專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)尉崂b置及單晶提拉裝置中使用的低導(dǎo)熱性構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)切克勞斯基單晶生長(zhǎng)法從硅、鍺等單晶化的金屬原料制作金屬單晶的單晶提拉裝置、及單晶提拉裝置中使用的低導(dǎo)熱性構(gòu)件，尤其涉及防止熱量從該單晶提拉裝置中使用的坩堝經(jīng)由坩堝旋轉(zhuǎn)軸向爐外逃散的熱逃散防止結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
(第一在先技術(shù))作為從多晶硅制作硅單晶的方法，已知有切克勞斯基單晶生長(zhǎng)法(以下，稱(chēng)為“CZ法”)。該CZ法中使用的單晶提拉裝置的通常的結(jié)構(gòu)包括收容硅熔液的石英坩堝、保持該石英坩堝的石墨坩堝、用于在下部固定保持該石墨坩堝的托盤(pán)、在下部支承該托盤(pán)且使托盤(pán)及坩堝在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降的坩堝旋轉(zhuǎn)軸、在所述石墨坩堝的外周配置的加熱器等。并且，通過(guò)加熱器對(duì)石墨坩堝及石英坩堝進(jìn)行加熱而使硅成為熔液。在這樣的單晶提拉裝置中，通常坩堝、托盤(pán)及坩堝旋轉(zhuǎn)軸全部為石墨制，因此產(chǎn)生以下這樣的問(wèn)題。即，由于石墨材 料是導(dǎo)熱率高的材料，因此坩堝內(nèi)的熱量從托盤(pán)向坩堝旋轉(zhuǎn)軸傳導(dǎo)而向爐外逃散。換言之，為了使金屬熔解而施加的熱量在石墨材料中傳導(dǎo)而逃散，因此產(chǎn)生熱損耗。由此，坩堝內(nèi)的溫度降低，為了補(bǔ)償該熱損耗而需要額外地加熱與損耗對(duì)應(yīng)的量，從而存在額外地消耗電力的問(wèn)題。另外，就其它問(wèn)題來(lái)說(shuō)，當(dāng)從坩堝底部的熱逃散量大時(shí)，石英坩堝底部的熔融物(硅或鍺等)的溫度降低，因石英坩堝底部的熔融物的溫度與坩堝上部的熔融物的溫度之差而引起熔融物的對(duì)流。該對(duì)流在單晶提拉裝置中成為重大障礙，導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)定地進(jìn)行提拉。因此，為了解決這樣的課題，提出有在坩堝旋轉(zhuǎn)軸中夾設(shè)配置抑制軸向的導(dǎo)熱的低導(dǎo)熱構(gòu)件的方案(參照以下的專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中提出有將該低導(dǎo)熱構(gòu)件由碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成的方案和將坩堝旋轉(zhuǎn)軸全部由碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成
的方案等。(第二在先技術(shù))作為從多晶硅制作硅單晶的方法，已知有切克勞斯基單晶生長(zhǎng)法(以下，稱(chēng)為“CZ法”)。如圖10所示，該CZ法中使用的單晶提拉裝置的通常的結(jié)構(gòu)包括收容硅熔液的石英坩堝50、保持該石英坩堝50的石墨坩堝51、使該石墨坩堝51及石英坩堝50在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降的坩堝旋轉(zhuǎn)軸52、在所述石墨坩堝51的外周配置的加熱器53等。需要說(shuō)明的是，54是熱屏蔽構(gòu)件，55,56是SiO氣體等的排氣路徑，57是排氣口。在先技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I日本特開(kāi)平10-81592號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本專(zhuān)利第2528285號(hào)公報(bào)發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題
(第一在先技術(shù)涉及的發(fā)明要解決的課題)在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有例中，能夠抑制來(lái)自坩堝的熱量經(jīng)由坩堝旋轉(zhuǎn)軸向下部傳遞的情況。但是，低導(dǎo)熱構(gòu)件高價(jià)，且導(dǎo)熱的抑制不充分，因此尋求低價(jià)格且導(dǎo)熱的抑制效果更大的結(jié)構(gòu)。另外，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有例的其它問(wèn)題是:無(wú)法直接使用現(xiàn)有件的坩堝旋轉(zhuǎn)軸，需要在坩堝旋轉(zhuǎn)軸上加工低導(dǎo)熱構(gòu)件夾設(shè)用的槽或孔等。因此，導(dǎo)致制造成本的上升。另外，在將坩堝旋轉(zhuǎn)軸全部由碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成的情況下，與現(xiàn)有件的坩堝旋轉(zhuǎn)軸相比，制造成本大幅上升，這是不實(shí)用的。因此，一直以來(lái)，希望有一種具備能夠進(jìn)一步抑制從坩堝旋轉(zhuǎn)軸向爐外的熱逃散，且將成本抑制成廉價(jià)的熱逃散防止結(jié)構(gòu)的單晶提拉裝置。(第二在先技術(shù)涉及的發(fā)明要解決的課題)在上述那樣的單晶提拉裝置中，為了使填充到石英坩堝50中的多晶硅塊熔解而通過(guò)加熱器53從周?chē)M(jìn)行加熱，但當(dāng)對(duì)石英坩堝50直接加熱時(shí)，石英坩堝50因高溫發(fā)生軟化變形而破壞，因此為了防止該情況而在外側(cè)放置石墨坩堝51來(lái)進(jìn)行保持。為了防止該石墨坩堝51在冷卻時(shí)因與石英坩堝50的收縮量之差而破損，通常將該石墨坩堝51縱向地分割成兩部分或三部分。然而，由于石英坩堝50和石墨坩堝51始終保持在相同的位置接觸的狀態(tài)成為高溫，因此在石墨坩堝51中產(chǎn)生以下的(I)、(2)的反應(yīng)。C+Si02 — Si0+C0...(I)2C+Si0 — SiC+C0...(2)因該氧化反應(yīng)，從分割面的側(cè)面到底面的曲面部(倒角部分)逐漸消耗而壁厚減小，并且在內(nèi)表面?zhèn)纫?硅化(SiC)反應(yīng)而從內(nèi)表面朝向內(nèi)部生成SiC。該SiC在單晶提拉中，在維持為高溫的時(shí)間最長(zhǎng)的倒角部分附近生成得最厚。并且，由于在石墨的六方晶系中進(jìn)入硅(Si)而生成SiC，因此在石墨坩堝的內(nèi)表面?zhèn)?，體積向三維方向膨脹。不僅在上下方向上內(nèi)表面?zhèn)扰蛎浂喜肯蛲鈧?cè)翹曲，而且在圓周方向上也因體積膨脹而在分割面處要從本來(lái)的圓形變形成橢圓形。即，在石墨i甘禍內(nèi)部產(chǎn)生使變形發(fā)生的內(nèi)部應(yīng)力。該應(yīng)力隨著SiC厚度變大而變大，若在該狀態(tài)下繼續(xù)使用，則最終會(huì)超過(guò)石墨的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生坩堝破損這樣的問(wèn)題。當(dāng)然，分割部倒角部處的消耗也隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)而變大，使壁厚局部地變小，從而使強(qiáng)度方面的安全率降低。為了避免因這樣的氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題，將石墨坩堝作為消耗品而定期地更換。因此，一直以來(lái)，希望有一種具備能夠避免與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題的坩堝裝置的單晶提拉裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述的實(shí)際情況而作出，其目的在于提供一種單晶提拉裝置及單晶提拉裝置中使用的低導(dǎo)熱性構(gòu)件，該單晶提拉裝置能夠進(jìn)一步抑制從坩堝旋轉(zhuǎn)軸向爐外的熱逃散，并且能夠直接使用坩堝、托盤(pán)、坩堝旋轉(zhuǎn)軸等單晶提拉裝置的構(gòu)成構(gòu)件，將制造成本抑制得廉價(jià)。另外，本發(fā)明鑒于上述的實(shí)際情況而作出，其另一目的在于提供一種能夠避免與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題的單晶提拉裝置。用于解決課題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主旨在于提供一種單晶提拉裝置，其具備:坩堝裝置，其由坩堝和用于在下部固定保持該坩堝的托盤(pán)構(gòu)成；坩堝旋轉(zhuǎn)軸，其在下部支承該托盤(pán)，且使托盤(pán)及坩堝在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降，所述單晶提拉裝置的特征在于，在所述坩堝與所述托盤(pán)之間以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間的至少一方形成有空隙部。在此，本發(fā)明涉及的單晶提拉裝置除了具備收納硅熔液的石英坩堝和保持該石英坩堝的石墨坩堝的硅單晶提拉裝置之外，還包括將鍺熔液等直接收納在石墨坩堝中的單晶提拉裝置。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過(guò)在坩堝與托盤(pán)之間以及托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間的至少一方形成空隙部，由此能夠抑制熱逃散。具體地進(jìn)行說(shuō)明的話(huà)，從加熱器向坩堝傳遞的熱量的一部分經(jīng)過(guò)托盤(pán)、坩堝旋轉(zhuǎn)軸而向爐外逃散。此時(shí)，(I)在坩堝與托盤(pán)之間形成有空隙部的情況下，可抑制從坩堝向托盤(pán)的熱逃散，(2)在托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間形成有空隙部的情況下，可抑制從托盤(pán)向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的熱逃散，(3)在坩堝與托盤(pán)之間形成有空隙部，并且在托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間也形成有空隙部的情況下，可抑制從坩堝向托盤(pán)的熱逃散，還可抑制從托盤(pán)向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的熱逃散。因此，在上述(I) (3)中任一種情況下，向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的下部方向的導(dǎo)熱都減少，其結(jié)果是，能夠減少?gòu)嫩釄逍D(zhuǎn)軸向爐外泄漏的熱量。這樣，通過(guò)在坩堝與托盤(pán)之間以及托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間的至少一方形成空隙部，由此能夠減少?gòu)嫩釄逍D(zhuǎn)軸向爐外泄漏的熱 量，因此能夠維持施加在坩堝內(nèi)的硅等的金屬原料熔液中的熱量，從而將坩堝內(nèi)的溫度保持為金屬原料的熔點(diǎn)以上。換言之，通過(guò)空隙部的形成，使得從坩堝旋轉(zhuǎn)軸下部泄漏的熱量減少，因此不用考慮熱損失而過(guò)多地需要加熱器的發(fā)熱量。另外，空隙部與低導(dǎo)熱構(gòu)件相比熱逃散抑制效果大，因此與現(xiàn)有例那樣的在坩堝旋轉(zhuǎn)軸中夾設(shè)配置低導(dǎo)熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明能夠更有效地抑制熱逃散。需要說(shuō)明的是，為了形成空隙部，例如在坩堝與托盤(pán)的接合面、托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面夾設(shè)配置薄的構(gòu)件即可，若為這樣的結(jié)構(gòu)，則能夠直接使用坩堝、托盤(pán)、坩堝旋轉(zhuǎn)軸等單晶提拉裝置的構(gòu)成構(gòu)件，從而能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频昧畠r(jià)。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述坩堝與所述托盤(pán)之間形成的空隙部位于坩堝底部的下側(cè)。若為上述結(jié)構(gòu)，則能夠抑制從坩堝底部的熱逃散量，因此能夠防止坩堝底部的熔融物的溫度的降低，從而能夠抑制因坩堝底部的熔融物的溫度與坩堝上部的熔融物的溫度之差引起的熔融物的對(duì)流。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間形成的空隙部位于托盤(pán)底部之下。若為上述結(jié)構(gòu)，則即使來(lái)自坩堝底部的熱量容易向托盤(pán)傳導(dǎo)，也能夠抑制熱量從托盤(pán)底部向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的傳遞，因此意味著實(shí)質(zhì)上能夠抑制從坩堝底部的熱逃散量。因而，即使在托盤(pán)底部的下方形成空隙部的情況下，也能夠防止坩堝底部的熔融物的溫度的降低，能夠抑制因坩堝底部的熔融物的溫度與坩堝上部的熔融物的溫度之差引起的熔融物的對(duì)流。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述坩堝與所述托盤(pán)的接合面以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面的至少一方夾設(shè)有與主面垂直的方向(相當(dāng)于厚度方向)上的導(dǎo)熱低的低導(dǎo)熱性構(gòu)件。若為上述結(jié)構(gòu)，則坩堝與托盤(pán)不會(huì)直接接觸，并且，托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸不會(huì)直接接觸。因此，逃散熱必然是通過(guò)低導(dǎo)熱性構(gòu)件，因此可通過(guò)低導(dǎo)熱性構(gòu)件來(lái)抑制導(dǎo)熱。因而，能夠延遲向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的熱逃散，從而能夠防止坩堝的熱量損耗。并且，由于構(gòu)成為在坩堝與托盤(pán)的接合面或托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面夾設(shè)低導(dǎo)熱性構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，因此能夠直接使用坩堝、托盤(pán)、坩堝旋轉(zhuǎn)軸等單晶提拉裝置的構(gòu)成構(gòu)件，不需要如現(xiàn)有例那樣在坩堝旋轉(zhuǎn)軸上加工低導(dǎo)熱構(gòu)件夾設(shè)用的槽或孔等，從而能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频昧畠r(jià)。需要說(shuō)明的是，低導(dǎo)熱性構(gòu)件只要是能夠減少導(dǎo)熱的材質(zhì)即可，沒(méi)有特別地限定，但優(yōu)選為對(duì)于因載置在上側(cè)的坩堝、托盤(pán)等的重量而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力具有足夠的耐性的材質(zhì)。只要具有與坩堝等的人造石墨同等的強(qiáng)度就足夠，優(yōu)選抗壓強(qiáng)度為SOMPa以上。作為低導(dǎo)熱性構(gòu)件的“低導(dǎo)熱”的范 圍，在室溫的條件下，導(dǎo)熱率為10W/m.K以下，優(yōu)選為5W/m.K以下。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件由一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成。就碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料而言，與主面垂直的方向上的抗壓強(qiáng)度比石墨材料高，且還存在為200MPa以上的情況，從而對(duì)于因載置在碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料的上側(cè)的坩堝、托盤(pán)等的重量而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力具有足夠的耐性，因此適合作為本發(fā)明涉及的低導(dǎo)熱性構(gòu)件的原料。因此，作為低導(dǎo)熱性構(gòu)件的原料，可以使用一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料、二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料、三維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料中的任一種，但優(yōu)選為一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料。其理由如下。由于一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料及二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料都具有相對(duì)于主面垂直的方向(碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料的厚度方向)上的導(dǎo)熱率低的性質(zhì)，因此能夠有效地防止從坩堝的熱逃散。由于三維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料具有垂直方向上的導(dǎo)熱率高的性質(zhì)，因此隔熱效果比一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料差，并且極其高價(jià)。因此，若考慮低導(dǎo)熱性構(gòu)件的隔熱效果及價(jià)格，則優(yōu)選一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料來(lái)作為低導(dǎo)熱性構(gòu)件的原料。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成為大致環(huán)狀。作為碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料的形狀，可以為圓形形狀、環(huán)狀等任意的形狀，但優(yōu)選為環(huán)狀。這是由于當(dāng)碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成為大致環(huán)狀時(shí)，能夠在坩堝底部下側(cè)或托盤(pán)底部下側(cè)可靠地形成空隙部。此外，還能夠穩(wěn)定性良好地固定、支承坩堝。并且，與圓形形狀相比，環(huán)狀形狀的接觸面積小，因此能夠進(jìn)一步提高熱逃散防止效果。本發(fā)明的主旨在于提供一種用于單晶提拉裝置的低導(dǎo)熱性構(gòu)件，所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件夾設(shè)在所述坩堝與所述托盤(pán)的接合面以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面的至少一方，用于抑制從坩堝向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)熱。在本發(fā)明中，優(yōu)選低導(dǎo)熱性構(gòu)件由一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成。
另外，優(yōu)選低導(dǎo)熱性構(gòu)件形成為大致環(huán)狀。另外，在本發(fā)明涉及的單晶提拉裝置中，優(yōu)選坩堝裝置包括:由直筒部、底部及從該底部向該直筒部連接的曲面狀部分構(gòu)成的石英坩堝；在下部保持該石英坩堝的石墨制托盤(pán)。如上所述，通過(guò)未使用石墨坩堝的坩堝裝置，能夠避免一直以來(lái)成為問(wèn)題的與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題。而且，制造容易且能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。具體地進(jìn)行說(shuō)明的話(huà)，現(xiàn)有例的石墨坩堝通過(guò)對(duì)石墨塊進(jìn)行剜挖加工，使其成為有底圓筒狀，并且對(duì)內(nèi)部進(jìn)行精加工來(lái)制造。因此，制造費(fèi)時(shí)費(fèi)力。相對(duì)于此，在 石墨制托盤(pán)的情況下，形成為沒(méi)有直筒部的碟狀，因此具有加工簡(jiǎn)單且制造不費(fèi)時(shí)費(fèi)力這樣的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于沒(méi)有直筒部，因此還具有能夠減少材料成本這樣的優(yōu)點(diǎn)。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述托盤(pán)至少保持所述石英坩堝的底部。托盤(pán)只要保持石英坩堝的底部就足夠。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述托盤(pán)保持所述石英坩堝的底部及曲面狀部分。如上所述，若為除了保持石英坩堝的底部之外，還保持曲面狀部分的結(jié)構(gòu)，則在利用加熱器進(jìn)行加熱時(shí)，可抑制石英坩堝的軟化引起的變形。因此，在后述的使用了夾設(shè)構(gòu)件的單晶提拉裝置中，可減輕石英坩堝與夾設(shè)構(gòu)件接觸的顧慮，在制造過(guò)程中，不存在石英坩堝與夾設(shè)構(gòu)件接觸而引起障礙的可能性。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述托盤(pán)的外周面與所述石英坩堝的直筒部外周面成為大致同一面。容易將石英坩堝與夾設(shè)構(gòu)件的間隔配置成更窄的狀態(tài)。另外，在本發(fā)明中，所述單晶提拉裝置還具備用于加熱所述坩堝裝置的坩堝裝置用加熱裝置，該坩堝裝置用加熱裝置具備:以包圍所述坩堝裝置的外周的方式配置的加熱器；夾設(shè)在所述坩堝裝置與所述加熱器之間，以包圍坩堝裝置的外周的方式配置的圓筒狀的碳質(zhì)材料構(gòu)成的夾設(shè)構(gòu)件。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，加熱器的熱量經(jīng)由石墨制夾設(shè)構(gòu)件而對(duì)石英坩堝進(jìn)行加熱。此時(shí)，由于夾設(shè)構(gòu)件為圓筒狀且沒(méi)有狹縫，因此通過(guò)夾設(shè)構(gòu)件將加熱器的發(fā)熱不均緩和而對(duì)石英坩堝進(jìn)行加熱。因此，石英坩堝被均勻地加熱。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述夾設(shè)構(gòu)件與所述石英坩堝隔開(kāi)微小間隙而配置。例如在使用22英寸的石英坩堝的情況下，微小間隙M的大小為I 3mm左右。這樣進(jìn)行限制的原因在于，當(dāng)過(guò)于窄時(shí)，可能因石英坩堝的略微的變形而發(fā)生接觸，當(dāng)過(guò)于寬時(shí)，可能引起從加熱器的傳熱不足。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在坩堝與托盤(pán)之間以及托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間的至少一方形成空隙部，從而能夠降低從坩堝旋轉(zhuǎn)軸向爐外泄漏的熱量，因此能夠維持施加在坩堝內(nèi)的硅等的金屬原料熔液中的熱量，從而將坩堝內(nèi)的溫度保持為金屬原料的熔點(diǎn)以上。換言之，通過(guò)空隙部的形成，從坩堝旋轉(zhuǎn)軸下部泄漏的熱量減少，因此不用考慮熱損失而過(guò)多地需要加熱器的發(fā)熱量。另外，空隙部與低導(dǎo)熱構(gòu)件相比熱逃散抑制效果大，因此與現(xiàn)有例那樣的在坩堝旋轉(zhuǎn)軸中夾設(shè)配置低導(dǎo)熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明能夠更有效地抑制熱逃散。
并且，為了形成空隙部，例如在坩堝與托盤(pán)的接合面、托盤(pán)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面夾設(shè)配置薄的構(gòu)件即可，若為這樣的結(jié)構(gòu)，則能夠直接使用坩堝、托盤(pán)、坩堝旋轉(zhuǎn)軸等單晶提拉裝置的構(gòu)成構(gòu)件，從而能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频昧畠r(jià)。


圖1是實(shí)施方式1-1涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖2是實(shí)施方式1-2涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖3是用于說(shuō)明坩堝底部的圖。圖4是實(shí)施方式1-3涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖5是實(shí)施方式2涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖6是將圖5的一部分放大而得到的剖視圖。圖7是實(shí)施方式3-1涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖8是實(shí)施方式3-2涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖9是實(shí)施方式3-3涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。圖10是現(xiàn)有例的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下，基于實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明沒(méi)有限定為以下的實(shí)施方式。[實(shí)施方式I](實(shí)施方式1-1)(金屬單晶提拉裝置的結(jié)構(gòu))圖1是本實(shí)施方式1-1涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。在圖中，I是單晶提拉裝置，2是收容硅熔液3的石英坩堝，4是保持石英坩堝2的石墨坩堝，5是用于在下部固定保持石墨坩堝4的石墨制托盤(pán)，6是在下部支承托盤(pán)5且使托盤(pán)5及坩堝2、4在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降的石墨制坩堝旋轉(zhuǎn)軸。石英坩堝2、石墨坩堝4及石墨制托盤(pán)5構(gòu)成坩堝裝置。坩堝旋轉(zhuǎn)軸6由旋轉(zhuǎn)/升降驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)控制成旋轉(zhuǎn)自如。并且，坩堝旋轉(zhuǎn)軸6使托盤(pán)5、石墨坩堝4及石英坩堝2以硅單晶的提拉軸方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)并向上方移動(dòng)，從而將硅熔液3的熔液面維持為固定的高度。另外，在石墨坩堝4的外周配置有加熱器7，通過(guò)該加熱器7經(jīng)由石墨坩堝4及石英坩堝2對(duì)硅熔液3進(jìn)行加熱，從而在提拉坯料8的同時(shí)制作硅單晶。在此，應(yīng)注意的是，在托盤(pán)5與坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的接合面夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10。SP，在托盤(pán)5的底部下表面與i甘禍旋轉(zhuǎn)軸6的凸緣部6a上表面之間夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10。該低導(dǎo)熱構(gòu)件10形成為大致管狀，且以坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的凸部6b穿過(guò)低導(dǎo)熱構(gòu)件10的中央孔的狀態(tài)夾設(shè)配置。由此，在托盤(pán)5的底部下側(cè)形成空隙部11。低導(dǎo)熱構(gòu)件10由二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成。作為碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料，可以使用一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料、二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料、三維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料中的任一種。但是，優(yōu)選為一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料，更優(yōu)選二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料。其理由如下。
作為低導(dǎo)熱構(gòu)件10的原料，需要考慮具有充分的強(qiáng)度、導(dǎo)熱率低及低成本等。就三維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料而言，垂直方向(在本實(shí)施方式中相當(dāng)于坩堝旋轉(zhuǎn)軸方向)的導(dǎo)熱率比二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料高，隔熱效果低。并且，價(jià)格高。因此，與三維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料相比，優(yōu)選使用二維碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料。另一方面，一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料具有與二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料同程度的隔熱效果，價(jià)格也與二維碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料同程度。但是，一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料在形成為環(huán)狀時(shí)容易破裂。因此，在將低導(dǎo)熱構(gòu)件10形成為圓板形狀那樣的情況下，作為低導(dǎo)熱構(gòu)件10的原料，可以使用一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料，但在將低導(dǎo)熱構(gòu)件10形成為環(huán)狀的情況下，優(yōu)選使用二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料。由二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成的低導(dǎo)熱構(gòu)件10的厚度為3 10mm。雖然變厚會(huì)進(jìn)一步降低導(dǎo)熱而提高隔熱效果，但若考慮實(shí)用的范圍，則優(yōu)選3 10_的范圍內(nèi)?？障恫?1的大小 為2mm以上，優(yōu)選為3mm以上，更優(yōu)選為5mm以上。但是，當(dāng)過(guò)于大時(shí)，坩堝的穩(wěn)定性變差，因此優(yōu)選小于50mm。接著，對(duì)使用了上述結(jié)構(gòu)的單晶提拉裝置的情況下的硅單晶的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，將多晶硅填充到石英坩堝2內(nèi)，之后使加熱器7發(fā)熱，并經(jīng)由石墨坩堝4對(duì)石英坩堝2進(jìn)行加熱，由此將石英坩堝2內(nèi)的多晶硅加熱到硅的熔點(diǎn)以上而使其熔解。接著，使安裝在籽晶夾頭上的籽晶下降而浸潰到熔解了的硅熔液3中，之后使籽晶夾頭和石墨坩堝4向同方向或反方向旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)提拉籽晶夾頭而使硅結(jié)晶生長(zhǎng)。在此，石墨坩堝4由加熱器7加熱，但石墨坩堝4的熱量以石墨坩堝4 —托盤(pán)5 —坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的方式傳遞，從而熱量從坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的下部向爐外逃散。但是，通過(guò)在托盤(pán)5底部下側(cè)形成有空隙部11，由此可抑制從托盤(pán)5底部向坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的熱逃散。因此，從托盤(pán)5向坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的熱逃散主要經(jīng)由低導(dǎo)熱構(gòu)件10。在此，低導(dǎo)熱構(gòu)件10由二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成，比石墨材料的導(dǎo)熱率低，因此可抑制熱量從托盤(pán)5向坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的傳遞。由此，能夠延遲向坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的熱逃散，防止坩堝的熱量損耗。并且，由于石墨坩堝4底部的熱逃散困難，因此坩堝4、2底部的溫度的均勻性良好，從而能夠抑制因與坩堝上側(cè)的溫度差弓I起的硅熔液的對(duì)流。(實(shí)施方式1-2)圖3是實(shí)施方式1-2涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。本實(shí)施方式1-2的特征在于，在石墨坩堝4底部下側(cè)形成有空隙部11A，且在石墨坩堝4與托盤(pán)5的接合面夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10A。上述實(shí)施方式1-1的特征在于托盤(pán)5與坩堝旋轉(zhuǎn)軸6之間的隔熱結(jié)構(gòu)，與此相對(duì)，本實(shí)施方式1-2的特征在于石墨坩堝4與托盤(pán)5之間的隔熱結(jié)構(gòu)。以下，對(duì)本實(shí)施方式1-2的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，在石墨坩堝與托盤(pán)5的接合面夾設(shè)有大致管狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件10A。即，在石墨坩堝4底部靠外側(cè)的面與托盤(pán)5上表面之間夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10A。該低導(dǎo)熱構(gòu)件IOA的中央孔形成為與托盤(pán)5的凹部5a大致對(duì)應(yīng)的大小，石墨坩堝4底部嵌入該中央孔而以面向凹部5a的底面的狀態(tài)配置。由此，在石墨坩堝4的底部下側(cè)形成空隙部11A。在此，石墨坩堝4的底部在本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中用于以下的意思。S卩，如圖3所示，當(dāng)將從石墨坩堝4的最底部到坩堝上端的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)I時(shí)，是指從石墨坩堝4的最底部起算的距外周側(cè)的底部的鉛垂方向的長(zhǎng)度為1/3L的區(qū)域M。在本實(shí)施方式中，由于構(gòu)成為不存在石墨坩堝4與托盤(pán)5直接接觸的部位這樣的結(jié)構(gòu)，因此石墨坩堝4的熱量難以向托盤(pán)5傳遞，從而能夠延遲向坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的熱逃散，能夠防止石墨坩堝4的熱量損耗。并且，由于石墨坩堝4底部的熱逃散困難，因此坩堝4、2的底部的溫度的均勻性良好，從而能夠抑制因與坩堝上側(cè)的溫度差引起的硅熔液的對(duì)流。(實(shí)施方式1-3)圖4是實(shí)施方式1-3涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖。本實(shí)施方式3的特征在于，具備托盤(pán)5與坩堝旋轉(zhuǎn)軸6之間的隔熱結(jié)構(gòu)和石墨坩堝4與托盤(pán)5之間的隔熱結(jié)構(gòu)這兩者。換言之，本實(shí)施方式1-3具有將上述實(shí)施方式1-1和上述實(shí)施方式1-2組合而成的結(jié)構(gòu)。以下，對(duì)本實(shí)施方式1-3的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，在石墨坩堝4與托盤(pán)5的接合面夾設(shè)有大致管狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件10A，由此，在石墨坩堝4的底部下側(cè)形成空隙部11A。另外，在托盤(pán)5與坩堝旋轉(zhuǎn)軸6的接合面夾設(shè)有大致管狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件10，由此，在托盤(pán)5的底部下側(cè)形成空隙部11。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)托盤(pán)5與坩堝旋轉(zhuǎn)軸6之間的隔熱效果以及石墨坩堝4與托盤(pán)5之間的隔熱效果，因此能夠進(jìn)一步防止坩堝的熱量損耗。(其它的事項(xiàng))(I)在上述實(shí)施方式1-1 1-3中，對(duì)具備收納硅熔液的石英坩堝和保持該石英坩堝的石墨坩堝的硅單晶提拉裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明還能夠適用于沒(méi)有石英坩堝而將鍺熔液等直接收納于石墨坩堝的單晶提拉裝置。(2)在上述實(shí)施方式1-1 1-3中，環(huán)狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件為一體形成的構(gòu)件，但也可以為通過(guò)多個(gè)構(gòu)件的組合而形成為環(huán)狀的結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。另外，還可以通過(guò)在周向上隔開(kāi)間隔的多個(gè)構(gòu)件來(lái)構(gòu)成 。但是，優(yōu)選上述實(shí)施方式I 3那樣的一體形成的環(huán)狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件。這是由于構(gòu)件為一個(gè)即可，操作容易。(3)低導(dǎo)熱構(gòu)件雖然形成為環(huán)狀，但也可以為圓板形狀。但是優(yōu)選環(huán)狀形狀的情況。這是由于，若為環(huán)狀形狀，則能夠在石墨坩堝底部的下側(cè)或托盤(pán)底部的下側(cè)可靠地形成空隙部，且能夠穩(wěn)定性良好地固定、支承坩堝。(4)還考慮取代由二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成的低導(dǎo)熱構(gòu)件，而使用膨脹石墨板或隔熱材料。但是，由于膨脹石墨板或隔熱材料的強(qiáng)度不足，因此不適合。(5)雖然認(rèn)為若將托盤(pán)自身由碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成，則能夠得到與本發(fā)明同樣的隔熱效果，但是沒(méi)有形成為托盤(pán)那樣厚的二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料。并且，若將市場(chǎng)出售的二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料層疊來(lái)制造托盤(pán)，則非常高價(jià)，從價(jià)格方面來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的。并且，即使能夠制造，在與石墨坩堝組合時(shí)，存在導(dǎo)熱率的差異大，從而發(fā)生干涉而容易破裂這樣的問(wèn)題。這樣的問(wèn)題也適用于將坩堝旋轉(zhuǎn)軸由碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成的情況。另一方面，在本發(fā)明中沒(méi)有這樣的問(wèn)題。[實(shí)施方式2]圖5是本實(shí)施方式2涉及的硅單晶提拉裝置的主要部分剖視圖，圖6是將圖5的一部分放大而得到的剖視圖。單晶提拉裝置21具備作為單晶提拉用容器的CZ爐(腔室)22。在CZ爐22內(nèi)設(shè)有坩堝裝置23。坩堝裝置23包括:使多晶硅的原料熔融而成為熔液24來(lái)收容的石英坩堝25 ;在下部保持石英坩堝25的石墨制托盤(pán)26。這樣，在本實(shí)施方式涉及的坩堝裝置23中，取代現(xiàn)有例的坩堝裝置所具備的石墨坩堝，而使用石墨制托盤(pán)26。這樣，通過(guò)采用未使用石墨坩堝的坩堝裝置23，由此能夠避免一直以來(lái)成為問(wèn)題的與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題。需要說(shuō)明的是，關(guān)于這一點(diǎn)，在后面詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。另外，在坩堝裝置23的下側(cè)設(shè)有坩堝旋轉(zhuǎn)軸27。坩堝旋轉(zhuǎn)軸27在下部支承托盤(pán)26，并使托盤(pán)26及石英坩堝25在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降。坩堝旋轉(zhuǎn)軸27由旋轉(zhuǎn)/升降驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)控制成旋轉(zhuǎn)自如。并且，坩堝旋轉(zhuǎn)軸27使托盤(pán)26及石英坩堝25以硅單晶的提拉軸方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并且向上方移動(dòng)，從而將硅熔液24的熔液面維持為固定的高度。在坩堝裝置23的外周側(cè)設(shè)有加熱裝置30。加熱裝置30具備:以包圍坩堝裝置的外周的方式配置的圓筒狀的石墨制加熱器31 ;夾設(shè)在坩堝裝置23與加熱器31之間且以包圍坩堝裝置23的外周的方式配置的圓筒狀的石墨制夾設(shè)構(gòu)件32 ;熱屏蔽構(gòu)件33。夾設(shè)構(gòu)件32為各向同性石墨材料或碳纖維強(qiáng)化碳原料(C/C材料)，與石英坩堝25隔開(kāi)微小間隙M而配置。在使用22英寸的石英坩堝25的情況下，微小間隙M的大小為I 3mm左右。這樣進(jìn)行限定的原因在于，當(dāng)過(guò)于窄時(shí)，可能因石英坩堝25的略微的變形而發(fā)生接觸，當(dāng)過(guò)于寬時(shí)，可能引起從加熱器31的傳熱不足。需要說(shuō)明的是，夾設(shè)構(gòu)件32起到輔助地保持石英坩堝25的作用。即，在因某些故障而使石英坩堝25超過(guò)微小間隙M而變形時(shí)，通過(guò)夾設(shè)構(gòu)件32來(lái)保持石英坩堝25，因此石英坩堝25能夠始終維持穩(wěn)定性。接著，對(duì)上述的托盤(pán)26及夾設(shè)構(gòu)件32各自的結(jié)構(gòu)及作用進(jìn)行詳細(xì)敘述。石英坩堝25為大致杯狀，包括底部25a、直筒部25c、從底部25a向直筒部25c連接的曲面狀部分(倒角部分)25b。托盤(pán)26具備保持底部25a的第一托盤(pán)部26a和保持曲面狀部分25b的第二托盤(pán)部26b。這樣，由于通過(guò)托盤(pán)26來(lái)保持石英坩堝25的曲面狀部分25b，因此在利用加熱器31進(jìn)行加熱的情況下，可抑制石英坩堝25的軟化引起的變形，從而減輕與夾設(shè)構(gòu)件32接觸的顧慮。另外，托盤(pán)26的第二托盤(pán)部26b外周面與石英坩堝25的直筒部25c外周面大致成為同一面。由此,容易形成微小間隙M。通過(guò)設(shè)置上述結(jié)構(gòu)的托盤(pán)26及夾設(shè)構(gòu)件32，能夠避免與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題。即，若將托盤(pán)26與現(xiàn)有例的石墨坩堝相比較，則托盤(pán)26也可以看作是沒(méi)有石墨坩堝的直筒部而僅由底部構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。并且，現(xiàn)有例的石墨坩堝的各種問(wèn)題主要因石墨坩堝的直筒部的存在而引起，因此，在使用了可以看作沒(méi)有石墨坩堝的直筒部而僅由底部構(gòu)成的托盤(pán)26的本實(shí)施方式的坩堝裝置23中，能夠避免與石墨坩堝相關(guān)的因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題。即，由于石英坩堝25與周?chē)氖考唤佑|，因此能夠避免因氧化消耗引起的壁厚減小和因硅化(SiC化)引起的問(wèn)題。此外，夾設(shè)構(gòu)件32為圓筒狀且沒(méi)有狹縫，因此夾設(shè)構(gòu)件32將加熱器31的發(fā)熱不均緩和而通過(guò)輻射熱對(duì)石英坩堝25進(jìn)行加熱，所以石英坩堝25被均勻地加熱。因此，可保持金屬結(jié)晶的品質(zhì)的穩(wěn)定性 。此外，供參考的是，現(xiàn)有例的石墨坩堝通常為分割成兩部分或三部分的結(jié)構(gòu)，因此在分割部存在狹縫，因該狹縫而使石英坩堝未被均勻地加熱，從而存在妨礙金屬結(jié)晶的品質(zhì)的穩(wěn)定性這樣的問(wèn)題。在本實(shí)施方式中，通過(guò)使用夾設(shè)構(gòu)件32而能夠消除這樣的問(wèn)題。另外，通過(guò)取代石墨坩堝而使用石墨制托盤(pán)26，從而制造容易且能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。具體進(jìn)行說(shuō)明的話(huà)，現(xiàn)有例的石墨坩堝通過(guò)對(duì)石墨塊進(jìn)行剜挖加工，使其成為有底圓筒狀，并且對(duì)內(nèi)部進(jìn)行精加工來(lái)制造。因此，制造費(fèi)時(shí)費(fèi)力。相對(duì)于此，在石墨制托盤(pán)26的情況下，由于為沒(méi)有直筒部的碟狀，因此具有加工簡(jiǎn)單且制造不費(fèi)時(shí)費(fèi)力這樣的優(yōu)點(diǎn)。此夕卜，由于沒(méi)有直筒部，因此還具有能夠減少材料成本這樣的優(yōu)點(diǎn)。需要說(shuō)明的是，CZ爐22內(nèi)通過(guò)將CZ爐22內(nèi)和外部氣體隔斷而維持為真空。即，向CZ爐22內(nèi)供給作為不活潑氣體的氬氣，并利用泵從CZ爐22內(nèi)的排氣口 43排氣。由此，CZ爐22內(nèi)被減壓成規(guī)定壓力。另外，在單晶提拉的過(guò)程(一批)期間，在CZ爐22內(nèi)產(chǎn)生各種蒸發(fā)物。因此，向CZ爐22內(nèi)供給氬氣并將其與蒸發(fā)物一起向CZ爐22外排出，從而從CZ爐22內(nèi)除去蒸發(fā)物而進(jìn)行凈化。另外，在石英坩堝25的上方設(shè)有大致倒圓錐臺(tái)形狀的熱屏蔽構(gòu)件40。熱屏蔽構(gòu)件40將從上方向CZ爐22內(nèi)供給的作為載氣的氬氣向熔液24表面的中央引導(dǎo)，進(jìn)而使氬氣通過(guò)熔液24表面而將其引導(dǎo)到熔液24表面的周緣部。然后，氬氣與從熔液蒸發(fā)的SiO等氣體一起在路徑41、路徑42中流動(dòng)，并從設(shè)置在CZ爐22的下部的排氣口 43排出。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，SiO氣體在熱區(qū)(hot zone)內(nèi)被吸引到比加熱器31的上端高的位置，之后通過(guò)熱區(qū)的外側(cè)而朝向排氣口 43流動(dòng)，因此不會(huì)如圖10所示的現(xiàn)有例那樣使氣體通過(guò)石墨坩堝與加熱器、加熱器與熱屏蔽構(gòu)件之間，從而可抑制SiO氣體與石墨構(gòu)件的反應(yīng)，具有延長(zhǎng)各石墨構(gòu)件(加熱器31、熱屏蔽構(gòu)件33等)的使用壽命這樣的優(yōu)點(diǎn)。接著，對(duì)使用了上述結(jié)構(gòu)的單晶提拉裝置的情況下的硅單晶的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，將多晶硅填充到石英坩堝5內(nèi)，之后使加熱器30發(fā)熱，并經(jīng)由夾設(shè)構(gòu)件32對(duì)石英坩堝25進(jìn)行加熱，由此將石英坩堝25內(nèi)的多晶硅加熱到硅的熔點(diǎn)以上而使其熔解。接著，使安裝在籽晶夾頭45上的籽晶下 降而浸潰到熔解后的硅熔液24中，之后使籽晶夾頭45和坩堝裝置23向同方向或反方向旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)提拉籽晶夾頭45來(lái)制作硅單晶。[實(shí)施方式3](實(shí)施方式3-1)本實(shí)施方式3-1是將上述實(shí)施方式2和上述實(shí)施方式1-1組合而成的實(shí)施方式。具體而言，如圖7所示，在托盤(pán)26與坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的接合面夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10。S卩，在托盤(pán)26的底部下表面與i甘禍旋轉(zhuǎn)軸27的凸緣部27a上表面之間夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10。該低導(dǎo)熱構(gòu)件10形成為大致管狀，且以坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的凸部27b穿過(guò)低導(dǎo)熱構(gòu)件10的中央孔的狀態(tài)夾設(shè)配置。由此，在托盤(pán)26的底部下側(cè)形成空隙部11。若為上述結(jié)構(gòu)，則與上述實(shí)施方式1-1同樣，通過(guò)空隙部11的存在來(lái)抑制從托盤(pán)26底部向坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的熱逃散，并且，通過(guò)低導(dǎo)熱構(gòu)件10的存在來(lái)抑制從托盤(pán)26向坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的熱傳遞。(實(shí)施方式3-2)本實(shí)施方式3-2是將上述實(shí)施方式2和上述實(shí)施方式1-2組合而成的實(shí)施方式。具體而言，如圖8所示，在石英坩堝25底部下側(cè)形成有空隙部11A，且在石英坩堝25與托盤(pán)26的接合面夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件10A。若為上述結(jié)構(gòu)，則與上述實(shí)施方式1-2同樣，構(gòu)成為不存在石英坩堝25與托盤(pán)26直接接觸的部位的結(jié)構(gòu)，因此石英坩堝25的熱量難以向托盤(pán)26傳遞，從而能夠延遲向坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的熱逃散，防止石英坩堝25的熱量損耗。并且，石英坩堝25底部的熱逃散困難，因此石英坩堝25的底部的溫度的均勻性變得良好，因而能夠抑制因與坩堝上側(cè)的溫度差引起的硅熔液的對(duì)流。(實(shí)施方式3-3)本實(shí)施方式3-3是將上述實(shí)施方式2和上述實(shí)施方式1-3組合而成的實(shí)施方式。即，本實(shí)施方式3-3的特征在于，具備托盤(pán)26與坩堝旋轉(zhuǎn)軸27之間的隔熱結(jié)構(gòu)、石英坩堝25與托盤(pán)26之間的隔熱結(jié)構(gòu)這兩者。具體而言，如圖9所示，在石英坩堝25與托盤(pán)26的接合面夾設(shè)有大致管狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件10A，由此，在石英坩堝25的底部下側(cè)形成空隙部11A。并且，在托盤(pán)26與坩堝旋轉(zhuǎn)軸27的接合面夾設(shè)有大致管狀的低導(dǎo)熱構(gòu)件10，由此，在托盤(pán)26的底部下側(cè)形成空隙部11。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)托盤(pán)26與坩堝旋轉(zhuǎn)軸27之間的隔熱效果以及石英坩堝25與托盤(pán)26之間的隔熱效果，因此能夠進(jìn)一步防止坩堝的熱量損耗。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明適用于硅等的單晶提拉裝置。符號(hào)說(shuō)明1:單晶提拉裝置2:石英坩堝 3:硅熔液4:石暴 甘禍5:托盤(pán)6:坩堝旋轉(zhuǎn)軸10、10Α:低導(dǎo)熱構(gòu)件IlUlA:空隙部21:單晶提拉裝置22:CZ 爐23:坩堝裝置25:石英坩堝25a:石英坩堝的底部25b:石英坩堝的曲面狀部分(倒角部)25c:石英坩堝的直筒部26:石墨制托盤(pán)26a:第一托盤(pán)部26b:第二托盤(pán)部27:坩堝旋轉(zhuǎn)軸30:加熱裝置31:加熱器32:夾設(shè)構(gòu)件M:微小間隙
權(quán)利要求
1.一種單晶提拉裝置，其具備: 坩堝裝置，其由坩堝和用于在下部固定保持該坩堝的托盤(pán)構(gòu)成； 坩堝旋轉(zhuǎn)軸，其在下部支承該托盤(pán)，且使托盤(pán)及坩堝在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降，所述單晶提拉裝置的特征在于， 在所述坩堝與所述托盤(pán)之間以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間的至少一方形成有空隙部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶提拉裝置，其中， 在所述坩堝與所述托盤(pán)之間形成的空隙部位于坩堝底部之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶提拉裝置，其中， 在所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸之間形成的空隙部位于托盤(pán)底部之下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶提拉裝置，其中， 在所述坩堝與所述托盤(pán)的接合面以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面的至少一方夾設(shè)有與主面垂直的方向上的導(dǎo)熱低的低導(dǎo)熱性構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶提拉裝置，其中， 所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件由一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所 述的單晶提拉裝置，其中， 所述碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料形成為大致環(huán)狀。
7.一種低導(dǎo)熱性構(gòu)件，其用于權(quán)利要求1所述的單晶提拉裝置，其特征在于， 所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件夾設(shè)在所述坩堝與所述托盤(pán)的接合面以及所述托盤(pán)與所述坩堝旋轉(zhuǎn)軸的接合面的至少一方，用于抑制從坩堝向坩堝旋轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低導(dǎo)熱性構(gòu)件，其中， 所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件由一維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料或二維的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低導(dǎo)熱性構(gòu)件，其中， 所述低導(dǎo)熱性構(gòu)件形成為大致環(huán)狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶提拉裝置，其中， 所述坩堝裝置包括:由直筒部、底部及從該底部向該直筒部連接的曲面狀部分構(gòu)成的石英坩堝；在下部保持該石英坩堝的石墨制的托盤(pán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單晶提拉裝置，其中， 所述托盤(pán)至少保持所述石英坩堝的底部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的單晶提拉裝置，其中， 所述托盤(pán)保持所述石英坩堝的底部及曲面狀部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的單晶提拉裝置，其中， 所述托盤(pán)的外周面和所述石英坩堝的直筒部外周面成為大致同一面。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單晶提拉裝置，其中， 還具備用于加熱所述坩堝裝置的坩堝裝置用加熱裝置， 該坩堝裝置用加熱裝置具備: 以包圍所述坩堝裝置的外周的方式配置的加熱器；夾設(shè)在所述坩堝裝置與所述加熱器之間，以包圍坩堝裝置的外周的方式配置的圓筒狀的碳質(zhì)材料構(gòu)成的夾設(shè)構(gòu)件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的單晶提拉裝置，其中， 所述夾設(shè)構(gòu)件與所述石英坩堝 隔開(kāi)微小間隙而配置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑制從坩堝旋轉(zhuǎn)軸向爐外的熱逃散，且能夠?qū)⒅圃斐杀疽种频昧畠r(jià)的金屬單晶提拉裝置及該單晶提拉裝置中使用的低導(dǎo)熱性構(gòu)件。單晶提拉裝置(1)具備收納硅熔液(3)的石英坩堝(2)；保持石英坩堝(2)的石墨坩堝(4)；用于在下部固定保持石墨坩堝(4)的托盤(pán)(5)；在下部支承托盤(pán)(5)，且使托盤(pán)(5)及坩堝(2、4)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行升降的坩堝旋轉(zhuǎn)軸(6)。在托盤(pán)(5)與坩堝旋轉(zhuǎn)軸(6)的接合面夾設(shè)有低導(dǎo)熱構(gòu)件(10)。低導(dǎo)熱構(gòu)件(10)形成為大致管狀，且以坩堝旋轉(zhuǎn)軸(6)的凸部穿過(guò)低導(dǎo)熱構(gòu)件(10)的中央孔的狀態(tài)夾設(shè)配置。由此，在托盤(pán)(5)的底部下側(cè)形成空隙部(11)。
文檔編號(hào)C30B29/06GK103189547SQ20118005338
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者岡田修, 川上雅昭 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社