JPH077328Y2 - 黒鉛ヒータの固定構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、黒鉛ヒータ、特にチョクラルスキー法による
シリコン単結晶引上装置に使用され、ルツボ内のシリコ
ン原料を溶融するために使用される黒鉛ヒータの固定構
造に関するものである。

（従来の技術） 近年採用されてきているシリコン単結晶引上装置（20）
は、第３図に概略的に示すように、その容器本体（23）
の中心部にルツボ（21）を回転自在に配置し、このルツ
ボ（21）を中心として順次外側へ黒鉛ヒータ（10）、保
温筒（22）及び容器本体（23）を互いに接触しないよう
に配置して、さらにこの容器本体（23）の外側にコイル
（24）を配置して構成されている。そして、このシリコ
ン単結晶引上装置（20）は、黒鉛ヒータ（10）によって
回転しているルツボ（21）内のシリコン原料を溶融する
とともに、シリコン単結晶内の不純物分布を左右するシ
リコン融液の対流を防止し高品位のシリコン単結晶を得
るため、コイル（24）によりルツボ（21）内のシリコン
融液に水平方向に磁場を印加しながら、引上軸によって
シリコン単結晶インゴットを引き上げるようにしたもの
である。なお、第３図の符号（26）は、固定部材（12）
を介して黒鉛ヒータ（10）に通電するための電極を示し
ている。

ところで、このようなシリコン単結晶引上装置（20）に
おける黒鉛ヒータには、これに対して通電されたとき電
流が上下にジグザグに流れるようにするためのスリット
が上下交互に形成してあって、これらのスリットにより
区切られた部分を上下に流れる電流と、コイル（24）に
より水平方向に印加される磁場との相互作用により、こ
の黒鉛ヒータ（10）自体にこれを回転させようとする大
きな力が働く。このような大きな力によって黒鉛ヒータ
（10）が回転してはならないので、これを強固に固定す
る必要がある。

この黒鉛ヒータ（10）をシリコン単結晶引上装置（20）
の下側に配置した基台（25）に固定する従来の手段とし
ては、第４図または第５図に示すように、基台（25）上
に固定される固定部材（12）に溝（12a）を形成してお
き、この溝（12a）内に直接黒鉛ヒータ（10）の下端（1
1）を嵌合する（第４図の場合）か、あるいは嵌合後に
形成される黒鉛ヒータ（10）と溝（12a）間の隙間内に
くさび（12b）を打ち込んで（第５図の場合）行なって
いたのである。ところが、第４図に示したような方法を
採ると、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）とこれが嵌合す
る溝（12a）の形状を非常に正確なものとしなければな
らず、このことは、第５図のくさび（12b）を使用する
場合も同様である。これらを避けるために、第６図に示
したように、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）と固定部材
（12）とを取付ボルト（12c）によって固定する方法が
あるが、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）は薄いものであ
ること等の理由から取付ボルト（12c）として大きなも
のを採用することができず、従って黒鉛ヒータ（10）に
力が加わった場合にこの取付ボルト（12c）が折れた
り、あるいは取付ボルト（12c）を支持している黒鉛ヒ
ータ（10）の下端（11）や固定部材（12）側に亀裂が入
るといった現象が出る。

さらに、第７図及び第８図に示したように、黒鉛ヒータ
（10）の下端（11）に形成した凹所内に係合する係合突
起（12d）を固定部材（12）側に設けて、これらの係合
突起（12d）と下端（11）との係合を図り、これにより
固定部材（12）に対する黒鉛ヒータ（10）の回転を阻止
するようにする試みもなされているが、係合突起（12
d）やこれに対応する凹所をそれぞれ固定部材（12）ま
たは黒鉛ヒータ（10）側に形成しなければならないか
ら、非常にコスト高な黒鉛ヒータ（10）となってしまう
のである。黒鉛ヒータ（10）や固定部材（12）はある一
定の大きさに形成した黒鉛材を削り出して所定の形状の
ものとするのが一般的であるから、前述したような係合
突起（12d）を形成するためにはそれに対応した大きな
黒鉛材を使用しなければならず、かつ削り出し等の加工
をしなければならないからである。

さらに重要なことは、以上の従来技術のいずれかにおい
ても、黒鉛ヒータ（10）の固定部分において完全に密着
した状態になっていないと、流れる電流によって放電現
象が生じ、これによって電力や黒鉛ヒータ（10）自体の
消耗を生じるということにもなるのである。

そこで、考案者等は、黒鉛ヒータ（10）の固定部材（1
2）側への固定を確実に行なうようにするためにはどう
したらよいかについて検討を重ねてきた結果、本考案を
完成したのである。

（考案が解決しようとする課題） 本考案は以上のような経緯に基づいてなされたもので、
その解決しようとする課題は、黒鉛ヒータ（10）の固定
部材（12）に対する確実な固定である。

そして、本考案の目的とするところは、黒鉛ヒータ（1
0）の固定部材（12）に対する固定を行なう際は勿論の
こと、固定された黒鉛ヒータ（10）に対して回転力が加
わった場合にも黒鉛ヒータ（10）や他の部材に悪影響を
与えることがなく、しかも固定部材（12）に対する黒鉛
ヒータ（10）の固定を確実に行なうことのできる固定構
造を簡単な構成によって提供することにある。

（課題を解決するための手段） 以上の課題を解決するために、本考案の採った手段は、
実施例において使用する符号を付して説明すると、 「基台（25）に対して回転されるルツボ（21）の周囲に
配置されて、ルツボ（21）を加熱する黒鉛ヒータ（10）
において、 この黒鉛ヒータ（10）の下端を、基台（25）上側に固定
される固定部材（12）上に、炭素化または黒鉛化した接
着層（13）を介して固定したことを特徴とする黒鉛ヒー
タ（10）の固定構造。」 である。

すなわち、本考案の固定構造は、黒鉛ヒータ（10）の下
端（11）を炭素化または黒鉛化した接着層（13）を介し
て固定部材（12）に固定したものである。

この固定構造における接着層（13）は、黒鉛ヒータ（1
0）が通電によって発熱するものであることから、導電
性及び耐熱性を有し、かつ機械的強度に優れたものであ
る必要がある。そのような接着層（13）を形成するに
は、例えば出願人などが既に特開昭62−138577号公報等
において提案しているような方法を採用するとよい。す
なわち、この接着層（13）は、 （ａ）水素、ハロゲン、ヒロドキシル基、カルボニル
基、カルボキシル基、アルデキト基、エポキシ構造、ラ
クトン構造、エーテル構造、耐無水物構造の中から選ば
れる一種又は二種以上を少なくとも表面に有する黒鉛ヒ
ータ（10）の下端（11）及び固定部材（12）の当接表面
をヒロドキシメチル基、ハロメチル基のいずれか少なく
とも一種の基を二個以上有する一環または二環以上の芳
香環から成る芳香族架橋剤を主体とする表面処理剤によ
って被覆せしめた後、熱処理を行なう工程； （ｂ）主として二環以上の縮合多環芳香族化合物と、前
記芳香族架橋剤と、酸触媒とを組み合わせて成る熱硬化
性組成物からなる接着剤を可塑化若しくは液化させる工
程； （ｃ）前記（ｂ）工程で可塑化若しくは液化された接着
剤を介して前記（ａ）工程で被覆された黒鉛ヒータ（1
0）の下端（11）と固定部材（12）とを接着させ、非酸
化性雰囲気中100〜400°Ｃの温度範囲の加熱し、その後
接着剤を炭素化または黒鉛化させ接着層（13）を形成す
る工程； によって形成するとよい。

そして、この接着層（13）は、具体的には、 「主として二環以上の縮合多環芳香族化合物と、ヒドロ
キシメチル基、ハロメチル基のいずれか少なくとも一種
の基を二個以上有する一環または二環以上の芳香環から
なる芳香族架橋剤と、酸触媒とが反応して成る熱硬化性
組成物（COPNA樹脂組成物）からなる接着剤と：表面に
水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、カルボニル基、アル
デヒト基、エポキシ構造、ラクトン構造、エーテル構
造、酸無水物構造の中から選ばれる少なくとも一種を有
する被着材とが：前記被着材と接着剤の界面において、
前記芳香族架橋剤を主体とする表面処理剤若しくは添加
剤を介する結合を有してなる」ものである。この場合、
前記接着剤を構成する二環以上の縮合多環芳香族化合物
は、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビレ
ン、クリセン、ナフタセン、アセナフテン、アセナフチ
レン、ベリレン、コロネン、及びこれらを主骨格とする
誘導体の中から選ばれる一種又は二種以上の混合物、あ
るいは石炭系若しくは石油系の重質油、タール、ピッチ
である。

（考案の作用） 以上のように構成した固定構造においては、黒鉛ヒータ
（10）の下端（11）と固定部材（12）とが炭素化または
黒鉛化した接着層（13）を介して接着固定されていて、
これにより黒鉛ヒータ（10）は固定部材（12）、従って
この固定部材（12）を取付けた基台（25）に対して位置
ズレしないようにしっかりと固定されているのである。

また、この接着層（13）は炭素化または黒鉛化されたも
のであるから、それ自体優れた導電性及び耐熱性を有し
ており、これにより黒鉛ヒータ（10）に対する通電が固
定部材（12）及び接着層（13）を介して良好に行われる
ことは勿論、当該黒鉛ヒータ（10）が発熱したとしても
接着層（13）による固定に影響は全くないのである。

さらに、この接着層（13）の形成は、前述したような方
法を採用して行われるから、この接着層（13）を形成す
る間に黒鉛ヒータ（10）の下端（11）や固定部材（12）
側にこれらを破壊するような力が加わることが全くな
く、接着層（13）を形成して黒鉛ヒータ（10）を固定部
材（12）に固定する作業時に黒鉛ヒータ（10）等に不良
品を生じさせることもないのである。

そして、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）と固定部材（1
2）とは、炭素化または黒鉛化した接着層（13）を介し
て強固に固定されているため、放電の原因となるような
黒鉛ヒータ（10）と固定部材（12）との相対移動は勿
論、隙間も全く存在していないのである。従って、従来
の固定構造において生じていたような放電による電力及
び黒鉛ヒータ（10）自体の消耗は全くないのである。

（実施例） 次に、本考案に係る固定構造の実施例を、その接着層
（13）の形成方法を主体として以下に説明する。

黒鉛製の黒鉛ヒータ（10）の下端（11）及び固定部材
（12）の少なくとも接合面に、ｐ−キシレングリコー
ル:5wt％、ｐ−トルエンスルホン酸:1wt％のエタノール
溶液から成る表面処理剤を塗布した後、空気中150°Ｃ
で30分間熱処理し、これを被着材とした。

接着剤としては、ピレン−フェナントレンの混合物（モ
ル比7:3）とｐ−キシレングリコールをモル比で1:1.5の
割合で混合し、そこに3wt％のｐ−トリエンスルホン酸
を加えた混合物を130°Ｃで40分間反応させたＢステー
ジ樹脂を用いた。なお、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）
と固定部材（12）には、両者を圧接するための黒鉛から
なる取付ボルト（14）の挿通及びネジ止めを行なうため
の穴を形成しておいた。

次いで、前述のＢステージ樹脂を140°Ｃで加熱溶融さ
せ、黒鉛ヒータ（10）の下端（11）と固定部材（12）の
接合面に塗り付けて下端（11）と固定部材（12）とを接
合した。この状態で、各取付ボルト（14）により黒鉛ヒ
ータ（10）と固定部材（12）とを固定するとともに、こ
の取付ボルト（14）によって黒鉛ヒータ（10）と固定部
材（12）とが圧接状態となるようにした。

このようにした黒鉛ヒータ（10）と固定部材（12）とを
180°Ｃ、30分で硬化した後、1900°Ｃで２時間焼成す
ることにより、接着層（13）とした。

以上のようにして、黒鉛ヒータ（10）と固定部材（12）
とを固着した固定構造によれば、例えば第６図に示した
ような単なるボルトのみによる固定構造に対して、その
固定強さは約３倍程度のものとなった。

（考案の効果） 以上説明した通り、本考案に係る固定構造においては、
黒鉛ヒータ（10）の下端（11）と固定部材（12）間に炭
素化または黒鉛化した接着層（13）を介在させた状態で
黒鉛ヒータ（10）と固定部材（12）とを固定したことに
その特徴があり、これにより、黒鉛ヒータ（10）の固定
部材（12）に対する固定を行なう際は勿論のこと、固定
された黒鉛ヒータ（10）に対して回転力が加わった場合
にも黒鉛ヒータ（10）や他の部材に悪影響を与えること
がなく、しかも固定部材（12）に対する黒鉛ヒータ（1
0）の固定を確実に行なうことのできる固定構造を簡単
な構成によって提供することができるのである。

特に、本考案に係る固定構造においては、黒鉛ヒータ
（10）と固定部材（12）とを接着層（13）によって固定
するようにしているから、黒鉛ヒータ（10）及び固定部
材（12）の加工を非常に容易に行なうことができる。ま
た従来の固定構造においては、黒鉛ヒータ（10）や固定
部材（12）側に凹所や溝（12a）等あるいは係合突起（1
2d）を形成する必要があったが、本考案に係る固定構造
においては、これらの形成作業が全く必要がないから、
黒鉛ヒータ（10）を安価なものとして提供することを可
能とすることができるのである。また、黒鉛ヒータ（1
0）と固定部材（12）とは、位置ズレをしない状態でし
かも隙間のない状態で固定したから、放電現象を全く生
ぜず、これにより電力及び黒鉛ヒータ（10）の消耗を極
力押さえることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の固定構造を採用したときの黒鉛ヒータ
と固定部材間との接合状態を示す第３図のIII−III線部
の部分拡大断面図、第２図は第１図のII−II線に沿って
みた横断面図、第３図はシリコン単結晶引上装置の概略
構成を示す断面図、第４図〜第７図のそれぞれは従来の
固定構造を示す第１図に対応した部分拡大断面図、第８
図は第７図のVIII−VIII線に沿ってみた横断面図であ
る。 符号の説明 10…黒鉛ヒータ、11…下端、12…固定部分、13…接着
層、14…取付ボルト、20…シリコン単結晶引上装置、21
…ルツボ、25…基台。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基台に対して回転されるルツボの周囲に配
   置されて、ルツボを加熱する黒鉛ヒータにおいて、 この黒鉛ヒータの下端を、前記基台上側に固定される固
   定部材上に、炭素化または黒鉛化した接着層を介して固
   定したことを特徴とする黒鉛ヒータの固定構造。