JP3861561B2 - Water leak detector of the single crystal pulling apparatus and the single crystal pulling apparatus, and water leak detection method - Google Patents

Water leak detector of the single crystal pulling apparatus and the single crystal pulling apparatus, and water leak detection method Download PDF

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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、チョクラルスキー法(CZ法)により、単結晶棒を成長させるCZ法単結晶引上げ装置の湯漏れ検出に関するものである。 The present invention is the Czochralski method by Czochralski method (CZ method), to a hot water leak detection the CZ single crystal puller for growing a single crystal rod.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
例えば半導体シリコン単結晶棒製造に用いられる従来のCZ法単結晶引上げ装置の一例を図4により説明する。 For example an example of a conventional CZ single crystal pulling apparatus used in the semiconductor silicon single crystal rod manufacturing will be described with reference to FIG. 図4に示すように、この単結晶引上げ装置30は、チャンバ(引上げ室)31と、チャンバ31中に設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶5を保持するシードチャック6と、シードチャック6を引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えて構成されている。 As shown in FIG. 4, the rotation the single crystal pulling apparatus 30 includes a chamber (pulling chamber) 31, a crucible 32 provided in the chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, the crucible 32 a crucible holding shaft 33 and a rotating mechanism thereby (not shown), seed chuck 6 for holding a silicon seed crystal 5, a wire 7 for pulling the seed chuck 6, the wire 7 or taking up winding mechanism ( is configured to include a not shown). ルツボ32は、その内側の原料シリコン融液(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。 Crucible 32 is on the side for accommodating the raw material silicon melt (molten metal) 2 inside is provided a quartz crucible, the graphite crucible is provided on its outer side. また、ヒータ34の外側周囲にはヒータ断熱材35が配置されている。 Further, the outer periphery of the heater 34 is disposed a heater insulation material 35.
【0003】 [0003]
次に、上記の単結晶引上げ装置30による単結晶育成方法について説明する。 Next, a description will be given single crystal growth method according to the single crystal pulling apparatus 30.
まず、ルツボ32内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420°C)以上に加熱して融解する。 First, it is melted by heating the high-purity polycrystalline material of silicon to the melting point (about 1420 ° C) or higher in the crucible 32. そして、ワイヤ7を巻き出すことにより融液2の表面3の略中心部に種結晶5の先端を接触又は浸漬させる。 Then, substantially the central portion of the surface 3 of the melt 2 contacting or immersing the tip of the seed crystal 5 by unwinding wire 7. その後、ルツボ保持軸33を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取り、種結晶5を引上げることにより、単結晶育成が開始される。 Thereafter, to rotate the crucible holding shaft 33 in an appropriate direction, winding while rotating the wire 7, by pulling the seed crystal 5, to start the growing of single crystal. 以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒1を得ることができる。 Thereafter, it is possible to obtain a single crystal rod 1 of substantially cylindrical shape by appropriately adjusting the pulling rate and temperature.
【0004】 [0004]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上記した単結晶引上げ装置における石英ルツボおよび黒鉛ルツボは、共に高い耐熱性を有しているが、やや脆く、耐衝撃性に乏しいという欠点がある。 Quartz crucible and the graphite crucible in a single crystal pulling apparatus described above, has the both high heat resistance, there is a disadvantage that somewhat brittle, poor impact resistance. そこで、単結晶引上げに際し、多結晶原料をルツボに投入すると、その衝撃によってルツボに亀裂が入ることがあり、そこから溶融液が漏れる恐れがある。 Therefore, when the single crystal pulling and turning on the polycrystalline raw material in the crucible, it may crack the crucible by the impact, there is a risk that melt leakage therefrom. また、多結晶原料投入時にルツボ内の湯がルツボの周囲に飛散することもある。 Also, the hot water in the crucible at the time of the polycrystalline raw material input is also scattered around the crucible. さらに使用により徐々にルツボが劣化したり、引上げ中の単結晶が落下した場合には、ルツボが破壊されて湯のほぼ全量が流出してしまうこともある。 Furthermore crucible gradually deteriorated by the use, when the single crystal during pulling is dropped is sometimes crucible is destroyed almost all of the hot water flows out.
【0005】 [0005]
このように、高温の湯がルツボ外へ流出、飛散すると、ルツボの周りからチャンバの底部に至り、チャンバ底部やヒータ用端子部あるいはルツボ保持軸等の金属部やルツボ駆動装置、下部冷却水配管等を侵食することになる。 Thus, the outflow and the high-temperature water to the crucible out, the scattered leads from around the crucible to the bottom of the chamber, the metal portion and the crucible drive unit such as terminal unit or the crucible holding shaft for the chamber bottom and the heater, the lower the cooling water pipe It will be eroded and the like. 特に高温のシリコンは反応性が高く金属に対する侵食作用が強いため、冷却水配管が侵されて水が漏れ出せば、水蒸気爆発を起こすという危険性もある。 Particularly for high temperature silicon has a strong erosion effect on metals highly reactive, there if the cooling water pipe is corroded by Dase leak water, the risk of causing steam explosions. また、装置外に溢れ出すと作業員や機器に危害を及ぼすことになる。 In addition, so that the harm to workers and equipment and overflowing to the outside of the apparatus.
【0006】 [0006]
そこで、例えば特開平9−221385号公報に開示された単結晶引上げ装置では、全溶融原料を収容することができる内容積を有する湯漏れ受皿をルツボの下部に配設してこのような危険性を回避しようとしている。 Therefore, for example, a single crystal pulling apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-221385, such risk the hot water leakage pan having an internal volume capable of accommodating the entire molten material and disposed below the crucible They are trying to avoid.
【0007】 [0007]
しかしながら、このように湯漏れ受皿を設置しただけでは、湯漏れの発生を検出することができず、電源を切断する等の即応が出来ないので、有効適切な回避手段をとることができない恐れがある。 However, simply by installing this manner the hot water leakage pan, can not detect the occurrence of water leakage, the power supply can not be responsive, such as cutting the, it may not be possible to take effective appropriate avoidance means is there.
【0008】 [0008]
また、湯漏れ検出器を備えた単結晶引上げ装置の例としては、本出願人の出願に係る公開の特開平11−180794号の技術があり、光学式視覚センサにより引上げ中の単結晶とシリコン融液の接触部を撮像して、湯漏れによる急激な湯面位置変化を検出する方法やルツボ支持軸と種結晶を保持するワイヤの間に電圧を印加して、導電状態の変化を比較器で検出して湯漏れを検知する手段が開示されている。 Further, examples of a single crystal pulling apparatus equipped with a water leak detector, there are published in JP-A 11-180794 Patent technique the present applicant, single-crystal silicon during the pulling by an optical vision sensor by imaging a contact portion of the melt, by applying a voltage between the wire holding method and crucible support shaft and the seed crystal for detecting a sudden melt-surface position change with the hot water leakage, the comparator changes in conductivity state means for detecting a detected and hot water leakage is disclosed in. これらの方法は、単結晶引上げ中に生じた湯漏れの検出には極めて有効であるが、最も湯漏れの危険性の高い原料多結晶塊の溶解時に検出できないという欠点がある。 These methods are for the detection of water leakage occurring in the single crystal pulling is very effective, there is a drawback that can not be detected during the most of the hot water leakage risk highly polycrystalline raw material lumps dissolved. さらに原料多結晶の追加投入やルツボ位置の変更等で湯面位置を変化させる場合は、その都度センサの作動を解除する必要があるという不都合がある。 If further changes the melt surface position change of adding on or crucible position of the polycrystalline raw material, there is a disadvantage that it is necessary to release the operation of each time the sensor.
【0009】 [0009]
また、ルツボの下部にロードセルを組み込み、常時ルツボの重量を測定し、湯漏れによる急激な重量変化を検出する方式も考えられる。 Moreover, incorporating the load cell at the bottom of the crucible, weighed constantly crucible, a method of detecting a sudden change in weight due to water leakage is also conceivable. この方式のメリットは、ロードセルの感度、ノイズの大きさ等にもよるが、湯漏れ受皿に溜らない程少量の湯漏れも検出できる可能性がある。 Advantages of this method, the sensitivity of the load cell, depending on the amount of noise or the like, a small amount of water leakage as not Tamarira in hot water leakage saucer also could be detected. しかしながら、ルツボは、回転、上下動の機構を具備しており、これらの精度を維持しながら、重量測定のロードセルを組み込む構造とするためには、高精度な開発設計ならびに高額な投資を必要とする。 However, the crucible is rotated, and provided with a mechanism for vertical movement, while maintaining their accuracy, to a structure incorporating a load cell weight measurement, require design and expensive investments precision Development to. さらにルツボの振動やルツボに何かが接触しても重量変化として表れ、湯漏れとの相違判断が極めて困難である。 Also reflected as a weight change in contact with anything further to vibration and crucible crucible, difference determination of the water leakage is extremely difficult.
【0010】 [0010]
そこで、本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、CZ法単結晶引上げ装置において、不慮の事故によってシリコン融液がルツボ外へ流出しても、これを溜めて金属部品や冷却配管から成る下部機構に到達するのを防止する湯漏れ受皿を利用して、ルツボから漏れてくる融液をいち早く的確に検出し、警報吹鳴、運転停止等の動作を素早く行うことができるようにすることを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, the CZ single crystal puller, be silicon melt by accident flows out to the crucible out, the metal parts sump which using the hot water leakage pan to prevent from reaching the lower mechanism consisting of or cooling pipes, the melt leaking from the crucible quickly and accurately detect, alarm sounded, it is possible to perform quickly the operation of the operation stop, etc. as a main object of the present invention to the.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器は、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置のチャンバの底部に配設した湯漏れ受皿においてルツボから漏れてくる融液を検出する湯漏れ検出器であって、湯漏れ受皿の底板に設けられ、底板の温度を検出する温度検出手段および該温度検出手段の検出値の変化により湯漏れを検出する湯漏れ検出手段を具備することを特徴としている(請求項1)。 In order to solve the above problems, water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, fusion leaking from the crucible in the hot water leakage pan which is disposed at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus according to the Czochralski method a water leak detector for detecting the liquid, provided in the bottom plate of the hot water leakage pan, water leakage detecting means for detecting the water leakage by a change in the detection value of the temperature detecting means and the temperature detecting means for detecting the temperature of the bottom plate It is characterized by comprising (claim 1).
【0012】 [0012]
このように湯漏れ検出器を構成すると、単結晶引上げ装置のチャンバの底部で、ルツボの下部に配設された湯漏れ受皿の底板に設置した温度検出手段の上にルツボから漏れてきたシリコン融液がかかると湯漏れ受皿底板の温度が一気に上昇することになる。 This configuration of the water leak detector, at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus, the silicon leaked from the crucible above the temperature detection means installed on the bottom plate of the hot water leakage pan which is arranged in a lower portion of the crucible fusion the temperature of the hot water leakage pan bottom plate will increase once the liquid is applied. この底板の温度を温度検出手段で検出し、その検出値の変化を湯漏れ検出手段で検出し、湯漏れと判断した場合には、警報、運転停止等の動作を湯漏れの程度に応じて即時にとることができ、重大な事故災害を回避することが可能となる。 The temperature of the bottom plate detected by the temperature detecting means detects a change in the detection value in a water leakage detection unit, when it is determined that the hot water leakage alarm, depending on the degree of water leakage the operation of the operation stop, etc. can be taken immediately, it is possible to avoid serious accidents. 特に従来の光学式視覚センサによる湯漏れ検出方法では検出できなかった最も漏れの危険性の高い原料多結晶溶解時にも確実に検出することが可能となる。 In particular it becomes possible to reliably detect when the most leak high risk polycrystalline raw material dissolution can not be detected by a conventional optical vision sensor in a water leakage detection method. 従って、全ての単結晶引上げ工程において湯漏れ検出が可能である。 Therefore, it is possible to hot water leak detection in all of the single crystal pulling process.
【0013】 [0013]
この場合、温度検出手段を熱電対温度計とすることができるし(請求項2)、この熱電対温度計を複数具備することができる(請求項3)。 In this case, the temperature detecting means may be a thermocouple (claim 2), it is possible including a plurality of the thermocouple (claim 3).
このように温度検出手段を熱電対温度計とすると、瞬時に高感度、高精度の温度測定が可能であり、湯漏れ検出手段により湯漏れの有無の判定を容易に行うことができる。 With this the temperature detecting means and thermocouple thermometer, high sensitivity instantly, but may be a temperature measurement with high accuracy, it is possible to easily determine the presence or absence of water leakage by water leak detector.
また一箇所の湯漏れ検出器に熱電対温度計を少なくとも2本備え、1本は予備として誤作動を防止する。 Also provided at least two of the thermocouple in a water leak detector one place, one is to prevent malfunction as a spare. 例えば、一方のみ高温度検出の場合は、アラームを発して警戒態勢に入り、両方で高温度を検出した場合は直ちに運転の電源を落とすこととし、湯漏れが原因で引き起こされる事故の危険性を回避するようにする。 For example, in the case of only one high temperature detecting enters the alert by an alarm, if both detects a high temperature in a powering down of the operation immediately, the risk of accidents water leakage is caused due so as to avoid. さらに温度検出手段を湯漏れ受皿の底板の複数箇所に設置すれば、湯漏れの検出精度が向上すると共に湯漏れ位置の把握、湯漏れ量を推定することも可能となり、防災体制をより確実なものとすることができる。 In more established temperature detection means at a plurality of positions of the bottom plate of the water leakage pan, grasp the water leakage position with improved detection accuracy of water leakage, it becomes possible to estimate the hot water leakage amount, more reliably disaster prevention system it can be a thing. また、1本が断線等のため温度検出ができなくなっても、予備があれば検出の継続をすることも可能である。 Moreover, even if one becomes impossible temperature detection for disconnection or the like, it is also possible to continue the detection if there is preliminary.
【0014】 [0014]
本発明に係る単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器の他の形態は、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置のチャンバの底部に配設した湯漏れ受皿においてルツボから漏れてくる融液を検出する湯漏れ検出器であって、湯漏れ受皿の上部から挿入される露出電線を底板に設け、これに電圧を印加し、漏れた湯による電線の断線から湯漏れを検出するものであることを特徴としている(請求項4)。 Other forms of water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to the present invention detects the melt leaking from the crucible in the hot water leakage pan which is disposed at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus according to the Czochralski method characterized in that a water leak detector, provided an exposed wire to be inserted from the top of the hot water leakage pan on the bottom plate, to which voltage is applied, and detects the water leak from the disconnection of wires due to the leaked hot water It is set to (claim 4).
【0015】 [0015]
このように、単結晶引上げ装置のチャンバの底部で、ルツボの下部に配設された湯漏れ受皿の底板に、湯漏れ受皿の上部から挿入される露出電線を設けておいて、これに電圧を印加しておけば、ルツボから漏れてきたシリコン融液がこれにかかると、露出電線は一気に溶解し、電気絶縁状態になる。 Thus, at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus, the bottom plate of the water leakage pan which is arranged in a lower portion of the crucible, in advance provided with exposed wire to be inserted from the top of the hot water leakage pan, this voltage if applied, when the silicon melt that has leaked from the crucible is according to this, the exposed wire was dissolved once, the electrical insulation state. この状態を電流や抵抗値等の変化として検出し、湯漏れと判断した場合には、警報、運転停止等の動作を湯漏れの程度に応じて即時にとることができ、重大な事故災害を回避することが可能となる。 This state is detected as a change such as current or resistance, if it is determined that the hot water leakage alarm, can be taken immediately in accordance with the degree of water leakage the operation of the shutdown or the like, a serious accidents it is possible to avoid.
【0016】 [0016]
また本発明の単結晶引上げ装置は、前記した湯漏れ検出器を具備することを特徴としている(請求項5)。 The single crystal pulling apparatus of the present invention is characterized by comprising a water leak detector described above (claim 5).
このように、単結晶引上げ装置に湯漏れ受皿を具備するとともに、本発明の湯漏れ検出器を備えておけば、例えルツボから湯漏れが発生したとしても、直ちに湯漏れを検出し、警報吹鳴、運転停止等の動作を湯漏れの程度に応じて即時に取ることができ、湯漏れが原因で発生する事故を未然に防ぐことができる。 Thus, with comprises a hot water leakage pan in a single crystal pulling apparatus, if provided with a water leak detector of the present invention, even if the hot water leakage occurs from even crucible, immediately detects the water leak, the alarm sounded the operation of the operation stop, etc. can be taken immediately in accordance with the degree of water leakage, water leakage can be prevented an accident that caused.
【0017】 [0017]
さらに本発明の湯漏れ検出方法は、前記した湯漏れ検出器を使用してルツボから湯漏れ受皿に漏れてくるシリコン融液を検出することを特徴としている(請求項6)。 Further water leakage detection method of the present invention is characterized in that detecting the silicon melt leaks in a water leakage pan from the crucible using a water leak detector described above (claim 6).
このように、本発明の湯漏れ検出器を備えておけば、結晶製造工程の全ての段階で直ちに湯漏れを検出し、警報吹鳴、運転停止等の動作を素早く取ることがでる。 Thus, if provided with a water leak detector of the present invention, immediately detects the water leak at all stages of the crystal manufacturing process, warning sounded, out to take quickly the operation of the shutdown or the like.
【0018】 [0018]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Will be described below with reference to embodiments of the present invention with reference to the drawings, the present invention is not limited thereto. また融液についてはシリコンを例にして説明する。 Also described as an example of the silicon for molten.
図1(a)は、湯漏れ受皿と本発明に係る湯漏れ検出器として熱電対温度検出手段を備えた単結晶引上げ装置要部の縦断面図であり、(b)は湯漏れ受皿の底部の平面図であり、(c)は熱電対温度検出手段を湯漏れ受皿底板に設置した状態を示す拡大断面図である。 1 (a) is a longitudinal sectional view of a single crystal pulling apparatus main unit equipped with a thermocouple temperature sensing means as the water leakage detector according to the water leak pan and the present invention, (b) the bottom of the water leakage saucer it is a plan view of, (c) is an enlarged sectional view showing an installed state of a thermocouple temperature sensing means in a water leakage pan bottom plate. また、図2は、露出電線による湯漏れ検出器を配置した湯漏れ受皿を示す縦断面図である。 2 is a longitudinal sectional view showing a hot water leakage pan placing the water leak detector according exposed wires. 図3は、湯漏れ検出手段の(a)は動作フロー図であり、(b)はブロック図の一例である。 Figure 3 is a (a) is an operation flow diagram of the hot water leakage detection means, which is an example of (b) is a block diagram.
【0019】 [0019]
図1(a)に示すように、CZ法単結晶引上げ装置10のチャンバ31は、密閉タンク型であって、下部周壁の冷却水配管あるいはジャケット(不図示) には冷却水が流されている。 As shown in FIG. 1 (a), the chamber 31 of the CZ single crystal pulling apparatus 10 is a closed tank type, the coolant is flowed in the cooling water pipe or jacket of the lower wall (not shown) . チャンバ31内にはルツボ32が設けられ、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)を備えて構成されている。 Crucible 32 is provided within the chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, it is configured to include a crucible holding shaft 33 and a rotation mechanism for rotating the crucible 32 (not shown). さらにチャンバ31の下部には雰囲気ガス排出管13が設けられている。 Ambient gas discharge pipe 13 is provided at the further lower portion of the chamber 31. この排出管はチャンバ側面に設けられているが、底部に設けられる場合もある。 The discharge tube is provided in the chamber side, but may be provided in the bottom.
【0020】 [0020]
ルツボ32は、その内側の原料シリコン融液(湯)2を収容する側には石英ルツボ32aが設けられ、その外側にはこれを保護する黒鉛ルツボ32bが設けられている。 Crucible 32, the inside of the side housing the starting silicon material melt (molten metal) 2 is a quartz crucible 32a is provided, a graphite crucible 32b is provided to protect it on the outside.
また、ルツボ32の外周にはヒータ34が、ヒータ34の外側周囲にはヒータ断熱材35が配置されている。 Further, the outer periphery of the crucible 32 heater 34, the outer periphery of the heater 34 is disposed a heater insulation material 35. ヒータ34の下部には金属製のヒータ通電用電極14が取り付けられて装置外部電源に通じている。 At the bottom of the heater 34 metal heater energization electrode 14 is communicated with an installed device external power source. この電極14は、上部をカーボン製とし、金属部が高温の炉内に露出しないようにすることもある。 The electrode 14, the upper is made of carbon, sometimes metal portion is not exposed to the high temperature furnace.
【0021】 [0021]
そして、チャンバ31の底部31aの内壁面31bに接して湯漏れ受皿15が配設されている。 Then, water leakage pan 15 is disposed in contact with the inner wall surface 31b of the bottom portion 31a of the chamber 31.
この湯漏れ受皿15は図2に示したように底板15aと筒部15bから成り、その接合は立て込みボルトまたは螺合で接合されている。 The water leakage pan 15 is composed of the bottom plate 15a and a cylindrical portion 15b, as shown in FIG. 2, the joint is bolted or screwed Tatekomi. また、底板と筒部を一体成形したものもある。 Also, some of which are integrally formed bottom plate and the cylindrical portion. そして、この湯漏れ受皿15をチャンバ底部31aに嵌め込むことによって受皿底板15aはチャンバ底部内壁面31bのほぼ全面に密着する。 The saucer bottom plate 15a by fitting the water leakage pan 15 to the chamber bottom 31a is in close contact with substantially the entire surface of the chamber bottom inner wall surface 31b.
【0022】 [0022]
湯漏れ受皿15において、ルツボ保持軸33やヒータ通電用電極14等のチャンバ底部31aおよび湯漏れ受皿底板15aを貫通する部材を通す軸スリーブ15cは底板15aにネジ込みで組立てている(図2参照)。 In hot water leakage pan 15, the shaft sleeve 15c through the member extending through the chamber bottom 31a and hot water leaks pan bottom plate 15a, such as a crucible-holding shaft 33 and the heater current-carrying electrodes 14 are assembled with screwed to the bottom plate 15a (see FIG. 2 ). また、その高さは各箇所において受皿筒部15bと同レベルとするのが好ましく、底板15aと筒部15bとから得られる湯漏れ受皿15の内容積は全溶融原料2の容積以上となるように設定されている。 Further, it is preferable to be pan tube portion 15b at the same level in the height each location, the internal volume of the hot water leakage pan 15 obtained from the bottom plate 15a and the cylindrical portion 15b is to be the least volume of the total melting material 2 It is set to. さらに湯漏れの一部が固化した場合には、体積が膨張する(シリコン融液の比重は約2.54、固体は2.33)ので湯漏れ受皿の内容積は、全溶融原料が凝固した時の体積以上とする方が好ましい。 Further, when a part of the hot water leakage and solidified, the volume expands (specific gravity of the silicon melt is about 2.54, solid 2.33) Since the internal volume of the hot water leakage pan, the total molten material has solidified if higher than the volume of time is preferred.
湯漏れ受皿15の材質は、耐熱性、耐食性、加工性の点から黒鉛材が適しており、中でも等方性黒鉛が好ましく使用される。 The material of the water leakage pan 15, the heat resistance, corrosion resistance, and graphite material is suitable in view of workability, isotropic graphite is preferably used among them.
【0023】 [0023]
このように構成された単結晶引き上げ装置10においては、ルツボ32内に投入されたシリコン多結晶原料がヒータ34により溶融されて溶融原料2が形成される。 In this single-crystal pulling apparatus 10 having such a structure, polycrystalline silicon raw material charged into the crucible 32 is melted molten material 2 is formed by a heater 34. この溶融原料2に上方からワイヤで吊下げたシードホルダに装着した種結晶を浸漬し、ワイヤ及びルツボ32を回転させながら所定の速度で引上げることにより所定の単結晶棒を成長させることができる。 The molten material 2 hanging a seed crystal attached to a seed holder immersed was lowered by the wire from above, while rotating the wire and the crucible 32 can be grown a predetermined single crystal rod by pulling at a predetermined speed .
【0024】 [0024]
上記単結晶引き上げ装置10において、例えばルツボ32に多結晶原料を投入した時に原料投入の衝撃に起因してルツボ32に亀裂が生じると、この亀裂から融液2がルツボ32の外部へ流出し、流出した融液2はルツボの外周壁に沿って下方へ流れ、チャンバ31の底部31aに向けて落下することになる。 In the single crystal pulling apparatus 10, for example, cracks in the crucible 32 due to the impact of the raw material charging when the polycrystalline material has been charged into the crucible 32, the melt 2 flows out to the outside of the crucible 32 from the crack, leaked melt 2 flows downward along the outer peripheral wall of the crucible, so that fall toward the bottom 31a of the chamber 31.
【0025】 [0025]
ここで、湯漏れ受皿15を備えた単結晶引上げ装置10によれば、チャンバ底部内壁面31bに接して湯漏れ受皿15が配設されているため、湯漏れ受皿15によって、流出した融液2を収容することができる。 Here, according to the single crystal pulling apparatus 10 having a hot water leakage pan 15, because the hot water leakage saucer 15 in contact with the chamber bottom inner wall surface 31b is disposed, the water leakage pan 15, the spilled melt 2 it can be accommodated.
従って、融液2がルツボ32の下部機構に達することを確実に防止し、冷却水の蒸発による水蒸気爆発や、流出した融液が装置外に溢れ出して作業員に危険を及ぼすこと等を確実に防止することができる。 Therefore, the melt 2 is reliably prevented from reaching the lower mechanism of the crucible 32, and steam explosion due to evaporation of the cooling water, flowing out melt etc. that hazardous to workers overflows out of the apparatus ensures it is possible to prevent the.
【0026】 [0026]
しかしながら、このように湯漏れ受皿15を設置しただけでは、湯漏れが始まった時刻、すなわち、湯漏れの発生を検出することができず、有効適切な事故回避手段をとることができない恐れがある。 However, only by installing a water leakage pan 15 in this way, the time the water leakage has begun, i.e., can not detect the occurrence of water leakage, it may not be possible to take effective appropriate accident avoidance means .
そこで、本発明の湯漏れ検出器によってルツボ32から漏れて湯漏れ受皿15に溜り始めた湯を検出し、湯漏れの発生自体を素早く検出することによって、警報、運転停止等の動作を即時に起こすことができるようにし、湯漏れが原因で発生する事故を未然に防止することができる。 Therefore, to detect the water began pooling in the water leakage pan 15 leaked from the crucible 32 by water leak detector of the present invention, by quickly detecting the occurrence itself of the hot water leakage alarm, the operation of the shutdown or the like immediately to be able to cause, the accident hot water leakage caused by it is possible to prevent in advance.
【0027】 [0027]
ここで本発明に係る単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器は、図1(a)、(b)に示したように、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置10のチャンバの底部31aでルツボ32の下部に配設した湯漏れ受皿15において、ルツボ32から漏れてくるシリコン融液2を検出する湯漏れ検出器20であって、湯漏れ受皿15の底面に設けられ、底面の温度を検出する温度検出手段および該温度検出手段の検出値の変化により湯漏れを検出する湯漏れ検出手段を具備することを特徴としている。 Here water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, FIG. 1 (a), as shown (b), the crucible 32 at the bottom 31a of the chamber of the single crystal pulling apparatus 10 according to the Czochralski method in hot water leakage pan 15 which is arranged in the lower part of a hot water leak detector 20 for detecting the silicon melt 2 leaking from the crucible 32, provided on the bottom surface of the hot water leakage pan 15, for detecting the temperature of the bottom surface It is characterized by comprising a water leak detector for detecting a hot water leakage by a change in the detection value of the temperature detecting means and the temperature detecting means.
【0028】 [0028]
この場合、温度検出手段を熱電対温度計16とし、この熱電対温度計16を複数具備することができる。 In this case, it is possible to a temperature detecting means and the thermocouple thermometer 16, a plurality comprises a thermocouple thermometer 16. 具体的には例えば図1(c)に示したように、湯漏れ受皿底板15a内にキャップ19を埋め込み、該キャップ19内にチャンバ底部31aを貫通して熱電対16と予備熱電対17を挿入し、熱電対先端をできるだけ受皿底板15aの表面近くに配置する。 Specifically, as shown in example FIG. 1 (c), the embedding of the cap 19 to the hot water leakage pan bottom plate 15a, inserting the thermocouple 16 and pre thermocouple 17 extends through the chamber bottom 31a in the cap 19 and, placed near the surface of the ensure thermocouple tip as possible pan bottom plate 15a. 熱電対の他端は温度検出手段の検出値の変化により湯漏れを検出する湯漏れ検出手段(不図示)に接続する。 The other end of thermocouple is connected to a hot water leakage detection means (not shown) for detecting the water leakage by a change in the detection value of the temperature detecting means. そしてこの温度検出手段と湯漏れ検出手段から構成される湯漏れ検出器20を湯漏れ受皿15の底板15aに複数箇所設置するようにしている(図1(b)参照)。 And so that a plurality of points placed water leak detector 20 composed of the temperature detecting means and the water leakage detecting means on the bottom plate 15a of the hot water leakage pan 15 (see Figure 1 (b)).
【0029】 [0029]
このように温度検出手段を熱電対温度計16とすると、瞬時に高感度、高精度の温度測定が可能であり、その検出値の変化から湯漏れ検出手段により湯漏れの有無の判定を容易に行うことができる。 With this the temperature detecting means and the thermocouple thermometer 16, sensitive to the instantaneous, but may be a temperature measurement with high accuracy, the determination of the presence or absence of water leakage easily by water leak detection means from the change in the detection value It can be carried out.
また上記したように一箇所の湯漏れ検出器20に熱電対温度計16を少なくとも2本備え、1本は予備品17とすれば、温度検出の誤作動を防止することができる。 Also provided at least two thermocouple thermometer 16 in a water leak detector 20 for one position as described above, one may if spare 17, it is possible to prevent malfunction of the temperature detection.
さらに上記のように温度検出手段を湯漏れ受皿の底板の複数箇所に設置すれば、湯漏れの検出精度が向上すると共に湯漏れ位置の把握、湯漏れ量を推定することも可能となり、防災体制をより確実なものとすることができる。 In more installed in a plurality of places of the bottom plate of the water leakage pan temperature detecting means as described above, grasping the water leakage position with improved detection accuracy of water leakage, it becomes possible to estimate the hot water leakage amount, disaster prevention system it can be made more reliably.
【0030】 [0030]
この温度検出手段につながる湯漏れ検出手段の一例を図3に示した。 An example of a water leakage detecting means connected to the temperature detecting means shown in FIG. 図3(b)のブロック図に示したように、温度検出手段である一対の熱電対で発生する起電力を測温ユニットで温度に変換し、温度制御ユニットで制御信号を出力し、アラームインターロック機構で、警報を発するか、インターロックをかける回路を構成している。 As shown in the block diagram in FIG. 3 (b), is converted to a temperature in the temperature measuring unit electromotive force generated in the pair of thermocouples are temperature detecting means, outputs a control signal at the temperature control unit, the alarm inter in the lock mechanism, or issue a warning, and constitutes a circuit for applying an interlock.
【0031】 [0031]
この回路による動作フローは、例えば図3(a)に示したように、ルツボ内の原料多結晶を融解する加熱電力が加熱開始後、所定電力が予め定められた値に達したら湯漏れ受皿底板にセットした熱電対温度検出手段による測温を開始し、熱電対が高温度を検出した場合(t>T 1 、t:熱電対による検出温度、T 1 :警戒温度)は、アラームを発して警戒態勢に入るようにし、さらに警戒温度を越えた高温度を検出した場合は(T 2 =T 1 +y:切電温度)直ちに運転の電源を落とすこととし、湯漏れが原因で引き起こされる事故の危険性を回避するようにしている。 Operation flow according to this circuit, for example as shown in FIG. 3 (a), after the start of heating power heating to melt the polycrystalline raw material in the crucible, water leakage pan bottom plate reaches the value predetermined power is predetermined the temperature measurement was started by thermocouple temperature detecting means is set, if the thermocouple detects a high temperature (t> T 1, t: detection by thermocouple temperature, T 1: warning temperature), issues an alarm to enter the alert, further if it detects a high temperature exceeding the warning temperature (T 2 = T 1 + y : switching electric temperature) and powering down immediately operation, accidents water leakage is caused due so that to avoid the risk.
【0032】 [0032]
勿論、動作フローはこれに限られるものではなく、警戒温度が所定時間継続することによって切電したり、2本の熱電対が高温を検出した時に切電するようにしてもよい。 Of course, the operation flow is not limited to this, or switching conductive by the warning temperature continues for a predetermined time, the two thermocouples may be Setsuden upon detection of a high temperature. また、温度の変化速度、すなわち、温度が急変した時に、アラーム、切電等をするようにしてもよい。 Further, the rate of change of temperature, i.e., when the temperature is suddenly changed, may be an alarm, a switching electric like.
【0033】 [0033]
本発明に係る単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器の他の形態は、図2に示したように、単結晶引上げ装置のチャンバの底部31aに配設した湯漏れ受皿15においてルツボから漏れてくるシリコン融液を検出する湯漏れ検出器22であって、湯漏れ受皿15の上部から受皿筒部15bに沿って挿入される露出電線18を受皿底面に設け、これに電圧を印加し、漏れた湯による露出電線18の断線から湯漏れを検出するようにしている。 Other forms of water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 2, leaks from the crucible in the hot water leakage pan 15 which is disposed on the bottom 31a of the chamber of the single crystal pulling apparatus a water leak detector 22 for detecting the silicon melt, provided an exposed wire 18 that is inserted along the top of the hot water leakage pan 15 to the receiving tray tube portion 15b to pan bottom, to which voltage is applied, leaked and to detect the water leakage from the disconnection of the exposed wire 18 with the hot water.
【0034】 [0034]
このように湯漏れ検出器22を構成して、これに電圧を印加すれば、露出電線18には常時微弱な電流が流れているが、ルツボから漏れてきたシリコン融液がこれにかかると、露出電線18は一気に融解し、電気絶縁状態を形成する。 Thus constitute a water leak detector 22, when a voltage is applied thereto, although the exposed wires 18 are always weak current flows, the silicon melt that has leaked from the crucible is according to this, exposed wire 18 at once melts, forming an electrically insulating state. この状態を電流あるいは抵抗値の変化として検出し、湯漏れと判断した場合には、警報、運転停止等の動作を湯漏れの程度に応じて即時に行うことができ、重大な事故災害を回避することが可能となる。 This state is detected as a change in current or resistance, if it is determined that the hot water leakage alarm, can be performed immediately in accordance with the degree of water leakage the operation of the operation stop, etc., avoiding serious accidents it is possible to become.
【0035】 [0035]
また一箇所の湯漏れ検出器22を、少なくとも露出電線18を2本備えたものとし、1本を予備品とすれば、湯漏れ検出の誤作動を防止することができる。 The hot water leak detector 22 of one place, and those with two at least exposed wire 18, if a single and spare parts, it is possible to prevent malfunction of the water leak detection.
さらに湯漏れ検出器22を湯漏れ受皿の底面の複数箇所に設置すれば、湯漏れの検出精度が向上すると共に湯漏れ位置の把握、湯漏れ量を推定することも可能となり、防災体制をより確実なものとすることができる。 In more established water leak detector 22 at a plurality of positions of the bottom surface of the water leakage pan, grasp the water leakage position with improved detection accuracy of water leakage, it becomes possible to estimate the hot water leakage amount, more a disaster prevention system it is possible to ensure things.
【0036】 [0036]
この露出電線18からなる湯漏れ検出器22の湯漏れ検出手段は、原理的には前記湯漏れ検出器20の温度検出手段および測温ユニットを露出電線18で置き換えたものとすれば良い。 Water leakage detecting means of the hot water leak detector 22 consisting of the exposed wire 18, in principle may be the ones obtained by replacing the temperature detecting means and the temperature sensing unit of the water leak detector 20 in exposure wire 18.
【0037】 [0037]
以上述べたように、単結晶引上げ装置に湯漏れ受皿と本発明の湯漏れ検出器を備えておけば、例えルツボから湯漏れが発生したとしても、直ちに湯漏れを検出し、警報、運転停止等の対応動作を素早く行うことができ、湯漏れが原因で発生する事故を未然に防ぐことができる。 As described above, if provided with a water leak detector of the hot water leakage saucer and the present invention a single crystal pulling apparatus, even water leakage occurs from even crucible, immediately detects the water leak, warning, shutdown corresponding action can be to be done quickly and the like, hot water leakage can prevent accidents caused by. 特に従来の光学式視覚センサによる湯漏れ検出方法では検出できなかった最も漏れの危険性の高い原料多結晶溶解時にも確実に検出することが可能となった。 It has become possible to detect reliably also at most leakage high risk polycrystalline raw material dissolution can not be detected, especially conventional water leakage detection method according to an optical vision sensor.
【0038】 [0038]
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment. 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。 The above embodiments are examples, have the technical idea substantially the same configuration described in the claims of the present invention, which achieves the same effects are present be any one It is included in the technical scope of the invention.
【0039】 [0039]
例えば、上記ではCZ法でシリコン単結晶を育成する場合を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はシリコン単結晶の製造のみに限定されるものではなく、CZ法による単結晶育成装置であれば、いかなる形態のものであっても本発明を適用できるものであり、本発明でいうCZ法には、融液に磁場を印加するMCZ法も含まれる他、LEC法を用いた化合物半導体等の単結晶育成装置にも利用できることはいうまでもない。 For example, in the above the invention has been described as an example the case of growing a silicon single crystal by CZ method, but the present invention is not limited to the production of a silicon single crystal, single crystal growing apparatus by CZ method if, be of any form are those which can be applied to the present invention, the CZ method in the present invention, in addition to also include MCZ method that applies a magnetic field to the melt, compounds using the LEC method It can of course be utilized for single crystal growth apparatus for a semiconductor or the like.
【0040】 [0040]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上詳述したように、本発明のCZ法単結晶引上げ装置によれば、その湯漏れ受皿において、不慮の事故によってシリコン融液がルツボ外へ流出しても、これを完全に検出することができ、湯漏れ量に応じた的確な対応策を素早くとることができる。 As described above in detail, according to the CZ single crystal pulling apparatus of the present invention, in its water leak pan, even if the outflow silicon melt by accident is the crucible out, to completely detect this it can, can be taken quickly precise measures in accordance with the hot water leakage amount. 従って融液が冷却水配管等の金属部に達するのを防いで、チャンバの水蒸気爆発等の危険を未然に回避することができるという効果が得られる。 Therefore prevents the melt reaches the metal portion such as a cooling water pipe, there is an advantage that it is possible to avoid the danger of such vapor explosion chamber in advance. 特に従来の光学式視覚センサによる湯漏れ検出方法では検出できなかった最も漏れの危険性の高い原料多結晶溶解時にも確実に検出することが可能となった。 It has become possible to detect reliably also at most leakage high risk polycrystalline raw material dissolution can not be detected, especially conventional water leakage detection method according to an optical vision sensor. 従って単結晶引上げ工程の全てにおいて湯漏れ検出が可能である。 Thus it is possible to hot water leak detection in all of the single crystal pulling process. また本発明の湯漏れ検出器は汎用部品、材料で構成することが出来るので、安価で高感度、高精度の湯漏れ検出器を作製することができ、構造が簡単なので湯漏れ受皿への設置も安価に行うことができる。 Since water leak detector of the present invention can be configured general components, a material, high sensitivity inexpensive, it is possible to produce hot water leak detector with high accuracy, installation in a hot water leakage pan since the structure is simple it can also be carried out at low cost.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明に係る湯漏れ検出器として熱電対温度検出手段を備えた単結晶引上げ装置を示す図面である。 It illustrates a single crystal pulling apparatus equipped with a thermocouple temperature sensing means as the water leakage detector according to the present invention; FIG.
(a)単結晶引上げ装置要部の縦断面図、(b)受皿底部の平面図、 (A) longitudinal sectional view of a single crystal pulling apparatus main part, (b) a plan view of the pan bottom,
(c)ニ組の熱電対温度検出手段を湯漏れ受皿底板に設置した状態を示す拡大断面図。 (C) enlarged sectional view showing an installation state in two sets of thermocouple temperature detecting means of hot water leakage pan bottom plate.
【図2】露出電線による湯漏れ検出器を配置した湯漏れ受皿を示す縦断面図である。 2 is a longitudinal sectional view showing a hot water leakage pan placing the water leak detector according exposed wires.
【図3】温度検出手段として熱電対温度計を使用した場合の湯漏れ検出手段の一例を示す説明図である。 3 is an explanatory diagram showing an example of the hot water leakage detecting means when using a thermocouple thermometer as a temperature detecting means.
(a)動作フロー図、(b)ブロック図。 (A) operation flowchart, (b) block diagram.
【図4】従来のCZ法で使用される単結晶引上げ装置を示した説明図である。 4 is an explanatory view showing a single crystal pulling apparatus used in the conventional CZ method.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1…単結晶棒、 2…シリコン融液(湯、溶融原料)、 1 ... single crystal rod, 2 ... silicon melt (hot water, melt the raw material),
3…湯面、 5…種結晶、 6…シードチャック、 7…ワイヤ、 3 ... molten metal surface, 5 ... seed crystal, 6 ... seed chuck, 7 ... wire,
10、30…CZ法単結晶引上げ装置、 13…雰囲気ガス排出管、 10, 30 ... CZ method single crystal pulling apparatus, 13 ... ambient gas discharge pipe,
14…ヒータ通電用電極、 15…湯漏れ受皿、 15a…受皿底板、 14 ... heater current-carrying electrodes, 15 ... water leakage pan, 15a ... pan bottom plate,
15b…受皿筒部、 15c…軸スリーブ、 16…熱電対、 15b ... saucer tubular portion, 15c ... shaft sleeve, 16 ... thermocouple,
17…予備熱電対、 18…露出電線、 19…キャップ、 17 ... preliminary thermocouple, 18 ... exposed wires, 19 ... cap,
20、22…湯漏れ検出器、 31…チャンバ(引上げ室)、 20, 22 ... hot water leak detector, 31 ... chamber (pulling chamber),
31a…チャンバ底部、 31b…チャンバ底部内壁面、 32…ルツボ、 31a ... chamber bottom, 31b ... chamber bottom inner wall surface, 32 ... crucible,
32a…石英ルツボ、 32b…黒鉛ルツボ、 33…ルツボ保持軸、 32a ... quartz crucible, 32 b ... graphite crucible, 33 ... crucible holding shaft,
34…ヒータ、 35…ヒータ断熱材。 34 ... heater, 35 ... heater insulation.

Claims (6)

  1. チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置のチャンバの底部に配設した湯漏れ受皿においてルツボから漏れてくる融液を検出する湯漏れ検出器であって、湯漏れ受皿の底板に設けられ、底板の温度を検出する温度検出手段および該温度検出手段の検出値の変化により湯漏れを検出する湯漏れ検出手段を具備することを特徴とする単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器。 A water leak detector for detecting the melt leaking from the crucible in the hot water leakage pan which is disposed at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus according to the Czochralski method, provided on the bottom plate of the hot water leakage pan, the bottom plate water leak detector of the single crystal pulling apparatus characterized by comprising a water leak detector for detecting a hot water leakage by a change in the detection value of the temperature detecting means and the temperature detecting means for detecting a temperature.
  2. 前記温度検出手段が、熱電対温度計であることを特徴とする請求項1に記載した単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器。 It said temperature detecting means, water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to claim 1, characterized in that a thermocouple thermometer.
  3. 前記熱電対温度計を複数具備することを特徴とする請求項2に記載した単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器。 Water leak detector of the single crystal pulling apparatus according to claim 2, characterized in that including a plurality of said thermocouple.
  4. チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置のチャンバの底部に配設した湯漏れ受皿においてルツボから漏れてくる融液を検出する湯漏れ検出器であって、湯漏れ受皿の上部から挿入される露出電線を底板に設け、これに電圧を印加し、漏れた湯による電線の断線から湯漏れを検出するものであることを特徴とする単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器。 A water leak detector for detecting the melt leaking from the crucible in the hot water leakage pan which is disposed at the bottom of the chamber of the single crystal pulling apparatus according to the Czochralski method, the exposed wire to be inserted from the top of the hot water leakage saucer the provided on the bottom plate, water leak detector of a single crystal pulling apparatus, wherein this voltage is applied, and detects the water leak from the disconnection of wires due to leaked water.
  5. 前記請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載した湯漏れ検出器を具備することを特徴とする単結晶引上げ装置。 A single crystal pulling apparatus characterized by comprising a water leak detector as set forth in any one of the claims 1 to 4.
  6. 前記請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載した湯漏れ検出器を使用してルツボから湯漏れ受皿に漏れてくる融液を検出することを特徴とする湯漏れ検出方法。 Water leakage detection method characterized by detecting the claims 1 to melt leaking into the hot water leakage pan from the crucible using a water leak detector as claimed in any one of claims 4.
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