JP5488544B2 - Single crystal growth equipment - Google Patents
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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.
半導体シリコン単結晶棒の製造に用いられる従来のチョクラルスキー法による単結晶育成装置の一例を図3により説明する。図3に示すように、単結晶育成装置101は、メインチャンバー102と、メインチャンバー102中に設けられたルツボ103と、ルツボ103の周囲に配置されたヒーター106と、ルツボ103を回転させるルツボ保持軸110及びその回転機構(不図示)と、シリコンの種結晶113を保持するシードチャック114と、シードチャック114を引上げるワイヤ115と、ワイヤ115を回転または巻き取る巻き取り機構(不図示)を備えて構成されている。ルツボ103は、その内側の原料融液105を収容する側には石英ルツボ103aが設けられ、その外側には黒鉛ルツボ103bが設けられている。また、ヒーター106の外側周囲にはヒーター断熱材107が設置され、ルツボ103の下方には断熱板104が配置されている。
An example of a conventional single crystal growth apparatus using the Czochralski method used for manufacturing a semiconductor silicon single crystal rod will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the single
また、この単結晶育成装置101は、メインチャンバー102の底部に配置されルツボ103から漏れてきた融液を収容する湯漏れ受皿108を具備し、湯漏れ受皿108はその内壁に沿って配置された受皿内壁断熱材109を有する。
The single
次に、上記の単結晶育成装置101による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ103内でシリコンの高純度多結晶原料をヒーター106により融点(約1420°C)以上に加熱して融解する。そして、ワイヤ115を巻き出すことにより融液105の表面の略中心部に種結晶113の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸110を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ115を回転させながら巻き取り、種結晶113を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒112を得ることができる。
Next, a single crystal growth method using the single
上記した単結晶育成装置における石英ルツボおよび黒鉛ルツボは、共に高い耐熱性を有しているが、やや脆く、耐衝撃性に乏しいという欠点がある。そこで、単結晶引上げに際し、多結晶原料をルツボに投入すると、その衝撃によってルツボに亀裂が入ることがあり、そこから溶融液(湯)が漏れる恐れがある。また、多結晶原料投入時にルツボ内の湯がルツボの周囲に飛散することもある。さらに使用により徐々にルツボが劣化したり、地震等により引上げ中の単結晶が落下した場合には、ルツボが破壊されて湯のほぼ全量が流出したりしてしまうこともある。 Both the quartz crucible and the graphite crucible in the above-described single crystal growth apparatus have high heat resistance, but have a drawback of being somewhat brittle and poor in impact resistance. Therefore, when the single crystal is pulled, if the polycrystalline raw material is put into the crucible, the crucible may be cracked by the impact, and the molten liquid (hot water) may leak from there. In addition, hot water in the crucible may be scattered around the crucible when the polycrystalline raw material is charged. Further, when the crucible gradually deteriorates due to use, or when the single crystal being pulled is dropped due to an earthquake or the like, the crucible may be destroyed and almost all of the hot water may flow out.
このように、高温の湯がルツボ外へ流出、飛散すると、ルツボの周りからメインチャンバーの底部に至り、メインチャンバー底部やヒーター用端子部あるいはルツボ保持軸等の金属部やルツボ駆動装置、下部冷却水配管等を侵食することになる。特に高温のシリコンは反応性が高く金属に対する侵食作用が強いため、安全対策が必要とされる。 In this way, when hot water flows out and scatters outside the crucible, it reaches the bottom of the main chamber from around the crucible, metal parts such as the bottom of the main chamber, the terminal for heater or the crucible holding shaft, the crucible driving device, and the lower cooling It will erode water pipes. In particular, high-temperature silicon is highly reactive and has a strong erosion effect on metals, so safety measures are required.
これに備えて特許文献1などでは等方性黒鉛材による湯漏れ受皿を設けている。湯漏れ受皿の内部には、漏れてきた融液を全量確保するための空間を設ける必要があるので、熱が漏れやすいという問題がある。
In preparation for this,
そこで特許文献2では湯漏れ受皿内に炭素繊維成型材(断熱材)を貼り付けて熱ロスの低減を図りながら、湯漏れ容量の確保を行っている。しかし近年の大直径化に伴い湯量が多くなり、湯漏れ受皿容量も大きくなったので、この空間からの熱ロスが無視できず、省電力の観点からは問題があるといえる。
Therefore,
この熱ロスを低減するには、湯漏れ受内に断熱材(CZ法などで用いられるのは低密度の炭素繊維材など)を置く事が有効である。実際に熱ロス低減が主目的ではないが特許文献3、特許文献4、特許文献5等で融液を吸収可能な浸透性カーボンや炭素繊維材等を充填する方法が開示されている。
In order to reduce this heat loss, it is effective to place a heat insulating material (such as a low-density carbon fiber material used in the CZ method or the like) in the hot water leak receiver. Actually, although reduction of heat loss is not the main purpose,
しかし、開示されたこれらの方法では断熱材等に融液全量を吸収させるため、充分な厚みが必要である。また熱ロス防止の観点からも断熱材は厚い方が好ましい。断熱材が厚い場合にはルツボ側に比べて湯漏れ受皿側の断熱材は低温になっている。このような低温部を有する断熱材においては、高温の融液が一挙に漏れれば断熱材下側の低温部まで融液が到達して、断熱材全体が融液を吸収できる可能性はある。しかしながら、多くの場合少量ずつある程度の時間をかけて湯が漏れていく。このような場合、厚い断熱材では、下に行くほど低温になっているので、融液が断熱材の繊維を伝って下に落ちていく途中で冷却され、断熱材の途中で固まってしまう。融液が固まった部分より下側の断熱材には融液が到達しなくなるため、湯漏れを吸収できない領域が発生することになる。 However, these disclosed methods require a sufficient thickness in order for the heat insulating material or the like to absorb the entire amount of the melt. From the viewpoint of preventing heat loss, it is preferable that the heat insulating material is thick. When the heat insulating material is thick, the temperature of the heat insulating material on the side of the hot water receiving tray is lower than that on the crucible side. In a heat insulating material having such a low temperature part, if a high temperature melt leaks all at once, the melt may reach the low temperature part below the heat insulating material, and the whole heat insulating material may absorb the melt. . However, in many cases, hot water leaks over a small amount of time. In such a case, in a thick heat insulating material, since it becomes low temperature so that it goes down, it will be cooled in the middle of a melt going down through the fiber of a heat insulating material, and will solidify in the middle of a heat insulating material. Since the melt does not reach the heat insulating material below the portion where the melt is solidified, a region where the molten metal cannot be absorbed is generated.
従って、特許文献3、特許文献4、特許文献5などに例示される厚い断熱材の全てを湯漏れ受容量として見込むことは非常に危険である。またこのように、漏れた融液が断熱材の途中で止まってしまっては、湯漏れの発見が遅れてしまう。また、例え湯漏れを全量湯漏れ受皿内に受け取れたとしても、湯漏れが発生したという事実を早期に発見し、その対処を早めに開始することが望ましい。
Therefore, it is very dangerous to expect all of the thick heat insulating materials exemplified in
このような観点から特許文献6では湯漏れセンサーを導入し湯漏れを発見する技術が開示されている。また更に特許文献7ではルツボ下に導入されている断熱板に誘導路を設けて湯漏れをセンサーに導き湯漏れをより早く検知する技術が開示されている。しかしこれらの技術においては、下部の断熱構造が充分とは言えず、省電力の観点からは問題があるといえる。
From this point of view,
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、メインチャンバーの底部に充分な断熱材を配して熱ロスを防止し、省エネ効果を得ることができ、かつ、漏れた融液は湯漏れ受皿内の下部に誘導し、断熱材の途中で固化することなく吸収させることができるため安全性も確保できるCZ法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 a sufficient heat insulating material can be provided at the bottom of the main chamber to prevent heat loss and to obtain an energy saving effect. An object of the present invention is to provide a CZ method single crystal growing apparatus capable of ensuring safety because it can be guided to the lower part in the leak tray and absorbed without solidifying in the middle of the heat insulating material.
本発明では、原料融液を収容するルツボと前記原料融液を加熱するヒーターとを格納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてきた融液を収容する炭素材からなる湯漏れ受皿とを具備するチョクラルスキー法によって単結晶インゴットを育成するための単結晶育成装置であって、
前記ルツボと前記湯漏れ受皿との間に設置され、前記ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導して前記湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する下部誘導部材を有し、
前記湯漏れ受皿は、前記湯漏れ受皿内の空間に充填された炭素繊維からなる受皿充填断熱材を有し、
該受皿充填断熱材の容積は、前記ルツボに収容された原料融液の最大容量以上であり、
前記受皿充填断熱材は、前記下部誘導部材で誘導された湯漏れ融液が落下する位置に、落下した前記湯漏れ融液を更に前記湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有する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。
In the present invention, the main chamber for storing the crucible for storing the raw material melt and the heater for heating the raw material melt, and the carbon material for storing the melt leaked from the crucible installed at the bottom of the main chamber. A single crystal growing apparatus for growing a single crystal ingot by the Czochralski method comprising a hot water leak receiving tray,
A lower guide member installed between the crucible and the hot water leak tray, having a guiding structure for guiding the hot water leaked melt leaked from the crucible and dropping it to the hot water leak tray,
The hot water leak tray has a tray filling heat insulating material made of carbon fiber filled in the space in the hot water leak tray,
The volume of the saucer filled heat insulating material is not less than the maximum capacity of the raw material melt accommodated in the crucible,
The tray filling heat insulating material has a guide path for guiding the dropped molten metal melt further guided to the lower part of the molten metal leak receiving tray at a position where the molten metal melt guided by the lower guiding member falls. There is provided a single crystal growing apparatus characterized by being.
これにより、湯漏れが発生した際には、下部誘導部材上に落下した融液は下部誘導部材の誘導構造に沿って流れ、所定の位置から湯漏れ受皿の受皿充填断熱材に落下し、受皿充填断熱材の誘導路を通り抜けて湯漏れ受皿の底に誘導することができるので、湯漏れ融液を液体として存在しうる温度のまま、最も温度の低い下端まで誘導することができる。そのため、メインチャンバーの底部に充分な受皿充填断熱材を配置して熱ロスを防止して省エネ効果を得ながらも、融液が断熱材の途中で固まってしまい、それより下の断熱材に融液が吸収されなくなるような事態を避けることが可能となる。これにより、湯漏れ容量を充分確保した安全な状態のまま、熱ロスを低減でき、省電力化をはかることができるCZ法単結晶育成装置となる。 Thus, when a hot water leak occurs, the melt that has fallen on the lower guide member flows along the guide structure of the lower guide member, falls from a predetermined position to the saucer filling heat insulating material of the hot water saucer, Since it can be guided to the bottom of the leaking metal tray through the induction path of the filled heat insulating material, it is possible to guide the molten metal to the lower end with the lowest temperature at a temperature that can exist as a liquid. For this reason, sufficient heat sinks are placed at the bottom of the main chamber to prevent heat loss and save energy, but the melt will solidify in the middle of the insulation and melt into the insulation below it. It is possible to avoid a situation where the liquid is not absorbed. Thereby, it becomes a CZ method single crystal growth apparatus which can reduce heat loss and can save power while maintaining a safe state in which a sufficient hot water leakage capacity is secured.
また、前記受皿充填断熱材の誘導路は、受皿充填断熱材を鉛直方向に貫通する貫通孔であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the guide path of the said saucer filling heat insulating material is a through-hole which penetrates a saucer filling heat insulating material to a perpendicular direction.
このような貫通孔は、融液が落下する部分に受皿充填断熱材を配さない最も簡便な誘導路であり、落下した湯漏れ融液はこの貫通孔を通じて最下端に到達することが可能となる。 Such a through-hole is the simplest guideway that does not place the saucer-filling heat insulating material in the part where the melt falls, and the molten metal leaked melt can reach the lowest end through this through-hole. Become.
さらに、前記受皿充填断熱材の貫通孔内に炭素材筒を有し、該炭素材筒は、炭素材筒内を通って湯漏れ受皿の下部に導かれた融液が炭素材筒の下端部で筒外に流出可能なように、受皿充填断熱材の貫通孔内に配置されたものであることが好ましい。 Furthermore, a carbon material cylinder is provided in the through hole of the saucer-filling heat insulating material, and the carbon material cylinder has a lower end portion of the carbon material cylinder in which the melt led to the lower part of the leaking saucer through the carbon material cylinder It is preferable that it is arrange | positioned in the through-hole of a saucer filling heat insulating material so that it can flow out out of a cylinder.
これにより、貫通孔の途中の受皿充填断熱材に湯漏れ融液が吸収されてしまい、下端に到達できない可能性を一層確実に回避して、湯漏れ融液を更に湯漏れ受皿の下部に導くことができ、導かれた融液が炭素材筒の下端部で筒外に流出できる。これにより、熱ロスを防止し、省エネ効果を得ながらも、より安全性が確保された単結晶育成装置となる。 As a result, it is possible to more reliably avoid the possibility that the molten metal melt is absorbed by the tray filling heat insulating material in the middle of the through hole and cannot reach the lower end, and the molten metal melt is further guided to the lower part of the molten metal tray. And the led melt can flow out of the cylinder at the lower end of the carbon cylinder. Thereby, it becomes a single crystal growth apparatus with which safety | security was ensured, preventing a heat loss and obtaining the energy-saving effect.
また、前記炭素材筒は、側面に複数の穴が開けられた直胴部を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said carbon material cylinder has a straight body part by which the several hole was opened in the side surface.
これにより、万が一湯漏れ融液が湯漏れ受皿に落下したと同時に固化する温度まで下がってしまい、受皿充填断熱材の貫通孔に配置した炭素材筒の下端部を塞いでしまう場合であっても、側面の複数の穴を通じて湯漏れ融液が受皿充填断熱材側へ流出することが可能となる。これにより、より確実に熱ロスを防止し、省エネ効果を得ながらも、安全性が確保された単結晶育成装置となる。 As a result, even if the molten metal leaks to the molten metal leaking tray and falls to the temperature at which it solidifies at the same time, even if the lower end of the carbon material cylinder placed in the through hole of the tray filled heat insulating material is blocked The molten metal melt can flow out to the tray filling heat insulating material through the plurality of holes on the side surface. As a result, a single crystal growth apparatus is obtained in which safety is ensured while preventing heat loss more reliably and obtaining an energy saving effect.
さらに、前記受皿充填断熱材は、複数個の断熱材に分割可能なものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the tray filling heat insulating material can be divided into a plurality of heat insulating materials.
このように、分割可能なものであり、湯漏れ受皿形状に合わせて一体成型する必要がなければ、断熱材の成型コストを安く抑えることが可能で、湯漏れが発生した場合には融液が浸透した部分のみ交換しその他の部分は再度利用することでコストを安く抑えることが可能となる。また、分割された受皿充填断熱材が受皿充填断熱材の誘導路で湯漏れ受皿の下部に導かれた融液の浮力で浮くので湯漏れ受容量を確実に確保することができる。これにより、より安全性が確保された単結晶育成装置となる。 In this way, it is possible to divide, and if it is not necessary to integrally mold it according to the shape of the hot water leak tray, it is possible to reduce the molding cost of the heat insulating material. It is possible to keep the cost low by exchanging only the permeated part and reusing the other part. Moreover, since the divided saucer filling heat insulating material floats by the buoyancy of the melt led to the lower part of the hot water leak receiving tray through the guide passage of the saucer filled heat insulating material, it is possible to reliably ensure the amount of hot water leak received. Thereby, it becomes a single crystal growth apparatus with which safety was ensured more.
また、前記下部誘導部材は、断熱板、下部ヒーターの少なくとも一方により構成されるものであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said lower induction | guidance | derivation member is comprised by at least one of a heat insulation board and a lower heater.
断熱板及び下部ヒーターはルツボの下に位置するので、このように断熱板及び下部ヒーターのいずれか一方、又は、断熱板及び下部ヒーターの両方により構成された下部誘導部材であれば、ルツボから漏れてきた融液を、誘導構造を通して湯漏れ受皿の受皿充填断熱材に効率的に落下させることができる単結晶育成装置となる。 Since the heat insulating plate and the lower heater are located under the crucible, if the lower induction member is constituted by either one of the heat insulating plate and the lower heater, or both of the heat insulating plate and the lower heater in this way, it will leak from the crucible. Thus, the single crystal growing apparatus can efficiently drop the molten liquid through the induction structure onto the saucer filling heat insulating material of the leaking saucer.
さらに、前記断熱板は、炭素繊維からなる板状断熱材の少なくともルツボ面側に板状の炭素材を有するものであり、該板状炭素材に誘導構造として誘導壁又はテーパー形状を有するものであることが好ましい。 Further, the heat insulating plate has a plate-like carbon material on at least the crucible surface side of the plate-like heat insulating material made of carbon fiber, and the plate-like carbon material has a guide wall or a tapered shape as a guide structure. Preferably there is.
このような誘導部材とすることにより、適切に、ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導構造で誘導して湯漏れ受皿へ落下させ、落下した湯漏れ融液を受皿充填断熱材の誘導路へ誘導することができる単結晶育成装置となる。 By using such a guide member, the molten metal leaked from the crucible is appropriately guided by the guiding structure and dropped to the molten metal tray, and the dropped molten metal is guided to the tray filling heat insulating material. It becomes a single crystal growth apparatus that can be guided to
さらに、前記湯漏れ受皿は、受皿充填断熱材の誘導路の直下に湯漏れを検知するセンサーを有することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the said hot water leak tray has a sensor which detects a hot water leak directly under the guide path of a tray filling heat insulating material.
これにより、受皿充填断熱材の誘導路へ導かれた湯漏れ融液をいち早く発見することができ、より安全性が確保される単結晶育成装置となる。 As a result, the molten metal leaked into the receiving path of the saucer-filled heat insulating material can be quickly found, and the single crystal growing apparatus can be secured more safely.
以上説明したように、本発明のCZ法単結晶育成装置であれば、湯漏れが発生した際には、下部誘導部材上に落下した融液は下部誘導部材の誘導構造を沿って流れ、所定の位置から湯漏れ受皿の受皿充填断熱材に落下し、受皿充填断熱材の誘導路を通り抜けて湯漏れ受皿の底に誘導されるので、湯漏れ融液を液体として存在しうる温度のまま、最も温度の低い下端まで誘導することができる。そのため、本発明のCZ法単結晶育成装置であれば、メインチャンバーの底部に充分な受皿充填断熱材を配置して熱ロスを防止して省エネ効果を得ながらも、融液が断熱材の途中で固まってしまい、それより融液が吸収されなくなるような状態を避けることが可能となる。これにより、本発明は、湯漏れ融液の受容容量を充分確保した安全な状態のまま、熱ロスを低減でき、省電力化をはかることができるCZ法単結晶育成装置を提供することができる。 As described above, in the case of the CZ method single crystal growing apparatus of the present invention, when a hot water leak occurs, the melt that has fallen on the lower guide member flows along the guide structure of the lower guide member, From the position of the hot water leaking tray to the saucer filling heat insulating material, passing through the receiving path of the saucer filling heat insulating material and being guided to the bottom of the hot water leaking saucer, so that the temperature at which the hot water melt can exist as a liquid, It can be guided to the lower end of the lowest temperature. Therefore, in the case of the CZ method single crystal growth apparatus of the present invention, the melt is placed in the middle of the heat insulating material while arranging a sufficient saucer filled heat insulating material at the bottom of the main chamber to prevent heat loss and obtain an energy saving effect. It is possible to avoid a state in which the melt is hardened and the melt is no longer absorbed. As a result, the present invention can provide a CZ method single crystal growing apparatus that can reduce heat loss and save power while maintaining a safe state in which a sufficient capacity for receiving molten metal is sufficiently secured. .
以下、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。熱ロスを防止しながらも、安全で湯漏れをいち早く発見することができるCZ法単結晶育成装置の開発が望まれていた。まず、本発明の誘導路を有する受皿充填断熱材がない場合の湯漏れの問題点を説明するための実験例を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited thereto. There has been a demand for the development of a CZ method single crystal growth apparatus that can detect hot water leaks promptly while preventing heat loss. First, an experimental example for explaining the problem of hot water leakage when there is no pan-filling heat insulating material having the guide path of the present invention is shown.
〔実験例:湯漏れ〕
等方性黒鉛で作製したヒーター及びルツボを備えた、CZ法単結晶育成装置を模した簡単な炉を用意した。そのルツボの下端には穴を開けておき、その中にシリコン原料を入れておいて原料が溶融すると少量ずつ湯漏れが発生するようにした。またCZ法単結晶育成装置を模した簡単な炉の底部であって、ルツボの下には、図3のように内壁に炭素繊維材からなる受皿内壁断熱材を配置した等方性黒鉛の湯漏れ受皿を配置した。このとき受皿内壁断熱材の厚さは10cmとした。受皿内壁断熱材はその嵩密度が0.1〜1.0g/cm3のものがラインナップされているが、最も標準的なものは0.13〜0.16g/cm3のものである。今回の実験例や実施例ではこの標準的な嵩密度のものを用いた。
[Experiment example: Hot water leak]
A simple furnace simulating a CZ method single crystal growth apparatus equipped with a heater and a crucible made of isotropic graphite was prepared. A hole was made in the lower end of the crucible, and a silicon raw material was put therein, and when the raw material melted, a small amount of hot water leaked. Also, the bottom of a simple furnace that imitates the CZ method single crystal growth apparatus, and below the crucible is an isotropic graphite hot water in which an inner wall heat insulating material made of carbon fiber material is arranged on the inner wall as shown in FIG. A leak pan was placed. At this time, the thickness of the inner wall heat insulating material of the tray was 10 cm. The inner wall insulating material for the saucer has a line density of 0.1 to 1.0 g / cm 3 , and the most standard one is 0.13 to 0.16 g / cm 3 . In this experimental example and example, the standard bulk density was used.
CZ法単結晶育成装置を模した簡単な炉のヒーターに電力を供給し加熱を開始した。ルツボ内に入ったシリコン原料の一部が溶解し始めたのを確認し、5分程度経過した後、電気を切って冷却した。炉内が冷えた後中から湯漏れ受皿内の受皿内壁断熱材を取り出して観察した。その結果、受皿内壁断熱材の表面から厚さ数cmまでシリコン融液が浸透しており、そこから下へのシリコン融液の浸透はなかった。また受皿内壁断熱材の表面には固まったシリコンが隆起していた。 Electric power was supplied to a simple furnace heater simulating a CZ method single crystal growth apparatus, and heating was started. After confirming that a part of the silicon raw material contained in the crucible started to dissolve, about 5 minutes passed, the electricity was turned off and the system was cooled. After the inside of the furnace was cooled, the inner wall heat insulating material in the saucer in the hot water leaking saucer was taken out and observed. As a result, the silicon melt penetrated from the surface of the inner wall heat insulating material to a thickness of several centimeters, and there was no penetration of the silicon melt from there. In addition, solid silicon bulges on the surface of the inner wall heat insulating material.
以上のことから湯漏れが少量ずつ発生した場合には、受皿内壁断熱材の表面近傍でシリコン融液が固まってしまい、吸収しきれないシリコン融液が表面に残ってしまうことが確認できた。従って、この状態が継続して大量の湯漏れに至った場合には、受皿内壁断熱材の上部しか湯漏れ受けとして機能せず、湯漏れ受皿から湯があふれ出す可能性があることがわかった。 From the above, when a small amount of hot water leakage occurred, it was confirmed that the silicon melt was solidified near the surface of the inner wall heat insulating material of the saucer, and the silicon melt that could not be absorbed remained on the surface. Therefore, it has been found that when this state continues and a large amount of hot water leaks, only the upper part of the inner wall heat insulating material of the saucer functions as a hot water leak receiver, and hot water may overflow from the hot water leak pan. .
本発明者らは上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、メインチャンバーの底部に充分な受皿充填断熱材を配して省エネ効果を得ながらも、漏れた融液を下部誘導部材の誘導構造と受皿充填断熱材の誘導路を通して湯漏れ受皿内の下部に誘導することで、途中で固化させることなく受皿充填断熱材に吸収させることができ、安全性が確保されることを見出して、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have arranged a sufficient saucer-filling heat insulating material at the bottom of the main chamber to obtain an energy saving effect, while the leaked melt is guided to the lower guiding member guiding structure. The present invention finds that safety can be ensured by guiding the heat sink to the lower part of the hot water leaking saucer through the guide path of the saucer filling heat insulating material, so that the heat can be absorbed by the saucer filling heat insulating material without solidifying in the middle of the present invention. Was completed.
〔単結晶育成装置〕
本発明では、原料融液を収容するルツボと前記原料融液を加熱するヒーターとを格納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてきた融液を収容する炭素材からなる湯漏れ受皿とを具備するチョクラルスキー法によって単結晶インゴットを育成するための単結晶育成装置であって、
前記ルツボと前記湯漏れ受皿との間に設置され、前記ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導して前記湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する下部誘導部材を有し、
前記湯漏れ受皿は、前記湯漏れ受皿内の空間に充填された炭素繊維からなる受皿充填断熱材を有し、
該受皿充填断熱材の容積は、前記ルツボに収容された原料融液の最大容量以上であり、
前記受皿充填断熱材は、前記下部誘導部材で誘導された湯漏れ融液が落下する位置に、落下した前記湯漏れ融液を更に前記湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有する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。以下、図1、2、4〜7を参照しながら本発明のCZ法単結晶育成装置について具体的な構造を説明する。
[Single crystal growth equipment]
In the present invention, the main chamber for storing the crucible for storing the raw material melt and the heater for heating the raw material melt, and the carbon material for storing the melt leaked from the crucible installed at the bottom of the main chamber. A single crystal growing apparatus for growing a single crystal ingot by the Czochralski method comprising a hot water leak receiving tray,
A lower guide member installed between the crucible and the hot water leak tray, having a guiding structure for guiding the hot water leaked melt leaked from the crucible and dropping it to the hot water leak tray,
The hot water leak tray has a tray filling heat insulating material made of carbon fiber filled in the space in the hot water leak tray,
The volume of the saucer filled heat insulating material is not less than the maximum capacity of the raw material melt accommodated in the crucible,
The tray filling heat insulating material has a guide path for guiding the dropped molten metal melt further guided to the lower part of the molten metal leak receiving tray at a position where the molten metal melt guided by the lower guiding member falls. There is provided a single crystal growing apparatus characterized by being. Hereinafter, a specific structure of the CZ method single crystal growing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1、2に本発明のCZ法単結晶育成装置の第1及び第2の形態を示す。チョクラルスキー法によって単結晶インゴットを製造する単結晶育成装置1,1’は、原料融液5を収容するルツボ3とそれを加熱するヒーター6とを格納するメインチャンバー2を具備する。このメインチャンバー2の底部にはルツボ3から漏れてくる湯漏れ融液17を収容する炭素材からなる湯漏れ受皿8が設置されており、万が一、湯漏れが発生した場合にもこの湯漏れ受皿8内に融液全量を収容できる容積を確保してある。この単結晶育成装置1,1’内のルツボ3の下には主には熱ロスを防ぐために断熱板4(下部誘導構造)が装備されている。
1 and 2 show first and second embodiments of the CZ method single crystal growing apparatus of the present invention. A single
本発明の第一の特徴として、この断熱板4上にルツボ3から漏れてくる湯漏れ融液17を所定の位置に誘導するような形状を形成して所望の位置から融液が落下するよう工夫した誘導構造4a,4b,4c,4dを有する断熱板4を用いることがある。また、本発明の第二の特徴として、前記湯漏れ受皿8内の空間に炭素繊維からなる受皿充填断熱材16を充填し、断熱板4によって誘導された融液17が落下する部分には受皿充填断熱材16を配置しないような受皿充填断熱材の誘導路16aを形成することがある。以上の2つの構造が本発明の要点である。
As a first feature of the present invention, a shape is formed on the
この2つの構造を組み合わせることにより、図1、2に示したように、湯漏れが発生した際には、融液17は断熱板4上に落下し、次に断熱板4上を誘導構造4a,4b,4c,4dに沿って流れて、所定の位置から落下する。続いて受皿充填断熱材16の誘導路16aを通り抜けてメインチャンバー2の底部に配してある湯漏れ受皿8に落下してそこに溜まっていく。受皿充填断熱材16は低密度の炭素繊維からなる材料が好ましく、溜まってきた融液17をその内部に吸収可能であり、湯漏れ受皿8の融液を収容する容積を減じるものではない。
By combining these two structures, as shown in FIGS. 1 and 2, when a hot water leak occurs, the
漏れた融液17を液体として存在しうる温度のまま、最も温度の低い下端まで誘導することで、融液が受皿充填断熱材16の途中で固まってしまい、それより温度の低い部分に融液17が流れ込まなくなってしまうような状態を避けることができる。これにより、受皿充填断熱材16の容積の全てを湯漏れ融液を吸収する容積として見込むことが可能である。これにより、湯漏れ容量を充分確保した安全な状態のまま、熱ロスを低減でき、省電力化をはかることができるCZ法単結晶育成装置1,1’となる。
By guiding the leaked
なお、図1、2ではルツボ下に下部誘導部材として断熱板4を装着した場合を記載したが、断熱板4ではなく下部ヒーターを下部誘導部材として設置する場合があり、その場合には下部ヒーターに誘導構造を施すことも可能である。また、湯漏れを早期に検出するために、受皿充填断熱材の誘導路16aの直下に湯漏れを検知するセンサー11を配置することが好ましい。
1 and 2, the case where the
尚、上記以外の構成については従来と同じとすることができる。例えば、ルツボ3を回転させるルツボ保持軸10及びその回転機構(不図示)と、シリコンの種結晶13を保持するシードチャック14と、シードチャック14を引上げるワイヤ15と、ワイヤ15を回転または巻き取る巻き取り機構(不図示)を備えて構成されることができる。また、ルツボ3は、その内側の原料融液5を収容する側には石英ルツボ3aが設けられ、その外側には黒鉛ルツボ3bが設けられている。さらに、ヒーター6の外側周囲にはヒーター断熱材7が設置されている。また、内壁に薄板状の受皿内壁断熱材を配置しても良い。以下、本発明についてより詳細に説明する。
The configuration other than the above can be the same as the conventional one. For example, a
〔下部誘導部材〕
本発明のCZ法単結晶育成装置は、ルツボと湯漏れ受皿との間に、ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導して湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する下部誘導部材を有する。このような下部誘導部材は、断熱板、下部ヒーターの少なくとも一方により構成されるものであることが好ましい。断熱板及び下部ヒーターはルツボの下に位置するので、このように断熱板及び下部ヒーターのいずれか一方、又は、断熱板及び下部ヒーターの両方により構成された下部誘導部材であれば、ルツボから漏れてきた融液を、誘導構造を通して湯漏れ受皿の受皿充填断熱材の所定位置に落下させることができる。
[Lower induction member]
The CZ method single crystal growing apparatus of the present invention includes a lower guiding member having a guiding structure for guiding the molten metal leaked from the crucible and dropping it between the crucible and the molten metal receiving tray. Have. Such a lower induction member is preferably composed of at least one of a heat insulating plate and a lower heater. Since the heat insulating plate and the lower heater are located under the crucible, if the lower induction member is constituted by either one of the heat insulating plate and the lower heater, or both of the heat insulating plate and the lower heater in this way, it will leak from the crucible. The molten melt can be dropped to a predetermined position of the saucer filling heat insulating material of the leaking saucer through the guide structure.
さらに、前記ルツボと湯漏れ受皿との間に設けられた下部誘導部材は、熱ロスの低減を主目的とする断熱板とすることができる。このような断熱板としては、炭素繊維からなる板状断熱材の少なくともルツボ面側に板状の炭素材を有するものであることが好ましい。このように、等方性黒鉛材などの炭素材を上面や下面に配するサンドイッチ構造の断熱材とすることで、例えばシリコン結晶育成の場合には断熱板の断熱材に珪化耐性を付与できる。また、ルツボから漏れてくる融液を断熱板用断熱材に浸透させず、融液を所望の位置に誘導するための誘導構造が形成された、板状の炭素材を有する断熱板とすることができる。 Furthermore, the lower guide member provided between the crucible and the hot water receiving tray can be a heat insulating plate whose main purpose is to reduce heat loss. Such a heat insulating plate preferably has a plate-like carbon material on at least the crucible surface side of the plate-like heat insulating material made of carbon fiber. Thus, by using a sandwich structure heat insulating material in which a carbon material such as an isotropic graphite material is arranged on the upper surface and the lower surface, for example, in the case of silicon crystal growth, silicidation resistance can be imparted to the heat insulating material of the heat insulating plate. Also, a heat insulating plate having a plate-like carbon material in which a guiding structure for guiding the melt to a desired position is formed without allowing the melt leaking from the crucible to penetrate into the heat insulating material for the heat insulating plate. Can do.
(下部誘導部材の誘導構造)
本発明における下部誘導部材は、ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導して湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する。この誘導構造として、前記断熱板の板状炭素材に誘導壁又はテーパー形状を形成することが好ましい。この誘導構造により導かれる湯漏れ融液は断熱板の誘導壁により断熱板の外周部の切れ目に導かれて、そこから湯漏れ受皿に落下し、又は断熱板のテーパー形状により断熱板の貫通孔に導かれて、そこから湯漏れ受皿に落下することができる。具体的には、前記断熱板の上面に配した前記炭素材上に、融液誘導の誘導壁となる凹凸形状を設けたり、又はテーパー形状を設けたりすることによって、誘導構造を形成することができる。
(Induction structure of lower induction member)
The lower guiding member in the present invention has a guiding structure for guiding the molten metal leaking from the crucible and dropping it to the molten metal receiving tray. As this guiding structure, it is preferable to form a guiding wall or a tapered shape on the plate-like carbon material of the heat insulating plate. The molten metal melt led by this guiding structure is guided by the guide wall of the heat insulating plate to the outer peripheral portion of the heat insulating plate, and falls from there to the hot water receiving tray, or by the taper shape of the heat insulating plate, the through hole of the heat insulating plate From there, it can drop into a leaking saucer. Specifically, an induction structure can be formed by providing an uneven shape that serves as a guide wall for melt induction or a tapered shape on the carbon material disposed on the upper surface of the heat insulating plate. it can.
図1及び図4には断熱板4の炭素材上の外周部及び内側に誘導壁4aを設け、更に外周部の誘導壁4aの一部を切り欠いた切れ目4bから融液を下に落下させる断熱板4の形態を示してある。また、図2には断熱板4の炭素材上にテーパー形状4cを設けて、断熱板の貫通孔4dに融液を誘導する例を示した。さらに、図5には断熱板4の炭素材上の外周部及び内側に誘導壁4aを設け、断熱板の貫通孔4dから融液を落下させる断熱板4の形態を示した。このほかに貫通孔に融液を導入する誘導壁などを形成することも可能である。なお断熱板の貫通孔や誘導壁の切り欠きの部分には、断熱板の断熱材に融液が浸透しないように、図1や2に示したように誘導構造を炭素材等で形成しておくことがより好ましい。
In FIG. 1 and FIG. 4, guide
〔湯漏れ受皿〕
本発明のCZ法単結晶育成装置は、メインチャンバーの底部に設置されルツボから漏れてきた融液を収容する炭素材からなる湯漏れ受皿を具備する。本発明における湯漏れ受皿は、前記湯漏れ受皿内の空間に充填された炭素繊維からなる受皿充填断熱材を有するものである。
[Tray leak tray]
The CZ method single crystal growing apparatus of the present invention includes a hot water leak receiving tray made of a carbon material that is installed at the bottom of a main chamber and that contains a melt leaked from a crucible. The hot water leak tray in the present invention has a pan filling heat insulating material made of carbon fiber filled in the space in the hot water leak tray.
(受皿充填断熱材の誘導路)
受皿充填断熱材は、下部誘導部材で誘導された湯漏れ融液が落下する位置に、落下した前記湯漏れ融液を更に前記湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有するものである。このように、受皿充填断熱材が誘導路を有することで、メインチャンバーの底部に充分な断熱材を配して熱ロスを防止しながらも、漏れた融液は受皿充填断熱材の誘導路を通って湯漏れ受皿内の下部に誘導されることができる。これにより、途中で融液が固化することなく受皿充填断熱材に湯漏れ融液を吸収させることが可能となるため、CZ法単結晶育成装置の安全性を確保することが可能となる。
(Guiding path for tray filling insulation)
The saucer-filling heat insulating material has a guide path for guiding the dropped molten metal melt further guided to the lower part of the molten metal leak receiving tray at a position where the molten metal melt guided by the lower guiding member falls. In this way, the saucer-filling heat insulating material has a guiding path, so that sufficient heat-insulating material is arranged at the bottom of the main chamber to prevent heat loss, but the leaked melt passes through the guiding path of the saucer-filling heat insulating material. It can be led to the lower part in the leaking pan. Thereby, since the molten metal leaking melt can be absorbed by the saucer-filling heat insulating material without solidifying the melt in the middle, the safety of the CZ method single crystal growing apparatus can be ensured.
受皿充填断熱材は、ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を吸収できる断熱材であり、低密度の炭素繊維からなる材料が好ましい。また、本発明において受皿充填断熱材の容積は、前記ルツボに収容された原料融液の最大容量以上であるものとする。これにより、ルツボが劣化したり、地震等により引上げ中の単結晶が落下して、ルツボが破壊され原料融液のほぼ全量が流出したりしてしまう場合にも安全性が確保される。 The saucer-filling heat insulating material is a heat insulating material that can absorb the molten metal leaked from the crucible, and a material made of low-density carbon fibers is preferable. Moreover, in this invention, the volume of a saucer filling heat insulating material shall be more than the maximum capacity | capacitance of the raw material melt accommodated in the said crucible. As a result, safety is ensured even when the crucible is deteriorated or the single crystal being pulled is dropped due to an earthquake or the like, and the crucible is destroyed and almost all the raw material melt flows out.
尚、最大容量とは、その装置に装備されるルツボの口径及び高さにより定まるもので、用いたルツボに充填可能な原料融液の最大容積のことである。通常はルツボに最初に充填される原料の量である初期チャージ量がこれにあたる。 The maximum capacity is determined by the diameter and height of the crucible provided in the apparatus, and is the maximum volume of the raw material melt that can be filled in the used crucible. This is usually the initial charge amount, which is the amount of raw material that is initially filled in the crucible.
また、受皿充填断熱材の誘導路は、受皿充填断熱材を鉛直方向に貫通する貫通孔であることが好ましい。このような受皿充填断熱材の貫通孔16aは、融液が落下する部分に受皿充填断熱材16を配さない最も簡便な誘導路であり、落下した湯漏れ融液17はこの貫通孔16aを通じて湯漏れ受皿8の最下端に到達することが可能となる(図1、2)。
Moreover, it is preferable that the guide path of a saucer filling heat insulating material is a through-hole which penetrates a saucer filling heat insulating material to a perpendicular direction. The through-
(炭素材筒)
また、本発明では受皿充填断熱材の貫通孔内に炭素材筒を有し、該炭素材筒は、炭素材筒内を通って湯漏れ受皿の下部に導かれた融液が前記炭素材筒の下端部で筒外に流出可能なように、前記受皿充填断熱材の貫通孔内に配置されたものであることが好ましい。
(Carbon cylinder)
Further, in the present invention, a carbon material cylinder is provided in the through hole of the saucer-filling heat insulating material, and the carbon material cylinder passes through the carbon material cylinder and the melt led to the lower part of the leaking saucer is the carbon material cylinder. It is preferable that it is what is arrange | positioned in the through-hole of the said saucer filling heat insulating material so that it can flow out of a cylinder at the lower end part.
湯漏れの状況によっては、湯漏れ融液が受皿充填断熱材の貫通孔の途中で受皿充填断熱材に吸収されてしまい、湯漏れ受皿の底に到達できない可能性も考えられるので、上記のように受皿充填断熱材の貫通孔内に炭素材からなる炭素材筒を設置しその中に融液を通すことがより望ましい。しかし、炭素材筒の下端部をそのまま湯漏れ受皿の底に接触させてしまうと、筒内を通ってきた融液が筒外に流れ出る経路がなく、受皿充填断熱材が湯漏れ融液を吸収することができないので、炭素材筒内を通って湯漏れ受皿の下部に導かれた融液が前記炭素材筒の下端部で筒外に流出可能なように前記炭素材筒を配置する。例えば、このような炭素材筒の保持方法としては、図6左の炭素材筒18aの形態のように、炭素材筒18a下端部に足18a1を設けて、又は図7右の炭素材筒18dの形態のように穴などを形成して湯漏れ受皿に設置するのが好ましい。または、図6右の炭素材筒18bの形態のように、炭素材筒18bを湯漏れ受皿8ではなくその内部に充填されている受皿充填断熱材16によって下端より浮かせて保持し、炭素材筒18bの下端部を湯漏れ受皿8から離して保持することもできる。これにより、より安全性が確保された単結晶育成装置となる。
Depending on the situation of the hot water leak, it is possible that the hot melt melt is absorbed by the saucer filling heat insulating material in the middle of the through hole of the saucer filling heat insulating material and cannot reach the bottom of the hot water saucer. It is more desirable to install a carbon material cylinder made of a carbon material in the through hole of the saucer-filling heat insulating material and allow the melt to pass therethrough. However, if the lower end of the carbon cylinder is left in contact with the bottom of the leaking tray, there is no path for the melt that has passed through the barrel to flow out of the cylinder, and the tray filling insulation absorbs the leaked melt. Therefore, the carbon material cylinder is arranged so that the melt guided to the lower part of the hot water leak tray through the carbon material cylinder can flow out of the cylinder at the lower end of the carbon material cylinder. For example, as a method of holding such a carbon material cylinder, a
また、前記炭素材筒は、図7のように側面に複数の穴が開けられた直胴部を有することが好ましい。万が一、湯漏れ融液が湯漏れ受皿に落下したと同時に固化する温度まで下がってしまい、受皿充填断熱材の貫通孔に配置した炭素材筒の下端部を塞いでしまう可能性もゼロではない。これを防止するため、図7の形態のように、炭素材筒18c、18dの直胴部に複数の穴を開けておけば、その穴を通じて融液が断熱材側へ流出可能である。これにより、より安全性が確保された単結晶育成装置となる。
Moreover, it is preferable that the said carbon material cylinder has a straight body part by which the several hole was opened in the side surface like FIG. In the unlikely event that the molten metal melts down to the temperature of the molten metal leaking tray, it is lowered to a temperature at which it is solidified, and the possibility of blocking the lower end of the carbon material cylinder disposed in the through hole of the tray filled heat insulating material is not zero. In order to prevent this, if a plurality of holes are formed in the straight body portions of the
また、受皿充填断熱材は、複数個の断熱材に分割可能なものであることが好ましい。複数に分割化することで複雑な形状の湯漏れ受皿に合わせて一体成型する必要がないので、断熱材の成型コストを安く抑えることが可能となる。また、実際に湯漏れが発生した場合、融液を吸収した受皿充填断熱材を交換する必要があるが、複数の受皿充填断熱材を用いている場合には融液が浸透した部分のみ交換しその他の部分は再度利用することが可能であり、この面でも低コストである。また分割により個々の重量が減少し、下に誘導した融液の浮力で浮く効果を期待できる。受皿充填断熱材が浮くことで湯漏れ受容量を確実に確保することができる。 Moreover, it is preferable that the saucer filling heat insulating material can be divided into a plurality of heat insulating materials. By dividing it into a plurality of parts, it is not necessary to integrally mold it in accordance with a complicated shape of the leaking tray, so that it is possible to reduce the molding cost of the heat insulating material. In addition, when a hot water leak actually occurs, it is necessary to replace the saucer-filled heat insulating material that has absorbed the melt. However, if multiple saucer-filled heat insulating materials are used, replace only the portion where the melt has penetrated. Other parts can be used again, and this is also low cost. In addition, the individual weight is reduced by the division, and the effect of floating by the buoyancy of the melt induced below can be expected. The amount of hot water leakage can be reliably ensured by floating the tray filling heat insulating material.
以上のように対策を施した湯漏れ受皿とその湯漏れ受容量を用意した場合であっても、湯漏れをいち早く発見し対処したほうが、更に安全であることは言うまでもない。そのために受皿充填断熱材に設けた誘導路の直下に、温度センサー等湯漏れを感知可能なセンサーを装備することがより好ましい。本発明では誘導路で導かれた融液を検知するので、すばやくかつ高精度で湯漏れの発生を検出できる。 Needless to say, it is safer to detect a hot water leak and deal with it as soon as possible, even when a hot water leak pan and a received amount of the hot water leak are prepared as described above. Therefore, it is more preferable to equip a sensor capable of detecting hot water leakage, such as a temperature sensor, directly under the guide path provided in the tray filling heat insulating material. In the present invention, since the melt guided by the guide path is detected, it is possible to detect the occurrence of molten metal leak quickly and with high accuracy.
以下、本発明の実施例および比較例をあ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)
図1に示すように、下部誘導部材と炭素繊維からなる受皿充填断熱材を有する湯漏れ受皿とを備えた単結晶育成装置を準備した。ここで、下部誘導部材は断熱板とし、断熱板の誘導構造は、外周部に設けた誘導壁の一部に切り欠きを設け、図1、図4に提示した形状と同一のものとした。受皿充填断熱材は、ルツボに収容された原料融液の最大容量以上の容積を有し、下部誘導部材で誘導された湯漏れ融液が落下する前記切り欠きの下部に、落下した湯漏れ融液を更に湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有するものとした。さらに、受皿充填断熱材は、炭素材筒下端部を湯漏れ受皿内の受皿充填断熱材によって保持し、図6右に概略図を示した炭素材筒18bと同一のものとした。なお、受皿充填断熱材は厚さを15cmとし、0.13〜0.16g/cm3の最も標準的な嵩密度のものを使用した。
(Example)
As shown in FIG. 1, a single crystal growing apparatus provided with a lower induction member and a hot-water leaking tray having a tray-filling heat insulating material made of carbon fiber was prepared. Here, the lower guide member is a heat insulating plate, and the heat insulating plate guide structure has the same shape as shown in FIGS. 1 and 4 by providing a notch in a part of the guide wall provided on the outer peripheral portion. The saucer-filling heat insulating material has a volume equal to or greater than the maximum capacity of the raw material melt contained in the crucible, and the molten metal leaked in the lower part of the notch where the molten metal melt guided by the lower guiding member falls. A guide path for guiding the liquid further to the lower part of the hot water receiving tray was provided. Furthermore, the tray filling heat insulating material is the same as the carbon material tube 18b shown schematically on the right side of FIG. In addition, the tray filling heat insulating material was 15 cm in thickness, and the one having the most standard bulk density of 0.13 to 0.16 g / cm 3 was used.
この単結晶育成装置内のホットゾーン(HZ)に直径65cmのルツボに200kgの原料融液を収容し、磁場印加チョクラルスキー法(MCZ法)により直径20cm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。このときの受皿充填断熱材の容積は、200kgのシリコンの固体の容積の1.2倍であった。 A 200 kg raw material melt was placed in a 65 cm diameter crucible in a hot zone (HZ) in this single crystal growing apparatus, and a silicon single crystal having a diameter of 20 cm was grown by a magnetic field application Czochralski method (MCZ method). 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. The volume of the saucer filled heat insulating material at this time was 1.2 times the volume of 200 kg of silicon solid.
(比較例)
図3に示すように、断熱板と湯漏れ受皿とを備えた単結晶育成装置を準備した。ここで、断熱板は誘導構造を有さないものとし、また、湯漏れ受皿は内壁に配置される平面状の受皿内壁断熱材を有し、受皿充填断熱材を有さないものとした。なお、受皿内壁断熱材厚さは約2〜3cmとした。
(Comparative example)
As shown in FIG. 3, a single crystal growing apparatus provided with a heat insulating plate and a hot water leak tray was prepared. Here, it is assumed that the heat insulating plate does not have a guide structure, and the hot water leaking tray has a flat tray inner wall heat insulating material disposed on the inner wall, and does not have a tray filling heat insulating material. The thickness of the inner wall heat insulating material of the tray was about 2 to 3 cm.
この単結晶育成装置内のホットゾーン(HZ)に直径65cmのルツボを装備して、実施例と同様に磁場印加チョクラルスキー法(MCZ法)により直径20cmのシリコン単結晶を育成した。 A hot zone (HZ) in this single crystal growing apparatus was equipped with a crucible having a diameter of 65 cm, and a silicon single crystal having a diameter of 20 cm was grown by a magnetic field application Czochralski method (MCZ method) in the same manner as in the example.
実施例の単結晶育成装置でも比較例の単結晶育成装置でも問題なく結晶を育成することができたが、比較例では受皿充填断熱材がないため湯漏れ受皿からの熱ロスが大きかった。これに比べ、実施例では、ルツボに収容された原料融液の最大容量以上の容積を有する受皿充填断熱材により湯漏れ受皿からの熱ロスを防止することができるため、熱ロスが小さく、結果として、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。さらに、実施例では、湯漏れ融液を誘導して前記湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する下部誘導部材と、ルツボに収容された原料融液の最大容量以上の容積を有し、湯漏れ融液を湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有する受皿充填断熱材とを具備するため、受皿充填断熱材の途中で融液が固まるような事態を回避でき、これにより湯漏れ容量を確保できる単結晶育成装置となることが示された。 Although the single crystal growth apparatus of the example and the single crystal growth apparatus of the comparative example were able to grow crystals without problems, the comparative example had a large heat loss from the hot water receiving tray because there was no tray filling heat insulating material. Compared to this, in the example, since the heat loss from the hot water leaking tray can be prevented by the tray filling heat insulating material having a volume equal to or larger than the maximum capacity of the raw material melt contained in the crucible, the heat loss is small, and the result As a result, it was possible to achieve about 8% power saving as compared with the comparative example. Further, in the embodiment, the lower guiding member having a guiding structure for guiding the molten metal to be melted and dropped to the molten metal tray, and a volume equal to or larger than the maximum capacity of the raw material melt stored in the crucible, It is possible to avoid a situation in which the melt is solidified in the middle of the tray filling heat insulating material, so that the molten metal leaks. It was shown that it becomes a single crystal growth apparatus that can secure the capacity.
ここではシリコン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。また、本発明は断熱板の誘導構造及び受皿充填断熱材の誘導路を設けることを特徴としているが、その趣旨は湯漏れ融液を湯漏れ受皿底部に導き、下部の受皿充填断熱材から先に融液を浸透、吸収させることにあり、この概念を有するかぎり、種々の変形、応用が可能であるのは当然である。 Here, silicon 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 a CZ method such as a compound semiconductor or an oxide single crystal is used. It can be applied to a single crystal growth apparatus. In addition, the present invention is characterized in that a heat insulating plate guiding structure and a guide path for the saucer filling heat insulating material are provided, the gist of which is to guide the molten metal melt to the bottom of the hot water saucer, and from the lower saucer filling heat insulating material. As long as it has this concept, various modifications and applications are naturally possible.
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.
1,1’…単結晶育成装置、 2…メインチャンバー、 3…ルツボ、 3a…石英ルツボ、 3b…黒鉛ルツボ、 4…断熱板、 4a…誘導壁、 4b…誘導壁の切れ目、 4c…テーパー形状、 4d…断熱板の貫通孔、 5…原料融液、 6…ヒーター、 7…ヒーター断熱材、 8…湯漏れ受皿、 10…ルツボ保持軸、 11…湯漏れを検知するセンサー、 12…シリコン単結晶、 13…種結晶、 14…シードチャック、 15…ワイヤ、 16…受皿充填断熱材、 16a…受皿充填断熱材の誘導路、 17…湯漏れ融液、 18a,18b,18c,18d…炭素材筒、 18a1…足、 101…単結晶育成装置、 102…メインチャンバー、 103…ルツボ、 103a…石英ルツボ、 103b…黒鉛ルツボ、 104…断熱板、 105…原料融液、 106…ヒーター、 107…ヒーター断熱材、 108…湯漏れ受皿、 109…受皿内壁断熱材、 110…ルツボ保持軸、 112…シリコン単結晶、 113…シリコンの種結晶、 114…シードチャック、 115…ワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ルツボと前記湯漏れ受皿との間に設置され、前記ルツボから漏れてきた湯漏れ融液を誘導して前記湯漏れ受皿へ落下させるための誘導構造を有する下部誘導部材を有し、
前記湯漏れ受皿は、前記湯漏れ受皿内の空間に充填された炭素繊維からなる受皿充填断熱材を有し、
該受皿充填断熱材の容積は、前記ルツボに収容された原料融液の最大容量以上であり、
前記受皿充填断熱材は、前記下部誘導部材で誘導された湯漏れ融液が落下する位置に、落下した前記湯漏れ融液を更に前記湯漏れ受皿の下部に導くための誘導路を有するものであることを特徴とする単結晶育成装置。 A main chamber for storing a crucible for storing the raw material melt and a heater for heating the raw material melt, and a hot water leak tray made of a carbon material which is installed at the bottom of the main chamber and stores the melt leaked from the crucible. A single crystal growing apparatus for growing a single crystal ingot by the Czochralski method comprising:
A lower guide member installed between the crucible and the hot water leak tray, having a guiding structure for guiding the hot water leaked melt leaked from the crucible and dropping it to the hot water leak tray,
The hot water leak tray has a tray filling heat insulating material made of carbon fiber filled in the space in the hot water leak tray,
The volume of the saucer filled heat insulating material is not less than the maximum capacity of the raw material melt accommodated in the crucible,
The tray filling heat insulating material has a guide path for guiding the dropped molten metal melt further guided to the lower part of the molten metal leak receiving tray at a position where the molten metal melt guided by the lower guiding member falls. An apparatus for growing a single crystal characterized by being.
The single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the hot water leaking tray has a sensor that detects hot water leakage immediately below the guide path of the tray filling heat insulating material.
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