JP2004338978A - シリコン単結晶引上装置、シリコン単結晶引上方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】引上歩留及び稼働率がより高いシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法を提供する。
【解決手段】本シリコン単結晶引上装置は、複数本の引上単結晶及び多結晶棒を同時に収納可能な引上チャンバ3と、この引上チャンバ3の上部に配置され複数本の引上単結晶及び原料多結晶棒を同時に吊下げ、かつ水平方向に移動可能な吊下げ装置9とを有し、この吊下げ装置9は、引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付けできる吊下げ機構11を具備する。また、これを用いたシリコン単結晶引上方法。
【選択図】 図1
【解決手段】本シリコン単結晶引上装置は、複数本の引上単結晶及び多結晶棒を同時に収納可能な引上チャンバ3と、この引上チャンバ3の上部に配置され複数本の引上単結晶及び原料多結晶棒を同時に吊下げ、かつ水平方向に移動可能な吊下げ装置9とを有し、この吊下げ装置9は、引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付けできる吊下げ機構11を具備する。また、これを用いたシリコン単結晶引上方法。
【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及びシリコン単結晶引上方法に係わり、特に1個の石英ルツボを用いて複数本の単結晶を引上げることができるシリコン単結晶引上装置及び引上方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路素子の基板には、主として高純度のシリコン基板が用いられている。このシリコン基板の製造方法の一つとして、石英ルツボ内に収納された原料融液から円柱状の単結晶を引上げるチョクラルスキー法(以下CZ法という)が用いられている。このCZ法においては、石英ルツボ内に原料多結晶を充填し、加熱ヒータにより原料を加熱溶解した後、シードチャックに取付けられたシードを融液に浸漬し、シードチャックを引上げて、単結晶を成長させる。
【0003】
近年は、半導体ウェーハの直径が大型化し、直径が8インチを超えるウェーハが要求されるようになり、単結晶の直径も8インチ以上のものが主流になっている。このため単結晶製造装置も大型化し、引上げ1サイクル当たりの処理量も増大する傾向にある。しかし、単結晶引上装置の大型化に伴って、単結晶成長工程における所要時間が長くなるとともに、その前後工程、例えば原料多結晶の溶解所要時間や、成長した単結晶を炉外に取出した後、炉部材が清掃可能な温度に下がるまでの冷却所要時間等も従来に比べて長くなっている。これらは単結晶の生産性を低下させる要因になっている。また石英ルツボは、1本の単結晶引上げ毎に新品と交換している。さらに、生産性の向上のために、1個の石英ルツボを用いて複数本の単結晶を引上げることが試みられており、その一つにリチャージ法がある。この方法は、融液から単結晶を引上げた後、ヒータ電源をOFFにすることなく、原料多結晶を再度チャージして溶解し、再度単結晶を成長させる工程を数回繰返す方法である。このリチャージ法は、炉内部品の冷却時間やチャンバ清掃時間等を数バッチ分省略することができ、また、通常は単結晶1本分の引上げ毎に1個必要とする石英ルツボも、数本の単結晶に対して1個の使用で済み、製造コストが低減することができる。
【0004】
しかしながら、この方法においては、例えば、特許文献1に記載されるように、単結晶の引上げ終了毎に、引上結晶を引上チャンバの上部に引上げ、下チャンバのゲートバルブを閉じて、引上チャンバを開き、引上結晶を外に取出し、しかる後、原料多結晶棒をセットし、雰囲気を調整してから、ゲートバルブを開き、これを溶解し2本目の結晶の引上げを行なわなければならず、手間がかかるとともに、ゲートバルブの開閉操作時の炉内の汚染による引上歩留の低下を招くおそれがあり、また、石英ガラスルツボの劣化寿命による引上歩留低下が避けられない(繰返し引上げ本数が制約される)。
【0005】
一方、リチャージ法あるいは追チャージ法において、多結晶棒を略々H字状の吊り具に吊るしてリチャージまたは追チャージする方法(特許文献2)があるが、この特許文献2のものは、引上チャンバを開くことなく、リチャージまたは追チャージを行えるが、引上げられた単結晶の炉内保管の配慮がなされていないので、引上チャンバを開き、引上結晶を外に取出さなければならない。
【0006】
【特許文献1】
特開平3−12385号公報(第3頁左欄上段第8〜同右欄5行、図2)
【0007】
【特許文献2】
特開平8−169795号公報(段落番号[0010]〜[0012]、図1、図3)
【0008】
【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、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法を提供することを目的とする。
【0009】
【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、チョクラルスキー法に用いられるシリコン単結晶引上装置において、複数本の引上単結晶及び多結晶棒を同時に収納可能な引上チャンバと、この引上チャンバの上部に配置され前記複数本の引上単結晶及び原料多結晶棒を同時に吊下げ、かつ水平方向に移動可能な吊下げ装置を有し、この吊下げ装置は、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付けできる吊下げ機構を具備す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、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上装置が実現される。
【0010】
好適な一例では、前記吊下げ機構は、引上チャンバを水平移動可能に貫通し吊下げ孔が形成された吊下げアームと、前記吊下げ孔に適宜係脱する係止ピンが設けられかつこのピンを介して前記吊下げアームに吊下げられるシードチャックを有し、このシードチャックの一端に引上ワイヤに取付けられた吊下げ治具に係合する吊下げフックが設けられ他端にシードが取付けられ、前記吊下げ孔と係止ピンを係脱することにより、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付け可能にする。これにより、引上終了毎に引上チャンバを開き、結晶を取出す操作を繰返すことなく、1個の石英ルツボから繰返し複数本のシリコン単結晶を連続的に引上げることが可能となり、また、引上終了毎に行われるゲートバルブの開閉操作と引上結晶の取出し操作が省略可能となり、稼働率が向上し、炉内の汚染が防止され、より良品率の高い引上が可能となる。また、引上げサイクル時間の短縮により石英ガラスルツボの劣化が軽減されるため、引上歩留が向上する。
【0011】
本発明の他の態様によれば、請求項1または2記載のシリコン単結晶引上装置を用い、引上げられた単結晶を引上ワイヤから取外し、しかる後吊下げ装置に吊下げられている多結晶棒を引上ワイヤに取付け、この多結晶棒を石英ルツボの残融液に浸して溶解し、引続きシリコン単結晶の引上成長を行い、1個の石英ルツボを用いて複数本のシリコン単結晶を連続的に引上げることを特徴とするシリコン単結晶引上方法が提供される。これにより、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上方法が実現される。
【0012】
【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。
【0013】
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。
【0014】
図1に示すように、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶引上装置としてのCZ法による単結晶引上装置1は、炉部材収納室2とこの炉部材収納室2の上方に連接して設けられた引上チャンバ3とで形成されている。炉部材収納室2内にはヒータ4により加熱され黒鉛ルツボ5に内装された石英ルツボ6が設けられており、この石英ルツボ6内で原料の多結晶が加熱溶解される。黒鉛ルツボ5は炉体7を貫通し、モータ(図示せず)に結合されて回転されるルツボ回転軸8に取付けられている。
【0015】
図1及び図2に示すように、引上チャンバ3は、扁平中空形状をなし、複数本の引上単結晶Ig及び多結晶棒Mを同時に収納可能な容積を有し、さらに、図1に示すように、引上チャンバ3には、引上単結晶Ig及び多結晶棒Mを吊るす吊下げ装置9が収容されており、この吊下げ装置9は、昇降自在な引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶Igまたは多結晶棒Mを取外しあるいは取付けできる吊下げ機構と、この吊下げ機構を水平方向に進退させる進退機構を有している。
【0016】
図3に示すように、吊下げ機構は複数、例えば3個の吊下げ孔13a(13a1、13a2、13a3)が形成された吊下げアーム13と、吊下げ孔13aに適宜係脱する係止ピン14aが設けられ、かつ、係止ピン14aを介して吊下げアーム13に吊下げ孔13aを貫通した状態で吊下げられるシードチャック14を有している。このシードチャック14の一端には、引上ワイヤ10に取付けられた鉤型の吊下げ治具10aに係合する鉤型の吊下げフック14bが設けられ、他端には、シード15が取付けられ、吊下げ孔13aと係止ピン14aを係脱することにより、引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶Igまたは多結晶棒Mを取外しあるいは取付け可能にしている。
【0017】
上記進退機構は、いずれも図示しないステッピングモータと吊下げアーム13を進退させるボールネジからなり、ステッピングモータを駆動させることにより、吊下げアーム13を進退させるようになっている。
【0018】
なお、上記においては、吊下げアームに複数の吊下げ孔を形成した例で説明したが、吊下げアームの強度が十分であれば、吊下げ孔は1個の連続孔とし、かつ、引上結晶または多結晶棒が勝手に移動するのを防止するためのピン係合溝を適宜の間隔で吊下げ孔と直交するように設けてもよい。
【0019】
図中符号16は引上ワイヤ10を巻上げる引上ワイヤ巻上げ装置、17及び18は覗き窓であり、19は隔壁であり、20は保温材である。
【0020】
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引上方法について説明する。
【0021】
引上チャンバ3を開放し、図1に示すように、予めシードチャックに取付けられた多結晶棒Mを図1中右側から2番目及び3番目の吊下げ孔13a2、13a3を用いて2本吊下げアーム13に吊るし、引上チャンバ3に収容、待機させる。多結晶Mの吊下げアーム13への吊下げは、図5(a)に示すように、吊下げ孔13aと係止ピン14aを直交させて、係合させることにより行う。
【0022】
ナゲット状多結晶を石英ルツボ6に装填し、さらに、図4(a)に示すように、吊下げアーム13に設けられた1番目の吊下げ孔13a1を貫通する引上ワイヤ10の吊下げ治具10aに、吊下げフック14bを係合させることにより、他端にシード15が取付けられたシードチャック14を吊るし、炉部材収納室2を気密状態にする。
【0023】
しかる後、単結晶引上装置1内を単結晶引上条件に適合させ、種結晶Sを石英ルツボ6中で溶融状態のシリコン融液Lに接触させて、シード15に単結晶Igを成長させる。単結晶Igが所定の長さに成長したら、図4(b)に示すように、引上ワイヤ巻上げ装置16を作動させて引上ワイヤ10を巻上げ、単結晶Igを引上げる。
【0024】
この引上げ工程において、作業者は覗き窓18から引上チャンバ3内を覗きながら、図4(c)に示すように、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、吊下げ孔13a1と係止ピン14aを同一方向にして、係止状態を回避させながら、係止ピン14aが吊下げ孔13a1を貫通して吊下げアーム13の上方に達すまで引上げる。上方に達したら、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、吊下げ孔13aと係止ピン14aを直交方向にし、再びシードチャック14を降下させる。図4(d)に示すように、吊下げ孔13a1と係止ピン14aは係合し、シードチャック14、シード15を介して引上単結晶Igは、吊下げアーム13に吊下げられた状態になる。図4(e)に示すように、吊下げ状態のまま吊下げ治具10aと吊下げフック14bとの係合状態を解除する。これにより、1本目の引上単結晶Igは完全に吊下げアーム13に吊下げられた状態になり、吊下げ治具10aは解放状態になる。
【0025】
進退機構を作動させ、1本目の引上単結晶Igが吊下げられた状態の吊下げアーム13を水平移動(後退)させて、図1に点線で示すような状態で引上チャンバ3に待機させる。
【0026】
一方、吊下げアーム13の移動により、図5(a)に示す状態で引上チャンバ3に待機していた1本目の多結晶棒Mを、引上ワイヤ10の吊下げ治具10aの真下に位置させる。作業者は覗き窓18から引上チャンバ3内を覗きながら、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、図5(b)に示すように、吊下げ治具10aと吊下げフック14bを係合状態にする。しかる後、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、図5(c)に示すように吊下げ孔13a2と係止ピン14aを同一方向にして、係止状態を回避させながら、図5(d)に示すように1本目の多結晶棒Mを石英ルツボ6の残余の融液と接触させ、徐々に溶解させる。溶解が完了したら、1本目の多結晶棒Mが取付けられていたシード15を用いて、2本目の単結晶Igを引上げる。
【0027】
以下同様の工程を繰返し、2本目の多結晶棒Mの溶解と3本目の引上げを行う。3本目の引上げが完了したら、引上チャンバ3を開放して、1度に3本の単結晶Igを取出し、一連の引上げ工程は終了する。
【0028】
上述のような本実施形態のシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法によれば、従来のリチャージ方法で行われていた引上終了毎に引上チャンバを開き、結晶を取出す操作を繰返すことなく、1個の石英ルツボから繰返しリチャージしながらシリコン単結晶を連続的に引上げることが可能となった。また、従来のように結晶引上終了毎に行われるゲートバルブの開閉操作と引上結晶の取出し操作が省略可能となり、従来に比して稼働率が向上し、かつ上記開閉及び取出し操作に起因する炉内の汚染が防止され、より良品率の高い引上が可能となる。
【0029】
【実施例】
試験1: 本発明に係わるシリコン単結晶引上装置を用い、直径18インチの石英ルツポに約40Kgのシリコン原料を装填、溶解し、かつ、吊り下げ装置には約40Kgの多結晶原料棒を2本吊下げた状態で、1本目の結晶を約30Kg引上げた。この引上結晶を引上チャンバの上部に引上げて、図5に示す方法で引上ワイヤから切離し、吊下げ装置のアームに吊下げ保持した。次に、図6に示す方法で、吊下げ装置に吊下げられている多結晶棒を引上ワイヤに取付け、この多結晶棒を石英ルツボに残っている約10Kgの残液に浸し溶解した。2本目のシリコン単結晶を約30Kg引上げ成長させた。さらに、上記方法と同じ操作を行い2本目の多結晶棒を溶解し3本目のシリコン単結晶を約35Kg引上げ成長した。その後、通常のバッジ方式の引上方法と同様にして、加熱ヒータの電源を切り、引上結晶を冷却し、引上チャンバを開き、3本の引上単結晶を取出した。
【0030】
これに対して、従来のリチャージ方法で3本のシリコン単結晶の引上げを試みたが、2本の良品単結晶の引上げはできたが、3本目の引上げにおいて、炉内の汚れ、石英ルツボの変形劣化等により良品の単結晶が得られなかった。なお、各引上げ開始前に、ドープ剤を原料融液に投入溶解し、引上結晶の比抵抗を調整した。
【0031】
試験2: 試験1と同様の方法により直径24インチの石英ルツボに約120kgのシリコン原料を溶解し、融液に磁場を印加した状態で8インチのシリコン単結晶の引上げを試み、3本のシリコン単結晶を得ることができた。
【0032】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法によれば、引上歩留及び稼働率がより高いシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図。
【図2】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図。
【図3】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ機構の斜視図。
【図4】(a)〜(e)は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ孔と係止ピンの単結晶引上げ時の係脱状態を示す斜視図。
【図5】(a)〜(d)は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ孔と係止ピンの多結晶溶解時の係脱状態を示す斜視図。
【符号の説明】
1 単結晶引上装置
2 炉部材収納室
3 引上チャンバ
4 ヒータ
5 黒鉛ルツボ
6 石英ルツボ
7 炉体
8 ルツボ回転軸
9 吊下げ装置
10 引上ワイヤ
10a 吊下げ治具
13 吊下げアーム
13a 吊下げ孔
14 シードチャック
14a 係止ピン
14b 吊下げフック
15 シード
16 引上ワイヤ巻上げ装置
17,18 覗き窓
【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及びシリコン単結晶引上方法に係わり、特に1個の石英ルツボを用いて複数本の単結晶を引上げることができるシリコン単結晶引上装置及び引上方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路素子の基板には、主として高純度のシリコン基板が用いられている。このシリコン基板の製造方法の一つとして、石英ルツボ内に収納された原料融液から円柱状の単結晶を引上げるチョクラルスキー法(以下CZ法という)が用いられている。このCZ法においては、石英ルツボ内に原料多結晶を充填し、加熱ヒータにより原料を加熱溶解した後、シードチャックに取付けられたシードを融液に浸漬し、シードチャックを引上げて、単結晶を成長させる。
【0003】
近年は、半導体ウェーハの直径が大型化し、直径が8インチを超えるウェーハが要求されるようになり、単結晶の直径も8インチ以上のものが主流になっている。このため単結晶製造装置も大型化し、引上げ1サイクル当たりの処理量も増大する傾向にある。しかし、単結晶引上装置の大型化に伴って、単結晶成長工程における所要時間が長くなるとともに、その前後工程、例えば原料多結晶の溶解所要時間や、成長した単結晶を炉外に取出した後、炉部材が清掃可能な温度に下がるまでの冷却所要時間等も従来に比べて長くなっている。これらは単結晶の生産性を低下させる要因になっている。また石英ルツボは、1本の単結晶引上げ毎に新品と交換している。さらに、生産性の向上のために、1個の石英ルツボを用いて複数本の単結晶を引上げることが試みられており、その一つにリチャージ法がある。この方法は、融液から単結晶を引上げた後、ヒータ電源をOFFにすることなく、原料多結晶を再度チャージして溶解し、再度単結晶を成長させる工程を数回繰返す方法である。このリチャージ法は、炉内部品の冷却時間やチャンバ清掃時間等を数バッチ分省略することができ、また、通常は単結晶1本分の引上げ毎に1個必要とする石英ルツボも、数本の単結晶に対して1個の使用で済み、製造コストが低減することができる。
【0004】
しかしながら、この方法においては、例えば、特許文献1に記載されるように、単結晶の引上げ終了毎に、引上結晶を引上チャンバの上部に引上げ、下チャンバのゲートバルブを閉じて、引上チャンバを開き、引上結晶を外に取出し、しかる後、原料多結晶棒をセットし、雰囲気を調整してから、ゲートバルブを開き、これを溶解し2本目の結晶の引上げを行なわなければならず、手間がかかるとともに、ゲートバルブの開閉操作時の炉内の汚染による引上歩留の低下を招くおそれがあり、また、石英ガラスルツボの劣化寿命による引上歩留低下が避けられない(繰返し引上げ本数が制約される)。
【0005】
一方、リチャージ法あるいは追チャージ法において、多結晶棒を略々H字状の吊り具に吊るしてリチャージまたは追チャージする方法(特許文献2)があるが、この特許文献2のものは、引上チャンバを開くことなく、リチャージまたは追チャージを行えるが、引上げられた単結晶の炉内保管の配慮がなされていないので、引上チャンバを開き、引上結晶を外に取出さなければならない。
【0006】
【特許文献1】
特開平3−12385号公報(第3頁左欄上段第8〜同右欄5行、図2)
【0007】
【特許文献2】
特開平8−169795号公報(段落番号[0010]〜[0012]、図1、図3)
【0008】
【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、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法を提供することを目的とする。
【0009】
【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、チョクラルスキー法に用いられるシリコン単結晶引上装置において、複数本の引上単結晶及び多結晶棒を同時に収納可能な引上チャンバと、この引上チャンバの上部に配置され前記複数本の引上単結晶及び原料多結晶棒を同時に吊下げ、かつ水平方向に移動可能な吊下げ装置を有し、この吊下げ装置は、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付けできる吊下げ機構を具備す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、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上装置が実現される。
【0010】
好適な一例では、前記吊下げ機構は、引上チャンバを水平移動可能に貫通し吊下げ孔が形成された吊下げアームと、前記吊下げ孔に適宜係脱する係止ピンが設けられかつこのピンを介して前記吊下げアームに吊下げられるシードチャックを有し、このシードチャックの一端に引上ワイヤに取付けられた吊下げ治具に係合する吊下げフックが設けられ他端にシードが取付けられ、前記吊下げ孔と係止ピンを係脱することにより、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付け可能にする。これにより、引上終了毎に引上チャンバを開き、結晶を取出す操作を繰返すことなく、1個の石英ルツボから繰返し複数本のシリコン単結晶を連続的に引上げることが可能となり、また、引上終了毎に行われるゲートバルブの開閉操作と引上結晶の取出し操作が省略可能となり、稼働率が向上し、炉内の汚染が防止され、より良品率の高い引上が可能となる。また、引上げサイクル時間の短縮により石英ガラスルツボの劣化が軽減されるため、引上歩留が向上する。
【0011】
本発明の他の態様によれば、請求項1または2記載のシリコン単結晶引上装置を用い、引上げられた単結晶を引上ワイヤから取外し、しかる後吊下げ装置に吊下げられている多結晶棒を引上ワイヤに取付け、この多結晶棒を石英ルツボの残融液に浸して溶解し、引続きシリコン単結晶の引上成長を行い、1個の石英ルツボを用いて複数本のシリコン単結晶を連続的に引上げることを特徴とするシリコン単結晶引上方法が提供される。これにより、引上歩留及び稼働率のより高いシリコン単結晶引上方法が実現される。
【0012】
【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。
【0013】
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。
【0014】
図1に示すように、本発明に係わる半導体単結晶の製造方法に用いられる単結晶引上装置としてのCZ法による単結晶引上装置1は、炉部材収納室2とこの炉部材収納室2の上方に連接して設けられた引上チャンバ3とで形成されている。炉部材収納室2内にはヒータ4により加熱され黒鉛ルツボ5に内装された石英ルツボ6が設けられており、この石英ルツボ6内で原料の多結晶が加熱溶解される。黒鉛ルツボ5は炉体7を貫通し、モータ(図示せず)に結合されて回転されるルツボ回転軸8に取付けられている。
【0015】
図1及び図2に示すように、引上チャンバ3は、扁平中空形状をなし、複数本の引上単結晶Ig及び多結晶棒Mを同時に収納可能な容積を有し、さらに、図1に示すように、引上チャンバ3には、引上単結晶Ig及び多結晶棒Mを吊るす吊下げ装置9が収容されており、この吊下げ装置9は、昇降自在な引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶Igまたは多結晶棒Mを取外しあるいは取付けできる吊下げ機構と、この吊下げ機構を水平方向に進退させる進退機構を有している。
【0016】
図3に示すように、吊下げ機構は複数、例えば3個の吊下げ孔13a(13a1、13a2、13a3)が形成された吊下げアーム13と、吊下げ孔13aに適宜係脱する係止ピン14aが設けられ、かつ、係止ピン14aを介して吊下げアーム13に吊下げ孔13aを貫通した状態で吊下げられるシードチャック14を有している。このシードチャック14の一端には、引上ワイヤ10に取付けられた鉤型の吊下げ治具10aに係合する鉤型の吊下げフック14bが設けられ、他端には、シード15が取付けられ、吊下げ孔13aと係止ピン14aを係脱することにより、引上ワイヤ10に吊下げられている引上結晶Igまたは多結晶棒Mを取外しあるいは取付け可能にしている。
【0017】
上記進退機構は、いずれも図示しないステッピングモータと吊下げアーム13を進退させるボールネジからなり、ステッピングモータを駆動させることにより、吊下げアーム13を進退させるようになっている。
【0018】
なお、上記においては、吊下げアームに複数の吊下げ孔を形成した例で説明したが、吊下げアームの強度が十分であれば、吊下げ孔は1個の連続孔とし、かつ、引上結晶または多結晶棒が勝手に移動するのを防止するためのピン係合溝を適宜の間隔で吊下げ孔と直交するように設けてもよい。
【0019】
図中符号16は引上ワイヤ10を巻上げる引上ワイヤ巻上げ装置、17及び18は覗き窓であり、19は隔壁であり、20は保温材である。
【0020】
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引上方法について説明する。
【0021】
引上チャンバ3を開放し、図1に示すように、予めシードチャックに取付けられた多結晶棒Mを図1中右側から2番目及び3番目の吊下げ孔13a2、13a3を用いて2本吊下げアーム13に吊るし、引上チャンバ3に収容、待機させる。多結晶Mの吊下げアーム13への吊下げは、図5(a)に示すように、吊下げ孔13aと係止ピン14aを直交させて、係合させることにより行う。
【0022】
ナゲット状多結晶を石英ルツボ6に装填し、さらに、図4(a)に示すように、吊下げアーム13に設けられた1番目の吊下げ孔13a1を貫通する引上ワイヤ10の吊下げ治具10aに、吊下げフック14bを係合させることにより、他端にシード15が取付けられたシードチャック14を吊るし、炉部材収納室2を気密状態にする。
【0023】
しかる後、単結晶引上装置1内を単結晶引上条件に適合させ、種結晶Sを石英ルツボ6中で溶融状態のシリコン融液Lに接触させて、シード15に単結晶Igを成長させる。単結晶Igが所定の長さに成長したら、図4(b)に示すように、引上ワイヤ巻上げ装置16を作動させて引上ワイヤ10を巻上げ、単結晶Igを引上げる。
【0024】
この引上げ工程において、作業者は覗き窓18から引上チャンバ3内を覗きながら、図4(c)に示すように、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、吊下げ孔13a1と係止ピン14aを同一方向にして、係止状態を回避させながら、係止ピン14aが吊下げ孔13a1を貫通して吊下げアーム13の上方に達すまで引上げる。上方に達したら、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、吊下げ孔13aと係止ピン14aを直交方向にし、再びシードチャック14を降下させる。図4(d)に示すように、吊下げ孔13a1と係止ピン14aは係合し、シードチャック14、シード15を介して引上単結晶Igは、吊下げアーム13に吊下げられた状態になる。図4(e)に示すように、吊下げ状態のまま吊下げ治具10aと吊下げフック14bとの係合状態を解除する。これにより、1本目の引上単結晶Igは完全に吊下げアーム13に吊下げられた状態になり、吊下げ治具10aは解放状態になる。
【0025】
進退機構を作動させ、1本目の引上単結晶Igが吊下げられた状態の吊下げアーム13を水平移動(後退)させて、図1に点線で示すような状態で引上チャンバ3に待機させる。
【0026】
一方、吊下げアーム13の移動により、図5(a)に示す状態で引上チャンバ3に待機していた1本目の多結晶棒Mを、引上ワイヤ10の吊下げ治具10aの真下に位置させる。作業者は覗き窓18から引上チャンバ3内を覗きながら、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、図5(b)に示すように、吊下げ治具10aと吊下げフック14bを係合状態にする。しかる後、引上ワイヤ巻上げ装置16を制御して、図5(c)に示すように吊下げ孔13a2と係止ピン14aを同一方向にして、係止状態を回避させながら、図5(d)に示すように1本目の多結晶棒Mを石英ルツボ6の残余の融液と接触させ、徐々に溶解させる。溶解が完了したら、1本目の多結晶棒Mが取付けられていたシード15を用いて、2本目の単結晶Igを引上げる。
【0027】
以下同様の工程を繰返し、2本目の多結晶棒Mの溶解と3本目の引上げを行う。3本目の引上げが完了したら、引上チャンバ3を開放して、1度に3本の単結晶Igを取出し、一連の引上げ工程は終了する。
【0028】
上述のような本実施形態のシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法によれば、従来のリチャージ方法で行われていた引上終了毎に引上チャンバを開き、結晶を取出す操作を繰返すことなく、1個の石英ルツボから繰返しリチャージしながらシリコン単結晶を連続的に引上げることが可能となった。また、従来のように結晶引上終了毎に行われるゲートバルブの開閉操作と引上結晶の取出し操作が省略可能となり、従来に比して稼働率が向上し、かつ上記開閉及び取出し操作に起因する炉内の汚染が防止され、より良品率の高い引上が可能となる。
【0029】
【実施例】
試験1: 本発明に係わるシリコン単結晶引上装置を用い、直径18インチの石英ルツポに約40Kgのシリコン原料を装填、溶解し、かつ、吊り下げ装置には約40Kgの多結晶原料棒を2本吊下げた状態で、1本目の結晶を約30Kg引上げた。この引上結晶を引上チャンバの上部に引上げて、図5に示す方法で引上ワイヤから切離し、吊下げ装置のアームに吊下げ保持した。次に、図6に示す方法で、吊下げ装置に吊下げられている多結晶棒を引上ワイヤに取付け、この多結晶棒を石英ルツボに残っている約10Kgの残液に浸し溶解した。2本目のシリコン単結晶を約30Kg引上げ成長させた。さらに、上記方法と同じ操作を行い2本目の多結晶棒を溶解し3本目のシリコン単結晶を約35Kg引上げ成長した。その後、通常のバッジ方式の引上方法と同様にして、加熱ヒータの電源を切り、引上結晶を冷却し、引上チャンバを開き、3本の引上単結晶を取出した。
【0030】
これに対して、従来のリチャージ方法で3本のシリコン単結晶の引上げを試みたが、2本の良品単結晶の引上げはできたが、3本目の引上げにおいて、炉内の汚れ、石英ルツボの変形劣化等により良品の単結晶が得られなかった。なお、各引上げ開始前に、ドープ剤を原料融液に投入溶解し、引上結晶の比抵抗を調整した。
【0031】
試験2: 試験1と同様の方法により直径24インチの石英ルツボに約120kgのシリコン原料を溶解し、融液に磁場を印加した状態で8インチのシリコン単結晶の引上げを試み、3本のシリコン単結晶を得ることができた。
【0032】
【発明の効果】
本発明に係わるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法によれば、引上歩留及び稼働率がより高いシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶引上方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図。
【図2】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置の概念図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図。
【図3】本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ機構の斜視図。
【図4】(a)〜(e)は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ孔と係止ピンの単結晶引上げ時の係脱状態を示す斜視図。
【図5】(a)〜(d)は本発明に係わるシリコン単結晶引上装置に用いられる吊下げ孔と係止ピンの多結晶溶解時の係脱状態を示す斜視図。
【符号の説明】
1 単結晶引上装置
2 炉部材収納室
3 引上チャンバ
4 ヒータ
5 黒鉛ルツボ
6 石英ルツボ
7 炉体
8 ルツボ回転軸
9 吊下げ装置
10 引上ワイヤ
10a 吊下げ治具
13 吊下げアーム
13a 吊下げ孔
14 シードチャック
14a 係止ピン
14b 吊下げフック
15 シード
16 引上ワイヤ巻上げ装置
17,18 覗き窓
Claims (3)
- チョクラルスキー法に用いられるシリコン単結晶引上装置において、複数本の引上単結晶及び多結晶棒を同時に収納可能な引上チャンバと、この引上チャンバの上部に配置され前記複数本の引上単結晶及び原料多結晶棒を同時に吊下げ、かつ水平方向に移動可能な吊下げ装置を有し、この吊下げ装置は、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付けできる吊下げ機構を具備することを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
- 前記吊下げ機構は、引上チャンバを水平移動可能に貫通し吊下げ孔が形成された吊下げアームと、前記吊下げ孔に適宜係脱する係止ピンが設けられかつこのピンを介して前記吊下げアームに吊下げられるシードチャックを有し、このシードチャックの一端に引上ワイヤに取付けられた吊下げ治具に係合する吊下げフックが設けられ他端にシードが取付けられ、前記吊下げ孔と係止ピンを係脱することにより、引上ワイヤに吊下げられている引上結晶または多結晶棒を取外しあるいは取付け可能にしたことを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶引上装置。
- 請求項1または2記載のシリコン単結晶引上装置を用い、引上げられた単結晶を引上ワイヤから取外し、しかる後吊下げ装置に吊下げられている多結晶棒を引上ワイヤに取付け、この多結晶棒を石英ルツボの残融液に浸して溶解し、引続きシリコン単結晶の引上成長を行い、1個の石英ルツボを用いて複数本のシリコン単結晶を連続的に引上げることを特徴とするシリコン単結晶引上方法。
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WO2010061560A1 (ja) | 2008-11-25 | 2010-06-03 | 三菱マテリアルテクノ株式会社 | 結晶成長装置及び結晶成長方法 |
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2003
- 2003-05-13 JP JP2003134858A patent/JP2004338978A/ja active Pending
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