(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料を溶融するためのルツボの下部に配置されて、前記ルツボを回転および上下移動させるためのシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸であって、
黒鉛から成る回転軸本体に嵌着もしくは埋設してなる環状のＣ／Ｃコンポジットを有し、
前記回転軸本体及び前記環状のＣ／Ｃコンポシットは一部もしくは全面に熱分解炭素が含浸されるとともに、熱分解炭素被膜が形成されたことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶引き上げ装置を構成するための部材に関し、特に、シリコン材料を溶融するためのルツボを回転および上下移動させるためのシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶引き上げ装置は所謂チョクラルスキー法と称される方法により、雰囲気ガスの存在下で、ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるもので、例えば、特公昭５７−１５０７９号公報にて示されているような「単結晶引上装置」として知られている。この公報に示された装置は、図２に示すように、「炉体容器１内にその下方より回転軸２が導入され、その回転軸２の端面上に受け皿３を介してルツボ４が配される。又該ルツボ４の周りに発熱体５と保温筒６が配され、ルツボ４内でシリコンが溶融され融液７を得る。一方炉体容器１の上方には上下に滑動する回転軸９が設けられている。該回転軸９の遊端にシリコンの種結晶８を取付け、回転軸９を種結晶８がルツボ４内の融液７に触れている状態より上方に移動させて、種結晶８の下に続くシリコン単結晶１０を得る。単結晶を育成する際、不必要な反応生成ガスが、単結晶１０及び融液７の液面で反応しないように、これを排除する必要がある。このためにアルゴン等の不活性ガスを雰囲気ガスとして、炉体容器１の上方より単結晶及び液面に供給し、炉体容器下部より排出する」というものである（上記公報の第２欄）。
【０００３】
ところで、以上述べた単結晶製造装置において、回転軸２，９は単にルツボを支えて回転および上下移動させるだけでなく、万が一回転軸２，９が破損した場合にはルツボが落下することにより、最悪の場合、溶融したシリコンが冷却層の隔壁を破壊し水蒸気爆発を起こすという危険性がある。従って、以上のような回転軸を構成するための材料としては、黒鉛材が通常用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近のシリコン単結晶の大口径化に伴い、石英ルツボ及び黒鉛ルツボが大型化し、前記石英ルツボに収容するシリコン原料の重量は１６インチφウェハの場合、５００ｋｇにもおよぶ。従って、回転軸に対する応力も増大し、強度的に問題があった。
【０００５】
回転軸の強度をアップさせるには、回転軸の径を太くする方法もあるが、前記回転軸の径を太くすると、そこから奪われる熱量が大きくなり、結果としてルツボ内のシリコン融液の温度分布が均一でなくなり、回転軸より奪われた熱を補うために周囲のヒータ２０からの熱量を多く供給する必要があり、そのためにルツボ１０及びヒータ２０の寿命が短くなるといった問題や熱効率が悪くなる問題もある。また、シリコン融液内の温度分布が不均一であると、引き上げたシリコン単結晶の品質に悪影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明者等はこの種のシリコン単結晶引上げ装置用の回転軸について、前述した問題を解決するにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明の採った手段は、以下の実施形態の説明中において使用する符号を付して説明すると、「シリコン材料を溶融するためのルツボ１０の下部に配置されて、前記ルツボ１０を回転および上下移動させるためのシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０であって、黒鉛から成る回転軸本体に嵌着もしくは埋設してなる環状のＣ／Ｃコンポジット６１を有し、前記回転軸本体及び前記環状のＣ／Ｃコンポジット６１は一部もしくは全面に熱分解炭素が含浸されるとともに、熱分解炭素被膜が形成されたことを特徴とするシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０」である。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０は、図１に示すように、密閉本体５０内のルツボ１０の下部に配置されて、前記ルツボ１０を回転および上下移動させるものであり、図３に示すように軸本体に環状のＣ／Ｃコンポジット６１を嵌着または埋設して形成したものである。
【０００９】
このシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０に嵌着したＣ／Ｃコンポジット６１は、高強度であり、次のようにして形成される。まず、炭素繊維を、１軸配向あるいは複数軸配向させて筒状素材としておいて、これに樹脂を含浸させて、これを炭化するのである。含浸に用いる樹脂としては、フェノール、フラン等の樹脂の他、タール・ピッチ等がある。
【００１０】
請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸は、黒鉛からなる回転軸本体に嵌着してなる環状のＣ／Ｃコンポシット６１を有することにより、Ｃ／Ｃコンポシット６１が中心軸に対し円周方向に存在するので、強度が大幅にアップする。したがって、極力強度を持たせた上で、径を細くすることが可能となり、シリコン融液の熱が奪われるのを最小にとどめることができる。
【００１１】
さらに、回転軸本体及び環状のＣ／Ｃコンポジット６１は一部もしくは全面に熱分解炭素が含浸されるとともに熱分解炭素被膜が形成されたことを内容とする。このような構成とする理由は、前記熱分解炭素被膜によって、シリコン単結晶引き上げ時に発生するＳｉＯガスやＳｉ蒸気がＣ／Ｃコンポジット基材に接触することはなく、従って基材中のＣ（炭素）と反応することを防止し珪化及びＳｉ浸透による強度の低下を防止出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明を、図面に示した実施の形態について説明すると、図１には、本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０が適用されるシリコン単結晶引き上げ装置１００の縦断面図が示してある。
このシリコン単結晶引き上げ装置１００は、その密閉本体５０内に、シリコンを溶融させるためのルツボ１０を回転軸６０にて回転および上下移動可能に収納したものである。
【００１３】
シリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０は、図３に示すように黒鉛から成る回転軸本体に嵌着してなる環状のＣ／Ｃコンポジット６１を有するものである。あるいは、回転軸６０は、図３に示すように黒鉛から成る回転軸本体に埋設してなる環状のＣ／Ｃコンポジット６１を有するものである。さらに、回転軸本体及び該本体に嵌着された環状のＣ／Ｃコンポジット６１は一部もしくは全面に熱分解炭素が含浸されるとともに熱分解炭素被膜が形成してある。これらのＣ／Ｃコンポジットおよび熱分解炭素被膜は、以下の実施例にて示すように製造または形成されるものである。
【００１４】
【参考例１】
まず、炭素繊維で編んだ布を用いてワインディング法により環状に形成し、この炭素繊維素材に、フェノール樹脂を含浸して硬化後に９００℃で焼成した。さらにフェノール樹脂含浸、硬化、焼成を２回繰り返しこれを黒鉛化して環状のＣ／Ｃコンポジットを得た。
【００１５】
得られた環状のＣ／Ｃコンポジットを黒鉛を加工して得られた３２インチφルツボ用の回転軸に嵌着した。
【００１６】
【実施例１】
参考例１と同様な方法によって環状のＣ／Ｃコンポジットを形成した。
【００１７】
得られた環状のＣ／ＣコンポジットをＣＶＤ炉に入れて１４００℃に加熱するとともに、水素ガスをキャリアとしてメタンガスを炉内に連続的に供給した。これにより機材の表面全体に表面から３０μｍの深さまで熱分解炭素が含浸され、さらに表面に厚さ約５０μｍの熱分解炭素被膜が形成された。得られた環状のＣ／Ｃコンポジットを黒鉛を加工して得られた３２インチφルツボ用回転軸に嵌着した。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明においては、上記実施形態において例示した如く、「シリコン単結晶引き上げ装置１００を構成するシリコン材料を溶融するためのルツボ１０の下部に配置されて、ルツボ１０を回転および上下移動させるためのシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸６０であって、黒鉛から成る回転軸本体に嵌着または配設してなる環状のＣ／Ｃコンポジット６１を有し、さらには、回転軸本体及びＣ／Ｃコンポジットの一部もしくは、全面に熱分解炭素を含浸するとともに熱分解炭素被膜を形成したこと」にその構成上の特徴があり、それにより、高強度で、耐久性の高いシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転軸を採用したシリコン単結晶引き上げ装置の縦略断面図である。
【図２】従来のシリコン単結晶引き上げ装置を示す断面図である。
【図３】本発明に係わるシリコン単結晶引き上げ装置用の回転軸の拡大断面図である。
【符号の説明】
１００  シリコン単結晶引き上げ装置
１０  ルツボ
１１  石英ルツボ
２０  ヒータ
３０  保温筒
４０  断熱材
５０  密閉本体
６０  回転軸
６１  Ｃ／Ｃコンポジット
【図１】
0004198806.tif 000002
【図２】
0004198806.tif 000003
【図３】
0004198806.tif 000004