JP2007204306A - 単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単結晶引上後の原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、作業時間を短縮して効率的に原料シリコンを充填することのできる単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法を提供する。
【解決手段】ルツボ３を収容する第一のチャンバ２と、第一のチャンバ２上に連結して設けられ、原料シリコンＬが装填された供給容器をセットするための第二のチャンバ１２と、第二のチャンバ１２内から第一のチャンバ２に移送されて第一のチャンバ２内に保持され、原料シリコンＬをルツボ３内に供給する第一の供給容器１３と、第二のチャンバ１２内から第一のチャンバ２内に移送されて第一の供給容器１３内に装着され、原料シリコンＬをルツボ３内に供給する第二の供給容器とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置及びルツボに原料シリコンを充填する充填方法に関する。

シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。

図１６に示すように、従来のＣＺ法を用いた引上げ法は、先ず、石英ガラスルツボ５１に原料シリコンを装填し、ヒータ５２により加熱してシリコン融液Ｍとする。しかる後、引上げ用のワイヤ５０に取り付けられた種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させてシリコン結晶Ｃを引上げる。

一般に、引上げ開始に先立ち、シリコン融液Ｍの温度が安定した後、図１７に示すように、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させて種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させることで発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去する不可欠の工程である。このネッキングによりネック部Ｐ１が形成される。また、このネック部Ｐ１は、一般的に、直径が３〜４ｍｍで、その長さが３０〜４０ｍｍ以上必要とされている。

また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。
尚、このＣＺ法を用いたシリコン単結晶の製造方法については、例えば特許文献１に記載されている。

ところで、一台の単結晶引上装置において複数のシリコン単結晶を連続して製造する場合、従来は、育成した単結晶を炉外へ取り出した後、ヒータの加熱を停止して炉内を冷却し、石英ガラスルツボに新たに原料シリコンを投入するプロセスを実施していた。
しかしながら、この場合、ルツボ中にシリコン融液が残ったまま融液が冷却され凝固すると、凝固時の膨張によりルツボが破断する虞があった。

このような課題を解決するため、一つの単結晶の製造工程が終了した後、炉内を冷却せずに、ルツボ中の融液の凝固を防ぎながら次の単結晶製造のための原料シリコンの再投入を行い、原料シリコンを溶融して、再度、単結晶を引上げる方法が提案されている。
その具体的方法として、例えば、図１８（ａ）に示すように、底蓋に透明石英を用いた中吊り式のホッパー６０に、小さい塊状の原料シリコンＬを装填し、図１８（ｂ）に示すように底蓋６１を降下させて原料シリコンＬをルツボ６２内に追加投入する方法があげられる。

この方法によれば、充填される各原料シリコンＬは小さい塊状であるため容易に溶融し、また融液表面を固化させた状態で原料シリコンＬを投入すれば融液が飛び跳ねることがない。したがって、原料シリコンＬの連続供給が可能であり、比較的短時間で効率よく充填作業を行うことができる。
特開２００５−９７０４９号公報

ところで、近年においては、製造する単結晶の大型化に伴い、単結晶を育成するためにルツボ内に充填すべき原料シリコンの必要量が多くなっている。
しかしながら、図１８に示すようなホッパー６０を用いた場合、一回の充填量では必要量に満たず、複数回に亘り連続して充填作業を行う必要があった。即ち、図１８に示す装置にあっては、ホッパー６０の入れ替え作業が必要となり、その度に炉内ガス置換等の作業が必要となり、効率的な充填作業が望めなかった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、単結晶引上後の原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、作業時間を短縮して効率的に原料シリコンを充填することのできる単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置は、チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記ルツボを収容する第一のチャンバと、前記第一のチャンバ上に連結して設けられ、原料シリコンが装填された供給容器をセットするための第二のチャンバと、前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバに移送されて該第一のチャンバ内に保持され、原料シリコンを前記ルツボ内に供給する第一の供給容器と、前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバ内に移送されて前記第一の供給容器内に装着され、原料シリコンを前記ルツボ内に供給する第二の供給容器とを備えることに特徴を有する。
尚、前記供給容器は、底蓋を開くことにより原料シリコンを下方に放出するホッパーであって、前記第二の供給容器の胴径は、前記第一の供給容器の胴径よりも小さく形成されていることが望ましい。

このような構成によれば、原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、第一の供給容器からの充填作業後、第一の供給容器を取り外さず、第一の供給容器に第二の供給容器を装着することにより、連続的に充填作業を行うことができる。即ち、供給容器の交換作業時間を短縮することができ、作業効率を大幅に向上することができる。

また、開閉動作により前記第一のチャンバと第二のチャンバとを連結または遮断し、閉じた状態で相互のチャンバ内雰囲気を完全に遮断するゲート手段を備えることが望ましい。
このようなゲート手段を設けることにより、第一のチャンバと第二のチャンバとを遮断することができ、第一のチャンバ内を所定の雰囲気に維持したまま、第二のチャンバに第二の供給容器をセットすることができ、直ぐに第二の供給容器を第一のチャンバ内に移送することができる。即ち、第一のチャンバ内の雰囲気を所定の雰囲気とする作業を省くことができ、作業時間を短縮することができる。

また、本発明に係る原料シリコン充填方法は、前記単結晶引上装置において、チョクラルスキー法によって前記ルツボから単結晶を引上げ後、前記ルツボに原料シリコンを充填する原料シリコン充填方法であって、前記第二のチャンバから、前記第一の供給容器を前記第一のチャンバ内に移送し保持するステップと、前記第二の供給容器を前記第二のチャンバ内にセットすると共に、前記第一の供給容器から原料シリコンを前記ルツボ内に供給するステップと、前記第二の供給容器を、前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバ内に移送し、第一のチャンバ内において保持された前記第一の供給容器内に装着するステップと、前記第二の供給容器から原料シリコンを前記ルツボ内に供給するステップとを実行することに特徴を有する。

このようなステップを実行する方法によれば、原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、第一の供給容器からの充填作業後、第一の供給容器を取り外さず、第一の供給容器に第二の供給容器を装着することにより、連続的に充填作業を行うことができる。即ち、供給容器の交換作業時間を短縮することができ、作業効率を大幅に向上することができる。

また、前記第二のチャンバから前記第一の供給容器を前記第一のチャンバ内に移送し保持するステップの後、第一のチャンバと第二のチャンバとの間を、ゲートを閉じて遮断するステップを実行し、第二の供給容器を前記第二のチャンバ内にセットするステップにおいて、第二の供給容器を第二のチャンバ内に搬入するステップと、第二のチャンバ内の雰囲気を第一のチャンバ内と同様の雰囲気に置換するステップとを実行し、前記第二の供給容器を、前記第二のチャンバ内から第一のチャンバ内に移送する前に、前記ゲートを開き、第一のチャンバと第二のチャンバとを連結するステップを実行することが望ましい。

このようにすれば、第一のチャンバ内を所定の雰囲気に維持したまま、第二のチャンバに第二の供給容器をセットすることができ、直ぐに第二の供給容器を第一のチャンバ内に移送することができる。これにより、第一のチャンバ内の雰囲気を所定の雰囲気とする作業を省くことができ、作業時間を短縮することができる。

本発明によれば、単結晶引上後の原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、作業時間を短縮して効率的に原料シリコンを充填することのできる単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法を得ることができる。

以下、本発明に係る単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法の実施の形態について図面に基づき説明する。先ず、本発明に係る単結晶引上装置の単結晶引上工程について説明する。図１は、単結晶引上工程における単結晶引上装置の縦断面図である。
図１に示す単結晶引上装置１は、メインチャンバ２ａの上にサブチャンバ２ｂを重ねて形成された炉体（第一のチャンバ）２と、炉体２内に設けられた石英ガラスルツボ３と、石英ガラスルツボ３に装填された半導体原料（原料シリコン）を溶融して融液Ｍとするヒータ４とを有している。

図１において、サブチャンバ２ｂ上端には引上チャンバ５が嵌合して設けられ、この引上チャンバ５の上には引上げ機構６が設けられている。引上げ機構６は、モータ駆動される巻取り機構６ａと、この巻取り機構６ａに巻き上げられる引上げワイヤ６ｂとを有し、このワイヤ６ｂの先端に種結晶Ｐが取り付けられている。
また、サブチャンバ２ｂの上端付近には、炉体２内を密閉すると共に引上げられた単結晶の落下防止手段としても機能する開閉自在なゲート７と、ゲート７を開閉駆動させるゲート駆動部７ａとがゲート手段として設けられている。

また、図１に示すように単結晶引上装置１は、シリコン融液Ｍの温度を制御するヒータ４の供給電力量を制御するヒータ制御部４ａと、石英ガラスルツボ３を回転させるモータ８と、モータ８の回転数を制御するモータ制御部８ａとを備えている。さらには、石英ガラスルツボ３の高さを制御する昇降装置９と、昇降装置９を制御する昇降装置制御部９ａと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部１０とを備えている。尚、これら各制御部４ａ、８ａ、９ａ、１０とゲート駆動部７ａとはコンピュータ１１の演算制御装置１１ｂに接続されている。

単結晶育成工程においてこのように構成される単結晶引上装置１においては、最初に石英ガラスルツボ３に原料シリコンを装填し、コンピュータ１１の記憶装置１１ａに記憶されたプログラムに基づき、以下のように結晶育成工程が開始される。
先ず、演算制御装置１１ｂの指令によりヒータ制御部４ａを作動させてヒータ４を加熱し、石英ガラスルツボ３の原料シリコンが溶融され、融液Ｍとなされる。

さらに、演算制御装置１１ｂの指令によりモータ制御部８ａと、昇降装置制御部９ａと、ワイヤリール回転装置制御部１０とが作動し、石英ガラスルツボ３が回転すると共に、巻取り機構６ａが作動してワイヤ６ｂが降ろされる。そして、ワイヤ６ｂに取付けられた種結晶Ｐがシリコン融液Ｍに接触され、種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部Ｐ１が形成される。

しかる後、演算制御装置１０ｂの指令によりヒータ４への供給電力や、単結晶引上げ速度（通常、毎分数ミリの速度）などをパラメータとして引上げ条件が調整され、クラウン工程、直胴工程、テール部工程等の単結晶引上工程が順に行われる。
そして、育成された単結晶Ｃが引上チャンバ５の位置まで引上げられると、演算制御装置１１ｂの指令によりゲート駆動部７ａが駆動しゲート７が閉じられ、単結晶Ｃがルツボ３内に落下しないようになされる。

単結晶育成工程の後、引き続き新たに単結晶を育成する場合には、残融液が減少したルツボ３に原料シリコンを充填する原料シリコン充填工程が行われる。図２は、原料シリコン充填工程における単結晶引上装置の縦断面図である。この原料シリコン充填工程においては、図２に示すように、引上チャンバ５に換えて、サブチャンバ２ｂの上端にリチャージ用チャンバ（第二のチャンバ）１２が嵌合して設けられる。
また、原料シリコン充填工程の開始時においては、図２に示すようにリチャージ用チャンバ１２の内部に、小さな塊状（または粒状）の原料シリコンＬが装填された石英管容器であるベースホッパー（第一の供給容器）１３がセットされる。このベースホッパー１３は、上下端が開口した円筒状のホッパー本体１４と、その下端の開口を塞ぐ円錐形状の底蓋１５とからなる。

図３（ａ）は、ホッパー本体１４の側面図であり、図３（ｂ）はその平面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、ホッパー本体１４の内部中央には上下端が開口したワイヤ導管１４ａが鉛直方向に設けられている。このワイヤ導管１４ａは、その下端部が、ホッパー本体１４の円筒部下端から中央に向け延設された複数（図では２本）の棒状の支持部材１４ｂの先端に接続され、これにより直立状態に支持されている。尚、支持部材１４ｂは、図示するように水平面に対し角度θ１傾斜するように設けられている。

また、ホッパー本体１４の上端周縁には円環状の突起部１４ｃが形成され、この突起部１４ｃは、後述するようにベースホッパー１３が炉体２内に移送された際に、図２に示すようにサブチャンバ２ｂの内周面に形成された突起部２ｃ上に係止するようになされている。

また、図４は、底蓋１５の縦断面図である。底蓋１５は、底面部が開口した円錐形状であって、底面部に対するテーパー面の傾斜角は角度θ１に形成され、その底面部（円状の下端部）の直径はホッパー本体１４下端の円筒部直径よりも大きく形成されている。即ち、図２に示すように、底蓋１５がホッパー本体１４の下端に係合し密着した状態で、ホッパー本体１４の下方開口部が完全に塞がるようになされている。

また、底蓋１５の中心には、鉛直方向に貫通孔１５ａが形成され、この貫通孔１５ａにワイヤ１６が上下動自在に挿通されている。ワイヤ１６の下端には貫通孔１５の直径よりも大きい直径を有する球状の下端ストッパ１７が設けられている。即ち、底蓋１５に対しワイヤ１６を上方に移動させると、下端ストッパ１７が底蓋１５の内側天井部に係止するようになされている。
一方、ワイヤ１６の上端には円板状の上端ストッパ１８が接続されて設けられる。ワイヤ１６は、図２に示すようにワイヤ導管１４ａの上端から下端に亘り挿通され、ワイヤ導管１４ａの上端から突出したワイヤ１６に対し上端ストッパ１８が取り付けられている。

ワイヤ１６における上端ストッパ１８と下端ストッパ１７との間の距離寸法は、ワイヤ導管１４ａの全長よりも長く形成され、上端ストッパ１８の直径は、ワイヤ導管１４ａの直径よりも大きく形成されている。
即ち、底蓋１５を下方で支持しない場合、底蓋１５の自重により下方へ荷重が働き、図５に示すように、上端ストッパ１８がワイヤ導管１４ａの上端に係止して底蓋１５がワイヤ１６によってぶら下がる状態となる。このとき、ホッパー本体１４下端と底蓋１５との間には間隙が形成されて蓋が開いた状態となり、その間隙から塊状の原料シリコンＬが下方に放出されるように構成されている。

また、図２に示すように、リチャージ用チャンバ１２内には、前記上端ストッパ１８を把持することが可能なアーム手段２０が設けられる。このアーム手段２０は、ワイヤ２０ａの操作により開閉自在になされた爪状のアーム部２０ｂと、アーム部２０ｂを保持しワイヤ２０ｃの操作によりアーム部２０ｂと共に上下移動可能なアーム保持部２０ｄとを有する。また、ワイヤ２０ａ、２０ｃの駆動はアーム駆動制御部２０ｅにより制御され、さらに、このアーム駆動制御部２０ｅは、図１に示した演算制御装置１０ｂの指令により動作するようになされている。

また、本発明に係る単結晶引上装置１は、図６に示すインナーホッパー（第二の供給容器）２５を有し、このインナーホッパー２５は原料シリコンＬが全て放出された後のベースホッパー１３内に装着可能になされている。インナーホッパー２５内には塊状の原料シリコンＬが装填可能であり、さらに、その原料シリコンＬをルツボ３内に放出して充填できるようになされている。

インナーホッパー２５は、ベースホッパー１３と略同様の構造を有し、原料シリコンＬが装填されるホッパー本体２６に対し、底蓋２７が２本のワイヤ２８により上下方向に移動できるよう設けられている。２本のワイヤ２８の上端には、円板状の上端ストッパ２９が接続され、図６（ａ）に示すようにワイヤ導管２６ａの上端で上端ストッパ２９が係止し、底蓋２７が下降して蓋が開くようになされている。
一方、上端ストッパ２９を上方に引上げると、図６（ｂ）に示すようにワイヤ２８が上方に移動し底蓋２７がホッパー本体２６の下端の支持部材２６ｂに密着して、蓋が閉じた状態となるように構成されている。

また、ホッパー本体２６の上端周縁には円環状の突起部２６ｃが形成され、インナーホッパー２５がベースホッパー１３に装着された際に、ベースホッパー１３の上端周縁の突起部１４ｃ上に係止するようになされている。
尚、前記突起部２６ｃを除くホッパー本体２６の胴径（外径）は、ベースホッパー１３の胴径（内径）よりも小さく形成され、ワイヤ導管２６ａの胴径（内径）は、ベースホッパー１３のワイヤ導管１４ａの胴径（外径）及び上端ストッパ１８の直径よりも大きく形成されている。

また、円錐形状の底蓋２７の中心には、貫通孔２７ａが形成され、この貫通孔２７ａの直径は、ベースホッパー１３のワイヤ導管１４ａの胴径（外径）及び上端ストッパ１８の直径よりも大きく形成されている。また、この貫通孔２７ａの両端にワイヤ２８の下端が接続されている。

このように構成されたインナーホッパー２５をベースホッパー１３に装着する際には、図７に示すようにベースホッパー１３の底蓋１５が開いた状態で、ベースホッパー１３の上側からインナーホッパー２５を挿入する。即ち、ベースホッパー１３のホッパー本体１４内にインナーホッパー２５のホッパー本体２６を挿入すると共に、インナーホッパー２５のワイヤ導管２６ａ内にベースホッパー１３のワイヤ導管１４ａを挿入する。

そして、図８に示すようにベースホッパー１３内にインナーホッパー２５を完全に装着した状態では、ベースホッパー１３の突起部１４ｃ上にインナーホッパー２５の突起部２６ｃが係止し、これによりベースのホッパー本体１４に対しインナーのホッパー本体２６が固定される。

また、ベースホッパー１３の上端ストッパ２８上にインナーホッパー２５の上端ストッパ２９が係止し、これにより底蓋２７下降して蓋が開いた状態となる。尚、ベースホッパー１３の底蓋１５も開いた状態であるので、インナーホッパー２５のホッパー本体２６内に装填されていた塊状の原料シリコン（図示せず）を下方に放出することができる。

続いて、このように構成された単結晶引上装置１の構成における原料シリコン充填工程について、図９のフロー図に沿って、該フローに対応する図２及び図１０乃至図１５の工程図を示しながら説明する。

先ず、単結晶Ｃの引上後、図２に示すように引上チャンバ５に換えて、サブチャンバ２ｂの上端にリチャージ用チャンバ１２を設ける。そして、リチャージ用チャンバ１２内を炉体２内と同様の雰囲気に置換する（図９のステップＳ１）。

次いで図１０に示すようにゲート７を開け（図９のステップＳ２）、ベースホッパー１３を降下させて、炉体２内に移送する（図９のステップＳ３）。尚、このときアーム手段２０によりベースホッパー１３の上端ストッパ１８が把持されて蓋部１５が中空に保持され、ホッパー本体１４の荷重により蓋が閉まった状態になされる。

図１１に示すようにベースホッパー１３が炉体２内に移送されてホッパー本体１４の突起部１４ｃがサブチャンバ２ｂの内周に形成された突起部２ｃに係止すると、この突起部２ｃによりベースホッパー１３が炉体２内に保持される。そして、アーム手段２０は上端ストッパ１８を放して上方へ移動し、ゲート７が閉じられる（図９のステップＳ４）。

また、アーム手段２０が上端ストッパ１８を放すと、上端ストッパ１８がワイヤ導管１４ａの上端まで下降して係止し、底蓋１５が下降して蓋が開く。これにより、ベースホッパー１３内の原料シリコンＬが下方のルツボ３内へ供給されて充填作業が行われ、ルツボ３内で溶融されて融液Ｍとなされる。

尚、この充填作業と同時に、図１２に示すように、リチャージ用チャンバ１２内には、原料シリコンＬが装填されたインナーホッパー２５がセットされ、チャンバ内が炉体２内の雰囲気に置換される（図９のステップＳ５）。

ベースホッパー１３からの充填作業が終了すると、図１３に示すようにゲート７が開かれ（図９のステップＳ６）、アーム手段２０によりインナーホッパー２５の上端ストッパ２９が把持されて、インナーホッパー２５は炉体２内に移送されベースホッパー１３内に装着される（図９のステップＳ７）。

図１４に示すように、底蓋１５が開いた状態のベースホッパー１３内にインナーホッパー２５が装着されると、インナーホッパー２５の底蓋２７が下方に移動して蓋が開いた状態となり、中の原料シリコンＬがルツボ３内に供給されてルツボ３内がさらに充填される。そして、ルツボ３内に充填された全ての原料シリコンＬは溶融されて融液Ｍとされ、次の単結晶引上工程が行われる（図９のステップＳ８）。

尚、原料シリコンＬを充填した後のベースホッパー１３及びインナーホッパー２５は、ゲート７を開いた状態で、アーム手段２０がベースホッパー１３の上端ストッパ１８を把持して引き上げられる。そして、図１５に示すようにリチャージ用チャンバ１２内に収容後、ゲート７が閉じられ、引上チャンバ５と取り替えられる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、単結晶引上後の原料シリコン充填工程において、原料シリコンの多量の充填が必要な場合に、ベースホッパー１３からの充填作業後、ベースホッパー１３を炉体２外へ取り外すことなく、ルツボ３内のベースホッパー１３内にインナーホッパー２５を装着することにより、連続して充填作業を行うことができる。

また、ホッパーをセットするためのリチャージ用チャンバ１２と炉体２とをゲート７の開閉動作制御により遮断することで、炉体２内の雰囲気を所定の状態に維持することができ、従来、ホッパー交換の際に必要とされた炉体２内のガス置換作業を省くことができる。また、リチャージ用チャンバ１２内のガス置換作業は、ベースホッパー１３からの原料シリコン放出作業中に行うことができる。
即ち、原料シリコン充填作業に要する作業時間を従来よりも大幅に短縮することができ、作業効率を格段に向上することができる。

尚、前記実施の形態においては、ベースホッパー１３とインナーホッパー２５による連続した２回の充填作業を例に説明したが、インナーホッパー内に、より胴径の小さいインナーホッパーを装着することにより、複数段階に亘り連続して充填作業を行うことも可能である。

続いて、本発明に係る原料シリコン充填方法及び単結晶引上装置について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成の単結晶引上装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。

この実験では、直径３００ｍｍのシリコン単結晶の育成を、初期充填量３５０ｋｇ、残湯量１５０ｋｇの条件で行い、その後、充填工程を行った。充填工程では、石英管からなるベースホッパーとして５０ｋｇの原料シリコンを装填したもの、石英管からなるインナーホッパーとして４０ｋｇの原料シリコンを装填したものを用いた。そして、一回目の充填作業となるベースホッパーからの充填開始時から、二回目の充填作業となるインナーホッパーからの充填開始時までの所要時間を測定した。
また、比較例として、同じサイズの石英管ホッパーを２つ使用し、一回目の充填量を５０ｋｇ、二回目の充填量を４０ｋｇとして充填工程を行い、一回目の充填作業開始時から二回目の充填作業開始時までの所要時間を測定した。
実験結果を表１に示す。

表示１に示されるように、比較例では石英管ホッパーの取換え作業、炉内のガス置換作業等に時間を要したが、本発明の方法によれば、大幅にそれらの作業時間を短縮することができた。
以上の実施例の実験結果から、本発明の単結晶引上装置及び原料シリコン充填方法を用いることにより、原料シリコン充填工程における作業時間を短縮し、作業効率を大幅に向上することができることを確認した。

本発明は、チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置及びルツボへの原料シリコン充填方法に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。

図１は、単結晶引上工程における本発明に係る単結晶引上装置の縦断面図である。 図２は、原料シリコン充填工程における本発明に係る単結晶引上装置の縦断面図である。 図３は、原料シリコン充填工程で用いるベースホッパーのホッパー本体の構造を説明するための図である。 図４は、図３のホッパー本体に対応する底蓋の構造を説明するための図である。 図５は、原料シリコン充填工程で用いるベースホッパーの底蓋が開いた状態を説明するための図である。 図６は、インナーホッパーの構造を説明するための図である。 図７は、ベースホッパーにインナーホッパーを挿入している状態を示す図である。 図８は、ベースホッパーにインナーホッパーを装着した状態を示す図である。 図９は、原料シリコン充填工程の手順を説明するためのフロー図である。 図１０は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１１は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１２は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１３は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１４は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１５は、原料シリコンをルツボに充填する工程を説明するための単結晶引上装置の状態を示す工程図である。 図１６は、ＣＺ法を用いた単結晶引上げ法を説明するための図である。 図１７は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法においてネック部の形成を説明するための図である。 図１８は、中吊り式のホッパーを用いた原料シリコンの充填方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 単結晶引上装置
２ 炉体（第一のチャンバ）
２ａ メインチャンバ
２ｂ サブチャンバ
３ 石英ガラスルツボ（ルツボ）
４ ヒータ
５ 引上げチャンバ
６ 引上げ機構
７ ゲート（ゲート手段）
７ａ ゲート駆動部（ゲート手段）
１１ コンピュータ
１１ａ 記憶装置
１１ｂ 演算記憶装置
１２ リチャージ用チャンバ（第二のチャンバ）
１３ ベースホッパー（第一の供給容器）
２５ インナーホッパー（第二の供給容器）
Ｃ 単結晶
Ｌ 原料シリコン
Ｍ シリコン融液
Ｐ 種結晶
Ｐ１ ネック部

Claims (5)

1. チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置において、
   前記ルツボを収容する第一のチャンバと、
   前記第一のチャンバ上に連結して設けられ、原料シリコンが装填された供給容器をセットするための第二のチャンバと、
   前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバに移送されて該第一のチャンバ内に保持され、原料シリコンを前記ルツボ内に供給する第一の供給容器と、
   前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバ内に移送されて前記第一の供給容器内に装着され、原料シリコンを前記ルツボ内に供給する第二の供給容器とを備えることを特徴とする単結晶引上装置。
2. 前記供給容器は、底蓋を開くことにより原料シリコンを下方に放出するホッパーであって、前記第二の供給容器の胴径は、前記第一の供給容器の胴径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
3. 開閉動作により前記第一のチャンバと第二のチャンバとを連結または遮断し、閉じた状態で相互のチャンバ内雰囲気を完全に遮断するゲート手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された単結晶引上装置。
4. 前記請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶引上装置において、チョクラルスキー法によって前記ルツボから単結晶を引上げ後、前記ルツボに原料シリコンを充填する原料シリコン充填方法であって、
   前記第二のチャンバから、前記第一の供給容器を前記第一のチャンバ内に移送し保持するステップと、
   前記第二の供給容器を前記第二のチャンバ内にセットすると共に、前記第一の供給容器から原料シリコンを前記ルツボ内に供給するステップと、
   前記第二の供給容器を、前記第二のチャンバ内から前記第一のチャンバ内に移送し、第一のチャンバ内において保持された前記第一の供給容器内に装着するステップと、
   前記第二の供給容器から原料シリコンを前記ルツボ内に供給するステップとを実行することを特徴とする原料シリコン充填方法。
5. 前記第二のチャンバから前記第一の供給容器を前記第一のチャンバ内に移送し保持するステップの後、第一のチャンバと第二のチャンバとの間を、ゲートを閉じて遮断するステップを実行し、
   前記第二の供給容器を前記第二のチャンバ内にセットするステップにおいて、第二の供給容器を第二のチャンバ内に搬入するステップと、第二のチャンバ内の雰囲気を第一のチャンバ内と同様の雰囲気に置換するステップとを実行し、
   前記第二の供給容器を、前記第二のチャンバ内から第一のチャンバ内に移送する前に、前記ゲートを開き、第一のチャンバと第二のチャンバとを連結するステップを実行することを特徴とする請求項４に記載された原料シリコン充填方法。

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