JP5730546B2 - 単結晶引き上げ装置、及び単結晶引き上げ装置に用いられる低熱伝導性部材 - Google Patents
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炭素繊維強化炭素複合材の形状としては、円形状、環状等のいずれの形状であってもよいが、好ましくは環状である。なぜなら、炭素繊維強化炭素複合材が略環状に形成されていると、ルツボ底部下側や受け皿底部下側に空隙部を確実に形成することができるからである。加えて、ルツボを安定よく固定、支持することも可能となるからである。更に、円形形状に比べて、環状形状の方が接触面積が小さいため、熱逃げ防止効果をさらに高めることができる。
(金属単結晶引上げ装置の構成)
図1は本実施の形態に係るシリコン単結晶引き上げ装置の要部断面図である。図において、1は単結晶引き上げ装置、2はシリコン融液3を収容する石英ルツボ、4は石英ルツボ2を保持する黒鉛ルツボ、5は黒鉛ルツボ4を下部で固定保持するための黒鉛製受け皿、6は受け皿5を下部で支持し受け皿5及びルツボ2,4を回転させながら昇降させる黒鉛製ルツボ回転軸である。ルツボ回転軸6は回転/昇降駆動装置(図示せず)により回転自在に制御される。そして、ルツボ回転軸6は、シリコン単結晶の引上げ軸方向を回転軸として受け皿5、黒鉛ルツボ4及び石英ルツボ2を回転させ、また、上方移動させてシリコン融液3の融液面を一定の高さに維持するようになっている。また、黒鉛ルツボ4の外周にはヒータ7が配置されており、このヒータ7により黒鉛ルツボ4及び石英ルツボ2を介してシリコン融液3を加熱し、インゴット8を引き上げながらシリコン単結晶を作製する。
3次元の炭素繊維強化炭素複合材は垂直方向(本実施の形態においてはルツボ回転軸方向に相当)の熱伝導率が2次元の炭素繊維強化炭素複合材よりも高く、断熱効果が低い。加えて、価格が高い。従って、3次元の炭素繊維強化炭素複合材よりも2次元炭素繊維強化炭素複合材を用いるのが好ましい。一方、1次元の炭素繊維強化炭素複合材は、2次元の炭素繊維強化炭素複合材と同程度の断熱効果を有しており、価格についても2次元炭素繊維強化炭素複合材と同程度である。しかし、1次元の炭素繊維強化炭素複合材は環状に形成した場合に割れ易い。従って、低熱伝導部材10を円板形状のように場合には、低熱伝導部材10の素材としては1次元の炭素繊維強化炭素複合材を用いるようにしてもよいが、低熱伝導部材10を環状に形成する場合には2次元の炭素繊維強化炭素複合材を用いるのが好ましい。
先ず、多結晶シリコンを石英ルツボ2内に充填した後、ヒータ7を発熱させ、黒鉛ルツボ4を介して石英ルツボ2を加熱することにより、石英ルツボ2内の多結晶シリコンをシリコンの融点以上に熱して融解する。次いで、シードチャックに取り付けられた種結晶を下降し、融解したシリコン融液3に浸漬させた後、シードチャックと黒鉛ルツボ4とを同方向又は逆方向に回転させつつ、シードチャックを引き上げて、シリコン結晶を成長させる。
図3は実施の形態2に係るシリコン単結晶引き上げ装置の要部断面図である。本実施の形態2は、黒鉛ルツボ4底部下側に空隙部11Aが形成されており且つ黒鉛ルツボ4と受け皿5との接合面に低熱伝導部材10Aが介在されていることを特徴とする。上記実施の形態1が受け皿5とルツボ回転軸6との間の断熱構造を特徴としたのに対して、本実施の形態2は黒鉛ルツボ4と受け皿5との間の断熱構造を特徴としたものである。以下、本実施の形態2の具体的な構造について説明する。本実施の形態では、黒鉛ルツボと受け皿5との接合面に、略管状の低熱伝導部材10Aが介在されていることである。即ち、黒鉛ルツボ4底部外側寄りの面と、受け皿5上面との間に、低熱伝導部材10Aが介在されている。この低熱伝導部材10Aの中央孔は受け皿5の凹部5aに略対応した大きさであり、黒鉛ルツボ4底部が該中央孔に嵌り込んで、凹部5aの底面に臨む状態で配置されている。これにより、黒鉛ルツボ4の底部下側に空隙部11Aが形成されている。
図4は実施の形態3に係るシリコン単結晶引き上げ装置の要部断面図である。本実施の形態3は、受け皿5とルツボ回転軸6との間の断熱構造と、黒鉛ルツボ4と受け皿5との間の断熱構造の両者を備えたことを特徴とする。換言すれば、本実施の形態3は、上記実施の形態1と上記実施の形態2とを組み合わせた構造を有するものである。
(1)上記実施の形態1〜3では、シリコン融液を収納する石英ルツボと該石英ルツボを保持する黒鉛ルツボとを備えたシリコン単結晶引き上げ装置について説明したが、石英ルツボがなく、ゲルマニウム融液等を直接黒鉛ルツボに収納する単結晶引き上げ装置にも本発明は適用することができる。
2:石英ルツボ
3:シリコン融液
4:黒鉛ルツボ
5:受け皿
6:ルツボ回転軸
10,10A:低熱伝導部材
11,11A:空隙部
Claims (7)
- ルツボと、該ルツボを下部で固定保持するための受け皿と、該受け皿を下部で支持し受け皿及びルツボを回転させながら昇降させるルツボ回転軸とを備えた単結晶引き上げ装置であって、
前記ルツボと前記受け皿との間、及び、前記受け皿と前記ルツボ回転軸との間の少なくとも一方に、空隙部が形成され、
前記ルツボと前記受け皿との接合面、及び、前記受け皿と前記ルツボ回転軸との接合面の少なくとも一方に介在され、ルツボからルツボ回転軸への熱伝導を抑制するための平板状で炭素繊維強化炭素複合材の低熱伝導性部材が別部材として配置され、
前記空隙部は、前記低熱伝導性部材により形成されていることを特徴とする単結晶引き上げ装置。 - 前記ルツボと前記受け皿との間に形成される空隙部は、ルツボ底部の下に位置している請求項1記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記受け皿と前記ルツボ回転軸との間に形成される空隙部は、受け皿底部の下に位置している請求項1記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記低熱伝導性部材は1次元の炭素繊維強化炭素複合材又は2次元の炭素繊維強化炭素複合材から成る請求項1〜3のいずれか1項に記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記炭素繊維強化炭素複合材は、略環状に形成されている請求項4記載の単結晶引き上げ装置。
- 請求項1に記載の単結晶引き上げ装置に用いられる低熱伝導性部材であって、1次元の炭素繊維強化炭素複合材又は2次元の炭素繊維強化炭素複合材から成る低熱伝導性部材。
- 請求項6に記載の低熱伝導性部材であって、略環状に形成されている低熱伝導性部材。
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