(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造装置の炉内にルツボに収容された原料融液と原料融液を加熱溶融するための加熱ヒータと製造装置炉壁の保護と炉内の保温等のために配置された黒鉛部材とを有するチョクラルスキー法により単結晶を育成する半導体単結晶の製造装置において、少なくとも原料融液を収容したルツボから溶融原料が流出した際に流出した原料融液と接する可能性のある製造装置炉内に配置された黒鉛部材、及び流出した原料融液を保持し製造装置炉壁に接触するのを防ぐために製造装置炉内に配置された黒鉛部材の材料として、かさ密度が１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ３及び灰分が２０ｐｐｍ以下であり、溶融したシリコン融液に１０分以上２０分以内浸漬しその後のシリコン融液に浸漬した部分の寸法変化率が５％以下である等方性黒鉛材を用いることを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載した半導体単結晶の製造装置であって、少なくとも前記半導体単結晶製造装置の炉内に配置された黒鉛部材の中で、ルツボから原料融液が流出したさいに流出融液と接する可能性のある黒鉛部材が、黒鉛ルツボ、ルツボ台、ルツボ支持軸、黒鉛保護電極部、加熱ヒータ、排ガス管及び又は湯漏れ受け皿であることを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体単結晶を製造するための半導体単結晶の製造装置に関し、より詳しくは単結晶製造装置炉内のルツボに収容された原料融液に結晶を浸漬し引上げることによって種結晶の下方に単結晶を成長するチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と称す。）を用いた半導体単結晶の製造装置を構成する黒鉛部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体単結晶の製造方法の一つとして、半導体製造装置のルツボ内で半導体単結晶原料を融解し、種結晶を該融液面に接融させて半導体単結晶を育成するＣＺ法が広く知られている。ＣＺ法を用いた半導体単結晶の育成技術は、シリコンやＧａＡｓ等の半導体単結晶を得るために幅広く利用されているものであるが、以下ではシリコン半導体単結晶の育成をその一例として本発明の従来例を説明する。
【０００３】
ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する方法は、原料となる多結晶シリコンを製造装置炉内に備えられた外側が黒鉛製で内側が石英製で構成されたルツボに充填し、製造装置炉内をアルゴン（以下、Ａｒとも称す。）等の不活性ガスで満たした後に、ルツボの外側周囲に配設された加熱ヒータにより１４００℃以上の高温に加熱して原料を融解する。そして、この加熱溶融されたシリコン融液に上方から種結晶を降ろしシリコン融液面に先端を接融させ、種結晶とシリコン融液の温度が安定したら種結晶を静かに回転させながら上方に引上げることによって、種結晶の下方にシリコンの半導体単結晶を形成するものである。
【０００４】
このような半導体単結晶の育成において、単結晶の成長を行っている間は、その原料である溶融液を半導体単結晶の育成が可能な高温の状態にルツボ内で保持し続ける必要がある。この間、地震やその他の不慮の事故によりルツボ内から高温の融液が製造装置炉内に漏れ出した場合には大きな災害を誘発する可能性も十分考えられるため、万が一、ルツボから高温の融液が製造装置炉内に流出したとしても速やかにルツボ内の融液流出を検出し、ルツボから流出した原料融液も製造装置の外で漏れ出さないような対策が施されている。
【０００５】
例えば、特開平１１−１８０７９４号公報には、ルツボから原料融液が流出した際にルツボ内での異常な融液面の低下を速やかに検出し、ルツボ内から融液が漏れていることを作業者に知らせる装置が開示されている。そして、ルツボから流出した原料融液に関し特開平２−２２５３９３号公報には、製造装置炉壁の保護や炉内の保温等のために配置された黒鉛部材や断熱材の構成や形状を工夫することにより、ルツボから流出した原料融液を製造装置炉内に保持し製造装置の外側に漏れ出したり、あるいは金属でできた製造装置炉壁を冷却するために炉壁を二重構造とし炉壁間に冷却水を還流する等した単結晶製造装置の炉壁を高温の原料融液が侵食するのを防止して、水蒸気爆発等による事故を未然に防ぐための機能を備えた単結晶製造装置が示されてしいる。
【０００６】
これらの対策を取ることによって、ルツボから流出した原料融液が製造装置炉外へ漏れて作業者を危険にさらしたり、火災の発生や製造装置を損傷させる等して単結晶の生産が不可能となる事態を回避している。中でも炉内の高温雰囲気から金属製の製造装置炉壁を守るために炉壁に冷却水を還流した単結晶製造装置では、わずかでも高温の融液により炉壁が侵食されると水蒸気爆発等の大きな災害を引き起こす可能性もあり、ルツボから漏れた高温の原料融液は上記のような装置や方法により製造装置炉内に配置された黒鉛部材等で確実に受け止めることが肝要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単結晶製造装置の炉内部を構成する黒鉛製のルツボや加熱ヒータあるいは高温の輻射熱から炉壁を保護している黒鉛部材の形状や構造を適切なものとし、原料融液がルツボから漏れた場合でもそれを速やかに察知して単結晶製造装置を停止したとしても、製造装置炉内の温度が低下して安全な温度に達すまでには３〜５時間にもおよぶ放冷時間が必要であり、その間、漏れた原料融液を製造装置炉外へ流出させたり炉壁に触れさせることなく、確実に製造装置炉内の黒鉛製の部材や断熱材により保持して置かなければならない。
【０００８】
特に最近のシリコン半導体単結晶の製造においては、大直径の半導体単結晶を育成するために１００ｋｇ以上もの大容量のシリコン融液が収容可能な大型の単結晶製造装置の導入も進み、このような大型の単結晶製造装置では装置そのものの熱容量も大きく、加熱ヒータへの電力供給を停止して装置内部の温度が下がり安全に開放できるようになるまでには更に長い時間放冷を行う必要がある。当然のことながら、このような状況下でルツボから原料融液が流出した場合であっても、製造装置炉内温度が安全な温度に到達するまでは炉内部を構成する黒鉛部材や黒鉛製断熱材により流出した融液を外部へ漏らすことなく確実に保持しておく必要があり、漏れた融液を確実に保持する為にはより信頼性の高い材料を選択し流出融液と接する部材を作ることが重要となる。
【０００９】
また、半導体単結晶の育成にあたっては、単結晶品質の維持と製造装置炉内を構成する部品の保護のために製造装置炉内を反応性の低いＡｒ等の不活性ガスで満たして操業を行っているが、ヒータにより高温に加熱された原料融液からは侵食作用のあるＳｉＯ（シリコンの酸化物）等の物質が常に蒸発しており、これら蒸発物によって製造装置炉内に配置された黒鉛部材や黒鉛製断熱材は侵食を受け、各部材を形成する黒鉛材料の種類によっては強度や保温機能を操業中の侵食により失う可能性がある。ルツボからの流出融液が接する製造装置炉内の黒鉛部材には、原料融液から蒸発した蒸発物に長時間さらされた場合においてもその機能を損なうことなく安定した機能を発揮することも求められる。
【００１０】
本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、ＣＺ法による半導体単結晶製造装置において、不慮の原因により単結晶製造装置炉内部に置かれたルツボから高温の原料融液が流出した場合に、流出原料を炉内に確実に止め製造装置の外へ流出させることなく、更には半導体単結晶製造装置の炉壁も高温の原料融液により浸食されず安全に原料融液を保持する機能を有する製造装置炉内に配置される黒鉛部材を備えた半導体単結晶の製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体単結晶製造装置は、製造装置の炉内にルツボに収容された原料融液と原料融液を加熱溶融するための加熱ヒータと製造装置炉壁の保護と炉内の保温等のために配置された黒鉛部材とを有するチョクラルスキー法により単結晶を育成する半導体単結晶の製造装置において、少なくとも原料融液を収容したルツボから溶融原料が流出した際に流出した原料融液と接する可能性のある製造装置炉内に配置された黒鉛部材、及び流出した原料融液を保持し製造装置炉壁に接触するのを防ぐために製造装置炉内に配置された黒鉛部材の材料として、かさ密度が１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ３及び灰分が２０ｐｐｍ以下であり、溶融したシリコン融液に１０分以上２０分以内浸漬しその後のシリコン融液に浸漬した部分の寸法変化率が５％以下である等方性黒鉛材を用いることを特徴とする。
【００１２】
このように、ルツボから原料融液が漏れた場合に流出融液と接する位置にある黒鉛部材を、原料融液の侵食を受け難い材料を選択して配置しておくことが望ましく、この条件を満たす黒鉛部材の材料として冷間静水圧成形（Cold  Isostatic  Press、以下ＣＩＰと称する。）を用いて成形製造された、かさ密度が１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の特性を持つ等方性黒鉛を使用するのが最も好ましい。
【００１３】
かさ密度が１．７０ｇ／ｃｍ3以下の黒鉛材を用いて原料融液と接する黒鉛部材を作成した場合には、原料融液が黒鉛部材内部に急速に浸透し急激な体積膨張が生ずるため構造体としての機能を保つことが不可能となり、原料融液を炉内に止めることができず製造装置炉壁等の金属部を侵食させたり、装置炉外へと漏れた融液を流出させる可能性がある。また、例えかさ密度が１．７０ｇ／ｃｍ3以上であったとしても等方性黒鉛以外の押し出し成形（Extruding  Press）や型押し成形（Molding  Press）等を用いて作られた異方性黒鉛では、単結晶育成時に原料融液から出る蒸発物の侵食を受けやすく耐久性や信頼性の面で問題がある。従って、ルツボから原料融液が漏れた場合に流出原料と接する可能性のある黒鉛部品には、かさ密度が１．７０ｇ／ｃｍ3以上の等方性黒鉛を使用するのが適している。しかし、この一方でかさ密度の値が必要以上に高い等方性黒鉛材は製造コストもかさみ非常に高価なものとなるので、かさ密度の上限は１．９０ｇ／ｃｍ3程度に止めておくのが適当である。
【００１４】
そして、少なくとも半導体単結晶の炉内に配置された黒鉛部材の中で、ルツボから原料融液が流出したさいに流出融液と接する可能性がある黒鉛ルツボ、ルツボ台、ルツボ支持軸、黒鉛保護電極部、加熱ヒータ、排ガス管及び湯漏れ受け皿を、上記の特性を有するかさ密度が１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛で作れば、ルツボから原料融液が漏れて製造装置炉内の黒鉛部材に接したとしても、部材に変形やヒビ割れを生じないので、これら黒鉛部材で確実に流出した原料融液を保持することができるものである。
【００１５】
また、シリコン半導体の単結晶製造装置においては、かさ密度が１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛で炉内黒鉛部材を作り配置すれば、単結晶育成時に原料融液から蒸発するＳｉＯ（シリコンの酸化物）が徐々に黒鉛部材内部に浸透しＳｉＣ化することによって生じるヒビ割れや部材の膨張あるいは強度の低下を抑制することができる。これにより黒鉛部材の耐久性が向上し長時間の使用に耐えることができるようになるとともに、黒鉛部品そのものの信頼性も高まりより確実な融液漏れの対策を講じることが可能となる。
【００１６】
少なくとも原料融液を収容したルツボから溶融原料が流出した際に流出した原料融液と接する可能性のある製造装置炉内に配置された黒鉛部材あるいは流出した原料融液を保持し製造装置炉壁に接触するのを防ぐために製造装置炉内に配置された黒鉛部材の材料として、溶融したシリコン融液に１０分以上２０分以内浸漬しその後のシリコン融液に浸漬した部分の寸法変化率が５％以下である黒鉛材を使用する。
【００１７】
単結晶製造装置の炉内に配置されたルツボから漏れた高温の原料融液と接する可能性のある黒鉛部材の材料としては、育成する単結晶と同じ原料融液中に黒鉛材を沈めた時に、その浸漬部分の寸法の変化率が５％以下の黒鉛材料を用いる。
【００１８】
原料融液に黒鉛材を一定時間浸漬させた際の寸法変化率が５％以内の黒鉛材を用いて高温の流出融液と接する可能性のある黒鉛部材を作れば、原料融液と接したときに大きな変形やヒビ割れ、膨張、あるいは強度低下等を起こすことなく黒鉛部材としての特性を維持することができる。また、単結晶育成時に発生するＳｉＯ等の原料融液からの蒸発物にも侵食され難いので、部材の耐久性が高く機能を損なうことなく長時間にわたる使用にも十分耐えることができ、このような材料を用いた黒鉛部材を使用して単結晶製造装置を作れば、不慮の原因によりルツボから原料融液が漏れた場合でも被害を最小限に抑えることが可能な信頼性の高い製造装置とすることができる。
【００１９】
そして、黒鉛材を浸漬する融液がシリコンである場合は、融液にテスト部材を浸漬する時間は１０分以上とすべきである。シリコン融液に浸漬する時間が１０分以下では、シリコン融液が十分に材料内部に浸透しないので材料の正しい特性を知ることができないし、また、必要以上に長く浸漬しても得られる結果に大きな違いは見られなくたるため、テスト部材を融液に浸漬しておく時間は長くとも２０分程度以下に止めておくのが効率的である。
【００２０】
そして、少なくとも半導体単結晶の炉内に配置された黒鉛部材の中で、ルツボから原料融液が流出したさいに流出融液と接する可能性がある黒鉛ルツボ、ルツボ台、ルツボ支持軸、黒鉛保護電極部、加熱ヒータ、排ガス管及び湯漏れ受け皿を、上記の特性を有する溶融したシリコン融液に１０分以上２０分以内浸漬しその後のシリコン融液に浸漬した部分の寸法変化率が５％以下である黒鉛材で作れば、ルツボから原料融液が漏れて製造装置炉内の黒鉛部材に接したとしても、部材に変形やヒビ割れを生じないので、これら黒鉛部材で確実に流出した原料融液を保持することができるものである。
【００２１】
また、半導体単結晶の製造装置に用いられる黒鉛部材の純度は、育成結晶品質への不純物の影響を考慮すれば高純度であることが望ましく、流出融液と接する可能性のあるこれら黒鉛部材も「ＪＩＳ規格  Ｒ  ７２２３」で測定した時の灰分が２０ｐｐｍ以下である黒鉛材を用いて構成すればより半導体単結晶製造に適した装置とすることができる。
【００２２】
単結晶製造装置用黒鉛材の特性を知るための半導体単結晶製造装置用黒鉛材の評価方法としては、加熱溶融して得た半導体単結晶の原料融液に黒鉛材を浸漬し、原料融液に浸漬した黒鉛材料部分の寸法あるいは体積変化から該黒鉛材の特性を評価することができる。
【００２３】
半導体単結晶の製造装置内部を構成する黒鉛部材の特性を評価するにあたり、炉内部材として使用する黒鉛材からテスト試料を切り出して製造装置内で溶融された単結晶の原料融液にテスト試料を浸漬し、テスト試料の浸漬部分の形状や体積が浸漬前後でどのように変化したか寸法あるいは体積を比較すれば、製造装置炉内を構成する部材として適切なものであるか、また、製造装置炉内のどの部分の部材として使用可能であるかを適切に評価することがきる。特に、原料融液と接する可能性のある黒鉛材料の特性を評価する場合には的確に原料付着時の侵食度合いを知ることができるので、より適切に求める特性を有する黒鉛材料を選択することが可能となる。
【００２４】
また、これら黒鉛材から切り出したテスト試料を浸漬する融液には、多結晶シリコンあるいはシリコン単結晶を溶融してできた融液を用いてもよい。黒鉛は溶融されたシリコン融液に侵食されやすいので反応が速く進み、黒鉛のテスト試料をシリコン融液に浸漬してその特性を評価すれば、比較的短い時間で評価結果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成例を挙げて説明するが、本発明はこれらにのみ限定されるものではない。例えば、本発明の半導体単結晶の製造装置やその装置に用いる黒鉛部材の評価方法は、原料融液に磁場を印加しながら半導体単結晶を育成するＭＣＺ法を用いた半導体単結晶の製造装置でも利用することは当然可能であり、更には化合物半導体等の他のＣＺ法を利用した半導体単結晶の製造装置に用いることも勿論可能である。
【００２６】
図１は、本発明の単結晶製造装置の一つの実施の形態を示す概略断面図である。
図１に示す単結晶製造装置１０の製造装置炉１２は、石英製ルツボ１４ａに収容された原料融液Ｍを溶融する加熱ヒータ１６等からの高温の輻射熱による温度上昇を抑制し、常時一定温度とするため製造装置炉壁１２ａを二重構造とし二重の壁の間に冷却媒体を還流して製造装置炉壁１２ａが高温とならないよう保護されている。本発明の製造装置１０では冷却媒体として水を還流し使用している。
【００２７】
また、製造装置炉１２の内部中央には原料融液Ｍを収容した石英製ルツボ１４ａが配置されており、この石英製ルツボ１４ａは石英製であることから衝撃に弱く、さらには１４００℃以上もの高温に加熱された場合には石英製ルツボ自体も軟化することから、それを保護し支えるために外側に黒鉛から作られた黒鉛製ルツボ１４ｂを配している。そして、この黒鉛製ルツボ１４ｂはルツボ台１８を介してルツボ支持軸２０によって支持されており、ルツボ支持軸２０の下端に取付けられたルツボ回転駆動機構２１によって回転自在及び上下動自在とされている。
【００２８】
ルツボ台１８とルツボ支持軸２０も黒鉛材で作られており、石英製ルツボ１２ａを保護するための黒鉛製ルツボ１２ｂも併せて、石英製ルツボ１２ａから高温の原料融液Ｍが流出した場合には原料融液Ｍと接する可能性が一番高いと考えられるため、かさ密度１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛材を使用している。
【００２９】
また、ルツボ台１８の下側面外周には石英製ルツボ１４ａから漏れた原料融液Ｍがルツボ支持軸２０に回り込むのを防止するため、下に向かって凸となる突条１８ａが設けられている。石英製ルツボ１４ａから原料融液Ｍが漏れ出してルツボ台１８に達した時に、この突条１８ａによって漏洩融液がルツボ支持軸２０に回り込むのを可能な限り防ぎ、ルツボ支持軸２０を伝って炉外へ漏れ出すことを防止している。
【００３０】
一方、黒鉛ルツボ１４ｂの直ぐ外側には原料融液Ｍを加熱溶融するための黒鉛製の加熱ヒータ１６が置かれており、この加熱ヒータ１６はヒータを加熱する電流を供給する金属製の電極部２２によって支えられている。金属製電極部２２は、製造装置炉１２内の高温雰囲気から保護することと、石英製ルツボ１２ａからの原料融液Ｍの流出があった場合に漏洩融液による侵食を受けないように黒鉛保護電極部２４を介して加熱ヒータ１６と接合され、加熱ヒータ１６への電力供給を行っている。
【００３１】
なお、金属製電極部２２も必要以上に加熱するのを防止するため、製造装置炉壁と同様に冷却水が還流されている。また、黒鉛保護電極部２４の周縁部下面にも原料融液Ｍがルツボ１４ａから漏洩した場合に電極等を伝って炉外へ漏れることのないよう、下方に向かって凸となる突条２４ａが廻らされており、この突条２４ａによって上方から下流してきた原料融液Ｍを適切に製造装置炉１２の下部に設置された湯漏れ受け皿２６に誘導することができる。そして、加熱ヒータ１６、黒鉛保護電極部２４も石英製ルツボ１４ａから原料融液Ｍが漏れた場合には融液が着液する可能性が非常に高いため、かさ密度１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛材を使用している。
【００３２】
更に、加熱ヒータ１６の外周には黒鉛製の断熱材２８を装備し、製造装置炉１２内の保温とヒータ１６等からの輻射熱が直接炉壁１２ａにあたらないように保護している。
【００３３】
そして、これら製造装置炉１２内を構成する炉内部材の下方、製造装置炉１２の一番下側には湯漏れ受け皿２６が配置され製造装置炉１２の壁底１２ｂを保護するとともに、不慮の原因によりルツボ１４ａから原料融液が流出した場合には、この湯漏れ受け皿２６に流出融液Ｍを集め受け止めることで高温の原料融液Ｍが金属製の炉壁１２ａを侵食したり製造装置炉１２外へ漏れ出すのを防ぎ、炉内の温度が安全温度まで下がるまでの間、原料融液を保持する役目を担っている。このような理由から、本発明の装置でも湯漏れ受け皿２６の材料として、かさ密度１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛材を用いている。
【００３４】
この湯漏れ受け皿２６は製造装置炉１２の底壁１２ｂを保護する他に、底壁１２ｂに設けられた炉内部材、例えば金属製電極２２、黒鉛製電極部２４、ルツボ支持軸２０及び排ガス管３０を保護する必要があり、それら部材と当接する湯漏れ受け皿２６の部分はそれらの部分を包囲するように環状の立上り部分２６ａとなっている。
【００３５】
また、半導体単結晶の育成においては製造装置炉１２内を不活性ガスで満たして操業を行うため、製造装置１０には不活性ガスを炉内に導入するガス導入管２８と、そのガスを排気するために製造装置炉１２内の下部には湯漏れ受け皿２６を貫通するように排ガス管３０も設けられている。本発明の装置では、操業時は製造装置炉の上方にあるガス導入管２８からＡｒガスを導入し原料融液に向けて下流するようにガスを炉内に流し、製造装置炉下部に設けられた排ガス管３０から炉内のガスを外に排出する構造とした。
【００３６】
この排ガス管３０も原料融液Ｍが漏れた場合には流出融液と接する可能性があるため上記の炉内黒鉛部材と同様に、かさ密度１．７０〜１．９０ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛材で作るか、排ガス管３０が金属である場合は金属部を保護するようにこれらを黒鉛材で保護するのがよい。本発明の単結晶製造装置１０では排ガス管３０を上記特性の等方性黒鉛材で作り、漏れた原料融液Ｍが湯漏れ受け皿２６まで達した時に排ガス管３０の排ガス入口３１から流出しないよう排ガス管３０を湯漏れ受け皿２６の底部から立設させて排ガス入口３１を上方に位置させ、更には排ガス管３０の上方から落ちてくる原料融液Ｍを受けるために排ガス管３０の上端には上端壁３３が形成されている。この上端壁３３の周縁部下面には排ガス入口３１から漏洩融液が外に漏れることのないように、下方に向って凸となる突条３３ａが突設されており、上端壁３３に落下した融液はこの突条３３ａを伝わって、湯漏れ受け皿２６に集められる。
【００３７】
なお、本発明において黒鉛材のかさ密度とは、黒鉛材の単位体積当たりの質量（ｇ／ｃｍ3）のことをいう。そして、これら黒鉛部材の材料として寸法変化率が５％以下の黒鉛も使用可能である。
【００３８】
上記した本発明の半導体単結晶製造装置を用いて単結晶を育成するには、石英製ルツボ１４ａ内に多結晶シリコン原料を仕込み、炉内を不活性ガスで満たした後に加熱ヒータ１６でシリコンの塊である多結晶シリコン原料を溶かし融液とすることで単結晶を育成する原料融液Ｍを得る。
【００３９】
その後、上方から単結晶を引上げるためのワイヤ（不図示）を降ろして、ワイヤ下端に取り付けられた種結晶（不図示）を原料融液Ｍに浸漬した後、温度が安定したところで静かに引上げワイヤを巻き取ることによって、種結晶の下方に半導体単結晶を育成するものである。
【００４０】
また、黒鉛部材の材料となる黒鉛材の原料融液に対する侵食性の評価は、部材となる黒鉛材から１辺Ｘが２０ｍｍ四方で長さＹが１００ｍｍの図２に示す棒状の浸漬テスト試料Ｔを作製し、種結晶に替えてこの浸漬テスト試料を製造装置炉１２内の引上げワイヤー３５の先端に取り付け、装置炉１２内を単結晶育成時と略同等の条件とした後に、浸漬テスト試料Ｔの先端が２０〜３０ｍｍ程度原料融液に沈むまで静かに降下させテスト試料Ｔの浸漬を行った。なお、図２において、図１と同一又は類似部材は同一符号で示されている。
【００４１】
テスト試料Ｔが所定量原料融液に沈んだ後、所定時間そのままの状態でテスト試料Ｔを保持しその後融液Ｍから引上げて、原料融液Ｍに浸漬する前後での同方向の寸法の変化率（Δｄ）を測定し、原料融液Ｍに対するテスト試料の耐侵食性の評価を行うものである。
【００４２】
なお、寸法変化率（Δｄ）は下記式（１）によって計算する。
【００４３】
【数１】
0004256576.tif 000002
【００４４】
式（１）においてＸ1はシリコン融液に浸漬前のテスト試料Ｔの幅及びＸ2はシリコン融液に浸漬後のテスト試料Ｔの幅である。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
かさ密度が、１．７４、１．７７、１．８５ｇ／ｃｍ3の等方性黒鉛材から１辺が２０ｍｍ四方で長さ１００ｍｍの浸漬テスト試料を作製した。
【００４６】
これら浸漬テスト試料を図２に示したような製造装置の引上げワイヤー先端に取り付け、製造装置炉内のルツボ上方に配置し、その後製造装置炉内の石英製ルツボに１０ｋｇの多結晶シリコンを充填した後にヒータを加熱して溶解し、融液温度が１４２０℃前後のシリコンの原料融液を得た。
【００４７】
融液温度が安定したところで引上げワイヤーを巻き出して浸漬テスト試料を融液面直上まで降ろし３０分間加温した後に、シリコン融液にテスト試料先端を長さ方向に２０ｍｍ浸漬した。シリコン融液内に１０分間テスト試料を止め、その後引上げワイヤーを静かに巻き上げてテスト試料を融液から取り出した後に試料温度を常温まで徐々に戻し浸漬部分の寸法の変化測定と目視による外観観察を行い黒鉛材の特性を評価した。
【００４８】
この評価では表１と図３に示されるように、１．７７ｇ／ｃｍ３の等方性黒鉛材では寸法変化率が４％以下に止まり、極端な膨張やヒビ割れは観察されず原料融液に浸漬する前と略同じ形状を保っていた。
（比較例１）
同様に、かさ密度が１．６５、１．６８ｇ／ｃｍ３の押出し成形による異方性黒鉛材と、かさ密度が１．６８ｇ／ｃｍ３の型押し成形による異方性黒鉛材から実施例１を同様の形状の浸漬テスト試料を作製し、実施例１と同一条件下でシリコン融液への浸漬を行った。
【００４９】
結果は表１及び図４に示す通りであり、全ての試料において浸漬部分の寸法変化率は５％を超え、浸漬部分にヒビ割れが生じたものや形状が大きく変化（膨張）したものがほとんであった。
【００５０】
【表１】
0004256576.tif 000003
【００５１】
（実施例２）
次に、製造装置炉内に配置する黒鉛部材の中で、原料融液がルツボから漏れた際に原料融液と接する可能性のある、黒鉛製ルツボ、ルツボ台、ルツボ支持軸、加熱ヒータ、黒鉛保護電極部、排ガス管、湯漏れ受け皿をかさ密度が１．７４〜１．７７ｇ／ｃｍ3、灰分が２０ｐｐｍ以下の高純度の等方性黒鉛材で作りシリコン半導体単結晶の製造に使用した。
【００５２】
そして、半導体単結晶の育成を行うにあたり口径６０ｃｍの石英製ルツボに多結晶シリコン原料を１５０ｋｇ仕込み溶融を開始したところ、約８０％の原料が融液となったところで石英製ルツボに亀裂が入り、ルツボから融液が漏れ出していることがわかった。直ちに加熱ヒータの電源を切り、装置冷却のため炉壁還流している冷却水の温度を確認したところ、水温は１．２℃程上昇していたが特に異常は見られなかった。
【００５３】
製造装置内部の温度が常温近くまで低下した後に、製造装置を解体して原料融液の流出状況を確認したところ、製造装置の底部に置かれている湯漏れ受け皿にはおよそ８０ｋｇ前後のシリコンが凝固していたが、流出した原料が更に湯漏れ受け皿から漏れた形跡はなく炉壁は完全に保護されていた。また、ルツボからの流出原料が接したと思われる、黒鉛製ルツボ、ルツボ台、湯漏れ受け皿を観察したところ原料融液によって侵食を受けた様子は観察されず予定した通りの機能を発揮できていることがわかった。
【００５４】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。上記した実施の形態は単なる例示であり、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、同様の効果を奏するものであれば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ことは無論である。
【００５５】
例えば、本発明の半導体単結晶の製造装置を原料融液に磁場を印加しないで単結晶を育成するＣＺ法を例に挙げて説明したが、原料融液に磁場を印加しながら半導体単結晶を育成するＭＣＺ法を用いた半導体単結晶の製造装置においても同様の効果が得られることは言うまでもない。そして、本発明の半導体単結晶製造装置や半導体単結晶製造装置に用いられる黒鉛部材の特性を評価する方法も、シリコン以外の半導体単結晶の製造装置やその装置を構成する黒鉛部材の特性を評価するのに利用可能なことは当然であり、ＣＺ法を用いた例えばＧａＡｓ結晶等の化合物半導体の育成に適用した場合でもその効果を十分に発揮することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上に述べたごとく、ＣＺ法による半導体単結晶の製造装置を本発明の装置の構造とすれば、製造装置炉内を構成する黒鉛部材に侵食性のある原料融液が接したとしても黒鉛部材に大きな変形やヒビ割れを生じることが無いので、例え不慮の原因により装置炉内に配置されたルツボから高温の原料融液が漏れたとしても、漏れた原料融液を炉内に配置された湯漏れ受け皿等の流出融液を保持するための黒鉛部材へ正確に導くことができるとともに、ルツボ内からの原料融液の漏れを確認してから製造装置を停止し炉内の温度が安全な温度に低下するまでの長時間にわたり、これら黒鉛部材により流出融液を確実に炉内に止めておくことが可能となる。
【００５７】
これによってルツボから漏れた原料融液が製造装置の外へ流れ出ることが無くなるため、流出した高温の融液により装置を破損することが回避可能となるばかりか、装置近くで働いている作業者を危険にさらすことなく安全にトラブルに対処できるようになる。
【００５８】
更には、ルツボから流れ出た侵食性の高い高温の原料融液が、冷却水を還流した金属製の製造装置炉壁やヒータ電極、ルツボ駆動軸等に直接接することも無くなるので、高温の液体が水等の冷却媒体と混じり合うことによって起こる水蒸気爆発等の重大な災害も回避することができる。
【００５９】
そして、前述した評価方法を用いて単結晶製造装置炉内の黒鉛部材として使用する黒鉛材料を評価すれば、それぞれの単結晶製造装置に適した黒鉛材料を簡単に、そしてより確実に知ることができるようになり、これら製造装置内に配置する黒鉛部材の信頼性も一層向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の単結晶製造装置の一つの実施の形態を示す概略断面説明図である。
【図２】  実施例１の浸漬テストに用いられた製造装置の概略断面説明図である。
【図３】  実施例１における浸漬後の浸漬テスト試料の表面状態を示す写真である。
【図４】  比較例１における浸漬後の浸漬テスト試料の表面状態を示す写真である。
【符号の説明】
１０：製造装置炉、１４ａ：石英製ルツボ、１４ｂ：黒鉛製ルツボ、１６：加熱ヒータ、１８：ルツボ台、１８ａ：突条、２０：ルツボ支持軸、２１：ルツボ回転駆動機構、２２：金属製電極部、２４：黒鉛保護電極部、２４ａ：突条、２６：湯漏れ受け皿、２６ａ：立上り部分、２８：断熱材、３０：排ガス管、３１：排ガス入口、３３：上端壁、３３ａ：突条、３５：引上げワイヤー、Ｍ：原料融液、Ｔ：浸漬テスト試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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