JP2019167254A - Polycrystal raw material holding tool of fz furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、FZ(Floating Zone)炉の多結晶原料把持具に関する。 The present invention relates to a polycrystalline raw material gripping tool for an FZ (Floating Zone) furnace.
従来、FZ(Floating Zone)法によりシリコン単結晶を製造する場合、シリコンの多結晶原料把持具にシリコン多結晶原料を保持させ、チャンバー内の下部に配置される種結晶ホルダーおよび高周波誘導加熱コイルを用い、シリコンの多結晶原料を溶融させてシリコン単結晶のインゴットを製造する。ここで、高周波誘導加熱コイルによるシリコン多結晶原料の溶融に際しては、シリコン多結晶原料を多結晶原料把持具に把持させた状態で溶融を行う。 Conventionally, when a silicon single crystal is manufactured by the FZ (Floating Zone) method, a silicon polycrystalline raw material is held by a silicon polycrystalline raw material gripping tool, and a seed crystal holder and a high-frequency induction heating coil disposed in the lower part of the chamber are provided. A silicon single crystal ingot is manufactured by melting a polycrystalline raw material of silicon. Here, when the silicon polycrystalline material is melted by the high-frequency induction heating coil, the silicon polycrystalline material is melted with the polycrystalline material gripping tool held.
たとえば、特許文献1には、下方に開口する円筒形の内部アダプタと、その外面側に設けられる外部アダプタとを備え、外部アダプタの外周壁にシリコン多結晶原料の外周部に押圧狭持する押さえアームが設けられた多結晶原料保持具が開示されている。
また、特許文献2には、下方に開口する円筒形のアダプタを備え、アダプタの下端に下方に回転すると次第に回転半径が増加する偏芯コマを設け、上方からのねじ締めによって、次第に偏芯コマの回転半径が増加して、シリコン多結晶原料を狭持する多結晶原料保持具が開示されている。
For example, Patent Document 1 includes a cylindrical internal adapter that opens downward and an external adapter that is provided on the outer surface thereof, and a pressing member that presses and holds the outer peripheral wall of the silicon polycrystalline material on the outer peripheral wall of the external adapter. A polycrystalline raw material holder provided with an arm is disclosed.
Further, Patent Document 2 includes a cylindrical adapter that opens downward, and is provided with an eccentric piece that gradually increases in rotational radius when rotated downward at the lower end of the adapter. A polycrystalline raw material holder for holding a silicon polycrystalline raw material by increasing the radius of rotation is disclosed.
前記特許文献1および特許文献2に記載の技術では、ステンレス製の押さえアームや偏芯コマが、シリコン多結晶の外周側面に当接して狭持する構造である。熱膨張係数は、ステンレス材よりもシリコン多結晶原料の方が高いため、シリコン多結晶の原料が短くなり、保持具に掛かる輻射熱の影響が大きくなると、偏芯コマやアーム部の変位による把持力の緩み、アーム部の押し付けボルトや偏芯コマの押さえねじの焼き付き等によるかじり等が生じるという課題がある。
また、中央に筒状の開口が存在するため、結合する上部回転軸に熱の影響が及ぶという課題もある。
以上の課題のため、結晶成長が進むにつれて回転軸中心のずれ(芯振れ)が増大してしまうという問題が生じていた。
The techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a structure in which a holding arm made of stainless steel or an eccentric piece is held in contact with the outer peripheral side surface of the polycrystalline silicon. Since the coefficient of thermal expansion of silicon polycrystalline material is higher than that of stainless steel, if the silicon polycrystalline material becomes shorter and the influence of radiant heat on the holder becomes larger, the gripping force due to the displacement of the eccentric piece or arm part There is a problem that galling or the like occurs due to seizure of the arm portion, seizure of the pressing bolt of the arm portion or the holding screw of the eccentric piece.
Moreover, since the cylindrical opening exists in the center, there is also a problem that the upper rotating shaft to be coupled is affected by heat.
Due to the above problems, there has been a problem that the shift (center runout) of the rotation axis center increases as the crystal growth proceeds.
本発明の目的は、FZ法によるシリコン単結晶の製造において、シリコン多結晶原料が加熱されても熱影響を受けにくく、結晶成長に伴う芯振れの増大が小さいFZ炉の多結晶原料把持具を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace that is less susceptible to thermal influence even when the silicon polycrystalline raw material is heated in the production of a silicon single crystal by the FZ method, and in which the increase in core runout accompanying crystal growth is small. It is to provide.
本発明のFZ炉の多結晶原料把持具は、FZ(Floating Zone)炉のシリコン多結晶原料を把持するFZ炉の多結晶原料把持具であって、前記シリコン多結晶原料の荷重を支持する支持軸と、前記シリコン多結晶原料を係止する複数の係止部が挿通されたチャック部と、前記複数の係止部を水平方向に位置調整する水平位置調整部と、前記複数の係止部および前記水平位置調整部の間に隙間を設けて配置され、前記シリコン多結晶原料からの輻射熱を遮蔽する遮蔽部とを備えていることを特徴とする。 A polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace according to the present invention is a polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace for gripping a silicon polycrystalline raw material for an FZ (Floating Zone) furnace, and supports the load of the silicon polycrystalline raw material. A shaft, a chuck portion through which a plurality of locking portions for locking the silicon polycrystalline raw material are inserted, a horizontal position adjusting portion for adjusting the position of the plurality of locking portions in the horizontal direction, and the plurality of locking portions And a shielding part that is arranged with a gap between the horizontal position adjusting parts and shields radiant heat from the silicon polycrystal raw material.
本発明によれば、多結晶原料把持具が遮蔽部を備えていることにより、シリコン多結晶原料が、高周波誘導加熱コイルによって熱せられ、発生する輻射熱の影響によりチャック部が熱歪みを生じて変位し、追従して把持ボルトが変位することを防止できる。さらに、シリコン多結晶原料の加熱による熱の影響が、水平位置調整部に伝熱することを抑制して、水平位置調整部の調整状態が変化することも抑制できる。 According to the present invention, the polycrystalline raw material gripping tool is provided with the shielding part, so that the silicon polycrystalline raw material is heated by the high frequency induction heating coil, and the chuck part is displaced due to thermal distortion caused by the generated radiant heat. Accordingly, it is possible to prevent the grip bolt from being displaced following the movement. Furthermore, it can suppress that the influence of the heat | fever by the heating of a silicon polycrystal raw material transfers to a horizontal position adjustment part, and can also suppress that the adjustment state of a horizontal position adjustment part changes.
本発明では、前記水平位置調整部は、前記支持軸を囲むように設けられ、前記支持軸の回りに複数の雌ねじ孔が形成された位置調整部本体と、前記雌ねじ孔のそれぞれに螺合され、先端が前記支持軸に当接する複数のボルトとを備え、互いに対向する雌ねじ孔およびボルトのねじピッチが異なっているのが好ましい。
本発明によれば、位置調整部本体の雌ねじ孔に螺合されるボルトの螺合量を変更することにより、支持軸への押込量を変化させて、支持軸に対するシリコン多結晶原料の把持位置を変化させることができる。しかも、互いに対向する雌ねじ孔およびボルトのねじピッチを変更することにより、ボルトの押込量の微調整を行うことができるので、支持軸に対するシリコン多結晶原料の把持位置を高精度に調整することができる。
In the present invention, the horizontal position adjusting portion is provided so as to surround the support shaft, and is screwed into each of the position adjusting portion main body in which a plurality of female screw holes are formed around the support shaft and the female screw holes. Preferably, the front end includes a plurality of bolts abutting against the support shaft, and the female screw holes and the bolts facing each other have different screw pitches.
According to the present invention, by changing the screwing amount of the bolt to be screwed into the female screw hole of the position adjusting unit main body, the pushing amount to the support shaft is changed, and the silicon polycrystalline material gripping position with respect to the support shaft is changed. Can be changed. In addition, by changing the female screw holes facing each other and the screw pitch of the bolts, it is possible to finely adjust the pushing amount of the bolts, so that the holding position of the silicon polycrystalline material relative to the support shaft can be adjusted with high accuracy. it can.
本発明では、前記複数の雌ねじ孔は、互いに直交する方向に一対形成され、互いに直交する一対の雌ねじ孔は、一方のねじピッチが他方のねじピッチよりも小さくなっていて、前記一対の雌ねじ孔に螺合するボルトの螺合位置を調整するのが好ましい。
本発明によれば、一対の雌ねじ孔が、互いに直交する方向に一対形成されているので、それぞれの雌ねじ孔に挿入されるボルトの螺合位置を調整することにより、シリコン多結晶原料の軸をFZ炉の中心に合わせることができる。特に、一方のねじピッチが他方のねじピッチよりも小さくなっていることにより、大きなピッチのボルトで概ねの位置を調整し、小さなピッチのボルトで微調整を行うことができるため、高精度に位置決めを行える。したがって、シリコン多結晶原料を高精度に位置決めすることにより、シリコン単結晶の育成中に、シリコン多結晶が所定径の円軌道を描くことを防止できる。
In the present invention, the plurality of female screw holes are formed in a pair in a direction orthogonal to each other, and the pair of female screw holes orthogonal to each other has one screw pitch smaller than the other screw pitch, and the pair of female screw holes It is preferable to adjust the screwing position of the bolt to be screwed onto the screw.
According to the present invention, since the pair of female screw holes are formed in a direction orthogonal to each other, by adjusting the screwing position of the bolts inserted into the respective female screw holes, the shaft of the silicon polycrystalline raw material can be adjusted. It can be adjusted to the center of the FZ furnace. In particular, since one screw pitch is smaller than the other screw pitch, it is possible to adjust the approximate position with a large pitch bolt and finely adjust with a small pitch bolt. Can be done. Therefore, by positioning the silicon polycrystal raw material with high accuracy, it is possible to prevent the silicon polycrystal from drawing a circular orbit having a predetermined diameter during the growth of the silicon single crystal.
本発明では、前記チャック部は、上板と下板からなり、前記上板と下板には、それぞれ外周から径方向中心に向かう複数の長孔が形成され、前記複数の長孔を介して前記複数の係止部が挿通されているのが好ましい。
本発明によれば、上板の長孔および下板の長孔のそれぞれに係止部を挿通するので、上板および下板を相対的に回転させることにより、係止部の径方向位置および周方向位置を変更することができる。
In the present invention, the chuck portion includes an upper plate and a lower plate, and each of the upper plate and the lower plate is formed with a plurality of long holes from the outer periphery toward the radial center, and the plurality of long holes are interposed therebetween. It is preferable that the plurality of locking portions are inserted.
According to the present invention, since the locking portion is inserted into each of the long hole of the upper plate and the long hole of the lower plate, by rotating the upper plate and the lower plate relatively, the radial position of the locking portion and The circumferential position can be changed.
本発明では、前記遮熱部は、厚さ0.8mm以上のステンレス製の板状体から構成されているのが好ましい。
本発明によれば、遮蔽部が厚さ0.8mm以上のステンレス製の板状体から構成されることにより、位置調整部本体および係止部の隙間を小さくすることができる。したがって、狭い隙間で熱の遮蔽効果を確保することができ、水平位置調整部の変形を抑制することができる。
In this invention, it is preferable that the said heat shield part is comprised from the plate-shaped body made from stainless steel of thickness 0.8mm or more.
According to the present invention, the gap between the position adjusting portion main body and the locking portion can be reduced by forming the shielding portion from a stainless steel plate having a thickness of 0.8 mm or more. Therefore, a heat shielding effect can be ensured in a narrow gap, and deformation of the horizontal position adjustment unit can be suppressed.
[1]FZ炉1の全体構成
図1には、本発明の実施の形態に係るFZ炉1の模式図が示されている。このFZ炉1は、FZ(Floating Zone)法により、シリコン多結晶原料2からシリコン単結晶3を育成する装置である。FZ炉1は、結晶保持具4、高周波誘導加熱コイル5、保温筒6、製品単結晶重量保持具8、および多結晶原料把持具9を備える。
[1] Overall Configuration of FZ Furnace 1 FIG. 1 shows a schematic diagram of an FZ furnace 1 according to an embodiment of the present invention. The FZ furnace 1 is an apparatus for growing a silicon single crystal 3 from a silicon polycrystalline raw material 2 by an FZ (Floating Zone) method. The FZ furnace 1 includes a crystal holder 4, a high frequency induction heating coil 5, a heat insulating cylinder 6, a product single crystal weight holder 8, and a polycrystalline raw material gripper 9.
結晶保持具4は、シリコン単結晶3の先端部分を保持する部材であり、上部に種結晶が固定され、シリコン単結晶3の育成とともに、下方に引き下げられる。製品単結晶重量保持具8は、シリコン単結晶3の肩部に当接し、シリコン単結晶3の重量を保持する。
多結晶原料把持具9は、詳しくは後述するが、シリコン多結晶原料2の上端の胴部をチャッキングする。
The crystal holder 4 is a member that holds the tip portion of the silicon single crystal 3. A seed crystal is fixed to the upper part of the crystal holder 4, and is pulled downward as the silicon single crystal 3 is grown. The product single crystal weight holder 8 contacts the shoulder of the silicon single crystal 3 and holds the weight of the silicon single crystal 3.
As will be described in detail later, the polycrystalline material gripping tool 9 chucks the upper end of the silicon polycrystalline material 2.
高周波誘導加熱コイル5は、リング状体から構成され、図示を略したが、高周波電源に接続され、高周波誘導加熱によってシリコン多結晶原料2を溶融し、シリコンの溶融帯域3Aを形成する。
保温筒6は、育成されたシリコン単結晶3の周囲を囲むリング状体から構成される。保温筒6は、溶融帯域3Aが固化する過程におけるシリコン単結晶3の温度を制御する。
The high-frequency induction heating coil 5 is composed of a ring-like body and is not shown in the figure, but is connected to a high-frequency power source and melts the silicon polycrystalline raw material 2 by high-frequency induction heating to form a silicon melting zone 3A.
The heat insulating cylinder 6 is composed of a ring-shaped body that surrounds the grown silicon single crystal 3. The heat insulating cylinder 6 controls the temperature of the silicon single crystal 3 in the process of solidifying the melting zone 3A.
このようなFZ炉1では、シリコン多結晶原料2の上端を、多結晶原料把持具9で保持し、炉内に固定された高周波誘導加熱コイル5により、シリコン多結晶原料2の下端が溶融される。シリコンの溶融帯域3Aに、結晶保持具4に固定された種結晶を接触させ、下方に引き下げつつ、所望の直胴径となるように増径させながら融液を凝固させ、直胴径に達した後は、その直胴径を維持するように融液を凝固させてシリコン単結晶3を製造する。このとき、同時にシリコン多結晶原料2を回転させながら、下方に移動させることにより、連続的にシリコン多結晶原料2の下端を溶融させ、単結晶化に必要な量の融液を供給する。
結晶は、ある程度成長したところで、製品単結晶重量保持具8により保持される。
In such an FZ furnace 1, the upper end of the silicon polycrystalline raw material 2 is held by the polycrystalline raw material gripping tool 9, and the lower end of the silicon polycrystalline raw material 2 is melted by the high-frequency induction heating coil 5 fixed in the furnace. The The seed crystal fixed to the crystal holder 4 is brought into contact with the silicon melting zone 3A, and the melt is solidified while increasing the diameter to the desired diameter while pulling down to reach the diameter of the diameter. After that, the melt is solidified so as to maintain the diameter of the straight cylinder, and the silicon single crystal 3 is manufactured. At this time, by simultaneously moving the silicon polycrystalline raw material 2 while rotating it, the lower end of the silicon polycrystalline raw material 2 is continuously melted, and an amount of melt necessary for single crystallization is supplied.
When the crystals have grown to some extent, they are held by the product single crystal weight holder 8.
[2]多結晶原料把持具9の構造
図2および図3には、多結晶原料把持具9の構造が示されている。図2(A)は、後述する水平位置調整部12の上方から見た平面図であり、図2(B)は、側面図である。図3(A)は、後述するチャック部15の上方から見た平面図であり、図3(B)は、断面図である。
多結晶原料把持具9は、シリコン多結晶原料2を把持する装置である。多結晶原料把持具9は、図2(A)および図2(B)に示すように、上軸10、支持軸11、水平位置調整部12、吊下部13、傾き調整ボルト14、チャック部15、把持ボルト16、および遮熱板17を備える。
[2] Structure of polycrystalline raw material gripping tool 9 FIGS. 2 and 3 show the structure of the polycrystalline raw material gripping tool 9. FIG. 2A is a plan view seen from above a horizontal position adjusting unit 12 described later, and FIG. 2B is a side view. FIG. 3A is a plan view seen from above a chuck portion 15 described later, and FIG. 3B is a cross-sectional view.
The polycrystalline material gripping tool 9 is an apparatus for gripping the silicon polycrystalline material 2. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the polycrystalline raw material gripping tool 9 includes an upper shaft 10, a support shaft 11, a horizontal position adjusting portion 12, a hanging portion 13, an inclination adjusting bolt 14, and a chuck portion 15. , A holding bolt 16 and a heat shield plate 17 are provided.
上軸10は、図示しない昇降機構および回転機構に接続され、シリコン多結晶原料2をチャンバー中で昇降および回転させる。
支持軸11は、上軸10の中心に接続され、支持軸11の回りには、水平位置調整部12が設けられ、支持軸11の下端には、吊下部13が接続され、シリコン多結晶原料2の荷重を支持する。
水平位置調整部12は、詳しくは後述するが、支持軸11を水平方向に移動させ、把持されたシリコン多結晶原料2の径方向中心位置を、上軸10の軸中心に合わせる。
Upper shaft 10 is connected to an elevating mechanism and a rotating mechanism (not shown), and moves up and down and rotates silicon polycrystalline raw material 2 in the chamber.
The support shaft 11 is connected to the center of the upper shaft 10, a horizontal position adjusting unit 12 is provided around the support shaft 11, and a suspended portion 13 is connected to the lower end of the support shaft 11, and the silicon polycrystalline raw material 2 loads are supported.
As will be described in detail later, the horizontal position adjusting unit 12 moves the support shaft 11 in the horizontal direction, and adjusts the center position in the radial direction of the gripped silicon polycrystalline raw material 2 to the axis center of the upper shaft 10.
吊下部13は、水平位置調整部12の下端に一体に設けられ、ステンレス製、特にSUS304製の円形板状体から構成される。吊下部13の中心には、吊下棒13Aが回転可能に取り付けられている。
また、吊下部13の外周近傍には、図示を略したが、支持軸11の回りに120°のピッチで3箇所雌ねじ孔が形成される。
傾き調整ボルト14は、吊下部13のそれぞれの雌ねじ孔に螺合され、傾き調整ボルト14の先端が、チャック部15の上面に当接する。そして、それぞれの傾き調整ボルト14の突出量を変更することにより、チャック部15の傾きが変更され、シリコン多結晶原料2の吊り下げ姿勢が調整される。
The hanging portion 13 is integrally provided at the lower end of the horizontal position adjusting portion 12 and is made of a circular plate-like body made of stainless steel, particularly SUS304. A suspension bar 13A is rotatably attached to the center of the suspension 13.
Although not shown, three female screw holes are formed around the support shaft 11 at a pitch of 120 ° near the outer periphery of the suspension 13.
The inclination adjusting bolt 14 is screwed into each female screw hole of the hanging portion 13, and the tip of the inclination adjusting bolt 14 comes into contact with the upper surface of the chuck portion 15. And the inclination of the chuck | zipper part 15 is changed by changing the protrusion amount of each inclination adjustment volt | bolt 14, and the hanging attitude | position of the silicon polycrystalline raw material 2 is adjusted.
チャック部15は、図3(A)および図3(B)に示すように、ステンレス製の特にSUS304製の円形板状体から構成され、チャック部15の円板の中心には、シリコン多結晶原料2の回転機構とは別に、吊下棒13Aが水平方向に自由度を持たせて回転可能に接続される。
チャック部15は、上板15Aおよび下板15Bを重ねた2層から構成される。上板15Aには、外周から径方向中心に向かう長孔151が、吊下棒13Aの回りに5箇所形成されている。下板15Bには、下板15Bの外周から内側に向かって螺旋状に形成された長孔152が、吊下棒13Aの回りに5箇所形成されている。
As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), the chuck portion 15 is made of a circular plate-like body made of stainless steel, particularly SUS304, and a silicon polycrystal is formed at the center of the disc of the chuck portion 15. Apart from the rotation mechanism of the raw material 2, the suspension bar 13A is rotatably connected with a degree of freedom in the horizontal direction.
The chuck portion 15 is composed of two layers in which an upper plate 15A and a lower plate 15B are stacked. In the upper plate 15A, five long holes 151 from the outer periphery toward the radial center are formed around the suspension bar 13A. In the lower plate 15B, five elongated holes 152 formed in a spiral shape from the outer periphery to the inner side of the lower plate 15B are formed around the suspension bar 13A.
係止部としての把持ボルト16は、モリブデン、若しくはステンレス製、特にSUS304製の材料から構成され、シリコン多結晶原料2を把持する。把持ボルト16は、ボルト161、位置決めナット162、押さえナット163、遮熱板支持ナット164、および原料保持プレート165を備える。なお、押さえナット163、遮熱板支持ナット164、および原料保持プレート165は一体形状でもよい。
ボルト161は、上板15Aの長孔151と下板15Bの長孔152の重なる複数の位置のそれぞれ、本実施形態では、支持軸回りに5箇所挿通される。上板15Aおよび下板15Bを吊下棒13A回りに相対的に回転させることにより、ボルト161の径方向位置および周方向位置が変更される。
The holding bolt 16 as the locking portion is made of a material made of molybdenum or stainless steel, particularly SUS304, and holds the silicon polycrystalline raw material 2. The holding bolt 16 includes a bolt 161, a positioning nut 162, a holding nut 163, a heat shield plate support nut 164, and a raw material holding plate 165. The presser nut 163, the heat shield plate support nut 164, and the raw material holding plate 165 may be integrated.
In the present embodiment, the bolts 161 are inserted through five locations around the support shaft at positions where the elongated holes 151 of the upper plate 15A and the elongated holes 152 of the lower plate 15B overlap. By rotating the upper plate 15A and the lower plate 15B relatively around the suspension bar 13A, the radial position and the circumferential position of the bolt 161 are changed.
位置決めナット162は、ボルト161の上端に螺合され、ボルト161の径方向位置、周方向位置が決定したら、下部の押さえナット163にチャック部15を支持させた状態で、位置決めナット162を締め込むことにより、把持ボルト16の把持位置の位置決めをする。
遮熱板支持ナット164は、押さえナット163の下部に離間して螺合され、チャック部15から離間した状態で遮熱板17を支持する。
The positioning nut 162 is screwed onto the upper end of the bolt 161. When the radial position and the circumferential position of the bolt 161 are determined, the positioning nut 162 is tightened with the chuck portion 15 supported by the lower holding nut 163. Thus, the gripping position of the gripping bolt 16 is determined.
The heat shield plate support nut 164 is screwed into the lower portion of the presser nut 163 and supports the heat shield plate 17 in a state of being separated from the chuck portion 15.
原料保持プレート165は、ボルト161の下端に設けられるステンレス製の円形板状体である。原料保持プレート165は、ボルト161の径よりも大きな径の円形板状体である。原料保持プレート165の端縁が、シリコン多結晶原料2の上端部に形成された溝部2Aに挿入されることにより、シリコン多結晶原料2は、多結晶原料把持具9に係止される。 The raw material holding plate 165 is a stainless steel circular plate provided at the lower end of the bolt 161. The raw material holding plate 165 is a circular plate-like body having a diameter larger than the diameter of the bolt 161. By inserting the edge of the raw material holding plate 165 into the groove 2A formed at the upper end of the silicon polycrystalline raw material 2, the silicon polycrystalline raw material 2 is locked to the polycrystalline raw material gripping tool 9.
[3]遮熱板17の構造
図4には、本実施の形態の遮熱部としての遮熱板17が示されている。
遮熱板17は、ステンレス製、特にSUS304製の円形板状体から構成され、板厚0.8mm以上とされる。遮熱板17は、外周縁から中央方向に向かって、スリット171が5箇所形成され、それぞれのスリット171には、把持ボルト16のボルト161が挿入される。遮熱板17には、ボルト161に螺合された遮熱板支持ナット164が、遮熱板17の下面に当接し、遮熱板17は、チャック部15と離間した状態で支持される。
[3] Structure of heat shield plate 17 FIG. 4 shows a heat shield plate 17 as a heat shield portion of the present embodiment.
The heat shield plate 17 is made of a circular plate-like body made of stainless steel, particularly SUS304, and has a plate thickness of 0.8 mm or more. The heat shield plate 17 is formed with five slits 171 from the outer peripheral edge toward the center, and the bolt 161 of the grip bolt 16 is inserted into each slit 171. A heat shield plate support nut 164 that is screwed to the bolt 161 is in contact with the heat shield plate 17, and the heat shield plate 17 is supported in a state of being separated from the chuck portion 15.
遮熱板17を0.8mm以上の厚さのSUS304製の円板状体としたのは、SUS304の材質における機械的強度の物性において、引張強さが400℃程度から低下する傾向がある点を考慮したためである。したがって、遮熱板17で遮蔽すれば、シリコン多結晶原料2の加熱による輻射熱を遮断し、上部のチャック部15、吊下部13、水平位置調整部12への輻射熱による熱の伝播を防止して、チャック部15、吊下部13、水平位置調整部12が熱によって変形することが防止できる。厚さ0.8mm以上であれば遮蔽効果が見込まれ、0.9〜1.1mmが好ましい。1.2mmより厚いと重量の増大や、熱歪み変形が把持ボルト16の変位に関係し、結果的に原料芯振れに影響を与えるため好ましくない。 The reason why the SUS304 disk-shaped body having a thickness of 0.8 mm or more is used as the heat shield plate 17 is that the tensile strength tends to decrease from about 400 ° C. in the physical properties of the material of SUS304. This is because of this. Therefore, if it is shielded by the heat shield plate 17, the radiant heat due to the heating of the silicon polycrystalline raw material 2 is blocked, and the propagation of heat due to the radiant heat to the upper chuck portion 15, the hanging portion 13 and the horizontal position adjusting portion 12 is prevented. Further, the chuck portion 15, the suspended portion 13, and the horizontal position adjusting portion 12 can be prevented from being deformed by heat. If the thickness is 0.8 mm or more, a shielding effect is expected, and 0.9 to 1.1 mm is preferable. If it is thicker than 1.2 mm, an increase in weight and deformation due to thermal distortion are related to the displacement of the grip bolt 16 and consequently affect the runout of the raw material, which is not preferable.
[4]水平位置調整部12の構造
図5には、多結晶原料把持具9を構成する水平位置調整部12が示されている。図5(A)は、水平位置調整部12の上方から見た平面図であり、図5(B)は、水平位置調整部12の断面図である。
水平位置調整部12は、図5に示すように、位置調整部本体121、ボルト125,126、および吊下棒支持部127を備える。
位置調整部本体121は、支持軸11を囲むように設けられる上面が閉塞されたステンレス製の円筒状体から構成される。位置調整部本体121の上面には、支持軸11が挿入される孔122が形成される。孔122は支持軸11の径よりも大きく形成される。支持軸11が、孔122のどこに挿入されるかによって、支持軸11に対する水平位置調整部12の水平位置が変更される。
[4] Structure of Horizontal Position Adjustment Unit 12 FIG. 5 shows the horizontal position adjustment unit 12 constituting the polycrystalline raw material gripping tool 9. FIG. 5A is a plan view seen from above the horizontal position adjustment unit 12, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the horizontal position adjustment unit 12.
As shown in FIG. 5, the horizontal position adjustment unit 12 includes a position adjustment unit main body 121, bolts 125 and 126, and a suspension rod support unit 127.
The position adjustment unit main body 121 is formed of a stainless steel cylindrical body whose upper surface is provided so as to surround the support shaft 11. A hole 122 into which the support shaft 11 is inserted is formed on the upper surface of the position adjustment unit main body 121. The hole 122 is formed larger than the diameter of the support shaft 11. Depending on where in the hole 122 the support shaft 11 is inserted, the horizontal position of the horizontal position adjusting unit 12 with respect to the support shaft 11 is changed.
位置調整部本体121の側面には、雌ねじ孔123、124が形成されている。雌ねじ孔123、124は、図5(A)における左右方向(仮に、X軸方向という)と、図5(A)における上下方向(仮にY軸方向という)とに形成される。つまり、雌ねじ孔123、124は、互いに対向配置され、2組の雌ねじ孔123、124の組み合わせは、X軸方向およびY軸方向に互いに直交する方向に形成される。
また、互いに対向配置される雌ねじ孔123と、雌ねじ孔124とは、ねじピッチが異なる。具体的には、雌ねじ孔123は、JIS B 0205規格に準拠したM8ねじとされ、雌ねじ孔124同規格に準拠したM6ねじとされている。
Female screw holes 123 and 124 are formed on the side surface of the position adjustment unit main body 121. The female screw holes 123 and 124 are formed in the left-right direction in FIG. 5A (tentatively referred to as the X-axis direction) and in the vertical direction in FIG. 5A (tentatively referred to as the Y-axis direction). That is, the female screw holes 123 and 124 are disposed to face each other, and the combination of the two sets of female screw holes 123 and 124 is formed in a direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction.
Further, the female screw hole 123 and the female screw hole 124 arranged to face each other have different screw pitches. Specifically, the female screw hole 123 is an M8 screw conforming to the JIS B 0205 standard, and is an M6 screw conforming to the female screw hole 124 same standard.
ボルト125は、雌ねじ孔123に螺合し、ボルト126は雌ねじ孔124に螺合する。すなわち、雌ねじ孔123には、M8のボルト125が螺合し、雌ねじ孔124には、M6のボルト126が螺合する。
ボルト125、126の先端は、支持軸11に当接し、互いに向き合うボルト125、126の螺合位置を変更することにより、水平位置調整部12の水平位置が変更され、これに伴い、吊下棒支持部127の水平方向位置が変更される。具体的には、ボルト125およびボルト126による水平方向値の送り量が、(M8×1P)−(M6×0.75P)=0.25mmを最小単位とする調整が可能となる。
The bolt 125 is screwed into the female screw hole 123, and the bolt 126 is screwed into the female screw hole 124. That is, the M8 bolt 125 is screwed into the female screw hole 123, and the M6 bolt 126 is screwed into the female screw hole 124.
The front ends of the bolts 125 and 126 are in contact with the support shaft 11 and the horizontal positions of the horizontal position adjusting unit 12 are changed by changing the screwing positions of the bolts 125 and 126 facing each other. The horizontal position of the support part 127 is changed. Specifically, the amount of feed in the horizontal direction by the bolt 125 and the bolt 126 can be adjusted with (M8 × 1P) − (M6 × 0.75P) = 0.25 mm as a minimum unit.
吊下棒支持部127には、吊下部13が支持される。吊下部13に螺合する傾き調整ボルト14により吊下部13に対してチャック部15を押し下げると、チャック部15は、吊下部13の中心に回転可能に取り付けられた吊下棒13Aを支点として回転し、吊下部13およびチャック部15間の相対姿勢が変化する。 The hanging portion 13 is supported by the hanging rod support portion 127. When the chuck portion 15 is pushed down with respect to the suspension portion 13 by the inclination adjusting bolt 14 screwed into the suspension portion 13, the chuck portion 15 rotates about a suspension rod 13 </ b> A that is rotatably attached to the center of the suspension portion 13. Then, the relative posture between the suspended portion 13 and the chuck portion 15 changes.
[5]実施の形態の作用および効果
このような本実施の形態では、以下のようにして、シリコン多結晶原料2の吊り下げ位置を調整する。
多結晶原料把持具9のチャック部15にシリコン多結晶原料2を把持すると、おおよその中心位置を把握することができる。シリコン多結晶原料2を把持させながら、傾き調整ボルト14により、シリコン多結晶原料2の垂直方向の姿勢を調整する。
[5] Action and Effect of Embodiment In this embodiment, the hanging position of the silicon polycrystalline raw material 2 is adjusted as follows.
When the silicon polycrystalline material 2 is gripped by the chuck portion 15 of the polycrystalline material gripping tool 9, the approximate center position can be grasped. While holding the silicon polycrystalline material 2, the vertical orientation of the silicon polycrystalline material 2 is adjusted by the tilt adjusting bolt 14.
水平位置調整部12のボルト125およびボルト126の螺合位置を調整し、シリコン多結晶原料2の水平方向位置の微調整を行って、シリコン多結晶原料2の回転時にシリコン多結晶原料2が、ある半径を持つ円軌道を描かないようにする。
FZ炉1によるシリコン単結晶3の製造時には、把持ボルト16の原料保持プレート165が、シリコン多結晶原料2の溝部2Aに挿入されているため、加熱中にシリコン多結晶原料2が熱膨張しても、原料保持プレート165を外に押し出す方向であり、かつ、チャック部15の上板15Aおよび下板15Bに形成された、外周から径方向中心に向かう長孔151および長孔152によって食い込むことがないため、把持ボルト16の把持力が低下したり、かじり等が生じたりするような問題は生じない。
The screw position of the bolt 125 and the bolt 126 of the horizontal position adjustment unit 12 is adjusted, and the horizontal position of the silicon polycrystalline material 2 is finely adjusted. Avoid drawing circular orbits with a certain radius.
When the silicon single crystal 3 is manufactured by the FZ furnace 1, the material holding plate 165 of the holding bolt 16 is inserted into the groove 2A of the silicon polycrystalline material 2, so that the silicon polycrystalline material 2 is thermally expanded during heating. Also, the raw material holding plate 165 is pushed out to the outside, and the long hole 151 and the long hole 152 are formed in the upper plate 15A and the lower plate 15B of the chuck portion 15 from the outer periphery toward the radial center. Therefore, there is no problem that the gripping force of the gripping bolt 16 is reduced or galling occurs.
遮熱板17が、上部のチャック部15と隙間を設けて配置されているので、シリコン多結晶原料2が、高周波誘導加熱コイル5によって熱せられ、発生する輻射熱の影響によりチャック部15が熱歪みを生じて変位し、追従して把持ボルト16が変位することを抑制できる。したがって、FZ炉1におけるシリコン単結晶3の製造後半になって、高周波誘導加熱コイル5の熱が、多結晶原料把持具9に熱を伝達し易い状況となっても、遮熱板17により遮熱され、多結晶原料把持具9が熱変形等して把持力が減少することがない。さらに、水平位置調整部12への熱伝達が抑制されることにより、把持位置が偏芯することがなく、結晶成長に伴って芯振れが増大するのを抑制することができる。 Since the heat shield plate 17 is disposed with a gap from the upper chuck portion 15, the silicon polycrystalline raw material 2 is heated by the high frequency induction heating coil 5, and the chuck portion 15 is thermally distorted due to the influence of the generated radiant heat. It is possible to suppress the displacement of the grip bolt 16 following the displacement. Therefore, even in the latter half of the production of the silicon single crystal 3 in the FZ furnace 1, even if the heat of the high-frequency induction heating coil 5 is likely to transfer heat to the polycrystalline material gripping tool 9, the heat shield plate 17 blocks the heat. The polycrystalline raw material gripping tool 9 is not heated and deformed by heat, and the gripping force does not decrease. Furthermore, by suppressing the heat transfer to the horizontal position adjusting unit 12, the gripping position is not decentered, and an increase in runout due to crystal growth can be suppressed.
位置調整部本体121の一対の雌ねじ孔123が、互いに直交するX−Y方向に形成されている。したがって、それぞれの雌ねじ孔123に挿入されるボルト125の螺合位置を調整することにより、シリコン多結晶原料2の軸をFZ炉1の中心に合わせることができる。特に、前述したように、M6の雌ねじ孔124のピッチが、M8の雌ねじ孔123よりも小さくなっていることにより、M8のボルト125で概ねの位置を調整し、M6のボルト126で微調整を行うことができる。したがって、シリコン多結晶原料2を高精度に位置決めをすることができるため、シリコン単結晶3の育成中に、シリコン多結晶原料2が所定径の円軌道を描くことを防止できる。
厚さ0.8mm以上のステンレス製等の遮熱板17により、位置調整部本体121および把持ボルト16の隙間を小さくすることができる。したがって、狭い隙間で熱の遮蔽効果を確保することができ、水平位置調整部12の変形を抑制することができる。
A pair of female screw holes 123 of the position adjustment unit main body 121 are formed in XY directions orthogonal to each other. Therefore, the axis of the silicon polycrystalline raw material 2 can be aligned with the center of the FZ furnace 1 by adjusting the screwing positions of the bolts 125 inserted into the respective female screw holes 123. In particular, as described above, since the pitch of the M6 female screw hole 124 is smaller than that of the M8 female screw hole 123, the approximate position is adjusted with the M8 bolt 125, and the M6 bolt 126 is finely adjusted. It can be carried out. Therefore, since the silicon polycrystalline material 2 can be positioned with high accuracy, it is possible to prevent the silicon polycrystalline material 2 from drawing a circular orbit having a predetermined diameter during the growth of the silicon single crystal 3.
The gap between the position adjusting unit main body 121 and the grip bolt 16 can be reduced by the heat shield plate 17 made of stainless steel having a thickness of 0.8 mm or more. Therefore, a heat shielding effect can be ensured in a narrow gap, and deformation of the horizontal position adjusting unit 12 can be suppressed.
[6]実施の形態の変形
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前述した実施の形態では、前述した水平位置調整部12は、互いに直交するX軸方向およびY軸方向に雌ねじ孔123、124を形成し、二軸で水平方向位置を調整するようにしていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、位置調整部本体121に支持軸11を囲むように6箇所の雌ねじ孔を形成し、それぞれの雌ねじ孔にボルトを螺合させて水平方向位置を調整するようにしてもよい。また、支持軸11の回りに3箇所の雌ねじ孔123、124を形成してそれぞれの雌ねじ孔123、124にボルトを螺合して水平方向位置を調整してもよい。
[6] Modification of Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes modifications as described below.
In the above-described embodiment, the horizontal position adjusting unit 12 described above forms the female screw holes 123 and 124 in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other, and adjusts the horizontal position with two axes. The present invention is not limited to this. For example, six female screw holes may be formed in the position adjustment unit main body 121 so as to surround the support shaft 11, and bolts may be screwed into the respective female screw holes to adjust the horizontal position. Alternatively, three female screw holes 123 and 124 may be formed around the support shaft 11 and bolts may be screwed into the female screw holes 123 and 124 to adjust the horizontal position.
前述した実施の形態では、互いに対向する雌ねじ孔123をJIS B0205に準拠したM8ねじとし、雌ねじ孔123を同規格に準拠したM6ねじとしていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、ISO規格に準拠した異なるピッチのねじを採用してもよく、さらには、JIS B 0206に準拠したインチねじの規格に準拠したねじで構成してもよい。 In the embodiment described above, the female screw holes 123 facing each other are M8 screws conforming to JIS B0205 and the female screw holes 123 are M6 screws conforming to the same standard, but the present invention is not limited to this. For example, screws having different pitches conforming to the ISO standard may be employed, and further, the screws may be composed of screws conforming to the inch thread standard conforming to JIS B 0206.
前述した実施の形態では、把持ボルト16をチャック部15に5箇所設ける構成としていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、把持ボルト16を6箇所設けてシリコン多結晶原料を保持するような構造としてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
In the above-described embodiment, the grip bolt 16 is provided at five locations on the chuck portion 15, but the present invention is not limited to this. That is, it is good also as a structure which provides the holding | grip bolt 16 six places and hold | maintains a silicon polycrystal raw material.
In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではない。
[実施例]
本発明の実施の形態で説明した通り、水平位置調整部12および遮熱板17を備えた多結晶原料把持具9を用い、水平位置調整部12によってシリコン多結晶原料2の水平位置を調整したものについて、シリコン単結晶3の育成を行った。
[比較例]
図6に示すように水平位置調整部および遮熱板を設けない多結晶原料把持具100を用いてシリコン単結晶3の育成を行った。
Next, examples of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to an Example.
[Example]
As described in the embodiment of the present invention, the horizontal position of the silicon polycrystalline raw material 2 is adjusted by the horizontal position adjusting unit 12 using the polycrystalline raw material gripping tool 9 provided with the horizontal position adjusting unit 12 and the heat shield plate 17. The silicon single crystal 3 was grown for the thing.
[Comparative example]
As shown in FIG. 6, the silicon single crystal 3 was grown using the polycrystalline raw material gripper 100 without the horizontal position adjusting unit and the heat shield plate.
結果を図7および図8に示す。比較例となる図7の場合、結晶成長に伴い、特にその後半長さにおいてグラフで右肩上りに芯振れが大きくなる傾向にあることが確認された。
実施例となる図8の場合、水平位置調整部12および遮熱板17を用いることにより、グラフは平坦に推移しており、芯振れが引き上げ長さによらず安定していることが確認された。
また、図示を略したが、CFD(熱流体解析)による把持ボルト16の変位量の確認でも、チャック部15の熱変形が抑制されることで、把持ボルト16の変位量が従来よりも60%程度抑えられる結果が得られていることが確認された。
The results are shown in FIG. 7 and FIG. In the case of FIG. 7 as a comparative example, it has been confirmed that the core runout tends to increase in the upward direction as the crystal grows, particularly in the latter half length.
In the case of FIG. 8 as an example, it is confirmed that by using the horizontal position adjusting unit 12 and the heat shield plate 17, the graph is flat, and the core runout is stable regardless of the lifting length. It was.
Although illustration is omitted, even when the displacement amount of the grip bolt 16 is confirmed by CFD (thermal fluid analysis), the displacement amount of the grip bolt 16 is 60% of the conventional amount by suppressing the thermal deformation of the chuck portion 15. It was confirmed that the results were suppressed to a certain extent.
1…FZ炉、2…シリコン多結晶原料、2A…溝部、3…シリコン単結晶、3A…溶融帯域、4…結晶保持具、5…高周波誘導加熱コイル、6…保温筒、8…製品単結晶重量保持具、9…多結晶原料把持具、10…上軸、11…支持軸、12…水平位置調整部、13…吊下部、13A…吊下棒、14…傾き調整ボルト、15…チャック部、15A…上板、15B…下板、16…把持ボルト、17…遮熱板、121…位置調整部本体、122…孔、123…雌ねじ孔、124…雌ねじ孔、125…ボルト、126…ボルト、127…吊下棒支持部、151…長孔、152…長孔、161…ボルト、162…位置決めナット、163…押さえナット、164…遮熱板支持ナット、165…原料保持プレート、171…スリット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... FZ furnace, 2 ... Silicon polycrystal raw material, 2A ... Groove part, 3 ... Silicon single crystal, 3A ... Melting zone, 4 ... Crystal holder, 5 ... High frequency induction heating coil, 6 ... Insulation cylinder, 8 ... Product single crystal Weight holding tool, 9 ... polycrystalline material gripping tool, 10 ... upper shaft, 11 ... support shaft, 12 ... horizontal position adjusting unit, 13 ... hanging portion, 13A ... hanging rod, 14 ... tilt adjusting bolt, 15 ... chuck portion 15A ... Upper plate, 15B ... Lower plate, 16 ... Holding bolt, 17 ... Heat shield, 121 ... Position adjusting body, 122 ... Hole, 123 ... Female screw hole, 124 ... Female screw hole, 125 ... Bolt, 126 ... Bolt DESCRIPTION OF SYMBOLS 127 ... Suspension rod support part, 151 ... Long hole, 152 ... Long hole, 161 ... Bolt, 162 ... Positioning nut, 163 ... Holding nut, 164 ... Heat-shielding plate support nut, 165 ... Raw material holding plate, 171 ... Slit .
Claims (5)
前記シリコン多結晶原料の荷重を支持する支持軸と、
前記シリコン多結晶原料を係止する複数の係止部が挿通されたチャック部と、
前記複数の係止部を水平方向に位置調整する水平位置調整部と、
前記複数の係止部および前記水平位置調整部の間に隙間を設けて配置され、前記シリコン多結晶原料からの輻射熱を遮蔽する遮熱部と、
を備えていることを特徴とするFZ炉の多結晶原料把持具。 A polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace for gripping a silicon polycrystalline raw material for an FZ (Floating Zone) furnace,
A support shaft for supporting the load of the polycrystalline silicon material;
A chuck portion through which a plurality of locking portions for locking the silicon polycrystalline raw material are inserted;
A horizontal position adjusting portion for adjusting the position of the plurality of locking portions in the horizontal direction;
A heat-shielding portion that is arranged with a gap between the plurality of locking portions and the horizontal position adjusting portion, and shields radiant heat from the silicon polycrystalline material; and
A polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace, comprising:
前記水平位置調整部は、
前記支持軸を囲むように設けられ、前記支持軸の回りに複数の雌ねじ孔が形成された位置調整部本体と、
前記雌ねじ孔のそれぞれに螺合され、先端が前記支持軸に当接する複数のボルトとを備え、
互いに対向する雌ねじ孔およびボルトのねじピッチが異なっていることを特徴とするFZ炉の多結晶原料把持具。 In the polycrystalline raw material gripping tool of the FZ furnace according to claim 1,
The horizontal position adjustment unit is
A position adjusting unit main body which is provided so as to surround the support shaft and in which a plurality of female screw holes are formed around the support shaft;
A plurality of bolts screwed into each of the female screw holes, the tips of which contact the support shaft;
A polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace, wherein female screw holes and bolts facing each other have different screw pitches.
前記複数の雌ねじ孔は、互いに直交する方向に一対形成され、
互いに直交する一対の雌ねじ孔は、一方のねじピッチが他方のねじピッチよりも小さくなっていて、
前記一対の雌ねじ孔に螺合するボルトの螺合位置を調整することを特徴とする多結晶原料把持具。 In the polycrystalline raw material gripping tool of the FZ furnace according to claim 2,
The plurality of female screw holes are formed in a pair in a direction perpendicular to each other,
In the pair of female screw holes orthogonal to each other, one screw pitch is smaller than the other screw pitch,
A polycrystalline raw material gripping tool, wherein a screwing position of a bolt screwed into the pair of female screw holes is adjusted.
前記チャック部は、上板と下板からなり、
前記上板と下板には、それぞれ外周から径方向中心に向かう複数の長孔が形成され、
前記複数の長孔を介して前記複数の係止部が挿通されていることを特徴とするFZ炉の多結晶原料把持具。 In the polycrystalline raw material gripping tool of the FZ furnace according to any one of claims 1 to 3,
The chuck portion is composed of an upper plate and a lower plate,
The upper plate and the lower plate are each formed with a plurality of elongated holes from the outer circumference toward the radial center,
The polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace, wherein the plurality of locking portions are inserted through the plurality of long holes.
前記遮熱部は、厚さ0.8mm以上のステンレス製の板状体から構成されていることを特徴とするFZ炉の多結晶原料把持具。 In the polycrystalline raw material gripping tool of the FZ furnace according to any one of claims 1 to 4,
The polycrystalline raw material gripping tool for an FZ furnace, wherein the heat shield part is made of a stainless steel plate having a thickness of 0.8 mm or more.
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