专利名称：坩埚保持部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保持坩埚的坩埚保持部件及其制造方法，所述 坩埚用于容纳诸如金属、玻璃或硅等的高温熔融物，具体而言，本发明 涉及一种用于保持硅单晶拉制操作中所使用的石英坩埚的坩埚保持部件 及其制造方法。
背景技术：
迄今为止，碳材料已被广泛地用在硅单晶拉制装置中，其原因在于， 碳材料具有高耐热性和高热冲击性，并且碳材料几乎不会污染硅。特别 是，各向同性石墨材料因具有高密度而难以与所述装置中产生的诸如SiO 等反应性气体反应，并且各向同性石墨材料与作为容纳硅熔融物的石英 坩埚的材料的Si02的反应速率非常低。因此，各向同性石墨材料已经被 用作保持石英坩埚外围的石墨坩埚。
近年来，为提高产量和生产性，硅晶片直径的增加获得了不断发展， 300-mm的晶片已经成为主流。直径迸一步增加的超过400 mm的晶片的 开发也已取得进展。随着硅晶片直径的增加，硅单晶拉制装置的尺寸也 变大，这使得拉制装置中所使用的石墨坩埚变得极其沉重，导致诸如将 石墨坩埚安置在所述装置中等操作难以进行。
此外，各向同性石墨材料的制造工艺要求在流体静压下的加压工艺， 并且需要使用尺寸为石墨产品直径的约1.5倍的冷等静压机(Cold Isostatic Press,縮写CIP)装置。常规CIP装置的直径对于作为大型石墨坩埚的各向同性石墨材料而言是不足的，因而必需采用更大的装置。
作为制造大型石墨坩埚而不使用CIP装置的技术，已经有以下技术
被提出，其中一种技术包括通过长丝缠绕法将碳纤维成型为坩埚形式， 使用作为基质的树脂或沥青对其浸渍，并对其进行烧制，以制造由碳/碳 纤维复合材料(下文称作C/C复合材料)制成的坩埚(例如，参见 JP-A-10-152391或JP-A-ll-60373);另一种技术包括将碳纤维布附着在 成型模上，进行模制和固化以获得碳纤维增强塑料，然后，对其浸渍和 烧制，以制造由C/C复合材料制成的坩埚(例如，参见JP-A-10-245275); 还有其它类似技术。
同时，在硅单晶拉制装置中，在使硅熔融的同时制造单晶锭，因而 必需将装置内部加热至等于或高于硅熔点(1,42(TC)的温度。当硅熔融 时，石墨坩埚及插入其中的石英坩埚被软化而彼此附着在一起。
石英玻璃的热膨胀系数为0.6xlO—，C，而C/C复合材料的热膨胀系 数通常与其相当。因此，在完成单晶锭拉制并基本除去硅熔融物后将装 置冷却时，二者都被冷却，而彼此不会被强烈地约束。
然而，当因遇到诸如在拉制开始后立即停电等问题而导致硅熔融物 凝固时，硅具有随着凝固而膨胀(体积膨胀率约为9.6%)的性质。因此， 这会起到扩大石英坩埚和石墨坩埚的作用。
在拉制小直径单晶锭用装置的情况中，即使出现这种问题，冷却也 只需进行很短的一段时间，此外，漏出的未凝固的熔融物的量也很少。 然而，在拉制大直径单晶锭用装置的情况中，当出现这种问题时，需要 花费时间进行冷却， 一旦熔融物开始漏出，会有大量熔融物流出到装置 底部，这将导致严重的损坏。
如上述公报JP-A-10-152391或JP-A-11-60373所述的通过利用长丝 缠绕法制备的由C/C复合材料制成的坩埚，由于存在沿与其圆周方向平 行的方向缠绕的大量碳纤维而具有极高的强度，因而这种坩埚适用于大 尺寸石墨坩埚。然而，当出现上述问题时，硅熔融物会在其凝固的同时 膨胀。因此，这会起到使沿圆周方向对齐的碳纤维断裂的作用，导致由 C/C复合材料制成的坩埚可能会因碳纤维断裂而出现裂纹。此外，在如上述公报JP-A-10-245275所述的通过附着碳纤维布而制 备的坩埚中，也存在沿圆周方向对齐的大量碳纤维。因此，与上述情况 相似，由C/C复合材料制成的坩埚也可能会因施加在圆周方向上的张力 而出现裂纹。
此外，在如上述那些公报所述的由C/C复合材料制成的坩埚的制造 过程中，碳纤维被缠绕在成型模上或者碳纤维布被附着在成型模上以形 成一定形状，诸如树脂等基质前体被浸渍在碳纤维或碳纤维布中，与成 型模一起进行热固化和烧制碳化，然后再从成型模中脱模。在这些步骤 中，由于成型模与由C/C复合材料制成的坩埚之间的热膨胀系数不同， 碳纤维也会被施加很强的张力，这可能导致碳纤维断裂。
这些缺点并不仅限于硅单晶拉制装置用石墨坩埚，在其中容器内部 容纳有热膨胀系数与其不同的另一容器的上述各种领域内皆存在类似问 题。因此，需要开发一种具有足够的强度以支撑重量大的容器并且即使 在圆周方向上出现张力时也能抑制裂纹等出现的坩埚保持部件。
另外，虽然C/C复合材料是具有优异强度的材料，但它由每条均含 多根碳纤维的绳股编织而成。由此可知，绳股与石英坩埚之间的接触为 线接触，从而导致空隙的产生。因此，难以确保较大的接触面积(附着 性较差)，因而需要开发一种具有更佳导热性的坩埚保持部件。
发明内容
鉴于上述情况完成了本发明，本发明的一个目的是提供一种坩埚保 持部件极其制造方法，所述坩埚保持部件即使在圆周方向上有较强的张 力作用时也能保持形状稳定，同时确保足够的强度，此外还具有良好的 导热性。
(1)根据本发明的一个方面，提供有一种用于保持用来容纳熔融物 的坩埚的坩埚保持部件，所述坩埚保持部件包含具有封闭端的圆筒形 或筐形网状体，所述网状体通过将多条绳股编织为相对于所述网状体的 轴线斜向对齐而形成，每条的所述绳股均包含多根碳纤维；填充在所述 多根碳纤维之间的间隙中的基质；和碳质层，所述碳质层形成在所述网状体的内周面上，并具有与所述坩埚的外周面接触的平滑面。，
根据此构造，绳股被斜向编织，使得即使当在圆周方向上作用有较 强张力时其形状仍是稳定的。形成于内周面上的碳质层填充了坩埚与网 状体之间的空隙，从而增加了坩埚与网状体之间的接触面积。
(2) 在(1)的坩埚保持部件中，所述碳质层可以通过将碳集合体 与树脂材料混合成碳前体而形成。
根据此构造，其中碳集合体与作为碳前体的树脂材料一起捏合的浆 料被涂布在内周面上，并被烧制，由此碳质集合体起到增强材料的作用， 其中所述碳质集合体以一体化方式嵌入到树脂炭中，从而不仅提高了碳 质层的强度，还提高了整个坩埚保持部件的强度。
(3) 在(2)的坩埚保持部件中，所述碳质层可以包含天然石墨粉 末、人造石墨粉末、焦炭和碳短纤维中的任何一种作为所述碳集合体。
根据此构造，诸如焦炭或石墨等容易结晶的碳质材料被用作碳集合 体，由此能够通过纯化气体除去碳质层中存在的杂质，同时充分确保碳 质层的强度。
(4) 在(1)至(3)中任一项所述的坩埚保持部件中，所述网状体 可以包含沿着相对于所述轴线倾斜第一角度的第一方向对齐的多条第 一绳股，和沿着相对于所述轴线倾斜第二角度的第二方向对齐的多条第 二绳股，所述第一角度与所述第二角度相同，并且相对于所述轴线，所 述第一方向可以与所述第二方向相反。
根据此构造，圆周方向上的刚性很低，以致即使当使得在圆周方向 上膨胀的力作用于坩埚保持部件时，网状体也可以通过由第一绳股和第 二绳股形成的偏菱形网格的变形而在圆周方向上扩张，从而能够吸收圆 周方向上的膨胀。
(5) 在(1)至(4)中任一项所述的坩埚保持部件中，所述网状体 可以包含基本上沿所述网状体的轴线对齐的多条纵向绳股。
根据此构造，作用于垂直方向上的坩埚的负重与纵向绳股的延伸方 向一致，使得网状体的垂直方向上的耐负重能力(即承载坩埚的强度) 提高。(6) 在(1)至(5)中任一项所述的坩埚保持部件中，所述网状体 可以不包含沿基本上与所述网状体的轴线垂直的方向对齐的绳股。
根据此构造，即使有使得在圆周方向上膨胀的力作用，应力也不会 集中于某些绳股上，因为在圆周方向上不存在绳股，结果不会出现绳股 断裂。
(7) 在(4)的坩埚保持部件中，所述第一角度和所述第二角度可 以随所述网状体的位置的不同而不同。
(8) 根据本发明的另一方面，提供有一种制造坩埚保持部件的方法， 所述方法包括将多条绳股编织为相对于轴线斜向对齐，以形成具有封 闭端的圆筒形或筐形网状体，每条的所述绳股均包含多根碳纤维；在所 述多根碳纤维之间的间隙中填充基质前体；将碳前体涂布在所述网状体 的内周面上，所述碳前体包含其中混入有碳集合体的树脂材料；和固化 并烧制所述碳前体以形成碳质层。
根据此构造，作为碳前体的树脂材料被涂布在通过将包含碳纤维的 绳股斜向编织而形成的网状体的内周面上，然后进行固化，由此获得作 为具有良好导热性的被覆层的碳质层，所述碳质层用于填充坩埚与网状 体之间的空隙。
(9) 在(8)的方法中，所述编织可以包括设置沿着相对于所述 网状体的轴线倾斜第一角度的第一方向对齐的多条第一绳股，和设置沿 着相对于所述轴线倾斜第二角度的第二方向对齐的多条第二绳股，所述 第一角度与所述第一角度相同，并且相对于所述轴线，所述第一方向与 所述第二方向相反。
(10) 在(8)或(9)的方法中，所述编织可以包括设置基本上沿 网状体的轴线对齐的多条纵向绳股。
根据以上构造，所述坩埚保持部件包含通过使包含碳纤维的绳股斜 向对齐而编织成的网状体、填充在碳纤维之间的间隙中的基质，和在网 状体的内周面上形成的与坩埚的外周面紧密接触的碳质层，并且经过后 处理后不存在碳纤维的断裂。因此，即使在其圆周方向上施加较强的张 力，其形状也是稳定的，同时确保了足够的强度，此外，还消除了坩埚保持部件与坩埚之间的空隙，从而增加了接触面积，因此能够提高导热 性。
根据上述方法，所述网状体通过斜向编织包含碳纤维的绳股而形成， 基质被填充在网状体的碳纤维之间的间隙中，包含解热碳的被覆层形成 在网状体的内周面上。因此，用于填充坩埚保持部件与坩埚之间的空隙 的具有充分导热性的碳质层可以容易地在通过使包含碳纤维的绳股斜向 对齐而编织成的网状体的内周面上形成为平滑的被覆面。
通过以下结合附图的对于本发明的示例性实施方式的描述，本发明 的上述和其它方面将变得更加显而易见和易于理解，在附图中 图1是显示本发明的坩埚保持部件的网状体的透视图； 图2是显示图1所示的网状体的一部分的放大的正视图； 图3是示意性显示包含图1所示的坩埚保持部件的轴线的平面的一 部分的放大的截面图4是显示坩埚保持部件的制造方法的步骤的流程图； 图5是显示坩埚保持部件的制造方法的步骤的示意图； 图6是显示使用实施方式的坩埚保持部件的硅单晶拉制装置的截面
图7是显示不具有纵向绳股的编织构造的一个经修改的实例的一部 分的放大的正视图8是显示具有多条斜向绳股的编织构造的一个经修改的实例的一 部分的放大的正视图；和
图9是显示通过将集合体与作为碳前体的树脂材料捏合(混合)获 得碳质层的一个实例的示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明的坩埚保持部件的实施方式。
图1是显示本发明的实施方式的坩埚保持部件的网状体的透视图，图2是显示图1所示的网状体的一部分的放大的正视图。
此实施方式的坩埚保持部件100包含由碳纤维11形成的网状体13、 填充在网状体13的碳纤维11之间的间隙中的基质，和形成在网状体13 的内周面上的碳质层15。
网状体13具有在底部有封闭端的基本上为筐状的形状。具体而言， 网状体13包含基本上为圆筒形的体部17和碗状底部19。此网状体13通 过使用带状绳股21三轴编织而形成，带状绳股21各自通过使作为编织 线的多根碳纤维11集束而获得。S卩，网状体13具有三轴编织结构，所 述结构包含相对于网状体13的轴线L以+e (0<e<90)(第一角度)的倾 斜角对齐的第一绳股21A、以-e (第二角度)的倾斜角对齐的第二绳股 21B，和基本上平行于(沿着)轴线L对齐的纵向绳股21C。
此网状体13可以确保具有高强度，因为第一绳股21A与第二绳股 21B以编织物形式彼此交织，可以牢固地保持坩埚。此外，第一绳股21A 和第二绳股21B相对于网状体13的轴线L斜向对齐，而不沿与中心轴垂 直的方向(即，沿网状体13的圆周方向)对齐，以此获得其中圆周方向 上的刚性很低的结构。基于此原因，即使出于某种原因，当使得在圆周 方向上膨胀的力作用于柑埚保持部件100时，由第一绳股21A和第二绳 股21B形成的偏菱形网格将会变形，由此网状体13可以在圆周方向上扩 张，从而能够吸收圆周方向上的膨胀。因此，不容易发生碳纤维断裂， 并且不会较大程度地失去形状，使得坩埚保持部件的形状稳定性极为优 异。
此外，在网状体13中，第一绳股21A和第二绳股21B相对于轴线L 的倾斜角e可以根据坩埚保持部件100各部分所需要的刚性而适当改变。
网状体13的圆周方向上的刚性可以通过改变倾斜角e来调整，使得圆周
方向上的刚性可以根据用途或根据网状体13的各部分来改变。换言之， 第一角度和第二角度随网状体13的部分(位置)的不同而不同。
网状体13具有沿平行于轴线L的方向对齐的纵向绳股21C (在与轴 线L相同的平面内编织)。由于网状体具有纵向绳股21C，作用于垂直方 向的柑埚的负重与纵向绳股21C的延伸方向一致，从而提高了网状体13在垂直方向上的耐负重能力(即承载坩埚的强度)。由此可以更有保障地 保持大重量的石英坩埚，因而能够提供适于大尺寸硅单晶拉制装置的坩
埚保持部件100。
绳股15各自通过使大约数万根碳纤维11集束而形成。作为构成绳 股21的碳纤维11，可以使用沥青类碳纤维、PAN类碳纤维等。构成第一 绳股21A、第二绳股21B和纵向绳股21C的碳纤维11可以是相同的材料 或者是不同的材料。
绳股21的形状可以是棒状等，也可以是带状。此外，如果使用通过 利用环氧树脂等对其浸渍而进行过施胶处理的绳股作为绳股21，那么可 获得适当的弹性，从而即使在手工编织绳股时也使得等周期编织较为容 易。
用于涂布网状体13的基质前体可以是任何物质，只要其通过烧制能 够形成碳质或石墨基质即可。作为通过烧制而碳化或石墨化的基质前体， 可以使用由石油或煤等获得的沥青，以及诸如COPNA树脂、酚醛树脂、 呋喃树脂或聚酰亚胺树脂等具有高碳化收率的热固性树脂。
图3是示意性显示包含图1所示的坩埚保持部件100的轴线的平面 的一部分的放大的截面图。
碳质层15形成在网状体13的内周面上，并具有待与图3所示的石 英坩埚35的外周面35a紧密接触的平滑面25 (参见图6)。在坩埚保持 部件100中，形成在网状体13的内周面13a上的此碳质层15填充了在 石英坩埚35与网状体13之间形成的空隙27a和27b等，并且平滑面25 提高了石英坩埚35与网状体13之间的接触面积。
具有上述构成的坩埚保持部件100包含通过编织斜向对齐的包含碳 纤维11的多条绳股21而形成的网状体13、填充在碳纤维11之间的间隙 中的基质和形成在网状体13的内周面13a上的与坩埚35的外周面35a 接触的碳质层15。因此，即使在其圆周方向上施加较强的张力，其形状 也是稳定的，同时确保具有足够的强度，此外，坩埚保持部件与坩埚35 之间的空隙27a和27b被填充，因而增加了接触面积，由此能够提高导 热性。下面将参照图4描述本实施方式的坩埚保持部件100的制造方法的 一个实例。
图4是显示坩埚保持部件的制造方法的步骤的流程图，图5是显示 坩埚保持部件的制造方法的步骤的示意图。
本实施方式的坩埚保持部件100可以主要通过以下六个步骤制造 即，编织步骤S1、浸渍步骤S2、固化步骤S3、碳化步骤S4、碳质层形 成步骤S5和高纯化步骤S6。
A)编织步骤S1
首先，制备用于形成三轴编织网状体的碗状成型模。虽然成型模的 材料不受特别限制，但是优选使用由石墨制成的成型模，以便在后续碳 化步骤等中不会渗碳。如果要形成大尺寸网状体，可以通过以粘合的方 式组合多个石墨材料片来形成大尺寸成型模。在此情况下，优选使用 COPNA树脂作为粘合剂，因为COPNA树脂的使用使得甚至在碳化步骤 后仍可以保持粘合力。此外，当使用中空的成型模时，重量较轻，并且 便于操作。
为使脱模容易进行，预先在成型模周围缠绕具有液体不渗透性和耐 热性的脱模膜比较有利。该膜的材料不受特别限制，只要其具有液体不 渗透性并且在固化温度左右具有耐热性即可。其实例包括聚对苯二甲酸 乙二醇酯、硅树脂、聚四氟乙烯、赛璐玢、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等。 如果缠绕有脱模膜，则其直到固化时也不分解，并且直到碳化时才会分 解或碳化，结果容易脱模。
带状或棒状绳股各自通过使多根碳纤维集束形成，利用三维交织法， 将绳股沿成型模的外周编织，由此能够形成网状体。利用三维交结法的 网状体的形成可以通过现有技术方法来进行。
可以利用市售的自动织布机(例如，TWM-32C、 TR1-AX，丰和工 业社制造)来编织绳股。如果网状体大到自动织布机无法应付，则可以 采用与编结物形成相同的方式手工形成网状体。
此外，可以通过以下方式形成网状体制备其中绳股被编织为平面 形式的三轴织物，将其围绕成型模的周围巻成圆筒形，并使用粘合剂等将其接合，以形成网状体的圆筒形体部17，进一步，将通过三维编结法 制造的底部19结合到其上。
如果使用进行过大量使用环氧树脂等的施胶处理的绳股制备网状 体，并且如果变得难以在后续步骤中使用作为基质前体的树脂浸渍网状 体，则在形成网状体之后可以进行脱脂处理，以便除去诸如环氧树脂等 胶料。
脱脂处理通常通过在非氧化性气氛下，在大约15(TC 40(TC下加热 而进行。有利的是只有当使用进行过大量使用环氧树脂等的施胶处理的 绳股时才进行此脱脂处理。
B) 浸渍步骤S2
将编织步骤S1中形成的网状体浸入未固化的基质前体中，以形成其 中网状体被浸渍有基质前体的原始材料。
浸渍可以在常压下或者在加压下进行。如果碳纤维较细并且与待浸 渍的基质前体的润湿性较差，则在加压下浸渍比较有效。此外，如果基 质前体对于碳纤维具有充分的润湿性，则可以仅通过涂布或喷洒就将基 质前体充分浸渍在绳股中。
另外，如果在浸渍之前先抽真空，绳股中则不容易残留有气孔。由 此可以获得均匀的原始材料。
C) 固化步骤S3
接下来，加热浸渍有基质前体的网状体(原始材料)，以使其固化。 虽然固化温度可以根据基质前体的种类等适当设定，但还是要设定为与 固化相关的胶凝反应剧烈发生时的温度(一般说来大约为100°C 150°C)。在预定温度附近放缓升温速率，以便充分排出生成的气体，从 而使气体可以充分扩散，这一点或许很重要。
D) 碳化步骤S4
将固化步骤S3中获得的原始材料所包含的有机物碳化，以获得主要 由碳构成的网状体13。碳化步骤中的处理温度优选至少为大约600°C (有 机气体的释放开始降低时的温度)，更优选高于或等于900°C (尺寸收縮 和气体产生均降低时的温度)。脱模优选在碳化之后进行。与成型模一起碳化将使形状较少发生坍 塌，因而不需要为调整形状而进行后处理。当后处理可以省略时，碳纤
维不会被切断，因而可以提供无破裂的网状体13。如果固化在前一步骤 中进行完全，则可以在碳化步骤之前进行脱模。
如果在不脱除成型模的情况下进行碳化步骤，则可以在上述固化步 骤S3之后无需降低温度即进行此步骤。即，固化步骤S3可以作为碳化 步骤S4的一部分来进行。
E) 碳质层形成步骤S5
将包含其中混入有碳集合体的树脂材料的碳前体涂布于在碳化步骤 S4中获得的网状体13的内周面上。然后，固化并烧制碳前体，以形成碳 质层15。在固化中，以大约5'C/小时的速率将温度缓缓升至与固化相关 的胶凝反应剧烈发生的温度(一般说来大约为10(TC 150t:)，并在此状 态下保持此温度1小时以上，以充分进行固化。然后，通过以小于或等 于1(TC/小时的速率升温至至少约600°C (有机气体的释放开始降低时的 温度) 900°C (尺寸收縮和气体产生均降低时的温度)，从而缓慢进行 烧制。固化和烧制可以作为一步或者作为分开的步骤来进行。
F) 高纯化步骤S6
对通过碳质层形成步骤S5的方法获得的坩埚保持部件进行高纯化 处理以除去杂质。可以通过现有技术方法进行高纯化处理。具体而言， 可以通过在诸如卤素气体或卤代烃等氛围气体中，在1，50(TC 3,00(TC下 热处理大于或等于1小时来进行。
在上述制造例中，在网状体制备之后，使用基质前体浸渍网状体。 然而，绳股可以预先使用基质前体浸渍，因此网状体也可以使用浸渍有 基质的绳股来编织。即，可以按照浸渍步骤S2、编织步骤S1、固化步骤 S3、碳化步骤S4、碳质层形成步骤S5和高纯化步骤S6的顺序制造坩埚 保持部件。无论在哪种顺序中，固化步骤S3都优选在浸渍步骤S2和编 织步骤S1之后进行，因为粘附于绳股表面的基质会起到绳股间的粘合剂 的作用。
而且，为了提高制造效率，可以通过如图5中所示的方法制造网状体。在图5中所示的方法中，(a)制备两个碗状成型模28，并在开口面 侧将它们彼此接合，和(b)通过围绕接合的碗状成型模31三轴编织来 制造基本为圆筒形的三轴织物29。此外，(c)进行基质材料的浸渍步骤 及其碳化步骤，然后，(d)在中心部将其切割为两部分后进行脱模，由 此能够一次制造出两个网状体13。如果以这种方式制造网状体13，则网 状体13可以得到有效制造。另外，在从基质浸渍到其碳化的过程中开口
处不容易发生磨损，因为开口可以被縮小。
根据此制造坩埚保持部件100的方法，将包含碳纤维11的绳股21 斜向编织以形成网状体13，在网状体13的碳纤维11之间的间隙中填充 基质，在网状体13的内周面13a上涂布包含其中混入有碳集合体的树脂 材料的碳前体，然后固化和烧制以形成碳质层。因此，填充坩埚保持部 件与坩埚35之间的空隙27a和27b并具有较高导热性的碳质层15可以 容易地在网状体13的内周面13a上形成为平滑的被覆面，所述网状体13 通过使包含碳纤维11的绳股21斜向对齐而编织成。此处，平滑面是指 与编织的绳股21本身相比更为平滑的面，或者指能够与坩埚进行面接触 的表面。
下面，作为本实施方式的坩埚保持部件的应用的一个实例，将利用 图6描述其中将坩埚保持部件应用在硅单晶拉制装置中的实例。
图6是显示使用本实施方式的坩埚保持部件的硅单晶拉制装置的截 面图。硅单晶拉制装置31配备有用来容纳硅熔融物33的石英坩埚35和 具有封闭端的筐状坩埚保持部件100，所述坩埚保持部件100用于以使得 从外部包围石英坩埚的状态保持石英坩埚35的外周面。它们被放置在支 架37上。在坩埚保持部件100的外周布置有加热器39，在使用加热器 39隔着石英坩埚35和坩埚保持部件100加热硅熔融物33的同时，将锭 41逐渐拉起，由此制备硅单晶。
如上所述，即使有使得在圆周方向上膨胀的力施加于坩埚保持部件 100，此处所用的坩埚保持部件100也可以追随此膨胀。因此，可以抑制 裂纹的出现、未凝固的熔融物的流出等，从而能够提高可靠性。此外， 网状体13的碳质层15消除了坩埚保持部件与坩埚35之间的空隙27a和
1527b，从而增加了接触面积，由此能够提高导热性。
硅熔融物33所引起的负重很少施加在坩埚保持部件100的上侧，而 所述上侧在硅单晶拉制装置31冷却时会首先出现硅熔融物33的凝固。 当拉制开始后硅熔融物凝固时，上侧直接承受硅熔融物33的体积膨胀， 因而为降低刚性，优选减小倾斜角e。另一方面，硅熔融物33所引起的 负重大部分施加在下部侧。然而，即使在拉制开始后硅熔融物凝固时， 下部侧也不容易直接承受硅熔融物33的体积膨胀，因为石英坩埚的底部
是圆的。因此，优选增大倾斜角e，从而提高刚性。
在减小倾斜角e的情况下，即使当出现硅熔融物33的膨胀从而横向 (沿圆周方向)延伸时，由于纵向(高度方向)的收縮相对于横向的延 伸的程度很小，所以也可以容易地追随横向的延伸。然而，在增大倾斜
角e的情况下，即使当出现硅熔融物33的膨胀从而横向延伸时，由于纵
向的收縮相对于横向的延伸的程度增大，因而难以容易地追随横向的延 伸，导致对于各条绳股将施加很大的力。因此，第一绳股或第二绳股将 会断裂，或者纵向绳股容易变弯曲。
如果硅单晶拉制装置31是能够产生大直径锭的大尺寸的，则优选坩 埚保持部件100在上下方向上具有低导热性，从而提供使得在硅熔融物 33中上部温度变高而下部温度变低的温度梯度。如果硅单晶拉制装置31 是大尺寸的，则拉制所花费的时间将变得相对较长，导致硅熔融物33容 纳在石英坩埚35中很长一段时间。当硅熔融物33在石英坩埚35中放置 很长一段时间时，硅熔融物33容易受到来自石英坩埚35的氧的污染。 然而，通过尽可能地抑制硅熔融物33的对流，可以防止氧的污染。
形成具有低导热性的绳股的碳纤维包括例如一般碳质碳纤维(相对 于石墨碳纤维而言)等。
另外，采用下述做法是有利的，S卩，在坩埚保持部件100与石英坩 埚35之间提供诸如膨胀石墨片或碳纤维抄造片等碳质片或石墨片。如果 提供有这种碳质片或石墨片，则石英坩埚35与坩埚保持部件100将不会 彼此直接接触，因而坩埚保持部件100不容易发生因与石英坩埚35反应 而导致的劣化。因此，通过仅更换碳质片或石墨片，坩埚保持部件即可被反复使用。
在上述应用的实施例中，描述了其中坩埚保持部件被应用于硅单晶 拉制装置中的石英坩埚保持部件的实例。然而，本发明的坩埚保持部件 的应用并不局限于此，它可以应用于任何用途，只要其为例如用于保持 用来容纳金属、玻璃或硅等的熔融物的容器的部件即可。特别是，所述 容器保持部件可以应用于保持与其热膨胀系数不同的容器用部件。
虽然已经参照某些其示例性实施方式显示和描述了本发明，但是本 领域技术人员会意识到，可以对其在形式和细节上进行各种变化，而不 会脱离由所附权利要求所界定的本发明的实质和范围。
图7是显示不具有纵向绳股的编织构造的一个经修改的实例的一部 分的放大的正视图，图8是显示具有多条斜向绳股的编织构造的一个经 修改的实例的一部分的放大的正视图。
在上述实施方式中，显示了通过三轴编织而形成的网状体13。然而， 本发明的网状体并不限于通过三轴编织而获得的网状体，它也可以具有 其中只有相对于轴线L斜向对齐的绳股21A和21B的构造，如图7所示。 即，网状体在垂直于轴线L的平面内的圆周方向(图7中的横向)上不
具有绳股。根据此构造，即使有使得在圆周方向上膨胀的力作用，应力 也不会集中于某些绳股上，因为圆周方向上不存在绳股。因此，不容易
发生绳股断裂。此外，如图8中所示，可以具有其中两条以上的绳股21 和绳股21斜向对齐的构造。
此外，在上述实施方式中，网状体包含基本上为圆筒形的体部和碗 状底部，以具有带有封闭端的基本上如筐的形状。然而，网状体也可以 只包含圆筒形体部，而底部则由其它部件形成。
图9是显示通过将集合体与作为碳前体的树脂材料捏合(混合)获 得碳质层的 一个实例的示意图。
如图9中所示，通过在网状体13上涂布碳前体43与集合体45的混 合物并进行高纯化处理而获得碳质层15A。碳前体43可以是任何物质， 只要其能够通过在惰性氛围下烧制而碳化即可。例如，它可以是诸如由 石油或煤获得的沥青、酚醛树脂、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯等任何物质，只要其能够通过烧制而碳化即可。集合体45可以是任何物质，只要是碳 质的(碳集合体)即可。例如，集合体45可以包含天然石墨粉末、人造 石墨粉末、焦炭和碳短纤维。其中碳集合体45与作为碳前体43的树脂 材料相捏合的浆料被涂布在内周面13a上，并被烧制。因此，碳质的集 合体45起到了增强材料的作用，其中碳质的集合体45以一体化方式嵌 入到树脂炭中，从而不仅提高了碳质层15B的强度，还提高了整个坩埚 保持部件的强度。
权利要求
1.一种用于保持用来容纳熔融物的坩埚的坩埚保持部件，所述坩埚保持部件包含具有封闭端的圆筒形或筐形网状体，所述网状体通过将多条绳股编织为相对于所述网状体的轴线斜向对齐而形成，每条的所述绳股均包含多根碳纤维；填充在所述多根碳纤维之间的间隙中的基质；和碳质层，所述碳质层形成在所述网状体的内周面上，并具有与所述坩埚的外周面接触的平滑面。
2. 如权利要求1所述的坩埚保持部件，其中，所述碳质层通过将碳 集合体与树脂材料混合成碳前体而形成。
3. 如权利要求2所述的坩埚保持部件，其中，所述碳质层包含天然 石墨粉末、人造石墨粉末、焦炭和碳短纤维中的任何一种作为所述碳集 合体。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的坩埚保持部件， 其中，所述网状体包含沿着相对于所述轴线倾斜第一角度的第一方向对齐的多条第一绳 股，和沿着相对于所述轴线倾斜第二角度的第二方向对齐的多条第二绳 股，所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中，相对于所述轴线，所述第一方向与所述第二方向相反。
5. 如权利要求1至3中任一项所述的坩埚保持部件，其中，所述网状体包含基本上沿所述网状体的轴线对齐的多条纵向绳股。
6. 如权利要求1至3中任一项所述的坩埚保持部件，其中，所述网状体不包含沿基本上与所述网状体的轴线垂直的方向对齐的绳股。
7. 如权利要求4所述的坩埚保持部件，其中，所述第一角度和所述 第二角度随着所述网状体的位置的不同而不同。
8. —种制造坩埚保持部件的方法，所述方法包括将多条绳股编织为相对于轴线斜向对齐，以形成具有封闭端的圆筒形或筐形网状体，每条的所述绳股均包含多根碳纤维；在所述多根碳纤维之间的间隙中填充基质前体；将碳前体涂布在所述网状体的内周面上，所述碳前体包含其中混入 有碳集合体的树脂材料；和固化并烧制所述碳前体以形成碳质层。
9. 如权利要求8所述的方法， 其中，所述编织包括-设置沿着相对于所述网状体的轴线倾斜第一角度的第一方向对齐的 多条第一绳股，和设置沿着相对于所述轴线倾斜第二角度的第二方向对齐的多条第二 绳股，所述第二角度与所述第一角度相同，并且其中，相对于所述轴线，所述第一方向与所述第二方向相反。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其中，所述编织包括设置基本上沿所述网状体的轴线对齐的多条纵 向绳股。
全文摘要
本发明提供一种用于保持用来容纳熔融物的坩埚的坩埚保持部件及其制造方法。所述坩埚保持部件包含具有封闭端的圆筒形或筐形网状体，所述网状体通过将多条绳股编织为相对于所述网状体的轴线斜向对齐而形成，每条的所述绳股均包含多根碳纤维；填充在所述多根碳纤维之间的间隙中的基质；和碳质层，所述碳质层形成在所述网状体的内周面上，并具有与所述坩埚的外周面接触的平滑面。
文档编号C30B15/10GK101586913SQ20091014148
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月20日 优先权日2008年5月21日
发明者加藤秀树, 安田正弘, 鹿野治英 申请人:揖斐电株式会社