JP2004137089A - シリコン単結晶引上装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面を形成する開口部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置を提供する。
【解決手段】ＣＺ法に用いられる単結晶引上装置において、不活性ガスのガス流路系９は、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１０から不活性ガスをチャンバ３に導入して、シリコン結晶Ｉｇ側面、シリコン融液Ｍ表面、ヒータ外周断熱部材７の外側または内側に形成され、開口部１２が設けられた不活性ガスの排気路１１、チャンバ３下部に設けられた不活性ガス排出口１３から不活性ガスを排出し、開口部１２は、その壁面１４ａが凹状曲面で形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＺ法に用いられる単結晶引上装置において、不活性ガスのガス流路系９は、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１０から不活性ガスをチャンバ３に導入して、シリコン結晶Ｉｇ側面、シリコン融液Ｍ表面、ヒータ外周断熱部材７の外側または内側に形成され、開口部１２が設けられた不活性ガスの排気路１１、チャンバ３下部に設けられた不活性ガス排出口１３から不活性ガスを排出し、開口部１２は、その壁面１４ａが凹状曲面で形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶引上装置に係わり、特にチャンバを流れる不活性ガスの排気路の開口部の壁面形状を改良したシリコン単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にシリコン単結晶の引き上げには、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）が広く用いられており、ＣＺ法は、原料シリコンをシリカガラスルツボに収容して溶融し、種結晶をこのシリコン融液に浸し、種結晶及びシリカガラスルツボを回転させてシリコン単結晶を成長させる方法である。引き上げ時、ＳｉＯ２製のシリカガラスルツボとシリコン融液が反応を起こし、この反応によりＳｉＯが発生し、このＳｉＯがシリコン融液に溶け込み、一部がシリコン結晶に取り込まれ、残りの大部分が融液表面から蒸発する。従来の引上装置においては、不活性ガス導入部から導入された不活性ガスはシリコン融液表面、ヒータ面を介して不活性排気口に導かれるため、ヒータ及びヒータ外部断熱部材の内側表面はＳｉＯに起因した析出物が多量に付着し、部材の劣化を招くと同時に、清掃作業に多くの労力を必要とした。
【０００３】
そこで、ヒータ外周の断熱部材の内側または外側に排気路を形成し、この排気路上端に開口部を設け、下端は排気部と連通させて、これらを介して不活性ガスを炉外に排出させ、ヒータ及びヒータ外周の断熱部材の内表面にＳｉＯが付着するのを防止している（特開平６−８７６８７号公報（特許文献１参照））。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のシリコン単結晶引上装置は、排気路上端の開口部の壁面が直角に形成されているため、不活性ガスの流れが乱れ、開口部近傍に一部が停滞して、開口部の壁面にＳｉＯの付着が多く、この壁面を形成する開口部材の劣化が激しく、また清掃に労力を必要とする問題が依然として残る。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−８７６８７号公報（第３頁左欄段落番号［００１７］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面を形成する開口部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、チャンバと、このチャンバ内に設けられ原料シリコンが収納されるシリカガラスルツボと、このシリカガラスルツボを保持する黒鉛ルツボの周囲に設けられたヒータと、前記シリカガラスルツボの上方に設けられシリコン単結晶が貫通する開口が形成された輻射シールドと、前記ヒータの外周に設けられた断熱部材と、この断熱部材に形成された不活性ガス排出用の排気路を含むガス流路系とが設けられ、このガス流路系により、不活性ガスは、前記チャンバの上部に設けられた不活性ガス導入口からチャンバに導入され、前記輻射シールドとシリコン単結晶側面との間、前記輻射シールド先端とシリコン融液表面との間、前記輻射シールド下面に沿って形成された空間部、前記排気路を介して、前記チャンバの下部に設けられた不活性ガス排出口から排出され、前記排気路の開口部の壁面は、凹状曲面で形成されていることを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。これにより、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面を形成する開口部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置が実現される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明に係わるシリコン単結晶引上装置１は、チャンバ内側断熱部材２で断熱された気密中空状のチャンバ３と、このチャンバ３内に設けられ、原料シリコンが収納されるシリカガラスルツボ４と、このシリカガラスルツボ４を保持する黒鉛ルツボ５と、この黒鉛ルツボ５を囲いシリカガラスルツボ４の原料シリコンを加熱してシリコン融液Ｍにするヒータ６と、このヒータ６の外周に離間して設けられた円筒形状のヒータ外周断熱部材７と、このヒータ外周断熱部材７に連設されシリカガラスルツボ４の下方に設けられた下部断熱部材８と、シリカガラスルツボ４の上方の引上領域を囲むように設置され不活性ガスＧ例えば、アルゴンガスの流れを整流し、単結晶Ｉｇが貫通するシールド開口９ａが設けられた輻射シールド９、不活性ガスＧをチャンバ３に導入し、このチャンバ３外に排出するガス流路系１０とが設けられている。
【００１１】
このガス流路系１０は、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１１から不活性ガスＧをチャンバ３に導入して、輻射シールド９とシリコン結晶Ｉｇ側面との間、輻射シールド９の先端とシリコン融液Ｍ表面の間、シールド下面９ｂに沿って形成される通気空間ａ、断熱部材に形成、すなわちヒータ外周断熱部材７とチャンバ内側断熱部材２間に形成され、開口部１２が設けられた不活性ガス排気用の排気路１３を経て、チャンバ３の下部に設けられた不活性ガス排出口１４から不活性ガスＧを排出するようになっている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、上記開口部１２は、その壁面１５ａが凹状曲面で形成されており、その側断面は弧状をなし、この弧状の回転体形状をなしている。壁面１５ａを形成する開口部材１５の材質は、シリコン単結晶に影響を与えない程度の純度を持ち、かつシリコン単結晶引き上げ上問題ない断熱性を有する黒鉛材または、この黒鉛材にＳｉＣをコートした部材であるのが好ましい。なお、本実施形態では、壁面は開口部材により形成されているが、開口部材と輻射シールドの一部とで形成されてもよい。
【００１３】
また、上記シリカガラスルツボ４を保持する黒鉛ルツボ５には、ルツボ回転軸１６が取り付けられており、チャンバ２の底部を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転され、かつ昇降装置（図示せず）によって昇降されるようになっている。さらに、シールド開口９ａを貫通し、単結晶Ｉｇを引き上げるワイヤ１７が設けられており、このワイヤ１７には、ワイヤ回転装置（図示せず）によって巻き取られ、シードチャック１８を介して種結晶Ｓが取り付けられている。
【００１４】
次に本発明に係わるシリコン単結晶引上装置を用いたシリコン単結晶の引き上げ方法について説明する。
【００１５】
図１に示すように、原料のポリシリコンを石英ガラスルツボ４に充填し、不活性ガスＧをチャンバ３の上方の不活性ガス導入口１１からチャンバ３内に流入させ、ヒータ６を付勢して、シリカガラスルツボ４を加熱し、ルツボ回転用モータを付勢してこのモータに結合されたルツボ回転軸１６によりシリカガラスルツボ４を回転させる。
【００１６】
一定時間が経過した後、ワイヤ回転装置を回転させて引き上げ用ワイヤ１７を降下させ、引き上げ用ワイヤ１７に取り付けられた種結晶Ｓをシリコン融液Ｍに接触させ、結晶を成長させ、単結晶Ｉｇを引き上げる。
【００１７】
このようなシリコン単結晶引き上げ工程において、チャンバ３に導入された不活性ガスＧは、ガス流路系１０を通ってチャンバ３内で発生したＳｉＯとともに、排出される。例えば、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１１から導入された不活性ガスＧは、シリコン結晶Ｉｇ側面、シリコン融液Ｍ表面に沿って流れ、シリコン融液Ｍ表面から発生するＳｉＯを捕獲する。このようにしてＳｉＯを含んだ不活性ガスＧは、入口をなす開口部１２を経て、排気路１３を通り、チャンバ３の下部に設けられた不活性ガス排出口１４から排出される。
【００１８】
この不活性ガスＧの排気過程において、開口部１２の壁面１５ａは、凹状曲面に形成されているので、不活性ガスは、壁面１５ａの曲面に沿って流れ、乱流を発生させることなく比較的スムースに排出される。このため、壁面１５ａにはＳｉＯ起因の析出物の付着がほとんどなく、壁面１５ａを形成する開口部材１５の劣化が防止され、また、析出物を除去するための清掃時間も短縮される。また、開口部材１５の材質は、シリコン単結晶に影響を与えない程度の純度を持ち、かつシリコン単結晶引き上げ上問題ない断熱性を有する黒鉛材または、この黒鉛材にＳｉＣをコートした部材であるので、高純度な単結晶を効率よく引き上げることができる。
【００１９】
【実施例】
図１に示すような本発明に係わる単結晶引上装置を用いて、口径が１８インチのシリカガラスルツボに、原料シリコン７０ｋｇを収容し、チャンバ内圧９０Ｔｏｒｒで、直径６インチのシリコン単結晶を引き上げた（操業約４０時間）（実施例）。同条件操業下で従来の単結晶引上装置を用いて引き上げを行い（従来例）、開口部壁面に付着したＳｉＯを調べ、比較した。
【００２０】
結果：実施例はＳｉＯ起因の析出物が壁面に堆積しているのが確認できなかった。これに対して、従来例は約１ｍｍ程度のＳｉＯ起因析出物が壁面に付着しているのが認められた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係わる単結晶引上装置によれば、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる単結晶引上装置の概念図。
【図２】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる開口部の壁面を形成する開口部材の斜視図。
【図３】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる開口部の壁面を形成する開口部材の縦断面図。
【符号の説明】
１ シリコン単結晶引上装置
２ チャンバ内側断熱部材
３ チャンバ
４ シリカガラスルツボ
５ 黒鉛ルツボ
６ ヒータ
７ ヒータ外周断熱部材
８ 下部断熱部材
９ 輻射シールド
９ａ シールド開口
９ｂ シールド下面
１０ ガス流路系
１１ 不活性ガス導入口
１２ 開口部
１３ 排気路
１４ 不活性ガス排出口
１５ 開口部材
１５ａ 壁面
１６ ルツボ回転軸
１７ ワイヤ
１８ シードチャック
ａ 通気空間
Ｉｇ シリコン結晶
Ｍ シリコン融液
Ｓ 種結晶
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶引上装置に係わり、特にチャンバを流れる不活性ガスの排気路の開口部の壁面形状を改良したシリコン単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にシリコン単結晶の引き上げには、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）が広く用いられており、ＣＺ法は、原料シリコンをシリカガラスルツボに収容して溶融し、種結晶をこのシリコン融液に浸し、種結晶及びシリカガラスルツボを回転させてシリコン単結晶を成長させる方法である。引き上げ時、ＳｉＯ２製のシリカガラスルツボとシリコン融液が反応を起こし、この反応によりＳｉＯが発生し、このＳｉＯがシリコン融液に溶け込み、一部がシリコン結晶に取り込まれ、残りの大部分が融液表面から蒸発する。従来の引上装置においては、不活性ガス導入部から導入された不活性ガスはシリコン融液表面、ヒータ面を介して不活性排気口に導かれるため、ヒータ及びヒータ外部断熱部材の内側表面はＳｉＯに起因した析出物が多量に付着し、部材の劣化を招くと同時に、清掃作業に多くの労力を必要とした。
【０００３】
そこで、ヒータ外周の断熱部材の内側または外側に排気路を形成し、この排気路上端に開口部を設け、下端は排気部と連通させて、これらを介して不活性ガスを炉外に排出させ、ヒータ及びヒータ外周の断熱部材の内表面にＳｉＯが付着するのを防止している（特開平６−８７６８７号公報（特許文献１参照））。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のシリコン単結晶引上装置は、排気路上端の開口部の壁面が直角に形成されているため、不活性ガスの流れが乱れ、開口部近傍に一部が停滞して、開口部の壁面にＳｉＯの付着が多く、この壁面を形成する開口部材の劣化が激しく、また清掃に労力を必要とする問題が依然として残る。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−８７６８７号公報（第３頁左欄段落番号［００１７］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面を形成する開口部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、チャンバと、このチャンバ内に設けられ原料シリコンが収納されるシリカガラスルツボと、このシリカガラスルツボを保持する黒鉛ルツボの周囲に設けられたヒータと、前記シリカガラスルツボの上方に設けられシリコン単結晶が貫通する開口が形成された輻射シールドと、前記ヒータの外周に設けられた断熱部材と、この断熱部材に形成された不活性ガス排出用の排気路を含むガス流路系とが設けられ、このガス流路系により、不活性ガスは、前記チャンバの上部に設けられた不活性ガス導入口からチャンバに導入され、前記輻射シールドとシリコン単結晶側面との間、前記輻射シールド先端とシリコン融液表面との間、前記輻射シールド下面に沿って形成された空間部、前記排気路を介して、前記チャンバの下部に設けられた不活性ガス排出口から排出され、前記排気路の開口部の壁面は、凹状曲面で形成されていることを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。これにより、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面を形成する開口部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置が実現される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明に係わるシリコン単結晶引上装置１は、チャンバ内側断熱部材２で断熱された気密中空状のチャンバ３と、このチャンバ３内に設けられ、原料シリコンが収納されるシリカガラスルツボ４と、このシリカガラスルツボ４を保持する黒鉛ルツボ５と、この黒鉛ルツボ５を囲いシリカガラスルツボ４の原料シリコンを加熱してシリコン融液Ｍにするヒータ６と、このヒータ６の外周に離間して設けられた円筒形状のヒータ外周断熱部材７と、このヒータ外周断熱部材７に連設されシリカガラスルツボ４の下方に設けられた下部断熱部材８と、シリカガラスルツボ４の上方の引上領域を囲むように設置され不活性ガスＧ例えば、アルゴンガスの流れを整流し、単結晶Ｉｇが貫通するシールド開口９ａが設けられた輻射シールド９、不活性ガスＧをチャンバ３に導入し、このチャンバ３外に排出するガス流路系１０とが設けられている。
【００１１】
このガス流路系１０は、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１１から不活性ガスＧをチャンバ３に導入して、輻射シールド９とシリコン結晶Ｉｇ側面との間、輻射シールド９の先端とシリコン融液Ｍ表面の間、シールド下面９ｂに沿って形成される通気空間ａ、断熱部材に形成、すなわちヒータ外周断熱部材７とチャンバ内側断熱部材２間に形成され、開口部１２が設けられた不活性ガス排気用の排気路１３を経て、チャンバ３の下部に設けられた不活性ガス排出口１４から不活性ガスＧを排出するようになっている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、上記開口部１２は、その壁面１５ａが凹状曲面で形成されており、その側断面は弧状をなし、この弧状の回転体形状をなしている。壁面１５ａを形成する開口部材１５の材質は、シリコン単結晶に影響を与えない程度の純度を持ち、かつシリコン単結晶引き上げ上問題ない断熱性を有する黒鉛材または、この黒鉛材にＳｉＣをコートした部材であるのが好ましい。なお、本実施形態では、壁面は開口部材により形成されているが、開口部材と輻射シールドの一部とで形成されてもよい。
【００１３】
また、上記シリカガラスルツボ４を保持する黒鉛ルツボ５には、ルツボ回転軸１６が取り付けられており、チャンバ２の底部を貫通し、モータ（図示せず）に結合されて回転され、かつ昇降装置（図示せず）によって昇降されるようになっている。さらに、シールド開口９ａを貫通し、単結晶Ｉｇを引き上げるワイヤ１７が設けられており、このワイヤ１７には、ワイヤ回転装置（図示せず）によって巻き取られ、シードチャック１８を介して種結晶Ｓが取り付けられている。
【００１４】
次に本発明に係わるシリコン単結晶引上装置を用いたシリコン単結晶の引き上げ方法について説明する。
【００１５】
図１に示すように、原料のポリシリコンを石英ガラスルツボ４に充填し、不活性ガスＧをチャンバ３の上方の不活性ガス導入口１１からチャンバ３内に流入させ、ヒータ６を付勢して、シリカガラスルツボ４を加熱し、ルツボ回転用モータを付勢してこのモータに結合されたルツボ回転軸１６によりシリカガラスルツボ４を回転させる。
【００１６】
一定時間が経過した後、ワイヤ回転装置を回転させて引き上げ用ワイヤ１７を降下させ、引き上げ用ワイヤ１７に取り付けられた種結晶Ｓをシリコン融液Ｍに接触させ、結晶を成長させ、単結晶Ｉｇを引き上げる。
【００１７】
このようなシリコン単結晶引き上げ工程において、チャンバ３に導入された不活性ガスＧは、ガス流路系１０を通ってチャンバ３内で発生したＳｉＯとともに、排出される。例えば、チャンバ３の上部に設けられた不活性ガス導入口１１から導入された不活性ガスＧは、シリコン結晶Ｉｇ側面、シリコン融液Ｍ表面に沿って流れ、シリコン融液Ｍ表面から発生するＳｉＯを捕獲する。このようにしてＳｉＯを含んだ不活性ガスＧは、入口をなす開口部１２を経て、排気路１３を通り、チャンバ３の下部に設けられた不活性ガス排出口１４から排出される。
【００１８】
この不活性ガスＧの排気過程において、開口部１２の壁面１５ａは、凹状曲面に形成されているので、不活性ガスは、壁面１５ａの曲面に沿って流れ、乱流を発生させることなく比較的スムースに排出される。このため、壁面１５ａにはＳｉＯ起因の析出物の付着がほとんどなく、壁面１５ａを形成する開口部材１５の劣化が防止され、また、析出物を除去するための清掃時間も短縮される。また、開口部材１５の材質は、シリコン単結晶に影響を与えない程度の純度を持ち、かつシリコン単結晶引き上げ上問題ない断熱性を有する黒鉛材または、この黒鉛材にＳｉＣをコートした部材であるので、高純度な単結晶を効率よく引き上げることができる。
【００１９】
【実施例】
図１に示すような本発明に係わる単結晶引上装置を用いて、口径が１８インチのシリカガラスルツボに、原料シリコン７０ｋｇを収容し、チャンバ内圧９０Ｔｏｒｒで、直径６インチのシリコン単結晶を引き上げた（操業約４０時間）（実施例）。同条件操業下で従来の単結晶引上装置を用いて引き上げを行い（従来例）、開口部壁面に付着したＳｉＯを調べ、比較した。
【００２０】
結果：実施例はＳｉＯ起因の析出物が壁面に堆積しているのが確認できなかった。これに対して、従来例は約１ｍｍ程度のＳｉＯ起因析出物が壁面に付着しているのが認められた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係わる単結晶引上装置によれば、開口部の壁面にＳｉＯが付着するのを防止できて、壁面部材の劣化の防止と付着物の除去作業を容易化できるシリコン単結晶引上装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる単結晶引上装置の概念図。
【図２】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる開口部の壁面を形成する開口部材の斜視図。
【図３】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる開口部の壁面を形成する開口部材の縦断面図。
【符号の説明】
１ シリコン単結晶引上装置
２ チャンバ内側断熱部材
３ チャンバ
４ シリカガラスルツボ
５ 黒鉛ルツボ
６ ヒータ
７ ヒータ外周断熱部材
８ 下部断熱部材
９ 輻射シールド
９ａ シールド開口
９ｂ シールド下面
１０ ガス流路系
１１ 不活性ガス導入口
１２ 開口部
１３ 排気路
１４ 不活性ガス排出口
１５ 開口部材
１５ａ 壁面
１６ ルツボ回転軸
１７ ワイヤ
１８ シードチャック
ａ 通気空間
Ｉｇ シリコン結晶
Ｍ シリコン融液
Ｓ 種結晶
Claims (1)
- チャンバと、このチャンバ内に設けられ原料シリコンが収納されるシリカガラスルツボと、このシリカガラスルツボを保持する黒鉛ルツボの周囲に設けられたヒータと、前記シリカガラスルツボの上方に設けられシリコン単結晶が貫通する開口が形成された輻射シールドと、前記ヒータの外周に設けられた断熱部材と、この断熱部材に形成された不活性ガス排出用の排気路を含むガス流路系とが設けられ、このガス流路系により、不活性ガスは、前記チャンバの上部に設けられた不活性ガス導入口からチャンバに導入され、前記輻射シールドとシリコン単結晶側面との間、前記輻射シールド先端とシリコン融液表面との間、前記輻射シールド下面に沿って形成された空間部、前記排気路を介して、前記チャンバの下部に設けられた不活性ガス排出口から排出され、前記排気路の開口部の壁面は、凹状曲面で形成されていることを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
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