JP2004123407A - Crystal growth apparatus and crystal growth method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,例えばシリコンや化合物半導体等の結晶を成長させる結晶成長装置と結晶成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンや化合物半導体の結晶成長炉では,原料や劣化した炉内部品から発生するダストや,原料から発生する気化成分などといった不純物が,炉内雰囲気中に含まれてしまう。特に化合物半導体の種類によっては,結晶成長中に半導体材料の高蒸気圧成分が気化することにより多量の不純物を発生する場合もある。このような不純物による悪影響を回避するために,結晶成長炉内のクリーニング作業が必要となる。
【0003】
ここで,かようなクリーニング作業にかかる負荷をなるべく軽減することが望ましい。また,クリーニング作業に要する時間を短縮できれば,それだけ結晶成長炉の稼働回数を増やすことができ,生産性が向上する。更に,化合物半導体の種類などによっては,高蒸気圧成分は有害物質である場合もあり,結晶成長炉内のクリーニング作業はなるべく短時間でできることが好ましい。
【0004】
そこで従来より,結晶成長炉のクリーニング作業の負荷軽減,時間短縮等を目的として,種々のクリーニング方法が提案されてきた。例えば,特許文献1として示す特開平06−340491号公報には,炉内部品を一括交換できる構造にして複数組み用意しておき,使用済み炉内部品と整備済み炉内部品を取り替える方法が開示されている。また,特開2000−219591号公報には,排気管内に堆積した粉塵をクリーニングする方法が開示されている。また,特開2001−348293号公報には,チャンバ内面をワイパーでクリーニングする方法が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−340491号公報(例えば段落0009,図1)
【特許文献2】
特開2000−219591号公報(例えば段落0006,図1)
【特許文献3】
特開2001−348293号公報(例えば段落0025,図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし,特許文献1の方法では,炉内部品が複数組必要になり,また,クリーニング専用の装置や,それらの保管スペースが余計に必要になる。また,炉内部品の交換作業にも手間がかかる。加えて,特許文献1の方法では,炉内に付着したダストなどは除去することができない。また,特許文献2や特許文献3の方法では,結晶成長炉の運転中はクリーニングができない。そのため,結晶成長炉の運転時間の他に,クリーニングの時間が余計にかかり,生産効率が向上できない。
【0007】
本発明の目的は,結晶成長炉のクリーニングを容易にさせる手段を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために,本発明の結晶成長装置は,原料融液から結晶を成長させる結晶成長炉を備え,炉内雰囲気を炉外に抜き出して,再び炉内に戻す循環経路を形成し,この循環経路に,炉内雰囲気中の不純物を捕捉する不純物トラップを設けている。前記循環経路は,炉内雰囲気を結晶成長炉の上部から抜き出し,結晶成長炉の下部に戻すように構成されていることが好ましい。前記循環経路には,送風機を設けても良い。
【0009】
本発明では,結晶成長炉内において原料融液から結晶を成長させるにあたり,炉内雰囲気を炉外に抜き出しつつ,不純物が除去された雰囲気を炉内に供給する。この場合,炉外に抜き出した炉内雰囲気を,不純物を除去した後,再び炉内に戻すようにしても良い。なお,炉内雰囲気を結晶成長炉の上部から抜き出しつつ,不純物が除去された雰囲気を結晶成長炉の下部に供給することが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下,本発明の好ましい実施の形態を,図面を参照にして説明する。図1は,本発明の実施の形態かかる結晶成長装置1の概略的な構成を示す説明図である。
【0011】
結晶成長炉2は,例えばチョクラルスキー法やLEC法,VGF法等によって,原料融液から例えばシリコンや化合物半導体等の結晶を成長させるものである。このため,結晶成長炉2の内部には,図示はしないが,原料融液を貯めておくためのるつぼや,結晶成長中に原料融液を加熱するためヒータなどが配置されている。
【0012】
この結晶成長炉2の炉内雰囲気を一旦炉外に抜き出し,再び炉内に戻す循環経路3が形成されている。図示の例では,循環経路3の一端は結晶成長炉2の上部に接続され,循環経路3の他端は結晶成長炉2の下部に接続されている。結晶成長炉2内においては,ヒータ(図示せず)の加熱によって上昇気流が発生する。結晶成長炉2内において上昇した炉内雰囲気は,結晶成長炉2の上部に接続された循環経路3内に流れ込み,循環経路3の一端から他端に向って流れる間に温度降下し,結晶成長炉2の下部に戻される。こうして,結晶成長炉2内で発生する対流(上昇気流)を利用して,結晶成長炉2の下部→結晶成長炉2の上部→循環経路3の順に流れる循環流が形成される。
【0013】
循環経路3には,炉内雰囲気中の不純物を捕捉する不純物トラップ4が設けてある。炉内雰囲気中には,結晶成長させる原料や劣化した炉内部品から発生するダストや,原料から発生する気化成分(高蒸気圧成分等)などといった不純物が含まれている。不純物トラップ4は,例えば邪魔板や冷却機構などを備えており,邪魔板によってダストを除去するとともに,循環経路3内を流れる炉内雰囲気を冷却機構で冷却して,炉内雰囲気中の気化成分を捕捉するようになっている。
【0014】
図示の例では,循環経路3には,不純物トラップ4の他に,送風機5,流量計6,流量調整弁7が設けてある。循環経路3おいて,不純物トラップ4が最も上流側に位置し,その下流に送風機5,流量計6,流量調整弁7が設けてある。
【0015】
この結晶成長装置1にあっては,結晶成長炉2内において原料融液から結晶を成長させるにあたり,結晶成長炉2内において上昇した炉内雰囲気を,結晶成長炉2の上部→循環経路3→結晶成長炉2の下部の順に循環させる。この循環流の形成は,結晶成長炉2内に発生する対流(上昇気流)に任せても良いが,循環流量が大きすぎる場合は,流量調整弁7の開度を絞り,流量を調整すると良い。また,結晶成長炉2内の上昇気流だけでは循環流量が少なすぎる場合は,送風機5を稼動させれば良い。なお,送風機5の稼動で強制循環させる場合,流量調整弁7によって,循環流量を任意の値に自動制御することもできる。
【0016】
こうして結晶成長炉2内の炉内雰囲気を,循環経路3を介して循環させながら,不純物トラップ4によって,循環経路3内を流れる炉内雰囲気中からダストや気化成分といった不純物を捕捉する。そして,不純物を除去した炉内雰囲気を,結晶成長炉2の下部に供給することにより,結晶成長炉2内において,不純物の除去された雰囲気で結晶成長を行うことが可能となる。また,結晶成長炉2の内壁や炉内部品に付着堆積する不純物が少なくなり,クリーニング作業が容易になる。
【0017】
以上,本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが,本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば,結晶成長炉2の炉内雰囲気は必ずしも循環させる必要はなく,炉内雰囲気を結晶成長炉2外に抜き出しつつ,別の供給源から不純物が除去された雰囲気を結晶成長炉2内に供給するようにしても良い。なお,結晶成長炉2では上昇気流が発生するので,炉内雰囲気を結晶成長炉2の上部から抜き出しつつ,不純物が除去された雰囲気を結晶成長炉2の下部に供給することが好ましい。また,結晶成長炉2において行う結晶成長方法は,チョクラルスキー法やLEC法,VGF法等,何れでも良い。
【0018】
なお,不純物トラップ4は,クリーニング頻度を少なくするために,ある程度量のダストを溜めておける容量を持っていることが望ましい。また,循環経路3には,不純物トラップ4を複数設置しても良い。この場合,複数の不純物トラップ4を直列に配置しても良いが,循環経路3を並列に分岐させ,各分岐経路に不純物トラップ4をそれぞれ設置しても良い。そうすれば,一つの不純物トラップ4をクリーニング中においても,他の分岐経路に設置された不純物トラップ4に結晶成長炉2内の雰囲気を循環させ,不純物を除去することができ,連続的な操業を行うことが可能となる。
【0019】
【実施例】
次に,本発明の実施例を説明する。図2は,実施例に用いた結晶成長装置10の説明図である。この実施例では,液体封止引上法(LEC法)による化合物半導体結晶成長炉(以下「LEC炉」)11を用いた。
【0020】
LEC炉11の内部には,原料融液が充填(チャージ)されるるつぼ12が設けてある。るつぼ12はサセプタ13で保持され,サセプタ13は,回転及び昇降可能なるつぼ軸14の上端に支持される。るつぼ12の上方には,結晶を上方に引上げるための結晶軸15が配置される。るつぼ12の周囲には,ヒータ16や,それを囲む断熱材17などが配置される。これらは,通常のLEC炉11と同様の構成である。この実施例のLEC炉11は,上部部材20,中部部材21,下部部材22で構成されて,開閉可能である。
【0021】
LEC炉11の炉内雰囲気をLEC炉11の上部から一旦炉外に抜き出し,LEC炉11の下部から再び炉内に戻す循環経路25が形成され,この循環経路25に,2つの不純物トラップ26,26と,その下流側に配置されたブロワ容器27内のブロア(送風機)28及び流量計29が設置されている。結晶成長中,LEC炉11内は高温,高圧となっており,炉内雰囲気は,LEC炉11の上部から,2つの不純物トラップ26,26,ブロワ容器27,流量計29の順に循環経路25内を流れ,再びLEC炉11の下部に循環供給される。
【0022】
各不純物トラップ26は,冷却水を利用した水冷容器30を備え,水冷容器30の上面には,循環経路25内を流れる炉内雰囲気の入口31と出口32が形成されている。また,水冷容器30の内部空間は,下端においてのみ流通可能な邪魔板33によって,入口31側と出口32側に仕切られている。そして,各不純物トラップ26においては,入口31から入った炉内雰囲気は,水冷容器30内の入口31側を下降し,邪魔板33の下側を通過した後,水冷容器30内の出口32側を上昇して行く。このように,炉内雰囲気が不純物トラップ26を通過する際に,邪魔板33によって炉内雰囲気中のダストが除去されるとともに,原料などから発生した炉内雰囲気中の気化成分(高蒸気圧成分など)が,水冷容器30の内面で冷却されて捕捉されるようになっている。こうして不純物トラップ26で捕捉されたダストや気化成分などの不純物は,水冷容器30の底部に溜まるようになっている。
【0023】
ブロア28は電動式であり,流量計29と連動し,任意の循環流量に自動調整することができる。循環経路25を構成する配管や,各不純物トラップ26の筐体,ブロワ容器27などは何れもステンレス製であり,各シール部にはOリング等を配置することにより,循環経路25内を循環する炉内雰囲気が外部に漏れ出ない構成になっている。
【0024】
この結晶成長装置10のLEC炉11を用いて,GaAs単結晶を成長させた。GaとAsをるつぼ12にチャージし,GaAsを合成後,単結晶を引上げる直接合成方式とした。LEC炉11,循環経路25,2つの不純物トラップ26,26,ブロワ容器27をあわせた循環系内の容量は約0.8m3である。GaAs直接合成時の圧力は6MPa,結晶成長時の炉内圧力は2.5MPa,炉内雰囲気循環流量は,直接合成時では0.2〜0.3Nm3/min,結晶成長時では0.1Nm3/minとなるようにブロワ28を稼動した。LEC炉11の上部部材20,中部部材21,下部部材22について炉内のダスト付着量を評価すると,ブロワ28の稼働時と非稼働時では,以下のようになった。
【0025】
ブロワ非稼働時
上部部材20:中部部材21:下部部材22:ダストトラップ
=5:3:2:0
ブロワ稼働時
上部部材20:中部部材21:下部部材22:ダストトラップ
=3:2:0:5
【0026】
ブロワ28の稼働時では,循環経路25に炉内雰囲気が循環されることにより,炉内雰囲気中のダストや気化成分といった不純物が不純物トラップ26,26で捕捉され,LEC炉11内の付着量が減った。特に下部部材22についてはクリーニングの必要が無くなった。不純物トラップ26,26に溜まった不純物は,10Runに1回程度クリーニングすれば良く,LEC炉11に比べて小さいのでクリーニング作業も簡単である。なお,LEC炉11には炉内観察の為の覗き窓が付いているが,ブロワ28を稼動させることにより覗き窓に付着する不純物が減少し,炉内視認性が高まった。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば,結晶成長炉のクリーニングを容易にすることが可能となる。このため,クリーニング作業の負荷を軽減でき,生産性も向上する。また,チョクラルスキー法やLEC法のように,炉内観察用の覗き窓が付いている結晶成長炉では,窓の曇りを軽減し,結晶成長時の炉内視認性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態かかる結晶成長装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図2】実施例に用いた結晶成長装置の説明図である。
【符号の説明】
1 結晶成長装置
2 結晶成長炉
3 循環経路
4 不純物トラップ
5 送風機
6 流量計
7 流量調整弁
10 結晶成長装置
11 LEC炉
12 るつぼ
13 サセプタ
14 るつぼ軸
15 結晶軸
16 ヒータ
17 断熱材
20 上部部材
21 中部部材
22 下部部材
25 循環経路
26 不純物トラップ
27 ブロワ容器
28 ブロア
29 流量計
30 水冷容器
31 入口
32 出口
33 邪魔板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal growth apparatus and a crystal growth method for growing a crystal such as silicon or a compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
In a silicon or compound semiconductor crystal growth furnace, impurities such as dust generated from raw materials and deteriorated furnace components and vaporized components generated from the raw materials are contained in the furnace atmosphere. Particularly, depending on the type of the compound semiconductor, a large amount of impurities may be generated due to vaporization of a high vapor pressure component of the semiconductor material during crystal growth. In order to avoid such adverse effects due to impurities, a cleaning operation in the crystal growth furnace is required.
[0003]
Here, it is desirable to reduce the load on such cleaning work as much as possible. Further, if the time required for the cleaning operation can be reduced, the number of times of operation of the crystal growth furnace can be increased accordingly, and the productivity is improved. Further, depending on the type of the compound semiconductor, the high vapor pressure component may be a harmful substance, and it is preferable that the cleaning operation in the crystal growth furnace can be performed in a short time.
[0004]
Therefore, conventionally, various cleaning methods have been proposed for the purpose of reducing the load of the cleaning operation of the crystal growth furnace and shortening the time. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 06-340481, which is disclosed in Patent Document 1, discloses a method of replacing a used furnace part with a repaired furnace part by preparing a plurality of sets with a structure in which furnace parts can be replaced collectively. Have been. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-219591 discloses a method of cleaning dust accumulated in an exhaust pipe. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348293 discloses a method of cleaning the inner surface of a chamber with a wiper.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-340493 (for example, paragraph 0009, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2000-219591 A (for example, paragraph 0006, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2001-348293 A (for example, paragraph 0025, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of Patent Document 1 requires a plurality of sets of components in the furnace, and further requires a dedicated device for cleaning and an additional storage space for them. In addition, it takes time to replace parts in the furnace. In addition, with the method of Patent Document 1, dust or the like adhering to the inside of the furnace cannot be removed. Further, according to the methods of Patent Documents 2 and 3, cleaning cannot be performed during operation of the crystal growth furnace. Therefore, in addition to the operation time of the crystal growth furnace, cleaning time is additionally required, and the production efficiency cannot be improved.
[0007]
An object of the present invention is to provide means for facilitating cleaning of a crystal growth furnace.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the crystal growth apparatus of the present invention is provided with a crystal growth furnace for growing a crystal from a raw material melt, and forms a circulation path for extracting the atmosphere in the furnace out of the furnace and returning it to the inside of the furnace again. An impurity trap for trapping impurities in the furnace atmosphere is provided in this circulation path. It is preferable that the circulation path is configured to extract the atmosphere in the furnace from the upper part of the crystal growth furnace and return the atmosphere to the lower part of the crystal growth furnace. A blower may be provided in the circulation path.
[0009]
In the present invention, when growing a crystal from a raw material melt in a crystal growth furnace, an atmosphere from which impurities have been removed is supplied into the furnace while extracting the furnace atmosphere from the furnace. In this case, the atmosphere in the furnace extracted from the furnace may be returned to the furnace again after removing impurities. It is preferable to supply the atmosphere from which impurities have been removed to the lower part of the crystal growth furnace while extracting the furnace atmosphere from the upper part of the crystal growth furnace.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a crystal growth apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
[0011]
The crystal growth furnace 2 grows a crystal such as silicon or a compound semiconductor from a raw material melt by, for example, the Czochralski method, the LEC method, the VGF method, or the like. For this reason, a crucible for storing the raw material melt, a heater for heating the raw material melt during crystal growth, and the like are arranged inside the crystal growth furnace 2 (not shown).
[0012]
A circulation path 3 is formed in which the atmosphere in the furnace of the crystal growth furnace 2 is once extracted out of the furnace and returned to the inside of the furnace again. In the illustrated example, one end of the circulation path 3 is connected to the upper part of the crystal growth furnace 2, and the other end of the circulation path 3 is connected to the lower part of the crystal growth furnace 2. In the crystal growth furnace 2, an ascending airflow is generated by heating a heater (not shown). The atmosphere in the furnace that has risen in the crystal growth furnace 2 flows into the circulation path 3 connected to the upper part of the crystal growth furnace 2, and the temperature drops while flowing from one end of the circulation path 3 to the other end. It is returned to the lower part of the furnace 2. Thus, a circulating flow that flows in the order of the lower part of the crystal growth furnace 2 → the upper part of the crystal growth furnace 2 → the circulation path 3 is formed by utilizing the convection (ascending current) generated in the crystal growth furnace 2.
[0013]
The circulation path 3 is provided with an impurity trap 4 for capturing impurities in the furnace atmosphere. The furnace atmosphere contains impurities such as raw materials for crystal growth, dust generated from deteriorated furnace components, and vaporized components (high vapor pressure components and the like) generated from the raw materials. The impurity trap 4 is provided with, for example, a baffle plate and a cooling mechanism. The baffle plate removes dust, and cools the furnace atmosphere flowing in the circulation path 3 by the cooling mechanism, thereby evaporating the vaporized components in the furnace atmosphere. Is to be captured.
[0014]
In the illustrated example, a blower 5, a flow meter 6, and a
[0015]
In the crystal growth apparatus 1, when growing a crystal from a raw material melt in the crystal growth furnace 2, the atmosphere in the furnace raised in the crystal growth furnace 2 is changed from the upper part of the crystal growth furnace 2 to the circulation path 3 →. It is circulated in the order of the lower part of the crystal growth furnace 2. The formation of this circulating flow may be left to the convection (updraft) generated in the crystal growth furnace 2, but if the circulating flow is too large, the opening of the
[0016]
Thus, while circulating the atmosphere in the crystal growth furnace 2 through the circulation path 3, the impurity trap 4 captures impurities such as dust and vaporized components from the atmosphere in the furnace flowing in the circulation path 3. By supplying the furnace atmosphere from which impurities have been removed to the lower portion of the crystal growth furnace 2, it becomes possible to perform crystal growth in the crystal growth furnace 2 in an atmosphere from which impurities have been removed. Further, the amount of impurities adhering and depositing on the inner wall of the crystal growth furnace 2 and components inside the furnace is reduced, and the cleaning operation is facilitated.
[0017]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the embodiment described here. For example, the atmosphere in the furnace of the crystal growth furnace 2 does not necessarily need to be circulated, and the atmosphere in which impurities are removed from another supply source is supplied into the crystal growth furnace 2 while extracting the atmosphere inside the furnace from the crystal growth furnace 2. You may do it. Since an upward air flow is generated in the crystal growth furnace 2, it is preferable to supply the atmosphere from which impurities are removed to the lower part of the crystal growth furnace 2 while extracting the furnace atmosphere from the upper part of the crystal growth furnace 2. The crystal growth method performed in the crystal growth furnace 2 may be any of the Czochralski method, the LEC method, the VGF method, and the like.
[0018]
It is desirable that the impurity trap 4 has a capacity for storing a certain amount of dust in order to reduce the frequency of cleaning. Further, a plurality of impurity traps 4 may be provided in the circulation path 3. In this case, a plurality of impurity traps 4 may be arranged in series, or the circulation path 3 may be branched in parallel, and the impurity traps 4 may be installed in each branch path. By doing so, even while one impurity trap 4 is being cleaned, the atmosphere in the crystal growth furnace 2 can be circulated to the impurity trap 4 installed in the other branch path to remove impurities, and continuous operation can be performed. Can be performed.
[0019]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of the
[0020]
A
[0021]
A
[0022]
Each
[0023]
The
[0024]
Using the
[0025]
Blower non-operating upper member 20: middle member 21: lower member 22: dust trap = 5: 3: 2: 0
Blower operating upper member 20: middle member 21: lower member 22: dust trap = 3: 2: 0: 5
[0026]
During the operation of the
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily clean the crystal growth furnace. Therefore, the load of the cleaning operation can be reduced, and the productivity can be improved. In a crystal growth furnace with a viewing window for observation inside the furnace, such as the Czochralski method or the LEC method, fogging of the window can be reduced and visibility in the furnace during crystal growth can be improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a crystal growth apparatus used in an example.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 crystal growth apparatus 2 crystal growth furnace 3 circulation path 4 impurity trap 5 blower 6
Claims (6)
炉内雰囲気を炉外に抜き出して,再び炉内に戻す循環経路を形成し,この循環経路に,炉内雰囲気中の不純物を捕捉する不純物トラップを設けたことを特徴とする,結晶成長装置。Equipped with a crystal growth furnace for growing crystals from the raw material melt,
A crystal growth apparatus, comprising: forming a circulation path for extracting an atmosphere in a furnace to the outside of the furnace and returning it to the inside of the furnace again; and an impurity trap for trapping impurities in the atmosphere in the furnace is provided in the circulation path.
炉内雰囲気を炉外に抜き出しつつ,不純物が除去された雰囲気を炉内に供給することを特徴とする,結晶成長方法。In growing a crystal from a raw material melt in a crystal growth furnace,
A crystal growth method, wherein an atmosphere from which impurities are removed is supplied into the furnace while extracting the furnace atmosphere from the furnace.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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