JPH08229924A - 導電性パイプの製造方法 - Google Patents
導電性パイプの製造方法Info
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- JPH08229924A JPH08229924A JP6467995A JP6467995A JPH08229924A JP H08229924 A JPH08229924 A JP H08229924A JP 6467995 A JP6467995 A JP 6467995A JP 6467995 A JP6467995 A JP 6467995A JP H08229924 A JPH08229924 A JP H08229924A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高純度で強靱なシリコンパイプを安価に製造
する。 【構成】 軸方向の一部が周方向に複数分割された導電
性の材料からなる２つの無底るつぼ６ａ，６ｂを、半径
方向に間隔をあけて同心状に組み合わせる。無底るつぼ
６ａ，６ｂの内側および外側に誘導コイル７ａ，７ｂを
配置する。無底るつぼ６ａ，６ｂ間に投入される原料１
７を、誘導コイル７ａ、７ｂを用いた電磁誘導加熱によ
り溶解する。溶湯１９を無底るつぼ６ａ，６ｂ間から引
き抜いてパイプ１８となす。
する。 【構成】 軸方向の一部が周方向に複数分割された導電
性の材料からなる２つの無底るつぼ６ａ，６ｂを、半径
方向に間隔をあけて同心状に組み合わせる。無底るつぼ
６ａ，６ｂの内側および外側に誘導コイル７ａ，７ｂを
配置する。無底るつぼ６ａ，６ｂ間に投入される原料１
７を、誘導コイル７ａ、７ｂを用いた電磁誘導加熱によ
り溶解する。溶湯１９を無底るつぼ６ａ，６ｂ間から引
き抜いてパイプ１８となす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン等の導電性材
料からなるパイプの製造方法に関し、更に詳しくは電磁
鋳造による導電性パイプの製造方法に関する。
料からなるパイプの製造方法に関し、更に詳しくは電磁
鋳造による導電性パイプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ディバイスの製造分野では、シリ
コンウエハを熱処理する際の容器として、汚染の少ない
非金属パイプが用いられている。この非金属パイプとし
て代表的なものはＳｉＯ2 パイプであり、他には焼結に
より成形し内面にＳｉＮをコーティングしたＳｉＣパイ
プも用いられている。また最近ではシリコンパイプも使
用され始めた。シリコンパイプの製造方法としては、中
実材をダイヤモンドカッターにより中ぐりする機械加工
法が実用されており、研究段階ではあるがＣＶＤ法によ
る化学的な製造方法も知られている。
コンウエハを熱処理する際の容器として、汚染の少ない
非金属パイプが用いられている。この非金属パイプとし
て代表的なものはＳｉＯ2 パイプであり、他には焼結に
より成形し内面にＳｉＮをコーティングしたＳｉＣパイ
プも用いられている。また最近ではシリコンパイプも使
用され始めた。シリコンパイプの製造方法としては、中
実材をダイヤモンドカッターにより中ぐりする機械加工
法が実用されており、研究段階ではあるがＣＶＤ法によ
る化学的な製造方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これら熱処理用の非金
属パイプのうち、ＳｉＯ2 パイプはそれ自体のコストが
安いことから最も多く使用されているが、１０００〜１
１００℃に変態点があり、熱処理での加熱・冷却毎にこ
の変態が繰り返されるため、その使用寿命は非常に短
い。熱処理用のパイプが使用限界に達すると、そのパイ
プを変換するわけであるが、そのときライン全体のフラ
ッシュが必要となるため、１回の変換に要するコストが
嵩み、頻繁な変換が必要なことを考え併せると、総合的
な経済性はパイプ単価から期待されるほど良好とは言え
ない。
属パイプのうち、ＳｉＯ2 パイプはそれ自体のコストが
安いことから最も多く使用されているが、１０００〜１
１００℃に変態点があり、熱処理での加熱・冷却毎にこ
の変態が繰り返されるため、その使用寿命は非常に短
い。熱処理用のパイプが使用限界に達すると、そのパイ
プを変換するわけであるが、そのときライン全体のフラ
ッシュが必要となるため、１回の変換に要するコストが
嵩み、頻繁な変換が必要なことを考え併せると、総合的
な経済性はパイプ単価から期待されるほど良好とは言え
ない。
【０００４】これに加えて、ＳｉＯ2 パイプにはウエハ
汚染の問題がある。一方、ＳｉＣパイプはＳｉＯ2 パイ
プより使用寿命が長いとされているが、焼結にバインダ
ーを使用しなければならないため、汚染の問題はＳｉＣ
パイプの方が大きい。
汚染の問題がある。一方、ＳｉＣパイプはＳｉＯ2 パイ
プより使用寿命が長いとされているが、焼結にバインダ
ーを使用しなければならないため、汚染の問題はＳｉＣ
パイプの方が大きい。
【０００５】このような事情から最近になって高純度シ
リコンパイプが注目され始めた。シリコンパイプはウエ
ハと同材質であることから、熱処理での変態点通過によ
る機械的性質の劣化がなく、また高純度でありさえすれ
ば汚染の心配もない。しかし、現在ディバイスメーカー
に提供されているシリコンパイプの単価は余りにも高
い。それは、その製造に穴ぐり加工が用いられ、加工費
が嵩むためである。この加工費は製品価格の約８０％を
占めるとされており、穴ぐりによる材料ロスが多いこと
とあいまって、製品価格を著しく高めるのである。
リコンパイプが注目され始めた。シリコンパイプはウエ
ハと同材質であることから、熱処理での変態点通過によ
る機械的性質の劣化がなく、また高純度でありさえすれ
ば汚染の心配もない。しかし、現在ディバイスメーカー
に提供されているシリコンパイプの単価は余りにも高
い。それは、その製造に穴ぐり加工が用いられ、加工費
が嵩むためである。この加工費は製品価格の約８０％を
占めるとされており、穴ぐりによる材料ロスが多いこと
とあいまって、製品価格を著しく高めるのである。
【０００６】それでも一部ではシリコンパイプが使われ
始めている。それは、シリコンパイプの使用寿命が長
く、ライン全体をフラッシュする頻度が著しく低下する
ためと、汚染の問題を解決できるためである。特に、半
導体ディバイスの集積度が高まるにつれ、汚染の防止は
不可欠な課題になっており、ディバイスメーカーからは
安価な高純度シリコンパイプの提供が強く要望されてい
る。
始めている。それは、シリコンパイプの使用寿命が長
く、ライン全体をフラッシュする頻度が著しく低下する
ためと、汚染の問題を解決できるためである。特に、半
導体ディバイスの集積度が高まるにつれ、汚染の防止は
不可欠な課題になっており、ディバイスメーカーからは
安価な高純度シリコンパイプの提供が強く要望されてい
る。
【０００７】なお、ＣＶＤ法による化学的なシリコンパ
イプの製造方法は、析出成長を用いるため組織構造が極
端に脆弱となり、仕上げのための機械加工や熱処理で簡
単に割れてしまうので、実用化の域には達していない。
イプの製造方法は、析出成長を用いるため組織構造が極
端に脆弱となり、仕上げのための機械加工や熱処理で簡
単に割れてしまうので、実用化の域には達していない。
【０００８】本発明の目的は、高純度で強靱なシリコン
パイプを安価に製造することができる導電性パイプの製
造方法を提供することにある。
パイプを安価に製造することができる導電性パイプの製
造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、軸方向
の少なくとも一部が周方向に複数分割された導電性の円
筒体からなる２つの異径の無底るつぼを、半径方向に間
隔をあけて同心状に組み合わせると共に、その内側およ
び外側に誘導コイルを配置し、２つの無底るつぼの間に
形成された環状の隙間に投入される導電性の原料を、２
つの誘導コイルを用いた電磁誘導により内側および外側
から加熱して、２つの無底るつぼの対向面に対して非接
触の状態で溶解し、その溶湯を環状の隙間から徐々に引
き抜いて凝固させることによりパイプとなすものであ
る。
の少なくとも一部が周方向に複数分割された導電性の円
筒体からなる２つの異径の無底るつぼを、半径方向に間
隔をあけて同心状に組み合わせると共に、その内側およ
び外側に誘導コイルを配置し、２つの無底るつぼの間に
形成された環状の隙間に投入される導電性の原料を、２
つの誘導コイルを用いた電磁誘導により内側および外側
から加熱して、２つの無底るつぼの対向面に対して非接
触の状態で溶解し、その溶湯を環状の隙間から徐々に引
き抜いて凝固させることによりパイプとなすものであ
る。
【００１０】
【作用】本発明の方法では、原料からパイプが電磁鋳造
により直接製造されるので、穴ぐり加工が不要になる。
製造されるパイプは、鋳造空間を形成する２つの無底る
つぼに対して非接触であるため、鋳造時の汚染が少な
く、高純度となる。また、鋳造組織であるため、析出成
長パイプより格段に強靱となる。従って、シリコンパイ
プについても高純度で強靱なものが安価に製造される。
により直接製造されるので、穴ぐり加工が不要になる。
製造されるパイプは、鋳造空間を形成する２つの無底る
つぼに対して非接触であるため、鋳造時の汚染が少な
く、高純度となる。また、鋳造組織であるため、析出成
長パイプより格段に強靱となる。従って、シリコンパイ
プについても高純度で強靱なものが安価に製造される。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００１２】図１は本発明の方法を実施するのに適した
パイプ鋳造装置の概要を示す断面図、図２は実施例で用
いた鋳造部の詳細を示す斜視図、図３はパイプ鋳造の概
要を示す斜視図、図４は誘導電流の方向を示す平面図、
図５は被加熱材の半径方向における電流分布を示すグラ
フである。
パイプ鋳造装置の概要を示す断面図、図２は実施例で用
いた鋳造部の詳細を示す斜視図、図３はパイプ鋳造の概
要を示す斜視図、図４は誘導電流の方向を示す平面図、
図５は被加熱材の半径方向における電流分布を示すグラ
フである。
【００１３】本鋳造装置は、図１に示すように、分割組
立式の気密容器１を具備し、その中で粒塊状の高純度シ
リコン１７を原料として方向性凝固組織を有するシリコ
ンパイプ１８を製造する。
立式の気密容器１を具備し、その中で粒塊状の高純度シ
リコン１７を原料として方向性凝固組織を有するシリコ
ンパイプ１８を製造する。
【００１４】気密容器１は上面に原料装入口２を有し、
側面に真空引きのため排気口３とアルゴン供給のための
給気口４とを有する。気密容器１内には、内外径が異な
る２つの無底るつぼ６ａ，６ｂが、中心軸を鉛直方向に
向けて配置されている。無底るつぼ６ａ，６ｂは、図２
および図３に示すように、銅等の導電性材料からなる円
筒体であって、半径方向に所定の間隔をあけて同心状に
組み合わされ、いずれも最上部を残して周方向に複数分
割されている。
側面に真空引きのため排気口３とアルゴン供給のための
給気口４とを有する。気密容器１内には、内外径が異な
る２つの無底るつぼ６ａ，６ｂが、中心軸を鉛直方向に
向けて配置されている。無底るつぼ６ａ，６ｂは、図２
および図３に示すように、銅等の導電性材料からなる円
筒体であって、半径方向に所定の間隔をあけて同心状に
組み合わされ、いずれも最上部を残して周方向に複数分
割されている。
【００１５】外側に位置する大径の無底るつぼ６ａの外
側には、中心軸を鉛直方向に向けた大径の誘導コイル７
ａが、無底るつぼ６ａに対して同心状に配置されてい
る。また、内側に位置する小径の無底るつぼ６ｂの内側
には、中心軸を鉛直方向に向けた小径の誘導コイル７ｂ
が、無底るつぼ６ａに対して同心状に配置されている。
誘導コイル７ａ，７ｂは、２つの無底るつぼ６ａ，６ｂ
の分割部外側および内側に位置し、その分割部の軸方向
一部を外側および内側から包囲している。
側には、中心軸を鉛直方向に向けた大径の誘導コイル７
ａが、無底るつぼ６ａに対して同心状に配置されてい
る。また、内側に位置する小径の無底るつぼ６ｂの内側
には、中心軸を鉛直方向に向けた小径の誘導コイル７ｂ
が、無底るつぼ６ａに対して同心状に配置されている。
誘導コイル７ａ，７ｂは、２つの無底るつぼ６ａ，６ｂ
の分割部外側および内側に位置し、その分割部の軸方向
一部を外側および内側から包囲している。
【００１６】無底るつぼ６ａ，６ｂの下方には、円筒状
の保温炉８と引抜きシャフト１２とが同心状に設けられ
ている。保温炉８は、外側の無底るつぼ６ａとほぼ同じ
内径のグラファイトからなる導電スリーブ９を有する。
導電スリーブ９の上端部を除く部分は保温材１０により
外側から覆われ、導電スリーブ９の上端部上側には誘導
コイル１１が配置されている。引抜きシャフト１２は、
シール機構１３を介して気密容器１内に下方から挿入さ
れ、上方にグラファイトからなる円筒状のダミーブロッ
ク１４を支持し、図示されない容器外の駆動装置により
上下方向に昇降駆動される。ダミーブロック１４は保温
炉８内を通って、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間に下方よ
り挿入され得る。
の保温炉８と引抜きシャフト１２とが同心状に設けられ
ている。保温炉８は、外側の無底るつぼ６ａとほぼ同じ
内径のグラファイトからなる導電スリーブ９を有する。
導電スリーブ９の上端部を除く部分は保温材１０により
外側から覆われ、導電スリーブ９の上端部上側には誘導
コイル１１が配置されている。引抜きシャフト１２は、
シール機構１３を介して気密容器１内に下方から挿入さ
れ、上方にグラファイトからなる円筒状のダミーブロッ
ク１４を支持し、図示されない容器外の駆動装置により
上下方向に昇降駆動される。ダミーブロック１４は保温
炉８内を通って、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間に下方よ
り挿入され得る。
【００１７】一方、無底るつぼ６ａ，６ｂの上方には、
その隙間に原料１７を装入するためのダクト１５と、隙
間に装入された原料１７を予熱するためのグラファイト
からなる昇温助材１６とが設けられている。なお、無底
るつぼ６ａ，６ｂおよび誘導コイル７ａ，７ｂは、いず
れも冷却のための通水孔を有する。
その隙間に原料１７を装入するためのダクト１５と、隙
間に装入された原料１７を予熱するためのグラファイト
からなる昇温助材１６とが設けられている。なお、無底
るつぼ６ａ，６ｂおよび誘導コイル７ａ，７ｂは、いず
れも冷却のための通水孔を有する。
【００１８】本鋳造装置を使用して高純度シリコンから
なる内径２００ｍｍ、外径２５０ｍｍの方向性凝固パイ
プを製造した結果を以下に説明する。
なる内径２００ｍｍ、外径２５０ｍｍの方向性凝固パイ
プを製造した結果を以下に説明する。
【００１９】無底るつぼ６ａ，６ｂおよび誘導コイル７
ａ，７ｂの寸法は図２の通りである。無底るつぼ６ａ，
６ｂの分割数は外側が３２、内側が２４とした。誘導コ
イル７ａ，７ｂの下端レベルは、無底るつぼ６ａ，６ｂ
の下端レベルより４０ｍｍ上方とした。また、無底るつ
ぼ６ａ，６ｂの対向面は、パイプ１８の引抜きを容易に
するため、下方に向かって間隔が徐々に増大するテーパ
ー面とし、本実施例ではこのテーパーを0.５度とした。
すなわち、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間は下方に向かっ
て徐々に広がる幅広がりの空間である。
ａ，７ｂの寸法は図２の通りである。無底るつぼ６ａ，
６ｂの分割数は外側が３２、内側が２４とした。誘導コ
イル７ａ，７ｂの下端レベルは、無底るつぼ６ａ，６ｂ
の下端レベルより４０ｍｍ上方とした。また、無底るつ
ぼ６ａ，６ｂの対向面は、パイプ１８の引抜きを容易に
するため、下方に向かって間隔が徐々に増大するテーパ
ー面とし、本実施例ではこのテーパーを0.５度とした。
すなわち、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間は下方に向かっ
て徐々に広がる幅広がりの空間である。
【００２０】保温炉８の導電スリーブ９は、内径２６０
ｍｍ、外径２９０ｍｍ、高さ７００ｍｍのグラファイト
スリーブであり、外側の無底るつぼ６ａとの間に隙間が
生じないように設置した。保温用の誘導コイル１１は、
内径３００ｍｍ、外径３４０ｍｍの２ターンコイルであ
り、保温材１０としてはグラファイト綿を５０ｍｍの厚
さに積層した。
ｍｍ、外径２９０ｍｍ、高さ７００ｍｍのグラファイト
スリーブであり、外側の無底るつぼ６ａとの間に隙間が
生じないように設置した。保温用の誘導コイル１１は、
内径３００ｍｍ、外径３４０ｍｍの２ターンコイルであ
り、保温材１０としてはグラファイト綿を５０ｍｍの厚
さに積層した。
【００２１】ダミーブロック１４はグラファイトからな
り、円筒部の寸法を内径２０１ｍｍ、外径２４９ｍｍ、
高さ１５０ｍｍとした。
り、円筒部の寸法を内径２０１ｍｍ、外径２４９ｍｍ、
高さ１５０ｍｍとした。
【００２２】シリコンパイプの製造においては、まず、
引抜きシャフト１２を上昇させ、ダミーブロック１４の
上端から４０ｍｍの部分を無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間
に下方から挿入した。ダミーブロック１４の上には、内
径２０５ｍｍ、外径２４５ｍｍ、高さ５０ｍｍに切り出
した初期溶解用のシリコンリングを載せた。ダミーブロ
ック１４の上端面には、シリコンリングの融着を防ぐた
め、部分的に窒化珪素の微粉末を塗布した。一方、無底
るつぼ６ａ，６ｂの上からは、その隙間に昇温助材１６
をシリコンリングの上方５ｍｍまで挿入した。昇温助材
１６は、ここでは内径２１０ｍｍ、外径２４０ｍｍ、高
さ２００ｍｍ、中心角１２０度の湾曲グラファイト板と
した。
引抜きシャフト１２を上昇させ、ダミーブロック１４の
上端から４０ｍｍの部分を無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間
に下方から挿入した。ダミーブロック１４の上には、内
径２０５ｍｍ、外径２４５ｍｍ、高さ５０ｍｍに切り出
した初期溶解用のシリコンリングを載せた。ダミーブロ
ック１４の上端面には、シリコンリングの融着を防ぐた
め、部分的に窒化珪素の微粉末を塗布した。一方、無底
るつぼ６ａ，６ｂの上からは、その隙間に昇温助材１６
をシリコンリングの上方５ｍｍまで挿入した。昇温助材
１６は、ここでは内径２１０ｍｍ、外径２４０ｍｍ、高
さ２００ｍｍ、中心角１２０度の湾曲グラファイト板と
した。
【００２３】以上の準備が終了したのち、気密容器１内
をアルゴンで満たすために、排気口３から気密容器１内
を真空ポンプによって0.１Torr以下まで排気し、その後
に給気口４からアルゴンを１気圧まで気密容器１内に流
入させた。気密容器１が１気圧に満たされたのちも、ア
ルゴンを流量約３０リットル／min で気密容器１内に流
入させ、気密容器１内を１気圧に保持するために余剰の
アルゴンを排気口３から気密容器１の外に排出させた。
をアルゴンで満たすために、排気口３から気密容器１内
を真空ポンプによって0.１Torr以下まで排気し、その後
に給気口４からアルゴンを１気圧まで気密容器１内に流
入させた。気密容器１が１気圧に満たされたのちも、ア
ルゴンを流量約３０リットル／min で気密容器１内に流
入させ、気密容器１内を１気圧に保持するために余剰の
アルゴンを排気口３から気密容器１の外に排出させた。
【００２４】気密容器１がアルゴン気体で満たされたの
ち、誘導電源の出力スイッチを入れて誘導コイル７ａ，
７ｂに高周波を通電し、シリコンリングの誘導加熱およ
び溶解を開始した。誘導周波数は後で詳しく説明する
が、ここでは２０ｋＨｚとした。
ち、誘導電源の出力スイッチを入れて誘導コイル７ａ，
７ｂに高周波を通電し、シリコンリングの誘導加熱およ
び溶解を開始した。誘導周波数は後で詳しく説明する
が、ここでは２０ｋＨｚとした。
【００２５】誘導電源の出力が１００ｋＷ程度の段階
で、グラファイト昇温助材１６の赤熱が始まり、しばら
くするとシリコンリングも赤熱された。シリコンリング
が赤熱状態になったのちにグラファイト昇温助材１６を
２つの無底るつぼ６ａ，６ｂの間から上方に引抜き、誘
導電源の出力を１８０ｋＷまで増大させた。誘導加熱さ
れたシリコンリングは徐々に昇温され、やがてシリコン
リングの外面側と内面側から溶解が始まり、ついにはシ
リコンリング全体が完全に溶解した。
で、グラファイト昇温助材１６の赤熱が始まり、しばら
くするとシリコンリングも赤熱された。シリコンリング
が赤熱状態になったのちにグラファイト昇温助材１６を
２つの無底るつぼ６ａ，６ｂの間から上方に引抜き、誘
導電源の出力を１８０ｋＷまで増大させた。誘導加熱さ
れたシリコンリングは徐々に昇温され、やがてシリコン
リングの外面側と内面側から溶解が始まり、ついにはシ
リコンリング全体が完全に溶解した。
【００２６】このとき、２つの無底るつぼ６ａ，６ｂの
間に形成されたシリコン溶湯１９には、図４に示すよう
に、誘導コイル７ａ，７ｂに電流Ａ，Ｂが流れることに
より、内外逆向きの表層電流ａ，ｂが誘導される。これ
らの誘導電流と、無底るつぼ６ａ，６ｂの対向表面層に
流れる電流によって誘導される磁界との相互作用によっ
て、シリコン溶湯１９は無底るつぼ６ａ，６ｂとは非接
触の状態で安定的に保持される。
間に形成されたシリコン溶湯１９には、図４に示すよう
に、誘導コイル７ａ，７ｂに電流Ａ，Ｂが流れることに
より、内外逆向きの表層電流ａ，ｂが誘導される。これ
らの誘導電流と、無底るつぼ６ａ，６ｂの対向表面層に
流れる電流によって誘導される磁界との相互作用によっ
て、シリコン溶湯１９は無底るつぼ６ａ，６ｂとは非接
触の状態で安定的に保持される。
【００２７】また、保温用の誘導コイル１１に通電を開
始して、保温炉８を昇温させ、保温炉８の上端部の温度
を約１０００℃に保持した。
始して、保温炉８を昇温させ、保温炉８の上端部の温度
を約１０００℃に保持した。
【００２８】シリコンリングが完全に溶解したのちに、
原料装入ダクト１５からシリコン原料１７を２つの無底
るつぼ６ａ，６ｂの間に装入し始めた。無底るつぼ６
ａ，６ｂ間の溶湯深さが５０ｍｍになったときに、引抜
きシャフト１２を気密容器１の外の駆動装置によって下
降させた。
原料装入ダクト１５からシリコン原料１７を２つの無底
るつぼ６ａ，６ｂの間に装入し始めた。無底るつぼ６
ａ，６ｂ間の溶湯深さが５０ｍｍになったときに、引抜
きシャフト１２を気密容器１の外の駆動装置によって下
降させた。
【００２９】引抜きシャフト１２を下降させると、シリ
コン溶湯１９の下部は溶解用の１組の誘導コイル７ａ，
７ｂの下端から引き抜かれ、引き抜かれた溶湯部分は誘
導電力が減衰するために温度が下降して凝固が始まっ
た。シリコン溶湯１９の上部では原料装入ダクト１５か
ら装入されたシリコン原料１７が新たに溶解された。こ
うして、シリコンパイプ１８が連続的に鋳造された。
コン溶湯１９の下部は溶解用の１組の誘導コイル７ａ，
７ｂの下端から引き抜かれ、引き抜かれた溶湯部分は誘
導電力が減衰するために温度が下降して凝固が始まっ
た。シリコン溶湯１９の上部では原料装入ダクト１５か
ら装入されたシリコン原料１７が新たに溶解された。こ
うして、シリコンパイプ１８が連続的に鋳造された。
【００３０】保温炉８では、その上端で温度約１０００
℃に保たれているが、下端では温度約５００℃になっ
て、温度が下方に向かって緩やかに下降し、この温度勾
配により鋳固部の熱歪みが防止され、良好な方向性凝固
組織が得られる。
℃に保たれているが、下端では温度約５００℃になっ
て、温度が下方に向かって緩やかに下降し、この温度勾
配により鋳固部の熱歪みが防止され、良好な方向性凝固
組織が得られる。
【００３１】シリコンパイプ１８の長さが７００ｍｍに
達するまで鋳造を継続し、その後にシリコン原料１７の
装入を停止した。シリコン原料１７の装入を停止したの
ち、引抜きシャフト１２の下降を継続しながら、同時に
溶解用の誘導電源の出力を漸次減少させた。引抜きシャ
フト１２の下降にともなって、シリコン溶湯１９は溶解
帯の下部から漸次凝固が進み、ついにはシリコンの全量
が凝固した。
達するまで鋳造を継続し、その後にシリコン原料１７の
装入を停止した。シリコン原料１７の装入を停止したの
ち、引抜きシャフト１２の下降を継続しながら、同時に
溶解用の誘導電源の出力を漸次減少させた。引抜きシャ
フト１２の下降にともなって、シリコン溶湯１９は溶解
帯の下部から漸次凝固が進み、ついにはシリコンの全量
が凝固した。
【００３２】なおも、引抜きシャフト１２の下降を継続
させながら凝固したシリコンパイプ１８を１組の無底る
つぼ６ａ，６ｂ間から完全に引き抜き、シリコンパイプ
１８を保温炉８の中で停止させた。溶解用の高周波電源
の出力を停止するとともに保温用の高周波電源の出力を
漸次減少させて、保温炉８の温度降下を緩慢に行なっ
た。保温炉８の温度が室温まで降下したのち、気密容器
１を解体してシリコンパイプ１８を取り出すことによ
り、方向性凝固組織を有する外径２５０ｍｍ、内径２０
０ｍｍ、長さ７００ｍｍの高純度鋳造シリコンパイプ１
８が割れなしで製造された。
させながら凝固したシリコンパイプ１８を１組の無底る
つぼ６ａ，６ｂ間から完全に引き抜き、シリコンパイプ
１８を保温炉８の中で停止させた。溶解用の高周波電源
の出力を停止するとともに保温用の高周波電源の出力を
漸次減少させて、保温炉８の温度降下を緩慢に行なっ
た。保温炉８の温度が室温まで降下したのち、気密容器
１を解体してシリコンパイプ１８を取り出すことによ
り、方向性凝固組織を有する外径２５０ｍｍ、内径２０
０ｍｍ、長さ７００ｍｍの高純度鋳造シリコンパイプ１
８が割れなしで製造された。
【００３３】ところで本発明の方法では、図４に示した
通り、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間に存在する導電性の
材料が、誘導コイル７ａ，７ｂによる誘導電流ａ，ｂに
より外面側および内面側から加熱される。ここで、外側
の誘導コイル７ａによる誘導電流ａと内側の誘導コイル
７ｂによる誘導電流ｂとは、図５に示すように、誘導周
波数が低くなると材料の厚さ方向中央部で重合し、その
重合部分では互いに打ち消し合うため加熱に寄与しなく
なる。そして、誘導電流の浸透深さは誘導周波数と材料
の導電率とによって決まり、材料の導電率が一定の場合
は、誘導周波数が低くなるほど表皮効果が小さくなるた
め、加熱に寄与しない重合部分が増大する。
通り、無底るつぼ６ａ，６ｂの隙間に存在する導電性の
材料が、誘導コイル７ａ，７ｂによる誘導電流ａ，ｂに
より外面側および内面側から加熱される。ここで、外側
の誘導コイル７ａによる誘導電流ａと内側の誘導コイル
７ｂによる誘導電流ｂとは、図５に示すように、誘導周
波数が低くなると材料の厚さ方向中央部で重合し、その
重合部分では互いに打ち消し合うため加熱に寄与しなく
なる。そして、誘導電流の浸透深さは誘導周波数と材料
の導電率とによって決まり、材料の導電率が一定の場合
は、誘導周波数が低くなるほど表皮効果が小さくなるた
め、加熱に寄与しない重合部分が増大する。
【００３４】そのため本発明の方法では、誘導周波数を
高くし、材料の内外表層部を加熱することが重要にな
る。具体的には、電流浸透深さが材料の厚さｔの半分の
更に１／３以下になるよう、材料の導電率を考慮して誘
導周波数を選択することが望まれる。ただし、電流浸透
深さが極端に小さくなると周波数が極端に高くなり、高
周波発振回路の制約からコイル端の電圧が高くなり、溶
解時の放電が起きやすくなる。同時に、材料の表面層の
みが加熱されるために、材料全体を昇温・加熱する効率
が低下する。そのため、電流浸透深さの下限としては材
料厚さｔの半分の１／１０以上が望ましい。上記実施例
では材料がシリコンであることを考慮して、誘導周波数
を２０ｋＨｚとし、電流浸透深さが材料厚さｔの半分の
１／３以下となるようにした。
高くし、材料の内外表層部を加熱することが重要にな
る。具体的には、電流浸透深さが材料の厚さｔの半分の
更に１／３以下になるよう、材料の導電率を考慮して誘
導周波数を選択することが望まれる。ただし、電流浸透
深さが極端に小さくなると周波数が極端に高くなり、高
周波発振回路の制約からコイル端の電圧が高くなり、溶
解時の放電が起きやすくなる。同時に、材料の表面層の
みが加熱されるために、材料全体を昇温・加熱する効率
が低下する。そのため、電流浸透深さの下限としては材
料厚さｔの半分の１／１０以上が望ましい。上記実施例
では材料がシリコンであることを考慮して、誘導周波数
を２０ｋＨｚとし、電流浸透深さが材料厚さｔの半分の
１／３以下となるようにした。
【００３５】同様にして、外径２５０ｍｍ、内径２００
ｍｍ、長さ７００ｍｍの高純度チタンパイプを製造する
こともできた。その場合、初期溶解用シリコンリング、
ダミーブロックはチタン製のものに代えた。昇温助材お
よび保温炉は不要であった。誘導電源出力はシリコンの
場合より高い２２０ｋＷとし、誘導周波数はシリコンの
場合と同じ２０ｋＨｚとした。また、他の導電性パイプ
の製造に本発明を適用できることは言うまでもない。
ｍｍ、長さ７００ｍｍの高純度チタンパイプを製造する
こともできた。その場合、初期溶解用シリコンリング、
ダミーブロックはチタン製のものに代えた。昇温助材お
よび保温炉は不要であった。誘導電源出力はシリコンの
場合より高い２２０ｋＷとし、誘導周波数はシリコンの
場合と同じ２０ｋＨｚとした。また、他の導電性パイプ
の製造に本発明を適用できることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の導電性パ
イプの製造方法は、外面側および内面側からの電磁誘導
加熱による非接触鋳造により、高純度で強靱なシリコン
パイプを経済的に製造することができる。
イプの製造方法は、外面側および内面側からの電磁誘導
加熱による非接触鋳造により、高純度で強靱なシリコン
パイプを経済的に製造することができる。
【図１】本発明方法の実施に適したパイプ鋳造装置の概
要を示す断面図である。
要を示す断面図である。
【図２】実施例で用いた鋳造部の詳細を示す斜視図であ
る。
る。
【図３】鋳造方法の概要を示す斜視図である。
【図４】電流の方向を示す平面図である。
【図５】被加熱材の半径方向における電流分布を示すグ
ラフである。
ラフである。
１ 気密容器 ６ａ，６ｂ 無底るつぼ ７ａ，７ｂ 誘導コイル ８ 保温材 １７ 原料 １８ パイプ １９ 溶湯
Claims (2)
- 【請求項１】 軸方向の少なくとも一部が周方向に複数
分割された導電性の円筒体からなる２つの異径の無底る
つぼを、半径方向に間隔をあけて同心状に組み合わせる
と共に、その内側および外側に誘導コイルを配置し、２
つの無底るつぼの間に形成された環状の隙間に投入され
る導電性の原料を、２つの誘導コイルを用いた電磁誘導
により内側および外側から加熱して、２つの無底るつぼ
の対向面に対して非接触の状態で溶解し、その溶湯を環
状の隙間から徐々に引き抜いて凝固させることによりパ
イプとなすことを特徴とする導電性パイプの製造方法。 - 【請求項２】 ２つの誘導コイルによって無底るつぼ間
の材料に生じる２種類の誘導電流の各浸透深さが、材料
厚さの半分の１／３以下となるように、各誘導コイルに
おける誘導周波数を選択することを特徴とする請求項１
に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06467995A JP3603971B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 導電性パイプの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06467995A JP3603971B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 導電性パイプの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08229924A true JPH08229924A (ja) | 1996-09-10 |
| JP3603971B2 JP3603971B2 (ja) | 2004-12-22 |
Family
ID=13265101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06467995A Expired - Fee Related JP3603971B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 導電性パイプの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3603971B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019070699A1 (en) | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Lam Research Corporation | ELECTROMAGNETIC CASTING SYSTEMS COMPRISING FURNACES AND MOLDS FOR PRODUCING SILICON TUBES |
| CN110340316A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-18 | 张家港高合特种合金材料有限公司 | 一种易偏析合金管的制备方法及装置 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP06467995A patent/JP3603971B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
| WO2019070699A1 (en) | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Lam Research Corporation | ELECTROMAGNETIC CASTING SYSTEMS COMPRISING FURNACES AND MOLDS FOR PRODUCING SILICON TUBES |
| US20200238370A1 (en) * | 2017-10-05 | 2020-07-30 | Lam Research Corporation | Electromagnetic casting systems including furnaces and molds for producing silicon tubes |
| JP2020536217A (ja) * | 2017-10-05 | 2020-12-10 | ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | シリコンチューブを製造するための炉および鋳型を含む電磁鋳造システム |
| EP3691814A4 (en) * | 2017-10-05 | 2021-09-01 | Lam Research Corporation | ELECTROMAGNETIC CASTING SYSTEMS WITH FURNACES AND MOLDS FOR THE MANUFACTURE OF SILICON PIPES |
| US11534819B2 (en) | 2017-10-05 | 2022-12-27 | Lam Research Corporation | Electromagnetic casting systems including furnaces and molds for producing silicon tubes |
| CN110340316A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-18 | 张家港高合特种合金材料有限公司 | 一种易偏析合金管的制备方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3603971B2 (ja) | 2004-12-22 |
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