる単結晶製造装置の一部を示す概略図である。また、図２は本発明の黒鉛部材のライフの評価方法で用いる黒鉛サンプルの取り付け部を示す図である。

ＣＺ法において単結晶製造装置を用いて、シリコン単結晶を製造した後には、図１に示すように、石英ルツボ１内に残存したシリコン融液２が収容されている。引上ワイヤ４によって吊るされたモリブデンホルダ５の下には、サンプルホルダ６が取り付けられていて、そのサンプルホルダ６に黒鉛サンプル３が取り付けられる。

図２に示すように、黒鉛サンプル３は最低２本以上の複数本取り付けることができ、また、サンプルホルダの円形部分にネジ穴があり、そのネジ穴に黒鉛サンプル３のネジ部をはめ込むことで取り付けることができる。

本発明の黒鉛部材のライフの評価方法では、図１に示すような単結晶製造装置の石英ルツボ１内に保持されたシリコン融液２に、図２に示すような黒鉛サンプル３を同時に所定時間浸漬して、引き上げた後、黒鉛サンプル３のコート膜厚やＳｉ浸透厚を測定して、黒鉛部材のライフを求める。
以下に、図面を参照しながら、本発明における黒鉛部材のライフの評価方法を説明する。

図３は本発明の黒鉛部材のライフの評価方法における黒鉛サンプルの浸漬方法の一例を示す図である。
まず、図２に示すように、サンプルホルダに、評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既に分かっているコート膜を有する黒鉛サンプルを取り付ける。このとき、黒鉛サンプルは、例えば２０×２０×１２０ｍｍのサイズで先端部が２０ｍｍ程度ネジ部となっており、サンプルホルダに螺合できるようになっているものを用いることができる。そして、図３（ａ）に示すように、黒鉛サンプル３をシリコン融液２の液面より２０ｍｍ上方で十分予熱する。その後、図３（ｂ）に示すように、黒鉛サンプル３をシリコン融液２に同時に所定時間浸漬させる。このとき、例えば、３回の浸漬を実施する場合、１回目１０分間、２回目３０分間、３回目６０分間として、黒鉛サンプル３をシリコン融液２中に所定時間放置する。このとき、黒鉛サンプル３は、１回目に５０ｍｍ浸漬させた後、１５ｍｍずつ引き上げて、２回目は３５ｍｍ、３回目は２０ｍｍ浸漬させる。
このように、サンプルの引き上げは段階的に行うようにすることで、１本のサンプルで異なる浸漬時間のものを作成することができる。もちろん、別々のサンプルを用いるようにしてもよい。

所定時間の浸漬が終了した後、サンプルホルダ６ごと黒鉛サンプル３をシリコン融液２から引き上げて、冷却させた後、単結晶製造装置から取り出す。その後、黒鉛サンプル３を図４に示すように縦割りにして、浸漬時間の違う各部分の中央付近（図４中（ａ）、（ｂ）、（ｃ））、浸漬中に反応が進行しやすい融液面付近（図４中（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、及び未浸漬部分（図４中（ｇ））について、断面のコート膜厚およびＳｉ浸透厚を顕微鏡観察で測定する。

さらに、コート膜厚およびＳｉ浸透厚の測定結果を図５のようにグラフ化して、ライフが既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときの黒鉛部材のコート膜厚を限界膜厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）と、図５のようなグラフから求められるライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１）と、評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ１）とを用いて、下記式（１）によって、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）を求めて評価を行う。
Ｌｕ１＝Ｌｋ１×（Ｔｕ１／Ｔｋ１）・・・・・（１）

ここで、具体例を示すと、ライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚（１０μｍ）に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１）が１．２時間であり、評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚が限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ１）が１時間であるとすると、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）は、Ｌｕ１＝０．８３３×Ｌｋ１となり、既知の黒鉛部材の８３％で、既知のライフよりも１７％短いことが評価できる。

また、ライフが既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときの黒鉛部材のＳｉ浸透厚を限界浸透厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ２）と、図５のようなグラフから求められるライフが既知の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ２）と、評価対象の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ２）とを用いて、下記式（２）によって、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）を求めて評価を行う。
Ｌｕ２＝Ｌｋ２×（Ｔｕ２／Ｔｋ２）・・・・・（２）

ここで、具体例を示すと、ライフが既知の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が限界浸透厚（３００μｍ）に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ２）が１．５時間であり、評価対象の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ２）が１．２時間であるとすると、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）は、Ｌｕ１＝０．８×Ｌｋ２となり、既知の黒鉛部材の８０％で、既知のライフよりも２０％短いことが評価できる。

このように、黒鉛サンプルを用いて、黒鉛部材を炉内の部品に用いたときのライフを求めることで、従来のように、実際に評価対象の黒鉛部材を炉内部品に使用しながら評価を行う必要がない。そのため、従来に比較して、非常に短い時間で黒鉛部材のライフを評価することができる。
また、短い時間で評価ができるため、評価中に炉内の部品のライフが経過して、予期せぬ破損を招く危険性がなく、安全に黒鉛部材のライフを評価することができる。

また、本発明の評価方法では、評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを、シリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、サンプルホルダごと黒鉛サンプルをシリコン融液から同時に引き上げて、冷却させた後、単結晶製造装置から取り出す。そのため、それぞれの黒鉛サンプルを同一条件下に置くことができ、ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルを基準にして、正確にライフを求めて評価することができる。また、この方法であると評価対象を１度に複数行うことも簡単であり、同一条件でより正確に各サンプルの評価をすることができる。

さらに、ライフが既知の黒鉛部材を炉内でそのライフまで使用したときの黒鉛部材のコート膜厚またはＳｉ浸透厚を限界膜厚または限界浸透厚としたとき、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１、Ｌｋ２）と、それぞれの黒鉛サンプルのコート膜厚またはＳｉ浸透厚が限界膜厚または限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１、Ｔｕ１、Ｔｋ２、Ｔｕ２）とを用いて、式（１）または（２）によって、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１、Ｌｕ２）を求めることで、コート膜が薄くなりＳｉの浸透量が変化する場合、すなわちＳｉ浸透厚が急激に増加する場合であっても、正確にライフを求めることができる。

また、コート膜厚の限界値からライフを求めることで、コート膜に損傷ができる前の限界使用時間を黒鉛部材のライフとすることができ、また、Ｓｉ浸透厚の限界値からライフを求めることで、黒鉛部材内部のＳｉＣ化による体積膨張で、黒鉛部材にヒビ、割れなどが発生することがない限界使用時間をライフとすることができる。そのため、予期せぬ炉内部品の破損を防止して、安全性が保証された黒鉛部材の評価方法とすることができる。

さらに、上記の具体例において、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１、Ｌｋ２）が１５００時間であり、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）が１２５０時間、（Ｌｕ２）が１２００時間であった場合、時間の短いＬｕ２の１２００時間を評価対象の黒鉛部材のライフとして評価することができる。
このように、２つのライフ（Ｌｕ１、Ｌｕ２）を比較して、時間の短い方を黒鉛部材のライフとすることで、より厳しい限界における使用時間をライフとして求めることができる。そのため、より安全性が保証された黒鉛部材の評価方法とすることができる。

なお、上記の具体例においては、図３に示すように、黒鉛サンプルを３回に分けて、段階的に引き上げを行ったが、黒鉛サンプルを複数本使用して、シリコン融液へそれぞれ所定時間浸漬した後に、黒鉛サンプルのコート膜厚やＳｉ浸透厚を測定しても構わない。

次に本発明の実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
ＣＺ法により直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を製造した後、図１に示すような直径３００ｍｍの石英ルツボ１内に２５ｋｇのシリコン融液２が残存している場合に、黒鉛サンプル３として、評価対象２本、既知のライフのサンプル２本を用意して、シリコン融液２にそれぞれの黒鉛サンプル３を所定時間浸漬し、その後の黒鉛サンプル３のコート膜厚およびＳｉ浸透厚を測定して、評価対象のライフを求めた。
このとき、使用した黒鉛サンプル３は、形状が１辺２０ｍｍの角柱状で長さ１００ｍｍであり、コート膜は、評価対象が平均膜厚３７μｍのＳｉＣ被膜、既知のライフのサンプルが平均膜厚４２μｍの熱分解炭素被膜であった。

まず、それぞれの黒鉛サンプルをシリコン融液の液面上方２０ｍｍの位置で、約２０分間予熱した。その後、１回目の浸漬放置として、シリコン融液に６５ｍｍ黒鉛サンプルを浸漬し、１０分間そのまま放置した。この際、融液が固化しないように、浸漬前にヒーターパワーを操作し、炉内温度を十分な高温に保った。
その後、８ｍｍ黒鉛サンプルを引き上げ、その位置で１０分間の浸漬放置を行い、計２０分間の浸漬放置を実施した。さらに、８ｍｍ黒鉛サンプルを引き上げ、その位置で１０分間の浸漬放置を行い、計３０分間の浸漬放置を実施した。その後も、８ｍｍずつ黒鉛サンプルを引き上げて、１０分間ずつ浸漬放置を実施して、計８０分間の浸漬放置を実施した後、サンプルホルダごと黒鉛サンプルをシリコン融液面上のさらに上部に引き上げて、十分に冷却させた後、単結晶製造装置より取り出した。

その後、図４に示すように、黒鉛サンプルを縦割りにして、浸漬時間の違う各部分の中央付近（図４中（ａ）、（ｂ）、（ｃ））、浸漬中に反応が進行しやすい融液面付近（図４中（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、及び未浸漬部分（図４中（ｇ））について、断面のコート膜厚およびＳｉ浸透厚を顕微鏡観察した。

その結果、融液面付近（図４中（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））では、コート膜の消耗が激しく、局部的にほとんどの膜が消失していた。
ここで、図６は評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚およびＳｉ浸透厚を示した図であり、また、図７はライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚およびＳｉ浸透厚を示した図である。なお、浸漬時間の違う各部分の中央付近（図４中（ａ）、（ｂ）、（ｃ））において、２箇所ずつ測定したそれぞれ２本分の計４つの測定値を平均してプロットした。

ここで、既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）は１０００時間、限界膜厚は１０μｍであり、また、図６および図７より、Ｔｕ１＝６９分、Ｔｋ１＝７７分であった。従って、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）は、Ｌｕ１＝Ｌｋ１×（Ｔｕ１／Ｔｋ１）より、Ｌｕ１＝Ｌｋ１×０．８９６＝８９６時間と求めることができた。

さらに、限界浸透厚は４００μｍであり、また、図６および図７より、Ｔｕ２＝７４分、Ｔｋ２＝８３分であった。従って、評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）は、Ｌｕ２＝Ｌｋ２×（Ｔｕ２／Ｔｋ２）より、Ｌｕ２＝Ｌｋ２×０．８９１＝８９１時間と求めることができた。
以上より、Ｌｕ２の時間の短い方を採用すると、評価対象の黒鉛部材のライフは、厳しく見積もって約８９０時間と評価することができた。

（比較例）
上記の実施例に用いた評価対象の黒鉛部材およびライフが既知の黒鉛部材をそれぞれ７個用意して、実際に単結晶製造装置の炉内で長時間使用して、コート膜厚およびＳｉ浸透厚を測定した。このとき、１個目は未使用の状態であり、その他の６個は、既知のライフ（Ｌｋ＝１０００時間）を１００％としたとき、それぞれ２０％、４０％、６０％、８０％、９０％、１００％使用したときに炉内から取り出して、コート膜厚およびＳｉ浸透厚を測定した。

このときのコート膜厚を図８、Ｓｉ浸透厚を図９に示す。
図８および図９より、評価対象の黒鉛部材のライフは、既知のライフの９０％（９００時間）であることがわかった。

以上のことから、実施例で求めたライフ（８９０時間）は、比較例で求めたライフ（９００時間）とほぼ一致することがわかった。また、実際に長時間を要してライフを評価することなく、サンプルを用いてライフを求めて評価することができることがわかった。なお、このとき、実施例の評価に要した時間は、約２時間という短時間であるのに対し、比較例は１０００時間以上であった。

これにより、本発明の黒鉛部材のライフの評価方法によれば、短時間で黒鉛部材のライフを求めて評価することができる。そのため、黒鉛部材のヒビ、割れを発生することなく、安全に黒鉛部材のライフを評価することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の黒鉛部材のライフの評価方法で用いる単結晶製造装置の一部を示す概略図である。本発明の黒鉛部材のライフの評価方法で用いる黒鉛サンプルの取り付け部を示す図である。本発明の黒鉛部材のライフの評価方法における黒鉛サンプルの浸漬方法の一例を示す図である。本発明の黒鉛部材のライフの評価方法におけるシリコン融液浸漬後の黒鉛サンプルを縦割りにした断面を示した図である。本発明の黒鉛部材のライフの評価方法における黒鉛サンプルのコート膜厚およびＳｉ浸透厚の測定結果の例を示した図である。実施例における評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚およびＳｉ浸透厚を示した図である。実施例におけるライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚およびＳｉ浸透厚を示した図である。比較例における評価対象およびライフが既知の黒鉛部材のコート膜厚を示した図である。比較例における評価対象およびライフが既知の黒鉛部材のＳｉ浸透厚を示した図である。

符号の説明

１…石英ルツボ、２…シリコン融液、３…黒鉛サンプル、４…引上ワイヤ、５…モリブデンホルダ、６…サンプルホルダ。

Claims

チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、
前記評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、前記ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、
それぞれの前記黒鉛サンプルを前記炉内の石英ルツボ内に保持されたシリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、前記シリコン融液からそれぞれの前記黒鉛サンプルを同時に引き上げて、該黒鉛サンプルのコート膜の膜厚をそれぞれ測定し、
前記ライフが既知の黒鉛部材を前記炉内でそのライフまで使用したときの該黒鉛部材のコート膜厚を限界膜厚としたとき、
前記既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ１）と、前記ライフが既知の黒鉛サンプルのコート膜厚が前記限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ１）と、前記評価対象の黒鉛サンプルのコート膜厚が前記限界膜厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ１）とを用いて、下記式（１）によって、前記評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ１）を求めて評価することを特徴とする単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法。
Ｌｕ１＝Ｌｋ１×（Ｔｕ１／Ｔｋ１）・・・・・（１）
チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、
前記評価対象と同じ材質で同じ膜厚のコート膜を有する黒鉛サンプルと、前記ライフが既知のコート膜を有する黒鉛サンプルとを用いて、
それぞれの前記黒鉛サンプルを前記炉内の石英ルツボ内に保持されたシリコン融液に同時に所定時間浸漬し、その後、前記シリコン融液からそれぞれの前記黒鉛サンプルを同時に引き上げて、該黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚をそれぞれ測定し、
前記ライフが既知の黒鉛部材を前記炉内でそのライフまで使用したときの該黒鉛部材のＳｉ浸透厚を限界浸透厚としたとき、
前記既知の黒鉛部材のライフ（Ｌｋ２）と、前記ライフが既知の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が前記限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｋ２）と、前記評価対象の黒鉛サンプルのＳｉ浸透厚が前記限界浸透厚に達するまでの浸漬時間（Ｔｕ２）とを用いて、下記式（２）によって、前記評価対象の黒鉛部材のライフ（Ｌｕ２）を求めて評価することを特徴とする単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法。
Ｌｕ２＝Ｌｋ２×（Ｔｕ２／Ｔｋ２）・・・・・（２）
前記黒鉛サンプルの引き上げは、段階的に行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法。
チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を製造する装置の炉内で用いられるコート膜を有する黒鉛部材のライフを評価する方法において、
請求項１または請求項３に記載の方法で求めた前記ライフ（Ｌｕ１）と、請求項２または請求項３に記載の方法で求めた前記ライフ（Ｌｕ２）とを比較して、時間の短い方を前記評価対象の黒鉛部材のライフとして評価することを特徴とする単結晶製造装置用の黒鉛部材のライフの評価方法。