[发明专利]容器保持部件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年2月26日提交的日本专利申请2008-044672号的 优先权，其全部主题以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于保持容纳高温熔融物(如金属、玻璃或硅)的容器 的容器保持部件，特别是涉及用于保持硅单晶拉制用石英坩埚的坩埚保 持部件。

背景技术

迄今为止，碳材料已经广泛用在硅单晶拉制设备中，原因是碳材料 具有较高的耐热性和较高的热冲击性，而且碳材料几乎不会污染硅。特 别是，各向同性的石墨材料由于其高密度所致而很难与设备中生成的诸 如SiO等反应性气体反应，并且各向同性的石墨材料与作为用于容纳硅 熔融物的石英坩埚的材料的SiO₂的反应速率较低。因此，各向同性的石 墨材料一直用作用于保持石英坩埚的外周的石墨坩埚。

近年，为了增大产率和改善生产性，已经在推进硅晶片的大直径化， 300mm的晶片日益变成主流。此外也进行了更大径化(超过400mm) 的晶片的开发。随着硅晶片的直径的增大，硅单晶拉制设备的尺寸变大， 因而用在拉制设备中的石墨坩埚的重量变得极重，导致难以进行诸如在 设备中安装石墨坩埚等操作。

此外，各向同性石墨材料的制造方法需要在静水压下的挤压过程， 并且需要尺寸为石墨产品直径的大约1.5倍的冷等静压机(Cold Isostatic Press，CIP)设备。传统的CIP设备的直径对于作为大尺寸石墨坩埚的各 向同性石墨材料来说是不够的，因而必需更大的设备。

作为不使用CIP设备来制造大尺寸石墨坩埚的技术，已经提出了包 括通过长丝卷绕法使碳纤维成形为坩埚形状、用树脂或沥青作为基质将 其浸渍、然后进行烧制以制造由碳/碳纤维复合材(以下称为C/C复合材) 制成的坩埚的技术(例如参见日本特开平10-152391号公报或特开平 11-60373号公报)，以及包括将碳纤维布贴附在成形模上、进行成型和固 化以获得碳纤维强化型塑料、然后浸渍并烧制以制造由C/C复合材制成 的坩埚的技术(例如参见日本特开平10-245275号公报)，等等。

在硅单晶拉制设备中，使硅熔融的同时制备单晶锭，因此必须加热 设备的内部至等于或高于硅的熔点(1420℃)的温度。硅熔融时，石墨 坩埚和插入其中的石英坩埚软化，导致二者互相紧密接触。

石英玻璃的热膨胀系数是0.6×10^-6/℃，C/C复合材的热膨胀系数通常 与其相同程度。因此，在完成单晶锭的拉制并且几乎移除硅熔融物之后 冷却设备时，二者均被冷却而没有彼此强烈约束。

然而，当拉制开始之后即刻发生的停电等故障导致硅熔融物凝固时， 硅具有伴随凝固而膨胀(约9.6％的体积膨胀)的性质。这起到扩大石英 坩埚和石墨坩埚的作用。

在用于拉制小直径单晶锭的设备的情况中，即使出现这样的故障， 冷却也只进行较短的时间，此外，漏出的未凝固的熔融物的量较少。不 过，在用于拉制大直径单晶锭的设备的情况中，出现这种故障时，冷却 很耗费时间，且一旦硅熔融物漏出，大量硅熔融物流出到达设备的底部， 这会造成明显损害。

由通过使用在上面提及的文献日本特开平10-152391号公报或特开 平11-60373号公报中描述的长丝卷绕法制备的C/C复合材制成的坩埚， 因为在其圆周方向的平行方向卷绕的大量碳纤维的存在，因而具有极高 的强度，所以该坩埚适合于大尺寸的石墨坩埚。不过，出现上述故障时， 硅熔融物在凝固时膨胀。因此，这起到使沿圆周方向对齐的碳纤维断裂 的作用，因而可能发生由于碳纤维的断裂而导致的C/C复合材制成的坩 埚的破裂。

此外，同样在如上面提及的文献日本特开平10-245275号公报中描述 的通过贴附碳纤维布而制备的坩埚中，存在大量的沿圆周方向对齐的碳 纤维。因此，与上述情况类似，可能发生由于在圆周方向施加的张力所 导致的C/C复合材制成的坩埚的破裂。

此外，在上面提及的文献中描述的C/C复合材制成的坩埚的制造方 法中，将碳纤维卷绕在成形模上或将碳纤维布贴附在成形模上以成形， 用树脂等基质前体浸渍碳纤维或碳纤维布，与成形模一起进行加热固化 和烧制炭化，随后从成形模剥离。

在这些步骤中，由于成形模与C/C复合材制成的坩埚之间的热膨胀 系数差异所致碳纤维也被施加了很强的张力，这可能造成碳纤维的断裂。