JP2001278694A

JP2001278694A - 単結晶インゴット製造装置及び方法

Info

Publication number: JP2001278694A
Application number: JP2000061422A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nakajima; 広貴中島; Toshiro Kotooka; 敏朗琴岡; Yoshiyuki Shimanuki; 芳行島貫; Hiroshi Inagaki; 宏稲垣; Shigeki Kawashima; 茂樹川島; Makoto Kamogawa; 誠鴨川; Tadashi Hata; 忠志畑
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: US6858076B1; JP4357068B2

Abstract

(57)【要約】【課題】単結晶引上げ中インゴットを冷却するための
クーラーを備える単結晶インゴット製造装置において、
ルツボを余分に加熱して温度を上げることなしにテール
部を形成することができる装置及び方法を提供する。【解決手段】クーラー１９を炉内に備えるチョクラル
スキー法単結晶インゴット製造装置について、引き上げ
られている単結晶インゴット２７のテール部を形成する
際に、単結晶インゴット２７と原料融液２２との固液界
面からクーラー１９を遠ざけることにより単結晶インゴ
ット製造装置の電力消費量を低減する。またこの装置に
おいては、単結晶インゴット２７の製品対象領域の末端
が欠陥形成温度帯を脱するまで冷却されてからクーラー
１９が上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（以下、ＣＺ法）により単結晶インゴット（特に、シ
リコン単結晶インゴット）を製造する単結晶インゴット
製造装置及び方法、特に、電力消費量が低減されたクー
ラー付ＣＺ法シリコン単結晶に関する。

【０００２】

【従来の技術】［ＣＺ法単結晶インゴット製造装置］Ｃ
Ｚ法による単結晶の引き上げ方法は周知の技術であり、
ＣＺ法単結晶インゴット製造装置も広く普及している。
ＣＺ法により単結晶を得るにあたっては、原料融液から
単結晶の引き上げが行われるが、最近では固液界面近傍
における単結晶の温度勾配を大きくして、より高速に単
結晶を引き上げることができる単結晶インゴット製造装
置がいくつか提案され（特開昭６３−２５６５９３、特
開平８−２３９２９１、特許第２５６２２４５号）、既
に実用化されている。

【０００３】図７は、従来の単結晶インゴット製造装置
の一例を簡略図示した縦断面図である。この図７に示さ
れるように、従来の製造装置１０は、単結晶インゴット
１１を取り囲んで原料融液１５の液面およびヒーター１
６からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽部材１２と、引上げ中
の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上げインゴッ
ト）を冷却するためのクーラー１３を有している。クー
ラー１３は、単結晶引き上げインゴット１１の軸方向の
温度勾配を高くするために設けられるもので、インゴッ
ト１１の引き上げ速度を高めて単結晶インゴットの生産
効率を向上させるために、現在では多くのＣＺ法単結晶
インゴット製造装置に採用されている。

【０００４】［単結晶インゴットのテール部］ところ
で、ＣＺ法による単結晶インゴットの製造では、単結晶
を所望の長さに成長させた後、一般にテール部と呼ばれ
る逆さ円錐状の絞り込み部分を形成させる必要がある。
それは、単結晶引き上げインゴットをいきなり融液から
引き上げてしまうと、スリップ転移と呼ばれる結晶転移
がインゴット内に発生し（スリップバック）、その部分
は製品として使用することができなくなってしまうため
である。

【０００５】ここで、スリップバックは、融液面から切
れたところの直径分だけインゴット内に戻って発生する
ため、製品として適切なウエハをインゴットからできる
だけ多く取るためには、ウエハに加工される部分（以
下、直胴部分）にスリップバックを発生させないよう
に、引き上げの終了に至る過程において、インゴットの
径を注意深く絞りこんでテール部を形成する必要があ
る。

【０００６】テール部の形成に関し、テール部は直胴部
の直径ぐらいの長さに形成するのが普通である。その理
由は、短すぎると酸素の異常析出部分が直胴部にかかり
その部分が製品化できなくなってしまうからである一方
で、テール部はウエハとして製品化できない部分である
ため、それが長すぎると不経済だからである。

【０００７】このテール部を形成するには、単結晶イン
ゴットの軸方向の温度勾配を低くして単結晶インゴット
を引き上げればよいということが当業者にはよく知られ
ている。そしてそのために従来は、一般的に、テール部
を形成する際にルツボを余分に加熱して融液温度を上げ
ることによって単結晶引き上げインゴットの温度勾配を
下げていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特にク
ーラーを使用して単結晶引き上げインゴットの温度勾配
を意図的に高く設定しているような場合には、より高い
温度を融液に与えなければならなくなる。そしてその加
熱を行うために電力消費量が増大し、不経済であるのは
勿論であるが、この加熱により石英ルツボが異常に加熱
され、ルツボ中に存する気泡が大きくなって弾け、その
破片が結晶に付着し転移を生じさせたり、多結晶化させ
たりするという問題が生じる場合がある。

【０００９】また、クーラーの冷却に打ち勝つルツボ加
熱を行うためには、実際には多大なる電力を投入しなけ
ればならないので、電源装置が大型化してしまうという
問題や、過剰な熱に晒される炉内部品が早く劣化してし
まうという問題もあった。

【００１０】ところで、単結晶インゴット製造装置にお
いては、インゴットの製造工程がすべて終了し、インゴ
ットを炉内から取り出した後、次の製造工程に入る前に
炉内のいわゆるホットゾーンを解体・清掃する必要があ
る。そして、作業員がこの解体作業に入るためには、ホ
ットゾーンを十分に冷却する必要があるが、その冷却の
ためには、従来の装置では一般に６時間程度の時間が必
要であり、それが単結晶インゴット製造の１サイクルあ
たりの時間を長引かせ、製造効率を落としているという
問題があった。これに関し、クーラー冷却に打ち勝つル
ツボ加熱を行った場合には、ホットゾーンの冷却のため
の時間が更に長くなってしまうことになる。

【００１１】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、単結晶引上げ中インゴット
を冷却するためのクーラーを備える単結晶インゴット製
造装置において、ルツボを余分に加熱して温度を上げる
ことなしにテール部を形成することができる装置及び方
法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上のような課題に鑑み
て本発明者らが鋭意研究を行った結果、単結晶インゴッ
ト製造装置に備えられているクーラーを、単結晶インゴ
ットの製造工程に応じて適切な箇所に適宜移動させるこ
とにより消費電力量の低減及び製造時間の短縮を図れば
よいということを見出し、本発明を完成するに至った。
また、消費電力量の低減は主にテール形成時にクーラー
を固液界面から遠ざけることによって達成されるが、そ
の際には、単結晶温度の再上昇に起因する結晶欠陥の不
具合発生をも考慮すると好適であるということも見出
し、本発明を完成するに至った。

【００１３】より具体的には、本発明は、以下のような
装置及び方法を提供する。

【００１４】（１）原料融液から引き上げ中の単結晶
インゴット（以下、単結晶引き上げインゴット）の所定
個所の冷却を行うクーラーを炉内に備えるチョクラルス
キー法（以下、ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置を制
御する方法であって、前記単結晶引き上げインゴットの
テール部を形成する際に、前記単結晶インゴットと前記
原料融液との固液界面から前記クーラーを遠ざけること
により単結晶インゴット製造装置の電力消費量を低減す
る方法。

【００１５】このようにすることによって、テール部形
成の際に、クーラー冷却に打ち勝つルツボ加熱を行う必
要が無くなるので、電力消費の低減が実現されることに
なる。

【００１６】（２）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら単結晶インゴットの引き上げを行うチョクラルスキー
法（以下、ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置であっ
て、引き上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を
行うクーラーを炉内に備えるＣＺ法単結晶インゴット製
造装置を制御する方法であって、前記単結晶インゴット
を前記原料融液から引き上げた後に、前記クーラーと加
熱が終了したルツボとを近づけることにより単結晶イン
ゴットの製造時間を短縮する方法。

【００１７】ここで、「クーラーと加熱が終了したルツ
ボとを近づける」ということは、ＣＺ法単結晶インゴッ
ト製造装置の熱源であるヒータに近づき、冷却を行うと
いうことを意味する。また、「クーラーと加熱が終了し
たルツボとを近づける」ことは、ルツボをクーラーに向
かって上昇させたり、クーラーをルツボに向かって下降
させたり、或いはこれらの動作を組み合わせたりするこ
とによって実施することができる。

【００１８】（３）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら引き上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上
げインゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内
に備えるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶イ
ンゴット製造装置であって、前記単結晶引き上げインゴ
ットのテール部を形成する際に、前記単結晶インゴット
と前記原料融液との固液界面から前記クーラーを遠ざけ
るために前記クーラーが上昇することを特徴とするＣＺ
法単結晶インゴット製造装置。

【００１９】（４）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら引き上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を行
うクーラーを炉内に備えるチョクラルスキー法（以下、
ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置であって、前記単結
晶インゴットを前記原料融液から引き上げた後に、加熱
が終了したルツボを冷却するためにクーラーが下降する
ことを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造装置。

【００２０】（５）前記ルツボ内にまでクーラーが下
降することを特徴とする上記記載のＣＺ法単結晶インゴ
ット製造装置。

【００２１】（６）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら引き上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を行
うクーラーを炉内に備えるチョクラルスキー法（以下、
ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置であって、前記単結
晶インゴットを前記原料融液から引き上げた後に、前記
クーラーと加熱が終了したルツボとを近づけることによ
って当該ルツボの冷却を行うために当該ルツボを上昇さ
せることを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造装
置。

【００２２】（７）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら引き上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上
げインゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内
に備えるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶イ
ンゴット製造装置であって、前記単結晶引き上げインゴ
ットのテール部を形成する際に、前記単結晶インゴット
と前記原料融液との固液界面から前記クーラーを遠ざけ
るために前記クーラーが上昇すると共に、前記単結晶イ
ンゴットを前記原料融液から引き上げた後に、加熱が終
了したルツボを冷却するためにクーラーが下降すること
を特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造装置。

【００２３】（８）加熱されたルツボ内の原料融液か
ら引き上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上
げインゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内
に備えるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶イ
ンゴット製造装置を用いて単結晶インゴットを製造する
方法において、前記単結晶インゴットと前記原料融液と
の固液界面から前記クーラーの間の距離を変化させるこ
とにより前記単結晶引き上げインゴットの径の大きさを
調整する方法。

【００２４】即ち、クーラーは、単結晶引き上げインゴ
ットの所定箇所の引き上げ方向における温度勾配の調整
に大きく貢献するのみならず、前記固液界面における単
結晶引き上げインゴットの状態に大きな影響を与える。
ここで、上記方法において、前記クーラーと前記固液界
面との間隔を小さくすれば、前記固液界面における状態
が固化のほうに振れ、引き上げられるインゴットの径が
大きくなる。この一方で、前記クーラーと前記固液界面
との間隔を大きくすれば、前記固液界面における状態が
液化のほうに振れ、引き上げられるインゴットの径が小
さくなる。

【００２５】［単結晶温度の再上昇に起因する結晶欠陥
の発生の防止］また本発明は、テール形成時にクーラー
を固液界面から遠ざける際の、単結晶温度の再上昇に起
因する結晶欠陥の不具合発生をも考慮している。即ち本
発明において、消費電力量の低減だけにとらわれてクー
ラーを直ぐに遠ざけてしまうと、クーラーによる結晶冷
却効果が急激に低減され、欠陥形成温度以上にある高温
部分が欠陥形成領域を通過する際の結晶冷却速度が低下
してしまい、これに伴って結晶欠陥（Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ
欠陥）の密度やサイズが意図したものと異なってしまい
（具体的には、密度減・サイズ大となってしまう）、該
部分が製品対象領域から外れてしまうというような不具
合がある（これは、クーラーによる温度制御が急激に外
されることに起因する一種の暴走現象とも言える）。

【００２６】また、クーラーを直ぐに遠ざけてしまう
と、クーラーによる冷却効果が除かれてしまうことによ
って、一旦欠陥形成温度領域を通過した部分の温度が上
昇して再び欠陥形成温度となり、微細であった欠陥（Ｇ
ｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥）が成長してしまうという不具合
（リバウンド現象）によっても、製品対象領域が減少し
てしまう。

【００２７】このようなこと（暴走現象やリバウンド現
象）を回避するためには、電力消費量の低減を図る一方
で、単結晶引き上げインゴットの製品対象領域の末端が
欠陥形成温度領域を脱するまで冷却されてからクーラー
の上昇等を行う必要があることを本発明者らは見出した
のである。

【００２８】ところが、クーラー上昇等のタイミングを
遅延させることによって製品対象領域の減少を回避する
ことはできるものの、その一方では、クーラー上昇等を
遅延させた分だけ消費電力が増大してしまうこととなる
ので、最終的なウエハを得る際のコストの算出等をし、
その最適化を図ろうとするする場合には、クーラー上昇
等の遅延に基づいて生じる消費電力増大によるロスと製
品対象領域の拡大によるメリットの間の調整を図る必要
がある。

【００２９】このようなことから本発明は、より具体的
には以下のようなものも提供することになる。

【００３０】（９）（１）記載の方法において、前記
単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面から前記
クーラーを遠ざけるにあたって、当該遠ざけるタイミン
グを遅らせることにより、引上げられる単結晶インゴッ
トの製品対象領域を多くする方法。

【００３１】（１０）（９）記載の方法において、前
記単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面から前
記クーラーを遠ざけることによる電力消費量の節約量
と、当該遠ざけるタイミングを遅らせることによる製品
対象領域の増分と、の兼ね合いを考慮してクーラー上昇
のタイミングを調整することによって、ウエハ生産経済
の最適化を図る方法。

【００３２】（１１）請求項３記載の装置において、
前記単結晶引き上げインゴットの製品対象領域の末端が
欠陥形成温度領域を脱するまで冷却されてから、前記ク
ーラーが上昇することを特徴とするＣＺ法単結晶インゴ
ット製造装置。なお、本発明の実施態様としては、以下
のようなものが挙げられる。

【００３３】（１２）シリコン単結晶インゴット製造
装置である（１１）記載のＣＺ法単結晶インゴット製造
装置。

【００３４】（１３）（３）から（７）または（１
１）記載の装置において、クーラーの昇降速度が可変で
あることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００３５】なお、前記単結晶引き上げインゴットの製
品対象領域の末端が欠陥形成温度領域を脱するまでの冷
却は、るつぼの下降によっても行えるため、以下のよう
な実施態様も考えられる。なお、るつぼの下降は、テー
ル切れが生じない程度の速度（例えば、１mm／min程度
以下）で行う。

【００３６】（１４）（３）または（１１）記載の装
置において、前記単結晶引き上げインゴットの製品対象
領域の末端が欠陥形成温度領域を脱するまでの冷却を行
うにあたり、前記るつぼが下降する機構を備えているこ
とを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造装置。

【００３７】［単結晶インゴット製造装置の動作］本発
明に係る単結晶インゴット製造装置においては、その一
つの態様として、単結晶引き上げインゴットのテール部
を形成する際に、単結晶引き上げインゴットの径が所望
の割合で減少しているかどうかを監視して、前記クーラ
ーと原料融液の表面との距離を変化させることにより、
単結晶引き上げインゴットの径の漸減を得るように動作
する。

【００３８】このための制御は、いわゆるフィードバッ
ク制御により行うのが一般的である。より具体的には、
実際の径の大きさを測定し、想定した径の大きさと測定
値とを比較して、もしそれらが異なっていれば、引き上
げ条件を変化させて所望の想定径が得られるように誘導
（自動制御）するように構築をすることができる。従っ
て、テール部を形成するときも、上記操作をフィードバ
ック系を採用して行うことにより、所望の長さと角度を
有するテール部を形成することが可能になる。

【００３９】前記上昇したクーラーは、前記単結晶引き
上げインゴットの引上げ終了後には、前記所定位置また
はより下方に再び下降してホットゾーンを冷却するよう
に自動制御され、このようにテール部作成中に上昇させ
たクーラーを引き上げ終了後に炉の下部に降ろすことに
より、ホットゾーンを強制的に冷却することが可能にな
る。

【００４０】［用語の定義等］本発明に係る方法及び装
置は、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。

【００４１】本明細書において、温度勾配とは、ルツボ
から引き上げ中の単結晶インゴットの縦軸における温度
変化の度合いを意味する。ここで、温度勾配が高い（ま
たは大である）とは、温度の変化が急峻であることを意
味し、温度勾配が低い（または小である）とは、温度の
変化がなだらかであることを意味する。

【００４２】また、本明細書において、ホットゾーンと
は、単結晶インゴット製造装置の炉内においてヒーター
によって加熱される部分（主に、熱遮蔽体より下の区
画）を意味する。

【００４３】「欠陥形成温度領域」というのは、そこに
おける軸方向の温度勾配（℃/ｍｍ）がインゴット中の
成長時導入欠陥（Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥）、特にボイド
状欠陥の形成に特に関係していると考えられる温度領域
であって、引き上げられているシリコン単結晶インゴッ
トの１１２０℃近傍の温度領域（大体１０８０℃〜１１
５０℃の温度領域）のことをいう。

【００４４】

【発明を実施するための形態】図１は本発明に係るシリ
コン単結晶インゴット製造装置の好適な実施形態を示す
簡略縦断面図である。以下、図１を参照して、本発明の
一実施形態について説明する。

【００４５】［全体構成］本発明に係るシリコン単結晶
インゴット製造装置は、通常のＣＺ法シリコン単結晶イ
ンゴット製造装置と同様に、密閉容器たるチャンバー２
１内に、シリコン融液２２の製造・貯蔵のためのルツボ
２３と、このルツボ２３を加熱するためのヒータ２４
と、を備えている。そして、この他にも適宜、通常のＣ
Ｚ法シリコン単結晶インゴット製造装置と同様に、ヒー
タ２４に電力を供給する電極、ルツボ２３を支持するル
ツボ受け、ルツボ２３を回転させるペディスタル、ルツ
ボを昇降させるルツボ昇降装置、断熱材、メルトレシー
ブ、内筒などが備え付けられるが、図面の簡略化のため
に図示しない。また、この装置には、シリコン融液２２
及びヒータ２４からシリコンインゴット２７への熱の輻
射を遮蔽するための熱遮蔽体２８と、この熱遮蔽体２８
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。

【００４６】更に、本発明に係るシリコン単結晶インゴ
ット製造装置は、特に図示していないが、この種のＣＺ
法シリコン単結晶インゴット製造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２８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。

【００４７】［クーラー］本発明に係るシリコン単結晶
インゴット製造装置において特徴的なことは、熱遮蔽体
２８の内側に、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が昇降自在に取り付けられていること
である。本実施例においては、クーラー１９は、引き上
げ中の単結晶インゴットを取り巻く円筒部に螺旋状の冷
却水配管２０を内蔵し、チャンバー２１の外側に設けら
れたクーラー昇降装置（図示せず）により、インゴット
の軸方向に沿って昇降させることができる（特願平９−
２７５０９７号参照）。このような昇降装置を実現する
ための機械的手段は例えばボールネジとロッドである
が、これに限定されるものではない。

【００４８】配管で構成されているクーラー１９の中に
は冷却水が流通されるが、冷却水は、供給管（図示せ
ず）を介して供給される。この供給管を含む給排管をチ
ャンバー２１内に貫入する個所には、蛇腹部材２９が取
り付けられており、これによって気密とフレキシビリテ
ィが保たれるようにされている。直胴部の形成中には、
結晶欠陥形成に深く関係する所定箇所の温度勾配を適正
に調整するために、クーラー１９を同一の場所に固定し
ておく。

【００４９】［テール部の形成］次に、図２を参照しな
がら、本発明に係る単結晶インゴット製造装置を用いた
テール部の形成工程について説明する。図面の簡略化の
ために、本発明の説明に直接関係ない部材については図
示を省略する。

【００５０】上述したように、クーラー１９は直胴部形
成中には、単結晶引き上げインゴットの所定の箇所に所
望の温度勾配を与えるような位置（図中のＡ）に固定さ
れている。そして、テール部の形成工程に移行すると
き、クーラー１９をＢの位置まで引き上げる。これによ
り、クーラー１９と融液表面との距離が広がり、その結
果、引き上げられるインゴットの径が徐々に絞り込まれ
る。

【００５１】ここで、クーラー１９を位置Ｂまで引き上
げる際には、一気に引き上げるのではなく、徐々に引き
上げるようにすることが好ましい。これは、融液表面か
らクーラー１９までの距離を急激に広げると、直胴部の
熱履歴が変わり、酸素の異常析出部が２カ所にできるな
どの問題が生じてしまうためである。

【００５２】なお、上記工程は、オペレータが直視しな
がら装置を操作することによっても実行可能であるが、
通常は自動制御の方法によって行う。

【００５３】［テール部形成の動作フロー］図３は、本
発明に適用可能なフィードバック自動制御のプロセス
を、流れ図で示したものである。以下、図３を参照しな
がら制御の流れについて説明する。

【００５４】まず、テール部の形成を開始（Ｓ４１）す
ると、クーラー昇降機構を作動させ、所定量だけクーラ
ー１９を上昇させる（Ｓ４２）。つぎに、インゴットの
結晶径が所望の大きさであるかどうかを比較する（Ｓ４
３）。比較の結果、所望の結晶径が得られている場合に
は、そのままその位置でクーラー１９を保持する（Ｓ４
４）。しかしながら、もし所望の結晶径が得られていな
い場合には、実際に検出された結晶径が所望の結晶径よ
りも大きいか小さいかを判定する（Ｓ４５）。この結
果、実際の結晶径が所望の値よりも大きい場合には、プ
ロセスＳ４２へ戻ってさらにクーラー１９を上昇させ、
その後は同じプロセスを繰り返す。

【００５５】一方、実際に検出された結晶径が所望の値
よりも小さい場合には、必要な量だけクーラー１９を下
降させる（Ｓ４６）。その後、制御プロセスはＳ４３へ
戻り、実際の結晶径と所望の結晶径とが比較される。

【００５６】上記の制御プロセスを繰り返すことによ
り、所与の条件に合った結晶インゴットのテール部を形
成することができるようになる。上記実施形態において
は、クーラー１９を昇降装置によって昇降させている
が、融液表面とクーラー１９の距離を広げるための他の
方法、すなわちルツボ２３を昇降させてもよく、またク
ーラー１９の昇降とルツボの昇降とを組み合わせて行っ
てもよい。ここで、ルツボ２３は図示しないルツボ昇降
装置により昇降させられているので、このルツボ昇降装
置を操作することにより、ルツボ２３の上げ下げを自在
に行うことができる。図示しない昇降装置の操作は、オ
ペレータが行ってもよく、上記したようなフィードバッ
ク自動制御方法において行うようにしてもよい。これら
のことは、クーラー１９の昇降とルツボ２３の昇降とを
組み合わせたケースにおいても同様である。

【００５７】［結果］ここで、単結晶インゴットと原料
融液との固液界面からのクーラー１９の遠ざけを、1)ク
ーラー昇降装置によりクーラー１９を上昇させる、2)ル
ツボ昇降装置によりルツボ２３を下降させる、3)上記1)
及び2)の両方を行う、という方法によって行った場合の
結果を図４及び表１に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】図４より、本発明に係る方法を実行した場
合には、従来と比較して、電力消費量を著しく低減する
ことができるということが分かる。また、表１より、本
発明に係る方法を適用した場合には、テール部に生じる
有転位本数を低減することができるため、単結晶化率が
向上することが分かる。同時に、電力量の低減に伴って
過熱が避けられるがゆえに黒鉛ルツボに与える負荷が少
なくて済むので、同一本数の単結晶を引き上げた場合
に、使用される黒鉛ルツボの数が少なくて済み、経済的
であるということも分かる。

【００６０】［クーラーの上昇タイミングの遅延］前述
した製品対象領域の減少という不具合を回避するため
に、この実施の形態においては、単結晶引き上げインゴ
ットの製品対象領域の末端がＣＺ炉内で再び欠陥形成温
度にまで上昇する可能性がなくなるまで冷却されてから
クーラー１９の上昇等を行う。これについて以下に詳細
に説明をする。

【００６１】まず、図６は、本発明の原理を説明するた
めの図であり、図６（Ａ）は、融液面からの距離に対す
る結晶温度の関係を示すグラフであり、クーラーが設置
されている場合における距離と結晶温度の関係を示すグ
ラフである。また、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の補足説明
をするための図であり、他の図面と同様の構成要素には
同一符号を付している。

【００６２】この図６（Ａ）において、欠陥形成温度領
域（引き上げられているシリコン単結晶インゴットの１
１２０℃近傍の温度領域（大体１０８０℃〜１１５０℃
の温度領域））が示されている。この図６（Ａ）に示さ
れるように、欠陥形成温度領域に相当する高さ（図６
（Ｂ）のＨ）は約４３ｍｍから約６０ｍｍである。従っ
て、製品対象領域（図６（Ｂ）の斜線部分）の末端Ｘの
融液面からの距離ｈが約６０ｍｍを越えてからクーラー
１９の上昇を行うようにすれば、まずはクーラーによる
温度制御が急激に外されることに起因して発生する欠陥
形成の暴走現象（冷却速度のクーラーによる制御が外さ
れることに起因して発生する欠陥形成温度以上の部分の
欠陥形成の不具合）による製品対象領域の減少が回避さ
れ、同時に、リバウンド現象による製品対象領域の減少
を回避することができるということになる。従って、こ
の実施の形態においては、テール部分（図６（Ｂ）の網
掛け部分）の形成にあたってクーラー１９を上昇させて
電力消費量の低減を図るにしても、想定される製品対象
領域の末端Ｘの融液面からの距離ｈが６０ｍｍを越える
のを待ってから、クーラー１９の上昇を行うようにして
いる。

【００６３】［ホットゾーンの強制冷却］次に、単結晶
インゴットの引き上げ終了後における、クーラー１９を
用いたホットゾーンの強制冷却について説明する。

【００６４】テール部の形成が終わると、単結晶インゴ
ットの製造工程は完了する。ここで、本発明において
は、図５に示されるように、テール部の形成終了後、引
き上げられていたクーラー１９を再度ルツボ２３に向か
って下降させ（図中のＣ）、ルツボ２３を含むホットゾ
ーンを強制的に冷却する。これにより、次の製造工程へ
の移行時間を短縮することができ、全体として製造サイ
クルの短縮が達成される。

【００６５】ホットゾーンの炉内部品の中でもっとも高
い熱を持つ部品はルツボ２３であるので、クーラー１９
をルツボ２３にできるだけ近接させて、ルツボの冷却を
促進することが望ましい。ここで、熱遮蔽体２８がクー
ラー１９の下降を妨げる場合には、熱遮蔽体２８を共に
下降させるか、または熱遮蔽体２８をクーラー１９の通
り道を作るように炉の外側方向に移動するような構造と
してもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る単結
晶インゴット製造装置、その制御方法、および単結晶イ
ンゴットの製造方法は、単結晶インゴットのテール部形
成時において、安定な単結晶引き上げ、および消費電力
の低減を可能にする。

【００６７】また、テール部形成時に加える熱量を少な
くできるので、ルツボに代表される炉内部品への負荷を
軽減でき、部品の寿命を長くすることが可能となる。

【００６８】さらに、本発明に係る単結晶インゴット製
造装置およびその制御方法は、単結晶インゴット製造後
におけるホットゾーンの冷却時間を短縮し、単結晶イン
ゴット製造サイクルの短縮（効率化）を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶インゴット製造装置を示す
縦断面図である。

【図２】本発明に係る単結晶インゴット製造装置の動作
を示す縦断面図である。

【図３】本発明に係る単結晶インゴット製造装置の制御
プロセスを示す流れ図である。

【図４】本発明に係る単結晶インゴット製造装置の制御
方法を適用した結果を表すグラフを示す流れ図である。

【図５】ホットゾーンの強制冷却を説明するためのブロ
ック図である。

【図６】本発明の原理を説明するための図であり、特
に、図６（Ａ）は、融液面からの距離に対する結晶温度
の関係を示すグラフであり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の
補足説明をするための図である。

【図７】従来の単結晶インゴット製造装置を示す簡略縦
断面図である。

【符号の説明】

１９クーラー２０冷却水配管２１チャンバー２２原料融液２３ルツボ２４ヒータ２７単結晶インゴット２８熱遮蔽体２９蛇腹部材Ｈ欠陥形成温度領域に相当する高さＸ製品対象領域の末端ｈ製品対象領域の末端の融液面からの距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島貫芳行神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内 (72)発明者稲垣宏神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内 (72)発明者川島茂樹神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内 (72)発明者鴨川誠神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内 (72)発明者畑忠志神奈川県平塚市四之宮2612番地コマツ電子金属株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG15 EH06 EH10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料融液から引き上げ中の単結晶インゴ
ット（以下、単結晶引き上げインゴット）の所定個所の
冷却を行うクーラーを炉内に備えるチョクラルスキー法
（以下、ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置を制御する
方法であって、前記単結晶引き上げインゴットのテール部を形成する際
に、前記単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面
から前記クーラーを遠ざけることにより単結晶インゴッ
ト製造装置の電力消費量を低減する方法。
【請求項２】加熱されたルツボ内の原料融液から単結
晶インゴットの引き上げを行うチョクラルスキー法（以
下、ＣＺ法）単結晶インゴット製造装置であって、引き
上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を行うクー
ラーを炉内に備えるＣＺ法単結晶インゴット製造装置を
制御する方法であって、前記単結晶インゴットを前記原料融液から引き上げた後
に、前記クーラーと加熱が終了したルツボとを近づける
ことにより単結晶インゴットの製造時間を短縮する方
法。
【請求項３】加熱されたルツボ内の原料融液から引き
上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上げイン
ゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内に備え
るチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶インゴッ
ト製造装置であって、前記単結晶引き上げインゴットのテール部を形成する際
に、前記単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面
から前記クーラーを遠ざけるために前記クーラーが上昇
することを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造装
置。
【請求項４】加熱されたルツボ内の原料融液から引き
上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を行うクー
ラーを炉内に備えるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ
法）単結晶インゴット製造装置であって、前記単結晶インゴットを前記原料融液から引き上げた後
に、加熱が終了したルツボを冷却するためにクーラーが
下降することを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製造
装置。
【請求項５】前記ルツボ内にまでクーラーが下降する
ことを特徴とする請求項４記載のＣＺ法単結晶インゴッ
ト製造装置。
【請求項６】加熱されたルツボ内の原料融液から引き
上げ中の単結晶インゴットの所定個所の冷却を行うクー
ラーを炉内に備えるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ
法）単結晶インゴット製造装置であって、前記単結晶インゴットを前記原料融液から引き上げた後
に、前記クーラーと加熱が終了したルツボとを近づける
ことによって当該ルツボの冷却を行うために当該ルツボ
を上昇させることを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット
製造装置。
【請求項７】加熱されたルツボ内の原料融液から引き
上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上げイン
ゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内に備え
るチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶インゴッ
ト製造装置であって、前記単結晶引き上げインゴットのテール部を形成する際
に、前記単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面
から前記クーラーを遠ざけるために前記クーラーが上昇
すると共に、前記単結晶インゴットを前記原料融液から
引き上げた後に、加熱が終了したルツボを冷却するため
にクーラーが下降することを特徴とするＣＺ法単結晶イ
ンゴット製造装置。
【請求項８】加熱されたルツボ内の原料融液から引き
上げ中の単結晶インゴット（以下、単結晶引き上げイン
ゴット）の所定個所の冷却を行うクーラーを炉内に備え
るチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）単結晶インゴッ
ト製造装置を用いて単結晶インゴットを製造する方法に
おいて、前記単結晶インゴットと前記原料融液との固液界面から
前記クーラーの間の距離を変化させることにより前記単
結晶引き上げインゴットの径の大きさを調整する方法。
【請求項９】請求項１記載の方法において、前記単結
晶インゴットと前記原料融液との固液界面から前記クー
ラーを遠ざけるにあたって、当該遠ざけるタイミングを
遅らせることにより、引上げられる単結晶インゴットの
製品対象領域を多くする方法。
【請求項１０】請求項９記載の方法において、前記単
結晶インゴットと前記原料融液との固液界面から前記ク
ーラーを遠ざけることによる電力消費量の節約量と、当
該遠ざけるタイミングを遅らせることによる製品対象領
域の増分と、の兼ね合いを考慮してクーラー上昇のタイ
ミングを調整することによって、ウエハ生産経済の最適
化を図る方法。
【請求項１１】請求項３記載の装置において、前記単
結晶引き上げインゴットの製品対象領域の末端が欠陥形
成温度領域を脱するまで冷却されてから、前記クーラー
が上昇することを特徴とするＣＺ法単結晶インゴット製
造装置。
【請求項１２】シリコン単結晶インゴット製造装置で
ある請求項１１記載のＣＺ法単結晶インゴット製造装
置。
【請求項１３】請求項３から７または１１記載の装置
において、クーラーの昇降速度が可変であることを特徴
とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項１４】請求項３または１１記載の装置におい
て、前記単結晶引き上げインゴットの製品対象領域の末
端が欠陥形成温度領域を脱するまでの冷却を行うにあた
り、前記るつぼが下降する機構を備えていることを特徴
とするＣＺ法単結晶インゴット製造装置。