JP2001240492A - リチャージ・追いチャージを円滑に行うｃｚ法単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＺ炉内にクーラー及び熱遮蔽体を備えると
同時に、特に原料の追いチャージやリチャージの動作を
円滑に行うことができるＣＺ法単結晶引上げ装置を提供
する。 【解決手段】 原料の追いチャージやリチャージの際に
は、クーラー及び熱遮蔽体が迅速に上昇して融液液面か
ら遠ざかるようなＣＺ法単結晶引上げ装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げ単結晶冷却
のためのクーラーを備え、かつ、リチャージ・追いチャ
ージを円滑に行うことができるＣＺ法単結晶引上げ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】チョクーラールスキー法（ＣＺ法）によ
り単結晶を引き上げるＣＺ法単結晶引上げ装置におい
て、引上げ単結晶を冷却するクーラーをＣＺ炉内に設置
したものが最近使用されるようになってきている。この
ような炉内クーラー設置型のＣＺ法単結晶引上げ装置に
ついては、それを使用することによって単結晶引上げ速
度の著しい高速化が可能となり、その結果として単結晶
インゴットやウエハの製造効率を高めることができるよ
うになるので、その意義は大きい。

【０００３】また、ＣＺ法単結晶引上げ装置において
は、単結晶の引上げ条件の最適化等を図るために、炉内
クーラーの他に、ヒーターや融液からの放射熱を遮蔽す
るための熱遮蔽体等をＣＺ炉内に設置することが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ＣＺ法による
単結晶の引上げに際しては、一つの工程からなるべく多
くの製品を製造するために、原料の追いチャージやリチ
ャージを行うことがある。

【０００５】しかしながら、原料の追いチャージやリチ
ャージの際には、炉内部材、特に上記のクーラー及び熱
遮蔽体がその動作の障害となる。また、特に追いチャー
ジやリチャージの場合には、最初のチャージの場合より
も液はねの問題に大きな注意を払う必要がある。また、
クーラーがるつぼの近くにあると、チャージの際にはク
ーラーの冷却効果に打ち勝って加熱を行う必要が生じる
ため、エネルギー消費量が増大してしまうという問題も
ある。

【０００６】本発明は以上のような課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ＣＺ炉内にクーラー及び熱
遮蔽体を備えると同時に、特に原料の追いチャージやリ
チャージの動作を円滑に行うことができるＣＺ法単結晶
引上げ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明においては、原料の追いチャージや
リチャージの際には、クーラー及び熱遮蔽体が迅速に上
昇して融液液面から遠ざかるようなＣＺ法単結晶引上げ
装置を提供することとしている。

【０００８】より具体的には、本発明は以下のようなも
のを提供する。

【０００９】（１） チャージされた原料の溶解を行う
るつぼと、ＣＺ法単結晶引上げ装置に備え付けられてい
る引上げ単結晶冷却用のクーラーをＣＺ炉内で移動可能
なように構成することによって、原料のリチャージ若し
くは追いチャージを円滑に行うことを促進する方法。

【００１０】（２） チャージされた原料の溶解を行う
るつぼと、引上げ単結晶冷却用のクーラーと、当該クー
ラーをＣＺ炉内で昇降させる昇降装置と、を備えるリチ
ャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装
置。

【００１１】（３） チャージされた原料の溶解を行う
るつぼと、引上げ単結晶冷却用のクーラーと、当該クー
ラーをＣＺ炉内で昇降させる昇降装置と、を備えるＣＺ
法単結晶引上げ装置であって、前記昇降装置は、原料の
チャージを行うときには前記クーラーを上昇させて当該
原料から遠ざけさせることを特徴とするＣＺ法単結晶引
上げ装置。

【００１２】（４） （３）記載のＣＺ法単結晶引上げ
装置において、単結晶を囲繞する熱遮蔽体であって、持
ち運び可能な状態でＣＺ炉内に設置された熱遮蔽体を備
え、前記クーラー及び前記熱遮蔽体には、それぞれ互い
に掛合する掛合部材が備えられており、前記クーラーが
上昇したときには、前記掛合部材どうしが掛合して前記
熱遮蔽体も前記クーラーの上昇に伴って持ち上げられる
ことを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１３】なお、「持ち運び可能な状態」というの
は、取り外しが自在な状態で、かつ、取り外した状態で
炉内を移動させることが可能なように設定がなされてい
るというような意味あいである。

【００１４】（５） リチャージ用若しくは追いチャー
ジ用ＣＺ法単結晶引上げ装置である（３）または（４）
記載のＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１５】（６） （２）から（５）いずれか記載の
ＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記クーラーは、螺
旋状に単結晶を取り囲む冷却管スタックを含む水冷型ク
ーラーであり、前記クーラーに備えられている掛合部材
は、前記クーラーの冷却管スタックの間に挟み込まれる
掛合部付板材であることを特徴とするＣＺ法単結晶引上
げ装置。

【００１６】（７） （２）、（５）または（６）いず
れか記載のリチャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法
単結晶引上げ装置において、前記るつぼ内を加熱するた
めのヒーターであって、当該るつぼの側方に設置された
サイドヒーターと、当該るつぼの下方に設置されたボト
ムヒーターと、を備えるリチャージ用若しくは追いチャ
ージ用ＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１７】（８） 融液量に応じて前記サイドヒータ
ー及びボトムヒーターのうちのいずれか一つ以上の出力
調整を適宜行うことを特徴とする請求項７記載のリチャ
ージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装
置。

【００１８】本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置にお
いては、融液量に応じて前記サイドヒーター及びボトム
ヒーターのうちのいずれか一つ以上の出力調整を適宜行
うことにより、特に融液が減少した場合においても、ク
ーラーの存在に基づくるつぼ加熱量の増大の問題を回避
することができる。

【００１９】なお、サイドヒーター及びボトムヒーター
がオンされた状態において磁場を印加してもよいのは勿
論であるが、ボトムヒーターだけがオンされた状態にお
いても、磁場は、印加してもしなくてもよい。因みに、
るつぼ内の原料融液内に磁場を印加する磁場印加手段と
しては、例えば特開昭５６−４５８８９号公報に開示さ
れているようなものを使用することができる。また、カ
スプ磁場を作る磁場印加手段として、特開昭５８−２１
７４９３号公報に開示されているようなものを使用する
ことができる。

【００２０】（９） （２）、（５）から（８）いずれ
か記載のリチャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単
結晶引上げ装置を使用することによりウエハ製造コスト
を下げる方法。

【００２１】（１０） （２）、（５）から（８）いず
れか記載のリチャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法
単結晶引上げ装置により製造されたシリコンインゴッ
ト。

【００２２】（１１） （１０）記載のシリコンインゴ
ットから切り出されたシリコンウエハ。

【００２３】本発明に係るリチャージ用若しくは追いチ
ャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装置により製造されたシリ
コンインゴットは、リチャージ用若しくは追いチャージ
が行われる分だけ、通常のＣＺ法単結晶引上げ装置によ
り製造されたものよりも長い。そして、それと同時に、
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置はクーラーを採用
しているために高速引上げを行うことができるので、こ
の通常よりも長いシリコンインゴットを、通常のＣＺ法
単結晶引上げ装置によって製造する時間と同じ時間で製
造することができる。このため、通常のＣＺ法単結晶引
上げ装置によって製造された場合よりも製造コストを下
げることができ、今までよりも安価なシリコンインゴッ
ト及び安価なシリコンウエハを提供することができる。

【００２４】ある意味では、今までよりも安価なシリコ
ンインゴット及び安価なシリコンウエハが提供された場
合（特にその価格が、今までの技術を適用した場合にお
いては達成することができないような安価な価格の場
合）には、本発明に係るリチャージ用若しくは追いチャ
ージ用ＣＺ法単結晶引上げ装置により製造されたもので
あると推定することができ、上記（１０）及び（１１）
に係る権利を侵害することになる。

【００２５】なお、シリコンインゴットからウエハを切
り出す場合には、当該シリコンインゴットの製品対象領
域からの切り出しが行われるのが一般的であるが、研究
用やダミー用のウエハを切り出すときなど、場合によっ
てはショルダー部分やテール部分からの切り出しが行わ
れる場合もある。

【００２６】また、本発明に係る方法及び装置自体につ
いては、引き上げられる単結晶インゴットの種類に影響
されるファクターが無く、ＣＺ法一般に適用できる方法
であると考えられるので、引き上げられる単結晶インゴ
ットがシリコン単結晶インゴットである場合に限られな
い。

【００２７】

【発明を実施するための形態】図１は本発明に係るＣＺ
法単結晶引上げ装置の好適な実施形態を示すブロック図
である。

【００２８】［全体構成］本発明に係るＣＺ法単結晶引
上げ装置は、通常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置と同
様に、密閉容器たるチャンバ１１内に、シリコン融液１
２の製造・貯蔵のためのルツボ１３と、このルツボ１３
を加熱するためのヒータ１４と、を備えている。そし
て、この他にも適宜、通常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ
装置と同様に、ヒータ１４に電力を供給する電極、ルツ
ボ１３を支持するルツボ受け、ルツボ１３を回転させる
ペディスタル、断熱材、メルトレシーブ、内筒などが備
え付けられる。また、この装置には、シリコン融液１２
及びヒータ１４から引上げ単結晶１７への熱の輻射を遮
蔽するための熱遮蔽体１８と、この熱遮蔽体１８の内側
に配置されたクーラー１９と、が備え付けられている。

【００２９】このようなＣＺ法単結晶引上げ装置は、通
常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置と同様に、引上げ単
結晶１７とルツボ１３が逆方向に回転しながら単結晶の
引上げが行われる。ここで、ルツボ１３は、ルツボ１３
の下部に設けられている図示しないリフタによってルツ
ボ１３が上下に移動する。ルツボ１３の上下移動は、特
に断わらない場合には、シリコン単結晶インゴットの引
き上げに伴うシリコン融液液面１２ａの下降に応じてル
ツボ１３が上昇する、というような形態で行われる。

【００３０】なお、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装
置は、特に図示していないが、この種のＣＺ法ＣＺ法単
結晶引上げ装置に通常装備される不活性ガスの導入・排
気システムを備えている。そして、このようなシステム
下にあって、熱遮蔽体１８は不活性ガスの流通路を調整
する働きも兼ね備えている。また、この装置において
は、チャンバ１１内の排気を行う真空ポンプ２０が接続
されている（なお、スロットルバルブの開度を検出する
ようにしたり、供給される電力量を検出するようにした
りする手段を真空ポンプ２０に備え付けることにより、
後述の圧力センサを別途に設ける必要がなくなる）。

【００３１】また、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装
置は、シリコン融液１２にカスプ磁場を与えるソレノイ
ド５１及び５２が備え付けられている。このソレノイド
５１及び５２によってシリコン融液１２にカスプ磁場が
印加されることにより、シリコン融液１２内に生じる微
小な対流を消滅させることができ、結晶欠陥の低減や安
定した引き上げなどを更に増進することができるように
なる。更に、図２に示されるように、本発明に係るＣＺ
法単結晶引上げ装置は、シリコン融液液面１２ａと熱遮
蔽体１８の底面との間の距離、若しくは、シリコン融液
液面１２ａとクーラー１９の底部との間の距離を検出す
るメルトレベルセンサ４５を備え、るつぼの上下移動に
よって変化する液面レベルの検出を適確に行うことがで
きる。このため、熱遮蔽体１８の底面とシリコン融液液
面１２ａとの間の距離や、クーラー１９の底部とシリコ
ン融液液面１２ａとの間の距離について、これらが、後
で説明するダッシュネック法による欠陥排除効が得られ
る距離となるように精度良く制御することができる。

【００３２】［クーラー］本発明に係るＣＺ法単結晶引
上げ装置においては、その中を冷却水が流通する配管で
構成されたクーラー１９が熱遮蔽体１８の内側に配置さ
れている。このクーラー１９は、図１及び図２に示され
るように、引上げ単結晶１７を囲繞する配管の積層体
（冷却管スタック）で構成されており、この配管の中に
冷却水が流通される。冷却水は、供給管２１ａを介して
供給される。この供給管２１ａを含む給排管２１（供給
管２１ａと排出管２１ｂのセットからなる）をチャンバ
１１内に貫入する個所には、蛇腹部材２３が取り付けら
れており、これによって気密が保たれるようにされてい
る。

【００３３】この実施の形態において、クーラー１９を
構成する配管の内径は１７ｍｍ程度であり、配管内を流
通する冷却水の流通速度は１５リットル／分以下に設定
される。ここで、配管の径を小さくした場合において、
あまりにも小さくしてしまった場合には十分な冷却効果
が得られないこととなってしまうが、ある程度小さくし
た場合には、冷却効果にはさほどの支障は出ない。そし
てこの場合には、クーラー１９に滞留する水量が少なく
なる分だけ、万が一のクーラー１９の破損の場合の水漏
れ被害を低減させることができる。

【００３４】なお、クーラー１９の下端１９ａとシリコ
ン融液液面１２ａからの距離は、通常は１５０ｍｍ程度
に設定されている。クーラー１９をＣＺ炉内に設置する
ことで、単結晶直胴部における温度勾配の増大を通じて
結晶欠陥サイズの微小化が図れ、同時に、シリコン単結
晶インゴットの引き上げ速度を高めることができ、それ
によって生産効率の向上が実現できる。

【００３５】［クーラーの移動］ ＜クーラー昇降装置（鉛直方向への直線状上下移動）＞
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置において特徴的な
ことは、その中を冷却水が流通する配管で構成されたク
ーラー１９がＣＺ炉内を移動することであり、この実施
の形態においては、まず最初に、クーラー１９の移動は
「昇降」という実施態様で示される。

【００３６】即ち、本発明に係るクーラー付ＣＺ法シリ
コン単結晶引上げ装置おいては、図１に示されるよう
に、クーラー１９をＣＺ炉内で昇降させる昇降装置２５
が備え付けられており、この昇降装置２５の駆動によっ
て、引上げ単結晶１７の周囲を囲繞するクーラー１９の
冷却管スタックが上下方向に移動する。

【００３７】ここで、図２は、昇降装置２５の機能構成
を説明するためのブロック図である。なお、同図におい
て、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説
明を省略する。また、簡潔に説明を行う都合上、説明に
不要な部材・構成要素については省略をする一方で、図
１では省略されている部材・構成要素を適宜付加してい
る。

【００３８】図２に示されるように、この実施の形態に
おいて、昇降装置２５は、蛇腹部材２３の上部に取り付
けられた昇降ブロック２３ａ（架橋部材）と、この昇降
ブロック２３ａに螺合する螺子棒体２５ａと、この螺子
棒体２５ａを回動させるモータ２６ａと、からなる。な
お、この実施の形態において、昇降ブロック２３ａと螺
子棒体２５ａとの螺合はボールネジにより行われてい
る。

【００３９】以上のような形態の昇降装置２５によれ
ば、螺子棒体の軸方向の移動が確実に行え、かつ、移動
速度の変更も適確かつ自在に行うことができるという利
点を有する。より具体的には、螺子棒体軸方向の等速運
動は勿論のこと、突然の停止や逆回転位動速度の変更も
自在に行うことができる。

【００４０】因みに、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ
装置においては、３０ｍｍ／ｍｉｎと３００ｍｍ／ｍｉ
ｎの２段階で移動速度が変わることとされており、後で
説明する装置の安全確保等の際に、その機能が活用され
ることとなる。

【００４１】また、以上のような形態の昇降装置２５に
よれば、駆動機構であるモータ２６ａが停止した場合で
も、クーラーが支えられた状態となり、クーラーの位置
が維持されることとなるので、エネルギーの節約にもな
る。

【００４２】因みに、この実施の形態で説明する全ての
タイプの昇降装置は、図１に示されるようにシリコン融
液に磁場が印加される場合には、当該磁場に対応するた
めに、ステンレス製にしたり、磁場の影響のない位置に
設置したり、或いは筐体で覆ったりというような何らか
の対策を施す必要がある。

【００４３】＜斜め方向の移動＞図３は、斜め方向にク
ーラーが移動する場合の実施形態を説明するためのブロ
ック図である。同図において、図１及び図２と同一の構
成要素には同一符号を付し、機能が同一の均等要素には
下２桁が同じ１００番台の符号を付してある。

【００４４】この図３に示されるように、斜め方向に移
動するクーラーにおいては、昇降装置自体は図１に示さ
れる鉛直方向移動型のクーラーに対するものと同じであ
るが、クーラーを構成する冷却管スタックが２個に分割
されているところが相違している。そして、このような
特徴的な構成のために、この実施形態に係るクーラー付
ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置おいては、クーラーが
斜め方向に上昇したときには当該冷却管スタックが開く
こととなる。

【００４５】この実施形態に係るクーラー付ＣＺ法シリ
コン単結晶引上げ装置の構成と動作を具体的に説明する
と、この装置において、冷却管スタックからなるクーラ
ー１１９を斜め方向に移動させるための昇降装置１２５
の構成は、図１に示される昇降装置２５と基本的には同
じであり、昇降装置１２５は、蛇腹部材１２３の上部に
取り付けられた昇降ブロック１２３ａ（架橋部材）と、
この昇降ブロック１２３ａと螺合する螺子棒体１２５ａ
と、この螺子棒体１２５ａを回動させるモータ１２６ａ
と、からなる。なお、この実施の形態において、昇降ブ
ロック１２３ａと螺子棒体１２５ａとの螺合も、図１に
示される昇降装置２５と同様に、ボールネジにより行わ
れている。

【００４６】ここで、この実施の形態に係るクーラーに
おいて特徴的なことは、冷却管スタックで構成されてい
るクーラー１１９が２個のクーラーブロック１１９ａ及
び１１９ｂに分割されていることである。このクーラー
ブロック１１９ａ及び１１９ｂは、それぞれ、図４Ａ及
び図４Ｂに示されているように、ブロック全体が半円筒
状となるように冷却管を巻いて構成しており、クーラー
ブロック１１９ａとクーラーブロック１１９ｂの２つが
合わさると円筒状を構成するようにされている（図５
Ａ）。このため、斜め方向からの移動によっても、クー
ラーで単結晶の所定の位置を冷却し、必要の無いときに
は別の箇所に退避させることができる。

【００４７】このような斜め方向移動型のクーラー１１
９は、単結晶の冷却位置の変更をするための使用には向
かないが、図１に示される鉛直方向移動型のクーラーと
比較して、冷却引上げ環境の設定・解除の切り替えを適
確かつ簡易・迅速に行うことができるという利点を有し
ている。

【００４８】なお、斜め方向移動型のクーラー１１９を
構成するクーラーブロック１１９ａ及び１１９ｂについ
て、この実施の形態では半円筒状のものだけを示してい
るが（図５Ａ参照）、これには限られず、例えば中心角
を１２０度にして円筒を３分割したものや（図５Ｂ参
照）、中心角を９０度にして円筒を４分割して構成した
もの（図５Ｃ参照）など、全てが一体となって円筒形若
しくは円筒形に近い形状のものを構成できるあらゆる形
態を採用することができる。当然のことながら、分割し
た場合の中心角は均一でなくてもよい（図５Ｄ参照）。

【００４９】＜回転位動＞図６は、回転位動するクーラ
ーを備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置
の実施形態を説明するためのブロック図である。同図に
おいて、図１に示される鉛直方向移動型のクーラーを備
えるクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置と同一
の構成要素には同一符号を付し、機能が同一の均等要素
には下２桁が同じ２００番台の符号を付してある。

【００５０】図６に示されるように、回転位動型のクー
ラー２１９も、鉛直方向移動型のクーラー１９と同様に
冷却管のスタックから構成されており、この中を冷却水
が流通することによって単結晶の冷却を行う。

【００５１】この回転位動型のクーラー２１９において
特徴的なことは、回動軸７１を中心にしてクーラー２１
９が回転位動することである。即ち、図６のＣＺ法シリ
コン単結晶引上げ装置においては、クーラー２１９の回
転位動によって当該クーラー２１９が持ち上げられた後
（図６Ａ）、蛇腹部材２２３が伸びて、当該蛇腹部材２
２３内にクーラー２１９が収容される（図６Ｂ）。

【００５２】ここで、蛇腹部材２２３の伸縮は、水平移
動装置２２５によって行われるが、この水平移動装置２
２５は、図１に示される鉛直方向移動型のクーラー１９
や図３に示される斜め方向移動型のクーラー１１９の昇
降装置と同様の構成を備えており、蛇腹部材２２３の端
部に取り付けられた移動ブロック２２３ａと、この移動
ブロック２２３ａに螺合する螺子棒体２２５ａと、この
螺子棒体２２５ａを回動させるモータ２２６ａと、で構
成されている。そして、このような水平移動装置２２５
によれば、先の昇降装置と同様に、モータ２２６ａの回
動に伴って移動ブロック２２３ａが水平移動し、蛇腹部
材２２３の伸縮及びクーラー２１９の出し入れが行われ
る。

【００５３】なお、このような回転位動型のクーラー２
１９を備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装
置においては、クーラー２１９の形状は、図７に示され
るように、クーラー２１９が持ち上げられたときに当該
クーラー２１９が単結晶１７をすり抜けられるようにす
るために、完全な円筒状ではなく、基本的には種結晶１
７ａの直径よりも大きい隙間２１９ｘを有している必要
がある。但し、このような形態を採用しなくとも、先の
図５Ａ〜図５Ｄに示されるような分割式のクーラーを使
用するようにしてもよい。

【００５４】［クーラーの着脱］クーラーの取り外し
は、シリコン単結晶インゴットの引き上げ終了後に、Ｃ
Ｚ炉内から給排管を引き抜くことによって行われる。

【００５５】この動作及び関連する部材については、図
１に示される鉛直方向移動型のクーラー１９を備えたク
ーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を例としてあ
げるが、冷却管で構成されたクーラーを備えている限
り、他のタイプの装置に対しても同様に適用することが
できる。

【００５６】まず、クーラー１９の取り外しは、シリコ
ン単結晶インゴットの引き上げ終了後に、ＣＺ炉内から
給排管（２１ａ，２１ｂ）を引き抜くことによって行わ
れる。ここで、クーラー１９は、図８に示されるよう
に、蛇腹部材２３の頂部に設けられている固定冶具６０
によって昇降ブロック２３ａに固定されている。また、
クーラー１９が取り外された後に昇降ブロック２３ａに
開く穴を塞ぐための部材として、蓋体７０が用意されて
いる。この蓋体７０は、クーラー１９が存在し無い状態
を補填するためのものであることから、可換性を持たす
ために、固定冶具６０と蓋体７０は互いに相同した形状
とされている。

【００５７】ここで、これらの固定冶具６０と蓋体７０
の具体的構造につき、それらは共に、図８に示されるよ
うに、昇降ブロック２３ａの外側面に対して平行して伸
びたフランジ部材を備え、当該フランジ部材をネジ固定
する構造を基本構造としている。まず、蓋体７０は、図
８Ｂに示されるように、円柱状の胴部７０ａの頂部に円
盤状のフランジ７０ｂが設けられたものからなり、昇降
ブロック２３ａに嵌め込まれた状態で、ネジ７０ｃによ
ってネジ固定される。円筒状の胴部７０ａには、気密性
を保つためのＯリング７０ｄが巻着されている。

【００５８】一方、固定冶具６０は、図８Ａに示される
ように、周状に溝６１ａが形成された円柱体６１と、こ
の円柱体６１の周状溝６１ａに嵌合する一対の半円リン
グ状板材６２ａ及び６２ｂと、からなり（図８Ｄ）、円
柱体６１には、給排管（２１ａ，２１ｂ）が通される貫
通孔６１ｂが設けられている（図８Ｃ）。また、円柱体
６１には、蓋体７０の胴部７０ａと同様に、気密性を保
つためのＯリング６１ｄが巻着されている。

【００５９】このような固定冶具６０においては、一対
の半円リング状板材６２ａ及び６２ｂが円柱体６１の溝
６１ａに嵌め込まれる。そしてその状態で、半円リング
状板材６２ａ及び６２ｂがネジ６３ａ及び６３ｂによっ
て円柱体６１にネジ固定され、これによってフランジ部
材を備える円柱体の形状となり、蓋体７０と同様の機能
を発揮できるようになる。そしてこのようになった状態
で、固定冶具６０は、半円リング状板材６２ａ及び６２
ｂのフランジ部分となった箇所にて、ネジ６４ａ及び６
４ｂによって昇降ブロック２３ａにネジ固定される。

【００６０】このように、固定冶具６０と蓋体７０は共
に（固定冶具６０については半円リング状板材６２ａ及
び６２ｂが嵌合された状態でボルト状の形状となり）、
いわばネジ山の無いボルト様の部材として、昇降ブロッ
ク２３ａの穴に嵌め込まれるものであり、互いに可換性
のものとして、いわば固定冶具６０と蓋体７０とで一つ
のセットを構成しているようなものであるため、クーラ
ー１９の着脱を容易に行うことができる。このため、ク
ーラー有り・無しの切り換えを簡易かつ自在に行うこと
ができ、ケースバイケースで、あるときはクーラー付き
のＣＺ炉を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置として使用
し、また別のあるときにはクーラー無しの通常のＣＺ法
単結晶引上げ装置として使用するというようなことを気
軽に行うことができるようになる。

【００６１】［リチャージ・追いチャージ］石英るつぼ
は、多結晶を溶解する際の加熱によって傷み、大抵は一
回の引上げプロセス毎に廃棄されることになる。従っ
て、一回の引上げプロセスで引上げられる単結晶の量を
多くすることができれば、それだけ製造コストを下げる
ことができるだけでなく、同じ量の単結晶を製造するに
しても、冷却と昇温というプロセスの繰返し回数を減ら
すことが可能となるので、一定量の単結晶製造の際の時
間短縮にもつながり、製造工程全体として見た場合の効
率を向上させることができるようになる。特に、単結晶
引上用の石英るつぼとしての耐用限界にまで単結晶の引
上げ量を引っ張ることができるようになれば、この側面
からのコスト低減等の効果としては最大のものを得るこ
とができる。

【００６２】リチャージや追いチャージは、そのような
効果を得るための手段であり、追いチャージは、図９Ａ
に示されるように、原料のポリシリコンをるつぼ内にチ
ャージして溶解した場合に、原料ポリシリコンの嵩張り
によってるつぼがフルチャージの状態にされない場合
に、原料融液に更に原料ポリシリコンを追加して融液量
を増加させた後、通常の場合と同様に単結晶の引上げが
行われていく。

【００６３】一方、リチャージは、図９Ｂに示されるよ
うに、単結晶の引上げがある程度終了した段階で再度、
原料ポリシリコンをるつぼ内にチャージして単結晶の引
き上げを行うようにすることを言う。

【００６４】このようなリチャージ・追いチャージによ
れば、一回の引上げプロセスで引上げられる単結晶の量
を多くすることができ、製造コストの低減を図ることが
できるだけでなく、るつぼの大幅な昇温・降温を行わな
いために、るつぼ寿命の低下が防止され、加熱時間を長
くとることができるようになるため、この側面からして
も、加熱時間を長くした分だけ、一回あたりで引上げら
れる単結晶の長さを長くすることができる。また、クー
ラーと併用することで、クーラーによる引上げ速度の向
上に基づく単位時間あたりの単結晶引上げ量の増大と相
乗して、全体として製造効率のアップを図ることができ
るようになる。

【００６５】ここで、クーラー１９や熱遮蔽体１８は、
それらの機能を十分に発揮させるために、通常はなるべ
く融液液面に近くなるような位置に配置されるが、リチ
ャージや追いチャージを行う際には、クーラー１９や熱
遮蔽体１８が融液液面近くにあるというのは、融液液面
の上昇によるこれらの部材への接触や液跳ねの問題を考
慮した場合には、決して好ましいことではない。

【００６６】なおこれについては、るつぼに通常のチャ
ージを行う際にも同様の問題があり、効率を上げるべ
く、なるべくフルチャージに近いようにするためには、
必然的に原料ボリシリコンの堆積量を多くすることとな
るが、そのようにしてしまった場合には、溶解の過程
で、上側に積まれている原料ポリシリコンが落下し、原
料融液が跳ねてクーラー１９や熱遮蔽体１８に付着して
しまうという心配がある。

【００６７】このような問題を解決するために、本発明
に係るクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置にお
いては、原料のるつぼへのチャージ及び当該原料の溶
解、並びに、リチャージや追いチャージの実施の際に
は、クーラーや熱遮蔽体を上方に退避させるようにして
いる（図１０）。この場合において、クーラーを移動さ
せるための機構は、既に説明した昇降装置等を使用する
ようにすればよい。また、作業効率の面からすれば、上
方への退避の際の速度は高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）
であるのが好ましい。

【００６８】なお、このような本発明に係る方法を採用
すれば、例えば図１１に示されるように、ボトムヒータ
１６を別途取り付けて、更に加熱力をアップさせた場合
においても、クーラー１９や熱遮蔽体１８を上方に退避
させて液はねの付着を防止し、加熱力のアップ分を有効
に素材溶解に利用することができる。

【００６９】［クーラーに追従させた熱遮蔽体の移動］
図１２は、本発明に係る熱遮蔽体及びクーラーの構造と
機能説明するためのＣＺ炉内の縦断面図である。

【００７０】図１２Ａに示されるように、本発明におい
て特徴的なことは、クーラー１９の側部は耳部材８１ａ
が取り付けられており、その一方で、熱遮蔽体１８の内
壁側には、この耳部材８１ａと係合する係合体１８ａが
設けられていることである。また、これに対応して、熱
遮蔽体１８は、ＣＺ炉内において、台部材８３の上に、
ネジ固定や接着などの固定が行われずに、ただ単に当該
台部材８３の上に載せられているだけである。従って、
この熱遮蔽体１８は、持ち上げることによって、容易に
台部材８３から離すことができる。

【００７１】即ち、本発明に係るクーラー付きＣＺ法単
結晶引上装置においては、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示さ
れるように、クーラー１９が通常の位置にある場合に
は、耳部材８１ａと係合部材１８ａとの係合は行われ
ず、通常のクーラー１９ａに熱遮蔽体１８と何ら変わら
ない状態をとるが、図示されているように、耳部材８１
ａと係合体１８ａとが互いに係合するような位置関係に
配置されているため、クーラー１９が上昇した場合に
は、耳部材８１ａと係合体１８ａとが互いに係合し、ク
ーラー１９と共に熱遮蔽体１８も、台部材８３から離れ
て上昇することとなる。

【００７２】なお、図１２Ｃに示されるように、耳部材
８１ａと係合部材１８ａとは、クーラー１９の円周全体
にわたって設けられているわけではなく、その一部に設
けられている。なお、この図１２Ｃにおいては、耳部材
１８ａとそれに対応する係合部材８１ａとがそれぞれ２
個づつ設けられているが、これらは、例えば図１２Ｄに
示されるように、クーラー１９の周囲に３個設けるよう
にしたものでもよく、また、適宜装置全体の機能等を考
慮してこれ以上の数のものを設けることも可能である。

【００７３】ここで図１３は、本発明に係るクーラー１
９と熱遮蔽体１８の動作を説明するための図である。な
お、図１２と図１１の構成要素には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００７４】まず、図１３Ａに示されるように、クーラ
ー１９は定位置として最低レベルの位置に位置している
ことになる。そして、図１３Ｂに示されるように、クー
ラー１９が上昇していき、そして、図１３Ｃに示される
ように、耳部材８１ａと係合部材１８ａとが係合したと
きに、熱遮蔽体１８ａが持ち上げられることになる（図
１３Ｄ）。なお、これについて逆の見方をすれば、図１
３Ｂに示されるように、耳部材８１ａと係合部材１８ａ
とが係合するまでの間は、クーラー１９は熱遮蔽体１８
とは無関係に自由に昇降できるということになる。

【００７５】ところで、本発明に係る耳部材８１ａを構
成するにあたっては、金属製であるクーラー１９の側面
に耳部材８１ａを接着する形式では、熱遮蔽体１８と係
合してこれを持ち上げる程の強度を出すことは一般的に
は困難である。従って、本発明では、その好適な実施形
態として、図１４に示されるようなサポート板８１を構
成し、これをクーラー１９の螺旋の中に挟み込むことに
よってクーラー１９の側壁から耳部材８１ａを出すよう
にしている。即ち、このサポート板８１は、クーラー１
９の螺旋の中に挟み込まれる環状部分８１ｂとこの環状
部分８１ｂの周囲から突出する耳部材８１ａとからな
り、これがクーラー１９に挟み込まれると、図１３に示
されるように、耳部材８１ａがクーラーの側壁から突出
し、しかもこの耳部材８１ａによって熱遮蔽体１８を持
ち上げる程の強度を持たすことが可能となる。なお、こ
のサポート板８１は、カーボン素材等の耐熱性素材で構
成することが可能である。

【００７６】このような本発明に係るクーラー付ＣＺ法
単結晶引上装置においては、原料の初回溶解時や、追い
チャージ・リチャージ溶解時には、溶解時間を短縮する
ためにクーラー１９を上部に移動させて融液液面から遠
ざけるように動作する。この際に、この実施の形態にお
いては、熱遮蔽体１８もクーラー１９に合わせて上部に
上げるようにしているので、融液液面に対してクーラー
１９が熱遮蔽体１８の影になることとなるので、原料溶
解のための加熱効率が上がることとなる。なお、初回溶
解時や追いチャージ・リチャージ溶解時のいずれの場合
においても、原料溶解時には特にボトムヒータ１６のほ
うの出力比率を上げて溶解時間の短縮を図るようにする
のが好ましい。

【００７７】また、クーラー１９の昇降は、上記の目的
で上部へ移動する時や、安全確保のための上部退避の時
には高速移動で行うが、結晶育成中に下部へ移動する時
は、急激な熱環境の変化を避けるために、徐々に下げて
いくようにする。

【００７８】なお、追いチャージ・リチャージ実行時の
動作について、本明細書では鉛直方向移動型のクーラー
を備えるクーラー付ＣＺ法単結晶引上装置を例にあげて
説明をしてきたが、本発明の目的は追いチャージ・リチ
ャージ実行時に融液やるつぼから離れた位置にクーラー
が移動してさえいれば達成できるので、斜め方向移動型
クーラーや回転型クーラー等の他のタイプの移動型クー
ラーを備えるクーラー付ＣＺ法単結晶引上装置において
も適用することができるのは明らかである。

【００７９】［ダッシュネック法とクーラー］本発明者
らの研究により、ダッシュネック法による種結晶の種絞
りを行っている間にクーラーが種結晶の近くに存在した
場合には、熱衝撃により発生した転位が種結晶からぬけ
ず、単結晶を製造することができなくなるという事実を
見出した（表１）。

【００８０】

【表１】

【００８１】すなわち、表１に示されるように、熱遮蔽
体１８と融液液面の間の距離が２０ｍｍであると、クー
ラー１９と融液液面の間の距離が小さくても（７５ｍ
ｍ）大きくても（１２５ｍｍ）、種結晶の無転位化を行
うことはできなかった（表１に示されるように、いずれ
の場合も無転位化率は０％）。この一方で、熱遮蔽体１
８と融液液面の間の距離を３０ｍｍ或いは４０ｍｍにと
った場合には、クーラー１９と融液液面の間の距離が小
さくても（８５ｍｍ）大きくても（１１５ｍｍ）、種結
晶の無転位化率は１００％であった（表１に示されるよ
うに、３０ｍｍの場合には１５本中の１５本から転位が
抜けている）。また、クーラー１９が設置されていなか
った場合には（表１の右端）、熱遮蔽体１８と融液液面
の間の距離が２０ｍｍであっても、種結晶の無転位化率
は１００％というデータが得られた。

【００８２】以上のようなことから、クーラーが存在し
ない場合には、熱遮蔽体の下端が融液液面の近くに存在
していても、種結晶を無転位化させることができるが、
クーラーが存在する場合には、熱遮蔽体の下端が融液液
面からある程度離れた位置（融液液面から少なくとも３
０ｍｍ程度離れた位置）になければ、種結晶を無転位化
させることはできないということが分かる。

【００８３】このような事実に基づいて無転位化が可能
になる領域を想定してみると、図１５に示されるような
ものとなる。図１５に示される無転位化領域の境界部分
の具体的な数値は、ＣＺ炉の大きさや状態、使用される
炉内部材の形状等によって定まるものであるが、例えば
この実施の形態においては、図中のＰ点は３０ｍｍとい
うことになるであろう。

【００８４】このように、クーラー１９及び熱遮蔽体１
８のいずれも、融液液面から近いと転位が抜けず、別の
見方をすれば、ダッシュネック法において種結晶から転
位を上手く除去するためには、熱遮蔽体１８とクーラー
１９を融液液面から離しておく必要があるのである。

【００８５】従って、本発明においては、ダッシュネッ
ク法による転位の排除を行っている最中は、クーラー１
９と熱遮蔽体１８とをそれぞれ融液液面から引き離すよ
うに制御することとしている。クーラー１９及び熱遮蔽
体１８と融液液面とをどの程度引き離すかということに
ついては、図１５に示される無転位化領域を、ＣＺ炉の
大きさや状態、使用される炉内部材の形状等によって境
界条件を具体的に定めた上で決定し、この無転位化領域
内に入るようにクーラー１９及び熱遮蔽体１８を移動さ
せることになる。

【００８６】そして、ダッシュネック法により転位が充
分に種結晶からぬけた後、クーラー１９及び熱遮蔽体１
８が降下してきて、冷却を行いながら単結晶の引き上げ
が行われることになる。なお、この動作の過程におい
て、クーラー１９と熱遮蔽体１８の移動は、作業の効率
化等の観点からすれば、基本的には高速（３００ｍｍ／
ｍｉｎ）で行うようにするのが好ましい。

【００８７】なお、ダッシュネック法による転位排除の
際のクーラーの動作について、本明細書では鉛直方向移
動型のクーラーを備えるクーラー付ＣＺ法単結晶引上装
置を例にあげて説明をしてきたが、本発明の目的はダッ
シュネック法による転位排除を行っている間に融液液面
から所定距離離れたところにクーラー及び熱遮蔽体が位
置してさえいればよいので、斜め方向移動型クーラーや
回転型クーラー等の他のタイプの移動型クーラーを備え
るクーラー付ＣＺ法単結晶引上装置においても同様に適
用することができるのは明らかである。

【００８８】［クーラーの移動速度と位置の関係―単結
晶引上全工程において―］図１６は、本発明に係るクー
ラー付ＣＺ法単結晶引上装置の動作を説明するための図
であり、下側にはクーラーの移動速度、上側にはクーラ
ーの位置が示されている。

【００８９】まず、追いチャージおよびネッキングを行
う過程において（工程イ及びロ）、クーラー１９は、融
液液面から離されて高い位置に停止状態で置かれてい
る。そして、ネッキングが終了すると、クーラー１９が
降下してきて、所定の位置まで来ると停止する（工程
ハ）。その際の移動は、作業の迅速を図るために高速で
行われる。なお、種結晶のつけ直しの必要が生じた場合
には、クーラー１９は再び上昇して高い位置に置かれ、
その状態でネッキングが行われることになる。

【００９０】そして、クーラーが所定の位置まで下降し
てきた状態で単結晶の引上げが行われる（工程ニ）と、
単結晶の冷却を行いながら引上げがなされることになる
ので、引上げ速度を速くすることが可能となる。ここ
で、単結晶引上げが終了すると、再び高速度でクーラー
１９が上昇し（工程ホ）、リメルトを行うために、上の
位置でクーラー１９が停止させられる（工程ヘ）。リメ
ルトが終了すると再びクーラー１９は高速度で下降して
きて（工程ト）、再び単結晶引上げが行われる（工程
チ）。単結晶引上げの最終工程であるテール工程（工程
リ）では、電力消費量の低減のためにクーラー１９の上
昇が行われるが、十分な製品対象溶液を確保するため
に、少しタイミングを遅らせて上昇させるようにしてい
る。

【００９１】次に、リチャージ（工程ヌ）を行う際に
は、すでに説明したように、チャージの容易性の確保の
ためや、液ハネの害を回避するために、高速度でクーラ
ー１９が上昇させられ、高い位置に置かれることにな
る。そして、リチャージが終了すると、クーラー１９が
再び高速度で降下してきて（工程ル）、単結晶の引上げ
が行われる（工程ヲ）。なお、この単結晶引上工程（工
程ヲ）においては、衝突や事故が生じた場合には、速や
かにクーラー１９を上昇させ、シリコン融液液面から遠
ざけるようにする。単結晶引上げ後のテール工程（工程
ワ）につていは、既に説明したテール工程（工程ニ）と
同様であり、その後はクーラー１９がるつぼ内にまで降
下してきて、当該るつぼの冷却が行われる（工程ヨ）。

【００９２】＜安全確保・危険回避のための動作＞本発
明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、安全確保・危険回
避のための動作として、基本的には、異常事態が生じた
場所、融液面や引上げ単結晶からクーラーを遠ざけさせ
る（退避）という形態を採用する。より具体的な態様と
しては、例えば、「異常事態」というものがクーラー１
９と他の炉内部材との間の衝突若しくは異常接近であっ
た場合には、クーラー１９を一時的に５ｍｍ程度、逆方
向に移動させるという態様が挙げられる。また、「異常
事態」がクーラー１９以外の炉内部材どうしの衝突等で
あったり、装置の誤作動のようなものであった場合に
は、クーラー１９を単結晶１７やシリコン融液１２から
遠ざけさせることによって危険を回避し、ＣＺ法単結晶
引上げ装置の保守性を高める。

【００９３】この場合において、単結晶１７やシリコン
融液１２に代表される危険箇所からの退避を行う際に
は、クーラー１９の移動速度を高速に可変して行う（３
０ｍｍ／ｍｉｎ→３００ｍｍ／ｍｉｎ）ことによって、
危険回避を迅速に行うことが実現される。

【００９４】ここで、異常事態の検出機構・装置として
は、クーラー内を流れる冷却水の温度検出、ＣＺ炉内の
温度分布の監視、炉内部材の相対位置検出、クーラーや
単結晶引上げモータの過負荷検出や異常重量変化検出、
移動型クーラーに設置されたエンコーダによる移動量の
検出などを挙げることができるが、本明細書では特に水
蒸気検出によって安全確保を図る場合の機能・構成につ
いて、図１に基づいて説明をする。

【００９５】図１に示されるように、この実施の形態に
係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、チャンバ１１
内の圧力変化を追跡する圧力センサ３１と、真空ポンプ
２０で吸引されるチャンバ１１内の気体の温度変化を見
る温度センサ３３と、真空ポンプ２０で吸引されるチャ
ンバ１１内の気体の赤外線吸収を見る赤外線センサ３４
と、が取り付けられている。これは、クーラー１９の配
管に水漏れが生じた場合には、炉内の熱によってその水
漏れ水が水蒸気となり、それが温度変化ないしは圧力変
化を生じさせるので、それを検出することによって水漏
れを的確に察知しようとするものである。赤外線センサ
３４は、水蒸気には赤外線吸収があることから、それを
測定することによって、水漏れ検出の確実性を増大させ
るために設置されている。

【００９６】これらの各センサについては、いずれか一
つが設置されていれば、水漏れを察知することは十分に
可能であるが、検出の万全を期すという観点から、適当
に組み合わせて複数個設置するようにしてもよい。ま
た、同様の観点から、同種類のセンサを複数個設置する
ことも妨げられない。

【００９７】なお、温度センサ３３は、比較的多量の水
蒸気が存在しなければ他の条件変化と区別可能な感応を
しないため、水蒸気による温度変化を的確にキャッチす
るためには水蒸気が集中する場所に取り付けられるべき
であるので、基本的には排気経路（即ち、真空ポンプ２
０に接続されている管）に取り付けられるのが好まし
い。これに対し、赤外線センサ３４は微量の水蒸気でも
直ちに検出できるので、排気経路だけでなく、チャンバ
１１の内壁面など、あらゆるところに取り付けることが
可能である。

【００９８】ここで、上記各センサは、コントローラ３
５に接続されている。この実施の形態においては、圧力
センサ３１は直接的に、温度センサ３３及び赤外線セン
サ３４は、それぞれ対応する処理装置３３ａ及び３４ａ
を介してコントローラ３５に接続されている。

【００９９】例えば、水蒸気の発生によるチャンバ１１
内の圧力上昇が圧力センサ３１によって検出された場
合、水蒸気の発生による排気ガスの高温化が温度センサ
３３によって検出された場合、赤外線センサ３４によっ
て水蒸気の吸収帯での異常な吸収が認められた場合、或
はこれらの事態が同時に検出された場合には、コントロ
ーラ３５が作動して、表示器３６を点灯させ、冷却水の
流入を調整する電磁弁３７を閉じて冷却水の流入をスト
ップし、それと同時に、普段は閉じられている電磁弁３
９を開き、排出管２１ｂの末端を大気に開放する。そう
すると、水漏れが生じた場合には、水漏れ水が水蒸気と
なって圧力が増すので、その場合には、電磁弁３９を通
ってクーラー１９内の冷却水が外部に排出され、シリコ
ン融液中に落ちる水の量を低減させることができる。

【０１００】なお、この大気への開放を行う管は、供給
管２１ａにも接続されており、クーラー１９内にこれか
ら供給されようとしていたものをも排出することができ
る。このため、水漏れ時には、クーラー１９内に滞留し
ている冷却水が可能な限り多く排出されるので、装置に
対するダメージが少なくなり、そのような場合でも装置
の操業停止等の事態が回避できることとなる。但し、こ
の実施の形態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置において
は、非常事態に対する万全を期すために、その対策とし
て、チャンバ１１には安全弁４０が取り付けられてい
る。また、冷却水の流出管や大気開放管にも逆止弁４
１、４２及び４３が取り付けられており、非常事態に対
する万全が図られている。

【０１０１】ここで、ＣＺ法単結晶引上げ装置において
「異常事態が生じた」ことの態様としては、例えば、作
業員の検知、停電、真空ポンプの故障、ヒーター電源故
障、炉内品破損、冷却水ポンプ故障等を挙げることがで
き、このような「異常事態が生じた」場合には、少なく
とも昇降装置２５のモータ２６ａが停止し、場合によっ
ては、とっさにモータ２６ａを逆回転させてクーラー１
９を逆方向に戻し、重篤な事故に至るのを回避する。更
には、重篤な事故に至るのを回避するために、「異常事
態が生じた」場合には、クーラーが接近した状態では危
険な炉内部材（シリコン融液液面や引上げ単結晶）から
クーラーを高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけるよ
うに動作する。

【０１０２】

【発明の効果】以上のような本発明に係るクーラー付Ｃ
Ｚ法単結晶引上装置においては、追いチャージ・リチャ
ージ時の問題点やダッシュネック法による無転位化の際
の問題点というような、ＣＺ炉内に単結晶冷却用のクー
ラーが設置されていることによって生じる問題を回避
し、結晶引上げ速度の高速化というようなクーラーが設
置されていることによるメリットだけを享受することが
できる。従って、例えば、結晶引上げ速度を従来の１．
５倍化するというような効果を、クーラー設置のデメリ
ット無しに、確実に得ることができるようになる。

【０１０３】より具体的に言えば、まず、本発明に係る
クーラー付ＣＺ法単結晶引上装置においては、クーラー
付ＣＺ法単結晶引上装置が抱えるエネルギー消費量増大
の問題を低減することができる。即ち、この明細書にて
示したようなクーラー付きＣＺ法単結晶引上装置におい
ては、原料融液から結晶への熱の遮蔽を行う熱遮蔽体と
結晶との間にクーラーを設けることによって結晶の引上
速度を従来の1.5倍以上に高速化することができるが、
その一方でエネルギー消費量増大の問題が生じるが、本
発明に係るクーラー付きＣＺ法単結晶引上装置において
は、初回溶解時や追いチャージ・リチャージ溶解時に
は、クーラー（場合によっては、熱遮蔽体も同時に）を
上部に移動させて融液液面から遠ざけるようにしている
ので、それだけヒータの出力が低減され、エネルギー消
費量の増大が抑えられることとなる。

【０１０４】また、本発明に係るクーラー付きＣＺ法単
結晶引上装置では、石英ルツボの耐久時間の問題に起因
した追いチャージやリチャージ時の問題も解決される。
即ち、追いチャージやリチャージを行った場合には石英
るつぼが加熱された状態が長くなってしまい、石英ルツ
ボの劣化や耐久時間の問題により、リチャージを行った
場合には、リチャージ後の結晶崩れ(多結晶化)率の増加
による取得率の低下という問題、追いチャージを行った
場合には、結晶後半での結晶崩れ(多結晶化)率の増加に
よる取得率の低下という問題が生じてしまうが、本発明
に係るクーラー付きＣＺ法単結晶引上装置では、結晶の
引上速度を、クーラー設置のデメリット無しに確実に従
来の1.5倍以上に高速化し、石英ルツボの加熱時間を短
縮することができるため、追いチャージ結晶とリチャー
ジ結晶のいずれについても無転位化率のアップを図るこ
とが可能になる。また、耐久性等の問題から、従来は多
結晶化率増加の回避のために高価な合成石英ルツボを使
用しなければならなかったが、本発明を適用することに
より、安価な天然石英ルツボの使用をすることも可能と
なる。

【０１０５】更に、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結
晶引上装置においては、クーラー付でありながらも、ダ
ッシュネック法による無転位化を確実に行うことができ
るため、生産効率がアップし、生産コストの低減に寄与
することができる。

【０１０６】また更に、長時間使用等が原因となって炉
内部材の変形が生じてしまった場合でも、融液液面とク
ーラーの間の距離や熱遮蔽体とクーラーの間の距離を微
調整して実質的に同一条件が維持されるように設定をす
ることができるので、安定した品質の結晶を量産し続け
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置の好適
な実施形態を示すブロック図である。

【図２】 本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置の昇降
装置の機能構成を説明するためのブロック図である。

【図３】 斜め方向にクーラーが移動する場合の実施形
態を説明するためのブロック図である。

【図４】 斜め方向に移動するクーラーの冷却管スタッ
クの実施形態を示す図である。特に、図４Ａは側面図、
図４Ｂは上面図である。

【図５】 冷却管スタックの実施形態のバリエーション
を示す図である。

【図６】 回転位動するクーラーを備えたクーラー付Ｃ
Ｚ法シリコン単結晶引上げ装置の実施形態を説明するた
めのブロック図である。

【図７】 回転位動するクーラーの冷却管スタックの実
施形態を示す図である。

【図８】 クーラーの給排管の昇降ブロックとの接合部
に使用される冶具、及びクーラーが抜かれた後の穴を蓋
する蓋体の構成を示す図である。特に、図８Ａは冶具の
縦断面図、図８Ｂは蓋体の縦断面図、図８Ｃは冶具の上
面図、図８Ｄは冶具の構造を説明するための図である。

【図９】 追いチャージの工程（Ａ）及びリチャージの
工程（Ｂ）を説明するための図である。

【図１０】 追いチャージ及びリチャージの際の動作を
説明するためのブロック図である。

【図１１】 追いチャージ及びリチャージの際の動作を
説明するためのブロック図であって、ボトムヒータが設
置されている場合の実施形態を示した図である。

【図１２】 クーラー１９と共に熱遮蔽体１８が上昇す
る場合の実施形態を説明するための図である。

【図１３】 クーラー１９と共に熱遮蔽体１８が上昇す
る実施形態の動作を説明するための図である。

【図１４】 サポート板８１の構成を説明するための図
である。

【図１５】 融液液面から熱遮蔽体の下端までの距離と
融液液面からクーラーの下端までの距離との関係で、ダ
ッシュネック法により無転位化できる領域を示した想定
図である。

【図１６】 本発明におけるクーラーの昇降動作につい
て説明をするための図であり、クーラーの位置（上部）
と移動速度（下部）をそれぞれ経時的に示した図であ
る。

【符号の説明】

１１ チャンバ １２ シリコン融液 １２ａ シリコン融液液面 １３ ルツボ １４ ヒータ １５ ワイヤ １６ 巻取機 １７ シリコンインゴット １７ａ 種結晶 １８ 熱遮蔽体 １８ａ 係合部材 １９，１１９，２１９ クーラー １１９ａ，１１９ｂ クーラーブロック ２１９ｘ 隙間 ２０ 真空ポンプ ２３，１２３，２２３ 蛇腹部材 ２５，１２５ 昇降装置 ２２５ 水平移動装置 ２３ａ，１２３ａ，２２３ａ 昇降ブロック（架橋部
材） ２２３ａ 移動ブロック ２５ａ，１２５ａ，２２５ａ 螺子棒体 ２６ａ，１２６ａ，２２６ａ モータ ２６ｂ エンコーダ ２７ リミッタスイッチ（ＬＳ） ３１ 圧力センサ ３３ 温度センサ ３４ 赤外線センサ ３３ａ，３４ａ 処理装置 ３５ コントローラ ３６ 表示器 ３７，３９ 電磁弁 ４０ 安全弁 ４１〜４３ 逆止弁 ４５ メルトレベルセンサ ５１,５２ ソレノイド ６０ 固定冶具 ６１ 円柱体 ６１ａ 円柱体６１の周状溝 ６１ｂ 貫通孔 ６１ｄ Ｏリング ６２ａ,６２ｂ 半円リング状板材 ６３ａ, ６３ｂ, ６４ａ, ６４ｂ ネジ ７０ 蓋体 ７０ａ 蓋体７０の円柱状の胴部 ７０ｂ 円盤状のフランジ ７０ｃ ネジ ７０ｄ Ｏリング ７１ 回動軸 ８１ サポート板 ８１ａ 耳部材 ８１ｂ 環状部分 ８３ 台部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花本 忠幸 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所内 (72)発明者 森本 茂夫 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF05 CF10 EG18 EG25 EG29 HA12 PA10 5F053 AA12 BB38 BB58 BB60 DD01 FF04 RR05 RR13

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャージされた原料の溶解を行うるつぼ
   と、ＣＺ法単結晶引上げ装置に備え付けられている引上
   げ単結晶冷却用のクーラーをＣＺ炉内で移動可能なよう
   に構成することによって、原料のリチャージ若しくは追
   いチャージを円滑に行うことを促進する方法。
2. 【請求項２】 チャージされた原料の溶解を行うるつぼ
   と、引上げ単結晶冷却用のクーラーと、当該クーラーを
   ＣＺ炉内で昇降させる昇降装置と、を備えるリチャージ
   用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装置。
3. 【請求項３】 チャージされた原料の溶解を行うるつぼ
   と、引上げ単結晶冷却用のクーラーと、当該クーラーを
   ＣＺ炉内で昇降させる昇降装置と、を備えるＣＺ法単結
   晶引上げ装置であって、前記昇降装置は、原料のチャー
   ジを行うときには前記クーラーを上昇させて当該原料か
   ら遠ざけさせることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のＣＺ法単結晶引上げ装置
   において、単結晶を囲繞する熱遮蔽体であって、持ち運
   び可能な状態でＣＺ炉内に設置された熱遮蔽体を備え、 前記クーラー及び前記熱遮蔽体には、それぞれ互いに掛
   合する掛合部材が備えられており、前記クーラーが上昇
   したときには、前記掛合部材どうしが掛合して前記熱遮
   蔽体も前記クーラーの上昇に伴って持ち上げられること
   を特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
5. 【請求項５】 リチャージ用若しくは追いチャージ用Ｃ
   Ｚ法単結晶引上げ装置である請求項３または４記載のＣ
   Ｚ法単結晶引上げ装置。
6. 【請求項６】 請求項２から５いずれか記載のＣＺ法単
   結晶引上げ装置において、前記クーラーは、螺旋状に単
   結晶を取り囲む冷却管スタックを含む水冷型クーラーで
   あり、 前記クーラーに備えられている掛合部材は、前記クーラ
   ーの冷却管スタックの間に挟み込まれる掛合部付板材で
   あることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
7. 【請求項７】 請求項２、５または６いずれか記載のリ
   チャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ
   装置において、 前記るつぼ内を加熱するためのヒーターであって、当該
   るつぼの側方に設置されたサイドヒーターと、当該るつ
   ぼの下方に設置されたボトムヒーターと、を備えるリチ
   ャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装
   置。
8. 【請求項８】 融液量に応じて前記サイドヒーター及び
   ボトムヒーターのうちのいずれか一つ以上の出力調整を
   適宜行うことを特徴とする請求項７記載のリチャージ用
   若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装置。
9. 【請求項９】 請求項２、５から８いずれか記載のリチ
   ャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ装
   置を使用することによりウエハ製造コストを下げる方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項２、５から８いずれか記載のリ
    チャージ用若しくは追いチャージ用ＣＺ法単結晶引上げ
    装置により製造されたシリコンインゴット。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のシリコンインゴット
    から切り出されたシリコンウエハ。