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JP2013053017A - Apparatus for growing single crystal - Google Patents

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JP2013053017A
JP2013053017A JP2011190373A JP2011190373A JP2013053017A JP 2013053017 A JP2013053017 A JP 2013053017A JP 2011190373 A JP2011190373 A JP 2011190373A JP 2011190373 A JP2011190373 A JP 2011190373A JP 2013053017 A JP2013053017 A JP 2013053017A
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JP
Japan
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shield
single crystal
heat insulating
inner shield
insulating material
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Pending
Application number
JP2011190373A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Hoshi
亮二 星
Takayo Sugawara
孝世 菅原
Akio Shimada
聡郎 島田
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.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for growing a single crystal, which reduces heat loss while holding an inner shield.SOLUTION: The apparatus for growing a single crystal by a Czochralski method includes a main chamber housing a crucible accommodating a raw material melt, a heater arranged to surround the crucible, and a shield arranged to surround the heater. The shield has a heat shield formed from a carbon fiber heat insulating material and an inner shield formed from a carbon material or a carbon fiber composite material at least on the heater side of the heat shield. The inner shield is directly supported at the lower end part by a supporting member formed from a carbon fiber heat insulating material.

Description

本発明は、チョクラルスキー法により単結晶棒を育成させる単結晶育成装置に関する。   The present invention relates to a single crystal growing apparatus for growing a single crystal rod by the Czochralski method.

図2に従来のチョクラルスキー法(CZ法)による単結晶育成装置の概略図を示す。従来の単結晶育成装置101では、原料融液103が充填されたルツボ104と、該ルツボ104を取り囲むように配置されたヒーター106を有する。このルツボ104中の原料融液103に種結晶を浸漬した後、原料融液103から棒状の単結晶105が引き上げられる。これらはメインチャンバー102内に格納されている。また、単結晶育成装置101は、上部断熱材109、湯漏れ受皿110、底部断熱材111、内側壁断熱材112を有することができる。   FIG. 2 shows a schematic diagram of a conventional single crystal growth apparatus using the Czochralski method (CZ method). A conventional single crystal growing apparatus 101 includes a crucible 104 filled with a raw material melt 103 and a heater 106 disposed so as to surround the crucible 104. After the seed crystal is immersed in the raw material melt 103 in the crucible 104, the rod-shaped single crystal 105 is pulled up from the raw material melt 103. These are stored in the main chamber 102. Further, the single crystal growing apparatus 101 can include an upper heat insulating material 109, a hot water leak receiving tray 110, a bottom heat insulating material 111, and an inner wall heat insulating material 112.

ヒーター106からの熱が直接メインチャンバー102に伝わると、熱的なロスが甚大な上、メインチャンバー102も痛んでしまうので、一般的にはメインチャンバー102とヒーター106の間には熱を遮るシールド116が配置される。このシールド116は熱ロス低減が目的であるので、高温での使用が可能であり、断熱特性に優れた炭素繊維断熱材(ヒートシールド108)が用いられることが多い。   When the heat from the heater 106 is directly transmitted to the main chamber 102, the thermal loss is significant and the main chamber 102 is also damaged. Therefore, generally, a shield that blocks heat between the main chamber 102 and the heater 106. 116 is arranged. Since this shield 116 is intended to reduce heat loss, it can be used at high temperatures, and a carbon fiber heat insulating material (heat shield 108) having excellent heat insulating properties is often used.

しかし、炭素繊維断熱材からなるヒートシールド108は、シリコン蒸気を含む雰囲気では珪化されて表面が脆くなってしまう。もちろん炭素繊維断熱材からなるヒートシールド108の表面をコーティングなどして珪化を抑制する方法はあるが、長時間の使用に耐えられるものではない。そこで少なくともヒートシールド108のヒーター106側、すなわち高温でシリコン蒸気を含む雰囲気側に、炭素材や炭素繊維複合材からなるインナーシールド107を備える構造を用いることが多い。炭素材や炭素繊維複合材からなるインナーシールド107は炭素繊維断熱材に比較すると緻密な構造を有しており、珪化耐性が優れているので長時間の使用が可能である。   However, the heat shield 108 made of a carbon fiber heat insulating material is silicified in an atmosphere containing silicon vapor, and the surface becomes brittle. Of course, there is a method for suppressing silicification by coating the surface of the heat shield 108 made of carbon fiber heat insulating material, but it cannot withstand long-time use. Therefore, a structure including an inner shield 107 made of a carbon material or a carbon fiber composite material is often used at least on the heater 106 side of the heat shield 108, that is, on the atmosphere side containing silicon vapor at a high temperature. The inner shield 107 made of a carbon material or a carbon fiber composite material has a dense structure as compared with a carbon fiber heat insulating material, and has excellent silicidation resistance, so that it can be used for a long time.

このインナーシールド107は特許文献1や特許文献2に概略図が示されているが、図2に示した様に、湯漏れ受皿110上に配置された支持部材113等によって支えられている。これと同じ構造ではない場合でも、基本的には何らかの構造物(支持部材)を介して、メインチャンバー102等と接触している構造を有している。これらインナーシールド107及び支持部材113は一般的に炭素材や炭素繊維複合材から成っており、先に述べた様に緻密である。このため、インナーシールド107の熱伝導率は断熱材(ヒートシールド108、上部断熱材109、底部断熱材111、内側壁断熱材112等)に比べて2〜3桁高く、インナーシールド107はヒーター106から熱を受け取り、支持部材113を通してメインチャンバー102等へ熱を放出してしまうため、省電力・省エネルギーという面において問題がある構造であった。また、支持部材113という複雑な構造を用意する必要があり、部品点数が多くなるという問題もあった。   The inner shield 107 is schematically shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, but as shown in FIG. 2, it is supported by a support member 113 and the like disposed on the hot water receiving tray 110. Even if it is not the same structure as this, it basically has a structure in contact with the main chamber 102 or the like via some structure (support member). The inner shield 107 and the support member 113 are generally made of a carbon material or a carbon fiber composite material, and are dense as described above. For this reason, the thermal conductivity of the inner shield 107 is two to three orders of magnitude higher than that of the heat insulating material (the heat shield 108, the upper heat insulating material 109, the bottom heat insulating material 111, the inner side wall heat insulating material 112, etc.). Since heat is received from the heat source and is released to the main chamber 102 through the support member 113, the structure has a problem in terms of power saving and energy saving. Further, it is necessary to prepare a complicated structure called the support member 113, and there is a problem that the number of parts increases.

そこで、特許文献3ではインナーシールドと支持部材との間を棒状の部材で支える技術が開示されている。これにより熱の経路を遮断し、熱ロスの低減を図っている。これは省電力・省エネルギーという観点から効果的な方法である。しかし、棒状部材にはインナーシールドを固定する部分に剪断する方向の応力が掛かかる。これにより、この部分でインナーシールドの全重量を支えることとなるため、応力が集中して固定部が壊れやすいという問題がある。また従来法と同様に、インナーシールドを支えるため炭素材からなる支持部材が必要となる構造のため、複雑で部品点数も多くなるという問題があった。   Therefore, Patent Document 3 discloses a technique for supporting the space between the inner shield and the support member with a rod-shaped member. This cuts off the heat path and reduces heat loss. This is an effective method from the viewpoint of power saving and energy saving. However, a stress in a shearing direction is applied to the portion where the inner shield is fixed to the rod-shaped member. As a result, the entire weight of the inner shield is supported by this portion, and there is a problem that stress is concentrated and the fixing portion is easily broken. In addition, as in the conventional method, there is a problem that a support member made of a carbon material is required to support the inner shield, which is complicated and increases the number of parts.

省電力・省エネルギーという目的とは異なるが特許文献4では、メインチャンバーに突起を形成しそれでヒートシールドを支持し、更にそのヒートシールドでインナーシールドを保持する方法が開示されている。この構造を用いてインナーシールドを保持すれば、熱ロスの低減を図ることが可能である。しかしこの構造はメインチャンバーの改造を要するなど簡便でない。またこの構造ではルツボより高い位置でインナーシールドをヒートシールドにより支える構造となっている。インナーシールドは比重が重く、ヒートシールドは低密度の炭素繊維材であるため、重量負荷により断熱材(ヒートシールド)が変形、破損し、炭素繊維材のゴミが発生する可能性が高い。ルツボより高い位置で発生したゴミは、ルツボ内に落下する可能性が高く、ゴミがあると育成中の結晶が有転位化してしまい単結晶化が難しくなるという問題点がある。   Although different from the purposes of power saving and energy saving, Patent Document 4 discloses a method in which a protrusion is formed in a main chamber to support a heat shield, and the inner shield is held by the heat shield. If the inner shield is held using this structure, it is possible to reduce heat loss. However, this structure is not simple because it requires modification of the main chamber. In this structure, the inner shield is supported by the heat shield at a position higher than the crucible. Since the inner shield has a high specific gravity and the heat shield is a low density carbon fiber material, there is a high possibility that the heat insulating material (heat shield) will be deformed or damaged by weight load, and the carbon fiber material will be generated. The dust generated at a position higher than the crucible is highly likely to fall into the crucible, and if there is dust, there is a problem that the crystal being grown is dislocated and it is difficult to make a single crystal.

特開2002−293691号公報JP 2002-293691 A 特開2002−321997号公報JP 2002-321997 A 特開2011−116600号公報JP 2011-116600 A 特開平10−279381号公報JP-A-10-279381

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、インナーシールドを保持しながら熱ロスを低減して省電力化を図ることができる単結晶育成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a single crystal growth apparatus that can reduce power loss while holding an inner shield to save power.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、原料融液を収容するルツボと、該ルツボを取り囲むように配置されたヒーターと、該ヒーターを取り囲むように配置されたシールドとを格納するメインチャンバーを有するチョクラルスキー法による単結晶育成装置であって、
前記シールドは、炭素繊維断熱材からなるヒートシールドと、少なくとも該ヒートシールドの前記ヒーター側に炭素材又は炭素繊維複合材からなるインナーシールドとを有するものであり、
前記インナーシールドは、下端部で炭素繊維断熱材からなる支持部材によって直接支えられたものであることを特徴とする単結晶育成装置を提供する。
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and includes a crucible for containing a raw material melt, a heater disposed so as to surround the crucible, and a shield disposed so as to surround the heater. A Czochralski method for growing a single crystal having a main chamber for storing
The shield has a heat shield made of a carbon fiber heat insulating material, and an inner shield made of a carbon material or a carbon fiber composite material at least on the heater side of the heat shield,
The inner shield is directly supported by a support member made of a carbon fiber heat insulating material at a lower end portion, and provides a single crystal growing apparatus characterized by the above.

このような支持部材であれば、インナーシールドを保持しながら熱ロスを低減して省電力化を図ることができる単結晶育成装置となる。特に、インナーシールドを下端部で直接支えることにより、壊れにくく、また単純な構造で部品点数も少ないものとなる。   With such a support member, the single crystal growth apparatus can reduce power loss while holding the inner shield and can save power. In particular, by directly supporting the inner shield at the lower end, it is difficult to break, and has a simple structure and a small number of parts.

また、前記インナーシールドの下端部は、ルツボの下端部より低い位置にあることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the lower end part of the said inner shield exists in a position lower than the lower end part of a crucible.

これにより、重量負荷により支持部材が変形、破損し、炭素繊維断熱材のゴミが発生した場合であっても、ルツボにゴミが入ることに由来する単結晶の有転位化を防止することができる。   Thereby, even when the support member is deformed and damaged by weight load, and the dust of the carbon fiber heat insulating material is generated, it is possible to prevent the dislocation of the single crystal resulting from the dust entering the crucible. .

また、前記支持部材は、嵩密度0.1g/cm以上1.0g/cm以下の炭素繊維断熱材からなるものであることが好ましい。 The support member is preferably made of a carbon fiber heat insulating material having a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more and 1.0 g / cm 3 or less.

このような嵩密度であれば断熱特性と強度が確保された支持部材となる。   If it is such a bulk density, it will become a support member with which the heat insulation characteristic and intensity | strength were ensured.

前記支持部材は、嵩密度0.1g/cm以上0.2g/cm未満の低嵩密度断熱材層の上に嵩密度0.2g/cm以上1.0g/cm以下の高嵩密度断熱材層を有するものであって、該高嵩密度断熱材層がインナーシールドの下端部と接することにより、インナーシールドを直接支えるものであることが好ましい。 Wherein the support member, a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more 0.2 g / bulk density on the cm 3 less than the low bulk density insulation material layer 0.2 g / cm 3 or more 1.0 g / cm 3 or less of high bulk It is preferable to have a density heat insulating material layer and to directly support the inner shield by the high bulk density heat insulating material layer being in contact with the lower end portion of the inner shield.

断熱材は、嵩密度が低いと断熱特性は良くなるが強度が弱くなり、嵩密度が高いと断熱特性が悪くなり強度は強くなる傾向にある。そのため、このような支持部材であればインナーシールドと接する層は強度を確保することができ、インナーシールドと接しない層は断熱特性を確保することができる。   When the bulk density is low, the heat insulating properties are improved but the strength is weakened. When the bulk density is high, the heat insulating properties are deteriorated and the strength tends to be strong. Therefore, with such a support member, the layer in contact with the inner shield can ensure strength, and the layer not in contact with the inner shield can ensure heat insulation properties.

さらに、前記シールドは、底部に突起部を有するインナーシールドと、該インナーシールドの突起部により保持されたヒートシールドとを有するものであることが好ましい。   Furthermore, the shield preferably includes an inner shield having a protrusion on the bottom and a heat shield held by the protrusion of the inner shield.

このような構造にすれば、ヒートシールドとインナーシールドとを一体物として取り扱うことが可能となり、部品の取り付けや取り外しの際にも作業性が向上する。   With such a structure, it becomes possible to handle the heat shield and the inner shield as an integrated object, and workability is improved even when components are attached or detached.

以上説明したように、本発明の単結晶育成装置であれば、インナーシールドを保持しながら熱ロスを低減して省電力化を図ることができるものとなる。また、上記のような支持部材はインナーシールドを支えても壊れにくく、また単純な構造で部品点数も少なくてすむものとなる。また、高嵩密度断熱材層と低嵩密度断熱材層からなる支持部材を用いることで、強度と断熱特性を確保することができるものとなる。さらに、ヒートシールドとインナーシールドとを一体物として取り扱うことで、取り付けや取り外しの際の作業性も向上させることができるものとなる。   As described above, with the single crystal growth apparatus of the present invention, heat loss can be achieved by reducing heat loss while holding the inner shield. Further, the support member as described above is not easily broken even if the inner shield is supported, and the number of parts can be reduced with a simple structure. Moreover, intensity | strength and a heat insulation characteristic can be ensured by using the supporting member which consists of a high bulk density heat insulating material layer and a low bulk density heat insulating material layer. Furthermore, by handling the heat shield and the inner shield as an integrated object, workability at the time of attachment and removal can be improved.

本発明の単結晶育成装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the single crystal growth apparatus of this invention. 従来の単結晶育成装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional single crystal growth apparatus.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

本発明者らはインナーシールドを保持しながら熱ロスを低減して省電力化を図ることができる単結晶育成装置について鋭意検討を重ねた結果、インナーシールドを炭素繊維断熱材からなる支持部材によって支えることで熱ロスを低減して省電力化を図ることができることを見出し、また、このような支持部材であれば応力集中により壊れること等を回避できることを見出して、本発明を完成させた。以下、図を参照して本発明をより詳細に説明する。   As a result of intensive studies on a single crystal growth apparatus that can reduce heat loss and save power while holding the inner shield, the inventors support the inner shield with a support member made of a carbon fiber heat insulating material. Thus, the present inventors have found that heat loss can be reduced and power saving can be achieved, and that such a support member can be prevented from being broken due to stress concentration, thereby completing the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図1は本発明の単結晶育成装置の一例を示す図である。図1に示すように、本発明のCZ法単結晶育成装置1の基本的な構造は、メインチャンバー2内に原料融液3を収容するルツボ4と、そのルツボ4を取り囲むように配置された原料融液3を加熱するためのヒーター6と、そのヒーター6を取り囲むように配置された熱ロスを低減するためのシールド16とを格納するものである。更に、この単結晶育成装置1は、シールド16を構成するヒートシールド8及びインナーシールド7の上部に配された上部断熱材9、メインチャンバー2の底部に配置された湯漏れ受皿10、湯漏れ受皿10の底部に配置された底部断熱材11、湯漏れ受皿10に配置された内側壁断熱材(後述のように、支持部材と兼用することも可能)等を有していてもよい。このルツボ4中の原料融液3に種結晶を浸漬した後、原料融液3から棒状の単結晶5が引き上げられる。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a single crystal growth apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the basic structure of the CZ method single crystal growing apparatus 1 of the present invention is arranged so as to enclose a raw material melt 3 in a main chamber 2 and to surround the crucible 4. A heater 6 for heating the raw material melt 3 and a shield 16 for reducing heat loss arranged so as to surround the heater 6 are stored. Further, this single crystal growing apparatus 1 includes a heat shield 8 constituting the shield 16 and an upper heat insulating material 9 disposed on the upper part of the inner shield 7, a hot water leaking tray 10 disposed at the bottom of the main chamber 2, and a hot water leaking tray. 10 may have a bottom heat insulating material 11 arranged at the bottom of the inner wall 10, an inner wall heat insulating material arranged at the hot water leak receiving tray 10 (which can also be used as a support member as described later), and the like. After the seed crystal is immersed in the raw material melt 3 in the crucible 4, the rod-shaped single crystal 5 is pulled up from the raw material melt 3.

本発明におけるシールド16は、熱ロスを抑制する炭素繊維断熱材からなるヒートシールド8と、少なくとも該ヒートシールド8のヒーター6側に断熱材の劣化を抑制するための炭素材又は炭素繊維複合材からなるインナーシールド7とを有するものである。   The shield 16 in the present invention includes a heat shield 8 made of a carbon fiber heat insulating material that suppresses heat loss, and a carbon material or a carbon fiber composite material for suppressing deterioration of the heat insulating material at least on the heater 6 side of the heat shield 8. And an inner shield 7.

このインナーシールド7は、下端部で炭素繊維断熱材からなる支持部材によって直接支えられたものである。インナーシールド7はヒーター6の周囲に配されており、ヒーター6の近傍がインナーシールド7内で最も高温部分となる。この高温部分が断熱材以外の高熱伝導部材と接触すると、熱ロスが大きくなってしまう。そこでインナーシールド7を熱伝導率の低い炭素繊維断熱材からなる支持部材14によって支えることが熱ロスの低減に非常に効果的である。また、本発明の炭素繊維断熱材からなる支持部材は湯漏れ受皿10に配置された内側壁断熱材としての機能を兼ねることができる(図1の左側参照)。   The inner shield 7 is directly supported by a support member made of a carbon fiber heat insulating material at the lower end. The inner shield 7 is disposed around the heater 6, and the vicinity of the heater 6 is the hottest portion in the inner shield 7. When this high temperature part comes into contact with a highly heat conductive member other than the heat insulating material, heat loss increases. Therefore, supporting the inner shield 7 with a support member 14 made of a carbon fiber heat insulating material having low thermal conductivity is very effective in reducing heat loss. Moreover, the support member which consists of a carbon fiber heat insulating material of this invention can serve as the function as an inner wall heat insulating material arrange | positioned at the hot water leak tray 10 (refer the left side of FIG. 1).

このように、本発明ではインナーシールド7の下端部が、支持部材14の上端部で広い面積を使って均等に支持することができるので、特定部分に加重が集中することなく単位面積あたりの応力を低減できるので支持部材が炭素繊維断熱材からなるものであってもその変形や破損を最小限に抑制することができる。   As described above, in the present invention, the lower end portion of the inner shield 7 can be uniformly supported using a large area at the upper end portion of the support member 14, so that the stress per unit area is not concentrated on a specific portion. Therefore, even if the support member is made of a carbon fiber heat insulating material, deformation and breakage can be minimized.

この場合、インナーシールド7の下端部はルツボ4の下端部より低い位置にあることが好ましい。炭素繊維断熱材はインナーシールド7の材質である炭素材や炭素繊維複合材に比較して強度が弱いので、炭素繊維断熱材からなる支持部材14でインナーシールド7を支えると重量負荷により支持部材14の上部が経時的に変形、破損し、炭素繊維断熱材のゴミが発生する可能性がある。このゴミがルツボ4内に入ると単結晶5の育成が阻害され、有転位化して製品が得られなくなってしまうので、ルツボ4より下でインナーシールド7を支えることで、ルツボ4内にゴミが入ることを防止できる。   In this case, the lower end portion of the inner shield 7 is preferably at a position lower than the lower end portion of the crucible 4. Since the carbon fiber heat insulating material is weaker than the carbon material or carbon fiber composite material that is the material of the inner shield 7, if the inner shield 7 is supported by the support member 14 made of the carbon fiber heat insulating material, the support member 14 is caused by a heavy load. There is a possibility that the upper part of the glass will be deformed and broken over time, and the carbon fiber heat insulating material will be generated. If this dust enters the crucible 4, the growth of the single crystal 5 is hindered, and dislocations occur, making it impossible to obtain a product. Therefore, by supporting the inner shield 7 below the crucible 4, the dust is contained in the crucible 4. Can be prevented from entering.

なお、支持部材14に用いられる炭素繊維断熱材としては、表面がコーティングされている炭素繊維断熱材を用いることができる。表面コートされた炭素繊維断熱材からなる支持部材14はインナーシールド7の重量負荷により変形、破損しにくいものとなる。   In addition, as a carbon fiber heat insulating material used for the supporting member 14, the carbon fiber heat insulating material by which the surface is coated can be used. The support member 14 made of a surface-coated carbon fiber heat insulating material is not easily deformed or damaged by the weight load of the inner shield 7.

また、支持部材14は、嵩密度0.1g/cm以上1.0g/cm以下の炭素繊維断熱材からなるものであることが好ましい。このような嵩密度であれば断熱特性と強度が確保された支持部材となる。 Moreover, it is preferable that the supporting member 14 consists of a carbon fiber heat insulating material with a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more and 1.0 g / cm 3 or less. If it is such a bulk density, it will become a support member with which the heat insulation characteristic and intensity | strength were ensured.

さらに、炭素繊維断熱材は、嵩密度が低いと断熱特性は良くなるが強度が弱くなり、嵩密度が高いと断熱特性が悪くなり強度は強くなる特性を有する。そのため、支持部材14は、嵩密度の異なる複数種類の材質からなる複数層構造を有し、インナーシールドと接して支える部分に高嵩密度断熱材を用い、その下の層に低嵩密度の炭素繊維断熱材を用いることで、一層変形、破壊に強く、且つ断熱特性も確保することが可能となる。   Further, the carbon fiber heat insulating material has a characteristic that if the bulk density is low, the heat insulating property is improved but the strength is weak, and if the bulk density is high, the heat insulating property is deteriorated and the strength is increased. Therefore, the support member 14 has a multi-layer structure made of a plurality of types of materials having different bulk densities, uses a high bulk density heat insulating material for the portion that supports the inner shield in contact with it, and uses a low bulk density carbon for the layer below it. By using a fiber heat insulating material, it becomes more resistant to deformation and breakage, and it is possible to ensure heat insulating properties.

このような支持部材14としては、例えば、嵩密度0.1g/cm以上0.2g/cm未満の低嵩密度断熱材層14’’の上に嵩密度0.2g/cm以上1.0g/cm以下の高嵩密度断熱材層14’を有するものであって、該高嵩密度断熱材層14’がインナーシールド7の下端部と接することにより、インナーシールド7を直接支えるものが好ましい(図1の右側参照)。このような支持部材は、インナーシールドと接する層14’は変形、破壊に強く、強度を確保することができ、インナーシールドと接しない層14’’は断熱特性を確保することができるものとなる。また、インナーシールド7と接する層に前述のような表面コートされた炭素繊維断熱材を用いることも可能である。 As such a support member 14, for example, a bulk density of 0.2 g / cm 3 or more on the bulk density of 0.1 g / cm 3 or more 0.2 g / cm 3 less than the low bulk density heat insulating material layer 14 '' 1 Having a high bulk density heat insulating material layer 14 ′ of 0.0 g / cm 3 or less, wherein the high bulk density heat insulating material layer 14 ′ is in direct contact with the lower end of the inner shield 7 to directly support the inner shield 7. Is preferable (see the right side of FIG. 1). In such a support member, the layer 14 ′ in contact with the inner shield is resistant to deformation and breakage and can secure strength, and the layer 14 ″ not in contact with the inner shield can secure heat insulation properties. . It is also possible to use a carbon fiber heat insulating material whose surface is coated as described above on the layer in contact with the inner shield 7.

また、図1の右側に示したように、例えばインナーシールド7の底部にツバ状の突起部15を設け、ヒートシールド8側にこの突起を受ける構造を形成することによって、ヒートシールド8をインナーシールド7で保持することが可能である。このような構造にすれば、ヒートシールド8とインナーシールド7とを一体物として取り扱うことが可能となり、部品の取り付けや取り外しの際にも作業性が向上する。   Further, as shown on the right side of FIG. 1, for example, a flange-like protrusion 15 is provided on the bottom of the inner shield 7 and a structure for receiving the protrusion is formed on the heat shield 8 side, whereby the heat shield 8 is connected to the inner shield. 7 can be held. With such a structure, the heat shield 8 and the inner shield 7 can be handled as an integrated object, and workability is improved when components are attached or detached.

以下、本発明の実施例および比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although the Example and comparative example of this invention are given and demonstrated further in detail, this invention is not limited to the following Example.

〔実施例1〕
炭素材からなるインナーシールドを、図1左側に示したように嵩密度0.13−0.16g/cmの炭素繊維断熱材からなる支持部材14(内側壁断熱材と兼用)で直接支える構造とした単結晶育成装置を準備した。このとき、インナーシールドの厚さは10mmとし、インナーシールドを支える炭素繊維断熱部材の肉厚を140mmとした。
[Example 1]
A structure in which an inner shield made of carbon material is directly supported by a support member 14 (also used as an inner wall heat insulating material) made of carbon fiber heat insulating material having a bulk density of 0.13-0.16 g / cm 3 as shown on the left side of FIG. A single crystal growth apparatus was prepared. At this time, the thickness of the inner shield was 10 mm, and the thickness of the carbon fiber heat insulating member supporting the inner shield was 140 mm.

この単結晶育成装置内のホットゾーン(HZ)に直径81cm(32インチ)のルツボに原料融液を収容し、磁場印加チョクラルスキー法(MCZ法)により直径30cm(12インチ)のシリコン単結晶を育成した。より詳細には、ルツボ中の原料融液に種結晶を浸漬した後、溶融液から棒状の単結晶を引き上げながら、結晶成長軸方向に昇降可能なルツボを結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うように上昇させ、融液表面の高さを一定に保ちながら行った。   The raw material melt is accommodated in a crucible having a diameter of 81 cm (32 inches) in a hot zone (HZ) in this single crystal growth apparatus, and a silicon single crystal having a diameter of 30 cm (12 inches) is obtained by a magnetic field application Czochralski method (MCZ method). Nurtured. More specifically, after the seed crystal is immersed in the raw material melt in the crucible, the crucible that can be moved up and down in the direction of the crystal growth axis is crystallized during crystal growth while pulling up the rod-shaped single crystal from the melt. The temperature was raised so as to compensate for the lowering of the liquid level, and the height of the melt surface was kept constant.

この単結晶育成装置を用いて問題なく結晶を育成することができた。この単結晶育成装置はインナーシールドを支える支持部材からの熱ロスを抑制することができ、下記比較例と比較して約10%の省電力を達成することができた。   Using this single crystal growing apparatus, it was possible to grow crystals without problems. This single crystal growing apparatus can suppress heat loss from the support member that supports the inner shield, and can achieve power saving of about 10% as compared with the following comparative example.

〔実施例2〕
炭素材からなるインナーシールドを、図1右側に示したように嵩密度0.13−0.16g/cmの低嵩密度断熱材層14’’の上に嵩密度約1.0g/cmの高嵩密度断熱材層14’を有する炭素繊維断熱材からなる支持部材で直接支える構造とした単結晶育成装置を準備した。このとき、インナーシールドの厚さは10mmとし、高嵩密度断熱材層の高さを50mmとし、インナーシールドを支える炭素繊維断熱部材の肉厚を140mmとした。
[Example 2]
The inner shield made of carbon material, bulk density of about 1.0 g / cm 3 on the low bulk density heat insulating material layer 14 '' of FIG bulk density as shown in the right 0.13-0.16g / cm 3 A single crystal growth apparatus having a structure directly supported by a support member made of a carbon fiber heat insulating material having a high bulk density heat insulating material layer 14 'was prepared. At this time, the thickness of the inner shield was 10 mm, the height of the high bulk density heat insulating material layer was 50 mm, and the thickness of the carbon fiber heat insulating member supporting the inner shield was 140 mm.

この単結晶育成装置内のホットゾーン(HZ)に直径81cm(32インチ)のルツボを装備して、実施例1と同様に磁場印加チョクラルスキー法(MCZ法)により直径30cm(12インチ)のシリコン単結晶を育成した。   A hot zone (HZ) in this single crystal growing apparatus is equipped with a crucible having a diameter of 81 cm (32 inches), and a magnetic field application Czochralski method (MCZ method) is used to produce a 30 cm diameter (12 inches). A silicon single crystal was grown.

この単結晶育成装置を用いた場合にも問題なく結晶を育成することができた。この単結晶育成装置はインナーシールドを支える支持部材からの熱ロスを抑制することができ、下記比較例と比較して約8%の省電力を達成することができた。   Even when this single crystal growing apparatus was used, crystals could be grown without any problem. This single crystal growing apparatus can suppress heat loss from the support member that supports the inner shield, and can achieve power saving of about 8% as compared with the following comparative example.

〔比較例〕
図2に示したように支持部材で炭素材からなるインナーシールドを下から支える単結晶育成装置を準備した。このとき、インナーシールドは、図2に示したようにメインチャンバー底部に設置された炭素材で形成された湯漏れ受皿の上に、炭素材で形成された延長筒形状の支持部を載せ、その上に炭素繊維複合材で形成されたドーナツ形状の円盤によって保持する構造とした。また、このときインナーシールドの厚さは10mm、支持部材の厚さは15mmとした。なお、支持部材における炭素材は等方性黒鉛材であり嵩密度は約1.8g/cmである。
[Comparative Example]
As shown in FIG. 2, a single crystal growth apparatus for supporting an inner shield made of a carbon material from below with a support member was prepared. At this time, as shown in FIG. 2, the inner shield is placed on a hot water leak receiving tray made of carbon material installed at the bottom of the main chamber, and an extended cylindrical support portion made of carbon material is placed on the inner shield. It was made the structure hold | maintained by the donut-shaped disk formed with the carbon fiber composite material on the top. At this time, the thickness of the inner shield was 10 mm, and the thickness of the support member was 15 mm. The carbon material in the support member is an isotropic graphite material, and the bulk density is about 1.8 g / cm 3 .

この単結晶育成装置内のホットゾーン(HZ)に直径81cm(32インチ)のルツボを装備して、実施例1と同様に磁場印加チョクラルスキー法(MCZ法)により直径30cm(12インチ)のシリコン単結晶を育成した。   A hot zone (HZ) in this single crystal growing apparatus is equipped with a crucible having a diameter of 81 cm (32 inches), and a magnetic field application Czochralski method (MCZ method) is used to produce a 30 cm diameter (12 inches). A silicon single crystal was grown.

この単結晶育成装置を用いた場合にも問題なく結晶を育成することができた。しかし、インナーシールドからの熱ロスが大きく省電力を達成することができなかった。   Even when this single crystal growing apparatus was used, crystals could be grown without any problem. However, the heat loss from the inner shield was so great that power saving could not be achieved.

ここではシリコン単結晶育成を例に説明を行ったが、本発明はシリコン単結晶の製造に用いられる単結晶育成装置に限られるものではなく、化合物半導体や酸化物単結晶などのCZ法を用いた単結晶育成装置に適用可能である。   Here, silicon single crystal growth has been described as an example, but the present invention is not limited to a single crystal growth apparatus used for manufacturing a silicon single crystal, and uses a CZ method such as a compound semiconductor or an oxide single crystal. The present invention can be applied to a single crystal growing apparatus.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1…単結晶育成装置、 2…メインチャンバー、 3…原料融液、 4…ルツボ、 5…単結晶、 6…ヒーター、 7…インナーシールド、 8…ヒートシールド、 9…上部断熱材、 10…湯漏れ受皿、 11…底部断熱材、 14…支持部材、 14’…高嵩密度断熱材層、 14’’…低嵩密度断熱材層、 15…突起部、 16…シールド、 101…単結晶育成装置、 102…メインチャンバー、 103…原料融液、 104…ルツボ、 105…単結晶、 106…ヒーター、 107…インナーシールド、 108…ヒートシールド、 109…上部断熱材、 110…湯漏れ受皿、 111…底部断熱材、 112…内側壁断熱材、 113…支持部材、 116…シールド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal growth apparatus, 2 ... Main chamber, 3 ... Raw material melt, 4 ... Crucible, 5 ... Single crystal, 6 ... Heater, 7 ... Inner shield, 8 ... Heat shield, 9 ... Upper heat insulating material, 10 ... Hot water Leak tray, 11 ... bottom heat insulating material, 14 ... support member, 14 '... high bulk density heat insulating material layer, 14 "... low bulk density heat insulating material layer, 15 ... projection, 16 ... shield, 101 ... single crystal growing apparatus , 102 ... main chamber, 103 ... raw material melt, 104 ... crucible, 105 ... single crystal, 106 ... heater, 107 ... inner shield, 108 ... heat shield, 109 ... top heat insulating material, 110 ... hot water leak tray, 111 ... bottom Insulation material, 112 ... Insulation material on inner wall, 113 ... Support member, 116 ... Shield

Claims (5)

原料融液を収容するルツボと、該ルツボを取り囲むように配置されたヒーターと、該ヒーターを取り囲むように配置されたシールドとを格納するメインチャンバーを有するチョクラルスキー法による単結晶育成装置であって、
前記シールドは、炭素繊維断熱材からなるヒートシールドと、少なくとも該ヒートシールドの前記ヒーター側に炭素材又は炭素繊維複合材からなるインナーシールドとを有するものであり、
前記インナーシールドは、下端部で炭素繊維断熱材からなる支持部材によって直接支えられたものであることを特徴とする単結晶育成装置。
A Czochralski method single crystal growth apparatus having a main chamber for storing a crucible containing a raw material melt, a heater arranged so as to surround the crucible, and a shield arranged so as to surround the heater. And
The shield has a heat shield made of a carbon fiber heat insulating material, and an inner shield made of a carbon material or a carbon fiber composite material at least on the heater side of the heat shield,
The inner shield is directly supported by a support member made of a carbon fiber heat insulating material at a lower end portion, and the single crystal growing apparatus according to claim 1.
前記インナーシールドの下端部は、前記ルツボの下端部より低い位置にあることを特徴とする請求項1に記載の単結晶育成装置。   The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein a lower end portion of the inner shield is at a position lower than a lower end portion of the crucible. 前記支持部材は、嵩密度0.1g/cm以上1.0g/cm以下の炭素繊維断熱材からなるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the support member is made of a carbon fiber heat insulating material having a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more and 1.0 g / cm 3 or less. . 前記支持部材は、嵩密度0.1g/cm以上0.2g/cm未満の低嵩密度断熱材層の上に嵩密度0.2g/cm以上1.0g/cm以下の高嵩密度断熱材層を有するものであって、該高嵩密度断熱材層が前記インナーシールドの下端部と接することにより、前記インナーシールドを直接支えるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の単結晶育成装置。 Wherein the support member, a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more 0.2 g / bulk density on the cm 3 less than the low bulk density insulation material layer 0.2 g / cm 3 or more 1.0 g / cm 3 or less of high bulk The heat insulating material layer according to claim 1, wherein the high bulk density heat insulating material layer directly supports the inner shield by being in contact with a lower end portion of the inner shield. 4. The single crystal growth apparatus according to any one of 3 above. 前記シールドは、底部に突起部を有する前記インナーシールドと、該インナーシールドの突起部により保持された前記ヒートシールドとを有するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の単結晶育成装置。
The said shield has the said inner shield which has a projection part in a bottom part, and the said heat shield hold | maintained by the projection part of this inner shield, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The single crystal growing apparatus according to item.
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