JPH11171681A - High-temperature member for single crystal pull-up device and production of the member - Google Patents

High-temperature member for single crystal pull-up device and production of the member

Info

Publication number
JPH11171681A
JPH11171681A JP34610397A JP34610397A JPH11171681A JP H11171681 A JPH11171681 A JP H11171681A JP 34610397 A JP34610397 A JP 34610397A JP 34610397 A JP34610397 A JP 34610397A JP H11171681 A JPH11171681 A JP H11171681A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature member
single crystal
crucible
shield
high temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP34610397A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4170426B2 (en
Inventor
Masatoshi Yamaji
雅俊 山地
Toshiji Hiraoka
利治 平岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Tanso Co Ltd
Original Assignee
Toyo Tanso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Tanso Co Ltd filed Critical Toyo Tanso Co Ltd
Priority to JP34610397A priority Critical patent/JP4170426B2/en
Publication of JPH11171681A publication Critical patent/JPH11171681A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4170426B2 publication Critical patent/JP4170426B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lightweight member with extended service life, usable in the form of crucible or the like, by partly or wholly including a carbon fiber-reinforced carbonaceous composite material having each specific or higher level bulk density, flexural strength and tensile strength and bearing a pyrolyzed carbon deposition layer on the surface. SOLUTION: This high-temperature member consists partly or wholly of a carbon fiber-reinforced carbonaceous composite material which has a bulk density of >=1.3 g/cm<3> , flexural strength of >=80 MPa, and tensile strength of >=100 MPa; wherein the composite material bears a pyrolyzed carbon deposition layer on part or the whole of the surface which is formed by chemical vapor deposition method, and there are numerous fine recesses attributable to open pores on the surface; the above vapor deposition treatment effectively prevents teaching phenomena due to SiC conversion as a result of contact with SiO gas, or silicon deposition phenomena when this member is used as a crucible or the like. The above composite material is obtained by impregnating carbon fiber with pitch or a resin to form a prepreg which, in turn, is subjected to carbonization treatment followed by graphitization treatment.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
(CZ)法等による単結晶引上げ装置内の高温雰囲気下
で使用される部材に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a member used under a high-temperature atmosphere in a single crystal pulling apparatus using a Czochralski (CZ) method or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の単結晶引上げ装置の主要部は、
図1に示すようにシリコン等の半導体材料を溶融するた
め石英ルツボ(以下単に「ルツボ」という。)1と、該
石英ルツボ1を装着して支持するためのルツボ10とし
ての部材と、このルツボ1の周囲に配置されるヒートシ
ールド(図中、符号なし)としての部材から構成され
る。ヒートシールドは熱を遮蔽したり、幅射したり、シ
リコン蒸気を整流したり、装置内温度の均熱性や保温性
を良くしたりすることを目的とした部材の総称であり、
主にインナーシールド2、アッパーリングシールド3、
ロアーリングシールド4、下部シールド5及び上部シー
ルド6から構成される。
2. Description of the Related Art The main part of this kind of single crystal pulling apparatus is
As shown in FIG. 1, a quartz crucible (hereinafter simply referred to as "crucible") 1 for melting a semiconductor material such as silicon, a member serving as a crucible 10 for mounting and supporting the quartz crucible 1, and this crucible 1 is constituted by a member serving as a heat shield (not shown in the figure). Heat shield is a general term for members that aim to shield heat, radiate heat, rectify silicon vapor, improve the uniformity of temperature inside the device and improve heat retention,
Mainly inner shield 2, upper ring shield 3,
It comprises a lowering shield 4, a lower shield 5 and an upper shield 6.

【0003】インナーシールド2は、ルツボ1を加熱す
るための黒鉛ヒーター8を包囲する円筒形状のものであ
り、アッパーリングシールド3やロアーリングシールド
4は、それぞれインナーシールド2の上下に位置し、い
ずれも中空円板形状のものである。また、下部シールド
5は、ルツボ1の下側に位置し、ルツボ支持回転軸7が
通過できる穴を中央部に有し、縦断面が円錐筒状のもの
が一般的である。さらに、上部シールド6は、ルツボ1
の上方に位置しており、シリコン単結晶9が通過できる
開口を中央部に有し、縦断面が逆円錐筒状のものであ
る。以下、これらの部材(図中符号2,3,4,5,
6)を特に峻別する必要がない場合は、「ヒートシール
ド」の総称で代表的に説明する。
[0003] The inner shield 2 has a cylindrical shape surrounding a graphite heater 8 for heating the crucible 1, and the upper ring shield 3 and the lower ring shield 4 are located above and below the inner shield 2, respectively. Are also hollow disk shaped. The lower shield 5 is located below the crucible 1, has a hole at the center thereof through which the crucible support rotation shaft 7 can pass, and generally has a conical cylindrical vertical section. Further, the upper shield 6 includes the crucible 1
, Has an opening in the center thereof through which the silicon single crystal 9 can pass, and has an inverted conical cylindrical shape in longitudinal section. Hereinafter, these members (reference numerals 2, 3, 4, 5, in the figure)
If it is not necessary to distinguish 6) in particular, a typical description will be given using a general term of “heat shield”.

【0004】上記したような、単結晶引上げ装置内の高
温雰囲気下で使用される部材(以下「高温部材」と略記
する。)としては、従来から機械的強度及び耐熱性に優
れた黒鉛製の高温部材が用いられてきた。そして、支持
ルツボ10が黒鉛製の場合には、内側の石英ルツボ1と
の熱膨張差に起因する割れを防ぐため、一般に分割型の
支持ルツボを用いている。このため、ルツボの製造や引
上げ装置のメンテナンスが煩雑になりやすいという事情
がある。また、最近では単結晶の大口径化に伴い、単結
晶引上げ装置も大型化の傾向にあり、支持ルツボ10を
はじめとする装置内の高温部材(図中2,3,4,5,
6など)の重量増加が問題とされている。このような重
量増加は装置内の自由空間の狭小化とも相まって、いき
おいハンドリング性能の低下につながるからである。
A member used in a single crystal pulling apparatus under a high temperature atmosphere in a single crystal pulling apparatus (hereinafter, abbreviated as a "high temperature member") has conventionally been made of graphite having excellent mechanical strength and heat resistance. High temperature components have been used. When the supporting crucible 10 is made of graphite, a split-type supporting crucible is generally used in order to prevent cracks due to a difference in thermal expansion from the inner quartz crucible 1. For this reason, there is a situation that the production of the crucible and the maintenance of the pulling device tend to be complicated. Recently, single crystal pulling apparatuses have also been increasing in size with the increase in diameter of single crystals, and high-temperature members (2, 3, 4, 5, 5 in the figure) such as the supporting crucible 10 have been used.
6) is a problem. This is because such an increase in weight, coupled with the narrowing of the free space in the apparatus, leads to a sharp decrease in handling performance.

【0005】こうした状況下で、軽量でありながら高強
度かつ耐熱性を有し、石英ルツボ1との熱膨張差もあま
り変わらない炭素繊維強化炭素複合材(以下「C/C
材」という。)が着目され、すでにC/C材からなる支
持ルツボ10については公知とされており(実公平3−
43250号公報)、また支持ルツボ10以外の高温部
材についてもより薄肉化(軽量化)が可能で装置経済性
を改善できるとして、その採用が検討されている。
Under these circumstances, a carbon fiber reinforced carbon composite material (hereinafter referred to as “C / C”) that is lightweight, has high strength and heat resistance, and does not change much in thermal expansion difference from the quartz crucible 1.
Material ". ), And the supporting crucible 10 made of C / C material is already known (actual 3-
No. 43250), and the adoption of high-temperature members other than the supporting crucible 10 is being studied because it can be made thinner (lighter) and the economical efficiency of the device can be improved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、C/C材の長
所である軽量という特性は、組織構造的に見れば黒鉛よ
りもはるかにポーラス(多孔質)ということであり、こ
のためC/C材を単結晶引上げ装置内という特殊の高温
雰囲気下における高温部材として用いた場合、C/C材
製高温部材自体が被るダメージが黒鉛製部材よりも大き
く、従って、寿命もむしろ短くなってしまうということ
が明らかとなってきた。即ち、単結晶引上げ装置の運転
中は、支持ルツボ10の上部付近が溶融した単結晶材料
11及び石英ルツボ1から発生するSiOガスで充満す
るため、支持ルツボ10自体や溶融単結晶材料11の上
部付近に直面するヒートシールド(図中では主として
2,3,6の部材が相当)にC/C材製を使用していれ
ば、その表面に存在する多くの微小気孔にSiOガスが
入り込み、むき出しの炭素原子Cと反応してSiC化が
容易に進行する。この結果、いわゆる「くわれ」と言わ
れる表層部が欠ける現象が急速に進み、短期間のうちに
寿命が尽き、新たな高温部材の交換を余儀なくさせられ
ることになる。
However, the light weight property which is an advantage of the C / C material is that it is much more porous than graphite in terms of tissue structure. When the material is used as a high-temperature member in a special high-temperature atmosphere in a single crystal pulling apparatus, the damage to the high-temperature member made of the C / C material itself is larger than that of the graphite member, and the life is shortened. It has become clear. That is, during operation of the single crystal pulling apparatus, the vicinity of the upper portion of the supporting crucible 10 is filled with the melted single crystal material 11 and the SiO gas generated from the quartz crucible 1, so that the upper portion of the supporting crucible 10 itself and the upper portion of the molten single crystal material 11 are filled. If a C / C material is used for the heat shield facing the vicinity (mainly 2, 3 and 6 members in the figure), SiO gas enters into many micropores existing on the surface and is exposed. Reacts with the carbon atom C to make SiC easily proceed. As a result, the phenomenon of so-called "cracking" in which the surface layer is chipped is rapidly progressing, and the service life is expended in a short period of time, so that a new hot member must be replaced.

【0007】また、装置の構造上、温度が比較的低くな
る部分に位置するヒートシールド(図中では、主として
4の部材,2の部材の下側が相当)の内面には、特にそ
の表面の微小気孔を核としてその周辺でシリコン蒸気が
凝縮し、付着しやすくなる。そして、一旦付着すると、
シリコン固化物が徐々に堆積し、ヒートシールドの内面
全体又は一部をでこぼこ(凹凸)状態にしてしまう。こ
のようなでこぼこ(凹凸)状態が生じたヒートシールド
は、冷却後に変形し又は反りとなって現れるため、繰り
返して使用することができなくなり、結局寿命が尽きる
ことになる。
Also, due to the structure of the apparatus, the inner surface of the heat shield (mainly the lower side of the members 4 and 2 in the drawing) is located at a portion where the temperature is relatively low, especially the minute surface of the surface. The silicon vapor is condensed around the pores as a nucleus and easily adheres. And once they adhere,
The solidified silicon gradually accumulates, and the entire or a part of the inner surface of the heat shield is made uneven. The heat shield having such a bumpy (irregularity) state appears as deformed or warped after cooling, so that it cannot be used repeatedly, and its life is eventually exhausted.

【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、C/C材製高温部
材の本来有する長所(軽量かつ高強度という点)を生か
しつつ、その短所である、SiC化反応に起因した「く
われ」現象又はシリコン付着成長に起因した冷却後の変
形現象が生じやすい点を解消し得る高温部材を提供する
点にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to take advantage of the inherent advantages (light weight and high strength) of a high-temperature member made of a C / C material while maintaining its advantages. It is an object of the present invention to provide a high-temperature member capable of solving a disadvantage that a "cracking" phenomenon caused by a SiC reaction or a deformation phenomenon after cooling caused by silicon adhesion growth easily occurs.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明のうち請求項1記載の発明は、C/C材を全部又は
一部に含んで形成される単結晶引上げ装置用高温部材で
あって、前記C/C材が特性として、嵩密度が1.3 g
/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、引張り強さが10
0MPa 以上の値を有し、かつ該C/C材の表面の全体又
は一部に熱分解炭素の析出層が形成されてなることを特
徴とする。
Means for Solving the Problems According to the first aspect of the present invention which has attained the above object, a high temperature member for a single crystal pulling apparatus formed entirely or partially of a C / C material is provided. The C / C material has a bulk density of 1.3 g as a characteristic.
/ cm 3 or more, bending strength 80MPa or more, tensile strength 10
It has a value of 0 MPa or more, and is characterized in that a deposited layer of pyrolytic carbon is formed on the whole or a part of the surface of the C / C material.

【0010】これにより、C/C材製高温部材の表面に
存在する多くの微小開気孔(奥の深い開気孔を含む)の
内面にまで熱分解炭素が効率良く析出できるようにな
り、高温部材の表面全体にわたってCとSiOガスとの
反応が有効に抑制され、SiC化の進行を阻止すること
ができる。また、高温部材の表面に存在する微小窪み全
体が熱分解炭素で埋められる結果、シリコンの凝縮が起
こりやすい核としての微小窪みをなくすことができるの
で、シリコンの付着を大きく抑制することができる。従
って、従来の黒鉛製高温部材の内面に生じていた程のシ
リコン付着層による著しいでこぼこ(凹凸)状態の形成
を回避することができ、この結果、冷却後の変形,反り
を防止することができる。しかも、C/C材として、あ
る程度の機械的強度を有するものを使用するので、上記
の特有の作用効果を確保しながら高温部材の一層の薄肉
化を図ることが可能となり、装置の軽量化ひいてはハン
ドリング性能の一層の向上に貢献することができる。
[0010] Accordingly, pyrolytic carbon can be efficiently deposited on the inner surface of many small open pores (including deep open pores) existing on the surface of the C / C material high-temperature member. The reaction between C and SiO gas is effectively suppressed over the entire surface of the substrate, and the progress of SiC conversion can be prevented. In addition, as a result of filling the entirety of the micro pits existing on the surface of the high-temperature member with the pyrolytic carbon, the micro pits serving as nuclei where silicon condensation easily occurs can be eliminated, so that the adhesion of silicon can be largely suppressed. Therefore, it is possible to avoid the formation of a remarkable unevenness (irregularity) due to the silicon adhesion layer which has occurred on the inner surface of the conventional graphite high-temperature member, and as a result, deformation and warping after cooling can be prevented. . In addition, since a material having a certain level of mechanical strength is used as the C / C material, it is possible to further reduce the thickness of the high-temperature member while securing the above-described specific operation and effect. This can contribute to further improvement in handling performance.

【0011】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明の構成のうち、C/C材が特性として、さらに
弾性係数が50GPa 以上、シャルピー衝撃強さが30kg
cm/cm2以上の値を有するものであることを特徴とする。
これにより、請求項1記載の発明の効果を一層確実,顕
著なものとすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the C / C material has a characteristic, an elastic modulus of 50 GPa or more, and a Charpy impact strength of 30 kg.
It has a value of not less than cm / cm 2 .
As a result, the effect of the invention described in claim 1 can be made more reliable and remarkable.

【0012】また、請求項3記載の発明は、請求項1又
は請求項2に記載の発明の構成のうち、高温部材がルツ
ボであることを特徴とする。これにより、軽量かつ高強
度でありながらも、SiC化を阻止でき、くわれが発生
しにくく長寿命の単結晶引上げ装置用ルツボを提供する
ことができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the high-temperature member is a crucible. Thus, it is possible to provide a crucible for a single crystal pulling apparatus which is lightweight and has high strength, can prevent formation of SiC, is less likely to be cracked, and has a long life.

【0013】また、請求項4記載の発明は、請求項1又
は請求項2に記載の発明の構成のうち、高温部材がヒー
トシールドであることを特徴とする。これにより、軽量
かつ高強度でありながらも、SiC化を阻止でき、くわ
れが発生しにくく又変形や反りの少ない長寿命の単結晶
引上げ装置用ヒートシールドを提供することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the high temperature member is a heat shield. This makes it possible to provide a long-life heat shield for a single crystal pulling apparatus which is light in weight and high in strength but can prevent formation of SiC, is less likely to be cracked, and has less deformation and warpage.

【0014】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の発明の構成のうち、ヒートシールドが、インナーシ
ールド、アッパーリングシールド、ロアーリングシール
ド、下部シールド又は上部シールドのいずれかであるこ
とを特徴とする。これにより、単結晶引上げ装置の少な
くとも主要なヒートシールドの延命化を可能として、装
置の運転コストの低減化を図ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, the heat shield is any one of an inner shield, an upper ring shield, a lower ring shield, a lower shield and an upper shield. It is characterized by. This makes it possible to extend the life of at least the main heat shield of the single crystal pulling apparatus and reduce the operating cost of the apparatus.

【0015】また、請求項6記載の発明は、請求項1乃
至請求項5のいずれか一項に記載の発明の構成のうち、
高温部材の表面に形成される前記熱分解炭素が、RC
(ラフコラム),ISO(アイソ)組織もしくはSC
(スムースコラム)組織又はこれらを組み合わせた組織
の結晶構造からなるものであることを特徴とする。熱分
解炭素をSiC化が進みにくい組織の結晶構造を有する
ものに任意に形成可能とすることで、請求項1乃至請求
項5のいずれか一項に記載の発明の効果を一層確実、顕
著なものとすることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the configuration according to any one of the first to fifth aspects of the invention.
The pyrolytic carbon formed on the surface of the high-temperature member is RC
(Rough column), ISO (iso) organization or SC
(Smooth column) It is characterized by having a crystal structure of a structure or a structure combining these structures. The effect of the invention according to any one of claims 1 to 5 is further ensured and remarkable by making it possible to arbitrarily form the pyrolytic carbon into a material having a crystal structure of a structure in which SiC formation hardly proceeds. Things.

【0016】また、請求項7記載の発明の製造方法は、
嵩密度が1.3 g/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、
引張り強さが100MPa 以上の特性値を有するC/C材
の表面の全体又は一部に、化学蒸着法により熱分解炭素
の析出層を形成する工程を含むことを特徴とする。これ
により、C/C材製高温部材の本来有する長所(軽量か
つ高強度という点)を生かしつつ、その短所である、S
iC化反応に起因した「くわれ」現象又はシリコン付着
成長に起因した冷却後の変形現象が生じやすい点を解消
し得る長寿命の高温部材を得ることができる。
[0016] The manufacturing method of the invention according to claim 7 is characterized in that:
Bulk density is 1.3 g / cm 3 or more, bending strength is 80 MPa or more,
A step of forming a deposited layer of pyrolytic carbon by a chemical vapor deposition method on the whole or a part of the surface of a C / C material having a characteristic value of 100 MPa or more in tensile strength. As a result, while utilizing the inherent advantages (points of light weight and high strength) of the C / C high temperature member, the disadvantages of S / C
It is possible to obtain a long-life high-temperature member that can eliminate the tendency of the "cracking" phenomenon caused by the iC conversion reaction or the deformation phenomenon after cooling caused by silicon adhesion growth to occur.

【0017】また、請求項8記載の発明は、請求項7記
載の発明の構成のうち、C/C材が特性として、さらに
弾性係数が50GPa 以上、シャルピー衝撃強さが30kg
cm/cm2以上の値を有するものであることを特徴とする。
これにより、請求項7記載の発明で得られる高温部材に
比べ同等以上の長寿命を有する高温部材を得ることがで
きる。
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, characterized in that the C / C material is a characteristic, the elastic modulus is 50 GPa or more, and the Charpy impact strength is 30 kg.
It has a value of not less than cm / cm 2 .
This makes it possible to obtain a high-temperature member having a service life equal to or longer than that of the high-temperature member obtained by the seventh aspect of the present invention.

【0018】さらに、請求項9記載の発明は、請求項7
又は請求項8に記載の発明の構成のうち、化学蒸着法に
より熱分解炭素を析出する速度が、0.2μm/hr以
下であることを特徴とする。これにより、請求項7又は
請求項8に記載の発明で得られる高温部材よりもSiO
ガス反応抑制力の点でさらに優れた効果を発揮し得る高
温部材を得ることができる。
Further, according to the ninth aspect of the present invention, there is provided the seventh aspect of the present invention.
Alternatively, in the constitution of the invention according to claim 8, the rate of depositing pyrolytic carbon by a chemical vapor deposition method is 0.2 μm / hr or less. Thereby, the higher temperature member than the high temperature member obtained by the invention according to claim 7 or 8 can be used.
It is possible to obtain a high-temperature member capable of exhibiting a more excellent effect in terms of gas reaction suppressing power.

【0019】上記において、C/C材とは、炭素繊維に
ピッチ又は樹脂を含浸させてプリプレグにして成形し、
炭素化処理、黒鉛化処理を施して得られたものであり、
黒鉛の特性を有しつつ機械的強度を向上させたものであ
る。製法としては、まず成形体の製作に際し、ピッチ系
又はPAN系の炭素繊維を出発物質とするUD又は2−
Dに樹脂を含浸させたプリプレグにして積層・硬化させ
たり、3−D又はn−D織物に樹脂を含浸させて加熱・
硬化させる等の方法が有効である。
In the above, the C / C material refers to a carbon fiber impregnated with a pitch or a resin, formed into a prepreg, and molded.
It is obtained by performing carbonization treatment and graphitization treatment,
It has the properties of graphite and improved mechanical strength. As a manufacturing method, UD or 2-D starting from pitch-based or PAN-based carbon fiber is used in the production of a molded body.
D is prepreg impregnated with resin, laminated and cured, or 3-D or n-D fabric is impregnated with resin and heated.
A method such as curing is effective.

【0020】また、高温部材がルツボの場合は、上記方
法以外にも、フィラメントワインディング(FW)法の
実施が可能であり、この方法により炭素繊維を巻き付け
た後加熱・硬化させることによりルツボ成形体を効率よ
く得ることができる。こうして製作された成形体に対し
て非酸化性雰囲気下で炭化を行い、炭素化C/Cにす
る。続いてピッチ又は樹脂の再含浸、炭化、又はCVD
処理を繰り返しながら緻密化を行う。次に高温熱処理を
行なって黒鉛化C/Cにする。最後に高純度化処理(ハ
ロゲンガスと反応させて金属不純物を除去する処理)を
行うことにより、単結晶引上げ装置用の高温部材に適し
たC/C材を得る。
When the high-temperature member is a crucible, a filament winding (FW) method can be carried out in addition to the above-described method. Can be obtained efficiently. The formed body thus manufactured is carbonized in a non-oxidizing atmosphere to obtain carbonized C / C. Followed by pitch or resin re-impregnation, carbonization or CVD
Densification is performed while repeating the processing. Next, high-temperature heat treatment is performed to obtain graphitized C / C. Finally, a C / C material suitable for a high-temperature member for a single crystal pulling apparatus is obtained by performing a purification treatment (a treatment for removing metal impurities by reacting with a halogen gas).

【0021】このようにして得られたC/C材は内部に
炭素繊維を有する複合材であるがために、全体的にポー
ラスであり、特に表面には開気孔等に起因する微小な窪
みが多数散らばった状態で存在している。このような状
態の表面にSiOガスが接触すると、マトリックスであ
るむき出し状態の炭素原子Cと容易に反応してSiC化
し、つまり「くわれ」が生じやすくなり、またシリコン
蒸気が接触すると、雰囲気温度の低下と共にシリコン蒸
気の凝縮が微小な窪みを中心として進み、シリコン付着
層が形成されやすくなる。
The C / C material thus obtained is a composite material having carbon fibers therein, and therefore is entirely porous. In particular, the surface has small dents due to open pores and the like. Many exist in a scattered state. When the SiO gas comes into contact with the surface in such a state, it easily reacts with the bare carbon atoms C serving as a matrix to form SiC, that is, “cracking” easily occurs. Condensation of the silicon vapor proceeds with the center of the minute depression as the concentration decreases, and the silicon adhesion layer is easily formed.

【0022】そこで、かかるSiC化の進行やシリコン
付着層の形成を阻止又は可能な限り遅らせるために、C
/C材の表面に存在する多数の微小開気孔の内面を覆う
ように、また微小な窪みの内面を埋めるように、熱分解
炭素を析出する手段が非常に有効となる。
Therefore, in order to prevent or delay as far as possible the progress of SiC formation and the formation of a silicon adhesion layer, C
Means for depositing pyrolytic carbon is very effective so as to cover the inner surfaces of a large number of minute open pores existing on the surface of the / C material and to fill the inner surfaces of the minute depressions.

【0023】ここで、熱分解炭素は、炭化水素類を熱分
解させて基材の表面から内部にかけて析出せしめる緻密
質で高純度の気液不透過性に優れた炭素である。従っ
て、この熱分解炭素を、C/C材からなる成形体の表面
部に析出せしめ、上記のように多数の開気孔の内面を覆
うことによりSiOガスとC/C材の表面に現れた炭素
原子Cとの接触を断ち、また多数の微小窪みを埋めるこ
とによりシリコン蒸気がC/C材の表面に凝着しにくく
して、SiC化の進行やシリコン付着層の形成を効果的
に抑制することができる。
Here, the pyrolytic carbon is a dense, high-purity carbon excellent in gas-liquid impermeability, which is obtained by thermally decomposing hydrocarbons and depositing them from the surface to the inside of the base material. Therefore, this pyrolytic carbon is deposited on the surface of the molded body made of the C / C material, and covers the inner surface of the large number of open pores as described above, so that the SiO gas and the carbon appearing on the surface of the C / C material are covered. By breaking the contact with the atom C and filling a large number of micro-cavities, silicon vapor hardly adheres to the surface of the C / C material, thereby effectively suppressing progress of SiC and formation of a silicon adhesion layer. be able to.

【0024】なお、熱分解炭素の析出は、SiC化が進
みやすい部分やシリコン蒸気の蒸着が進みやすい部分の
みに実施することも可能である。例えば、ルツボであれ
ば、内面だけ全体的に析出させるとか、内面のうちわん
曲隅部のみに又はわん曲隅部と直胴部のみに析出させる
ことも可能である。また、ヒートシールドについて言え
ば、例えばインナーシールドであれば上部内面のみに析
出させたり、ロアーリングシールドやアッパーリングシ
ールドであればリングの内面側のみに析出させても十分
な効果を発揮することができる。
The deposition of the pyrolytic carbon can be carried out only in a portion where SiC formation easily progresses or in a portion where silicon vapor deposition easily progresses. For example, in the case of a crucible, it is possible to deposit only on the inner surface as a whole, or to deposit only at the curved corner portion or only at the curved corner portion and the straight body portion of the inner surface. Speaking of the heat shield, for example, if the inner shield is deposited only on the upper inner surface, or if the lower ring shield or the upper ring shield is deposited only on the inner surface of the ring, a sufficient effect can be exhibited. it can.

【0025】熱分解炭素の析出速度によっては、析出層
の形成厚みに注意する必要がある。即ち、形成される析
出層が厚すぎると、C/C基材との熱膨張係数の差が影
響してC/C材に亀裂が生じやすくなり、またC/C材
から剥離しやすくなるからである。具体的には、上記亀
裂や剥離を回避するためには、析出層の厚み100μm
以下となるように、より好ましくは20μm以下となる
ように熱分解炭素を析出させればよい。しかし、析出層
の厚みがあまり薄すぎても良くない。例えば、搬送途中
の接触等によりひっかき傷が生じただけでC/C材がむ
き出し状態となれば、SiC化抑制効果がなくなるから
である。この観点から、厚みが少なくとも1μm以上と
なるように熱分解炭素を析出させることが望ましい。
It is necessary to pay attention to the thickness of the deposited layer depending on the deposition rate of pyrolytic carbon. That is, if the formed deposit layer is too thick, the C / C material is likely to crack due to the difference in thermal expansion coefficient with the C / C base material, and is likely to be separated from the C / C material. It is. Specifically, in order to avoid the cracks and peeling, the thickness of the deposited layer is 100 μm
The pyrolytic carbon may be deposited so as to be below, more preferably 20 μm or below. However, the thickness of the deposited layer may not be too small. This is because, for example, if the C / C material is exposed only by scratching due to contact during transportation or the like, the effect of suppressing the formation of SiC is lost. From this viewpoint, it is desirable to deposit the pyrolytic carbon so that the thickness becomes at least 1 μm or more.

【0026】また、C/C材は、その特性として、嵩密
度が1.3 g/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、引張
り強さが100MPa 以上であるものが望ましく、さらに
特性として弾性係数が50GPa 以上、シャルピー衝撃強
さが30kgcm/cm2以上であるものがより好ましい。ある
程度の機械的強度が確保されたC/C材を使用すること
により、SiC化反応に起因した「くわれ」現象やシリ
コン付着成長に起因した冷却後の変形現象の発生防止と
いう効果に加えて、一層の薄肉化が可能となり、装置の
軽量化ひいてはハンドリング性能の一層の向上にもつな
がるC/C材製高温部材とすることができるからであ
る。
The C / C material preferably has a bulk density of 1.3 g / cm 3 or more, a bending strength of 80 MPa or more, and a tensile strength of 100 MPa or more. Are more preferably 50 GPa or more and the Charpy impact strength is 30 kgcm / cm 2 or more. By using a C / C material having a certain degree of mechanical strength, in addition to the effect of preventing the occurrence of a "cracking" phenomenon caused by the SiC conversion reaction and a deformation phenomenon after cooling caused by silicon adhesion growth. This is because a high-temperature member made of a C / C material can be obtained, which can further reduce the thickness of the device and further improve the handling performance.

【0027】また、熱分解炭素をC/C材の表面部に析
出させるには、炭化水素類あるいは炭化水素化合物に対
して濃度調整用として通常窒素ガスまたは水素ガスを用
い、炭化水素濃度3〜30%好ましくは5〜15%と
し、全圧を100Torr以下にして反応操作をすれば
よい。このような操作を行った場合、炭化水素がC/C
材の表面から内部にかけて脱水素、熱分解、重合などに
よって巨大炭素化合物を形成し、これがC/C材上に析
出し、更に脱水素反応が進み、最終的に緻密な熱分解炭
素の析出層がC/C材の表面から内部にかけて形成され
る。なお、一般に基材の表面に比較的厚みの薄い「被覆
層」を形成する操作を「CVD法」と称し、また基材の
比較的深部にまで析出させて「含浸層」を形成する操作
を「CVI法」と称して区別されることがあるが、本発
明でいう「析出層」は、これらの「被覆層」及び「含浸
層」の両方を含む概念である。
Further, in order to deposit pyrolytic carbon on the surface of the C / C material, nitrogen gas or hydrogen gas is usually used for adjusting the concentration of hydrocarbons or hydrocarbon compounds, and the hydrocarbon concentration is 3 to 10%. The reaction operation may be performed at 30%, preferably 5 to 15%, and at a total pressure of 100 Torr or less. When such an operation is performed, the hydrocarbon becomes C / C
From the surface to the inside of the material, a giant carbon compound is formed by dehydrogenation, thermal decomposition, polymerization, etc., which is deposited on the C / C material, further dehydrogenation reaction proceeds, and finally a dense layer of pyrolytic carbon Are formed from the surface to the inside of the C / C material. Generally, the operation of forming a relatively thin “coating layer” on the surface of a substrate is referred to as a “CVD method”, and the operation of forming an “impregnated layer” by depositing a relatively deep portion of the substrate. Although sometimes referred to as “CVI method”, the “precipitated layer” in the present invention is a concept including both the “covering layer” and the “impregnated layer”.

【0028】析出の温度範囲は一般に800〜2500
℃までの広い範囲であるが、C/C材の深部まで析出さ
せるためには1300℃以下の比較的低温領域で反応操
作することが望ましい。また、C/C材の奥深くにまで
存在する多数の微小開気孔表面にまで熱分解炭素を析出
させるためには、析出速度を遅めにし、具体的には0.
2μm/hr以下にコントロールすることが望ましい。
さらに、熱分解炭素の析出効率を高めるために、いわゆ
る等温法、温度勾配法、圧力勾配法、パルス法等の操作
を適宜使用することも可能である。
The temperature range for the precipitation is generally between 800 and 2500.
Although it is a wide range up to 100 ° C., it is desirable to carry out the reaction operation in a relatively low temperature range of 1300 ° C. or lower in order to precipitate the C / C material deeply. In order to deposit pyrolytic carbon even on the surface of a large number of minute open pores existing deep in the C / C material, the deposition rate is slowed down.
It is desirable to control it to 2 μm / hr or less.
Further, in order to increase the deposition efficiency of pyrolytic carbon, it is possible to appropriately use operations such as a so-called isothermal method, a temperature gradient method, a pressure gradient method, and a pulse method.

【0029】また、熱分解炭素の組織の形態のうち、上
記にいうISO組織とは光学的に等方的な組織をいい、
RC組織とは粗い柱状の炭素組織をいい、SC組織とは
滑らかな柱状の炭素組織をいう。熱分解炭素の析出層
は、前記のISO組織、RC組織、SC組織のいずれか
の組織の結晶構造を有するように形成し、また、これら
を組み合わせた組織の結晶構造を有するように形成する
ものであっても、SiC化を抑えることができる。な
お、操業条件により析出速度が早い場合は、SC組織が
形成されやすく、遅くなるほどRC組織やISO組織が
形成されやすくなるという特徴がある。従って、これら
の点を考慮して、任意に析出する組織を制御することが
可能である。
Further, among the forms of the pyrolytic carbon structure, the above-mentioned ISO structure means an optically isotropic structure.
The RC structure refers to a coarse columnar carbon structure, and the SC structure refers to a smooth columnar carbon structure. The deposited layer of pyrolytic carbon is formed so as to have a crystal structure of any one of the above-mentioned ISO structure, RC structure and SC structure, and to have a crystal structure of a structure obtained by combining these structures. However, SiC can be suppressed. In addition, when the precipitation rate is high due to the operating conditions, there is a feature that the SC structure is easily formed, and as the deposition rate is slow, the RC structure and the ISO structure are easily formed. Therefore, in consideration of these points, it is possible to control the structure to be arbitrarily precipitated.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る単結晶引き
上げ装置用高温部材の実施形態について、図面を参照し
つつ説明する。 (1)図2は、本発明に係るルツボの一例についての縦
断面図であり、C/C材製のルツボ本体22の表面の全
体に熱分解炭素の析出層23aが形成されたルツボ21
を示している。また、C/C材としては、ルツボに必要
な機械的強度を確保すると共に熱分解炭素の析出のし易
さを考慮して、その特性として、嵩密度が1.3 g/cm3
以上、曲げ強度が80MPa 以上、引張り強さが100MP
a 以上、シャルピー衝撃強さが30kgcm/cm2以上、弾性
係数が50GPa 以上の値を有するものを使用する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. (1) FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an example of the crucible according to the present invention, and a crucible 21 in which a pyrolytic carbon deposition layer 23a is formed on the entire surface of a crucible body 22 made of a C / C material.
Is shown. The C / C material has a bulk density of 1.3 g / cm 3 in consideration of the mechanical strength required for the crucible and the ease of pyrolytic carbon deposition.
Above, bending strength is more than 80MPa, tensile strength is more than 100MPa
a, a material having a Charpy impact strength of at least 30 kgcm / cm 2 and an elastic modulus of at least 50 GPa is used.

【0031】図3に示すルツボ31は、図2に示される
ルツボ21と異なる構成例であり、ルツボ本体32の内
面の一部に熱分解炭素を析出させた例を示している。即
ち、図3のルツボ31では、わん曲隅部32bと直胴部
32aがC/C材により形成され、底部32cが黒鉛材
により形成されたルツボ本体32の内面のうち、わん曲
隅部32bと直胴部32aのみに熱分解炭素を析出させ
た例を示している。図中33aは、熱分解炭素の析出層
である。
The crucible 31 shown in FIG. 3 is a configuration example different from the crucible 21 shown in FIG. 2, and shows an example in which pyrolytic carbon is deposited on a part of the inner surface of the crucible main body 32. That is, in the crucible 31 of FIG. 3, the curved corner portion 32b and the straight body portion 32a are formed of a C / C material, and the bottom portion 32c is formed of a graphite material. 3 shows an example in which pyrolytic carbon is deposited only in the straight body portion 32a. 33a in the figure is a deposited layer of pyrolytic carbon.

【0032】なお、ルツボの形状は、図2や図3に示す
ように一般にコップ状をしており、具体的に図2につい
て言えば、底部22cと、該底部22cに連続してわん
曲しながら上方へ立ち上がる部分、つまりわん曲部22
bと、このわん曲隅部22bに連続して真っ直ぐ上方に
伸び上がる直胴部22aとによって構成される。
The shape of the crucible is generally cup-shaped, as shown in FIGS. 2 and 3. More specifically, with reference to FIG. 2, a bottom 22c and a curved portion are continuously formed on the bottom 22c. While rising upward, that is, the curved portion 22
b and a straight body portion 22a extending straight upward continuously to the curved corner portion 22b.

【0033】また、C/C材からなるルツボ本体22の
製造は、後の実施例の項で説明するフィラメントワイン
ディング(FW)法による以外に、炭素繊維からなる2
−Dクロスに樹脂を含浸させて積層する方法や短繊維を
使用した分散型C/Cの製造法等により行うこともでき
る。
The crucible body 22 made of a C / C material is manufactured by a filament winding (FW) method, which will be described in a later embodiment, or by a carbon fiber material.
The method can also be carried out by a method of impregnating a resin into the -D cloth and laminating the resin or a method of producing a dispersed C / C using short fibers.

【0034】上述のように熱分解炭素は、ルツボ本体2
2の表面に存在する微小開気孔の内面を被覆したり、微
小な窪みを埋めるように析出させるものであるが、その
析出作用の様子をさらに詳しく説明する。図4は、C/
C材製ルツボの表面の一部拡大断面図であり、同図
(a)は、ルツボ本体42の表面全体に熱分解炭素の析
出層43が良好に形成されている状況を模式的に示して
おり、同図(b),(c)はその形成が良好でない状況
を模式的に示している。なお、図4における析出層43
とは、図2における析出層23aや図3における析出層
33aの両者を含む意味である。
As described above, the pyrolytic carbon is supplied to the crucible main body 2.
In this method, the inner surface of the minute open pores existing on the surface of No. 2 is coated or deposited so as to fill the minute dents. The state of the depositing action will be described in more detail. FIG. 4 shows C /
FIG. 4A is a partially enlarged cross-sectional view of the surface of the C material crucible, and FIG. 4A schematically shows a situation in which a pyrolytic carbon deposition layer 43 is favorably formed on the entire surface of the crucible body 42. FIGS. 7B and 7C schematically show a situation where the formation is not good. In addition, the precipitation layer 43 in FIG.
Means that both the deposited layer 23a in FIG. 2 and the deposited layer 33a in FIG. 3 are included.

【0035】ルツボ本体42の表面及び内部には、開気
孔44や閉気孔45のように微小な孔が存在している。
これらの孔のうち開気孔44は表面の窪み(深い窪みと
浅い窪みの両者を含めた意味の窪み)を形成するので、
C/C材の表面積は見かけ以上に大きい。特に、図示の
ように入口が狭く内部が広い開気孔(窪み)について
は、図4(a)のように開気孔44の内面にまで十分に
熱分解炭素の析出層43を形成する必要がある。
On the surface and inside of the crucible body 42, there are minute holes such as open air holes 44 and closed air holes 45.
Among these holes, the open pores 44 form surface depressions (recesses including both deep depressions and shallow depressions).
The surface area of the C / C material is larger than it appears. In particular, as for the open pores (dents) having a narrow entrance and a wide interior as shown in the figure, it is necessary to sufficiently form the pyrolytic carbon deposition layer 43 up to the inner surface of the open pores 44 as shown in FIG. .

【0036】この熱分解炭素の析出層43の形成を、例
えば析出速度が比較的速い条件で行うと、図4(b)に
示すように析出層43は開気孔44の開口部を覆うに止
まり、その内部にまで十分に行き渡らない。このような
状態の開口部は強度的に不安定で弱いため亀裂46が生
じやすく、熱分解炭素析出層が行き渡っていない内側部
分(C/C材がむき出し状態となっている部分)44a
をSiOガス存在下の外部に晒す恐れがある。またC/
C材によっては、図4(c)に示すように開気孔44の
開口部が塞がれていない場合もあり、この場合も図4
(b)の場合と同様、C/C材が露出している部分44
aをSiOガス存在下の外部に晒すことになる。
When the pyrolytic carbon deposition layer 43 is formed, for example, under conditions where the deposition rate is relatively high, the deposition layer 43 only covers the opening of the open pore 44 as shown in FIG. , Does not spread well into its interior. Since the opening in such a state is unstable in strength and weak, a crack 46 is likely to occur, and an inner portion (a portion where the C / C material is exposed) 44a where the pyrolytic carbon deposition layer is not spread.
May be exposed to the outside in the presence of SiO gas. Also C /
Depending on the C material, the opening of the open air hole 44 may not be closed as shown in FIG.
As in the case of (b), the portion 44 where the C / C material is exposed
a is exposed to the outside in the presence of SiO gas.

【0037】従って、多くの開気孔44が存在するルツ
ボ本体42の表面部に熱分解炭素の析出層を円滑に形成
するには、熱分解炭素の析出速度があまり早くならない
ようにし、開気孔44の内部まで十分に析出させる必要
がある。この観点からすると、熱分解炭素の析出速度
は、0.2μm/hr以下とすることが望ましい。
Therefore, in order to form a deposited layer of pyrolytic carbon smoothly on the surface of the crucible body 42 where many open pores 44 exist, the deposition rate of pyrolytic carbon should not be too high. It is necessary to sufficiently precipitate the inside of the substrate. From this viewpoint, it is desirable that the deposition rate of the pyrolytic carbon be 0.2 μm / hr or less.

【0038】また、この析出層43を構成する熱分解炭
素は、ISO組織、RC組織もしくはSC組織又はこれ
らを組み合わせた組織の結晶構造からなるものであって
もよい。これらのいずれの組織構造を有する熱分解炭素
であっても、SiC化の抑制効果を発揮できるからであ
る。なお、CVI処理において析出速度を遅くするにつ
れて、析出する熱分解炭素の組織はISO組織やRC組
織となり、C/C材のより深部にまで析出するようにな
る。
The pyrolytic carbon constituting the deposited layer 43 may have a crystal structure of an ISO structure, an RC structure, an SC structure, or a structure obtained by combining these structures. This is because pyrolytic carbon having any of these texture structures can exhibit the effect of suppressing the formation of SiC. Note that as the deposition rate is reduced in the CVI treatment, the structure of the pyrolytic carbon to be deposited becomes an ISO structure or an RC structure, and precipitates deeper into the C / C material.

【0039】(2)図5は、本発明に係るC/C材製の
ヒートシールドの設置例を示す縦断面図であり、その内
面(ルツボ側空間に接触する表面)の全体に斜線で示す
ように熱分解炭素の析出層12を形成している。C/C
材としては、上述のルツボと同じ特性のもの、即ち、嵩
密度が1.3 g/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、引
張り強さが100MPa 以上、シャルピー衝撃強さが30
kgcm/cm2以上、弾性係数が50GPa 以上のものを使用す
る。析出層12を形成するには、上述のルツボの場合と
同様に実施すればよく、この形成によって図4で説明し
た作用効果と同様、表面に存在する窪みの内面又は窪み
全体も熱分解炭素の析出層で覆われ又は埋められること
になる。従って、ルツボの場合と同様、SiOガスとヒ
ートシールド内面の炭素原子Cとの接触を断ち、SiC
化の進行を阻止することができる。また、インナーシー
ルド2の下側は比較的低温になるので、この付近でシリ
コン蒸気は凝縮しやすくなるが、インナーシールド2の
内面下側にも熱分解炭素の析出層12を形成しておくこ
とにより、シリコン蒸気の凝縮,付着を有効に回避し、
抑制することができる。
(2) FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of installation of a heat shield made of a C / C material according to the present invention, and the entire inner surface thereof (the surface in contact with the crucible side space) is shown by oblique lines. Thus, the deposited layer 12 of pyrolytic carbon is formed. C / C
The material has the same characteristics as the crucible described above, that is, a bulk density of 1.3 g / cm 3 or more, a bending strength of 80 MPa or more, a tensile strength of 100 MPa or more, and a Charpy impact strength of 30 or more.
kgcm / cm 2 or more and elastic modulus of 50 GPa or more are used. The deposition layer 12 may be formed in the same manner as in the case of the crucible described above, and by this formation, similarly to the operation and effect described in FIG. It will be covered or buried with a deposit. Therefore, as in the case of the crucible, the contact between the SiO gas and the carbon atoms C on the inner surface of the heat shield is cut off, and the SiC
Can be prevented from progressing. Further, since the temperature of the lower side of the inner shield 2 is relatively low, silicon vapor is likely to be condensed in the vicinity of the lower temperature. Effectively avoids condensation and adhesion of silicon vapor,
Can be suppressed.

【0040】図5は、ヒートシールドとして筒状のイン
ナーシールド2全体をロアーリングシールド4の内周側
上部で支えると共に、インナーシールド2の上端にはア
ッパーリングシールド3の内周側下部を直接取り付け、
さらにこのアッパーリングシールド3の内周側上部で上
部シールド6を支える構造例を示したものである。
FIG. 5 shows a state in which the entire cylindrical inner shield 2 is supported as a heat shield on the upper inner peripheral side of the lowering shield 4, and the lower inner peripheral side of the upper ring shield 3 is directly attached to the upper end of the inner shield 2. ,
Further, an example of a structure in which the upper shield 6 is supported at the upper portion on the inner peripheral side of the upper ring shield 3 is shown.

【0041】ヒートシールドとしてインナーシールド
2,アッパーリングシールド3、ロアーリングシールド
4及び上部シールド6が離れて配置される場合は、基本
的に空間Sに対してむき出し状態となる表面に熱分解炭
素の析出層を形成すればよいが、その場合でも、単結晶
引上げ時に発生するSiOガスやシリコン蒸気の量又は
これらがルツボを中心とする空間Sをただよう際の挙動
によっては、SiOガスやシリコン蒸気の影響を受けや
すい部分が比較的限定される場合もありうる。このよう
な場合は、その影響を受けやすい部分の表面にのみ熱分
解炭素の析出層を設けるだけでも、本発明の目的をほぼ
有効に達成することができる。さらに、通常は上部シー
ルド6が最も影響を受けやすいことを考慮し、もちろん
上部シールド6に対しても本発明は有効であるが、経済
的観点からこの上部シールド6だけを使い捨て部材とし
て構成することも可能であり、例えば黒鉛等の基材の上
にSiCコートを施したものを採用することも可能であ
る。
When the inner shield 2, the upper ring shield 3, the lower ring shield 4 and the upper shield 6 are disposed separately as heat shields, the surface of the pyrolysis carbon is basically exposed to the space S. Although a deposited layer may be formed, even in such a case, depending on the amount of SiO gas or silicon vapor generated at the time of pulling a single crystal or the behavior when these flow through the space S centering on the crucible, the SiO gas or silicon vapor The sensitive parts may be relatively limited. In such a case, the object of the present invention can be almost effectively achieved only by providing a pyrolytic carbon deposition layer only on the surface of a portion susceptible to the effect. Further, in consideration of the fact that the upper shield 6 is usually the most susceptible, the present invention is also effective for the upper shield 6 as a matter of course. It is also possible to employ a material in which a SiC coat is applied on a base material such as graphite, for example.

【0042】(3)次に本発明の高温部材を組み込んだ
単結晶引上げ装置の運転例について図6を参照しつつ説
明する。図6において単結晶引上げ装置の主要部分は、
本発明に係るルツボ61と、ルツボ61によりその内側
に支持される石英ルツボ1と、ルツボ61の外側で一定
距離の位置にルツボ61を覆うように設けられるヒータ
ー8と、さらにその外側に配置されるヒートシールドに
よって構成されている。ヒートシールドの構成は、図5
と同様であり、インナーシールド2,アッパーリングシ
ールド3、ロアーリングシールド4,下部シールド5及
び上部シールド6により形成される。13は、インナー
シールド2の外周に装着された断熱材層である。
(3) Next, an operation example of the single crystal pulling apparatus incorporating the high temperature member of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the main part of the single crystal pulling apparatus is
A crucible 61 according to the present invention, a quartz crucible 1 supported inside by the crucible 61, a heater 8 provided to cover the crucible 61 at a position outside the crucible 61 at a fixed distance, and further disposed outside the crucible 61. It consists of a heat shield. The structure of the heat shield is shown in FIG.
The inner shield 2, the upper ring shield 3, the lower ring shield 4, the lower shield 5, and the upper shield 6 are the same. Reference numeral 13 denotes a heat insulating material layer mounted on the outer periphery of the inner shield 2.

【0043】ヒータ8が高温に加熱されると、ルツボ6
1を通して石英ルツボ1の内部が加熱され、石英ルツボ
1の内部に蓄えられる結晶の原料が溶融される。ルツボ
61は、ルツボ受台14の上に支持されており、このル
ツボ受台14が図示しない駆動機構により回転軸7を介
して回転することで、その内側の石英ルツボ1と一体と
なって回転する。
When the heater 8 is heated to a high temperature, the crucible 6
The inside of the quartz crucible 1 is heated through 1 and the crystal raw material stored inside the quartz crucible 1 is melted. The crucible 61 is supported on the crucible pedestal 14. The crucible pedestal 14 is rotated by a driving mechanism (not shown) via the rotary shaft 7, and rotates together with the quartz crucible 1 inside the crucible pedestal 14. I do.

【0044】単結晶の製造は、ヒータ8の加熱によって
石英ルツボ1内の結晶原料を溶融しつつルツボ61を回
転させながら成長させることにより行うので、ヒーター
8の周囲は高温の環境となる。特にルツボ61の上部付
近、従って空間S内の上側は下側に比べてより高温雰囲
気となる。そのため、石英ルツボ1内で溶融した結晶原
料11の上部付近にはSiOガスが発生する。また、同
時にシリコン蒸気も立ち上がり、空間S内をヒートシー
ルドに沿って流れる。
The production of a single crystal is performed by heating the heater 8 and growing the crystal raw material in the quartz crucible 1 while rotating the crucible 61 while melting the crystal raw material. In particular, the vicinity of the upper part of the crucible 61, that is, the upper part in the space S has a higher temperature atmosphere than the lower part. Therefore, SiO gas is generated near the upper portion of the crystal raw material 11 melted in the quartz crucible 1. At the same time, the silicon vapor rises and flows in the space S along the heat shield.

【0045】しかし、ルツボ61は、前述のようにその
表面に熱分解炭素の析出層が形成されているので、Si
Oガスに晒されても、ルツボ本体を構成するC/C材表
面部の炭素原子Cとの接触を効果的に遮断でき、SiC
化の進行を阻止することができる。また、インナーシー
ルド2,アッパーリングシールド3、ロアーリングシー
ルド4,下部シールド5及び上部シールド6で構成され
るヒートシールドの内面にも熱分解炭素の析出層が形成
されている(図中、析出層12と表記している)ので、
ルツボの場合と同様のSiC化進行抑制効果を発揮でき
ると共に、比較的低温となりやすい部分でのシリコンの
凝縮,付着現象の発生,進行を抑制することができる。
However, since the crucible 61 has a pyrolytic carbon deposition layer formed on its surface as described above,
Even when exposed to O gas, contact with carbon atoms C on the surface of the C / C material constituting the crucible body can be effectively blocked, and SiC
Can be prevented from progressing. Further, a deposited layer of pyrolytic carbon is also formed on the inner surface of the heat shield including the inner shield 2, the upper ring shield 3, the lower ring shield 4, the lower shield 5 and the upper shield 6 (in the figure, the deposited layer). 12)
The same effect of suppressing the progress of SiC formation as in the case of a crucible can be exhibited, and the occurrence and progress of silicon condensation and adhesion phenomena in a portion where the temperature tends to be relatively low can be suppressed.

【0046】単結晶の製造が終了すると、ヒータ8の加
熱は終わり、ルツボ61および石英ルツボ1は冷却され
る。単結晶製造時における加熱により、ルツボ61およ
び石英ルツボ1は、それぞれの熱膨張係数に基づいて膨
張するが、加熱を終えた後の冷却工程では、これらのル
ツボは収縮する。石英ルツボ1の構成材であるSiO 2
とルツボ61の構成材であるC/C材とは、その熱膨張
差が少なく、膨張と収縮による変形差に伴うこれら二つ
のルツボ間で生ずる歪みは少なく、熱応力による破壊の
問題は生じない。また、ルツボ61は、機械強度の高い
C/C材により構成されているので、冷却時のSi残渣
のルツボ径方向および高さ方向の膨張による応力に十分
耐えることができる。
When the production of the single crystal is completed, the heater 8 is turned on.
The heat is over, and the crucible 61 and the quartz crucible 1 are cooled.
You. Heating during the production of a single crystal causes crucible 61 and
The quartz crucible 1 expands based on the respective thermal expansion coefficients.
However, in the cooling process after heating, these
Acupoints shrink. SiO which is a constituent material of the quartz crucible 1 Two
And the C / C material constituting crucible 61 have a thermal expansion
The difference between the two is small due to the difference in deformation due to expansion and contraction.
The distortion generated between the crucibles is small,
No problem. The crucible 61 has a high mechanical strength.
Since it is composed of C / C material, Si residue during cooling
Sufficient for stress caused by radial and height expansion of crucible
Can withstand.

【0047】また、ヒートシールドであるインナーシー
ルド2,アッパーリングシールド3、ロアーリングシー
ルド4,下部シールド5及び上部シールド6の内面に
は、シリコン付着層がほとんど形成されないが、たとえ
形成されてもごくわずかであるため、冷却後にこれらの
ヒートシールドに変形や反りが生ずることはほとんどな
い。
Although the inner surface of the inner shield 2, the upper ring shield 3, the lower ring shield 4, the lower shield 5 and the upper shield 6, which are heat shields, is hardly formed with a silicon adhesion layer, even if it is formed, it is extremely small. Due to the small amount, these heat shields hardly deform or warp after cooling.

【0048】[0048]

【実施例】(実施例1及び実施例2)まず、ルツボ本体
(図2の22相当)を形成するC/C材からなる成形体
の製造の概略を説明する。製造は、ルツボ2個取り用の
FW法に従った。即ち、外形600mmの金属製マンド
レルの両端部に球面形状の黒鉛製成形型を取り付けて、
全体をカプセル形状の成形型とした。このカプセル成形
型をFW装置にセットした後、表面に離型紙を貼り、そ
の上からCF(炭素繊維)材の12Kロービング材にフ
ェノール樹脂(住友デュレス製)を含浸させながら、パ
ラレル巻きとレベル巻きを行った。成形型に対する巻付
け角度としては、パラレル巻きは中心軸に対する角度が
90°、レベル巻きは1〜10°の範囲に設定して行っ
た。
EXAMPLES (Examples 1 and 2) First, the outline of the production of a molded body made of a C / C material for forming a crucible body (corresponding to 22 in FIG. 2) will be described. The production was in accordance with the FW method for taking two crucibles. That is, a graphite mold having a spherical shape is attached to both ends of a metal mandrel having an outer shape of 600 mm,
The whole was a capsule-shaped mold. After setting the capsule mold in the FW device, release paper is stuck on the surface, and a 12K roving material of CF (carbon fiber) material is impregnated with phenolic resin (manufactured by Sumitomo Durres) from above. Was done. Regarding the winding angle with respect to the molding die, the parallel winding was performed at an angle of 90 ° with respect to the central axis, and the level winding was performed within a range of 1 to 10 °.

【0049】次に、200℃のオーブン中に10時間保
持して、樹脂を完全に硬化させた。この硬化体を中央で
2分割した後、電気炉にセットし、N2 気流中で100
0℃の焼成を行った。次に、焼成により生じた気孔の充
填と緻密化の促進のために、ピッチ含浸及び焼成の操作
を3回繰り返した。その後、2000℃の熱処理(黒鉛
化処理)を行った後、さらに2000℃でハロゲンガス
と反応させて高純度化処理を行った。こうして嵩密度が
1.3 g/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、シャルピ
ー衝撃強さが30kgcm/cm2以上、弾性係数が50GPa 以
上、引張り強さが100MPa 以上の物性からなるC/C
材成形体(ルツボ)を得た。但し、物性は、ルツボの直
胴部相当材についての測定値である。
Next, the resin was kept in an oven at 200 ° C. for 10 hours to completely cure the resin. After 2 divides the cured product in the center, with and set in an electric furnace, N 2 gas stream 100
Firing at 0 ° C. was performed. Next, the operations of pitch impregnation and firing were repeated three times in order to promote the filling and densification of pores generated by firing. After that, a heat treatment (graphitization treatment) at 2000 ° C. was performed, and then a reaction with a halogen gas was performed at 2000 ° C. to perform a high-purity treatment. Thus, a C / C having physical properties of a bulk density of 1.3 g / cm 3 or more, a bending strength of 80 MPa or more, a Charpy impact strength of 30 kgcm / cm 2 or more, an elastic modulus of 50 GPa or more, and a tensile strength of 100 MPa or more.
A molded material (crucible) was obtained. However, the physical properties are measured values of a material corresponding to a straight body portion of a crucible.

【0050】上記のC/C材ルツボ(直胴部相当材)か
ら60×10×厚み3(mm)の試験小片を切り出し、
そのうちの2つに対して以下の要領でそれぞれのCVD
処理(実施例1)とCVI処理(実施例2)を行って、
各試験小片の表面部に対して熱分解炭素の析出層を形成
した。
A test piece of 60 × 10 × 3 (mm) was cut out from the above C / C crucible (material corresponding to a straight body), and
For each of the two of them,
Processing (Example 1) and CVI processing (Example 2)
A deposited layer of pyrolytic carbon was formed on the surface of each test piece.

【0051】〔CVD処理〕上記の如く切り出した試験
小片を真空炉内に配置し、2000℃まで昇温した後、
CH4 ガスを5l/minの割合で流しながら圧力を5
Torrにコントロールしつつ3時間保持し、試験小片
の表面に10μmの厚みで熱分解炭素の析出層を形成し
た。 〔CVI処理〕以下の要領でCVI処理を行った。即
ち、他の試験小片を真空炉内に配置し、1100℃まで
昇温した後、CH4 ガスを10l/minの流速で流し
ながら、圧力を10Torrにコントロールしつつ10
0時間保持した。試験小片の表面には熱分解炭素の被覆
層としては10μmの厚みしか形成されなかったが、C
VI処理後の試験小片の重量は実施例1のCVD処理で
得た試験小片に比べて約3倍も増加しており、実施例2
では試験小片の奥深くまで熱分解炭素が析出しているこ
とが確認できた。
[CVD treatment] The test piece cut out as described above was placed in a vacuum furnace and heated to 2000 ° C.
While flowing CH 4 gas at a rate of 5 l / min, the pressure was increased to 5
The specimen was held for 3 hours while controlling to Torr, and a pyrolytic carbon deposition layer having a thickness of 10 μm was formed on the surface of the test piece. [CVI processing] CVI processing was performed in the following manner. That is, another test piece was placed in a vacuum furnace, heated to 1100 ° C., and then controlled to a pressure of 10 Torr while flowing CH 4 gas at a flow rate of 10 l / min.
Hold for 0 hours. As a coating layer of pyrolytic carbon, only a thickness of 10 μm was formed on the surface of the test piece.
The weight of the test piece after the VI treatment was about three times as large as that of the test piece obtained by the CVD treatment in Example 1, and the weight of the test piece in Example 2 was increased.
As a result, it was confirmed that pyrolytic carbon was deposited deep into the test piece.

【0052】(比較例1)実施例1,2で得られた60
×10×厚み3(mm)のC/C材ルツボ品の小片を従
来型C/C材ルツボの試験片とした。
(Comparative Example 1) 60 obtained in Examples 1 and 2
A small piece of a C / C material crucible product having a size of × 10 × thickness 3 (mm) was used as a test piece of a conventional C / C material crucible.

【0053】上記の実施例1,2及び比較例1で得られ
た各試験小片について、SiOガスとの反応試験を行っ
た。SiOガスとの反応に伴う試験片の重量増加率
(%)及びSiC化率(%)は、下記の算出式により求
めた。SiOガスとの反応試験は、各試験小片を真空炉
内にセットし、温度1800℃、圧力100torrの
条件下でSiOガス雰囲気中に5時間さらした。
Each of the test pieces obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was subjected to a reaction test with SiO gas. The weight increase rate (%) and SiC conversion rate (%) of the test piece accompanying the reaction with the SiO gas were determined by the following formulas. In the reaction test with the SiO gas, each test piece was set in a vacuum furnace and exposed to an SiO gas atmosphere at a temperature of 1800 ° C. and a pressure of 100 torr for 5 hours.

【0054】SiOガスが炭素原子Cに接触すると、以
下の式で表される反応が進行する。 SiO + 2C → SiC + CO↑ 従って、試験前の質量であるCの質量をW1 、試験後の
質量であるSiCの質量をW2 と表すと、重量増加率
(%)は、 重量増加率=(W2 /W1 −1)×100 で計算され、またSiC化率(%)は、モル比に換算し
て総重量からSiCの重量%を決定し、 SiC化率=(W2 −W1 )/((40/24)・W1 −W1 ))× 100 =(3/2)(W2 /W1 −1)×100 で求めることができる。
When the SiO gas comes into contact with the carbon atom C, a reaction represented by the following formula proceeds. SiO + 2C → SiC + CO ↑ Accordingly, if the mass of C, which is the mass before the test, is expressed as W 1 , and the mass of SiC, which is the mass after the test, is expressed as W 2 , the weight increase rate (%) is expressed as = (W 2 / W 1 −1) × 100, and the SiC conversion rate (%) is determined by converting the molar ratio to the weight% of SiC from the total weight, and the SiC conversion rate = (W 2W 1) / ((40/24) · W 1 -W 1)) × 100 = (3/2) (W 2 / W 1 -1) can be obtained by × 100.

【0055】上記で得られた各試験小片(実施例1,2
及び比較例1)について物性と重量増加率(%)、Si
C化率(%)の結果との関係をまとめて表1に示す。な
お、表2中、d1 は試験を行う前における各試験小片の
かさ密度(g/cm3)を、d2 は試験を行った後における各
試験小片のかさ密度(g/cm3)を表している。
Each of the test pieces obtained above (Examples 1 and 2)
And Comparative Example 1) physical properties and weight gain (%), Si
Table 1 shows the relationship between the C conversion ratio (%) and the results. In Table 2, d1 represents the bulk density (g / cm 3 ) of each test piece before the test, and d2 represents the bulk density (g / cm 3 ) of each test piece after the test. I have.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】表1から明らかなように、実施例1,2の
SiC化率はいずれも比較例1に比べて低い結果となっ
ており、熱分解炭素析出層の形成によるSiC化抑制効
果が得られていることが分かる。
As is apparent from Table 1, the SiC conversion ratios of Examples 1 and 2 are lower than Comparative Example 1, and the effect of suppressing the formation of SiC by the formation of the pyrolytic carbon deposition layer is obtained. You can see that it is done.

【0058】(実施例3,実施例4)次に、本発明に係
るインナーシールドの試験小片を製作すべく、以下の要
領で実施した。まず炭素繊維織布、いわゆるCFクロス
として6K平織り(トレカT−300)を使用し、この
CFクロスにフェノール樹脂(住友デュレス製PR−5
0273)を含浸させた後、樹脂量及び揮発分を調整し
てプリプレグを得た。
(Embodiments 3 and 4) Next, a test piece of the inner shield according to the present invention was manufactured in the following manner. First, a 6K plain weave (Treca T-300) is used as a carbon fiber woven fabric, so-called CF cloth, and a phenol resin (PR-5 manufactured by Sumitomo Durres) is used for the CF cloth.
[0273] was impregnated, and the amount of resin and volatile matter were adjusted to obtain a prepreg.

【0059】次に、このプリプレグを300×300
(mm)に裁断したものを、定盤の上に順々に40枚積
み重ね、一番上に耐熱ナイロンシートを掛けて真空パッ
クし、真空引きしながら160℃に設定したオーブン内
に2時間放置して熱硬化させた。こうして300×30
0×厚み12(mm)の大きさで嵩密度1.35の炭素
繊維強化樹脂複合材(CFRP)を得た。
Next, this prepreg is 300 × 300
(Mm), 40 sheets were sequentially stacked on a surface plate, a heat-resistant nylon sheet was hung on the top, vacuum-packed, and left in an oven set at 160 ° C for 2 hours while vacuuming. And heat cured. Thus 300x30
A carbon fiber reinforced resin composite material (CFRP) having a size of 0 × thickness 12 (mm) and a bulk density of 1.35 was obtained.

【0060】得られたCFRPを電気炉にセットし、N
2 ガスを流しながら10℃/hの昇温速度で800℃ま
で昇温し、C/C材を得た。この後、ピッチ含浸,焼成
を3回繰り返して緻密化処理を行った。さらに、最終熱
処理としてはN2 ガスを流しながら2000℃まで加熱
した。こうして黒鉛化処理を行った後、さらに2000
℃でハロゲンガスと反応させて高純度化処理を行い、最
終的に、嵩密度1.6(g/cm3),曲げ強さ155MP
a,引張り強さ205MPa,弾性係数105GPa,
シャルピー衝撃強さ45kgcm/cm2 の物性からな
る2D−C/C材を得た。この2D−C/C材から60
×10×厚み3(mm)の試験小片を切り出し、そのう
ち2つに対してルツボの場合と同じ要領でそれぞれCV
D処理(実施例3)とCVI処理(実施例4)を行っ
て、各試験小片の表面に10μmの厚みで熱分解炭素の
析出層を形成した。
The obtained CFRP was set in an electric furnace,
The temperature was raised to 800 ° C. at a rate of 10 ° C./h while flowing two gases to obtain a C / C material. Thereafter, pitch impregnation and firing were repeated three times to perform a densification treatment. Further, as a final heat treatment, heating was performed to 2000 ° C. while flowing N 2 gas. After performing the graphitization treatment in this way, it is further 2000
High purity treatment is performed by reacting with halogen gas at ℃, finally bulk density 1.6 (g / cm 3 ), bending strength 155MP
a, tensile strength 205 MPa, elastic modulus 105 GPa,
A 2D-C / C material having physical properties of a Charpy impact strength of 45 kgcm / cm 2 was obtained. 60 from this 2D-C / C material
A test piece of × 10 × thickness 3 (mm) was cut out, and two of them were subjected to CV in the same manner as the crucible.
D treatment (Example 3) and CVI treatment (Example 4) were performed to form a pyrolytic carbon deposition layer with a thickness of 10 μm on the surface of each test piece.

【0061】得られたインナーシールド用試験小片(実
施例3,4)についても物性を調べた後、上述のルツボ
についての試験小片(実施例1,2及び比較例1)の場
合と同様にSiOガスとの反応試験を行って、重量増加
率(%)及びSiC化率(%)を調べた。その結果を表
2に示す。
The physical properties of the obtained test piece for inner shield (Examples 3 and 4) were also examined, and then the SiO 2 test piece (Examples 1 and 2 and Comparative Example 1) was subjected to the same method as the test piece for the crucible described above. A reaction test with a gas was performed to examine a weight increase rate (%) and a SiC conversion rate (%). Table 2 shows the results.

【0062】(比較例2)実施例3,4で得られた60
×10×厚み3(mm)の2D−C/C材を従来型C/
C材インナーシールドの試験片とし、これについても実
施例3,4と同様にSiOガスとの反応試験を行った。
その結果を表2に併せて示す。
Comparative Example 2 60 obtained in Examples 3 and 4
× 10 × thickness 3 (mm) 2D-C / C material is replaced with conventional C / C
A test specimen of the C inner shield was used, and a reaction test with SiO gas was performed on this specimen in the same manner as in Examples 3 and 4.
The results are also shown in Table 2.

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】表2から明らかなように、本発明インナー
シールドに係る実施例3のSiC化率は比較例2に比べ
て約74%も少なく、また実施例4のSiC化率は比較
例2に比べて約77%も少なくなっており、いずれの場
合も熱分解炭素析出層の形成によりSiC化抑制効果が
得られていることが分かる。また、CVI処理により熱
分解炭素の析出層を形成させた場合には、さらに優れた
SiC化抑制効果が得られることが分かる。
As is clear from Table 2, the SiC conversion rate of the inner shield according to the third embodiment of the present invention is about 74% smaller than that of the second comparative example, and the SiC conversion rate of the fourth embodiment is lower than that of the second comparative example. This is about 77% less than the above, and it can be seen that in any case, the effect of suppressing the formation of SiC is obtained by the formation of the pyrolytic carbon deposition layer. In addition, it can be seen that, when the deposited layer of pyrolytic carbon is formed by the CVI treatment, a more excellent effect of suppressing the formation of SiC can be obtained.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1記載の発明は、C/C材を全部又は一部に含んで形
成される単結晶引上げ装置用高温部材であって、前記C
/C材が特性として、嵩密度が1.3 g/cm3以上、曲げ
強度が80MPa 以上、引張り強さが100MPa 以上の値
を有し、かつ該C/C材の表面の全体又は一部に熱分解
炭素の析出層を形成したものである。
As described above, the invention according to claim 1 of the present invention is a high temperature member for a single crystal pulling apparatus formed entirely or partially of a C / C material, C
/ C material has a bulk density of 1.3 g / cm 3 or more, a flexural strength of 80 MPa or more, a tensile strength of 100 MPa or more, and the whole or a part of the surface of the C / C material. In which a deposited layer of pyrolytic carbon was formed.

【0066】これにより、C/C材製高温部材の表面に
存在する多くの微小開気孔(奥の深い開気孔を含む)の
内面にまで熱分解炭素が効率良く析出できるようにな
り、高温部材の表面全体にわたってCとSiOガスとの
反応が有効に抑制され、SiC化の進行を阻止すること
ができる。また、高温部材の表面に存在する微小窪み全
体が熱分解炭素で埋められる結果、シリコンの凝縮が起
こりやすい核としての微小窪みをなくすことができるの
で、シリコンの付着を大きく抑制することができる。従
って、従来の黒鉛製高温部材の内面に生じていた程のシ
リコン付着層による著しいでこぼこ(凹凸)状態の形成
を回避することができ、この結果、冷却後の変形,反り
を防止することができる。しかも、C/C材として、あ
る程度の機械的強度を有するものを使用するので、上記
の特有の作用効果を確保しながら高温部材の一層の薄肉
化を図ることが可能となり、装置の軽量化ひいてはハン
ドリング性能の一層の向上に貢献することができる。
As a result, pyrolytic carbon can be efficiently deposited on the inner surface of many minute open pores (including deep open pores) existing on the surface of the C / C material high-temperature member. The reaction between C and SiO gas is effectively suppressed over the entire surface of the substrate, and the progress of SiC conversion can be prevented. In addition, as a result of filling the entirety of the micro pits existing on the surface of the high-temperature member with the pyrolytic carbon, the micro pits serving as nuclei where silicon condensation easily occurs can be eliminated, so that the adhesion of silicon can be largely suppressed. Therefore, it is possible to avoid the formation of a remarkable unevenness (irregularity) due to the silicon adhesion layer which has occurred on the inner surface of the conventional graphite high-temperature member, and as a result, deformation and warping after cooling can be prevented. . In addition, since a material having a certain level of mechanical strength is used as the C / C material, it is possible to further reduce the thickness of the high-temperature member while securing the above-described specific operation and effect. This can contribute to further improvement in handling performance.

【0067】また、請求項2記載の発明によれば、請求
項1記載の発明の効果を一層確実,顕著なものとするこ
とができる。また、請求項3記載の発明によれば、軽量
かつ高強度でありながらも、SiC化を阻止でき、くわ
れが発生しにくく長寿命の単結晶引上げ装置用ルツボを
提供することができる。また、請求項4記載の発明によ
れば、軽量かつ高強度でありながらも、SiC化を阻止
でき、くわれが発生しにくく又変形や反りの少ない単結
晶引上げ装置用ヒートシールドとすることができる。
According to the second aspect of the present invention, the effects of the first aspect of the present invention can be made more reliable and remarkable. Further, according to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a crucible for a single crystal pulling apparatus, which is lightweight and has high strength, can prevent SiC formation, is less likely to crack, and has a long life. According to the fourth aspect of the invention, it is possible to provide a heat shield for a single crystal pulling apparatus which is lightweight and has high strength, can prevent SiC formation, is less likely to be cracked, and has less deformation and warpage. it can.

【0068】また、請求項5記載の発明によれば、単結
晶引上げ装置の少なくとも主要なヒートシールドの延命
化を可能として、装置の運転コストの低減化を図ること
ができる。また、請求項6記載の発明によれば、熱分解
炭素をSiC化が進みにくい組織の結晶構造を有するも
のに任意に形成可能とすることで、請求項1乃至請求項
5のいずれか一項に記載の発明の効果を一層確実、顕著
なものとすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, at least the main heat shield of the single crystal pulling apparatus can be prolonged in life, and the operating cost of the apparatus can be reduced. Further, according to the invention of claim 6, the pyrolytic carbon can be arbitrarily formed into a material having a crystal structure of a structure in which SiC conversion is unlikely to proceed, thereby providing any one of claims 1 to 5. The effects of the invention described in (1) can be made more reliable and remarkable.

【0069】また、請求項7記載の発明によれば、C/
C材製高温部材の本来有する長所(軽量かつ高強度とい
う点)を生かしつつ、その短所である、SiC化反応に
起因した「くわれ」現象又はシリコン付着成長に起因し
た冷却後の変形現象が生じやすい点を解消し得る長寿命
の高温部材を製造することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, C /
While taking advantage of the inherent advantages (light weight and high strength) of the high-temperature member made of C material, the disadvantages are the "cracking" phenomenon caused by the SiC reaction or the deformation phenomenon after cooling caused by silicon growth. It is possible to manufacture a long-life high-temperature member that can eliminate the points that easily occur.

【0070】また、請求項8記載の発明によれば、請求
項7記載の発明で得られる高温部材に比べ同等以上の長
寿命を有する高温部材を得ることができる。さらに、請
求項9記載の発明によれば、請求項7又は請求項8記載
の発明で得られる高温部材よりもSiOガス反応抑制力
の点でさらに優れた効果を発揮し得る高温部材を製造す
ることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to obtain a high temperature member having a service life equal to or longer than that of the high temperature member obtained by the seventh aspect of the invention. Further, according to the ninth aspect of the present invention, a high-temperature member capable of exhibiting a more excellent effect in terms of the SiO gas reaction suppressing force than the high-temperature member obtained by the seventh or eighth aspect of the invention is manufactured. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】代表的な単結晶引上げ装置の要部断面概略説明
図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part of a typical single crystal pulling apparatus.

【図2】本発明に係るルツボの縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the crucible according to the present invention.

【図3】本発明に係る他のルツボの縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of another crucible according to the present invention.

【図4】C/C材製ルツボの表面の一部拡大断面図であ
り、(a)は表面に熱分解炭素の被覆層が良好に形成さ
れた状態を示し、(b)及び(c)はその形成が良好で
ない状態を示している。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the surface of a crucible made of a C / C material, where (a) shows a state in which a coating layer of pyrolytic carbon has been successfully formed on the surface, and (b) and (c). Indicates that the formation is not good.

【図5】本発明に係るヒートシールドを配置した単結晶
引上げ装置の要部断面概略説明図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a main part of a single crystal pulling apparatus provided with a heat shield according to the present invention.

【図6】本発明に係る高温部材を配置した単結晶引上げ
装置の運転状況を示す概略断面説明図である。
FIG. 6 is a schematic sectional explanatory view showing an operation state of a single crystal pulling apparatus in which a high temperature member according to the present invention is arranged.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 石英ルツボ 2 インナーシールド 3 アッパーリングシールド 4 ロアーリングシールド 5 下部シールド 6 上部シールド 7 回転軸 8 ヒーター 9 シリコン単結晶 11 溶融結晶原料 12,23a,33a,43 熱分解炭素被覆層 13 断熱材層 14 ルツボ受台 21,31,61 熱分解炭素を被覆したルツボ 44 開気孔 45 閉気孔 46 亀裂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz crucible 2 Inner shield 3 Upper ring shield 4 Lower ring shield 5 Lower shield 6 Upper shield 7 Rotating shaft 8 Heater 9 Silicon single crystal 11 Melt crystal raw material 12, 23a, 33a, 43 Pyrolytic carbon coating layer 13 Heat insulation material layer 14 Crucible cradle 21, 31, 61 Crucible coated with pyrolytic carbon 44 Open pores 45 Closed pores 46 Crack

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素繊維強化炭素複合材を全部又は一部
に含んで形成される単結晶引上げ装置用高温部材であっ
て、前記炭素繊維強化炭素複合材が特性として、嵩密度
が1.3 g/cm3以上、曲げ強度が80MPa 以上、引張り
強さが100MPa 以上の値を有し、かつ該炭素繊維強化
炭素複合材の表面の全体又は一部に熱分解炭素の析出層
が形成されてなることを特徴とする単結晶引上げ装置用
高温部材。
1. A high-temperature member for a single crystal pulling device formed entirely or partially of a carbon fiber reinforced carbon composite material, wherein the carbon fiber reinforced carbon composite material has a bulk density of 1.3. g / cm 3 or more, a bending strength of 80 MPa or more, a tensile strength of 100 MPa or more, and a deposited layer of pyrolytic carbon formed on the whole or part of the surface of the carbon fiber reinforced carbon composite material. A high temperature member for a single crystal pulling apparatus, comprising:
【請求項2】 炭素繊維強化炭素複合材が特性として、
さらに弾性係数が50GPa 以上、シャルピー衝撃強さが
30kgcm/cm2以上の値を有するものである請求項1に記
載の単結晶引上げ装置用高温部材。
2. The carbon fiber reinforced carbon composite material has the following properties:
2. The high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the high temperature member has an elastic modulus of 50 GPa or more and a Charpy impact strength of 30 kgcm / cm 2 or more.
【請求項3】 高温部材がルツボである請求項1又は請
求項2に記載の単結晶引上げ装置用高温部材。
3. The high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the high temperature member is a crucible.
【請求項4】 高温部材がヒートシールドである請求項
1又は請求項2に記載の単結晶引上げ装置用高温部材。
4. The high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the high temperature member is a heat shield.
【請求項5】 ヒートシールドが、インナーシールド、
アッパーリングシールド、ロアーリングシールド、下部
シールド又は上部シールドのいずれかである請求項4記
載の単結晶引上げ装置用高温部材。
5. The heat shield comprises: an inner shield;
The high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to claim 4, which is one of an upper ring shield, a lower ring shield, a lower shield and an upper shield.
【請求項6】 高温部材の表面に形成される前記熱分解
炭素の析出層が、RC(ラフコラム),ISO(アイ
ソ)組織もしくはSC(スムースコラム)組織又はこれ
らを組み合わせた組織の結晶構造からなるものである請
求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の単結晶引上
げ装置用高温部材。
6. The pyrolytic carbon deposition layer formed on the surface of the high temperature member has a crystal structure of RC (rough column), ISO (iso) structure, SC (smooth column) structure, or a structure combining these. The high temperature member for a single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 5, which is a material.
【請求項7】 嵩密度が1.3 g/cm3以上、曲げ強度が
80MPa 以上、引張り強さが100MPa 以上の特性値を
有する炭素繊維強化炭素複合材の表面の全体又は一部
に、化学蒸着法により熱分解炭素の析出層を形成する工
程を含むことを特徴とする単結晶引上げ装置用高温部材
の製造方法。
7. A carbon fiber-reinforced carbon composite material having a bulk density of 1.3 g / cm 3 or more, a bending strength of 80 MPa or more, and a tensile strength of 100 MPa or more, is chemically or chemically coated on the whole or a part of the surface thereof. A method for producing a high-temperature member for a single crystal pulling apparatus, comprising a step of forming a deposited layer of pyrolytic carbon by a vapor deposition method.
【請求項8】 炭素繊維強化炭素複合材が特性として、
さらに弾性係数が50GPa 以上、シャルピー衝撃強さが
30kgcm/cm2以上の値を有するものである請求項7に記
載の単結晶引上げ装置用高温部材の製造方法。
8. The carbon fiber reinforced carbon composite material has the following properties:
Further modulus above 50 GPa, the method for producing a single crystal pulling apparatus for a high temperature member according to claim 7 Charpy impact strength and has a 30kgcm / cm 2 or more.
【請求項9】 化学蒸着法により熱分解炭素を析出する
速度が、0.2μm/hr以下である請求項7又は請求
項8に記載の単結晶引上げ装置用高温部材の製造方法。
9. The method for producing a high-temperature member for a single crystal pulling apparatus according to claim 7, wherein the rate of depositing pyrolytic carbon by chemical vapor deposition is 0.2 μm / hr or less.
JP34610397A 1997-12-16 1997-12-16 High temperature member for single crystal pulling apparatus and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP4170426B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34610397A JP4170426B2 (en) 1997-12-16 1997-12-16 High temperature member for single crystal pulling apparatus and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34610397A JP4170426B2 (en) 1997-12-16 1997-12-16 High temperature member for single crystal pulling apparatus and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11171681A true JPH11171681A (en) 1999-06-29
JP4170426B2 JP4170426B2 (en) 2008-10-22

Family

ID=18381161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34610397A Expired - Lifetime JP4170426B2 (en) 1997-12-16 1997-12-16 High temperature member for single crystal pulling apparatus and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4170426B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2825699A1 (en) * 2001-06-12 2002-12-13 Eads Launch Vehicles Densification and anti-corrosion treatment of a thermostructural composite material includes chemical vapor phase infiltration with carbon and/or silicon carbide molecules
WO2020261971A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-30 イビデン株式会社 Carbonaceous composite material
WO2024090073A1 (en) * 2022-10-25 2024-05-02 株式会社Sumco Quartz glass crucible for silicon single-crystal pulling, and silicon single-crystal manufacturing method utilizing same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2825699A1 (en) * 2001-06-12 2002-12-13 Eads Launch Vehicles Densification and anti-corrosion treatment of a thermostructural composite material includes chemical vapor phase infiltration with carbon and/or silicon carbide molecules
WO2002100797A1 (en) * 2001-06-12 2002-12-19 E.A.D.S Launch Vehicles - S.A - Method for densification and anticorrosive treatment of a thermostructural composite material
WO2020261971A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-30 イビデン株式会社 Carbonaceous composite material
JP2021004150A (en) * 2019-06-26 2021-01-14 イビデン株式会社 Carbon-based composite material
CN114026378A (en) * 2019-06-26 2022-02-08 揖斐电株式会社 Carbon-based composite material
WO2024090073A1 (en) * 2022-10-25 2024-05-02 株式会社Sumco Quartz glass crucible for silicon single-crystal pulling, and silicon single-crystal manufacturing method utilizing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4170426B2 (en) 2008-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100310317B1 (en) apparatus for pulling silicon single crystall
JP4700218B2 (en) A crucible made of carbon fiber reinforced carbon composite material for single crystal pulling
JP5231316B2 (en) Carbon fiber reinforced carbon composite material, member for single crystal pulling apparatus, and method for producing carbon fiber reinforced carbon composite material
JPH1059795A (en) Carbon fiber reinforced carbon composite material crucible for pulling up semiconductor single crystal
JP4077601B2 (en) Method for producing C / C crucible for pulling single crystal
JP4514846B2 (en) High purity carbon fiber reinforced carbon composite material and method for producing the same
JP5434922B2 (en) Method for producing SiC fiber bonded ceramics
JPH10139581A (en) High-temperature member for device for pulling up single crystal
KR100694913B1 (en) A method of manufacturing a thermostructural composite material bowl, in particular for an installation that produces silicon single crystals
JPH11171681A (en) High-temperature member for single crystal pull-up device and production of the member
JP2006131451A (en) Crucible for drawing-up single crystal and its manufacturing method
JP3116005B2 (en) Manufacturing method of C / C crucible for pulling semiconductor single crystal
JP4358313B2 (en) Seed chuck for semiconductor single crystal pulling equipment
JP2000095567A (en) Carbon fiber reinforced carbon composite material and member for single crystal pulling up device
JP2015107888A (en) Carbon fiber-reinforced carbon composite material
JP2000086382A (en) C/c crucible for pulling single crystal
JP4018503B2 (en) Single crystal pulling crucible
JP2023006364A (en) C/C COMPOSITE AND Si SINGLE CRYSTAL PULLING-UP FURNACE COMPONENT
JP4673459B2 (en) Thermal insulation cylinder for single crystal pulling apparatus and single crystal pulling apparatus
JP4823406B2 (en) Carbon fiber reinforced carbon composite material for single crystal pulling equipment
JPH10209061A (en) Constitution member for semiconductor diffusion furnace
JP3853035B2 (en) Oxidation resistant C / C composite and method for producing the same
JP4152580B2 (en) Method for manufacturing and repairing C / C crucible for pulling Si single crystal
JP2579563B2 (en) Oxidation-resistant treatment of carbon fiber reinforced carbon composites.
JP4218853B2 (en) Carbonaceous crucible for pulling single crystal and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061017

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061114

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070115

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080311

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080502

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080519

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080805

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080807

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120815

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120815

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130815

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term