JP2001002489A - 単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料を溶融させる際にも炉体外からルツボを
視認することができ、効率的に作業を行うことができる
単結晶引上装置を提供する。 【解決手段】 略密閉状に形成される炉体１０と、原料
を保持するために炉体１０内に設けられるルツボ１１
と、このルツボ１１内で溶融された原料Ｐの融液から単
結晶を成長させながら引き上げる引上機構と、引き上げ
中の単結晶の周囲に略同心で昇降自在に配置されるフロ
ー管１９とを備える単結晶引上装置において、炉体１０
の上部に、炉体１０内を覗くための覗き窓２３を設け、
フロー管１９に、このフロー管１９を単結晶を成長させ
る際の配置位置より上方に配した状態で覗き窓２３を通
してルツボ１１内を視認可能な窓部２４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法によるシリ
コン等の単結晶引上装置に係わり、特に、引き上げ中の
単結晶の周囲に略同心に配置されるフロー管を備える単
結晶引上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＣＺ法を用いた単結晶引上装置
では、成長中の単結晶がルツボ内壁等からのふく射熱を
受けるため、冷却効率が低下して単結晶の成長速度が抑
制されるという課題がある。また、例えばシリコン単結
晶の製造にあたって、原料融液が石英ルツボと反応して
揮発性のＳｉＯを生じ、これが再びルツボの周縁部など
に凝結して融液の中に落ちてしまい、単結晶の成長を阻
害するという問題点があった。こうした問題点を解決し
得るものとして、特公昭５７−４０１１９号公報等にお
いて、引き上げ中の単結晶に同心に円筒状のフロー管を
配置し、単結晶へのふく射熱を抑制するとともに、フロ
ー管を通じて上方からアルゴンガスを流すことにより、
原料融液からの揮発性ガスの排出性を高める技術が提案
されている。

【０００３】図６にはその装置の一例が示されており、
図中符号１は炉体、２はルツボ、３はフロー管である。
炉体１の上端のガス導入口４からはアルゴンガスが供給
され、ガス排出口５から排出されるようになっている。
さらに、炉体１の上部には透明な覗き窓６が形成されて
おり、この覗き窓６を通して単結晶Ｔの直径を測定し、
成長速度をフィードバックする構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＺ法を用
いた単結晶引上装置では、単結晶を成長させるにあたっ
て、まずルツボ内で原料が溶融される。そこで、上述し
たようなフロー管３を備える装置では、図７に示すよう
に、ルツボ２内で原料Ｐを溶融する際に、ルツボ２に盛
られる原料Ｐにフロー管３の下端が接しないように、フ
ロー管３を上昇させて炉体１内の上方に回避させてい
る。ところが、フロー管３を上昇させると、フロー管３
にさえぎられて覗き窓６からルツボ２が見えないかある
いは見えにくくなり、原料の溶融状態の確認が困難であ
った。そのため、例えば温度などの原料Ｐを溶融させる
ためのパラメータの設定に時間がかかるなど、作業効率
の悪化を招いていた。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、原料を溶融させる際にも炉体外からルツ
ボを視認することができ、効率的に作業を行うことがで
きる単結晶引上装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、略密閉状に形成される炉体
と、原料を保持するために炉体内に設けられるルツボ
と、このルツボ内で溶融された原料の融液から単結晶を
成長させながら引き上げる引上機構と、引き上げ中の単
結晶の周囲に略同心で昇降自在に配置されるフロー管と
を備える単結晶引上装置において、炉体の上部には、炉
体内を覗くための覗き窓が設けられ、フロー管には、こ
のフロー管を単結晶を成長させる際の配置位置より上方
に配した状態で覗き窓を通してルツボ内を視認可能な窓
部が設けられる技術が採用される。この単結晶引上装置
は、フロー管を上方に配した状態であっても、ルツボを
視認可能な窓部が設けられているので、ルツボ内での原
料の溶融状態を目視などによって確認することが可能と
なる。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１の単結晶
引上装置において、フロー管の窓部が、フロー管を単結
晶を成長させる際の配置位置に配した状態でも、覗き窓
を通してルツボ内を視認可能な位置に設けられる技術が
採用される。この単結晶引上装置では、単結晶を成長さ
せる際に覗き窓を通してルツボ内を視認可能な位置にフ
ロー管の窓部が設けられているので、単結晶の成長を目
視などによって確認することが可能となる。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１または２
の単結晶引上装置において、フロー管のフランジ部に窓
部が設けられる技術が採用される。この単結晶引上装置
では、フロー管のフランジ部に窓部が設けられているの
で、例えばアルゴン等のフロー管の胴部を通る不活性ガ
スの流れを乱すことが少ない。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の単結晶引上装置において、フロー管の
窓部が、耐熱材製の透明板で塞がれる技術が採用され
る。この単結晶引上装置では、耐熱材製の透明板でフロ
ー管の窓部が塞がれているので、フロー管を通る不活性
ガスの流れを乱すことがさらに少ない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引上装
置の第１の実施形態について図１〜図３を参照して説明
する。図２は本実施形態における単結晶Ｔの引上成長時
の様子を示す縦断面図であり、符号１０は炉体を示して
いる。

【００１１】この図２に示すように、炉体１０の中央に
は、石英ルツボ１１が黒鉛サセプタ１２を介して下軸１
３の上端に固定されている。またルツボ１１の周囲に
は、ヒータ１４および保温筒１５が配設されるととも
に、ルツボ１１の上方には図示しない引上機構が設けら
れ、引上げワイヤ１６により、種結晶１７を固定した種
保持具１８が昇降および回転操作されるようになってい
る。また、引き上げられる単結晶Ｔの周囲には間隙をあ
けて同心で昇降自在にフロー管１９が配置され、ここで
はフロー管１９が保温筒１５の上端に取付板２０を介し
て設置されている。また、炉体１０の上端のガス導入口
２１からはアルゴンガスが供給され、フロー管１９を通
って融液Ｙから発生するＳｉＯを吹き流したうえ、炉体
１０下端のガス排出口２２から順次排出されるようにな
っている。さらに、炉体１０の上部には透明な覗き窓２
３が形成されており、この覗き窓２３を通して単結晶Ｔ
の直径を測定し、成長速度をフィードバックする構成と
なっている。

【００１２】またフロー管１９には、図１に示すよう
に、フロー管１９を炉体１０内で上昇させて単結晶Ｔを
成長させる際の配置位置より上方にフロー管１９を回避
させた状態でも覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認
可能で、しかも図２に示すように、フロー管１９を降ろ
して単結晶Ｔを成長させる際の配置位置に配した状態で
も覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能となる窓
部２４が設けられている。

【００１３】フロー管１９は、図３に示すように、内径
が下方に向けて漸次小さくなる略円筒状の胴部１９ａ
と、この胴部１９ａの上端から半径方向外方に広がる円
環板状のフランジ部１９ｂとからなっており、窓部２４
は、フランジ部１９ｂの外周部から略半円状に切欠くこ
とにより設けられている。フロー管１９の材質として
は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ、ＳｉＣ等の高耐熱材料の単体
または複合材料が好適で、必要に応じてその表面にＳｉ
Ｃ等の被覆層が形成される。

【００１４】次に、上記構成からなる単結晶引上装置の
動作について説明する。この単結晶引上装置の使用に際
して、まず図１に示すように、ルツボ１１内にシリコン
原料Ｐを充填する。このとき、ルツボ１１内に盛られた
原料Ｐにフロー管１９の下端が接するのを防ぐために前
もってフロー管１９を上昇させて炉体１０内の上方に回
避させておく。原料Ｐをルツボ１１に充填した後、フロ
ー管１９を回避させた状態のまま、ヒータ１４に通電し
て原料Ｐを融解する。このとき、覗き窓２３および窓部
２４を通して原料Ｐを目視あるいはテレビカメラ等で視
認・観察して、原料Ｐの溶融状態を確認しながら温度な
どのパラメータの設定を行う。

【００１５】続いて、原料Ｐが溶融されて完全に融液Ｙ
になった状態で、フロー管１９を図２に示す単結晶Ｔを
成長させる際の配置位置に配し、フロー管１９と融液Ｙ
との距離を一定に保つ。そして、融液Ｙが所定の温度に
なった状態で、アルゴンガスをガス導入口２１から供給
しつつ、種結晶１７を融液Ｙに浸漬して単結晶Ｔを引き
上げる。その際、覗き窓２３からテレビカメラ等で単結
晶成長部Ｓを観察し、その直径を測定して引上速度をフ
ィードバック制御する。

【００１６】すなわち、本実施形態の単結晶引上装置に
よれば、フロー管１９を炉体１０内で上昇させて単結晶
Ｔを成長させる際の配置位置より上方にフロー管１９を
回避させた状態であっても、覗き窓２３を通してルツボ
１１内を視認可能な窓部２４がフロー管１９に設けられ
ているので、ルツボ１１内での原料Ｐを視認して溶融状
態を確認しながら温度等のパラメータの設定を行うこと
ができ、効率的に作業を行うことができる。また、フロ
ー管１９を単結晶Ｔを成長させる際の配置位置に配した
状態でも覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能な
位置に窓部２４が設けられているので、単結晶Ｔの成長
を目視などによって容易に確認することができる。

【００１７】次に、本発明の第２の実施形態について図
４および図５を参照して説明する。前述した第１の実施
形態では窓部２４がフランジ部１９ｂの外周部から略半
円状に切欠くことにより設けられていたの対し、本実施
形態では、図４および図５に示すように、フロー管３０
の窓部３１がフランジ部３０ｂの外周部の一部を貫通す
る貫通孔として設けられている。さらに窓部３１には、
パイレックスガラス、石英ガラス、透明セラミックス等
の透明な耐熱材からなる透明板３２が気密にはめ込まれ
て固定されている。このように窓部３１を貫通孔とする
ことで、フロー管３０の強度を容易に高めることができ
る。さらに、透明板３２によって不活性ガスが窓部３１
を通り抜けなくなるので、フロー管３０を通るガス流の
乱れを少なくすることができる。

【００１８】なお、本発明では、フロー管および窓部の
形状は上述した２つの実施形態で示したものに限らず様
々な形状のものが適用可能である。例えば、第１の実施
形態で示した略半円状の窓部２４を上述した耐熱材製の
透明板で塞いでもよい。さらに、単結晶Ｔを成長させる
際の配置位置より上方にフロー管１９を配した状態で
の、炉体１０の覗き窓２３とフロー管１９との位置関係
によっては、フランジ部１９ｂではなくフロー管１９の
胴部１９ａに窓部を設けるといったことも行われる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を得ることができる。請求項１に係る単結晶
引上装置では、フロー管を単結晶を成長させる際の配置
位置より上方に配した状態であっても覗き窓を通してル
ツボ内を視認可能な窓部がフロー管に設けられているの
で、原料を溶融させる際にも、ルツボ内での原料を視認
して溶融状態を確認しながら温度等のパラメータの設定
を行うことができ、効率的に作業を行うことができる。

【００２０】請求項２に係る単結晶引上装置では、フロ
ー管の窓部が、フロー管を単結晶を成長させる際の配置
位置にフロー管を配した状態でも覗き窓を通してルツボ
内を視認可能な位置に設けられているので、単結晶の成
長を目視などによって容易に確認することができる。

【００２１】請求項３に係る単結晶引上装置では、窓部
がフランジ部に設けられているので、フロー管を通る不
活性ガスの流れを乱すことなく、視認のための窓部を設
けることができる。

【００２２】請求項４に係る単結晶引上装置では、耐熱
材製の透明板でフロー管の窓部が塞がれているので、フ
ロー管を通る不活性ガスの流れを乱すことがほとんどな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る単結晶引上装置の第１の実施形
態による原料の溶融時の様子を示す縦断面図である。

【図２】 図１の第１の実施形態による単結晶の引上成
長時の様子を示す縦断面図である。

【図３】 図１の第１の実施形態のフロー管を示す斜視
図である。

【図４】 本発明に係る第２の実施形態のフロー管を示
す斜視図である。

【図５】 図４の縦断面図である。

【図６】 従来の単結晶引上装置による単結晶の引上成
長時の様子を示す縦断面図である。

【図７】 図６の装置による原料の溶融時の様子を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１，１０ 炉体 ２，１１ ルツボ ３，１９，３０ フロー管 ６，２３ 覗き窓 １４ ヒータ ２４，３１ 窓部 ３２ 透明板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 浩二 東京都千代田区大手町一丁目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） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG24 EG25

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略密閉状に形成される炉体と、原料を保
   持するために前記炉体内に設けられるルツボと、該ルツ
   ボ内で溶融された前記原料の融液から単結晶を成長させ
   ながら引き上げる引上機構と、引き上げ中の単結晶の周
   囲に略同心で昇降自在に配置されるフロー管とを備える
   単結晶引上装置において、 前記炉体の上部には、炉体内を覗くための覗き窓が設け
   られ、 前記フロー管には、該フロー管を前記単結晶を成長させ
   る際の配置位置より上方に配した状態で前記覗き窓を通
   して前記ルツボ内を視認可能な窓部が設けられているこ
   とを特徴とする単結晶引上装置。
2. 【請求項２】 前記フロー管の窓部は、該フロー管を前
   記単結晶を成長させる際の配置位置に配した状態でも前
   記覗き窓を通して前記ルツボ内を視認可能な位置に設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の単結晶引上
   装置。
3. 【請求項３】 前記フロー管は、略円筒状に形成される
   胴部と該胴部の周囲に形成される円環状のフランジ部と
   からなり、該フランジ部に前記窓部が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の単結晶引上装
   置。
4. 【請求項４】 前記フロー管の窓部は、耐熱材製の透明
   板で塞がれていることを特徴とする請求項１から３のい
   ずれかに記載の単結晶引上装置。