JPH09255482A - 単結晶引き上げ用坩堝の支持部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 坩堝からの抜熱作用を失うことなく、ヒータ
からの輻射による支持部材への入熱量を低減して、溶融
液の上下方向の対流の発生を防止し得る支持部材を提供
する。 【解決手段】 支持部材４は、円板の上面中央に凹部が
形成してある受皿５と、該受皿５の下面中央に取り付け
た回転軸８とを備えており、受皿５の凹部に坩堝１の底
部を嵌合させて坩堝１を着脱自在に支持している。受皿
５は坩堝１の外容器３と略同じ熱伝導率の黒鉛で形成し
た受皿本体６の周面近傍に、受皿本体６より熱伝導率が
２〜３桁低い黒鉛で形成した環状の断熱部材７が埋設し
てある。また、支持部材４の回転軸８も受皿５と同様
に、坩堝１の外容器３と略同じ熱伝導率の黒鉛で形成し
た軸本体９の周面の近傍に、軸本体９より熱伝導率が２
〜３桁低い黒鉛で形成した筒状の断熱部材10が埋設して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、チョクラルスキ法
（ＣＺ法) による単結晶の引き上げに用いる坩堝を支持
する支持部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３はＣＺ法による単結晶引き上げに使
用する装置の要部及び従来の坩堝支持部材を示す模式的
側断面図である。原料を投入する坩堝１は、円筒状の直
胴部の下端に椀状の下部を設けてなる石英製の内容器２
に、内容器２と相似形である黒鉛製の外容器３が外嵌し
てあり、坩堝１は外容器３と略同じ熱伝導率である黒鉛
製の支持部材24によって回転されると共に、昇降される
ようになっている。支持部材24は円板の上面中央に凹部
が形成してある坩堝受皿25と、該坩堝受皿25の下面中央
に取り付けた回転軸28とを備えており、坩堝１はその底
部を坩堝受皿25の凹部に嵌合させて坩堝受皿25上に着脱
自在に載置してある。

【０００３】坩堝１の外側には抵抗加熱式の筒状のヒー
タ13が坩堝１と同心円状に配設してある。また、坩堝１
の中心軸上には棒状又はワイヤ状の引き上げ軸14が配設
してあり、引き上げ軸14の下端には種結晶15が装着して
ある。

【０００４】このような装置でＣＺ法による単結晶の引
き上げを行うには、ヒータ13によって坩堝１内に投入し
た原料を溶融して溶融液Ｌとなし、引き上げ軸14の下端
に装着した種結晶15を溶融液Ｌの表面に接触させ、引き
上げ軸14及び回転軸28を互いに逆方向に回転駆動しつ
つ、所定の速度で引き上げ軸14を引き上げていくことに
より、種結晶15の下方に単結晶16を成長させる。そし
て、単結晶16の引き上げによる溶融液Ｌの減少に伴っ
て、支持部材24によって坩堝１を上昇させ、溶融液Ｌの
表面の高さを略一定に保つ。

【０００５】このような坩堝１にあっては溶融液Ｌの表
面付近は単結晶16の引き上げに伴って融点に近い温度に
降下する一方、坩堝１の底部近傍の溶融液Ｌはヒータ13
からの入熱によって融点より高い温度に保たれる。その
ため、溶融液Ｌに対流が発生して内容器２の内壁から溶
出した酸素又はドーパント等の不純物濃度が不均一にな
り、単結晶16の品質が低下するという問題があった。

【０００６】この問題を解決するため、特公昭57−5568
0 号公報には、外容器を上下に分割可能な上部材と下部
材とから構成し、下部材は上部材より熱伝導率が低い黒
鉛製の坩堝が提案されている。これによって、坩堝の底
部近傍の溶融液への熱伝導を抑制して、溶融液の上下方
向の温度の均一化し、対流の発生を防止する。

【０００７】しかし、坩堝の底部近傍の溶融液への熱伝
導を抑制すべく、下部材の熱伝導率が上部材のそれより
低い坩堝を用いた場合、投入した原料の溶融に大きな電
力と長い時間とを要するという問題があった。また、単
結晶の引き上げによって溶融液の体積が減少し、その界
面の位置が下部材の上端より低くなると、熱伝導率が高
い上部材からの熱伝導がなくなるので、溶融液の温度を
維持するために、ヒータのパワーを大幅に大きくしなけ
ればならないという問題もあった。

【０００８】一方、坩堝１を支持する支持部材24にもヒ
ータ13から熱が与えられ、該熱の一部が支持部材24中を
伝導して坩堝１の底部に与えられる場合がある。そのた
め、坩堝１の底部近傍の溶融液Ｌへの熱伝導を抑制する
他の手段として、支持部材24を熱伝導率が低い材料で形
成するというように、支持部材24を改良することが有効
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、支持部
材を熱伝導率が低い材料で形成すると次のような問題が
ある。

【００１０】図４は単結晶引き上げ中の坩堝及びこれを
支持する支持部材における熱伝導を説明する説明図であ
る。ヒータ13から坩堝受皿25に与えられた熱Ｑ_h はそれ
を伝導し坩堝１の底部を加熱する。一方、坩堝受皿25の
下面からは輻射による熱Ｑ_eが放出されており、坩堝受
皿25の熱の一部は回転軸28に伝導されるため、坩堝受皿
25及び回転軸28は坩堝１の底部から熱を奪う役割を果た
す。従って、坩堝受皿25及び回転軸28を熱伝導率が低い
材料にすると、ヒータ13から坩堝受皿25に与えられる熱
Ｑ_h の坩堝受皿25への入熱量を減少することはできる
が、坩堝１の底部からの抜熱作用が低減するため、溶融
液Ｌの上下方向の対流の発生が解消されないという問題
がある。

【００１１】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは坩堝を載置する坩堝
受皿と該坩堝受皿に垂設した回転軸とを備える支持部材
の、前記坩堝受皿及び回転軸の周面又は内部に低熱伝導
率部材を設けることによって、坩堝からの抜熱作用を失
うことなく、ヒータからの輻射による支持部材への入熱
量を低減して、溶融液の上下方向の対流を防止し得る支
持部材を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る単結晶引
き上げ用坩堝の支持部材は、坩堝受皿と該坩堝受皿に垂
設した回転軸とを備え、単結晶引き上げに用いる坩堝を
前記坩堝受皿上に支持する支持部材において、前記坩堝
受皿の外周面又は周壁内に低熱伝導率部材が設けてある
ことを特徴とする。

【００１３】坩堝受皿の外周面又は周壁内に熱伝導率が
より低い部材が設けてあるため、ヒータから坩堝受皿へ
の輻射による入熱量が低減され、坩堝受皿を介して該坩
堝受皿の上に載置した坩堝へ熱が与えられることが抑制
される一方、坩堝の底部の熱は坩堝受皿との接触部分か
らその内部へ伝導し、坩堝受皿の下面から輻射される。

【００１４】第２発明に係る単結晶引き上げ用坩堝の支
持部材は、第１発明に加えて、前記回転軸の外周面又は
回転軸内に低熱伝導率部材が設けてあることを特徴とす
る。

【００１５】坩堝受皿の下面に取り付けた回転軸の外周
面又は回転軸内に低熱伝導率部材が設けてあるため、ヒ
ータから回転軸への輻射による入熱量が低減され、これ
によって坩堝から坩堝受皿に伝導した熱が回転軸へ伝導
する量が増大し、坩堝底部からの抜熱作用が更に向上す
る。なお、低熱伝導率部材を回転軸内に設ける場合、回
転軸の外周面に近い程、前述した作用が大きい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１はＣＺ法による単結
晶引き上げに使用する装置の要部、及び本発明に係る支
持部材を示す模式的側断面図である。原料を投入する坩
堝１は、円筒状の直胴部の下端に椀状の下部を設けてな
る石英製の内容器２に、内容器２と相似形である黒鉛製
の外容器３が外嵌してあり、坩堝１は支持部材４によっ
て回転されると共に、昇降されるようになっている。坩
堝１の外側には抵抗加熱式の筒状のヒータ13が坩堝１と
同心円状に配設してある。また、坩堝１の中心軸上には
棒状又はワイヤ状の引き上げ軸14が配設してあり、引き
上げ軸14の下端には種結晶15が装着してある。

【００１７】このような装置でＣＺ法による単結晶の引
き上げを行うには、ヒータ13によって坩堝１内に投入し
た原料を溶融して溶融液Ｌとなし、引き上げ軸14の下端
に装着した種結晶15を溶融液Ｌの表面に接触させ、引き
上げ軸14及び回転軸12を互いに逆方向に回転駆動しつ
つ、所定の速度で引き上げ軸14を引き上げていくことに
より、種結晶15の下方に単結晶16を成長させる。そし
て、単結晶16の引き上げによる溶融液Ｌの減少に伴っ
て、支持部材４によって坩堝１を上昇させ、溶融液Ｌの
表面の高さを略一定に保つ。

【００１８】前述した支持部材４は、円板の上面中央に
凹部が形成してある坩堝受皿５と、該坩堝受皿５の下面
中央に取り付けた回転軸８とを備えており、坩堝受皿５
の凹部に坩堝１の底部を嵌合させて坩堝１を着脱自在に
支持している。坩堝受皿５は坩堝１の外容器３と略同じ
熱伝導率の黒鉛で形成した坩堝受皿本体６の周面の近傍
に、坩堝受皿本体６より熱伝導率が２〜３桁低い黒鉛で
形成した環状の低熱伝導率部材７が埋設してある。この
低熱伝導率部材７は、繊維状の黒鉛を環状に成形し、焼
結することによって作成してある。このような低熱伝導
率部材７にあっては、内部に多量の空隙を有しているた
め、熱伝導率が低く、また、焼結してあるため機械強度
が大きい。これによって、ヒータ13からの熱が坩堝受皿
本体６を介して坩堝１へ伝導することを防止する一方、
坩堝１の底部の熱は坩堝受皿本体６の上面からその内部
へ伝導し、坩堝受皿本体６の下面から輻射される。

【００１９】また、支持部材４の回転軸８も坩堝受皿５
と同様に、坩堝１の外容器３と略同じ熱伝導率の黒鉛で
形成した軸本体９の周面の近傍に、軸本体９より熱伝導
率が２〜３桁低い黒鉛で形成した筒状の低熱伝導率部材
10が埋設してある。この低熱伝導率部材10は、前述した
低熱伝導率部材７の如く、繊維状の黒鉛を焼結すること
によって作成してある。これによって、ヒータ13からの
熱が軸本体９へ伝導することを抑制して、坩堝１から坩
堝受皿本体６へ伝導した熱を軸本体９へ多く伝導させる
ことができ、坩堝受皿本体６下面からの輻射に加えて、
支持部材４による坩堝１底部からの抜熱作用が更に向上
する。

【００２０】図２は他の実施の形態を示す模式的側断面
図である。支持部材４の坩堝受皿本体６及び軸本体９の
周面に、環状の低熱伝導率部材７及び筒状の低熱伝導率
部材10がそれぞれ外嵌してあり、両低熱伝導率部材７，
10によってヒータ13からの輻射による支持部材４への入
熱量を低減している。この場合、図１に示した如き坩堝
受皿本体６及び軸本体９内に低熱伝導率部材７，10を埋
設するより、支持部材４の作成が容易である。

【００２１】

【実施例】次に、断熱部を設けた支持部材を用いて、単
結晶の引き上げ試験を行った結果について説明する。次
の表１のように断熱部を設けた支持部材を用い、表２の
条件で単結晶を引き上げた。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】坩堝底部からの抜熱効果を調べた結果、全
ての場合で坩堝底部の溶融液の温度上昇が抑制され、そ
の効果は、Ａ＜Ｂ＜Ｄ＜Ｃの順に向上していた。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１発明に係る単結
晶引き上げ用坩堝の支持部材にあっては、ヒータから坩
堝受皿への輻射による入熱量を低減し、坩堝受皿を介し
て該坩堝受皿の上に載置した坩堝へ熱が与えられること
を抑制すると共に、坩堝の底部の熱が坩堝受皿の上面か
らその内部へ伝導し、坩堝受皿の下面から輻射されるた
め、坩堝の底部近傍の溶融液は抜熱され、溶融液の上下
方向の温度の均一化が図られて対流が防止され、単結晶
の品質が向上する。

【００２６】第２発明に係る単結晶引き上げ用坩堝の支
持部材にあっては、ヒータからの熱が回転軸の中心へ伝
導することを抑制し、坩堝から坩堝受皿へ伝導した熱を
回転軸へ多く伝導させることができるため、坩堝底部か
らの抜熱作用が更に向上する等、本発明は優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＺ法による単結晶引き上げに使用する装置の
要部、及び本発明に係る支持部材を示す模式的側断面図
である。

【図２】他の実施の形態を示す模式的側断面図である。

【図３】ＣＺ法による単結晶引き上げに使用する装置の
要部及び従来の坩堝支持部材を示す模式的側断面図であ
る。

【図４】単結晶引き上げ中の坩堝及びこれを支持する支
持部材における熱伝導を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 坩堝 ２ 内容器 ３ 外容器 ４ 支持部材 ５ 坩堝受皿 ６ 坩堝受皿本体 ７ 低熱伝導率部材 ８ 回転軸 ９ 軸本体 １０ 低熱伝導率部材 Ｌ 溶融液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 坩堝受皿と該坩堝受皿に垂設した回転軸
   とを備え、単結晶引き上げに用いる坩堝を前記坩堝受皿
   上に支持する支持部材において、 前記坩堝受皿の外周面又は周壁内に低熱伝導率部材が設
   けてあることを特徴とする単結晶引き上げ用坩堝の支持
   部材。
2. 【請求項２】 前記回転軸の外周面又は回転軸内に低熱
   伝導率部材が設けてある請求項１記載の単結晶引き上げ
   用坩堝の支持部材。