(57)【要約】      （修正有）【課題】ルツボの割れを防止すべく直胴部と受け皿部とが分割された構造であって、しかも、製造コストが安価で、且つ短納期が可能なカーボン製ルツボ及びその製造方法を提供する。【解決手段】カーボン製ルツボは、直胴部９と受け皿部１０とを備え上下に分割された構成である。直胴部９は炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材）製であり、受け皿部１０は黒鉛製である。受け皿部９の上端面には、外周側が内周側に対して高くなる段差部１１が設けられている。直胴部９は段差部１１に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、段差部１１の内周面１１ａと直胴部９の外周面９ａとの間に、隙間Ａが設けられている。隙間Ａは、直胴部の直径の０．１％〜１．０％であるのが好ましい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直胴部と受け皿部とを備え上下に分割されたカーボン製ルツボであって、
前記受け皿部の前記直胴部と接する上端面には、内周側又は外周側のいずれか一方が他方に対して高くなる段差部が設けられており、
前記直胴部は前記段差部に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、前記段差部と前記直胴部との間に、隙間が設けられていることを特徴とするカーボン製ルツボ。
【請求項２】
前記受け皿部の前記直胴部と接する上端面には、外周側が内周側に対して高くなる段差部が設けられており、
前記直胴部は前記段差部に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、前記段差部内周面と前記直胴部外周面の間に、隙間が設けられている請求項１記載のカーボン製ルツボ。
【請求項３】
前記段差部は、少なくとも周方向に沿って複数設けられている請求項１又は２記載のカーボン製ルツボ。
【請求項４】
前記段差部は、全周に沿って設けられている請求項１又は２記載のカーボン製ルツボ。
【請求項５】
前記直胴部は炭素繊維強化炭素複合材から成る請求項１〜４の何れかに記載のカーボン製ルツボ。
【請求項６】
前記隙間の大きさは、前記直胴部の直径の０．１％〜１．０％である請求項１〜５の何れかに記載のカーボン製ルツボ。
【請求項７】
直胴部と受け皿部とを備え上下に分割されたカーボン製ルツボの製造方法であって、
直胴部を作製するための円筒製品と、受け皿部を作製するための黒鉛ブロックを用意しておく第１ステップと、
受注内容に応じて、前記円筒製品を所望の長さに切断して直胴部を作製すると共に前記黒鉛ブロックを受け皿部に加工する第２ステップと、
前記直胴部と前記受け皿部を出荷先で組み立てる第３ステップと、
を含むカーボン製ルツボの製造方法。
【請求項８】
前記直胴部は炭素繊維強化炭素複合材製である請求項７記載のカーボン製ルツボの製造方法。
【請求項９】
前記黒鉛ブロックは、予め直胴部に合わせたサイズの円柱状製品である請求項７又は８記載のカーボン製ルツボの製造方法。
【請求項１０】
前記直胴部を作製するための円筒製品は、ルツボのサイズに合わせて複数種類用意されている請求項７記載のカーボン製ルツボの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン等の金属単結晶引上げ装置に使用される石英ルツボを保持するためのカーボン製ルツボ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という。）に用いられるルツボは、シリコンを溶融させるための石英ルツボとこれを収容する黒鉛ルツボとの二重構造となっている。近年、高収率でシリコン単結晶を得るため、大型サイズの単結晶が製造されるようになっている。それに伴い、黒鉛ルツボも大型のものが必要になっている。しかし、黒鉛ルツボの容量が多くなるにつれて、石英ルツボと黒鉛ルツボの熱膨張率の違いに起因する熱歪みも大きくなり、直胴部、特にその上縁部、及び底部から直胴部に連なる曲面部（以下、Ｒ部と称する）に応力が集中して黒鉛ルツボの割れが発生し易くなっている。この問題を解決するため、直胴部と受け皿部とが分割され、直胴部に炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材）を用い受け皿部に黒鉛材を用いた複合ルツボ（以下の特許文献１参照）や、直胴部に薄型の炭素繊維強化炭素複合材を用いた複合ルツボ（以下の特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平０３−４３２５０号公報
【特許文献２】特開平０８−７３２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に開示のルツボは、直胴部と受け皿部とに各々段差を設け、その段差を噛み合わせることで固定を図っている。そのため、直胴部の真円度が設計通りでなく寸法誤差が生じている場合や、直胴部を作製場所から組み立て場所に搬送中に直胴部に変形を起こす場合等においては、そのままでは直胴部と受け皿部の各々の段差を噛み合わせることが困難なため、直胴部の歪みを矯正する必要が生じる。このような問題を解消しようとすれば、直胴部の真円度を上げるために、高精度の加工が必要となり、コスト高となる。また、直胴部の歪み矯正を精度よく行わなければならず、歪み矯正にかなりの労力を払う必要があるため、納期が長くなってしまう。
【０００５】
また、上記の特許文献２に開示のルツボは、直胴部で薄型の炭素繊維強化炭素複合材を用いているが、円筒部の寸法精度に配慮した設計は行われていない。従って、上記の特許文献１に開示のルツボと同様に直胴部の変形等により、直胴部と受け皿部を固定できないという課題がある。また、円筒部（直胴部）を内側から抑え込むのに環状スペーサが必要となっている。従って、この特許文献２に開示のルツボにおいても、コスト高や納期が長くなってしまうという課題が存在する。
そこで、従来より、ルツボの割れを防止すべく直胴部と受け皿部とが分割された構造であって、しかも、低コストで、且つ短納期が可能なカーボン製ルツボ及びその製造方法が所望されていた。
【０００６】
本発明は、上記の実情を鑑みて考え出されたものである。その目的は、ルツボの割れを防止すべく直胴部と受け皿部とが分割された構造であって、しかも、低コストで、且つ短納期が可能なカーボン製ルツボ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、直胴部と受け皿部とを備え上下に分割されたカーボン製ルツボであって、前記受け皿部の前記直胴部と接する上端面には、内周側又は外周側のいずれか一方が他方に対して高くなる段差部が設けられており、前記直胴部は前記段差部に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、前記段差部と前記直胴部との間に、隙間が設けられていることを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、客先で直胴部と受け皿部を組み合わせる際に、直胴部の真円度の都合で寸法が設計通りでない場合でも、隙間がクリアランスとなることで円滑な嵌着を図ることができる。また、直胴部は輸送中に変形を起こすこともあり、そのような場合でも隙間がクリアランスとなることで歪の矯正などの労力を最小限にして嵌着を行うことができる。この結果、短納期での対応が可能となる。さらに、従来例のような円筒部（直胴部）を内側から抑え込む環状スペーサのような部材は不要である。この結果、低コスト化を実現できる。
【０００９】
本発明において、前記受け皿部の前記直胴部と接する上端面には、外周側が内周側に対して高くなる段差部が設けられており、前記直胴部は前記段差部に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、前記段差部内周面と前記直胴部外周面との間に、隙間が設けられている構成であるのが好ましい。このような構成であれば、直胴部が石英ルツボにより近接した位置に存在することになり、石英ルツボの変形に応じて迅速に保持するが可能となる。
【００１０】
本発明において、前記段差部は、少なくとも周方向に沿って複数設けられている構成であるのが好ましい。段差部を全周に沿って設けられている構成に比べて、加工時間を短縮化できる。
【００１１】
本発明において、前記段差部は、全周に沿って設けられている構成であるのが好ましい。このような構成であれば、受け皿部に嵌着される直胴部の安定性がより向上する。
【００１２】
本発明において、前記直胴部は炭素繊維強化炭素複合材から成る構成であるのが好ましい。このような構成であれば、円筒状を形成するのが容易で、且つ保管時及び加工時においても割れや欠けが発生しにくいという利点がある。
【００１３】
本発明において、前記隙間の大きさは、前記直胴部の直径の０．１％〜１．０％であるのが好ましい。このように規制するのは、０．１％を下回ると、円滑な嵌着が困難となり、１．０％を上回ると、直胴部と受け皿との間でがたつきが生じたり、段差部を必要以上に大きく設計する必要が生じたりするからである。尚、当該０．１％〜１．０％の範囲内で、問題なく嵌着を図れることが実験により確認されている。
【００１４】
また、本発明は、直胴部と受け皿部とを備え上下に分割されたカーボン製ルツボの製造方法であって、直胴部を作製するための円筒製品と、受け皿部を作製するための黒鉛ブロックを用意しておく第１ステップと、受注内容に応じて、前記円筒製品を所望の長さに切断して直胴部を作製すると共に前記黒鉛ブロックを受け皿部に加工する第２ステップと、前記直胴部と前記受け皿部を出荷先で組み立てる第３ステップと、を含むことを要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、円筒製品を所望の長さに切断して直胴部とすると共に、受け皿部を切削加工するだけで、顧客の要望に応じたカーボン製ルツボを、迅速且つ容易に作製することができる。また、直胴部はもとより、受け皿部においても切削により除去する部分が少なく、素材を効率よく用いることができる。
【００１６】
本発明において、前記直胴部は炭素繊維強化炭素複合材製であるのが好ましい。このような構成であれば、円筒状を形成するのが容易で、且つ保管時及び加工時においても割れや欠けが発生しにくいという利点がある。
【００１７】
本発明において、前記黒鉛ブロックは、予め直胴部に合わせたサイズの円柱状製品であるのが好ましい。このような構成であれば、黒鉛ブロックの外周部分を加工する必要が無くなり、更に短納期での対応が可能となる。
【００１８】
本発明において、前記直胴部を作製するための円筒製品は、ルツボのサイズに合わせて複数種類用意されているのが好ましい。このような構成であれば、顧客の要望に応じたカーボン製ルツボを、迅速且つ容易に作製することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、客先で直胴部と受け皿部を組み合わせる際に、直胴部の真円度の都合で寸法が設計通りでない場合でも、隙間がクリアランスとなることで円滑な嵌着を図ることができる。また、直胴部は輸送中に変形を起こすこともあり、そのような場合でも隙間がクリアランスとなることで歪の矯正などの労力を最小限にして嵌着を行うことができる。この結果、短納期での対応が可能となる。さらに、従来例のような円筒部（直胴部）を内側から抑え込む環状スペーサのような部材は不要である。この結果、低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るカーボン製ルツボを備えたシリコン単結晶引き上げ装置の要部断面図。
【図２】本発明に係るカーボン製ルツボの斜視図。
【図３】本発明に係るカーボン製ルツボの正面図。
【図４】本発明に係るカーボン製ルツボの縦断面図。
【図５】図４の一部を拡大した断面図。
【図６】カーボン製ルツボの製造方法を説明するための図。
【図７】カーボン製ルツボの変形例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
（金属単結晶引上げ装置の構成）
図１は本発明に係るカーボン製ルツボを備えたシリコン単結晶引き上げ装置の要部断面図である。図1において、１は単結晶引き上げ装置、２はシャフト、４はシリコン融液３を収容する石英ルツボ、５は石英ルツボ４を保持するカーボン製ルツボである。カーボン製ルツボ５の外周にはヒータ６が配置されており、このヒータ６によりカーボン製ルツボ５及び石英ルツボ４を介してシリコン融液３を加熱し、インゴット７を引き上げながらシリコン単結晶を作製する。
【００２３】
図２は本発明に係るカーボン製ルツボの斜視図、図３は本発明に係るカーボン製ルツボの正面図、図４は本発明に係るカーボン製ルツボの縦断面図、図５は図４の一部を拡大した断面図である。カーボン製ルツボ５は、略円筒状の直胴部９と受け皿部１０とを備え、直胴部９と受け皿部１０とが分割された構成となっている。直胴部９は炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材）製であり、受け皿部１０は黒鉛製である。
受け皿部１０の上端面には、外周側が内周側に対して高くなる段差部１１が設けられている。この段差部１１は全周に沿って設けられており、直胴部９は段差部１１に嵌着されている。このように直胴部９が段差部１１に嵌着される構造により、直胴部９が受け皿部１０から外れることや、直胴部９が横方向に位置ズレを起こす恐れを低減することができる。
【００２４】
ここで、直胴部９が段差部１１に嵌着された状態において、段差部１１の内周面１１ａと直胴部９の外周面９ａの間には、隙間Ａが設けられている。この隙間Ａは、直胴部９と受け皿部１０とを組み合わせる際にクリアランスとして機能する。これにより、直胴部９と受け皿部１０とを組み合わせる際に、直胴部９と受け皿部１０とを円滑に嵌着することが可能となっている。具体的に説明すると、直胴部９の真円度が設計通りでなく寸法誤差が生じている場合や、直胴部９を作製場所から組み立て場所に搬送中に直胴部９に変形を起こす場合等において、隙間Ａがクリアランスとなることで円滑な嵌着を図ることができ、また、直胴部９の変形を修正するにしても、歪の矯正などの労力を最小限にして嵌着を行うことができることになる。
【００２５】
ここで、適切な隙間Ａの大きさＬ２（図５参照）［ｍｍ］は直胴部９の直径Ｌ１（図４参照）［ｍｍ］によって変動することから、隙間Ａの大きさＬ２は、直胴部９の直径Ｌ１の０．１％〜１．０％であることが好ましい。このような値に規制されているのは、０．１％を下回ると、円滑な嵌着が困難となり、１．０％を上回ると、直胴部と受け皿との間でがたつきが生じたり、段差部１１を必要以上に大きく設計する必要が生じたりすることによる。
【００２６】
（カーボン製ルツボの製造方法）
図６はカーボン製ルツボの製造方法を説明するための図である。
直胴部９及び受け皿部１０を以下のようにして作製する。次いで、直胴部９と受け皿部１０を組み合わせて最終形状とする。尚、直胴部９及び受け皿部１０の設計段階で、直胴部９と受け皿部１０を組み合わせた際に、段差部１１の内周面１１ａと直胴部９の外周面９ａの間に隙間Ａが生じるように、予め直胴部９及び受け皿部１０の寸法を設定しておく。
（１）直胴部９の作製
フィラメントワインデイング法により、外径及び厚みが一定である前駆体を作製し、この前駆体を焼成してＣ／Ｃコンポジットとすることで円筒製品を得る。円筒製品は、外径及び厚みが一定であるため、顧客の要望に応じてどの部位を切断しても一定の直胴部９を得ることができるので、納期の短縮化が図れる。
次いで、図６に示すように、上記円筒製品を切断して顧客の要望に応じた一定の直胴部９を得る。
尚、円筒製品の直径は、ルツボのサイズに合わせて複数種類用意しておくのが好ましい。顧客の要望に応じた直胴部９を迅速に得られるからである。
【００２７】
（２）受け皿部１０の作製
黒鉛ブロックから、受け皿部の寸法に応じたサイズを粗切し、仕上げ加工を行って、図６に示すように受け皿部１０を形成する。このように黒鉛ブロックを用いて受け皿部１０を作製するのは、受け皿部１０は顧客によって形状が異なるため、ブロック形状から加工するのが素材の無駄を少なくできるからである。
尚、黒鉛ブロックは円柱状のブロックで且つ外周が直胴部９のサイズに対応した複数種類のものを準備しておくことが好ましい。黒鉛ブロックの外周部分を加工する必要が無く、断面方向の切断のみで粗加工が完了することになるので、納期の短縮化を図ることができるからである。
また、粗加工の際には、中央が窪んだ形状に加工するのが好ましい。更に素材を効率よく加工することができるからである。
【００２８】
（３）ルツボの作製
上記方法で作製した直胴部９と、上記方法で作製した受け皿部１０とを別個に梱包し、客先に搬送し、客先で組み合わせて図６に示す最終形状のカーボン製ルツボ５を作製する。尚、客先で最終形状に組み合わせる際に、隙間Ａが存在するように予め設計されていることにより、円滑な嵌着を図ることが可能となる。
【００２９】
（その他の事項）
（１）上記実施の形態では、段差部１１は全周に沿って設けられていたけれども、周方向に間隔をあけて複数個設けるような構成であってもよい。この場合、複数の段差部１１は周方向に等間隔をあけて設けるのが好ましい。受け皿部１０に嵌着される直胴部９の安定性が向上するからである。
【００３０】
（２）上記実施の形態では、受け皿部１０の上端面には、外周側が内周側に対して高くなる段差部１１が設けられており、直胴部９は段差部１１に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、段差部１１の内周面１１ａと直胴部９の外周面９ａの間に、隙間Ａが設けられている構成であったけれども、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、受け皿部１０の上端面には、内周側が外周側に対して高くなる段差部１１が設けられており、直胴部９は段差部１１に嵌着されると共に、この嵌着された状態において、段差部１１の外周面１１ｂと直胴部９の内周面９ｂの間に、隙間Ａが設けられている構成であってもよい。
【実施例】
【００３１】
上記実施の形態の製造方法と同様の製造方法により直胴部直径Ｌ１及び隙間Ａの大きさＬ２の異なる４種類のカーボン製ルツボ（実施例１、実施例２、実施例３、実施例４）を作製し、嵌着の度合を調べたので、その結果を表１に示す。なお、表１には、直胴部直径Ｌ１に対する隙間Ａの大きさＬ２の割合が０．１％〜１．０％の範囲外となること以外は、上記製造方法と同様の製造方法により作製した３種類のカーボン製ルツボ（比較例１、比較例２、比較例３）についても、嵌着の度合を調べたので、その結果も併せて記載されている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１より明らかなように、直胴部直径Ｌ１に対する隙間Ａの大きさＬ２の割合が０．１％〜１．０％の範囲内の実施例１〜実施例４はいずれも問題なく円滑な嵌着を図ることができた。これに対して、直胴部直径Ｌ１に対する隙間Ａの大きさＬ２の割合が０．１％を下回る比較例１、２において、比較例１は嵌着にかなり困難を伴い、比較例２は嵌着できなかった。直胴部直径Ｌ１に対する隙間Ａの大きさＬ２の割合が１．０％を上回る比較例３では、一部内側に落ち込む部分があり、がたつきが大きく不適切であった。このことから、隙間Ａの大きさＬ２は、直胴部９の直径Ｌ１の０．１％〜１．０％であることが好ましいことが、理解される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、シリコン等の金属単結晶引上げ装置に使用される石英ルツボを保持するためのカーボン製ルツボ及びその製造方法に適用される。
【符号の説明】
【００３５】
１：単結晶引き上げ装置
４：石英ルツボ
５：カーボン製ルツボ
９：直胴部
９ａ：直胴部９の外周面
１０：受け皿部
１１：段差部
１１ａ：段差部１１の内周面
Ａ：隙間Ａ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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