JP4849083B2 - Single crystal puller - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法により、単結晶棒を成長させる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 relates to detection of leaking water in a single crystal pulling apparatus for growing a single crystal rod by the Czochralski method.
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チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置の一例を図7により説明する。
図7に示すように、この単結晶引上げ装置101は、チャンバー(引上げ室)102と、チャンバー102中に設けられたルツボ103と、ルツボ103の周囲に配置されたヒータ106と、ルツボ103を回転させるルツボ保持軸110及びその回転機構(不図示)と、シリコンの種結晶113を保持するシードチャック114と、シードチャック114を引上げるワイヤ115と、ワイヤ115を回転または巻き取る巻き取り機構(不図示)を備えて構成されている。ルツボ103は、その内側の原料シリコン融液(湯)105を収容する側には石英ルツボ103aが設けられ、その外側には黒鉛ルツボ103bが設けられている。また、ヒータ106の外側周囲にはヒータ断熱材107が設置され、底部には断熱板104が配置されている。
For example, an example of a conventional single crystal pulling apparatus using the Czochralski method used for manufacturing a semiconductor silicon single crystal rod will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, the single crystal pulling apparatus 101 rotates a chamber (pulling chamber) 102, a crucible 103 provided in the
次に、上記の単結晶引上げ装置101による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ103内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解する。そして、ワイヤ115を巻き出すことにより湯面の略中心部に種結晶113の先端を接触または浸漬させる。その後、ルツボ保持軸110を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ115を回転させながら巻き取り、種結晶113を引上げることにより、単結晶育成が開始される。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112を得ることができる。 Next, a single crystal growth method using the single crystal pulling apparatus 101 will be described. First, in a crucible 103, a high-purity polycrystalline raw material of silicon is melted by heating to a melting point (about 1420 ° C.) or higher. And the front-end | tip of the seed crystal 113 is made to contact or immerse in the approximate center part of the hot_water | molten_metal surface by unwinding the wire 115. FIG. Thereafter, the crucible holding shaft 110 is rotated in an appropriate direction, and the wire 115 is wound while being wound, and the seed crystal 113 is pulled up, whereby single crystal growth is started. Thereafter, a substantially cylindrical single crystal rod 112 can be obtained by appropriately adjusting the pulling speed and temperature.
上記した単結晶引上げ装置における石英ルツボ103aおよび黒鉛ルツボ103b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。そこで、単結晶引上げに際し、多結晶原料をルツボ103に投入すると、その衝撃によってルツボ103に亀裂が入ることがあり、そこから溶融液105が漏れる恐れがある。また、多結晶原料投入時にルツボ103内の湯がルツボ103の周囲に飛散することもある。さらに使用により徐々にルツボ103が劣化したり、引上げ中の単結晶112が落下した場合には、ルツボ103が破壊されて湯のほぼ全量が流出してしまう危険性もある。 Both the quartz crucible 103a and the graphite crucible 103b in the single crystal pulling apparatus described above have high heat resistance, but they are somewhat brittle and have the disadvantage of poor impact resistance. Thus, when pulling the single crystal, if a polycrystalline raw material is put into the crucible 103, the impact may cause cracks in the crucible 103, and the molten liquid 105 may leak from there. In addition, hot water in the crucible 103 may be scattered around the crucible 103 when the polycrystalline raw material is charged. Further, when the crucible 103 is gradually deteriorated by use or the single crystal 112 being pulled is dropped, there is a risk that the crucible 103 is destroyed and almost all of the hot water flows out.
このように、高温の湯がルツボ103外へ流出、飛散すると、ルツボ103の周りからチャンバー102の底部に至り、チャンバー102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。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、冷却水配管等が侵食されやすく、水蒸気爆発が発生する危険性がある。また、装置外に溢れ出すとそれが原因で事故等が発生する可能性がある。
Thus, when hot water flows out and scatters out of the crucible 103, it reaches the bottom of the
そこで、例えば特許文献1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け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。
しかしながら、このような湯漏れ受け皿を設置しただけでは、湯漏れが発生した時の対策にはなるとしても、湯漏れの発生自体を検出することができず、切電する等の即応が出来ないので、有効適切な回避手段を迅速にとることができない恐れがある。
Therefore, for example, in the single crystal pulling apparatus disclosed in
However, even if such a hot water leak tray is installed, even if it becomes a countermeasure when a hot water leak occurs, the occurrence of the hot water leak cannot be detected, and an immediate response such as turning off the power cannot be performed. Therefore, there is a possibility that effective and appropriate avoidance measures cannot be taken quickly.
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、特許文献2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。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。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。
Moreover, as an example of a single crystal pulling apparatus provided with a hot water leak detector, there is a technique of
そこで、このような問題を回避する方法として、湯漏れ受け皿の底部に湯漏れ検出器を設け、この底部の温度を常時検出し、検出値の変化から湯漏れを判断する技術が開示されている(特許文献3、特許文献4参照)。
Therefore, as a method of avoiding such a problem, a technique is disclosed in which a hot water leak detector is provided at the bottom of the hot water tray, and the temperature of the bottom is constantly detected, and the hot water leak is determined from a change in the detected value. (See
このように湯漏れ検出器を設けることによって、大量の湯漏れが発生した場合には、それを検知して切電する等の対応をとることが可能となったが、比較的少量の湯漏れが発生した場合には、湯漏れを検知できなかったり、ルツボから漏れた融液が湯漏れ検知器の測定位置に辿り着くまでに時間を要するため検知するまでに時間がかかってしまうという問題があった。
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、比較的少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。
By providing a hot water leak detector in this way, when a large amount of hot water leak has occurred, it has become possible to take measures such as detecting it and turning it off. If this happens, it will take time to detect the leak because it will not be possible to detect the leak or it will take time for the melt leaking from the crucible to reach the measurement position of the leak detector. there were.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus that can quickly and accurately detect a hot water leak even when a relatively small amount of the hot water leak occurs. And
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、原料融液を収容するルツボと、前記原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバーとを具備したチョクラルスキー法によって単結晶インゴットを製造する単結晶引上げ装置であって、前記メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、前記湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する少なくとも1つの湯漏れ検出器と、前記ルツボと前記湯漏れ受け皿との間に配設され、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導する誘導構造を設けた断熱板とを具備し、前記ルツボから漏れてくる融液を前記断熱板の誘導構造で前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導して前記湯漏れ受け皿に収容し、前記湯漏れ検出器で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を提供する(請求項1)。 In order to achieve the above object, according to the present invention, at least a single crystal ingot by the Czochralski method comprising a crucible for containing a raw material melt and a main chamber for storing a heater for heating the raw material melt. A single crystal pulling device for manufacturing a hot water leak receiving tray that is installed at the bottom of the main chamber and that contains a melt leaking from the crucible, and is provided in the hot water leak receiving tray and detects at least one of the hot water leaks. Two hot water leak detectors, and a heat insulating plate provided between the crucible and the hot water leak pan, and provided with a guiding structure for guiding the melt leaking from the crucible to the measurement position of the hot water leak detector; The molten metal leaking from the crucible is guided to the measurement position of the hot water leak detector by the induction structure of the heat insulating plate, and stored in the hot water leak tray, and the hot water leak detector Providing a single crystal pulling apparatus, characterized in that in order to detect the water leakage (claim 1).
このように、前記メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、前記湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する少なくとも1つの湯漏れ検出器と、前記ルツボと前記湯漏れ受け皿との間に配設され、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導する誘導構造を設けた断熱板とを具備し、前記ルツボから漏れてくる融液を前記断熱板の誘導構造で前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導して前記湯漏れ受け皿に収容し、前記湯漏れ検出器で湯漏れを検出すれば、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる。 Thus, a hot water leak receiving tray that is installed at the bottom of the main chamber and stores the melt leaking from the crucible, and at least one hot water leak detector that is disposed in the hot water leak receiving tray and detects the hot water leak, A heat insulating plate provided between the crucible and the hot water leak tray, and provided with a guiding structure for guiding the melt leaking from the crucible to the measurement position of the hot water detector, from the crucible If the molten melt is guided to the measurement position of the hot water leak detector by the induction structure of the heat insulating plate and stored in the hot water leak receiving tray, and the hot water leak detector detects the hot water leak, a small amount of hot water leaks. Even in the case of the occurrence of the hot water, the hot water leak can be detected quickly and accurately.
このとき、前記湯漏れ検知器は熱電対であり、前記断熱板で前記融液を前記湯漏れ検知器の半径50mm以内に誘導し、前記熱電対で湯漏れ受け皿の温度を検出することによって湯漏れを検出するものであることが好ましい(請求項2)。
このように、前記湯漏れ検知器は熱電対であり、前記断熱板で前記融液を前記湯漏れ検知器の半径50mm以内に誘導し、前記熱電対で湯漏れ受け皿の温度を検出することによって湯漏れを検出するものであれば、瞬時に高感度、高精度の温度測定が可能であり、湯漏れ検出器により湯漏れの有無の判断を容易に行うことができる。
At this time, the hot water detector is a thermocouple, the melt is guided by the heat insulating plate within a radius of 50 mm of the hot water detector, and the temperature of the hot water tray is detected by the thermocouple. It is preferable to detect a leak (claim 2).
Thus, the hot water detector is a thermocouple, and the melt is guided by the heat insulating plate within a radius of 50 mm of the hot water detector, and the temperature of the hot water tray is detected by the thermocouple. As long as it detects a hot water leak, it is possible to measure the temperature with high sensitivity and high accuracy instantly, and it is possible to easily determine whether or not there is a hot water leak by using the hot water leak detector.
またこのとき、前記断熱板の誘導構造は、前記断熱板の上表面の外周部にリブを設け、前記リブの一部に切欠きを設けた構造であり、前記断熱板を、前記切り欠きが前記湯漏れ検出器の真上に位置するように配設し、前記切り欠きから融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するものとすることができる(請求項3)。
このように、前記断熱板の誘導構造は、前記断熱板の上表面の外周部にリブを設け、前記リブの一部に切欠きを設けた構造であり、前記断熱板を、前記切り欠きが前記湯漏れ検出器の真上に位置するように配設し、前記切り欠きから融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するものであれば、簡単な構造で融液を湯漏れ検知器の測定位置に誘導することができ、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる。
Further, at this time, the induction structure of the heat insulating plate is a structure in which a rib is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the heat insulating plate, and a notch is provided in a part of the rib. It may be disposed so as to be positioned directly above the molten metal leak detector, and the melt may be guided from the notch to the measurement position of the molten metal leak detector (Claim 3).
Thus, the induction structure of the heat insulating plate is a structure in which a rib is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the heat insulating plate, and a notch is provided in a part of the rib. If it is arranged so as to be located directly above the molten metal leak detector and the melt is guided from the notch to the measurement position of the molten metal leak detector, the molten metal is detected with a simple structure. Even if a small amount of hot water leaks, the hot water leak can be detected quickly and accurately.
またこのとき、前記誘導構造は、前記断熱板の上表面の外周部にリブを設け、前記断熱板に貫通する穴を設けた構造であり、前記断熱板を、前記穴が前記湯漏れ検出器の真上に位置するように配設し、前記穴から融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するものとすることができる(請求項4)。
このように、前記誘導構造は、前記断熱板の上表面の外周部にリブを設け、前記断熱板に貫通する穴を設けた構造であり、前記断熱板を、前記穴が前記湯漏れ検出器の真上に位置するように配設し、前記穴から融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するのもであれば、簡単な構造で融液を湯漏れ検知器の測定位置に誘導することができ、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる。
Further, at this time, the guiding structure is a structure in which a rib is provided on an outer peripheral portion of the upper surface of the heat insulating plate and a hole penetrating the heat insulating plate is provided, and the hole is the hot water leak detector. It is arrange | positioned so that it may be located right above, and a melt shall be guide | induced to the measurement position of the said molten metal leak detector from the said hole.
As described above, the guide structure is a structure in which a rib is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the heat insulating plate and a hole penetrating the heat insulating plate is provided, and the hole is the hot water leak detector. If it is arranged so that it is located directly above the melt, and the melt is guided from the hole to the measurement position of the leak detector, the melt is moved to the measurement position of the leak detector with a simple structure. Even when a small amount of hot water leaks, the hot water leak can be detected quickly and accurately.
またこのとき、前記断熱板に設ける穴に、カーボンから成る筒を設置することができる(請求項5)。
このように、前記断熱板に設ける穴に、カーボンから成る筒を設置すれば、断熱板の中へ融液が侵入するのを抑制することができるので、ルツボから漏れてきた融液が穴を通り易くすることができる。
Moreover, the cylinder which consists of carbon can be installed in the hole provided in the said heat insulation board at this time (Claim 5).
In this way, if a cylinder made of carbon is installed in the hole provided in the heat insulating plate, the melt can be prevented from entering the heat insulating plate, so that the melt leaked from the crucible has a hole. Easy to pass.
またこのとき、前記断熱板の上表面に傾斜面を設け、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するものとすることができる(請求項6)。
このように、前記断熱板の上表面に傾斜面を設け、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導するものであれば、融液を湯漏れ検知器の測定位置により効率的に誘導することができ、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れをより確実に素早く正確に検知することができる。
At this time, an inclined surface is provided on the upper surface of the heat insulating plate, and the melt leaking from the crucible can be guided to the measurement position of the hot water detector (Claim 6).
Thus, if the inclined surface is provided on the upper surface of the heat insulating plate and the melt leaking from the crucible is guided to the measurement position of the hot water leak detector, the melt is measured by the hot water detector. It can be efficiently guided by the position, and even when a small amount of hot water leaks, the hot water leak can be detected more reliably and quickly.
またこのとき、前記断熱板は、カーボン繊維材の上下にカーボン材を組み合わせたサンドイッチ構造のものとすることができる(請求項7)。
このように、前記断熱板は、カーボン繊維材の上下にカーボン材を組み合わせたサンドイッチ構造のものとすれば、断熱板を軽量で耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとすることができ、かつ、断熱板の断熱効果を高めることができる。
At this time, the heat insulating plate may have a sandwich structure in which carbon materials are combined on the upper and lower sides of a carbon fiber material.
Thus, if the heat insulating plate has a sandwich structure in which carbon materials are combined on the top and bottom of a carbon fiber material, the heat insulating plate can be made lightweight, excellent in heat resistance and thermal shock resistance, and The heat insulating effect of the heat insulating plate can be enhanced.
本発明では、単結晶引上げ装置において、メインチャンバーの底部に設置されルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、前記湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する少なくとも1つの湯漏れ検出器と、前記ルツボと前記湯漏れ受け皿との間に配設され、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導する誘導構造を設けた断熱板とを具備し、前記ルツボから漏れてくる融液を前記断熱板の誘導構造で前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導して前記湯漏れ受け皿に収容し、前記湯漏れ検出器で湯漏れを検出するので、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる。そのことにより、切電等の湯漏れ措置を早期に行うことができ、安全を確保できる。また、装置の損傷が軽減でき、炉内の炭素部品の溶損を軽減できる。 According to the present invention, in the single crystal pulling apparatus, a hot water receiving tray that is installed at the bottom of the main chamber and that contains the melt leaking from the crucible, and at least one hot water leak that is disposed in the hot water receiving tray and detects the hot water leak. A detector, and a heat insulating plate provided between the crucible and the molten metal tray, and provided with a guiding structure for guiding the melt leaking from the crucible to the measurement position of the molten metal detector. The melt leaking from the crucible is guided to the measurement position of the hot water leak detector by the induction structure of the heat insulating plate, and stored in the hot water leak tray, and the hot water leak detector detects the hot water leak. Even when a small amount of hot water leaks, the hot water leak can be detected quickly and accurately. As a result, it is possible to take hot water leakage measures such as cutting off power at an early stage, and to ensure safety. Moreover, damage to the apparatus can be reduced, and melting of carbon parts in the furnace can be reduced.
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
単結晶引上げ装置において、多結晶原料投入の際に、その衝撃によってルツボに亀裂が入り、そこから溶融液が漏れる恐れがある。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。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危険性もある。
Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to this.
In the single crystal pulling apparatus, when the polycrystalline raw material is charged, there is a risk that the crucible cracks due to the impact and the molten liquid leaks therefrom. In addition, hot water in the crucible may be scattered around the crucible when the polycrystalline raw material is charged. Further, when the crucible gradually deteriorates due to use or the single crystal being pulled falls, there is a risk that the crucible will be destroyed and almost all of the hot water will flow out.
そこで、このような問題に対処する方法として、湯漏れ受け皿の底部に湯漏れ検出器を設け、この底部の温度を常時検出し、検出値の変化から湯漏れを判断する技術が開示されている。
しかし、少量の湯漏れが発生した場合には、湯漏れを検知できなかったり、ルツボから漏れた融液が湯漏れ検知器の測定位置に辿り着くまでに時間を要するため検知するまでに時間がかかってしまうという問題があった。この場合、切電する等の対応が遅くなってしまう。
Therefore, as a method for coping with such a problem, a technique has been disclosed in which a hot water leak detector is provided at the bottom of the hot water receiving tray, the temperature of this bottom is constantly detected, and the hot water leak is determined from the change in the detected value. .
However, if a small amount of hot water leaks, it will not be possible to detect the hot water leak, or it will take time to detect the melt that has leaked from the crucible until it reaches the measurement position of the hot water detector. There was a problem that it took. In this case, countermeasures such as turning off the power will be delayed.
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、この問題は、ルツボから漏れたシリコン融液が、ルツボと湯漏れ受け皿の間に配設された断熱板の上面に垂れた後、その側面を伝ってから湯漏れ受け皿に到達し、さらに湯漏れ検知器の測定位置に到達するという経路の長さに起因しており、ルツボから漏れた融液が湯漏れ受け皿に配設された湯漏れ検出器の測定位置に短時間で到達するように、湯漏れ受け皿とルツボの間に湯漏れ誘導構造を有する断熱板を配設して、融液を検知器の測定位置に誘導すれば、湯漏れを素早く正確に検知できることに想到し本発明を完成させた。 Therefore, the present inventor has intensively studied to solve such problems. As a result, this problem is that the silicon melt leaked from the crucible hangs down on the upper surface of the heat insulating plate disposed between the crucible and the hot water leak tray, and then reaches the hot water leak tray after passing through its side surface. Furthermore, this is due to the length of the path of reaching the measurement position of the hot water leak detector, and the melt leaked from the crucible reaches the measurement position of the hot water leak detector arranged in the hot water leak tray in a short time. In this way, it is thought that if a heat insulating plate having a hot water leakage induction structure is arranged between the hot water tray and the crucible and the melt is guided to the measurement position of the detector, the hot water leak can be detected quickly and accurately. Completed the invention.
図1は本発明に係る単結晶引上げ装置の一例を示した概略断面図である。
図1に示すように、この単結晶引上げ装置1は、メインチャンバー2内にルツボ3が設けられ、ルツボ3の周囲に配置されたヒータ6と、ルツボ3を回転昇降動させるルツボ保持軸10及びその回転機構(不図示)を備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the single
ルツボ3は、その内側の原料融液(湯)5を収容する側には石英ルツボ3aが設けられ、その外側にはこれを保護する黒鉛ルツボ3bが設けられている。また、ルツボ3の外周にはヒータ6が、ヒータ6の外側周囲にはヒータ6からの熱がメインチャンバー2に直接輻射されるのを防止するためのヒータ断熱材7が配置されている。また、ヒータ6の下部には金属製のヒータ通電用電極9が取り付けられて装置外部電源に通じている。この電極9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
そして、メインチャンバー2の底部の内壁面に接して湯漏れ受け皿8が配設されている。この湯漏れ受け皿8は底板8aと筒部8bから成り、その接合はボルトまたは螺合で接合されている。あるいは、底板8aと筒部8bを一体成形したものでも良い。そして、この湯漏れ受け皿8をチャンバー底部に嵌め込むことによって受け皿8はメインチャンバー2の底部内壁面のほぼ全面に密着する。
A hot
湯漏れ受け皿8において、ルツボ保持軸10やヒータ通電用電極9等のチャンバー底部および湯漏れ受け皿の底板8aを貫通する部材を通す軸スリーブ8cは底板8aにネジ込みで組立てている。また、その高さは各箇所において筒部8bと同レベルとするのが好ましく、底板8aと筒部8bとから得られる湯漏れ受け皿8の内容積は全溶融原料5の容積以上となるように設定されている。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(シリコンの比重は、融液の場合は2.54、固体の場合は2.33)ので湯漏れ受け皿の内容積は、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。湯漏れ受け皿8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。
In the hot water
このように構成された単結晶引上げ装置1において、ルツボ3内に投入されたシリコン多結晶原料がヒータ6により溶融されて原料融液5が形成される。この原料融液5に上方からワイヤ15で吊下げたシードチャック14に装着した種結晶13を浸漬し、ワイヤ15及びルツボ3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12を成長させることができる。
In the single
上記単結晶引き上げ装置1において、例えばルツボ3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3に亀裂が生じると、この亀裂から融液5がルツボ3の外部へ流出し、流出した融液5はルツボ3の外周壁に沿って下方へ流れ、メインチャンバー2の底部に向けて落下することになる。
In the single
ここで、湯漏れ受け皿8を備えた単結晶引上げ装置1によれば、メインチャンバー2の底部内壁面に接して湯漏れ受け皿8が配設されているため、湯漏れ受け皿8によって、流出した融液5を収容することができるようになっている。従って、融液5がルツボ3の下部機構に達することを防止し、チャンバーを損傷したり、流出した融液が装置外に溢れ出してしまう等の危険を及ぼすことを防止することができるようになっている。
Here, according to the single
ただし、たとえ漏れた融液を受け皿8で収容できたとしても、湯漏れの発生自体を検知していなければ、ヒータを切電する等の対応がなされず、融液が融解したままとなり危険であるので、湯漏れ受け皿8には、ルツボ3から漏れて湯漏れ受け皿8に溜り始めた湯を検出するための少なくとも1つの湯漏れ検出器11が備えられている。湯漏れ検知器11で湯漏れを検出できれば、ヒータを切電することによって融液5を冷却して固化させることができる。
However, even if the leaked melt can be received in the
そして、この検知器11で湯漏れをより確実に検出することができるように、本発明に係る単結晶引上げ装置1は、ルツボ3と湯漏れ受け皿8との間に配設され、ルツボ3から漏れてくる融液5を湯漏れ検出器11の測定位置に誘導する誘導構造を設けた断熱板4を具備している。
The single
このように、ルツボ3から漏れてくる融液5を断熱板4によって誘導し、湯漏れ検出器11によって湯(温度上昇)を検出すれば、少量の湯漏れが発生した場合でも、湯漏れの発生を素早く正確に検出することができ、警報、運転停止等の動作を即時に起こすことができる。それによって、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、安全を確保できる。また、装置の損傷が軽減でき、炉内の炭素部品の溶損を軽減することができる。
In this way, if the
このとき、前記湯漏れ検知器11は熱電対とすることができる。また、断熱板4で融液5を湯漏れ検知器11(熱電対)の半径50mm以内に誘導し、熱電対11で湯漏れ受け皿8の温度を検出することによって湯漏れを検出することができる。
このように、前記湯漏れ検知器11は熱電対であり、前記断熱板4で前記融液5を前記湯漏れ検知器11の半径50mm以内に誘導し、前記熱電対11で湯漏れ受け皿の温度を検出することによって湯漏れを検出するものであれば、瞬時に高感度、高精度の温度測定が可能であり、湯漏れ検出器11により湯漏れの有無の判断を容易に行うことができる。
At this time, the hot water leak detector 11 can be a thermocouple. Further, the
Thus, the hot water detector 11 is a thermocouple, the
図3は本発明の単結晶引上げ装置1で使用することができる断熱板4の一例を示す概略図である。
図3に示すように、断熱板4aの上表面の外周部にはリブ16が設けられている。そして、リブ16の一部に切欠き17が設けられており、そこから融液5を湯漏れ受け皿8に誘導できるようになっている。ここで、リブ16の高さは特に限定されないが、例えば、5〜10mmとすることができる。
そして、本発明の単結晶引上げ装置1は、このような断熱板4aを、前記切り欠き17が湯漏れ受け皿8に配設された湯漏れ検出器11の真上に位置するように配設し、前記切り欠き17から融液5を、湯漏れ検出器11の測定位置に誘導できるようになっている。
このように、本発明の単結晶引上げ装置1は、簡単な構造で融液5を湯漏れ検知器11の測定位置に誘導することができ、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができるものとなっている。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a
As shown in FIG. 3, the
In the single
Thus, the single
図4(A)(B)に本発明の単結晶引上げ装置で使用することができる断熱板4の別の一例の概略を示す。
図4(A)および(B)に示すように、断熱板4bの上表面の外周部にはリブ16が設けられている。そして、断熱板4bに貫通する穴18が設けられており、穴18から融液5を湯漏れ受け皿8に誘導できるようになっている。ここで、リブ16の高さは特に限定されないが、例えば、5〜10mmとすることができる。
図2は、このような断熱板4bを用いた本発明の単結晶引上げ装置の別の一例を示した概略図である。
図2に示すように、単結晶引上げ装置1’は、断熱板4bを、穴18が湯漏れ受け皿8に配設された湯漏れ検出器11の真上に位置するように配設し、穴18から融液5を、湯漏れ検出器11の測定位置に誘導できるようになっている。
4A and 4B show an outline of another example of the
As shown in FIGS. 4A and 4B, a
FIG. 2 is a schematic view showing another example of the single crystal pulling apparatus of the present invention using such a heat insulating plate 4b.
As shown in FIG. 2, the single
またこのとき、図4(A)および(B)に示すように、前記断熱板4bに設ける穴18に、カーボンから成る筒19を設置することができる。
このように、前記断熱板4bに設ける穴18に、カーボンから成る筒19を設置すれば、断熱板4bの中へ融液5が侵入するのを抑制することができるので、ルツボ3から漏れてきた融液5が穴18を通り易くすることができる。
At this time, as shown in FIGS. 4A and 4B, a
In this way, if the
またこのとき、断熱板4の上表面に傾斜面を設け、ルツボ3から漏れてくる融液5を湯漏れ検出器11の測定位置に誘導するものとすることができる。
図5(A)(B)は図3に示したような、リブ16の一部に切欠き17が設けられた断熱板4aに傾斜面20を設けた断熱板の一例を示した概略図である。
図5(A)および(B)に示すように、断熱板4cの上表面の外周部にはリブ16が設けられている。また、リブ16の一部に切欠き17が設けられており、傾斜面20の底部が切り欠き17の位置となるようになっている。そして、その切り欠き17から融液5を湯漏れ受け皿8に誘導できるようになっている。
At this time, an inclined surface is provided on the upper surface of the
5A and 5B are schematic views showing an example of a heat insulating plate in which the
As shown in FIGS. 5A and 5B,
また、図6(A)(B)は図4に示したような、貫通する穴18を有した断熱板4bに傾斜面20を設けた断熱板の一例を示した概略図である。
図6(A)および(B)に示すように、断熱板4dの上表面の外周部にはリブ16が設けられている。また、断熱板4dに貫通する穴18が設けられており、傾斜面20の底部が穴18の位置となるようになっている。そして、その穴18から融液5を湯漏れ受け皿8に誘導できるようになっている。
6A and 6B are schematic views showing an example of a heat insulating plate in which an
As shown in FIGS. 6A and 6B,
このように、断熱板4の上表面に傾斜面20を設け、ルツボ3から漏れてくる融液5を湯漏れ検出器11の測定位置に誘導するものであれば、融液5を湯漏れ検知器11の測定位置により効率的に誘導することができ、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れをより確実に素早く正確に検知することができる。
In this way, if the
またこのとき、前記断熱板4は、カーボン繊維材の上下にカーボン材を組み合わせたサンドイッチ構造のものとすることができる。
このように、前記断熱板4は、カーボン繊維材の上下にカーボン材を組み合わせたサンドイッチ構造のものであれば、断熱板を軽量で耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものとすることができ、かつ、断熱板の断熱効果を高めることができる。
At this time, the
Thus, if the said
また、湯漏れ検知器11を複数設けることもできる。例えば、湯漏れ検知器11を2つ設け、例えば図3に示すような断熱板4aに2つの切り欠きを設け、それぞれの切り欠きが2つの湯漏れ検知器11のそれぞれの真上にくるように構成することができる。このような構成とすれば、湯漏れの検知精度をより向上させることができると共に、湯漏れ位置を把握することもできる。あるいは、2つ設けた湯漏れ検知器11の内の1つを予備用として、片方の湯漏れ検知器11の故障時に備えるようにしても良い。 Also, a plurality of the hot water leak detectors 11 can be provided. For example, two hot water leak detectors 11 are provided, for example, two cutouts are provided in the heat insulating plate 4a as shown in FIG. 3, and the respective cutouts are directly above the two hot water leak detectors 11, respectively. Can be configured. With such a configuration, it is possible to further improve the detection accuracy of the hot water leak and to grasp the hot water leak position. Alternatively, one of the two hot water leak detectors 11 may be used as a spare and provided for the failure of one of the hot water leak detectors 11.
以上説明したように、本発明では、単結晶引上げ装置において、メインチャンバーの底部に設置されルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、前記湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する少なくとも1つの湯漏れ検出器と、前記ルツボと前記湯漏れ受け皿との間に配設され、前記ルツボから漏れてくる融液を前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導する誘導構造を設けた断熱板とを具備し、前記ルツボから漏れてくる融液を前記断熱板の誘導構造で前記湯漏れ検出器の測定位置に誘導して前記湯漏れ受け皿に収容し、前記湯漏れ検出器で湯漏れを検出するので、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができる。そのことにより、湯漏れに対する切電等の措置を早期に行うことができ、安全を確保できる。また、装置の損傷が軽減でき、炉内の炭素部品の溶損を軽減できる。 As described above, according to the present invention, in the single crystal pulling apparatus, a hot water receiving tray that is installed at the bottom of the main chamber and stores the melt leaking from the crucible, and the hot water leaking tray that is disposed in the hot water leak receiving tray is detected. And a guiding structure that is disposed between the crucible and the molten metal tray and guides the melt leaking from the crucible to the measurement position of the molten metal detector. A molten metal leaking from the crucible is guided to the measurement position of the hot water leak detector by the induction structure of the heat insulating plate and stored in the hot water leak tray, and the hot water leak detector detects hot water. Since a leak is detected, even when a small amount of hot water leaks, the hot water leak can be detected quickly and accurately. As a result, measures such as turning off the hot water leak can be taken early and safety can be ensured. Moreover, damage to the apparatus can be reduced, and melting of carbon parts in the furnace can be reduced.
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
(実施例)
図5に示すような断熱板を設けた図1に示すような単結晶引上げ装置を用い、口径32インチ(80cm)の石英ルツボに320kgのシリコン多結晶をチャージし、直径300mmのシリコン単結晶を製造した。その後石英ルツボ内に残った残湯により少量の湯漏れを故意に発生させ、湯漏れ検知までの時間を測定した。
その結果、図8(A)に示すように、湯漏れが発生してから、0.5時間で湯漏れを検知することができ、比較例の4時間と比較すると大幅に改善されていることが判った。そして、湯漏れ検知後、直ちに切電することにより、短時間のうちに安全を確保することができた。
このように、本発明の単結晶引上げ装置は、少量の湯漏れが発生した場合でも、その湯漏れを素早く正確に検知することができることが確認できた。
(Example)
Using a single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 1 provided with a heat insulating plate as shown in FIG. 5, 320 kg of silicon polycrystal is charged in a quartz crucible having a diameter of 32 inches (80 cm), and a silicon single crystal having a diameter of 300 mm is obtained. Manufactured. Thereafter, a small amount of hot water leak was intentionally caused by the remaining hot water remaining in the quartz crucible, and the time until detection of the hot water leak was measured.
As a result, as shown in FIG. 8 (A), the hot water leak can be detected in 0.5 hours after the hot water leak occurs, which is greatly improved as compared with the comparative example of 4 hours. I understood. And it was possible to ensure safety in a short time by turning off the power immediately after detection of the hot water leak.
As described above, it was confirmed that the single crystal pulling apparatus of the present invention can detect the molten metal leak quickly and accurately even when a small amount of molten metal leak occurs.
(比較例)
図7(B)に示すような融液の誘導する誘導構造が設けられていない従来の断熱板を設けた、図7(A)に示すような従来の単結晶引上げ装置を用い、実施例と同様な条件でシリコン単結晶を製造し、実施例と同量の湯漏れを故意に発生させて、湯漏れ検知までの時間を測定した。
その結果、湯漏れが少量であったため、図8(B)に示すように、湯漏れ検知までに時間がかかり4時間後に湯漏れを検知した。
(Comparative example)
Using a conventional single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 7A provided with a conventional heat insulating plate not provided with a guiding structure for inducing a melt as shown in FIG. A silicon single crystal was manufactured under the same conditions, and the same amount of hot water leak as that of the example was intentionally generated, and the time until the hot water was detected was measured.
As a result, since the amount of hot water leaked was small, as shown in FIG. 8 (B), it took time to detect the hot water leak, and the hot water leak was detected after 4 hours.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
例えば、上記ではチョクラルスキー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、チョクラルスキー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、本発明でいうチョクラルスキー法には、融液に磁場を印加するMCZ(Magnetic Field Applied Czochralski)法も含まれる他、LEC(Liquid Encapsulated Czochralski)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, the present invention has been described above by taking as an example the case where a silicon single crystal is grown by the Czochralski method, but the present invention is not limited to the production of a silicon single crystal, but by the Czochralski method. The present invention can be applied to any type of single crystal growth apparatus, and MCZ (Magnetic Field Applied Czochralski) for applying a magnetic field to the melt is applied to the Czochralski method referred to in the present invention. In addition to the above methods, it is needless to say that the present invention can also be used for an apparatus for growing a single crystal such as a compound semiconductor using the LEC (Liquid Encapsulated Czochralski) method.
1、1’…単結晶引上げ装置、2…メインチャンバー、3…ルツボ、
4、4a、4b、4c、4d…断熱板、5…融液、6…ヒータ、
7…ヒータ断熱材、8…湯漏れ受け皿、9…ヒータ通電用電極、
10…ルツボ保持軸、11…湯漏れ検出器、12…単結晶、
13…種結晶、14…シードチャック、15…ワイヤ、16…リブ、
17…切り欠き、18…穴、19…筒、20…傾斜面。
1, 1 '... single crystal pulling device, 2 ... main chamber, 3 ... crucible,
4, 4a, 4b, 4c, 4d ... heat insulating plate, 5 ... melt, 6 ... heater,
7 ... Heater insulation material, 8 ... Hot water leak tray, 9 ... Heater energizing electrode,
10 ... crucible holding shaft, 11 ... leak detector, 12 ... single crystal,
13 ... Seed crystal, 14 ... Seed chuck, 15 ... Wire, 16 ... Rib,
17 ... Notch, 18 ... Hole, 19 ... Tube, 20 ... Inclined surface.
Claims (7)
The single-crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat insulating plate has a sandwich structure in which carbon materials are combined above and below a carbon fiber material.
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