JP2000001394A - シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン多結晶の融解時におけるカーボンヒー
タによる電力消費を低減し、シリコン単結晶棒引上げ時
の電力を均一にしてカーボンヒータ及び石英るつぼの劣
化を抑制し、シリコン融液の融液面温度を容易に調整す
る。 【解決手段】シリコン単結晶の引上げ装置は、石英るつ
ぼ１３の底部と保温筒１９により囲まれる空間に環状の
断熱体２７が支軸１６に嵌入して設けられ、断熱体２７
をるつぼ昇降手段１７と独立して上昇又は下降させる断
熱体昇降手段４１を備える。引上げ方法は、断熱体２７
をシリコン多結晶融解時に石英るつぼ１３の底部近傍の
第１位置に上昇し、シリコン単結晶棒２５の引上げ時に
断熱体２７を第１位置より下方に移動させる。断熱体昇
降手段４１は支持棒４２と駆動ギヤと駆動モータ４６と
を有し、断熱体２７には窓孔が形成される。窓孔は窓孔
開放手段６１により駆動する閉止板により開閉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶棒
を引上げて育成するシリコン単結晶の引上げ装置及びそ
の引上げ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶棒を育成する方法として
シリコン多結晶を融解してるつぼ内に貯留したシリコン
融液から半導体用の高純度シリコン単結晶棒を成長させ
るチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）が知られ
ている。このＣＺ方法では、石英るつぼの周囲に設けら
れたカーボンヒータにより石英るつぼ内のシリコン融液
を加熱して所定温度に維持し、ミラーエッチングされた
種結晶をシリコン融液に接触させ、種結晶を引上げてシ
リコン単結晶棒を育成するものである。このシリコン単
結晶棒の育成方法では、種結晶を引上げてシリコン融液
から種絞り部を作製した後、目的とするシリコン単結晶
棒の直径まで結晶を徐々に太らせて肩部を形成し、その
後更に引上げてシリコン単結晶棒の直胴部を形成するよ
うになっている。

【０００３】従来この種の装置には、支軸の上端に固定
されかつチャンバ内に設けられたシリコン融液を貯留す
る石英るつぼと、この石英るつぼを支軸を介して上昇又
は下降させるるつぼ昇降手段と、この石英るつぼをカー
ボンヒータとともに包囲する保温筒とを備えたものが知
られている。るつぼ昇降手段は、支軸を介して石英るつ
ぼを上昇させることによりシリコン単結晶棒の引上げに
伴うシリコン融液表面の低下を防止し、シリコン融液の
表面を所定位置に維持して高品質のシリコン単結晶棒を
得るようにするとともに、保温筒が石英るつぼをカーボ
ンヒータとともに包囲して、シリコン融液の熱が外部に
放散しないように遮蔽し、石英るつぼ内のシリコン融液
を加熱するカーボンヒータの消費電力を軽減するととも
に、シリコン融液の温度を所定温度に維持できるように
構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシリコ
ン単結晶の引上げ装置では、石英るつぼがるつぼ昇降手
段により上昇するため、保温筒により囲まれる空間はそ
の移動する範囲を含むように形成され、石英るつぼに当
初入れられたシリコン多結晶をカーボンヒータにより加
熱して融解する際のカーボンヒータの電力消費量が比較
的大きい不具合がある。また、シリコン多結晶が融解し
た後のシリコン融液を所定温度に維持するための電力は
シリコン多結晶を融解させる際の電力に比較して低下す
るが、所定温度維持のための電力の変化によるカーボン
ヒータ自体、及びシリコン融液を貯留する石英るつぼ自
体が熱ストレスを受けてその寿命が低下する問題点があ
る。更に、シリコン単結晶棒が引上げられるシリコン融
液の融液面温度を容易に調整する必要もある。

【０００５】本発明の目的は、シリコン多結晶の融解時
におけるカーボンヒータによる電力消費を低減し得るシ
リコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法を提供す
ることにある。本発明の別の目的は、シリコン単結晶棒
引上げ時のカーボンヒータによる電力を均一にしてカー
ボンヒータ及び石英るつぼの劣化を抑制し得るシリコン
単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法を提供すること
にある。本発明の更に別の目的は、シリコン融液の融液
面温度を容易に調整し得るシリコン単結晶の引上げ装置
及びその引上げ方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、支軸１６の上端に固定されかつチャ
ンバ１１内に設けられシリコン融液１２を貯留する石英
るつぼ１３と、この石英るつぼ１３を支軸１６を介して
上昇又は下降させるるつぼ昇降手段１７と、石英るつぼ
１３をカーボンヒータ１８とともに包囲する保温筒１９
とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、石英るつぼ１３の底部と保温筒１
９により囲まれる空間に環状の断熱体２７が支軸１６に
嵌入して設けられ、断熱体２７をるつぼ昇降手段１７と
独立して上昇又は下降させる断熱体昇降手段４１を備え
たところにある。

【０００７】シリコン多結晶を融解する際に断熱体昇降
手段４１で断熱体２７をるつぼ昇降手段１７と独立して
上昇させてカーボンヒータ１８が加熱すべき空間を縮小
させることにより、シリコン多結晶の融解時におけるカ
ーボンヒータ１８の電力消費量を低減させる。断熱体昇
降手段４１で断熱体２７をるつぼ昇降手段１７と独立し
て上昇又は下降させることにより、カーボンヒータ１８
が加熱すべき空間を断熱体２７が縮小又は拡大して、カ
ーボンヒータ１８の電力を変化させることなく融解後に
おけるシリコン融液１２の温度を均一にする。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、断熱体昇降手段４１が、チャンバ１１の下
部に挿通され周囲にラックギヤが形成され上端に断熱体
２７が取付けられた支持棒４２と、チャンバ１１の下方
に設けられ上記ラックギヤに歯合する駆動ギヤと、この
駆動ギヤを駆動する駆動モータ４６とを有するシリコン
単結晶の引上げ装置である。ラックギヤに歯合する駆動
ギヤの回転により支持棒４２が昇降するため、容易に断
熱体２７の位置を制御できる。

【０００９】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、図４に示すように、断熱体２７に１
又は２以上の窓孔２７ｃが形成され、この窓孔２７ｃを
開放可能に閉止する閉止板２７ｄが設けられ、断熱体昇
降手段４１に閉止板２７ｄを駆動して窓孔２７ｃを開閉
する窓孔開放手段６１が設けられたシリコン単結晶の引
上げ装置である。窓孔開放手段６１により断熱体２７に
形成された窓孔２７ｃを開放することにより、断熱体昇
降手段４１による空間の拡大量を超えてカーボンヒータ
１８が加熱すべき空間を更に拡大する。この結果、断熱
体２７が最下位置に達したにも拘らず液面温度が上昇す
るような場合に液面温度を下げることができる。

【００１０】請求項４に係る発明は、保温筒１９で包囲
されかつ支軸１６の上端に固定された石英るつぼ１３に
シリコン多結晶を融解して貯留されたシリコン融液１２
から成長するシリコン単結晶棒２５を引上げる方法の改
良である。その特徴ある点は、石英るつぼ１３の底部と
保温筒１９により囲まれる空間に支軸１６に嵌入して設
けられた環状の断熱体２７をシリコン多結晶の融解時に
石英るつぼ１３の底部近傍の第１位置に上昇し、シリコ
ン単結晶棒２５の引上げ時に断熱体２７を第１位置より
下方に移動させるところにある。環状の断熱体２７をシ
リコン多結晶融解時に第１位置に上昇させることによ
り、カーボンヒータ１８が加熱すべき空間は縮小し、石
英るつぼ１３に当初入れられたシリコン多結晶を融解す
る際のカーボンヒータ１８の電力消費量を低減させる。
シリコン単結晶棒２５の引上げ時に断熱体２７を第１位
置より下方の位置で上下動させることにより、カーボン
ヒータ１８が加熱すべき空間を拡大又は縮小させ、熱が
拡散する体積を変化させることによりカーボンヒータ１
８の電力を変更することなくシリコン融液１２の融液面
温度を調整する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図３に示すように、シリコン
単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコ
ン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この
石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆さ
れる。石英るつぼ１３の下面は黒鉛サセプタ１４を介し
て支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はる
つぼ昇降手段１７に接続される。るつぼ昇降手段１７は
図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モ
ータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを
有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方
向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となって
いる。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所
定の間隔をあけてカーボンヒータ１８により包囲され、
このカーボンヒータ１８は保温筒１９により包囲され
る。カーボンヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された
高純度のシリコン多結晶を加熱・融解してシリコン融液
１２にする。

【００１２】またチャンバ１１の上端には円筒状のケー
シング２１が接続される。このケーシング２１には引上
げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング
２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げ
ヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回
転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３
の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、
上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又
は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイ
ヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシ
リコン単結晶棒２５（図２及び図３）を引上げるための
種結晶２４が取付けられる。

【００１３】更に、チャンバ１１にはこのチャンバ１１
のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不
活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出する
ガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一
端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性
ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パ
イプ２９と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端
が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３０
とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこ
れらのパイプ２９，３０を流れる不活性ガスの流量を調
整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設
けられる。

【００１４】一方、引上げられるシリコン単結晶棒２５
（図２及び図３）の外周面と石英るつぼ１３の内周面と
の間には、シリコン単結晶棒２５を包囲する筒状の熱遮
蔽体２６が設けられる。熱遮蔽体２６はシリコン融液１
２の熱をシリコン単結晶棒２５に到達しないように遮蔽
するために設けられ、この熱遮蔽体２６の上縁には外方
に略水平方向に張り出すフランジ部２６ａが連設され
る。このフランジ部２６ａを保温筒１９上に載置するこ
とにより熱遮蔽体２６はチャンバ１１内に固定され、熱
遮蔽体２６の下縁は石英るつぼ１３に貯留されたシリコ
ン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するよう
に構成される。

【００１５】石英るつぼ１３の底部と保温筒１９により
囲まれるカーボンヒータ１８が加熱する空間には環状の
断熱体２７が支軸１６に嵌入して設けられる。図４及び
図５に示すように、断熱体２７には２つの窓孔２７ｃが
形成され、窓孔２７ｃにはこの窓孔２７ｃを開放可能に
閉止する閉止板２７ｄがそれぞれ設けられる。断熱体２
７及び閉止板２７ｄは環状のカーボンのケーシング２７
ｂの内部に断熱材２７ａを充填することにより作られ
（図４）、それぞれの閉止板２７ｄは連結部材２７ｆに
より互いに連結される。なお、断熱体２７はガス給排手
段２８（図１〜図３）により供給された不活性ガスを流
通させるための隙間を保って保温筒１９の下部に遊挿し
て設けられ、不活性ガスを流通させるため図示しない複
数の通孔が形成される。

【００１６】図１〜図３に戻って、断熱体２７はカーボ
ンヒータ１８からの放熱を反射しかつその熱を蓄熱す
る。これにより、断熱体２７は石英るつぼ１３周囲の熱
が断熱体２７の下方に放散するのを防ぐように構成され
る。チャンバ１１の下部には一対の断熱体昇降手段４１
が設けられる。断熱体昇降手段４１は周囲にラックギヤ
（図示せず）が形成されチャンバ１１の下部である下壁
に挿通された支持棒４２と、チャンバ１１の下方に設け
られラックギヤに歯合する駆動ギヤと、この駆動ギヤを
駆動する駆動モータ４６とを有する。駆動ギヤはギヤボ
ックス４３に内蔵されて駆動モータ４６による駆動ギヤ
の回転により支持棒４２を上下動可能に構成され、支持
棒４２の上端には断熱体２７が固定される。この断熱体
昇降手段４１は、支持棒４２を上下動させることにより
断熱体２７を上昇又は下降させるように構成される。

【００１７】また、断熱体昇降手段４１には断熱体２７
の閉止板２７ｄを駆動して窓孔２７ｃを開閉する窓孔開
放手段６１が設けられる。窓孔開放手段６１は周囲にラ
ックギヤ（図示せず）が形成されチャンバ１１の下壁に
挿通された補助支持棒６２ａ，６２ｂと、支持棒４１に
固着された台板６４に設けられラックギヤに歯合する補
助駆動ギヤが内蔵された補助ギヤボックス６３と、この
補助駆動ギヤを駆動する補助モータ６６とを有し、一方
の補助支持棒６２ａは回転可能に設けられる。それぞれ
の補助支持棒６２ａ，６２ｂの上端には支持板６７が設
けられ、支持板６７には連結部材２７ｆが支軸１６を中
心として回転可能に設置される。支持板６７は支軸１６
及び支持棒４２に遊嵌して設けられ、図４及び図５に詳
しく示すように、支持板６７に下方から貫通した一方の
補助支持棒６２ａの上端には、連結部材２７ｆの周囲に
形成されたギヤに歯合する回転ギヤ６２ｃが設けられ
る。

【００１８】図４に示すように、一方の補助支持棒６２
ａの中間には、一端が支持棒４２に遊嵌して設けられ他
端がこの補助支持棒６２ａに回転可能にかつ移動不能に
取付けられた補助台板７１が設けられる。補助台板７１
には回転モータ７２が取付けられ、補助支持棒６２ａは
この回転モータ７２により互いに歯合する回転ギヤ７３
を介して回転可能に構成される。この窓孔開放手段６１
は、補助モータ６６により補助ギヤボックス６３に内蔵
された図示しない補助駆動ギヤを回転させ、補助支持棒
６２を上方に移動させることにより支持板６７を介して
閉止板２７ｄを上昇させ、閉止板２７ｄが上昇すること
により窓孔２７ｃを閉止板２７ｄで閉止するように構成
される。一方、窓孔開放手段６１により、補助支持棒６
２を図４の実線で示すように下方に移動させると、閉止
板２７ｄが下降して窓孔２７ｃが開放され、回転モータ
７２が回転ギヤ７３を介して一方の補助支持棒６２ａを
図の破線矢印で示すように回転させることにより、連結
部材２７ｆが閉止板２７ｄとともに回転してその開放面
積を拡大できるように構成される。

【００１９】一方、引上げ手段２２における引上げ用モ
ータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図
示せず）が設けられ、るつぼ昇降手段１７には石英るつ
ぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量セン
サ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニ
ヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。更にこの引
上げ装置１０にはシリコン融液１２の融液面温度を検出
する図示しない温度センサが設けられる。ロータリエン
コーダ、重量センサ、リニヤエンコーダ及び温度センサ
の各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に
接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の
引上げ用モータ、るつぼ昇降手段１７の昇降用モータ、
断熱体昇降手段４１の駆動モータ４６及び窓孔開放手段
６１の補助モータ６６、回転モータ７２にそれぞれ接続
される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設
けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力
に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコ
ン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶さ
れ、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内の
シリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶
される。コントローラは重量センサの検出出力に基づい
て石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一
定のレベルに保つように、るつぼ昇降手段１７の昇降用
モータを制御するとともに、断熱体２７をるつぼ昇降手
段１７と独立して上昇又は下降するように断熱体昇降手
段４１の駆動モータ４６を制御するように構成される。

【００２０】このように構成された装置による本発明に
よるシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。先ず、石
英るつぼ１３には高純度のシリコン多結晶を投入され、
カーボンヒータ１８によりこの高純度のシリコン多結晶
を加熱・融解してシリコン融液１２にする。このシリコ
ン多結晶の融解に際し、図１に示すように、断熱体昇降
手段４１は支持棒４２を矢印で示すように上方に移動さ
せ、断熱体２７を石英るつぼ１３の底部近傍の第１位置
に配置する。この際に断熱体２７の窓孔２７ｃは閉止板
２７ｄにより閉じておく。断熱体２７を第１位置に配置
することによりカーボンヒータ１８が加熱すべき空間は
縮小し、石英るつぼ１３に当初入れられたシリコン多結
晶を融解する際のカーボンヒータ１８の電力消費量を低
減させる。

【００２１】シリコン多結晶が融解して石英るつぼ１３
にシリコン融液１２が貯留された後、第１及び第２流量
調整弁３１，３２を開くことにより不活性ガスをケーシ
ング２１内に供給してシリコン融液１２の表面から蒸発
したガスをこの不活性ガスとともに排出パイプ３０から
排出させるとともに、シリコン単結晶棒２５を引上げる
シリコン融液１２の融液面温度を所定の温度に調整す
る。この温度調整は、融液面温度が低い場合にはカーボ
ンヒータ１８による所定時間の加熱により行われ、融液
面温度が高い場合には断熱体昇降手段４１により断熱体
２７を第１位置より下方に移動させることにより行われ
る。断熱体２７の移動によりカーボンヒータ１８が加熱
すべき空間は拡大し、これにより熱が拡散する体積が増
大するため、カーボンヒータ１８の電力を変更すること
なく融液面温度は低下する。

【００２２】シリコン融液１２の融液面温度を調整した
後、引上げ手段の図示しない引上げ用モータによりワイ
ヤ１９を繰出して種結晶２４を降下させてその先端部を
シリコン融液１２に接触させる。その後種結晶２４を徐
々に引上げて種絞り部２５ａを形成した後、更に種結晶
２４を引上げて図１に示すように、種絞り部２５ａの下
部に先ず肩部２５ｂを育成させる。その後種結晶２４を
更に引上げることにより図２に示すように肩部２５ｂの
下方に直胴部２５ｃを形成する。この直胴部２５ｃの形
成はカーボンヒータ１８の電力を変更することなく行
い、断熱体昇降手段４１が支持棒４２を矢印で示すよう
に下方に移動させて断熱体２７を第１位置より下方に移
動することによりカーボンヒータ１８の余剰熱量を吸収
する。即ち、カーボンヒータ１８が加熱すべき空間を拡
大することにより熱の拡散体積を増大させ、カーボンヒ
ータ１８の電力を変更することなくシリコン融液１２の
融液面温度を所定の温度に保つ。

【００２３】図３に示すように、直胴部２５ｃが所定長
さ育成されるとシリコン単結晶棒２５の表面積は増大
し、この表面積から放散される熱量は上昇する。この放
散される熱量の上昇に伴い直胴部２５ｃが所定長さ育成
されたシリコン融液１２の融液面温度は低下する。断熱
体昇降手段４１は支持棒４２を破線矢印で示すように上
方に移動させて断熱体２７を移動することによりこの融
液面温度の低下を防止する。即ち、断熱体昇降手段４１
はカーボンヒータ１８の電力を変更することなく、カー
ボンヒータ１８が加熱すべき空間を縮小することにより
シリコン融液１２の融液面温度を所定の温度に保つ。な
お、直胴部２５ｃの育成とともにシリコン融液１２は減
少し、この融液１２の量に応じて図示しない昇降用モー
タはるつぼ１３を上昇させ、図に示すように、種結晶２
４の引上げとともに低下するシリコン融液１２の表面を
所定位置に維持させる。

【００２４】なお、上述した実施の形態では、環状のカ
ーボンのケーシング２７ｂの内部に断熱材２７ａを充填
した断熱体２７を使用したが、断熱体は環状のモリブデ
ンからなる板材であっても良い。また、上述した実施の
形態では、直胴部２５ｃの形成当初、断熱体昇降手段４
１が支持棒４２を介して断熱体２７を第１位置より下方
に移動することによりカーボンヒータ１８が加熱すべき
空間を拡大してシリコン融液１２の融液面温度を所定の
温度に保ったが、断熱体２７が最下位置に達したにも拘
らず液面温度が上昇するような場合には、図４に示すよ
うに、窓孔開放手段６１により断熱体２７に形成された
窓孔２７ｃを開放してカーボンヒータ１８が加熱すべき
空間を更に拡大する。このように空間を更に拡大してシ
リコン融液１２の融液面温度を所定の温度に保つことに
よりカーボンヒータ１８の電力を一定にしてカーボンヒ
ータ１８の電力変化に伴う熱ストレスによるカーボンヒ
ータ１８及び石英るつぼ１３の劣化を抑制する。

【００２５】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、内径が４００〜６００
ｍｍ、高さが７００〜１０００ｍｍの保温筒１９を有す
るシリコン単結晶の引上げ装置１０に、環状の断熱体２
７を支軸１６に遊嵌して断熱体昇降手段４１の支持棒４
２に固着した。この断熱体２７は厚さ約２００ｍｍの環
状のカーボンのケーシング２７ｂの内部に断熱材２７ａ
を充填することにより作られたものを使用した。このよ
うに構成された引上げ装置１０を実施例１とした。 ＜比較例１＞図示しないが断熱体２７を設けないことを
除いて、引上げ装置を上記実施例１と同一に構成した。
この引上げ装置を比較例１とした。

【００２６】＜比較試験及び評価＞実施例１及び比較例
１の各引上げ装置にて直胴部２５ｃの直径３００〜３５
０ｍｍのシリコン単結晶棒２５を引上げ速度０．１〜
１．０ｍｍ／分で引上げたときの電力消費量と固化率と
の関係を熱伝導解析プログラムにてシミュレーション計
算して比較を行った。比較例１では肩部２５ｂの形成時
における電力を１００としてカーボンヒータ１８の電力
量を変化させてシリコン融液１２の融液面温度を一定に
するようにシミュレーション計算した。実施例１では肩
部２５ｂの形成時及び直胴部２５ｃの形成時における電
力を比較例１の肩部形成時の電力の７１％とし、カーボ
ンヒータ１８の電力を変化させることなく断熱体２７を
下降又は上昇させてシリコン融液１２の融液面温度を一
定にするようにシミュレーション計算した。この結果を
図６に示す。また、実施例１では断熱体２７の下面と保
温筒１９の下端まで垂直距離をＨ（図１）とするとき、
固化率と断熱体２７の上下動による垂直距離Ｈとの関係
のシミュレーション計算された値を図７に示す。なお、
固化率は、引上げられたシリコン単結晶棒２５の重量を
石英るつぼ１３に当初貯留されたシリコン融液１２の重
量で除した値に１００を乗じた値として表した。

【００２７】図６より明らかなように、比較例１ではシ
リコン単結晶棒２５の肩部２５ｂを形成する時点が最大
値を示し、その後徐々に低下し約４３％の固化率の時点
において最底値である８５．５％を示し、その後僅かに
上昇した。肩部２５ｂの形成後徐々に電力が低下したの
はシリコン多結晶を融解する際のカーボンヒータ１８の
電力に比較してシリコン融液１２を所定温度維持のため
の電力が低いためと考えられる。また、シリコン単結晶
棒２５の育成に伴い電力が最底値を示した後僅かに上昇
したのは、シリコン単結晶棒２５の表面積が増大して放
散される熱量が上昇したことに起因するものと考えられ
る。実施例１では、図７に示すように断熱体２７を移動
させることにより、比較例１の肩部形成時の電力の７１
％であってもシリコン融液１２の融液面温度を一定しつ
つシリコン単結晶棒２５を有効に引上げられることが判
明した。これは断熱体２７の移動によりカーボンヒータ
１８が加熱すべき空間が拡大又は縮小することによりカ
ーボンヒータ１８からの熱が放散する体積変化によるも
のと考えられる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、石
英るつぼの底部と保温筒により囲まれる空間に環状の断
熱体を支軸に嵌入して設け、断熱体をるつぼ昇降手段と
独立して上昇又は下降させる断熱体昇降手段を備えたの
で、シリコン多結晶を融解する際に断熱体昇降手段で断
熱体を上昇させてカーボンヒータが加熱すべき空間を縮
小させれば、シリコン多結晶融解時におけるカーボンヒ
ータの電力消費量を低減させることができる。また、断
熱体昇降手段により断熱体を上昇又は下降してカーボン
ヒータが加熱すべき空間を縮小又は拡大すればカーボン
ヒータの電力を変化させることなくシリコン融液の温度
を均一にすることができる。特に、融解後におけるシリ
コン融液の融液面温度が高い場合の調整が、従来カーボ
ンヒータの電力を停止して放置することにより行ってい
た場合に比較して、断熱体昇降手段により断熱体を第１
位置より下方に移動させることにより容易かつ速やかに
その調整を行うことができる。

【００２９】また、断熱体に窓孔を形成し、窓孔を開放
可能に閉止する閉止板を設け、この閉止板を駆動して窓
孔を開閉する窓孔開放手段を設ければ、断熱体昇降手段
が断熱体を移動することによる空間の拡大量を超えてカ
ーボンヒータが加熱すべき空間を更に拡大することがで
きる。この結果、カーボンヒータの電力を変化させるこ
となくシリコン融液の温度を確実に均一にしてカーボン
ヒータの電力変化に伴うカーボンヒータ及び石英るつぼ
の劣化を有効に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン単結晶の引上げ装置の肩部引
上げ時における断面構成図。

【図２】シリコン単結晶棒の直胴部が引上げられた状態
を示す図１に対応する断面構成図。

【図３】シリコン単結晶棒の直胴部が更に引上げられた
状態を示す図１に対応する断面構成図。

【図４】図５における断熱体のＢ−Ｂ線断面を含むチャ
ンバ下部の拡大断面図。

【図５】図１におけるその断熱体のＡ−Ａ線断面図。

【図６】シリコン単結晶棒の固化率とカーボンヒータの
電力との関係を示す図。

【図７】シリコン単結晶棒の固化率と断熱体の位置との
関係を示す図。

【符号の説明】

１０ シリコン単結晶の引上げ装置 １１ チャンバ １２ シリコン融液 １３ 石英るつぼ １６ 支軸 １７ るつぼ昇降手段 １８ カーボンヒータ １９ 保温筒 ２５ シリコン単結晶棒 ２７ 断熱体 ２７ｃ 窓孔 ２７ｄ 閉止板 ４１ 断熱体昇降手段 ４２ 支持棒 ４６ 駆動モータ ６１ 窓孔開放手段

フロントページの続き (72)発明者 喜田 道夫 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 島貫 康 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 4G050 FE03 FE16 4G077 AA02 BA04 CF00 EG18 EH07 5F053 AA12 AA22 BB04 BB13 DD01 FF04 GG01 RR01 RR13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支軸(16)の上端に固定されかつチャンバ
   (11)内に設けられシリコン融液(12)を貯留する石英るつ
   ぼ(13)と、前記石英るつぼ(13)を前記支軸(16)を介して
   上昇又は下降させるるつぼ昇降手段(17)と、前記石英る
   つぼ(13)をカーボンヒータ(18)とともに包囲する保温筒
   (19)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、 前記石英るつぼ(13)の底部と前記保温筒(19)により囲ま
   れる空間に環状の断熱体(27)が前記支軸(16)に嵌入して
   設けられ、 前記断熱体(27)を前記るつぼ昇降手段(17)と独立して上
   昇又は下降させる断熱体昇降手段(41)を備えたことを特
   徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。
2. 【請求項２】 断熱体昇降手段(41)が、チャンバ(11)の
   下部に挿通され周囲にラックギヤが形成され上端に断熱
   体(27)が取付けられた支持棒(42)と、前記チャンバ(11)
   の下方に設けられ前記ラックギヤに歯合する駆動ギヤ
   と、前記駆動ギヤを駆動する駆動モータ(46)とを有する
   請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
3. 【請求項３】 断熱体(27)に１又は２以上の窓孔(27c)
   が形成され、前記窓孔(27c)を開放可能に閉止する閉止
   板(27d)が設けられ、断熱体昇降手段(41)に前記閉止板
   (27d)を駆動して前記窓孔(27c)を開閉する窓孔開放手段
   (61)が設けられた請求項１又は２記載のシリコン単結晶
   の引上げ装置。
4. 【請求項４】 保温筒(19)で包囲されかつ支軸(16)の上
   端に固定された石英るつぼ(13)にシリコン多結晶を融解
   して貯留されたシリコン融液(12)から成長するシリコン
   単結晶棒(25)を引上げる方法において、 前記石英るつぼ(13)の底部と前記保温筒(19)により囲ま
   れる空間に前記支軸(16)に嵌入して設けられた環状の断
   熱体(27)を前記シリコン多結晶の融解時に前記石英るつ
   ぼ(13)の底部近傍の第１位置に上昇し、 前記シリコン単結晶棒(25)の引上げ時に前記断熱体(27)
   を前記第１位置より下方に移動させることを特徴とする
   シリコン単結晶の引上げ方法。