JP4036615B2 - Single crystal growth equipment - Google Patents
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Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、引上げCZ(Czochralski)法によりSi(シリコン)の無転位の単結晶を製造するための単結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、引上げCZ法による単結晶成長装置あるいは単結晶引上げ装置では、高耐圧気密チャンバ内を10torr程度に減圧して新鮮なAr(アルゴン)ガスを流すとともに、チャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した円錐形の上部コーン部と、円柱形のボディー部(直胴部)と下端が突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶棒(いわゆるインゴット)を成長させるように構成されている。
【0003】
また、この成長方法として、種結晶を融液の表面に浸漬したときの熱衝撃により種結晶に発生する転位を除去(無転位化)するために、種結晶を融液の表面に浸漬した後、引上げ速度を比較的速くすることにより種結晶より小径の、例えば直径が3〜4mmのネック部を形成した後に、上記の上部コーン部の引上げを開始するダッシ(Dash)法が知られている。
【0004】
さらに、この小径のネック部を介しては、大径、大重量(150〜200kg以上)の単結晶を引き上げることができないので、例えば特公平5−65477号公報に示されるようにDash法により小径のネック部を形成した後、引上げ速度を比較的遅くして大径を形成し、次いで引上げ速度を比較的速くして小径を形成することにより「球状の径拡大部」を形成し、この径拡大部を把持具で把持することにより大径、高重量の単結晶を引き上げる方法が提案されている。また、径拡大部を把持する従来の装置としては、上記公報の他に、例えば特公平7−103000号公報、特公平7−515号公報に示されているものがある。
【0005】
また、他の従来例としては、例えば特開平5−270974号公報、特開平7−172981号公報に示されるように上記「径拡大部」を形成しないでボディー部をそのまま把持する方法や、特開昭63−252991号公報、特開平5−270975号公報に示されるように上記「球状の径拡大部」の代わりに、上部コーン部とボディー部の間にボディー部より径が大きい「環状の径拡大部」を形成し、この「環状の径拡大部」を把持する方法が提案されている。かかる従来の手法において、種結晶の下方に形成される径拡大部の下に形成される単結晶の径拡大部の下端を把持するために先端が開閉可能な把持部材が用いられる。かかる把持部材としては、高温下において所定の強度を有することが必要であることから、モリブデンなどの金属製部材が用いられている。
【0006】
しかしながら、金属製部材は一般に硬度が高く、単結晶の晶癖線の凸部と接触して荷重がかかると、晶癖線が損傷して単結晶の転位の問題を生じやすい。そこで金属より柔らかい、炭素繊維強化炭素複合材料(カーボンコンポジット材:C/C材ともいう)を用いることが考えられる。なお、炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維を炭素結合させたもので、具体的には炭素繊維を多層積層したり、巻き付けたものに樹脂や石炭ピッチなどを塗付・含浸して、樹脂や石炭ピッチを炭素化して炭素結合させたものである。かかる炭素繊維強化炭素複合材料を単結晶成長装置の石英ルツボの保護容器に用いた例が、例えば特開平10−72291号公報や特開平10−139581号公報に示されているが、炭素繊維強化炭素複合材料を把持部材の単結晶との接触部に用いることは、従来知られていたことではなく、本発明者が本発明の完成の過程で思いついたことである。炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維を織り上げて、複数の層を形成して構成されているので、かかる材料からなる部材の一部に大きな荷重がかかると、その荷重が部材の他の部分に回転モーメントを与え、その結果複数の層を剥離する方向の力をかけることがある。近年、単結晶成長装置にて成長させる単結晶の径が増加する傾向があるが、引き上げようとする単結晶の重量が400kg程度のシリコン単結晶の場合について考慮すると、炭素繊維強化炭素複合材料を把持部の単結晶との接触部に用いた場合、その層間に剥離を生じ、さらに荷重がかかれば断裂を生じることもありうる。
【発明の開示】
【0007】
本発明は上記従来の金属製の把持部材や、上記炭素繊維強化炭素複合材料を単結晶との接触部に用いた場合の問題点に鑑み、CZ法で構成される単結晶の径拡大部の下端を把持する把持部材の単結晶との接触部に、単結晶の晶癖線に損傷を与えずかつ、引き上げる単結晶の荷重が400kg程度の大重量であっても、加わる荷重により変形、層間剥離などの生じない部材を配し、かかる大重量、大径の単結晶棒を安定した状態で、かつ晶癖線の損傷による転位を生じることなく成長させ、引き上げることのできる単結晶成長装置を提供することを目的とする。
【0008】
上記目的を達成するために、本発明では種結晶の下方に形成される単結晶の径拡大部の下端を把持する把持部材の単結晶との接触部に炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものであって表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である接触部材を配したものである。
【0009】
すなわち、本発明によれば内部に石英ルツボが配置されるチャンバと、前記石英ルツボの上方で種結晶を上下方向に昇降させる種結晶昇降機構と、前記チャンバ内で上下方向に移動可能に配置された単結晶把持部材とを有し、前記種結晶昇降機構は、種結晶を前記石英ルツボ内の融液に浸漬して引き上げることにより種結晶の下に単結晶のネック部を形成し、次いで前記ネック部の下に単結晶の径拡大部を形成するために用いられ、前記単結晶把持部材は、前記単結晶の径拡大部が形成された後に前記径拡大部を下方から把持して上昇することにより単結晶を引き上げるために用いられるよう構成された単結晶成長装置において、前記把持部材の前記単結晶の前記径拡大部の下端に接触する部分に、炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものであって表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である接触部材を配したことを特徴とする単結晶成長装置が提供される。
【0010】
上記単結晶に接触する接触部材としては、炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものを好適に用いることができる。この被膜が炭素繊維強化炭素複合材料の表面の微細な凹みの内部をも覆うことが可能な程度に、その厚さが薄いことは本発明の好ましい態様である。また、この被膜が上記熱分解炭素を浸透析出させる方法により形成されるものであることは本発明の好ましい態様である。さらに、単結晶把持部材は径拡大部の下方から外れた第1の位置と前記径拡大部の下方の第2の位置との間で移動可能な部材を有することは本発明の好ましい態様である。また、上記移動可能な部材は単結晶の引上げ方向に対して実質的に垂直な面内で回動可能であることは本発明の好ましい態様である。また、上記単結晶把持部材は径拡大部を囲むよう配された複数の移動可能な部材を有していることは本発明の好ましい態様である。また、接触部材が、径拡大部を安定して保持するための曲線状の凹みを有することは本発明の好ましい態様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明に係る単結晶引上げ装置の一実施形態を示す模式図である。図1において、単結晶成長装置のケーシングでもある真空チャンバ18内に石英ルツボ10がペデスタル11により回転可能に取り付けられている。石英ルツボ10の上部には、引上げシャフト(ワイヤ)1が図示省略の昇降機構に昇降可能な状態で取り付けられている。引上げシャフト1の先端には種結晶ホルダ2が取り付けられ、種結晶ホルダ2には種結晶3が取り付けられる。図1は、種結晶3を一端石英ルツボ10内の多結晶溶融液12内につけ、なじませた後、引き上げてダッシネックを形成し、次いで単結晶棒7の球状径拡大部(バイコーン)4を形成し、その後くびれ5を形成してから上部コーン部7A、直胴部7Bを形成した様子を示している。
【0012】
径拡大部4の下方には2つの把持部材8A、8Bの先端部が挿入可能とされている。すなわち、2つの把持部材8A、8Bの先端部は単結晶棒7の引上げ方向に垂直な方向(図1ではシャフト1の方向に垂直な方向)、に矢印M1で示すように移動可能である。周知の方法により、すなわち引上げ速度などの制御により径拡大部4が作られるが、径拡大部4を設けるまでは、2つの把持部材8A、8Bの先端部が図1の位置より半径方向外方の第1の位置にあり、径拡大部4が作られると、図1の位置(第2の位置)に移動せしめられる。2つの把持部材8A、8Bは、図示省略の回転、昇降機構により、種結晶3と同期回転し、かつシャフト1の昇降機構とは別個の機構、あるいは一部が共通した機構により昇降可能であり、径拡大部4の下方から径拡大部4を把持するのである。
【0013】
径拡大部4の下端を把持する把持部材8A、8Bの径拡大部4との接触部には接触部材9A、9Bがそれぞれ設けられている。この接触部材9A、9Bは、図2に示すように把持部材8A、8Bの先端近傍に取り付けられ、径拡大部4の下端を下方から安定して保持できるよう曲線状の凹み9Cが形成されている。接触部材9A、9Bは、表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である材料により構成される。かかる物性を有する部材としては、炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものを用いることができる。なお、この被膜が炭素繊維強化炭素複合材料の表面の微細な凹みの内部をも覆うことが可能な程度に、その厚さが薄いことが好ましい。なお、この被膜は熱分解炭素を浸透析出させる方法により形成されるものであり、例えば特開平9−295889号公報に記載されたCVI法により構成することができる。
【0014】
なお、接触部材9A、9Bは、上記のように表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である材料により構成されるが、上記炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものに限らず他の材質のものでも、これらの硬度と引張り強度を満足するものを好適に用いることができる。上記硬度がショア硬度とビッカース硬度により規定されているが、これは次の理由による。ショア硬度(shore)は、反発硬さ(rebound hardness)を示すもので、一方ビッカース硬度(Vickers hardness)は、押し込み硬さ(indentation hardness)を示すものである(ラテイス(株)発行:「単位の辞典改定4版」p51)。これらの2つの硬度は必ずしも対応しているものでなく、測定の目的と手法により使い分けられるものである。
【0015】
上記からわかるように、表面部の硬度がショア硬度で70以上であるということは、反発硬さが一定値以上であることを示し、一方、表面部の硬度がビッカース硬度で100以下であるということは、押し込み硬さが一定値以下であるということを意味している。かかる特性を持つことにより、径拡大部4からの荷重が接触部材9A、9Bに加えられたとき、接触部材9A、9Bは径拡大部の単結晶の晶癖線に悪影響を与えることなく、かつ単結晶棒7の荷重が400kg程度と大きくても、十分な強度を示すのである。すなわち、接触部材9A、9Bがある程度の硬さを有していると、荷重がかかったときに表面がわずかに凹むので、応力集中が生じにくいのであるが、硬すぎると、表面がほとんど凹むことなく、単結晶の晶癖線部分に応力が集中し、単結晶自体が破断しやすいのである。なお、接触部材9A、9Bがあまり柔らかいと、変形を生じるので、径拡大部4を下方から支持するにあたり、一時的に径拡大部4が下方に落ち込み、結晶の成長上極めて好ましくない。
【0016】
かかる接触部材9A、9Bの表面の硬度による影響を評価するために、実験を行なった。まず、図4に示すように試験材料としてシリコン(Si)にて棒状の部材20で両端近傍に径拡大部20A、20Bをそれぞれ有するものを用意し、これらの径拡大部20A、20Bを図5に示す引張り試験用ハンド26に係合させて、図5中の矢印M2で示すように両方向に引張り、試験をした。引張り試験用ハンド26には、径拡大部20A、20Bに接触して荷重がかかるホルダ部材24が装着できる構造となっている。このホルダ部材24として、(1)上記接触部材9A、9Bに用いられたものと同一材質、すなわち表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料からなる部材を用いた場合、(2)表面処理をしていない炭素繊維強化炭素複合材料を用いた場合、(3)SUSからなる部材を用いた場合の3種類について実験した。
【0017】
上記実験の結果を図6の変位−荷重曲線グラフに示す。(3)のSUSからなる部材を用いた場合は、荷重が4.7kN程度で、単結晶の被試験材料が破断した。この破断の様子を図7の写真にて示す。(2)の表面処理をしていない炭素繊維強化炭素複合材料を用いた場合は、5.9kNの最大耐荷重が得られた。なお、この実験では単結晶の被試験材料は破断しなかった。(1)の実施の形態における接触部材9A、9Bに用いられたものと同一材質からなる部材を用いた場合は、14.92kNの最大耐荷重が得られた。この場合、単結晶の晶癖線がホルダ部材24の表面に食い込んだ様子が図8の写真に示されている。なお、この実験でも(2)同様、単結晶の被試験材料は破断しなかった。図9は、比較例として図4に示す形状の被試験材料を、SUS製で作り、上記と(1)同様に表面処理したホルダ部材24を用いて引張り試験した後のホルダ部材24の写真である。図8と図9の比較からわかるように、図9のSUS製被試験材料の場合は、表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料からなるホルダ部材24には食い込みの跡が見られない。
【0018】
図6のグラフにおいて、(1)の実施の形態における接触部材9A、9Bに用いられたものと同一材質からなる部材を用いた場合、変位−荷重曲線のピークを過ぎて、さらに変位させると、ホルダ部材24の内部に層間剥離を生じる。この様子を図10の写真に示す。なお、変位−荷重曲線のピークに達するまでは、かかる層間剥離は生じなかったことが確認されている。上記実験からわかるように、上記(1)のホルダ部材、すなわち表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料を用いると、最大耐荷重は14.92kNにも達し、引き上げようとする単結晶棒7の総重量が400kgとすると、これにほぼ相当する4.00kNの3倍以上の値であることがわかる。すなわち、本発明の単結晶成長装置では、上記部材を図1の把持部の接触部材9A、9Bに用いることにより、安全率として3倍以上の値を確保できることとなる。
【0019】
上記表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料は、表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下であるが、かかる部材を径拡大部4を把持する把持部材の単結晶(径拡大部4)との接触部に用いることにより、耐熱性、耐荷重性に優れ、無転位でかつ安定して引上げを行なうことができる。
【0020】
上記実施の形態では、把持部材8A、8Bはアーム状であり引上げ方向に垂直な方向に開閉可能な2つの部材からなっているが、本発明はかかる構造の把持部材に限らず、図1の把持部材8A、8Bが単結晶棒7の引上げ方向に対して実質的に垂直な面内で回動可能に構成することもできる。すなわち、ある回転角度のときは、接触部材9A、9Bが径拡大部4の下方から外れた位置にあり、回転して角度が変わると径拡大部4の下方に位置するよう構成することができる。また、把持部材がスリット有する皿状部材を径拡大部の下方からあてがうような構造のものにも本発明は適用可能である。すなわち、把持部材あるいは把持機構が構造的に上記実施の形態に示したものと異なるものであっても、単結晶の上部コーン部7A上方に形成される径拡大部(バイコーン)を下方から支持して把持するあらゆる把持部材の単結晶との接触部に上記接触部材を配することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【0021】
以上説明したように本発明によれば、種結晶の下に形成される単結晶の径拡大部を下方から把持する把持部材の径拡大部の下端に接触する部分に、表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である部材を配したので、耐荷重性に優れ、総重量が400kgにも及ぶ大重量の単結晶棒を無転位でかつ安定して成長させて引き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明に係る単結晶成長装置の好ましい実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図2】図1中の把持部材の先端近傍を示す断面図である。
【図3】図2に示す把持部材先端近傍に取り付けられた接触部材の斜視図である。
【図4】本発明の効果を明らかにするための実験に用いた被試験材料の平面図である。
【図5】本発明の効果を明らかにするための実験に用いた引張り試験バンドに図4の被試験材料装着した様子を示す模式図である。
【図6】本発明の効果を明らかにするための実験の結果を示す変位−荷重曲線グラフである。
【図7】本発明の効果を明らかにするための実験において破断した被試験材料を示す写真である。
【図8】本発明の効果を明らかにするための実験において表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料でできたホルダ部材に単結晶の晶癖線が食い込んだ様子を示す写真である。
【図9】本発明の効果を明らかにするための実験における比較例として、SUS製被試験材料を用いた場合、表面処理した炭素繊維強化炭素複合材料でできたホルダ部材には単結晶の晶癖線が食い込まない様子を示す写真である。
【図10】本発明の効果を明らかにするための実験において本発明で接触部材として用いるものと同一材質のホルダ部材に変位−荷重曲線のピークを過ぎて、さらに変位させると、ホルダ部材の内部に層間剥離を生じる様子を示す断面の写真である。
【符号の説明】
【0023】
なお、図面中の符号の凡例は、次のとおりである。
1 引上げシャフト
2 種結晶ホルダ
3 種結晶
4 径拡大部
5 くびれ部
7 単結晶棒
7A 上部コーン部
7B 直胴部
8A、8B 把持部材
9A、9B 接触部材
9C 凹み
10 石英ルツボ
11 ペデスタル
12 多結晶溶融液
18 真空チャンバ【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a single crystal growth apparatus for producing a dislocation-free single crystal of Si (silicon) by a pulling CZ (Czochralski) method.
[Background]
[0002]
In general, in a single crystal growth apparatus or single crystal pulling apparatus based on the pulling CZ method, the inside of the high pressure-resistant airtight chamber is decompressed to about 10 torr and a fresh Ar (argon) gas is allowed to flow, and a quartz crucible provided below the chamber is provided. The inner polycrystal is heated and melted, and the seed crystal is immersed on the surface of the melt from above, and the seed crystal is pulled up while rotating and moving the seed crystal and the quartz crucible up and down, so that the upper end below the seed crystal. It is configured to grow a single crystal rod (so-called ingot) composed of a conical upper cone part projecting from a cylindrical body part (straight body part) and a conical lower cone part projecting from the lower end. .
[0003]
Also, as this growth method, after removing the seed crystal on the surface of the melt in order to remove dislocations generated in the seed crystal due to thermal shock when the seed crystal is immersed in the surface of the melt (no dislocation) A Dash method is known in which the upper cone portion starts to be lifted after a neck portion having a diameter smaller than that of the seed crystal, for example, a diameter of 3 to 4 mm, is formed by relatively increasing the pulling speed. .
[0004]
Furthermore, since a single crystal having a large diameter and a large weight (150 to 200 kg or more) cannot be pulled up through the small diameter neck portion, for example, as shown in Japanese Examined Patent Publication No. 5-65477, the small diameter is obtained by the Dash method. After forming the neck part, the pulling speed is relatively slow to form a large diameter, and then the pulling speed is relatively fast to form a small diameter to form a “spherical diameter enlarged part”. There has been proposed a method of pulling up a large-diameter, heavy-weight single crystal by gripping the enlarged portion with a gripper. In addition to the above publications, conventional apparatuses for gripping the diameter-enlarged portion include those shown in, for example, Japanese Patent Publication Nos. 7-103000 and 7-515.
[0005]
As other conventional examples, for example, as shown in JP-A-5-270974 and JP-A-7-172981, there is a method of holding the body part as it is without forming the “diameter enlarged part”, As disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 63-252991 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-270975, instead of the above “spherical diameter enlarged portion”, a “annular shape” having a diameter larger than that of the body portion between the upper cone portion and the body portion. A method of forming a “diameter enlarged portion” and gripping the “annular diameter enlarged portion” has been proposed. In such a conventional method, a holding member whose tip can be opened and closed is used to hold the lower end of the enlarged diameter portion of the single crystal formed below the enlarged diameter portion formed below the seed crystal. As such a gripping member, a metal member such as molybdenum is used because it needs to have a predetermined strength at a high temperature.
[0006]
However, a metal member generally has high hardness, and when a load is applied in contact with the protrusions of the single crystal habit line, the habit line is damaged and a single crystal dislocation problem is likely to occur. Therefore, it is conceivable to use a carbon fiber reinforced carbon composite material (carbon composite material: also referred to as C / C material) that is softer than metal. The carbon fiber reinforced carbon composite material is a carbon-bonded carbon fiber. Specifically, the carbon fiber is laminated in multiple layers, or the wound material is coated and impregnated with resin or coal pitch. Or carbon pitch of carbon pitch and carbon bond. Examples of using such a carbon fiber reinforced carbon composite material in a quartz crucible protective container of a single crystal growth apparatus are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-72291 and 10-139581, but are reinforced with carbon fiber. The use of the carbon composite material for the contact portion of the gripping member with the single crystal is not what has been known in the past, but the present inventor has come up with in the process of completing the present invention. Since the carbon fiber reinforced carbon composite material is formed by weaving carbon fibers to form a plurality of layers, when a large load is applied to a part of the member made of such a material, the load is applied to the other part of the member. A rotational moment may be applied to the substrate, and as a result, a force in the direction of peeling the plurality of layers may be applied. In recent years, the diameter of a single crystal grown by a single crystal growth apparatus tends to increase, but considering the case of a silicon single crystal whose weight of a single crystal to be pulled is about 400 kg, a carbon fiber reinforced carbon composite material is When the grip portion is used in a contact portion with a single crystal, peeling may occur between the layers, and if a load is applied, tearing may occur.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0007]
In view of the problems in the case where the conventional metal gripping member or the carbon fiber reinforced carbon composite material is used for a contact portion with a single crystal, the present invention is provided for the diameter-enlarged portion of the single crystal constituted by the CZ method. Even if the load of the single crystal to be pulled is a large weight of about 400 kg without causing damage to the crystal habit line of the single crystal at the contact portion with the single crystal of the gripping member that grips the lower end, A single crystal growth apparatus that can be pulled up by arranging members that do not cause peeling, growing such a large weight, large diameter single crystal rod in a stable state and without causing dislocation due to damage to the habit line. The purpose is to provide.
[0008]
In order to achieve the above object, in the present invention, heat is applied to the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material at the contact portion with the single crystal of the holding member that holds the lower end of the enlarged diameter portion of the single crystal formed below the seed crystal. A cracked carbon film is formed, and a contact member having a surface hardness of 70 or more in Shore hardness and 100 or less in Vickers hardness is provided.
[0009]
That is, according to the present invention, a chamber in which a quartz crucible is arranged, a seed crystal lifting mechanism for raising and lowering a seed crystal in the vertical direction above the quartz crucible, and a movable in the vertical direction in the chamber are arranged. The seed crystal lifting mechanism forms a neck portion of the single crystal under the seed crystal by immersing the seed crystal in the melt in the quartz crucible and pulling it up. The single crystal holding member is used to form a diameter-enlarged portion of the single crystal under the neck portion, and the single-crystal holding member is lifted by holding the diameter-increased portion from below after the diameter-enlarged portion of the single crystal is formed. In the single crystal growth apparatus configured to be used for pulling up the single crystal , heat is applied to the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material at the portion of the gripping member that contacts the lower end of the diameter enlarged portion of the single crystal. Disassembly In over 70 hardness Shore hardness of the surface portion be those coatings to the formation of hydrogen, single-crystal growth apparatus are provided, characterized in that it arranged contact member 100 or less in Vickers hardness.
[0010]
As the contact member that contacts the single crystal, a carbon fiber reinforced carbon composite material having a pyrolytic carbon film formed on the surface thereof can be suitably used. It is a preferable aspect of the present invention that the coating is thin enough to cover the inside of the fine dent on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material. Moreover, it is a preferable aspect of the present invention that the coating film is formed by a method of permeating and depositing the pyrolytic carbon. Furthermore, it is a preferable aspect of the present invention that the single crystal gripping member has a member that can move between a first position deviated from below the enlarged diameter portion and a second position below the enlarged diameter portion. . Moreover, it is a preferable aspect of the present invention that the movable member can be rotated in a plane substantially perpendicular to the pulling direction of the single crystal. Moreover, it is a preferable aspect of the present invention that the single crystal holding member has a plurality of movable members arranged so as to surround the enlarged diameter portion. Moreover, it is a preferable aspect of the present invention that the contact member has a curved dent for stably holding the enlarged diameter portion.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0011]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention. In FIG. 1, a
[0012]
Under the enlarged
[0013]
[0014]
The contact members 9A, 9B is the hardness of the surface portion as described above over 70 in Shore hardness, is constructed of a material is 100 or less in Vickers hardness, heat on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material Not only those having a cracked carbon film formed but also other materials satisfying these hardness and tensile strength can be suitably used . Although the upper Symbol hardness is defined by the Shore hardness and Vickers hardness, which is for the following reason. Shore hardness (shore) indicates rebound hardness, while Vickers hardness indicates indentation hardness (Latis Co., Ltd. issued: “Units” Dictionary revision 4th edition "p51). These two hardnesses do not necessarily correspond to each other, but can be selectively used depending on the purpose and method of measurement.
[0015]
As can be seen from the above, the hardness of the surface portion being 70 or more in Shore hardness indicates that the rebound hardness is a certain value or more, while the hardness of the surface portion is 100 or less in Vickers hardness. This means that the indentation hardness is below a certain value. By having such characteristics, when a load from the
[0016]
An experiment was conducted to evaluate the influence of the surface hardness of the contact members 9A and 9B. First, as shown in FIG. 4, silicon (Si) as a test material is prepared as a rod-shaped
[0017]
The results of the experiment are shown in the displacement-load curve graph of FIG. When the member made of SUS (3) was used, the load was about 4.7 kN, and the single crystal material to be tested was broken. The state of this fracture is shown in the photograph of FIG. When the carbon fiber reinforced carbon composite material not subjected to the surface treatment of (2) was used, a maximum load resistance of 5.9 kN was obtained. In this experiment, the single crystal material to be tested did not break. When a member made of the same material as that used for the contact members 9A and 9B in the embodiment of (1) was used, a maximum load capacity of 14.92 kN was obtained. In this case, the photograph of FIG. 8 shows the single crystal habit line biting into the surface of the
[0018]
In the graph of FIG. 6, when a member made of the same material as that used for the
[0019]
The surface-treated carbon fiber reinforced carbon composite material is a hardness Shore hardness of the surface portion 70 above, Ru Der 100 or less in Vickers hardness, a single crystal of the gripping members for gripping the enlarged-
[0020]
In the above embodiment, the gripping members 8A and 8B are arm-shaped and are composed of two members that can be opened and closed in a direction perpendicular to the pulling direction. However, the present invention is not limited to such a gripping member, and FIG. The holding members 8A and 8B can be configured to be rotatable in a plane substantially perpendicular to the pulling direction of the
[Industrial applicability]
[0021]
As described above, according to the present invention, the hardness of the surface portion of the single crystal formed under the seed crystal contacts the lower end of the enlarged diameter portion of the holding member that holds the enlarged diameter portion of the single crystal from below. Since a member having a hardness of 70 or more and a Vickers hardness of 100 or less is arranged, a large-sized single crystal rod having excellent load resistance and a total weight of 400 kg is pulled up without dislocation and stably growing. be able to.
[Brief description of the drawings]
[0022]
FIG. 1 is a partial sectional view schematically showing a preferred embodiment of a single crystal growth apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vicinity of the tip of the gripping member in FIG.
3 is a perspective view of a contact member attached in the vicinity of the front end of the gripping member shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a plan view of a material under test used in an experiment for clarifying the effects of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a state in which the material to be tested of FIG. 4 is mounted on a tensile test band used in an experiment for clarifying the effect of the present invention.
FIG. 6 is a displacement-load curve graph showing a result of an experiment for clarifying the effect of the present invention.
FIG. 7 is a photograph showing a material under test broken in an experiment for clarifying the effect of the present invention.
FIG. 8 is a photograph showing a state in which a single crystal habit line bites into a holder member made of a carbon fiber-reinforced carbon composite material that has been surface-treated in an experiment for clarifying the effect of the present invention.
FIG. 9 shows, as a comparative example in an experiment for clarifying the effect of the present invention, when a material to be tested made of SUS is used, the holder member made of a surface-treated carbon fiber reinforced carbon composite material has a single crystal crystal. It is a photograph showing a state in which the shoreline does not penetrate.
FIG. 10 shows the inside of the holder member when the holder member made of the same material as that used in the present invention in the experiment for clarifying the effect of the present invention is further displaced beyond the peak of the displacement-load curve. It is a photograph of a section showing signs that delamination occurs.
[Explanation of symbols]
[0023]
In addition, the legend of the code | symbol in drawing is as follows.
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記石英ルツボの上方で種結晶を上下方向に昇降させる種結晶昇降機構と、前記チャンバ内で上下方向に移動可能に配置された単結晶把持部材とを有し、前記種結晶昇降機構は、種結晶を前記石英ルツボ内の融液に浸漬して引き上げることにより種結晶の下に単結晶のネック部を形成し、次いで前記ネック部の下に単結晶の径拡大部を形成するために用いられ、前記単結晶把持部材は、前記単結晶の径拡大部が形成された後に前記径拡大部を下方から把持して上昇することにより単結晶を引き上げるために用いられるよう構成された単結晶成長装置において、前記把持部材の前記単結晶の前記径拡大部の下端に接触する部分に、炭素繊維強化炭素複合材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成したものであって表面部の硬度がショア硬度で70以上で、ビッカース硬度で100以下である接触部材を配したことを特徴とする単結晶成長装置。A chamber in which a quartz crucible is placed;
A seed crystal ascending / descending mechanism for vertically moving the seed crystal above and above the quartz crucible; and a single crystal gripping member disposed so as to be movable in the vertical direction within the chamber. Used to form a single crystal neck under the seed crystal by immersing the crystal in a melt in the quartz crucible and pulling it up, and then forming a single crystal diameter enlarged portion under the neck. The single crystal gripping member is configured to be used for pulling up the single crystal by gripping and lifting the diameter enlarged portion from below after the diameter enlarged portion of the single crystal is formed. The pyrolytic carbon coating is formed on the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material at the portion of the gripping member that contacts the lower end of the diameter-enlarged portion of the single crystal, and the hardness of the surface portion is Shore hardness 70 or more In a single crystal growth apparatus is characterized in that arranged contact member 100 or less in Vickers hardness.
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