JPH06239632A - シリコン単結晶引上げ用石英ルツボとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 シリコン単結晶引上げ用石英ルツボとその製
造方法の提供 【構成】 (1) カーボンルツボに内装され、シリコン単
結晶の引上げに使用される石英ルツボ１０であって、側
壁上部に吊上用の係合手段を有し、該係合手段として貫
通孔１２、凹部または突起が、カーボンルツボへの着脱
を妨げない位置に形成されている石英ルツボ、および
(2) 回転モールド内周面に堆積した石英粉体層に成形治
具を挿入した状態で該石英粉体層を加熱溶融してルツボ
を成形し、その後、成形治具を引き抜くことにより、石
英ルツボの側壁上部に係合手段の孔ないし凹部を形成す
る上記石英ルツボの製造方法。 【効果】 係合手段を有するので石英ルツボを機械的手
段によって安全、確実に搬送でき、また単結晶引上装置
への着脱も容易である。また人手による作業の省力化お
よび石英ルツボの汚染を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコンを溶融し
て単結晶シリコンを引上げる際に用いられる石英ルツボ
とその製造方法に関する。詳しくは、ルツボの持運びや
シリコン単結晶引上げ装置への装着などを容易にするた
めルツボの吊下げ用係合手段を設けた石英ルツボとその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術およびその課題】従来、半導体用シリコン単
結晶は、加熱用のカーボンルツボに石英ルツボを内装
し、該石英ルツボに原料の多結晶シリコンを入れて加熱
溶融し、このシリコン融液から単結晶シリコンを引上げ
る方法によって主に製造されている。上記石英ルツボの
形状は、目的とするシリコン単結晶の大きさによっても
異なるが、典型的には口径および高さが約４０ｃｍ程度
の大きさで平底ないし緩い湾曲状の底部に有するもので
ある。このようなルツボは、石英粉体を原料とし、回転
モールドアーク溶融法によって主に製造されるが、製造
法の都合上、石英ルツボそれ自体は搬送を補助するため
の手段を有していない。しかしシリコン単結晶の大型化
に伴いルツボも大口径化する傾向にあり、例えば口径２
４インチ 、重量３０Kg程度の大きさの石英ルツボが製造さ
れており、その重量と大きさのために持運びやカーボン
ルツボへの装着が問題となっている。すなわち、石英ル
ツボはガラス製品であるために衝撃に弱いので機械的に
把持して移送するのが難しく、しかも従来の石英ルツボ
には取手などの手段が設けられていないために吊下げて
移送することもできず、専ら作業員による人手によって
持ち運ぶため、安全性や汚染の問題がある。

【０００３】ちなみに、石英ルツボの側壁に透孔を穿設
したシリコン単結晶引上げ装置が特公平１−５４３１８
号公報に記載されているが（図７参照）、この装置にお
ける石英ルツボの透孔１１は単結晶シリコン引上げ時に
発生したＳｉＯ₂ ガスを外部に放出させる目的のために
設けたもので、当然に石英ルツボ１０を収容するカーボ
ンルツボ５０にも前記透孔１１に連通する透孔５１が開
けられている。従ってこの透孔１１を石英ルツボの吊上
げに利用しようとしても、透孔１１と５１は連通してい
るために、例えば、ルツボ内周面側から透孔１１に吊上
げ用治具を差し込むと、その先端がカーボンルツボ５０
の透孔５１に突き出してカーボンルツボ５０に係合する
ために石英ルツボ１０をカーボンルツボ５０から抜き出
すことができない。このように上記石英ルツボはルツボ
上部に孔を有するものであるが、この孔はガス放出を目
的としたものであり、しかもその構成はルツボの吊上げ
には利用できない。

【０００４】また特開昭５３−８８６７４号公報にも、
ルツボ上端に通孔を設けた単結晶引上げ装置が記載され
ているが、この通孔は溶融物をルツボの外側に溢れ出さ
せるためのものであり、従って、ルツボの上端には通孔
を囲む環状容器が一体に形成されており、吊上用係合孔
とは明らかに異なるものである。

【０００５】以上のように、従来は、石英ルツボの移送
や引上げ装置への着脱を容易に行えるように、石英ルツ
ボに吊下げ用の係合手段を設けたものは知られていな
い。これは、従来の石英ルツボは比較的小型であるため
に人手による作業で足り、係合手段を設けて取扱いの機
械化を図る必要性に乏しかったこと、また製造工程の制
約から係合手段を設けるのが難しかい事情によるもと思
われる。

【０００６】

【発明の解決課題】本発明は従来の石英ルツボにおける
上記課題を解決したものであり、石英ルツボ上部側壁に
吊下げ用係合手段の孔または凹凸部を設け、その移送お
よび引上げ装置への着脱を容易にした石英ルツボを提供
するものである。

【０００７】本発明によれば以下の構成からなるシリコ
ン単結晶引上げ用石英ルツボとその製造方法が提供され
る。 （１） カーボンルツボに内装され、シリコン単結晶の
引上げに使用される石英ルツボであって、側壁上部に吊
上用の係合手段が形成されていることを特徴とする石英
ルツボ。 （２） 係合手段がカーボンルツボから突出する石英ル
ツボ上端部分の側壁に貫通された孔である上記(1) の石
英ルツボ。 （３） 係合手段が貫通孔であり、石英ルツボに装入さ
れるシリコン融液の液面レベルより上方であって、該石
英ルツボがカーボンルツボに内装された状態で該貫通孔
が該カーボンルツボによって閉塞される位置に設けられ
ている上記(1) の石英ルツボ。 （４） 係合手段がシリコン融液の液面レベルより上方
の内周面に設けられた突起ないし凹部である上記(1) の
石英ルツボ。 （５） 係合手段がカーボンルツボより上側に位置する
石英ルツボ上端部分の外周面から側方に突き出た突起で
ある上記(1) の石英ルツボ。 （６） 係合手段が石英ルツボの回転軸に対して対称の
位置に設けられている上記(1) 〜(5) の何れかの石英ル
ツボ。 （７） 回転モールド法による石英ルツボの製造方法に
おいて、回転モールド側壁に成形治具を挿入する孔を設
け、この孔を貫通して回転モールド内周面に堆積した石
英粉体層に成形治具を挿入した状態とし、該石英粉体層
を加熱溶融してルツボの成形操作を行い、ルツボ成形後
に成形治具を引き抜くことにより、石英ルツボの側壁上
部に係合手段の孔ないし凹部を形成することを特徴とす
るシリコン単結晶引上げ用石英ルツボの製造方法。

【０００８】

【具体的説明】以下、本発明を図面に示す実施例を参照
して詳細に説明する。図１(A)(B)は石英ルツボの上部側
壁に係合孔を設けた例を示す外観図であり、図２(A)(B)
はその吊上げ状態を示す断面図、図３は係合手段として
突起を設けた例を示す外観図、図４は係合手段として凹
部を形成した例、図５(A)(B)(C) は吊上げ治具の外観
図、図６は製造方法の説明図である。

【０００９】本発明の石英ルツボはシリコン単結晶引上
げに用いられるものである。シリコン単結晶の引上げに
おいて、原料の多結晶シリコンは不純物が混入しないよ
うに高純度の石英によって製造した石英ルツボに装入し
た状態で加熱溶融される。この引上装置には、石英ルツ
ボを伝熱性良く保持するためにカーボンルツボが設けら
れており、さらに該カーボンルツボを回転しながら上下
動する機構と、該カーボンルツボを囲む加熱手段が設け
られている。石英ルツボはカーボンルツボに嵌着され、
該カーボンルツボと一体に回転されながら徐々に下降さ
れることによりシリコン融液から単結晶シリコンが引き
上げられる。

【００１０】このように、石英ルツボはその外周から均
一に加熱されるようにカーボンルツボの内周面に密着し
て嵌合される。このカーボンルツボへの着脱および持運
びを容易に行えるように、本発明の石英ルツボは、その
側壁上部に吊上用の係合手段が設けられている。上記係
合手段としては、ルツボ側壁に貫通された係合孔あるい
は係合用凹部ないし突起が形成される。

【００１１】ルツボ側壁上部に穿設された係合手段とし
ての貫通孔は、吊上用の係合治具が該貫通孔に挿入され
たときに、石英ルツボが内装されているカーボンルツボ
に該治具が係合しない位置に設けられる。具体的には図
１および図２に示すように、石英ルツボ１０の上端１１
をカーボンルツボ２０から突き出す高さとし、このカー
ボンルツボから突き出す上端部分１１に貫通孔１２を設
ける。このように、カーボンルツボ２０から突き出す石
英ルツボ上端１１に貫通孔１２を設ければ、図２(A) に
示すように、該貫通孔１２に吊上用の治具３０を係合す
る際に、カーボンルツボ２０に妨げられずに治具３０を
石英ルツボ１０の外周側から挿入することができるの
で、貫通孔１２の位置確認が容易であり、しかも治具３
０の先端が貫通孔１２から突出してもカーボンルツボ２
０と接触しないので、治具３０と貫通孔１２の係合作業
が容易であり、石英ルツボ１０のカーボンルツボ２０へ
の着脱を迅速に行うことができる。

【００１２】また係合用貫通孔１２は、図２(B) に示す
ように、石英ルツボ１０に装入されるシリコン融液６０
の液面レベルより上方であって、該石英ルツボ１０がカ
ーボンルツボ２０に内装された状態で該貫通孔１２が該
カーボンルツボによって閉塞される位置、即ち、カーボ
ンルツボ２０に設けられたガス抜き用の孔などに係合し
ない位置に係合用貫通孔１２を設けても良い。この場合
には吊上用の係合治具３０はルツボの内周面側から貫通
孔１２に挿入される。石英ルツボ１０がカーボンルツボ
２０に内装された状態で、該孔１２はカーボンルツボ内
周面によって閉塞されているので、治具３０が孔１２に
押し込まれた際に、その先端がカーボンルツボ２０に突
出して係合することがなく、石英ルツボ１０をカーボン
ルツボ２０から容易に引き抜くことができる。また治具
３０の先端が石英ルツボ側壁から突出さないように治具
３０を貫通孔１２に挿入した状態で石英ルツボ１０を吊
下げれば、係合治具１０の先端がカーボンルツボ２０に
衝突せずに石英ルツボ１０を該カーボンルツボ２０に装
着することができる。

【００１３】係合手段の他の形状としては、図３に示す
ように突起１３でも良く、または図４に示すように、十
分な係合深さが確保できれば凹部１４でも良い。係合用
突起１３は、石英ルツボ１０をカーボンルツボ２０に着
脱する際に、その妨げにならないよう、石英ルツボ１０
のカーボンルツボ２０から突出す上端部外周に設けられ
る。図３はカーボンルツボ２０から突き出す石英ルツボ
上端部１１の外周に係合用突起１３を設けた例である。
また係合用凹部１４は、図４に示すように、石英ルツボ
１０の内周面に設ける場合にはシリコン融液の液面レベ
ルよりも上方に形成され、また石英ルツボ１０の外周面
に設ける場合にはカーボンルツボから突出した上端部分
に形成される。

【００１４】係合用の上記貫通孔１２、突起１３および
凹部１４は何れも石英ルツボ１０を安定に吊上げること
ができるように、石英ルツボの回転中心に対して対称に
設けるのが好ましい。図１(A) は貫通孔１２を左右対称
に設けた例であり、図１(B)は該孔１２を石英ルツボの
回転中心に対して１２０度の間隔で３か所に設けた例で
ある。必要に応じ、該係合手段を４か所以上に設けても
良い。また、これら貫通孔１２、突起１３および凹部１
４の形状はとくに限定されず、円、矩形、半月形、楕円
形など適宜な形状で良いが、係合用治具３０に適合する
形状であることが好ましい。

【００１５】一例として、係合治具３０の先端３１を僅
かに上方に張り出す形状とし、この先端形状よりやや大
きな貫通孔１２を設ければ、係合治具３０を石英ルツボ
１０の外周側から貫通孔１２に挿入して吊上げた時に、
治具先端３１が石英ルツボ１０の内周面に張り出して貫
通孔１２に係合するので、治具３０が貫通孔１２から外
れる虞がない。

【００１６】吊上げ用係合治具３０の具体例を図５(A)
(B)(C) に示す。図５(A) の例は、吊具３５の下端に三
又の係合爪３２を設けたものであり、各爪３２はフリジ
ョイント３３を介してぶら下げられているので、各爪３
３を押し広げてその先端３１が石英ルツボ１０の貫通孔
１２または凹部１４に挿入される。また図５(B) は円板
状の吊具３５から係合爪３２を垂下させた例である。該
係合爪３２は等間隔に３本設けられ、かつ側方に向かっ
て往復動自在に装着されている。該係合爪３２は内側に
向かって移動され、その先端が石英ルツボ１０の貫通孔
１２または凹部１４に係合され、また係合位置から外側
に向かって移動して貫通孔１２ないし凹部１４から外れ
る。図５(C) は水平に吊下げられた環状の吊具３５に係
合棒３４を着脱自在に装着した例であり、３本の係合棒
３４が等間隔に中心に向かって挿着されている。吊具３
５が石英ルツボ１０の上端を囲む位置に挿入されるまで
係合棒３４は予め引き出されており、その後、係合棒３
４が内側に差し込まれ、その先端が貫通孔１２または凹
部１４に係合される。これらの吊具３５は、好ましくは
ホイストや走行台車によって搬送自在に支持されてお
り、係合爪３２が石英ルツボ１０の貫通孔１２または凹
部１４に係合した状態で該石英ルツボを吊上げ、目的の
地点に移送する。なお、係合用突起１３を設けた例につ
いても同様の吊上搬送手段を用いることができる。

【００１７】次に、上記係合用貫通孔１２または凹部１
４の形成方法の一例を図６に示す。図示する方法は回転
モールドによって石英ルツボ１０を製造する際に同時に
上記貫通孔等を形成する方法であり、回転モールド４０
の上端に棒状の成形治具（成形棒）４２を挿入する成形
用の孔４１を設け、この孔４１に成形棒４２を挿入して
その先端を回転モールド４０の内側に突出させ、この状
態で石英粉体を回転モールド内周面に堆積させて石英粉
体層４３に成形棒４２の先端が挿入された状態とする。
該石英粉体層４３をアーク放電などにより加熱してその
内周側から溶融しガラス化する。また必要に応じ、加熱
時に回転モールドに設けた吸引路４４を通じて石英粉体
層内部を排気する。ルツボ成形後に成形棒４２を引き抜
くことにより石英ルツボの上端に貫通孔１２が形成され
る。なお成形棒４２の突出長さをやや短くし石英粉体層
４３から突出さないようにすれば、係合用凹部を形成す
ることができる。

【００１８】なお、上記貫通孔１２および凹部１４は、
上記方法によらず、ルツボ成形後にコアドリルまたはレ
ーザー光線などで穿設することができるが、回転モール
ド法による上記方法では、成形後に穿孔加工する必要が
なく、加工時の損傷を避けることができる。また係合手
段の突起を形成する場合には、予め高純度の石英部材に
よって突起を形成ておき、これを石英ルツボに溶着させ
ればよい。

【００１９】なお必要に応じ、上記係合用の貫通孔ない
し凹部に、石英ルツボに関する情報を表示する機能を兼
用させてもよい。例えば石英ルツボの等級（不純物含有
量）に応じて貫通孔や凹部の配置や形状を変え、吊具の
係合治具をこれと対応する形状にすれば、石英ルツボの
吊上げ機能と共に等級識別機能をも発揮することができ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明の石英ルツボは、吊上用の係合手
段を有するので石英ルツボを機械的手段によって安全、
確実に搬送することができる。また単結晶引上装置への
着脱も容易に行うことができる。さらに、石英ルツボを
機械的手段に搬送できるので、人手による作業の省力化
および石英ルツボの汚染を防止することができる。また
本発明の石英ルツボは、カーボンルツボとの装着部分に
は突起などの障害物が形成されないので、カーボンルツ
ボとの密着性が損なわれず、熱伝導率を均一かつ効率的
に維持することができ、従って均一な品質で純度の高い
単結晶シリコンを引上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ） 上部側壁に係合孔を設けた石英
ルツボの外観図。

【図２】（Ａ）（Ｂ） 石英ルツボの吊上げ状態を示す
断面図。

【図３】 係合手段の突起を設けた石英ルツボの外観
図。

【図４】 係合手段の凹部を形成した石英ルツボの概略
断面図。

【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ） 吊上げ治具の外観図。

【図６】 本発明に係る石英ルツボの製造方法の説明
図。

【図７】 従来のシリコン単結晶引上げ装置の概略断面
図。

【符号の説明】

１０−石英ルツボ、１１−石英ルツボ上端、１２−貫通
孔、１３−突起、１４−凹部、２０−カーボンルツボ、
３０−係合用治具、３２−係合爪、３４−係合棒、３５
−吊具、４０−回転モールド、４１−孔、４２−成形
棒、４３−石英粉体層。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カーボンルツボに内装され、シリコン単
   結晶の引上げに使用される石英ルツボであって、側壁上
   部に吊上用の係合手段が形成されていることを特徴とす
   る石英ルツボ。
2. 【請求項２】 係合手段がカーボンルツボから突出する
   石英ルツボ上端部分の側壁に貫通された孔である請求項
   １の石英ルツボ。
3. 【請求項３】 係合手段が貫通孔であり、石英ルツボに
   装入されるシリコン融液の液面レベルより上方であっ
   て、該石英ルツボがカーボンルツボに内装された状態で
   該貫通孔が該カーボンルツボによって閉塞される位置に
   設けられている請求項１の石英ルツボ。
4. 【請求項４】 係合手段がシリコン融液の液面レベルよ
   り上方の内周面に設けられた突起ないし凹部である請求
   項１の石英ルツボ。
5. 【請求項５】 係合手段がカーボンルツボより上側に位
   置する石英ルツボ上端部分の外周面から側方に突き出た
   突起である請求項１の石英ルツボ。
6. 【請求項６】 係合手段が石英ルツボの回転軸に対して
   対称の位置に設けられている請求項１〜５の何れかの石
   英ルツボ。
7. 【請求項７】 回転モールド法による石英ルツボの製造
   方法において、回転モールド側壁に成形治具を挿入する
   孔を設け、この孔を貫通して回転モールド内周面に堆積
   した石英粉体層に成形治具を挿入した状態とし、該石英
   粉体層を加熱溶融してルツボの成形操作を行い、ルツボ
   成形後に成形治具を引き抜くことにより、石英ルツボの
   側壁上部に係合手段の孔ないし凹部を形成することを特
   徴とするシリコン単結晶引上げ用石英ルツボの製造方
   法。