碳制坩堝及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供碳制坩堝及其制造方法，其采用為了防止坩堝的破裂而將直軀干部與托盤部分割開的構(gòu)造，并且制造成本低廉且能夠縮短交貨期。碳制坩堝(1)采用具備直軀干部(9)和托盤部(10)且被上下分割的結(jié)構(gòu)。直軀干部(9)為碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料(C/C復(fù)合材料)制，托盤部(10)為石墨制。在托盤部(9)的上端面設(shè)有外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)高的臺(tái)階部(11)。直軀干部(9)與臺(tái)階部(11)嵌合，并且在該嵌合的狀態(tài)下，在臺(tái)階部(11)的內(nèi)周面(11a)與直軀干部(9)的外周面(9a)之間設(shè)有間隙(A)。間隙(A)優(yōu)選為直軀干部的直徑的0.1％～1.0％。
【專利說(shuō)明】碳制坩堝及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在用于保持在硅等金屬單晶體提取裝置中使用的石英坩堝的碳制坩 堝及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在單晶生長(zhǎng)法（以下，稱作"CZ法"。）中使用的坩堝采用了用于使硅熔融的石英 坩堝和收容該石英坩堝的石墨坩堝的雙重構(gòu)造。近年來(lái)，為了以高收率獲得硅單晶體，從而 制造大型尺寸的單晶體。與之相伴，石墨坩堝也需要變得大型化。然而，隨著石墨坩堝的容 量變大，由石英坩堝與石墨坩堝的熱膨脹率的差異引起的熱變形也變大，在直軀干部尤其 是其上緣部、以及從底部與直軀干部相連的曲面部（以下，稱作圓角部）產(chǎn)生應(yīng)力集中而使 石墨坩堝變得容易破裂。為了解決該問(wèn)題，提出有直軀干部與托盤部被分割的、直軀干部使 用碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料（C/C復(fù)合材料）而托盤部使用石墨材料的復(fù)合坩堝（參照以 下的專利文獻(xiàn)1)、以及直軀干部使用薄型的碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料的復(fù)合坩堝（參照以 下的專利文獻(xiàn)2)。
[0003] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本實(shí)公平03-43250號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平08-73292號(hào)公報(bào) [0007] 發(fā)明要解決的課題
[0008] 然而，上述的專利文獻(xiàn)1所公開的坩堝通過(guò)在直軀干部與托盤部上分別設(shè)置階梯 差，并使該階梯差嚙合，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)固定。因此，在直軀干部的真圓度并非如設(shè)計(jì)那樣而產(chǎn) 生尺寸誤差的情況、將直軀干部從制作場(chǎng)所向組裝場(chǎng)所搬運(yùn)的過(guò)程中直軀干部發(fā)生變形的 情況等中，難以直接使直軀干部與托盤部各自的階梯差嚙合，因此需要矯正直軀干部的變 形。若想要解決上述問(wèn)題，為了提高直軀干部的真圓度，需要高精度的加工，成本升高。另 夕卜，必須高精度地進(jìn)行直軀干部的變形矯正，變形矯正需要花費(fèi)相當(dāng)多的勞力，從而導(dǎo)致交 貨期變長(zhǎng)。
[0009] 另外，上述的專利文獻(xiàn)2所公開的坩堝中，直軀干部使用薄型的碳纖維增強(qiáng)碳基 復(fù)合材料，而未進(jìn)行考慮到圓筒部的尺寸精度的設(shè)計(jì)。因此，與上述的專利文獻(xiàn)1所公開的 坩堝相同地，存在因直軀干部的變形等而無(wú)法固定直軀干部和托盤部這樣的課題。另外，為 了將圓筒部（直軀干部）從內(nèi)側(cè)壓入而需要環(huán)狀隔離物。因此，該專利文獻(xiàn)2所公開的坩 堝中也存在成本升高、交貨期變長(zhǎng)這樣的課題。
[0010] 對(duì)此，一直以來(lái)，期望采用為了防止坩堝的破裂而將直軀干部和托盤部分割的構(gòu) 造、并且低成本且能夠縮短交貨期的碳制坩堝及其制造方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明是鑒于上述的實(shí)際情況而提出的。其目的在于提供采用為了防止坩堝的破 裂而將直軀干部和托盤部分割的構(gòu)造、并且低成本且能夠縮短交貨期的碳制坩堝及其制造 方法。
[0012] 解決方案
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主旨在于，一種具備直軀干部和托盤部且被上下分 割的碳制坩堝，在所述托盤部的與所述直軀干部相接的上端面設(shè)有內(nèi)周側(cè)或者外周側(cè)中的 任一方比另一方高的臺(tái)階部，所述直軀干部與所述臺(tái)階部嵌合，并且在該嵌合的狀態(tài)下，在 所述臺(tái)階部與所述直軀干部之間設(shè)有間隙。
[0014] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)在客戶處組合直軀干部和托盤部時(shí)，即便在因直軀干部的真圓 度而使尺寸并非如設(shè)計(jì)那樣的情況下，通過(guò)使間隙成為空隙來(lái)實(shí)現(xiàn)順暢的嵌合。另外，直軀 干部有時(shí)也在輸送過(guò)程中發(fā)生變形，即便在該情況下也能夠通過(guò)使間隙成為空隙來(lái)將矯正 變形等的工作量降至最低限度內(nèi)而進(jìn)行嵌合。其結(jié)果是，能夠縮短交貨期。此外，不需要現(xiàn) 有例那樣的從內(nèi)側(cè)壓入圓筒部（直軀干部）的環(huán)狀隔離物這樣的構(gòu)件。其結(jié)果是，能夠?qū)?現(xiàn)低成本化。
[0015] 在本發(fā)明的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的是，在所述托盤部的與所述直軀干部相接的上端面設(shè) 有外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)高的臺(tái)階部，所述直軀干部與所述臺(tái)階部嵌合，并且在該嵌合的狀態(tài)下， 在所述臺(tái)階部?jī)?nèi)周面與所述直軀干部外周面之間設(shè)有間隙。若采用上述結(jié)構(gòu)，直軀干部存 在于更接近石英坩堝的位置，能夠與石英坩堝的變形相應(yīng)地進(jìn)行迅速保持。
[0016] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述臺(tái)階部至少沿著周向設(shè)有多個(gè)。與臺(tái)階部沿著整周設(shè) 置的結(jié)構(gòu)相比，能夠縮短加工時(shí)間。
[0017] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述臺(tái)階部沿著整周設(shè)置。若采用上述結(jié)構(gòu)，與托盤部嵌 合的直軀干部的穩(wěn)定性進(jìn)一步提1?。
[0018] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述直軀干部由碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料形成。若采用上 述結(jié)構(gòu)，具有容易形成圓筒狀且在保管時(shí)以及加工時(shí)均不易產(chǎn)生破裂、缺口這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述間隙的大小為所述直軀干部的直徑的0. 1 %? 1. 0%。如此限制是因?yàn)?，?dāng)?shù)陀?. 1 %時(shí)，難以進(jìn)行順暢的嵌合，當(dāng)超過(guò)1. 0%時(shí)，在直軀干 部與托盤之間產(chǎn)生松動(dòng)，需要將臺(tái)階部設(shè)計(jì)得更大。需要說(shuō)明的是，在該0. 1%?1.0%的 范圍內(nèi)，無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)嵌合是通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)確認(rèn)的。
[0020] 另外，本發(fā)明的主旨在于，一種具備直軀干部和托盤部且被上下分割的碳制坩堝 的制造方法，其包括：第一步驟，其中，預(yù)先準(zhǔn)備用于制作直軀干部的圓筒產(chǎn)品和用于制作 托盤部的石墨塊；第二步驟，其中，根據(jù)訂單內(nèi)容將所述圓筒產(chǎn)品切斷為期望的長(zhǎng)度而制作 直軀干部，并且將所述石墨塊加工為托盤部；第三步驟，其中，在出貨地組裝所述直軀干部 和所述托盤部。
[0021] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，僅是將圓筒產(chǎn)品切斷為期望的長(zhǎng)度而成為直軀干部，并且對(duì)托盤 部進(jìn)行切削加工，便能夠迅速且容易地制作滿足顧客的具體要求的碳制坩堝。另外，不用說(shuō) 直軀干部、在托盤部中通過(guò)切削來(lái)除去的部分也較少，因此能夠高效地使用材料。
[0022] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述直軀干部為碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料制。若采用上述 結(jié)構(gòu)，存在容易形成圓筒狀且在保管時(shí)以及加工時(shí)均不易產(chǎn)生破裂、缺口這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0023] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述石墨塊為預(yù)先與直軀干部匹配的尺寸的圓柱狀產(chǎn)品。 若采用上述結(jié)構(gòu)，無(wú)需加工石墨塊的外周部分，從而能夠進(jìn)一步縮短交貨期。
[0024] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，將用于制作所述直軀干部的圓筒產(chǎn)品與坩堝的尺寸匹配 地準(zhǔn)備有多個(gè)種類。若采用上述結(jié)構(gòu)，能夠迅速且容易地制作滿足顧客的具體要求的碳制 坩堝。
[0025] 發(fā)明效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在客戶處組合直軀干部和托盤部時(shí)，即便在因直軀干部的真圓度 而使尺寸并非如設(shè)計(jì)那樣的情況下，通過(guò)使間隙成為空隙來(lái)實(shí)現(xiàn)順暢的嵌合。另外，直軀干 部有時(shí)也在輸送過(guò)程中發(fā)生變形，即便在該情況下也能夠通過(guò)使間隙成為空隙來(lái)將矯正變 形等的工作量降至最低限度內(nèi)而進(jìn)行嵌合。其結(jié)果是，能夠縮短交貨期。此外，不需要現(xiàn)有 例那樣的從內(nèi)側(cè)壓入圓筒部（直軀干部）的環(huán)狀隔離物這樣的構(gòu)件。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn) 低成本化。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是具備本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的硅單晶體提取裝置的主要部分剖視圖。
[0028] 圖2是本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的立體圖。
[0029] 圖3是本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的主視圖。
[0030] 圖4是本發(fā)明所涉及的碳制?甘堝的縱剖視圖。
[0031] 圖5是將圖4的一部分放大后的剖視圖。
[0032] 圖6是用于說(shuō)明碳制?甘堝的制造方法的圖。
[0033] 圖7是碳制?甘堝的變形例的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下，基于實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限于以下 的實(shí)施方式。
[0035] (實(shí)施方式1)
[0036] 以下，基于實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限于以下 的實(shí)施方式。
[0037](金屬單晶體提取裝置的結(jié)構(gòu)）
[0038] 圖1是具備本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的硅單晶體提取裝置的主要部分剖視圖。在 圖1中，附圖標(biāo)記1是單晶體提取裝置，附圖標(biāo)記2是轉(zhuǎn)軸，附圖標(biāo)記4是收容硅融液3的 石英坩堝，附圖標(biāo)記5是保持石英坩堝4的碳制坩堝。在碳制坩堝5的外周配置有加熱器 6,利用該加熱器6經(jīng)由碳制坩堝5以及石英坩堝4而加熱硅融液3,提取結(jié)晶塊7并制作硅 單晶體。
[0039] 圖2是本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的立體圖，圖3是本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的主 視圖，圖4是本發(fā)明所涉及的碳制坩堝的縱剖視圖，圖5是將圖4的一部分放大后的剖視 圖。碳制坩堝5具備大致圓筒狀的直軀干部9和托盤部10,并將直軀干部9和托盤部10分 害IJ。直軀干部9為碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料（C/C復(fù)合材料）制，托盤部10為石墨制。
[0040] 在托盤部10的上端面設(shè)有外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)高的臺(tái)階部11。該臺(tái)階部11沿著整周 設(shè)置，直軀干部9嵌合于臺(tái)階部11。如此，利用直軀干部9嵌合于臺(tái)階部11的構(gòu)造，能夠降 低直軀干部9從托盤部10脫落、直軀干部9在橫向上產(chǎn)生位置偏移的可能性。
[0041] 在此，在直軀干部9嵌合于臺(tái)階部11的狀態(tài)下，在臺(tái)階部11的內(nèi)周面Ila與直軀 干部9的外周面9a之間設(shè)有間隙A。該間隙A在組合直軀干部9和托盤部10時(shí)作為空隙 而發(fā)揮功能。由此，在組合直軀干部9和托盤部10時(shí)，能夠?qū)⒅避|干部9與托盤部10順暢 地嵌合。具體說(shuō)明，即便在直軀干部9的真圓度并非如設(shè)計(jì)那樣而產(chǎn)生尺寸誤差的情況、將 直軀干部9從制作場(chǎng)所向組裝場(chǎng)所的搬運(yùn)過(guò)程中發(fā)生變形的情況等，也能夠通過(guò)使間隙A 成為空隙來(lái)實(shí)現(xiàn)順暢的嵌合，另外，即便修正直軀干部9的變形，也能夠?qū)⒊C正變形等的工 作量降低至最小限度而進(jìn)行嵌合。
[0042] 在此，適當(dāng)?shù)拈g隙A的大小L2 (參照?qǐng)D5) [mm]根據(jù)直軀干部9的直徑Ll(參照?qǐng)D 4) [mm]而進(jìn)行變動(dòng)，因此間隙A的大小L2優(yōu)選為直軀干部9的直徑Ll的0. 1 %?1. 0%。 限定為上述值是因?yàn)?，?dāng)?shù)陀讴? 1%時(shí)，難以進(jìn)行順暢的嵌合，當(dāng)超過(guò)1.0%時(shí)，在直軀干部 與托盤之間產(chǎn)生松動(dòng)或需要將臺(tái)階部11設(shè)計(jì)得更大。
[0043] (碳制?甘堝的制造方法）
[0044] 圖6是用于說(shuō)明碳制坩堝的制造方法的圖。
[0045] 直軀干部9以及托盤部10以如下方式制作。接著，組合直軀干部9和托盤部10 而成為最終形狀。需要說(shuō)明的是，在直軀干部9以及托盤部10的設(shè)計(jì)階段，在組合直軀干 部9和托盤部10時(shí)，預(yù)先設(shè)定直軀干部9以及托盤部10的尺寸，以便在臺(tái)階部11的內(nèi)周 面Ila與直軀干部9的外周面9a之間產(chǎn)生間隙Α。
[0046] (1)直軀干部9的制作
[0047] 根據(jù)纏繞成形法，制作外徑以及厚度恒定的前驅(qū)體，燒制該前驅(qū)體并設(shè)為C/C復(fù) 合材料而獲得圓筒產(chǎn)品。圓筒產(chǎn)品的外徑以及厚度恒定，因此即便根據(jù)顧客的具體要求而 將任一部位切斷，也能夠獲得恒定的直軀干部9,因此實(shí)現(xiàn)交貨期的縮短化。
[0048] 接著，如圖6所示，將上述圓筒產(chǎn)品切斷而獲得滿足顧客的具體要求的恒定的直 軀干部9。
[0049] 需要說(shuō)明的是，作為圓筒產(chǎn)品的直徑，優(yōu)選與坩堝的尺寸匹配而準(zhǔn)備多個(gè)種類。因 而能夠迅速地獲得滿足顧客的具體要求的直軀干部9。
[0050] ⑵托盤部10的制作
[0051] 對(duì)石墨塊粗切出與托盤部的尺寸對(duì)應(yīng)的尺寸并進(jìn)行精加工，如圖6所示形成托盤 部10。如此使用石墨塊而制作托盤部10的原因在于，托盤部10因顧客的需求不同而形狀 不同，因此從塊形狀加工能夠減少材料的浪費(fèi)。
[0052] 需要說(shuō)明的是，石墨塊優(yōu)選為圓柱狀的塊且準(zhǔn)備外周與直軀干部9的尺寸對(duì)應(yīng)的 多個(gè)種類的塊。這是因?yàn)椋瑹o(wú)需加工石墨塊的外周部分，僅通過(guò)剖面方向的切斷就完成粗加 工，因此能夠?qū)崿F(xiàn)交貨期的縮短化。
[0053] 另外，粗加工時(shí)優(yōu)選將中央加工為凹陷的形狀。這是因?yàn)槟軌蜻M(jìn)一步高效地加工 材料。
[0054] (3)坩堝的制作
[0055] 單獨(dú)地對(duì)由上述方法制作的直軀干部9和由上述方法制作的托盤部10進(jìn)行捆包， 搬運(yùn)至客戶處，在客戶處組合而制作圖6所示的最終形狀的碳制坩堝5。需要說(shuō)明的是，預(yù) 先設(shè)計(jì)為當(dāng)在客戶處組合為最終形狀時(shí)存在間隙A，由此能夠?qū)崿F(xiàn)順暢的嵌合。
[0056] (其他事項(xiàng)）
[0057] (1)在上述實(shí)施方式中，臺(tái)階部11沿著整周設(shè)置，但也可以在周向上隔開間隔地 設(shè)有多個(gè)。在該情況下，多個(gè)臺(tái)階部11優(yōu)選在周向上隔開等間隔地設(shè)置。這是為了使嵌合 于托盤部10的直軀干部9的穩(wěn)定性提高。
[0058] (2)在上述實(shí)施方式中，在托盤部10的上端面設(shè)有外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)高的臺(tái)階部 11，直軀干部9嵌合于臺(tái)階部11，并且在該嵌合的狀態(tài)下，在臺(tái)階部11的內(nèi)周面Ila與直軀 干部9的外周面9a之間設(shè)有間隙A，但本發(fā)明并不限于此，如圖7所示，也可以是在托盤部 10的上端面設(shè)有內(nèi)周側(cè)比外周側(cè)高的臺(tái)階部11，直軀干部9嵌合于臺(tái)階部11，并且在該嵌 合的狀態(tài)下，在臺(tái)階部11的外周面Ilb與直軀干部9的內(nèi)周面9b之間設(shè)有間隙A。
[0059]實(shí)施例
[0060] 利用與上述實(shí)施方式的制造方法相同的制造方法，制作直軀干部直徑Ll以及間 隙A的大小L2不同的四種碳制坩堝（實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4)，調(diào)查嵌合的 程度并將其結(jié)果表示在表1中。需要說(shuō)明的是，在表1中，除了間隙A的大小L2相對(duì)于直 軀干部直徑Ll的比例處于0. 1 %?1.0 %的范圍外的情況以外，也對(duì)于利用與上述制造方 法相同的制造方法制作出的3種碳制坩堝（比較例1、比較例2、比較例3)而調(diào)查嵌合的程 度，并將其結(jié)果一并記載。
[0061] [表1]
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種碳制坩堝，其具備直軀干部和托盤部且將所述直軀干部和所述托盤部分割為上 下部分， 所述碳制坩堝的特征在于， 在所述托盤部的與所述直軀干部相接的上端面設(shè)有內(nèi)周側(cè)或者外周側(cè)中的任一方比 另一方1?的臺(tái)階部， 所述直軀干部與所述臺(tái)階部嵌合，并且在該嵌合的狀態(tài)下，在所述臺(tái)階部與所述直軀 干部之間設(shè)有間隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳制坩堝，其特征在于， 在所述托盤部的與所述直軀干部相接的上端面設(shè)有外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)高的臺(tái)階部， 所述直軀干部與所述臺(tái)階部嵌合，并且在該嵌合的狀態(tài)下，在所述臺(tái)階部?jī)?nèi)周面與所 述直軀干部外周面之間設(shè)有間隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳制坩堝，其特征在于， 所述臺(tái)階部至少沿著周向設(shè)有多個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳制坩堝，其特征在于， 所述臺(tái)階部沿著整周設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的碳制坩堝，其特征在于， 所述直軀干部由碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的碳制坩堝，其特征在于， 所述間隙的大小為所述直軀干部的直徑的〇. 1%?1. 0%。
7. -種碳制坩堝的制造方法，其是具備直軀干部和托盤部且將所述直軀干部和所述托 盤部分割為上下部分的碳制坩堝的制造方法， 所述碳制坩堝的制造方法的特征在于， 在該碳制謝禍的制造方法中包括： 第一步驟，其中，預(yù)先準(zhǔn)備用于制作直軀干部的圓筒產(chǎn)品和用于制作托盤部的石墨 塊； 第二步驟，其中，根據(jù)訂單內(nèi)容將所述圓筒產(chǎn)品切斷為期望的長(zhǎng)度而制作直軀干部，并 且將所述石墨塊加工為托盤部；以及 第三步驟，其中，在出貨地組裝所述直軀干部和所述托盤部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳制坩堝的制造方法，其特征在于， 所述直軀干部為碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的碳制坩堝的制造方法，其特征在于， 所述石墨塊是預(yù)先與直軀干部匹配的尺寸的圓柱狀產(chǎn)品。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳制坩堝的制造方法，其特征在于， 將用于制作所述直軀干部的圓筒產(chǎn)品與坩堝的尺寸匹配地準(zhǔn)備有多個(gè)種類。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK104428455SQ201380035277
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】平岡利治, 町野洋, 川上雅昭 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社