JP2012116691A - Melting apparatus of single crystal raw material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a melting apparatus of a single crystal raw material, with which the single crystal raw material supplied in a crucible can be directly heated from the upper side of the crucible, while suppressing complication of a structure of a main chamber and increase in the equipment cost.SOLUTION: The melting apparatus of a single crystal raw material includes: a body which has a moving mechanism; a cylindrical body which has a lower open end linked to a gate valve of a main chamber of a single crystal production apparatus and an upper closing end; a cylindrical body lifting mechanism which is provided on the body and which makes the cylindrical body go up and down between a linking position with which the lower open end and the gate valve are linked to each other and a release position in which the lower open end and the gate valve are vertically separated; a heater which projects from the inside of the cylindrical body to the lower side and with which a single crystal raw material in the crucible is heated; a heater lifting mechanism which is provided on the body and which makes the heater go up and down between a holding position in the cylindrical body and a single crystal raw material heating position on the lower side from the lower open end; and a connection part to a power supply source which supplies electric power to the heater.

Description

本発明は、単結晶原料の溶融装置に関し、特に、チョクラルスキー法により単結晶インゴットを製造する際に用いる単結晶原料の溶融装置に関するものである。   The present invention relates to a single crystal raw material melting apparatus, and more particularly, to a single crystal raw material melting apparatus used when a single crystal ingot is manufactured by the Czochralski method.

従来、シリコン単結晶やサファイア単結晶などの各種単結晶のインゴットを製造する方法として、チョクラルスキー法(CZ法)が知られている。   Conventionally, the Czochralski method (CZ method) is known as a method for producing various single crystal ingots such as silicon single crystal and sapphire single crystal.

そして、チョクラルスキー法による単結晶インゴットの製造は、例えば図5に示すような、メインチャンバー410と、該メインチャンバー410の上部にゲートバルブ411を介してメインチャンバー410と連通可能に設置されたプルチャンバー420とを備える単結晶製造装置400を用いて実施される。具体的には、チョクラルスキー法による単結晶インゴット423の製造は、メインチャンバー410内に配設されたるつぼ412に単結晶原料を投入し、該るつぼ412内の単結晶原料をヒーター413で加熱して溶融させ単結晶原料融液414とした後、プルチャンバー420内に配設されたワイヤーロープ421の先端に取り付けられた種結晶422をるつぼ412中の単結晶原料融液414に接触させ、種結晶422を回転させながら引き上げることにより行われている。なお、この単結晶製造装置400では、メインチャンバー410の内部のヒーター413の外周側には保温筒415が配設されており、メインチャンバー410の内部下方には、断熱材416が配設されている。   Then, the manufacture of the single crystal ingot by the Czochralski method was installed so as to be able to communicate with the main chamber 410 via the gate valve 411 on the main chamber 410 and the main chamber 410 as shown in FIG. This is performed using a single crystal manufacturing apparatus 400 including a pull chamber 420. Specifically, in the manufacture of the single crystal ingot 423 by the Czochralski method, a single crystal raw material is put into a crucible 412 disposed in the main chamber 410, and the single crystal raw material in the crucible 412 is heated by a heater 413. And melted into a single crystal raw material melt 414, and then contacted with the single crystal raw material melt 414 in the crucible 412 the seed crystal 422 attached to the tip of the wire rope 421 disposed in the pull chamber 420. This is done by pulling up the seed crystal 422 while rotating it. In this single crystal manufacturing apparatus 400, a heat insulating cylinder 415 is disposed on the outer peripheral side of the heater 413 inside the main chamber 410, and a heat insulating material 416 is disposed below the inside of the main chamber 410. Yes.

ここで、上記従来の単結晶製造装置では、るつぼの周囲に配設されたヒーターを用いてるつぼ内の単結晶原料を溶融しており、単結晶原料の溶融時にるつぼを介して単結晶原料を加熱する必要がある。そのため、単結晶原料の溶融に必要な時間が長くなると共に、るつぼの材質によってはるつぼが高温になることにより劣化(例えば、石英るつぼの場合には石英がクリストバライト化する)して引き上げた結晶が有転位化してしまうこともある。   Here, in the conventional single crystal manufacturing apparatus, the single crystal raw material in the crucible is melted using a heater disposed around the crucible, and the single crystal raw material is passed through the crucible when the single crystal raw material is melted. It needs to be heated. For this reason, the time required for melting the single crystal raw material becomes longer, and depending on the material of the crucible, the crucible becomes deteriorated due to high temperature (for example, quartz becomes cristobalite in the case of a quartz crucible), and the crystal pulled up It may be dislocated.

そして、上述したような単結晶原料の溶融時間およびるつぼ劣化の問題は、大量の単結晶原料を溶融させる必要がある大口径単結晶インゴットの製造(例えば直径300mm以上、特には直径400mm以上の単結晶シリコンインゴットの製造など)において特に顕著に現れている。   The problems of the melting time of the single crystal raw material and the crucible deterioration as described above are caused by the production of a large-diameter single crystal ingot that requires melting of a large amount of single crystal raw material (for example, a single crystal having a diameter of 300 mm or more, particularly 400 mm or more in diameter). In the production of crystalline silicon ingots, etc.).

そこで、単結晶原料の溶融に必要な時間を短縮し、且つ、るつぼの劣化を抑制することが可能な単結晶製造装置として、メインチャンバー内のるつぼ上方に、るつぼ内の単結晶原料を直接加熱することができるサブヒーターを更に配設した単結晶製造装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。   Therefore, the single crystal raw material in the crucible is directly heated above the crucible in the main chamber as a single crystal manufacturing apparatus capable of reducing the time required for melting the single crystal raw material and suppressing the deterioration of the crucible. There has been proposed a single crystal manufacturing apparatus further provided with a sub-heater that can be used (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平9−241094号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-241944 特許第2987799号明細書Japanese Patent No. 29987799

しかし、メインチャンバー内のるつぼ上方にサブヒーターを設けた上記従来の単結晶製造装置では、メインチャンバー内の構造が複雑化すると共に、メインチャンバーごとにサブヒーターを配設しなければならないため、工場内で複数のメインチャンバーを用いて単結晶インゴットを大量生産する場合などには設備コストが増大するという問題があった。   However, in the conventional single crystal manufacturing apparatus in which the sub heater is provided above the crucible in the main chamber, the structure in the main chamber becomes complicated, and a sub heater must be provided for each main chamber. In the case where a single crystal ingot is mass-produced using a plurality of main chambers, there is a problem that the equipment cost increases.

そこで、本発明は、メインチャンバーの構造の複雑化および設備コストの増大を抑制しつつ、るつぼ内に投入した単結晶原料をるつぼ上方から直接加熱することが可能な単結晶原料の溶融装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a single crystal raw material melting apparatus capable of directly heating a single crystal raw material charged into a crucible from above the crucible while suppressing the complexity of the structure of the main chamber and the increase in equipment cost. The purpose is to do.

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の単結晶原料の溶融装置は、チョクラルスキー法による単結晶製造装置のメインチャンバー内のるつぼに投入された単結晶原料の溶融に用いる溶融装置であって、移動機構を有する本体部と、単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブに連結される下部開口端と、上部閉止端とを有する筒状体と、前記本体部に設けられ、前記下部開口端と前記ゲートバルブとが連結する連結位置と、前記下部開口端と前記ゲートバルブとが上下に離間した解除位置との間で前記筒状体を上下に昇降させる筒状体昇降機構と、前記筒状体の内部から下方に突出してるつぼ内の単結晶原料を加熱するヒーターと、前記本体部に設けられ、前記筒状体内の収容位置と、前記下部開口端よりも下方の単結晶原料加熱位置との間で前記ヒーターを上下に昇降させるヒーター昇降機構と、前記ヒーターへ電力を供給する電力供給源との接続部とを備えることを特徴とする。このように、本体部に移動機構を設けて溶融装置を移動可能とすれば、複数のメインチャンバー間で一台の溶融装置を共有することができるので、メインチャンバーごとにサブヒーターを配設する場合と比較して設備コストの増大を抑制することができる。また、筒状体と、筒状体昇降機構と、ヒーターと、ヒーター昇降機構とを設ければ、メインチャンバー内にサブヒーターを設けることなく、即ちメインチャンバー内の構造を複雑化することなく、メインチャンバーのるつぼ内の単結晶原料をるつぼ上方から直接加熱することができる。   The present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and the single crystal raw material melting apparatus of the present invention was put into a crucible in a main chamber of a single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method. A melting apparatus used for melting a single crystal raw material, a cylindrical body having a main body having a moving mechanism, a lower opening end connected to a gate valve of a main chamber of the single crystal manufacturing apparatus, and an upper closed end The cylindrical body is moved up and down between a connection position provided in the main body portion, where the lower opening end and the gate valve are connected, and a release position where the lower opening end and the gate valve are vertically separated. A cylindrical body elevating mechanism that moves up and down, a heater that heats the single crystal raw material in the crucible protruding downward from the inside of the cylindrical body, the main body portion, the accommodation position in the cylindrical body, beneath A heater elevating mechanism for elevating the heater up and down between the single crystal raw material heating position below the mouth end, characterized in that it comprises a connection portion of a power supply source for supplying power to the heater. Thus, if the main body is provided with a moving mechanism so that the melting apparatus can be moved, a single melting apparatus can be shared among a plurality of main chambers, so a sub-heater is provided for each main chamber. The increase in equipment cost can be suppressed compared to the case. Further, if a cylindrical body, a cylindrical body lifting mechanism, a heater, and a heater lifting mechanism are provided, a sub heater is not provided in the main chamber, that is, without complicating the structure in the main chamber, The single crystal raw material in the crucible of the main chamber can be directly heated from above the crucible.

ここで、本発明の単結晶原料の溶融装置は、前記筒状体が蛇腹構造を有しており、前記ヒーターが前記上部閉止端に対して固定されており、前記ヒーター昇降機構が、前記筒状体を伸縮させて前記ヒーターを上下に昇降させることが好ましい。蛇腹構造を有する筒状体を使用し、ヒーター昇降機構が筒状体を伸縮させることでヒーターを昇降させれば、装置を小型化して、装置を移動させる際の負担を低減することができるからである。   Here, in the apparatus for melting a single crystal raw material of the present invention, the cylindrical body has a bellows structure, the heater is fixed to the upper closed end, and the heater elevating mechanism includes the cylinder It is preferable that the heater is moved up and down by expanding and contracting the shape. If a cylindrical body having a bellows structure is used and the heater elevating mechanism elevates and lowers the heater by expanding and contracting the cylindrical body, the apparatus can be downsized and the burden when moving the apparatus can be reduced. It is.

また、本発明の単結晶原料の溶融装置は、前記筒状体の下部開口端と前記ゲートバルブとの連結を解除する際に筒状体の内部を加圧する加圧手段を備えることが好ましい。加圧手段を設ければ、チャンバ内の雰囲気を減圧雰囲気または真空雰囲気としてから単結晶原料を溶融させ、その後ゲートバルブを閉じた場合であっても、筒状体の内部を加圧して、筒状体の下部開口端とゲートバルブとの連結を容易に解除することができるからである。   In addition, the single crystal raw material melting apparatus of the present invention preferably includes a pressurizing unit that pressurizes the inside of the cylindrical body when the connection between the lower opening end of the cylindrical body and the gate valve is released. If a pressurizing means is provided, even if the single crystal raw material is melted after setting the atmosphere in the chamber to a reduced pressure atmosphere or a vacuum atmosphere and then the gate valve is closed, the inside of the cylindrical body is pressurized to This is because the connection between the lower opening end of the shaped body and the gate valve can be easily released.

更に、本発明の単結晶原料の溶融装置は、前記筒状体の内部にガスを供給するガス供給手段を備えることが好ましい。ガス供給手段を設ければ、単結晶原料を溶融する際に筒状体側からチャンバ内へとガスを流すことができるからである。   Furthermore, the single crystal raw material melting apparatus of the present invention preferably includes a gas supply means for supplying a gas into the cylindrical body. This is because if the gas supply means is provided, gas can flow from the cylindrical body side into the chamber when the single crystal raw material is melted.

また、本発明の単結晶原料の溶融装置は、前記ヒーターの上方に、ヒーターと一体移動する熱遮蔽体を更に供えることが好ましい。熱遮蔽体を設ければ、ヒーターから上方(筒状体側)への放熱を抑制して、単結晶原料をヒーターでより効率的に加熱することができると共に、筒状体がヒーターからの熱により劣化するのを防止することができるからである。   Moreover, it is preferable that the single crystal raw material melting apparatus of the present invention further includes a heat shield that moves integrally with the heater above the heater. If a heat shield is provided, heat dissipation from the heater upward (cylindrical body side) can be suppressed, and the single crystal raw material can be heated more efficiently by the heater, and the cylindrical body can be heated by the heat from the heater. This is because deterioration can be prevented.

そして、本発明の単結晶原料の溶融装置は、るつぼ内の単結晶原料の位置を検出し、該単結晶原料の位置に応じて前記ヒーターの上下方向の位置を制御するヒーター位置制御機構を有することが好ましい。ヒーター位置制御機構を設ければ、単結晶原料の一部が溶融してるつぼ内の単結晶原料の嵩密度が高くなり、るつぼ内の単結晶原料の位置が変化しても、ヒーターの位置を調整して単結晶原料を効率的に加熱することができるからである。   The single crystal raw material melting apparatus of the present invention has a heater position control mechanism that detects the position of the single crystal raw material in the crucible and controls the vertical position of the heater according to the position of the single crystal raw material. It is preferable. If the heater position control mechanism is provided, the bulk density of the single crystal raw material in the crucible becomes higher due to the melting of part of the single crystal raw material, and the position of the heater can be adjusted even if the position of the single crystal raw material in the crucible changes. This is because the single crystal raw material can be efficiently heated by adjustment.

本発明の単結晶原料の溶融装置によれば、メインチャンバーの構造の複雑化および設備コストの増大を抑制しつつ、るつぼ内に投入した単結晶原料をるつぼ上方から直接加熱することができる。   According to the single crystal raw material melting apparatus of the present invention, the single crystal raw material charged into the crucible can be directly heated from above the crucible while suppressing the complexity of the structure of the main chamber and the increase in equipment cost.

本発明に従う代表的な単結晶材料の溶融装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the melting apparatus of the typical single crystal material according to this invention. 図1に示す溶融装置のヒーターおよび熱遮蔽体の近傍を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows the vicinity of the heater and heat shield of the melting apparatus shown in FIG. 図1に示す溶融装置を用いて単結晶原料を溶融するまでの工程を示す説明図であり、(a)は単結晶製造装置のメインチャンバー近傍へ溶融装置を移動させる工程を示し、(b)は単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブと溶融装置の筒状体とを連結する工程を示す。It is explanatory drawing which shows the process until a single crystal raw material is fuse | melted using the melting apparatus shown in FIG. 1, (a) shows the process of moving a melting apparatus to the main chamber vicinity of a single crystal manufacturing apparatus, (b) Indicates a step of connecting the gate valve of the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus and the cylindrical body of the melting apparatus. 図1に示す溶融装置を用いて単結晶原料を溶融するまでの工程を示す説明図であり、(a)は単結晶原料加熱位置へヒーターを下降させる工程を示し、(b)は単結晶原料を溶融する工程を示す。It is explanatory drawing which shows the process until a single crystal raw material is fuse | melted using the melting apparatus shown in FIG. 1, (a) shows the process of lowering a heater to a single crystal raw material heating position, (b) is a single crystal raw material The process of melting is shown. 図1に示す溶融装置を用いて単結晶原料を溶融した後に単結晶の引上げを開始するまでの工程を示す説明図であり、(a)は収容位置へヒーターを上昇させる工程を示し、(b)は単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブと溶融装置の筒状体との連結を解除する工程を示す。It is explanatory drawing which shows the process until it starts the pulling of a single crystal after melting a single crystal raw material using the melting apparatus shown in FIG. 1, (a) shows the process of raising a heater to an accommodation position, (b ) Shows a step of releasing the connection between the gate valve of the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus and the cylindrical body of the melting apparatus. 図1に示す溶融装置を用いて単結晶原料を溶融した後に単結晶の引上げを開始するまでの工程を示す説明図であり、(a)は溶融装置を移動させる工程を示し、(b)は単結晶製造装置のメインチャンバーにプルチャンバーを連結して単結晶の引上げを開始する工程を示す。It is explanatory drawing which shows the process until it starts pulling up of a single crystal, after melting a single crystal raw material using the melting apparatus shown in FIG. 1, (a) shows the process of moving a melting apparatus, (b) A process of starting pulling of a single crystal by connecting a pull chamber to the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus is shown. 従来の単結晶製造装置の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional single crystal manufacturing apparatus.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の単結晶原料の溶融装置は、チョクラルスキー法を用いてシリコン単結晶やサファイア単結晶などの各種単結晶のインゴットを製造する際に、単結晶製造装置のメインチャンバー内のるつぼに投入された単結晶原料の溶融に用いられる。そして、本発明の単結晶原料の溶融装置は、移動機構を有しており、複数のメインチャンバー間を移動可能に構成されていることを特徴とする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The single crystal raw material melting apparatus of the present invention is charged into a crucible in a main chamber of a single crystal manufacturing apparatus when manufacturing ingots of various single crystals such as silicon single crystals and sapphire single crystals using the Czochralski method. Used to melt the single crystal raw material. The single crystal raw material melting apparatus of the present invention has a moving mechanism and is configured to be movable between a plurality of main chambers.

ここで、本発明の単結晶原料の溶融装置の一例の構造を図1に示す。図1に示す単結晶原料の溶融装置100は、下部に車輪11を有する本体部1と、本体部1の上部に設けられた支持板昇降装置3と、支持板昇降装置3を介して本体部1の上部に設けられ、図1では左方向に延在する支持板12と、本体部1とはオフセットした位置で支持板12上に設けられた筒状体2およびガイド支柱13とを備えている。また、溶融装置100の本体部1の内部には、溶融装置100の各部の動作を制御する制御装置9が設けられている。更に、溶融装置100の筒状体2の内部には、溶融装置100を用いて単結晶原料を溶融する際に筒状体2の内部から下方に突出して単結晶原料を加熱するヒーター4と、ヒーター4の上方に配設された熱遮蔽体6とが設けられている。また、溶融装置100は、本体部1に配設された電源プラグ7を介して溶融装置100の外部から供給された電力の一部をヒーター4に伝えるヒーター電力ライン61a,61bおよび水冷電極62a,62bと、本体部1に配設された冷却水供給口64を介して溶融装置100の外部から供給された冷却水を水冷電極62a,62bへ供給する冷却水ライン(図示せず)と、本体部1に配設されたガス供給口81を介して溶融装置100の外部から供給されたガスを筒状体2の内部へ導入するガスライン8とを備えている。   Here, FIG. 1 shows a structure of an example of a single crystal raw material melting apparatus of the present invention. A single crystal raw material melting apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a main body portion 1 having a wheel 11 at a lower portion, a support plate lifting device 3 provided on the upper portion of the main body portion 1, and a main body portion via the support plate lifting device 3. 1 is provided with a support plate 12 extending in the left direction in FIG. 1, and a cylindrical body 2 and a guide column 13 provided on the support plate 12 at a position offset from the main body 1. Yes. Further, a control device 9 that controls the operation of each part of the melting device 100 is provided inside the main body 1 of the melting device 100. Furthermore, inside the cylindrical body 2 of the melting apparatus 100, when the single crystal raw material is melted using the melting apparatus 100, a heater 4 that protrudes downward from the inside of the cylindrical body 2 and heats the single crystal raw material, A heat shield 6 disposed above the heater 4 is provided. In addition, the melting apparatus 100 includes heater power lines 61 a and 61 b and a water-cooled electrode 62 a that transmit part of the power supplied from the outside of the melting apparatus 100 to the heater 4 through the power plug 7 disposed in the main body 1. 62 b, a cooling water line (not shown) for supplying cooling water supplied from the outside of the melting apparatus 100 to the water cooling electrodes 62 a and 62 b via the cooling water supply port 64 disposed in the main body 1, and the main body And a gas line 8 for introducing a gas supplied from the outside of the melting apparatus 100 through the gas supply port 81 provided in the section 1 into the cylindrical body 2.

本体部1の下部に設けられた車輪11は、溶融装置100を移動させる際に移動機構として機能するものである。そして、この溶融装置100は、車輪11を利用して複数のメインチャンバー間を容易に移動させることができる。   The wheel 11 provided in the lower part of the main body 1 functions as a moving mechanism when the melting apparatus 100 is moved. The melting apparatus 100 can easily move between a plurality of main chambers using the wheels 11.

筒状体2は、支持板12および支持板昇降装置3を介して本体部1に接続されている。また、筒状体2は、例えばステンレス材からなる蛇腹(ベローズ)構造を有しており、図1では上下方向に伸縮可能に構成されている。そして、筒状体2の下部(支持板12側)は、支持板12を貫通して下方に開口する下部開口端21となっており、該下部開口端21は、溶融装置100を用いて単結晶原料を溶融する際に単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブに連結される。また、筒状体2の上部は、閉止板22により気密に閉止された上部閉止端となっており、該閉止板22は、ガイド支柱13に設けられた閉止板昇降装置5に接続されている。   The cylindrical body 2 is connected to the main body 1 via a support plate 12 and a support plate lifting device 3. Moreover, the cylindrical body 2 has a bellows structure made of, for example, stainless steel, and is configured to be extendable in the vertical direction in FIG. The lower portion of the cylindrical body 2 (on the support plate 12 side) is a lower opening end 21 that passes through the support plate 12 and opens downward. The lower opening end 21 is simply formed using the melting device 100. When the crystal raw material is melted, it is connected to the gate valve of the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus. The upper portion of the cylindrical body 2 is an upper closed end that is airtightly closed by a closing plate 22, and the closing plate 22 is connected to a closing plate lifting device 5 provided on the guide column 13. .

ここで、支持板昇降装置3は、本体部1に設けられており、筒状体2およびガイド支柱13などを支持する支持板12を図1では上下方向に昇降移動させるものである。そして、この支持板昇降装置3は、本体部1内に設けたモーター等(図示せず)を用いて支持板12を昇降移動させることにより、筒状体2を、単結晶原料の溶融時に筒状体2の下部開口端21と単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブとが連結する連結位置と、筒状体2の下部開口端21とゲートバルブとが上下に離間した解除位置との間で昇降させる筒状体昇降機構として機能する。   Here, the support plate lifting / lowering device 3 is provided in the main body 1 and moves the support plate 12 supporting the cylindrical body 2, the guide column 13 and the like up and down in FIG. The support plate lifting / lowering device 3 moves the support plate 12 up and down using a motor or the like (not shown) provided in the main body 1, so that the cylindrical body 2 is moved into a cylinder when the single crystal raw material is melted. Between the connection position where the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 and the gate valve of the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus are connected, and the release position where the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 and the gate valve are vertically separated It functions as a cylindrical body lifting mechanism that moves up and down.

また、閉止板昇降装置5は、ガイド支柱13、支持板12および支持板昇降装置3を介して本体部1と一体に設けられており、閉止板22をガイド支柱13に沿って図1では上下方向に昇降移動させるものである。そして、この閉止板昇降装置5は、モーター等を(図示せず)を用いて閉止板22をガイド支柱13に沿って昇降移動させることにより、下部が支持板12に固定された蛇腹構造を有する筒状体2を上下方向に伸縮させることができる。   Further, the closing plate elevating device 5 is provided integrally with the main body 1 via the guide column 13, the support plate 12 and the support plate elevating device 3, and the closing plate 22 is moved up and down along the guide column 13 in FIG. It moves up and down in the direction. And this closing plate raising / lowering device 5 has a bellows structure where the lower part was fixed to the support plate 12 by moving the closing plate 22 up and down along the guide column 13 using a motor or the like (not shown). The cylindrical body 2 can be expanded and contracted in the vertical direction.

ここで、閉止板22には、水冷電極62a,62bが気密に挿通されており、水冷電極62a,62bの先端(図1では下側)には、石英板63、熱遮蔽体6およびヒーター4が設けられている。具体的には、図2にヒーター4および熱遮蔽体6の近傍を拡大して示すように、水冷電極62a,62bの先端には、石英板63と、水冷電極62a,62bの先端にグラファイト製の棒を介して取り付けられたヒーター4と、石英板63とヒーター4との間で石英板63に固定された2枚の熱遮蔽板よりなる熱遮蔽体6とが設けられている。即ち、閉止板22を気密に挿通する水冷電極62a,62bの先端に設けられたヒーター4、熱遮蔽体6および石英板63は、筒状体2の上部閉止端である閉止板22に対して固定されている。なお、熱遮蔽板としては、板状の断熱材をグラファイト材でカバーしたものを使用することができる。また、水冷電極62a,62bとしては、例えば、中空二重管構造を有し、内部に冷却水を流すことができる電極を使用することができる。   Here, water-cooling electrodes 62 a and 62 b are inserted into the closing plate 22 in an airtight manner, and the quartz plate 63, the heat shield 6, and the heater 4 are disposed at the tips of the water-cooling electrodes 62 a and 62 b (lower side in FIG. 1). Is provided. Specifically, as shown in the enlarged view of the vicinity of the heater 4 and the heat shield 6 in FIG. 2, the quartz plate 63 is formed at the tip of the water-cooled electrodes 62a and 62b, and the graphite is formed at the tips of the water-cooled electrodes 62a and 62b. And a heat shield 6 comprising two heat shield plates fixed to the quartz plate 63 between the quartz plate 63 and the heater 4. That is, the heater 4, the heat shield 6, and the quartz plate 63 provided at the tips of the water-cooled electrodes 62 a and 62 b that pass through the closing plate 22 in an airtight manner with respect to the closing plate 22 that is the upper closed end of the cylindrical body 2. It is fixed. In addition, as a heat shielding board, what covered the plate-shaped heat insulating material with the graphite material can be used. Moreover, as the water-cooled electrodes 62a and 62b, for example, electrodes having a hollow double tube structure and capable of flowing cooling water therein can be used.

そのため、閉止板昇降装置5が閉止板22をガイド支柱13に沿って昇降移動(上下動)させると、筒状体2が伸縮すると共に、閉止板22の上下動に伴ってヒーター4、熱遮蔽体6および石英板63も一体的に上下動する。よって、閉止板昇降装置5は、ヒーター4を、筒状体2内の収容位置と、筒状体2の下部開口端21よりも下方の単結晶原料加熱位置(単結晶原料の溶融時にヒーター4で単結晶原料を加熱する位置)との間で上下に昇降させるヒーター昇降機構として機能する。   Therefore, when the closing plate lifting and lowering device 5 moves the closing plate 22 up and down (up and down movement) along the guide column 13, the cylindrical body 2 expands and contracts, and the heater 4 and the heat shield as the closing plate 22 moves up and down. The body 6 and the quartz plate 63 also move up and down integrally. Therefore, the closing plate lifting / lowering device 5 moves the heater 4 into the accommodation position in the cylindrical body 2 and the single crystal raw material heating position below the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 (when the single crystal raw material is melted, the heater 4 It functions as a heater elevating mechanism that moves up and down between the single crystal raw material and the position where the single crystal raw material is heated.

また、この溶融装置100の本体部1には、電源プラグ7、冷却水供給口64およびガス供給口81が設けられている。そして、電源プラグ7、冷却水供給口64およびガス供給口81はそれぞれ、本体部1から引き出して溶融装置100が使用される工場内等に設けられている外部電源(外部電力供給源)、冷却水供給源およびガス供給源に接続し得るようにされている。なお、外部電源との接続部である電源プラグ7を介して外部電源から供給された電力は、本体部1を通って水冷電極62a,62bまで延在するヒーター電力ライン61a,61bを介してヒーター4の加熱に使用されると共に、支持板昇降装置3、閉止板昇降装置5および本体部1内の制御装置9の駆動にも使用される。また、冷却水供給口64から供給された冷却水は、本体部1を通って水冷電極62a,62bまで延在する冷却水ライン(図示せず)を通って水冷電極62a,62bへ供給される。更に、ガス供給口81から供給されたガスは、本体部1を通って支持板12上へと突出する本体側出口82と、筒状体2の閉止板22を気密に挿通する筒状体側入口83との間に設けられた可撓性を有するガスライン8を通って筒状体2内へと供給される。   The main body 1 of the melting apparatus 100 is provided with a power plug 7, a cooling water supply port 64, and a gas supply port 81. The power plug 7, the cooling water supply port 64, and the gas supply port 81 are each pulled out from the main body 1 and provided with an external power source (external power supply source) provided in a factory or the like where the melting apparatus 100 is used. It can be connected to a water source and a gas source. In addition, the electric power supplied from the external power supply through the power plug 7 which is a connection part with the external power supply passes through the main body 1 and the heater power lines 61a and 61b extending to the water cooling electrodes 62a and 62b. 4 is used for heating the support plate lifting device 3, the closing plate lifting device 5, and the control device 9 in the main body 1. Further, the cooling water supplied from the cooling water supply port 64 is supplied to the water cooling electrodes 62a and 62b through a cooling water line (not shown) extending through the main body 1 to the water cooling electrodes 62a and 62b. . Further, the gas supplied from the gas supply port 81 passes through the main body portion 1 and protrudes onto the support plate 12 and the main body side outlet 82 and the cylindrical body side inlet through which the closing plate 22 of the cylindrical body 2 is inserted in an airtight manner. The gas is supplied into the cylindrical body 2 through a flexible gas line 8 provided between the cylinder 83.

なお、筒状体2の内部へとガスを供給するガス供給口81およびガスライン8は、単結晶原料の溶融時に筒状体2を介してメインチャンバー内へとガスを供給し、メインチャンバー内の雰囲気を制御するためのガス供給手段として用いることができると共に、減圧雰囲気下または真空雰囲気下で単結晶原料の溶融を実施した後で筒状体2の下部開口端21とメインチャンバーのゲートバルブとの連結を解除する際などに、筒状体2の内部を加圧する加圧手段としても用いることができる。   The gas supply port 81 and the gas line 8 for supplying gas into the cylindrical body 2 supply gas into the main chamber via the cylindrical body 2 when the single crystal raw material is melted. Can be used as a gas supply means for controlling the atmosphere of the cylindrical body 2 and the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 and the gate valve of the main chamber after melting the single crystal raw material in a reduced pressure atmosphere or a vacuum atmosphere. It can be used as a pressurizing means for pressurizing the inside of the cylindrical body 2 when releasing the connection with.

更に、溶融装置100の本体部1の内部には、コンピュータ等の制御装置9が設けられている。そして、この溶融装置100では、該制御装置9が、支持板昇降装置3、ヒーター4および閉止板昇降装置5などの動作を制御する。   Furthermore, a control device 9 such as a computer is provided inside the main body 1 of the melting device 100. In the melting apparatus 100, the control device 9 controls operations of the support plate elevating device 3, the heater 4, the closing plate elevating device 5, and the like.

そして、上記一例の単結晶原料の溶融装置100を用いれば、例えば図3A,図3B,図4A,図4Bを用いて以下に説明するようにして、単結晶製造装置のメインチャンバー内のるつぼに投入した単結晶原料を溶融し、単結晶を製造することができる。   If the single crystal raw material melting apparatus 100 of the above example is used, the crucible in the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus is used as described below with reference to FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B, for example. The supplied single crystal raw material can be melted to produce a single crystal.

ここで、溶融装置100を適用する単結晶製造装置としては、図3A〜図4Bに示すような、内部にるつぼ210を配設したメインチャンバー200、単結晶の引き上げ機構を有するプルチャンバー300、および、メインチャンバー200の上部の開口に設けられたゲートバルブ280上とメインチャンバー200の図3A〜図4Bでは左側の位置との間でプルチャンバー300を旋回および昇降させるプルチャンバー旋回昇降装置330を備える装置を挙げることができる。   Here, as a single crystal manufacturing apparatus to which the melting apparatus 100 is applied, as shown in FIGS. 3A to 4B, a main chamber 200 having a crucible 210 disposed therein, a pull chamber 300 having a single crystal pulling mechanism, and A pull chamber swivel raising / lowering device 330 for swiveling and raising / lowering the pull chamber 300 between the gate valve 280 provided in the upper opening of the main chamber 200 and the left side of the main chamber 200 in FIGS. 3A to 4B is provided. An apparatus can be mentioned.

なお、メインチャンバー200の内部には、単結晶原料220を収容するための石英るつぼ210aおよび石英るつぼ210aを支持する黒鉛るつぼ210bよりなるるつぼ210と、るつぼ210の周囲に配設されてるつぼ210内の単結晶原料220を加熱するサイドヒーター230と、るつぼ210の下部に設けられてるつぼ210を例えば円周方向に回転させるるつぼ回転機構211とが配設されている。また、メインチャンバー200の内部のサイドヒーター230の外周側には保温筒240が配設されており、メインチャンバー200の内部下方には、断熱材250が配設されている。更に、メインチャンバー200内のるつぼ210の上方には、単結晶原料220の溶融時や単結晶の引き上げ時にメインチャンバー内に流すガスの流れを整える整流筒260が配設されている。なお、このメインチャンバー200には、任意に、るつぼ210の下方からるつぼ210内の単結晶原料220を加熱する下部ヒーターを設けても良い。また、メインチャンバー200には、任意に、るつぼ210内へ単結晶原料220を追加投入するための既知の原料投入装置を設けても良い。   The main chamber 200 includes a crucible 210 composed of a quartz crucible 210 a for accommodating the single crystal raw material 220 and a graphite crucible 210 b for supporting the quartz crucible 210 a, and a crucible 210 disposed around the crucible 210. A side heater 230 for heating the single crystal raw material 220 and a crucible rotating mechanism 211 for rotating the crucible 210 provided under the crucible 210 in the circumferential direction, for example, are provided. A heat insulating cylinder 240 is disposed on the outer peripheral side of the side heater 230 inside the main chamber 200, and a heat insulating material 250 is disposed below the inside of the main chamber 200. Further, a rectifying cylinder 260 is arranged above the crucible 210 in the main chamber 200 for adjusting the flow of gas flowing into the main chamber when the single crystal raw material 220 is melted or when the single crystal is pulled up. The main chamber 200 may optionally be provided with a lower heater that heats the single crystal raw material 220 in the crucible 210 from below the crucible 210. The main chamber 200 may optionally be provided with a known raw material charging device for additionally charging the single crystal raw material 220 into the crucible 210.

また、プルチャンバー300は、単結晶を育成するための種結晶311が先端に取り付けられているワイヤーロープ310と、ワイヤーロープ310を巻き取って種結晶311および該種結晶311上に成長した単結晶を引き上げる引き上げ機構321と、該引き上げ機構321をるつぼ210の回転方向とは反対の方向に回転させて、ワイヤーロープ310、種結晶311および該種結晶311上に成長した単結晶をるつぼ210と反対の方向に回転させる回転機構320とを備えている。   The pull chamber 300 includes a wire rope 310 to which a seed crystal 311 for growing a single crystal is attached at the tip, and a single crystal grown on the seed crystal 311 and the seed crystal 311 by winding the wire rope 310. A pulling mechanism 321 for pulling up the wire, and rotating the pulling mechanism 321 in a direction opposite to the rotation direction of the crucible 210, so that the wire rope 310, the seed crystal 311 and the single crystal grown on the seed crystal 311 are opposite to the crucible 210. And a rotating mechanism 320 that rotates in the direction.

そして、溶融装置100を用いたメインチャンバー200内の単結晶原料220の溶融は、例えば以下のようにして行われる。   And the melting of the single crystal raw material 220 in the main chamber 200 using the melting apparatus 100 is performed as follows, for example.

まず、図3A(a)に示すように、車輪11を利用して溶融装置100を所定の位置まで移動させ、図3A(b)に示すように、単結晶原料220を溶融させるメインチャンバー200のゲートバルブ280の上方に溶融装置100の筒状体2の下部開口端21を位置させる。   First, as shown in FIG. 3A (a), the melting apparatus 100 is moved to a predetermined position using the wheels 11, and as shown in FIG. 3A (b), the main chamber 200 for melting the single crystal raw material 220 is obtained. The lower open end 21 of the cylindrical body 2 of the melting apparatus 100 is positioned above the gate valve 280.

次に、図3A(b)に示すように、電源プラグ7、冷却水供給口64およびガス供給口81を本体部1から引き出して、外部電源P(外部電力供給源)、冷却水供給源Wおよびガス供給源Gに接続する。そして、支持板昇降装置3を用いて支持板12と共に筒状体2を連結位置まで下降させ、溶融装置100の筒状体2の下部開口端21と、メインチャンバー200のゲートバルブ280とを連結させる。なお、下部開口端21とゲートバルブ280との連結時には、ゲートバルブ280を閉じていても良いし、開いていても良いが、メインチャンバー200内への塵などの混入を防止する観点からは、ゲートバルブ280は閉じていることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3A (b), the power plug 7, the cooling water supply port 64, and the gas supply port 81 are pulled out from the main body 1, and the external power source P (external power supply source) and the cooling water supply source W are extracted. And a gas supply source G. And the cylindrical body 2 is lowered | hung to a connection position with the support plate 12 using the support plate raising / lowering apparatus 3, and the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 of the melting apparatus 100 and the gate valve 280 of the main chamber 200 are connected. Let Note that, when the lower opening end 21 and the gate valve 280 are connected, the gate valve 280 may be closed or opened, but from the viewpoint of preventing dust and the like from entering the main chamber 200, The gate valve 280 is preferably closed.

その後、ゲートバルブ280を開き、溶融装置100の筒状体2とメインチャンバー200とを連通させる。そして、メインチャンバー200に設けられた排気装置(図示せず)を用いてメインチャンバー200内および筒状体2内を真空雰囲気とするか、減圧条件下(20〜30Torr)でガス供給口81およびガスライン8を介して筒状体2内へとアルゴン(Ar)ガスを連続的に供給してメインチャンバー200内および筒状体2内をAr雰囲気とする。   Thereafter, the gate valve 280 is opened, and the cylindrical body 2 of the melting apparatus 100 and the main chamber 200 are communicated. Then, an exhaust device (not shown) provided in the main chamber 200 is used to create a vacuum atmosphere in the main chamber 200 and the cylindrical body 2 or under reduced pressure conditions (20 to 30 Torr) Argon (Ar) gas is continuously supplied into the cylindrical body 2 via the gas line 8 to make the main chamber 200 and the cylindrical body 2 have an Ar atmosphere.

次に、図3B(a)に示すように、閉止板昇降装置5を用いて閉止板22を下降させて、図3B(b)に示すように、筒状体2を収縮させると共にヒーター4を単結晶原料加熱位置まで下降させる。なお、ヒーター4の下降時には、熱遮蔽体6および石英板63もヒーター4と一体的に下降する。   Next, as shown in FIG. 3B (a), the closing plate 22 is lowered by using the closing plate elevating device 5, and as shown in FIG. 3B (b), the cylindrical body 2 is contracted and the heater 4 is turned on. Lower to single crystal raw material heating position. When the heater 4 is lowered, the heat shield 6 and the quartz plate 63 are also lowered integrally with the heater 4.

ここで、単結晶原料加熱位置は、予め定めた所定の位置としても良いが、単結晶原料220に更に近い位置からヒーター4で単結晶原料220を加熱する観点からは、カメラ等の既知の単結晶原料位置検出手段(図示せず)を用いて単結晶原料220の上端位置を検出し、検出された単結晶原料220の上端位置に応じてヒーター4の上下方向の位置を制御するヒーター位置制御機構(図示せず)により定められる位置とすることが好ましい。このように、るつぼ210内の単結晶原料220の上端位置を検出し、単結晶原料220の上端位置に応じて単結晶原料加熱位置を決定してヒーター4の位置を制御すれば、特に大量の単結晶原料を溶融する場合(例えば、直径300mm以上、特には直径400mm以上、より具体的には直径450mmの単結晶インゴットを製造する場合)などに、単結晶原料の一部が溶融して嵩密度が変化することにより単結晶原料の上端位置が経時変化しても、常に単結晶原料220に近い位置からヒーター4で単結晶原料220を加熱することができるからである。   Here, the single crystal raw material heating position may be a predetermined position, but from the viewpoint of heating the single crystal raw material 220 with the heater 4 from a position closer to the single crystal raw material 220, a known single unit such as a camera is used. Heater position control that detects the upper end position of the single crystal raw material 220 using a crystal raw material position detection means (not shown) and controls the vertical position of the heater 4 in accordance with the detected upper end position of the single crystal raw material 220. The position is preferably determined by a mechanism (not shown). Thus, if the upper end position of the single crystal raw material 220 in the crucible 210 is detected, the single crystal raw material heating position is determined according to the upper end position of the single crystal raw material 220, and the position of the heater 4 is controlled, a particularly large amount of When the single crystal raw material is melted (for example, when producing a single crystal ingot having a diameter of 300 mm or more, particularly 400 mm or more, more specifically 450 mm in diameter), a part of the single crystal raw material is melted and bulked. This is because even if the upper end position of the single crystal raw material changes with time due to the change in density, the single crystal raw material 220 can always be heated by the heater 4 from a position close to the single crystal raw material 220.

そして、図3B(b)に示すように、ヒーター4を単結晶原料加熱位置まで下降させた後、ヒーター4とサイドヒーター230とを用いてるつぼ210内の単結晶原料220を溶融する。なお、単結晶原料220の溶融はヒーター4のみを用いて実施しても良いが、より迅速に単結晶原料220を溶融する観点からは、サイドヒーター230を併用することが好ましい。因みに、ヒーター4との併用時のサイドヒーター230の出力(即ち、サイドヒーター230から供給される熱量)は、サイドヒーター230のみで単結晶原料を溶融する場合よりも低くすることができる。   Then, as shown in FIG. 3B (b), after the heater 4 is lowered to the single crystal raw material heating position, the single crystal raw material 220 in the crucible 210 using the heater 4 and the side heater 230 is melted. Although melting of single crystal raw material 220 may be performed using only heater 4, it is preferable to use side heater 230 together from the viewpoint of melting single crystal raw material 220 more quickly. Incidentally, the output of the side heater 230 (that is, the amount of heat supplied from the side heater 230) when used together with the heater 4 can be made lower than when the single crystal raw material is melted only by the side heater 230.

次に、るつぼ210内の単結晶原料220が完全に溶融した後、制御装置9を用いてヒーター4への電力の供給を停止する。そして、図4A(a)に示すように、閉止板昇降装置5を用いて閉止板22を上昇させて、筒状体2を伸張させると共にヒーター4を筒状体2内の収容位置まで上昇させる。なお、ヒーター4の上昇時には、熱遮蔽体6および石英板63もヒーター4と一体的に上昇する。因みに、単結晶原料を融液状態で維持するため、サイドヒーター230での加熱は継続する。   Next, after the single crystal raw material 220 in the crucible 210 is completely melted, the supply of electric power to the heater 4 is stopped using the control device 9. Then, as shown in FIG. 4A (a), the closing plate 22 is raised using the closing plate lifting device 5 to extend the cylindrical body 2 and raise the heater 4 to the accommodation position in the cylindrical body 2. . When the heater 4 is raised, the heat shield 6 and the quartz plate 63 are also raised integrally with the heater 4. Incidentally, in order to maintain a single crystal raw material in a molten state, the heating by the side heater 230 is continued.

その後、ゲートバルブ280を閉じて、筒状体2の内部とメインチャンバー200内とを空間的に隔離する。ここで、筒状体2の内部はメインチャンバー200内と同様の雰囲気(真空雰囲気または減圧雰囲気)となっている。従って、筒状体2をゲートバルブ280から切り離す前に、ガス供給口81およびガスライン8を介して筒状体2内へとアルゴンガスを供給して、筒状体2内を大気圧まで加圧する。なお、筒状体2内の加圧は、ガス供給口81を介して供給するガスの種類を既知の手段で切り換え、ガス供給口81から大気を供給して実施しても良い。   Thereafter, the gate valve 280 is closed, and the inside of the cylindrical body 2 and the inside of the main chamber 200 are spatially separated. Here, the inside of the cylindrical body 2 has an atmosphere (a vacuum atmosphere or a reduced pressure atmosphere) similar to that in the main chamber 200. Therefore, before the cylindrical body 2 is disconnected from the gate valve 280, argon gas is supplied into the cylindrical body 2 via the gas supply port 81 and the gas line 8 to increase the pressure inside the cylindrical body 2 to atmospheric pressure. Press. The pressurization in the cylindrical body 2 may be performed by switching the type of gas supplied via the gas supply port 81 by a known means and supplying the atmosphere from the gas supply port 81.

次に、図4A(b)に示すように、支持板昇降装置3を用いて、支持板12と共に筒状体2を、下部開口端21とゲートバルブ280とが上下に離間した解除位置まで上昇させ、溶融装置100の筒状体2の下部開口端21と、メインチャンバー200のゲートバルブ280との連結を解除する。そして、電源プラグ7、冷却水供給口64およびガス供給口81を外部電源P(外部電力供給源)、冷却水供給源Wおよびガス供給源Gから取り外した後、図4B(a)に示すように、メインチャンバー200から切り離された溶融装置100を移動させる。なお、溶融装置100は、引き続き他のメインチャンバー内の単結晶原料の溶融に使用することができる。   Next, as shown in FIG. 4A (b), the support plate lifting device 3 is used to raise the cylindrical body 2 together with the support plate 12 to a release position in which the lower opening end 21 and the gate valve 280 are vertically separated. Then, the connection between the lower open end 21 of the cylindrical body 2 of the melting apparatus 100 and the gate valve 280 of the main chamber 200 is released. And after removing the power plug 7, the cooling water supply port 64, and the gas supply port 81 from the external power supply P (external power supply source), the cooling water supply source W, and the gas supply source G, as shown in FIG. 4B (a). Next, the melting apparatus 100 separated from the main chamber 200 is moved. The melting apparatus 100 can be used for melting the single crystal raw material in another main chamber.

そして最後に、図4B(b)に示すように、プルチャンバー旋回昇降装置330を用いてプルチャンバー300をメインチャンバー200のゲートバルブ280に連結させた後、プルチャンバー300に配設されている既知の排気装置(図示せず)を用いてプルチャンバー300内をメインチャンバー200内と同等の圧力まで減圧し、ゲートバルブ280を開く。そして、ワイヤーロープ310の先端に取り付けた種結晶311をるつぼ210内の単結晶原料の融液に接触させ、単結晶の引き上げを開始する。   Finally, as shown in FIG. 4B (b), the pull chamber 300 is connected to the gate valve 280 of the main chamber 200 by using the pull chamber swivel raising / lowering device 330, and then known in the pull chamber 300. The inside of the pull chamber 300 is reduced to a pressure equivalent to that in the main chamber 200 using the exhaust device (not shown), and the gate valve 280 is opened. Then, the seed crystal 311 attached to the tip of the wire rope 310 is brought into contact with the melt of the single crystal raw material in the crucible 210 to start pulling up the single crystal.

このように、上記一例の単結晶原料の溶融装置100は、本体部1に設けた車輪11により移動可能に構成されているので、複数のメインチャンバー間で一台の溶融装置100を共有することができる。従って、各メインチャンバーの内部上方にサブヒーターを配設する場合と比較して設備コストの増大を抑制することができる。また、溶融装置100によれば、支持板昇降装置3を用いて筒状体2をメインチャンバー200に連結させた後、閉止板昇降装置5を用いてヒーター4を単結晶原料加熱位置まで下降させることにより、メインチャンバー200の内部上方にサブヒーターを設けることなく、るつぼ210内の単結晶原料220を上方から直接加熱することができる。従って、メインチャンバー200の内部構造が複雑化するのを防止して、メインチャンバー200のるつぼ210の上方に整流筒260や、原料投入装置を配設するスペースを確保することができる。また、サイドヒーター230のみを用いて単結晶原料を溶融する場合と比較して、単結晶原料の溶融に必要な時間を短縮することができると共に、サイドヒーター230でるつぼを強熱する必要がないので、石英るつぼを用いた場合であっても、るつぼが高温になることで劣化して引き上げた結晶が有転位化してしまうのを抑制することもできる。   As described above, the melting apparatus 100 for the single crystal raw material in the above example is configured to be movable by the wheels 11 provided in the main body 1, so that one melting apparatus 100 is shared among a plurality of main chambers. Can do. Therefore, an increase in equipment cost can be suppressed as compared with the case where the sub-heater is disposed above each main chamber. Moreover, according to the melting apparatus 100, after connecting the cylindrical body 2 to the main chamber 200 using the support plate raising / lowering device 3, the heater 4 is lowered | hung to the single crystal raw material heating position using the closing plate raising / lowering device 5. Thus, the single crystal raw material 220 in the crucible 210 can be directly heated from above without providing a sub-heater inside the main chamber 200. Therefore, the internal structure of the main chamber 200 can be prevented from becoming complicated, and a space for arranging the rectifying cylinder 260 and the raw material charging device can be secured above the crucible 210 of the main chamber 200. Further, the time required for melting the single crystal raw material can be shortened as compared with the case where the single crystal raw material is melted using only the side heater 230, and it is not necessary to heat the crucible with the side heater 230. Therefore, even when a quartz crucible is used, it is possible to suppress dislocation of the pulled up crystal due to deterioration of the crucible at a high temperature.

更に、この溶融装置100によれば、ガス供給口81およびガス供給ライン8などを用いて筒状体2の内部にガスを流すことができるので、単結晶原料220を溶融する際に筒状体2側からチャンバ200内へとアルゴンガス等を流すことができる。従って、アルゴン雰囲気下で単結晶原料の溶融を実施することができると共に、多結晶シリコンや単結晶シリコンなどのシリコン原料を単結晶原料として溶融する場合であっても、溶融した単結晶原料から発生するSiOガスをアルゴンガスの流れ(下向流)に乗せて排気することができる。また、筒状体2の下部開口端21とメインチャンバー200のゲートバルブ280との連結を解除して筒状体2をゲートバルブ280から切り離す際に、筒状体2の内部をアルゴンガスで加圧することができるので、下部開口端21とゲートバルブ280との連結を容易に解除することができる。   Furthermore, according to this melting apparatus 100, since the gas can flow inside the cylindrical body 2 using the gas supply port 81, the gas supply line 8, and the like, the cylindrical body is produced when the single crystal raw material 220 is melted. Argon gas or the like can flow from the second side into the chamber 200. Therefore, the single crystal raw material can be melted in an argon atmosphere, and even when a silicon raw material such as polycrystalline silicon or single crystal silicon is melted as a single crystal raw material, it is generated from the molten single crystal raw material. The SiO gas to be discharged can be exhausted by being placed on the flow of argon gas (downward flow). Further, when the connection between the lower open end 21 of the cylindrical body 2 and the gate valve 280 of the main chamber 200 is released and the cylindrical body 2 is disconnected from the gate valve 280, the inside of the cylindrical body 2 is added with argon gas. Therefore, the connection between the lower opening end 21 and the gate valve 280 can be easily released.

また、この溶融装置100によれば、ヒーター4の上方に、ヒーター4と一体的に移動する熱遮蔽体6を設けているので、ヒーター4で単結晶原料220を加熱する際に、ヒーター4から上方(筒状体2側)への放熱を抑制して、単結晶原料220をより効率的に短時間で溶融することができると共に、筒状体2がヒーター4からの熱により劣化するのを防止することができる。   Further, according to the melting apparatus 100, the heat shield 6 that moves integrally with the heater 4 is provided above the heater 4, so that when the single crystal raw material 220 is heated by the heater 4, The single crystal material 220 can be melted more efficiently in a short time by suppressing heat dissipation to the upper side (tubular body 2 side), and the cylindrical body 2 is deteriorated by the heat from the heater 4. Can be prevented.

更に、この溶融装置100によれば、ヒーター4を閉止板22に対して固定し、蛇腹構造を有する筒状体2を伸縮させつつ閉止板22を昇降させることでヒーター4を昇降させているので、水冷電極62a,62bを筒状体2の内部に押し込んでヒーター4を昇降させる場合と比較して水冷電極の長さを短くし、装置を小型化することができる。また、この溶融装置100によれば、電源プラグ7、冷却水供給口64およびガス供給口81を引き出し可能に本体部1に配設しているので、筒状体2からヒーター電力ライン、冷却水ラインおよびガスラインを直接延在させる場合と比較して装置を小型化することができる。   Furthermore, according to the melting apparatus 100, the heater 4 is fixed to the closing plate 22, and the heater 4 is lifted and lowered by moving the closing plate 22 up and down while expanding and contracting the cylindrical body 2 having the bellows structure. The length of the water-cooling electrode can be shortened and the apparatus can be downsized as compared with the case where the water-cooling electrodes 62a and 62b are pushed into the cylindrical body 2 and the heater 4 is moved up and down. Further, according to the melting apparatus 100, the power plug 7, the cooling water supply port 64, and the gas supply port 81 are disposed in the main body 1 so as to be able to be drawn out. Compared with the case where the line and the gas line are directly extended, the apparatus can be reduced in size.

以上、本発明の単結晶原料の溶融装置について一例を用いて説明したが、本発明の単結晶原料の溶融装置は、上記一例に限定されることはなく、本発明の単結晶原料の溶融装置には、適宜変更を加えることができる。   The single crystal raw material melting apparatus of the present invention has been described above using an example. However, the single crystal raw material melting apparatus of the present invention is not limited to the above example, and the single crystal raw material melting apparatus of the present invention is not limited thereto. Can be appropriately modified.

具体的には、筒状体は、蛇腹構造を有さない円筒体としても良く、この場合には、閉止板に気密に挿通された水冷電極を上下動させることによりヒーターを昇降させることができる。また、電源プラグ、冷却水供給口およびガス供給口は、本体部1に設けなくても良い。   Specifically, the cylindrical body may be a cylindrical body having no bellows structure. In this case, the heater can be moved up and down by moving up and down a water-cooled electrode that is airtightly inserted into the closing plate. . The power plug, the cooling water supply port, and the gas supply port may not be provided in the main body 1.

更に、筒状体には、筒状体の内部と外部とを連通可能にするリークバルブを設けても良い。リークバルブを設ければ、筒状体をゲートバルブから切り離す際に、リークバルブを開くだけで筒状体の内部を大気圧まで加圧することができる。   Further, the tubular body may be provided with a leak valve that enables communication between the inside and the outside of the tubular body. If the leak valve is provided, when the tubular body is separated from the gate valve, the inside of the tubular body can be pressurized to atmospheric pressure simply by opening the leak valve.

また、支持板昇降装置を安全スイッチとして機能させて、支持板昇降装置が上昇している状態の場合(即ち、図3A(b)に示すように筒状体2の下部開口端21が解除位置に位置している場合)にはヒーターへ電気が流れないようにしても良い。このようにすれば、ヒーターへの不要な電力供給を防止することができると共に、不慮の事故の発生を防止することもできる。   Further, when the support plate lifting / lowering device is functioned as a safety switch and the support plate lifting / lowering device is raised (that is, as shown in FIG. 3A (b), the lower opening end 21 of the cylindrical body 2 is at the release position). If it is located at (5), the electricity may not flow to the heater. In this way, unnecessary power supply to the heater can be prevented, and an accident can be prevented from occurring.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the following Example at all.

(実施例1)
図1に示す単結晶原料の溶融装置を用いて、図3A〜図4Bに示すようにして、単結晶原料としてのシリコン原料を石英るつぼ内で溶融し、直径300mmのシリコン単結晶の引き上げを行った。なお、シリコン原料の溶融条件は表1に示す条件とし、単結晶の引き上げは、3つの異なるメインチャンバーを用いて合計9回行った。
そして、シリコン原料の溶融に要した平均時間およびシリコン単結晶の製造歩留まり(=(得られたシリコン単結晶の重量/原料チャージ量)×100%)を求めた。結果を表1に示す。
Example 1
Using the single crystal raw material melting apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 3A to 4B, a silicon raw material as a single crystal raw material is melted in a quartz crucible and a silicon single crystal having a diameter of 300 mm is pulled up. It was. The silicon raw material was melted under the conditions shown in Table 1, and the single crystal was pulled up a total of nine times using three different main chambers.
Then, the average time required for melting the silicon raw material and the production yield of the silicon single crystal (= (weight of the obtained silicon single crystal / raw material charge amount) × 100%) were obtained. The results are shown in Table 1.

(従来例1)
図1に示す単結晶原料の溶融装置を使用せず、メインチャンバー内に設けられたサイドヒーターのみを用いてシリコン原料を石英るつぼ内で溶融し、直径300mmのシリコン単結晶の引き上げを行った。なお、シリコン原料の溶融条件は表1に示す条件とし、単結晶の引き上げは、3つの異なるメインチャンバーを用いて合計9回行った。
そして、シリコン原料の溶融に要した平均時間およびシリコン単結晶の製造歩留まりを求めた。結果を表1に示す。
(Conventional example 1)
The silicon raw material was melted in a quartz crucible using only the side heater provided in the main chamber without using the single crystal raw material melting apparatus shown in FIG. 1, and the silicon single crystal having a diameter of 300 mm was pulled up. The silicon raw material was melted under the conditions shown in Table 1, and the single crystal was pulled up a total of nine times using three different main chambers.
Then, the average time required for melting the silicon raw material and the production yield of the silicon single crystal were determined. The results are shown in Table 1.

Figure 2012116691
Figure 2012116691

表1より、実施例1では、従来例1と同じ電力消費量でも、より短時間でシリコン原料を溶融させ得ることが分かる。また、実施例1は従来例1よりも歩留まりが高く(即ち、従来例1よりも引き上げた結晶の有転位化が抑制されており)、るつぼの劣化が抑制されていることが分かる。   From Table 1, it can be seen that in Example 1, the silicon raw material can be melted in a shorter time even with the same power consumption as in Conventional Example 1. Further, Example 1 has a higher yield than Conventional Example 1 (that is, the dislocation of the crystal pulled up as compared with Conventional Example 1 is suppressed), and it can be seen that the crucible deterioration is suppressed.

(実施例2〜3)
シリコン原料の溶融条件を表2に示すように変更し、引き上げるシリコン単結晶の直径を450mmにすると共に、単結晶の引き上げ回数を合計10回とした以外は、実施例1と同様にしてシリコン原料の溶融およびシリコン単結晶の引き上げを行った。
そして、シリコン原料の溶融に要した平均時間およびシリコン単結晶の製造歩留まりを実施例1と同様にして求めた。結果を表2に示す。
(Examples 2-3)
The silicon raw material was changed in the same manner as in Example 1 except that the melting conditions of the silicon raw material were changed as shown in Table 2, the diameter of the silicon single crystal to be pulled was changed to 450 mm, and the number of single crystal pulling was changed to 10 times in total. And the silicon single crystal was pulled up.
The average time required for melting the silicon raw material and the production yield of the silicon single crystal were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(従来例2)
シリコン原料の溶融条件を表2に示すように変更し、引き上げるシリコン単結晶の直径を450mmにすると共に、単結晶の引き上げ回数を合計10回とした以外は、従来例1と同様にしてシリコン原料の溶融およびシリコン単結晶の引き上げを行った。
そして、シリコン原料の溶融に要した平均時間およびシリコン単結晶の製造歩留まりを実施例1と同様にして求めた。結果を表2に示す。
(Conventional example 2)
The silicon raw material was changed as shown in Table 2, the diameter of the silicon single crystal to be pulled was changed to 450 mm, and the number of times the single crystal was pulled was set to a total of 10 times. And the silicon single crystal was pulled up.
The average time required for melting the silicon raw material and the production yield of the silicon single crystal were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 2012116691
Figure 2012116691

表2より、実施例2では、従来例2と同じ電力消費量でも、より短時間でシリコン原料を溶融させ得ることが分かる。また、実施例2は従来例2よりも歩留まりが高く(即ち、従来例2よりも引き上げた結晶の有転位化が抑制されており)、るつぼの劣化が抑制されていることが分かる。また、ヒーターの出力を増加させた実施例3では、実施例2と殆ど同じシリコン単結晶製造歩留まりで、シリコン原料の溶融に必要な時間を大幅に短縮し得ることが分かる。   From Table 2, it can be seen that in Example 2, the silicon raw material can be melted in a shorter time even with the same power consumption as in Conventional Example 2. Further, Example 2 has a higher yield than Conventional Example 2 (that is, the dislocation of the crystal pulled up as compared with Conventional Example 2 is suppressed), and it can be seen that the deterioration of the crucible is suppressed. Further, in Example 3 in which the output of the heater was increased, it can be seen that the time required for melting the silicon raw material can be significantly shortened with the same silicon single crystal production yield as in Example 2.

本発明の単結晶原料の溶融装置によれば、メインチャンバーの構造の複雑化および設備コストの増大を抑制しつつ、るつぼ内に投入した単結晶原料をるつぼ上方から直接加熱することができる。   According to the single crystal raw material melting apparatus of the present invention, the single crystal raw material charged into the crucible can be directly heated from above the crucible while suppressing the complexity of the structure of the main chamber and the increase in equipment cost.

1 本体部
2 筒状体
3 支持板昇降装置
4 ヒーター
5 閉止板昇降装置
6 熱遮蔽体
7 電源プラグ
8 ガスライン
9 制御装置
11 車輪
12 支持板
13 ガイド支柱
21 下部開口端
22 閉止板
61a,61b ヒーター電力ライン
62a,62b 水冷電極
63 石英板
64 冷却水供給口
81 ガス供給口
100 溶融装置
200 メインチャンバー
210 るつぼ
210a 石英るつぼ
210b 黒鉛るつぼ
211 るつぼ回転機構
220 単結晶原料
230 サイドヒーター
240 保温筒
250 断熱材
260 整流筒
280 ゲートバルブ
300 プルチャンバー
310 ワイヤーロープ
311 種結晶
320 回転機構
321 引き上げ機構
330 プルチャンバー旋回昇降装置
400 単結晶製造装置
410 メインチャンバー
411 ゲートバルブ
412 るつぼ
413 ヒーター
414 単結晶原料融液
415 保温筒
416 断熱材
420 プルチャンバー
421 ワイヤーロープ
422 種結晶
423 単結晶インゴット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main-body part 2 Cylindrical body 3 Support plate raising / lowering device 4 Heater 5 Closing plate raising / lowering device 6 Heat shield 7 Power plug 8 Gas line 9 Control apparatus 11 Wheel 12 Support plate 13 Guide support | pillar 21 Lower opening end 22 Closing plates 61a and 61b Heater power lines 62a and 62b Water-cooled electrode 63 Quartz plate 64 Cooling water supply port 81 Gas supply port 100 Melting apparatus 200 Main chamber 210 Crucible crucible 210a Quartz crucible 210b Crucible crucible 211 Crucible rotating mechanism 220 Single crystal raw material 230 Side heater 240 Thermal insulation cylinder 250 Thermal insulation Material 260 Rectifier cylinder 280 Gate valve 300 Pull chamber 310 Wire rope 311 Seed crystal 320 Rotating mechanism 321 Pulling mechanism 330 Pull chamber swivel lifting device 400 Single crystal manufacturing device 410 Main chamber 411 Gate valve 412 Crucible 41 Heater 414 single crystal raw material melt 415 heat insulating tube 416 heat insulator 420 pull chamber 421 wire rope 422 seed crystal 423 single crystal ingot

Claims (6)

チョクラルスキー法による単結晶製造装置のメインチャンバー内のるつぼに投入された単結晶原料の溶融に用いる溶融装置であって、
移動機構を有する本体部と、
単結晶製造装置のメインチャンバーのゲートバルブに連結される下部開口端と、上部閉止端とを有する筒状体と、
前記本体部に設けられ、前記下部開口端と前記ゲートバルブとが連結する連結位置と、前記下部開口端と前記ゲートバルブとが上下に離間した解除位置との間で前記筒状体を上下に昇降させる筒状体昇降機構と、
前記筒状体の内部から下方に突出してるつぼ内の単結晶原料を加熱するヒーターと、
前記本体部に設けられ、前記筒状体内の収容位置と、前記下部開口端よりも下方の単結晶原料加熱位置との間で前記ヒーターを上下に昇降させるヒーター昇降機構と、
前記ヒーターへ電力を供給する電力供給源との接続部と、
を備えることを特徴とする、単結晶原料の溶融装置。
A melting apparatus used for melting a single crystal raw material charged in a crucible in a main chamber of a single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method,
A main body having a moving mechanism;
A cylindrical body having a lower open end connected to the gate valve of the main chamber of the single crystal manufacturing apparatus, and an upper closed end;
The cylindrical body is moved up and down between a connection position provided on the main body portion, where the lower opening end and the gate valve are connected, and a release position where the lower opening end and the gate valve are separated vertically. A cylindrical body lifting mechanism for raising and lowering;
A heater for heating the single crystal raw material in the crucible protruding downward from the inside of the cylindrical body;
A heater elevating mechanism that is provided in the main body, and moves the heater up and down between an accommodation position in the cylindrical body and a single crystal raw material heating position below the lower opening end;
A connection with a power supply source for supplying power to the heater;
An apparatus for melting a single crystal raw material, comprising:
前記筒状体が蛇腹構造を有しており、
前記ヒーターが前記上部閉止端に対して固定されており、
前記ヒーター昇降機構が、前記筒状体を伸縮させて前記ヒーターを上下に昇降させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶原料の溶融装置。
The cylindrical body has a bellows structure;
The heater is fixed to the upper closed end;
The apparatus for melting a single crystal raw material according to claim 1, wherein the heater elevating mechanism elevates and lowers the heater up and down by expanding and contracting the cylindrical body.
前記筒状体の下部開口端と前記ゲートバルブとの連結を解除する際に筒状体の内部を加圧する加圧手段を備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の単結晶原料の溶融装置。   The single crystal raw material according to claim 1, further comprising a pressurizing unit that pressurizes the inside of the cylindrical body when the connection between the lower opening end of the cylindrical body and the gate valve is released. Melting equipment. 前記筒状体の内部にガスを供給するガス供給手段を備えることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の単結晶原料の溶融装置。   The apparatus for melting a single crystal raw material according to any one of claims 1 to 3, further comprising gas supply means for supplying a gas into the cylindrical body. 前記ヒーターの上方に、ヒーターと一体移動する熱遮蔽体を更に供えることを特徴とする、請求項1〜4の何れかに記載の単結晶原料の溶融装置。   The apparatus for melting a single crystal raw material according to any one of claims 1 to 4, further comprising a heat shield that moves integrally with the heater above the heater. るつぼ内の単結晶原料の位置を検出し、該単結晶原料の位置に応じて前記ヒーターの上下方向の位置を制御するヒーター位置制御機構を有することを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の単結晶原料の溶融装置。   6. A heater position control mechanism for detecting the position of the single crystal raw material in the crucible and controlling the vertical position of the heater according to the position of the single crystal raw material. An apparatus for melting a single crystal raw material according to claim 1.
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