CN111636097A

CN111636097A - 硅单晶制造装置

Info

Publication number: CN111636097A
Application number: CN202010129767.XA
Authority: CN
Inventors: 尼崎晋
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-09-08
Also published as: JP2020138892A; JP7006636B2

Abstract

本发明提供一种硅单晶制造装置。硅单晶制造装置（1）具备主腔室（2）、闸阀（3）、牵拉腔室（5）、以及测量配置于主腔室（2）的坩埚（21）内的硅熔液表面的温度的熔液表面温度测量部（4）；熔液表面温度测量部（4）具备：筒状部（42），配置在闸阀（3）及牵拉腔室（5）之间，在外周面形成有开口（421）；窗部（433），由使辐射热（H）透过的材料构成，设置于筒状部（42）的开口（421）；反射镜（434），配置在筒状部（42）的内侧，将从坩埚（21）内的硅熔液表面辐射的辐射热（H）向窗部（433）引导；以及辐射温度计（437），配置在筒状部（42）的外侧，测量从反射镜（434）经由窗部（433）引导出的辐射热（H）。

Description

硅单晶制造装置

技术领域

本发明涉及硅单晶制造装置。

背景技术

利用切克劳斯基法（CZ法）的硅单晶的提拉是在主腔室内设置坩埚、将被投入到坩埚内的硅加热而设为熔液状态、使晶种植入到硅熔液、通过用提拉线材将晶种向上方提拉来进行。被提拉的硅单晶被收纳在设在主腔室的上部的牵拉腔室（pull chamber）内，在用闸阀将主腔室密闭后，使牵拉腔室移动，从提拉装置取出。

在硅单晶的提拉时，坩埚内的硅熔液表面的温度是重要的参数之一，通过准确地测量熔液表面的温度，能够精密地控制硅单晶的品质。

以往，在文献1（日本特开2014－218402号公报）中，公开了在牵拉腔室的上部配置辐射温度计和二维温度计、使用这两个温度计测量硅熔液表面的温度的技术。

但是，在文献1所记载的技术中，从硅熔液表面到温度计的测量距离变大。特别是，如果测量距离变长，则辐射温度计的能够测量的测量斑点直径变大，有以显示斑点（spot）内的平均温度为原因而测量值离散的课题。

此外，如果测量距离变长，则辐射温度计将在主腔室、牵拉腔室内不规则反射的辐射热等的干扰拾取，有不能准确地测量硅熔液表面的温度的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够高精度地控制硅单晶的品质的硅单晶制造装置。

本发明的硅单晶制造装置其特征在于，具备：主腔室；闸阀；牵拉腔室；以及熔液表面温度测量部，测量配置于前述主腔室的坩埚内的硅熔液表面的温度；前述熔液表面温度测量部具备：筒状部，配置在前述闸阀及前述牵拉腔室之间，在外周面形成有开口；窗部，由使辐射热透过的材料构成，设置于前述筒状部的开口；导热部，配置在前述筒状部的内侧，将从前述硅熔液表面辐射的辐射热向前述窗部引导；以及辐射温度计，配置在前述筒状部的外侧，测量从前述导热部经由前述窗部引导出的辐射热。

根据本发明，在主腔室及牵拉腔室之间配置熔液表面温度测量部。因而，与前述文献1所记载的技术相比，能够使辐射温度计的测量距离变短，能够减小计测斑点直径而准确地测量硅熔液表面的温度。并且，能够基于该温度测量结果高精度地控制硅单晶的品质。

在本发明的硅单晶制造装置中，优选的是，前述导热部被支承部件支承，该支承部件插通于前述筒状部且沿该插通方向移动自如。

根据本发明，通过使支承部件沿其插通方向进退，能够使导热部在筒状部的径向上移动。由此，通过在硅熔液表面上使计测斑点移动，能够容易地测量坩埚径向的温度分布。此外，能够在径向上测量任意的位置的温度。

在本发明的硅单晶制造装置中，优选的是，在前述筒状部的外周面，沿着该筒状部的外周方向形成有多个开口；前述多个开口构成为，能够拆装自如地配置前述窗部、前述导热部及前述辐射温度计；设置前述窗部的开口以外的开口被盖部堵塞。

根据本发明，能够使窗部、导热部及辐射温度计移动到多个开口的某个，能够测量硅熔液表面的希望的位置的温度。此外，通过没有设置窗部的开口被盖部封堵，能够抑制主腔室内的辐射热向外部泄漏，能够更准确地进行硅熔液表面的温度测量。

附图说明

图1是表示有关本发明的一实施方式的硅单晶制造装置的概略结构的纵剖视图。

图2是构成前述硅单晶制造装置的闸阀的横剖视图。

图3是构成前述硅单晶制造装置的熔液表面温度测量部的纵剖视图。

图4是前述熔液表面温度测量部的横剖视图。

具体实施方式

［实施方式］

以下，对本发明的一实施方式进行说明。

〔硅单晶制造装置的结构〕

如图1所示，硅单晶制造装置1是在MCZ（Magnetic field applied Czochralski；施加磁场的切克劳斯基）法中使用的装置。硅单晶制造装置1具备主腔室2、闸阀3、熔液表面温度测量部4和牵拉腔室5。

在主腔室2的内部，配置有坩埚21、加热器22、热遮蔽体23、冷却筒24等。在坩埚21中收容硅熔液M。在主腔室2的外部设有一对电磁线圈25。

闸阀3设在主腔室2的上端。闸阀3如也在图2中表示那样，具备阀箱31、阀体32、回转轴33、连结部件34和回转驱动部35。

阀箱31构成为能够在内部收容阀体32。阀箱31拆装自如地被固定在主腔室2的上端。阀箱31具备在向主腔室2的固定时位于上侧的上开口311和位于下侧的下开口312。

阀体32被形成为能够将下开口312闭塞的圆板状。回转轴33以其一部分位于阀箱31内的方式旋转自如地设于阀箱31。

连结部件34将阀体32的上部与回转轴33连结。回转驱动部35被配置在阀箱31的外部。

回转驱动部35被连结在回转轴33的位于阀箱31外的部分，通过使该回转轴33旋转，使阀体32在如图2中用实线表示那样将主腔室2的上部闭塞的闭塞位置与如用双点划线表示那样将主腔室2的上部开放的开放位置之间回转。

熔液表面温度测量部4如图1、图3、图4所示，具备环状圆板部41、筒状部42、测量单元43和盖部44。

环状圆板部41设在筒状部42的上端，筒状部42设在闸阀3的上端。环状圆板部41由不锈钢等金属构成。环状圆板部41其外形为圆形，形成有与其下端内形同形的开口。

筒状部42其俯视的外形为十六边形，内形被形成为圆形的筒状。筒状部42例如由与环状圆板部41相同的材料构成。在筒状部42的俯视中不相互相邻的八个直线部分分别设有将该筒状部42的内外贯通的开口421。

测量单元43具备闭塞部件431、载置台432、窗部433、作为导热部的反射镜434、支承部件435、移动驱动部436和辐射温度计437。

在筒状部42的开口421中，设有将该开口闭塞的闭塞部件431。闭塞部件431拆装自如地被固定在八个开口421中的某一个或多个部位。闭塞部件431例如由与筒状部42相同的材料构成。在闭塞部件431，设有上下排列的两个贯通孔。在下侧的贯通孔设有导引筒部件438。导引筒部件438以其中心轴与水平面平行的方式设置。

载置台432被形成为板状，以从筒状部42的下部向外侧延伸的方式被固定。

窗部433由使硅熔液M的辐射热H透过的材料构成。例如，窗部433由石英构成。窗部433以将闭塞部件431的上侧的贯通孔堵塞的方式被固定。

反射镜434由将辐射热H反射的材料构成。反射镜434例如由硅反射镜构成。

支承部件435具备棒状部435A和反射镜保持部435B。棒状部435A其外形被形成为与导引筒部件438的内形相同的形状，滑动自如地被插通于导引筒部件438。反射镜保持部435B设在棒状部435A的筒状部42内侧的端部。在反射镜保持部435B固定着反射镜434，以使水平面与反射镜434的反射面434A所成的角度为45°。

移动驱动部436被固定在载置台432上的俯视中不与支承部件435的棒状部435A重叠的位置。移动驱动部436经由连结部件436A被固定在棒状部435A的筒状部42外侧的端部。移动驱动部436经由棒状部435A使反射镜434移动。

辐射温度计437被固定在筒状部42外侧的载置台432上的俯视中不与移动驱动部436重叠的位置。辐射温度计437测量被反射镜434的反射面434A反射的辐射热H。

盖部44由与筒状部42相同的材料构成。盖部44是与闭塞部件431同形状，但不具有闭塞部件431那样的贯通孔。盖部44拆装自如地被固定在筒状部42的八个开口421中的没有设置测量单元43的开口421，将开口421闭塞。

牵拉腔室5设在熔液表面温度测量部4的环状圆板部41的上部。在牵拉腔室5，设有用来向主腔室2内导入Ar气体等非活性气体的未图示的导入部、及使提拉硅单晶S的线缆51升降及旋转的未图示的提拉驱动部等。

〔使用熔液表面温度测量部的硅单晶的制造方法〕

接着，对使用熔液表面温度测量部4的硅单晶S的制造方法进行说明。另外，在本实施方式中，例示制造外周磨削后的直体部S2的直径为300mm的硅单晶S的情况，但也可以制造200mm、450mm或其他大小的硅单晶S。此外，在硅熔液M既可以添加也可以不添加电阻率调整用的掺杂剂。

首先，在反射镜434存在于图1中的用实线表示的位置的状态下，未图示的控制部将主腔室2内维持为减压下的非活性气体环境，使坩埚21旋转，并借助加热器22的加热使填充于坩埚21的多晶硅等固形原料熔融，生成硅熔液M。

在该硅熔液M的生成后，首先，辐射温度计437测量硅熔液M表面的第1测量点P1的温度。然后，控制部使移动驱动部436驱动，一边使反射镜434依次移动到图1中用双点划线表示的两处位置，辐射温度计437一边测量硅熔液M表面的第2测量点P2的温度和第3测量点P3的温度。此时，也可以仅测量第2测量点P2及第3测量点P3中一方的温度。此外，也可以测量第1测量点P1与第2测量点P2之间、第2测量点P2与第3测量点P3之间、或比第3测量点P3靠图1的右侧的任意的位置的温度。

并且，控制部基于第1～第3测量点P1～P3的测量结果，检测硅熔液M表面的温度分布。控制部在控制加热器22以成为希望的温度分布后，再次测量第1～第3测量点P1～P3的温度，反复进行加热器22的控制和第1～第3测量点P1～P3的温度测量，直到成为希望的温度分布。

如果硅熔液M表面成为希望的温度分布，则控制部对电磁线圈25进行控制，向硅熔液M施加磁场。然后，控制部在反射镜434存在于图1的用实线表示的位置的状态下，以继续磁场的施加的原状，将具有肩部S1、直体部S2、未图示的尾部的硅单晶S提拉。

在该提拉时，辐射温度计437在规定的时刻测量第1测量点P1的温度。控制部基于该温度测量结果对加热器22进行控制，以使硅熔液M的温度成为适合于肩部S1、直体部S2、尾部的形成的温度。

控制部如果硅单晶S被从硅熔液M切离，则对加热器22进行控制，以将向硅熔液M的磁场的施加停止，将硅单晶S冷却。控制部在硅单晶S整体被收容在牵拉腔室5内后，对闸阀3的回转驱动部35进行控制，使阀体32移动到闭塞位置。然后，将硅单晶S从牵拉腔室5取出。

〔实施方式的作用效果〕

根据上述实施方式，由于在主腔室2与牵拉腔室5之间配置有熔液表面温度测量部4，所以能够使辐射温度计437的测量距离变短。因而，能够使计测斑点直径变小而使硅熔液表面的温度测量的离差变小，能够基于准确的温度测量结果而高精度地控制硅单晶S的品质。

由于计测斑点直径变小，所以能够抑制因成为计测位置的限制的计测视野的干涉带来的视野缺失，能够扩大坩埚21的径向的测量位置。因而，能够测量更宽的范围的温度分布。

进而，由于在筒状部42形成有多个开口421，所以可以根据想要测量的硅熔液M表面的位置，例如如在图4中用双点划线表示那样进行测量单元43的配置位置变更或追加。

此外，由于将测量单元43做成了单元构造，所以测量位置变更变得容易。

［变形例］

另外，本发明并不仅限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良及设计的变更等。

例如，也可以在筒状部42上仅设置一个开口421。在此情况下，在一个开口421既可以不能拆装地固定、也可以能够拆装地固定测量单元43。

也可以将反射镜434不能移动地固定在闭塞部件431或窗部433。

也可以将多个测量单元43同时配置在多个开口421的各自处，用各辐射温度计437进行温度测量。

也可以不设置环状圆板部41，而将牵拉腔室5直接固定在筒状部42上。

在上述实施方式中，在向硅熔液M的磁场施加前、肩部S1形成时、直体部S2形成时、尾部形成时的全部的时刻进行温度测量，但也可以在一个以上三个以下的时刻进行。也可以在向硅熔液M的磁场施加前测量仅一个测量点的温度。

也可以将本发明应用于不具有电磁线圈25的利用所谓CZ法的硅单晶S的制造。

Claims

1.一种硅单晶制造装置，其特征在于，

具备：

主腔室；

闸阀；

牵拉腔室；以及

熔液表面温度测量部，测量配置于前述主腔室的坩埚内的硅熔液表面的温度；

前述熔液表面温度测量部具备：

筒状部，配置在前述闸阀及前述牵拉腔室之间，在外周面形成有开口；

窗部，由使辐射热透过的材料构成，设置于前述筒状部的开口；

导热部，配置在前述筒状部的内侧，将从前述硅熔液表面辐射的辐射热向前述窗部引导；以及

辐射温度计，配置在前述筒状部的外侧，测量从前述导热部经由前述窗部引导出的辐射热。

2.如权利要求1所述的硅单晶制造装置，其特征在于，

前述导热部被支承部件支承，该支承部件插通于前述筒状部且沿该插通方向移动自如。

3.如权利要求1或2所述的硅单晶制造装置，其特征在于，

在前述筒状部的外周面，沿着该筒状部的外周方向形成有多个开口；

前述多个开口构成为，能够拆装自如地配置前述窗部、前述导热部及前述辐射温度计；

设置前述窗部的开口以外的开口被盖部堵塞。