JP2016079049A - 単結晶シリコン引上装置、および単結晶シリコン引上方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単結晶シリコンが有転位化した後に、石英ルツボに残ったシリコン融液の残量に応じて、別な単結晶シリコンを引上げる際の温度制御線を容易に生成し、効率的に単結晶シリコンの製造を可能にする。
【解決手段】前記ヒータは、ルツボ温度と単結晶シリコンの引上長との関係を示す第一の温度制御線に沿って制御され、該第一の温度制御線は、単結晶シリコンのショルダー部を形成するための前段部温度制御線と、該ショルダー部に続く直胴部を形成するための直胴部温度制御線とを備え、前記制御部は、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、この有転位化した位置に対応する前記直胴部温度制御線上の位置以降の未実行の温度制御線を、前記前段部温度制御線の終点に接続して、第二の温度制御線を生成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、単結晶シリコン引上装置、および単結晶シリコン引上方法に関し、詳しくは単結晶シリコンの引上温度制御に関するものである。

半導体基板等に用いられる単結晶シリコンは、一般的にチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により製造されている。
ＣＺ法は、高耐圧気密チャンバ内に配置した石英製のルツボ内に多結晶シリコン（原料シリコン）を入れて、石英ルツボを囲うように配置されたヒータを加熱することによって多結晶シリコンを加熱、溶融してシリコン融液を形成する。そして、石英ルツボの上方に配置されたシードチャックにシード（種結晶）を取り付けるとともに、このシードを石英ルツボ内のシリコン融液に浸漬し、シード及び石英ルツボを回転させながらシードを引き上げて単結晶シリコンを成長させるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。単結晶シリコンの引上げにおいては、引上げる単結晶シリコンの長さ（引上長）と石英ルツボの温度とを対応させた温度制御線に沿って、ヒータを制御している。

このようなＣＺ法における単結晶シリコンの製造においては、単結晶シリコンの引上中は無転位状態を維持することが重要である。しかし、例えば、大量の原料シリコンを溶融するために石英ルツボの壁面の温度が上昇し、かつシリコン融液の自然対流が強まることによって石英ルツボの融解が進み、不溶物の小さな粒子（クリストバライト）が成長界面に付着することにより、引上中の単結晶シリコンが有転位化することがある。引上中の単結晶シリコンが有転位化した場合、その時点で引上げを中止し、既に引上げられた単結晶シリコンを取り出す。

このような有転位化が、予め計画した単結晶シリコンの引上長さよりも大幅に短い位置で生じた場合、石英ルツボ内にはシリコン融液が大量に残った状態となる。こうしたシリコン融液の残りを冷却、固化して回収し、再びシリコン原料として用いることは大変に手間が掛かり、また、不純物による汚染の懸念もある。このため、石英ルツボ内に残ったシリコン融液を利用して、予め計画した引上長さよりも短い別な単結晶シリコンを引上げることが行われている。

従来、こうした石英ルツボに残ったシリコン融液から、当初予定した引上長よりも短い
単結晶シリコンを引上げる際には、当初予定した引上長に対応した温度制御線を、それよりも短い引上長に対応した温度制御線にするために、石英ルツボに残ったシリコン融液の残量に応じて、作業者がパラメータを入力して、短い引上長に対応した温度制御線を手作業で作製していた。

特開２００１−２７８６９６号公報

しかしながら、引上中の単結晶シリコンが有転位化するたびに、石英ルツボに残ったシリコン融液の量に応じて、短い引上長に対応した温度制御線を毎回手作業で作製することは大変に手間が掛かり、効率的な単結晶シリコンの引上げの妨げとなっていた。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、単結晶シリコンが有転位化した後に、石英ルツボに残ったシリコン融液の残量に応じて、別な単結晶シリコンを引上げる際の温度制御線を容易に生成し、効率的に単結晶シリコンの製造を可能にする単結晶シリコン引上装置、および単結晶シリコン引上方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の単結晶シリコン引上装置は、石英ルツボと、 前記石英ルツボを軸線周りに回転させるルツボ駆動手段と、前記石英ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボ駆動手段および前記ヒータを制御する制御部と、を少なくとも備えた単結晶シリコン引上装置であって、
前記ヒータは、ルツボ温度と単結晶シリコンの引上長との関係を示す第一の温度制御線に沿って制御され、該第一の温度制御線は、単結晶シリコンのショルダー部を形成するための前段部温度制御線と、該ショルダー部に続く直胴部を形成するための直胴部温度制御線とを備え、前記制御部は、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、この有転位化した位置に対応する前記直胴部温度制御線上の位置以降の未実行の温度制御線を、前記前段部温度制御線の終点に接続して、第二の温度制御線を生成することを特徴とする。

このような本発明の単結晶シリコン引上装置によれば、単結晶シリコンが引上げ途中で有転位化した際に、制御部は、単結晶シリコンの有転位化位置以降の未実行の温度制御線を前段部温度制御線に接続して、第二の温度制御線をプログラムによって生成することによって、手計算による入力ミスや計算ミスを無くして、再引上げにおける石英ルツボの温度制御を容易にすることを可能にする。
なお、第二の温度制御線は、引上げ実行中に適用されている温度制御線に対して、単結晶シリコンが有転位化した際にシリコン融液の残量に応じて生成される温度制御線であり、２回以上の有転位化に対しても、その都度、第二の温度制御線が生成される。

本発明によれば、前記前段部制御線の始点から終点までに対応する引上長は、前記単結晶シリコンの直径に相当する長さと近似することを特徴とする。
これによって、前記前段部制御線の設定を容易にすることができる。

本発明によれば、前記第二の温度制御線は、前記未実行の温度制御線の傾きを維持して、前記前段部制御線の終点に接続させたことを特徴とする。
これによって、シリコン融液の液量が減った状態に対応して、引上長だけを短縮した第二の温度制御線を容易に生成することができる。

本発明によれば、前記石英ルツボの回転数は、該石英ルツボの回転数と単結晶シリコンの引上長との関係を示す第一の回転数制御線に沿って制御され、該第一の回転数制御線は、単結晶シリコンのショルダー部を形成するための前段部回転数制御線と、該ショルダー部に続く直胴部を形成するための直胴部回転数制御線とを備え、前記制御部は、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、この有転位化した位置に対応する前記直胴部回転数制御線上の位置以降の未実行の回転数制御線を、前記前段部回転数制御線の終点に接続して、第二の回転数制御線を生成することを特徴とする。
これによって、結晶シリコンが引上げ途中で有転位化した際に、制御部は、単結晶シリコンの有転位化位置以降の未実行の回転数制御線を前段部回転数制御線に接続して、第二の回転数制御線をプログラムによって自動的に生成することによって、手計算による入力ミスや計算ミスを無くして、再引上げにおける石英ルツボの回転数制御を容易にすることを可能にする。

本発明によれば、前記未実行の回転数制御線を、前記前段部回転数制御線の終点に接続する際に、前記未実行の回転数制御線の始点と、前記前段部回転数制御線の終点との間に設定回転数の差がある時に、前記未実行の回転数制御線の始点と、前記前段部回転数制御線の終点との間を、傾斜した調整直線を介在させて接続することを特徴とする。
これによって、第二の回転数制御線を生成する際に、未実行の回転数制御線の始点と前段部回転数制御線の終点との間に設定回転数の差があっても、急激な回転数の変動を生じさせることが無い第二の回転数制御線を得ることができる。

本発明の単結晶シリコン引上方法は、前記各項記載の単結晶シリコン引上装置を用いた単結晶シリコン引上方法であって、
所定量のシリコン原料を前記石英ルツボに導入する工程と、前記第一の温度制御線に沿って前記ヒータを加熱し、前記シリコン原料を溶融したシリコン融液から単結晶シリコンを引上げる工程と、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、単結晶シリコンを引上げを停止するとともに、前記第二の温度制御線を形成する工程と、前記第二の温度制御線に沿って前記ヒータを加熱し、前記石英ルツボに残ったシリコン融液から、別な単結晶シリコンを引上げる工程と、を順に備えたことを特徴とする。

本発明の単結晶シリコン引上方法によれば、単結晶シリコンが引上げ途中で有転位化した際に、単結晶シリコンの有転位化位置以降の未実行の温度制御線を前段部温度制御線に接続して、第二の温度制御曲線をプログラムによって生成する工程によって、手計算による入力ミスや計算ミスを無くして、再引上げにおける温度制御を容易にすることを可能にする。

本発明の単結晶シリコン引上装置および単結晶シリコン引上方法によれば、単結晶シリコンが有転位化した後に、石英ルツボに残ったシリコン融液の残量に応じて、別な単結晶シリコンを引上げる際の温度制御線を容易に生成でき、効率的な単結晶シリコンの製造を可能にする。

本発明の単結晶シリコン引上装置を示す断面図である。 本発明の単結晶シリコン引上方法の一例を示すフローチャートである。 単結晶シリコンの引上長と温度制御線とを示す説明図である。 単結晶シリコンの引上長と温度制御線とを示す説明図である。 単結晶シリコンの引上長と回転数制御線とを示す説明図である。 単結晶シリコンの引上長と回転数制御線とを示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の単結晶シリコン引上装置、単結晶シリコン引上方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本発明の単結晶シリコン引上装置の構成について説明する。
図１は、単結晶シリコン引上装置の一例を示す概略図を示す。
単結晶シリコンの製造装置１は、耐圧気密に構成されたチャンバ１０と、石英ルツボ１５と、シードチャック１７と、ヒータ１９と、ルツボ支持台２１と、シードチャック駆動機構３０とを備え、減圧状態としたチャンバ１０内にて、シードチャック１７に取り付けたシードＳを石英ルツボ１５内に貯留したシリコン融液Ｍに浸漬し、回転させながら引き上げることにより単結晶シリコンＴを成長させるようになっている。

チャンバ１０は、メインチャンバ１１と、メインチャンバ１１の上方に接続されたトップチャンバ１２と、トップチャンバ１２の上方に接続されたプルチャンバ１３とを備え、メインチャンバ１１は底部１１Ａと底部１１Ａに立設する筒状部１１Ｂとから構成され、中心部には石英ルツボ１５が配置され、排気孔１１Ｄに図示しない真空ポンプが接続されてチャンバ１０内を減圧又は真空状態とすることが可能とされている。

また、メインチャンバ１１の底部１１Ａには、スピルトレイ１４が配置されていて、石英ルツボ１５が破損してシリコン融液Ｍが流出することがあった場合に、シリコン融液Ｍが底部１１Ａと直接接触してチャンバが破損するのを防止できるようになっている。

プルチャンバ１３は、略円筒形状に形成され、引き上げられた単結晶シリコンＴを収納する空間を有しており、トップチャンバ１２によりメインチャンバ１１と接続されている。なお、このプルチャンバ１３とトップチャンバ１２との間には、プルチャンバ１３をメインチャンバ１１およびトップチャンバ１２から熱的に隔離するシャッタ（図示略）が形成されている。こうしたシャッタによって、石英ルツボ１５内にシリコン融液Ｍが貯留されている状態であっても、このプルチャンバ１３から、当初計画の一部だけが引き上げられた状態の単結晶シリコンＴを取り出し可能な構造となっている。

石英ルツボ１５は、石英ルツボ１５の凹部に単結晶シリコンＴの原料である塊状の多結晶シリコン（原料シリコン）を保持可能とするとともに、この多結晶シリコンが加熱、溶融されて生成したシリコン融液Ｍを貯留可能とされており、黒鉛ルツボ１６に収納されている。例えば、この石英ルツボ１５の温度を制御することによって、シリコン融液Ｍの温度を所望の温度に保持することができる。

黒鉛ルツボ１６は、ルツボ支持台２１の上面に配置されたペディスタル２１Ｃに保持されることにより一体に組み合わせて形成され、ルツボ支持台２１はその支持部２１Ａがメインチャンバ１１の底部１１Ａの中心部にて底部１１Ａ及びスピルトレイ１４を貫通して形成された貫通孔１１Ｈに挿入され、メインチャンバ１１に対して相対的に回転及び昇降が可能とされている。

また、黒鉛ルツボ１６の周囲には円筒状のヒータ１９と、ヒータ１９の外方に円筒状の保温筒２２と、この保温筒２２の外方に放射温度計４０とが配置されている。
保温筒２２は、円筒状の黒鉛からなる内側保温筒２２Ａと内側保温筒２２Ａの外方に配置された円筒状の多孔質黒鉛からなる外側保温筒２２Ｂとを有し、内側保温筒２２Ａの内径と略同じ内径の孔が形成された円板状のロアリング２２Ｃに載置されるとともに上方には内側保温筒２２Ａの内径と略同じ内径の孔が形成された円板状のアッパリング２２Ｄが配置されている。

ヒータ１９は、下方が電極継手１９Ａにボルト１９Ｂで固定され、電極継手１９Ａはスピルトレイ１４に形成された貫通孔に配置された黒鉛電極１９Ｃを介して電源装置Ｐ１と接続されている。このヒータ１９は、例えばシリコン融液Ｍの温度が所定の温度に保たれるように、電源装置Ｐ１から供給される電力が制御される。

放射温度計４０は、保温筒２２の温度を測定するためのものである。本実施形態においては、この放射温度計４０の測定データに基づいてヒータ１９の電力を調節し、シリコン融液Ｍの温度を制御している。なお、この放射温度計４０によって測定される温度は、石英ルツボ１５の温度とほぼ同じとされている。

放射温度計４０で測定される温度は、予め設定した温度データとなるようにヒータ１９の電力が制御されている。
温度データは、単結晶シリコンＴの成長量（シリコン融液Ｍの液面からの成長長さ）と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した温度傾きからなるものである。本実施形態においては、この成長量は、単結晶シリコンの引上長と対応付けられている。温度データについては、詳細を後述する。

保温筒２２の上端にはアッパリング２２Ｄ、アダプタ２３を介してフロー管２５が取り付けられている。
フロー管２５は、下端開口部より上端開口部が大径とされた逆円錐台形状の中空筒とされ、黒鉛またはＳｉＣにより形成されている。
シードチャック１７は、基端側がワイヤＷに接続され、ワイヤＷがシードチャック駆動機構３０を接続されることによりシードＳがメインチャンバ１１に対して相対的に回転及び昇降自在とされている。

シードチャック駆動機構３０は、プルチャンバ１３の上部に設けられ、ワイヤＷの基端側が接続されるとともに巻回されるプーリ３１と、ワイヤＷを回転軸線Ｏとしてプルチャンバ１３に対して相対的に回転可能とされる回転駆動部３２とを備え、プーリ３１がワイヤＷを巻き取ることによりシードチャック１７が昇降し、回転駆動部３２が回転することによりシードチャック１７がワイヤＷの廻りに旋回するようになっている。

さらに、単結晶シリコンの製造装置１は、制御部５０を備えている。制御部５０は、ルツボ支持台２１の回転と、シードチャック駆動機構３０の回転及び昇降を制御可能に構成されており、ルツボ支持台２１の回転方向と回転速度及びシードチャック駆動機構３０における回転駆動部３２によるシードチャック１７の回転方向及び回転速度、プーリ３１によるシードチャック１７の昇降及び引上げ（上昇）速度を制御することができるようになっている。

制御部５０は、例えば、第１のインバータ５１と、第２のインバータ５２と、第３のインバータ５３と、第４のインバータ５５と演算部５４とを備え、第１のインバータ５１、第２のインバータ５２、第３のインバータ５３、第４のインバータ５５は、演算部５４の指示信号に基づいて駆動信号を送出するように構成されている。

制御部５０は、例えば、第１のインバータ５１の周波数を変化させて、ルツボ支持台２１を回転させるモータＭ１の回転方向及び回転数を制御することにより石英ルツボの回転方向及び回転速度を制御可能とされ、ルツボ支持台２１の回転速度は、例えば、１．０ｒｐｍから３０ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第１のインバータ５１とモータＭ１は、ルツボ回転制御手段を構成している。こうしたモータＭ１による石英ルツボ１５の回転制御は後ほど詳述する。

また、制御部５０は、第２のインバータ５２の周波数を変化させて、シードチャック駆動機構３０の回転駆動部３２を回転させるモータＭ２の回転方向及び回転数を制御することによりシードチャック１７の回転軸線Ｏ廻りの回転方向（右回転、左回転）及び回転速度を調整可能とされており、シードチャック１７の回転速度を０．５ｒｐｍから１５ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第２のインバータ５２とモータＭ２は、シード回転制御手段を構成している。

また、制御部５０は、第３のインバータ５３の周波数を変化させて、ワイヤＷが巻かれたプーリ３１を回転させるモータＭ３の回転方向及び回転数を制御することによりシードチャック１７の昇降向及び引上げ速度を調整可能とされており、シードチャック１７の引上げ速度を０．０１ｒｐｍから１０ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第３のインバータ５３とモータＭ３は、シード引上げ速度制御手段を構成している。

また、制御部５０は、第４のインバータ５５を介して、電源装置Ｐ１から出力される電圧や電流をを制御する。これによって、ヒータ１９のパワーを制御し、シリコン融液Ｍの温度を所定の温度にすることができる。なお、こうした第４のインバータ５５は、放射温度計４０によって検出された保温筒２２の温度に基づいて制御が行われる。ヒータ１９は、制御部５０に入力される温度制御曲線に従って、温度制御が行われる。こうしたヒータ１９の温度制御は後ほど詳述する。

なお、第４のインバータ５５は、放射温度計４０によって検出された保温筒２２の温度に基づいて制御を行う以外にも、例えば、熱電対などを用いて石英ルツボの温度を直接測定する構成であってもよい。

次に、上述した構成の単結晶シリコンの製造装置１の作用、および本発明の単結晶シリコンの製造方法について説明する。
図２は、本発明の単結晶シリコンの製造方法を段階的に示したフローチャートである。本発明のシリコン単結晶の製造方法では、例えば、図１に示す単結晶シリコンの製造装置１を用いる。
まず、原料となる塊状の多結晶シリコン（原料シリコン）を石英ルツボ１５に充填する（原料充填工程Ｓ１）。そして、ヒータ１９で石英ルツボ１５を加熱して、多結晶シリコンを溶解して得られるシリコン融液Ｍを形成し、シードＳを浸漬する部分の近傍のシリコン融液Ｍを過冷却状態とする（原料溶融工程Ｓ２）。

次いで、シードＳをシードチャック１７に挿入して固定する。次に、シードチャック駆動機構３０を駆動して、シードチャック１７を下降させてシードＳをシリコン融液Ｍに浸漬し、シードＳをシリコン融液Ｍになじませる（シード浸漬工程Ｓ３）。

シードＳがシリコン融液Ｍになじんだら、シードチャック１７を回転させながら上昇させる。シードＳは、シリコン融液Ｍから単結晶シリコンを成長させるものであり、シードＳがシリコン融液Ｍに接すると、このシードＳと同じ原子配列をした単結晶シリコンＴが、シードＳに連なるように成長し始める（第一の結晶成長工程Ｓ４）。

シリコン単結晶Ｔの引上げ（結晶成長）は、シードチャック１７の回転によるシリコン単結晶Ｔ自体の回転速度、ルツボ支持台２１の回転による、シリコン融液Ｍを貯留する石英ルツボ１５の回転速度、シードチャック１７の上昇による引上速度、およびヒータ１９による石英ルツボ１５の加熱温度（シリコン融液Ｍの温度とほぼ近似）をそれぞれ制御することによって、所望の性質をもつシリコン単結晶Ｔを成長させることができる。

このうち、石英ルツボ１５の加熱温度は、制御部５０によって第４のインバータ５５を介してヒータ１９に任意の電力を印加することによって制御される。石英ルツボ１５の最適な加熱温度は、引上げるシリコン単結晶の部位に応じた放熱特性の変化や、シリコン融液Ｍの残量の変化によって、常に変動する。このため、引上げるシリコン単結晶Ｔの引上げ方向に沿った長さ（以下、引上長と称することがある）と、ヒータ１９の加熱温度（以下、引上温度と称することがある）との関係を示す温度制御線に沿うように、引上温度を制御する。こうした温度制御線は、一般的に曲線によって示される。

図３（ａ）は、シリコン単結晶Ｔの引上長と、引上温度との関係を示す温度制御曲線Ｑ（第一の温度制御線）の一例である。本発明では、制御部５０は、こうした温度制御曲線Ｑに沿ってヒータ１９に印加する電力値を制御し、引上温度を変化させる。

シリコン単結晶Ｔは、一般的に、シードＳに連なる細径部分から目的の直径に向けて拡径されるショルダー部Ｅｓと、ショルダー部Ｅｓに連なり、所定範囲の直径で延びる直胴部Ｅｂと、終端部Ｅｔとからなる略円筒形を成す。なお、シードＳとショルダー部Ｅｓとの間には、結晶欠陥の引き継ぎを断ち切るために直径を絞り込んだネック部（図示略）を形成することが一般的である。

温度制御曲線（第一の温度制御線）Ｑ１は、単結晶シリコンＴのショルダー部Ｅｓを形成するための前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａと、直胴部を形成するための直胴部温度制御線の区間Ｑ１Ｂとの２つの区間からなる。シリコン単結晶Ｔのショルダー部Ｅｓの引上げにおいては、上方向に向いた外面による放熱部分が多いために、前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａは、比較的高温状態から引上げ始め、シリコン単結晶Ｔの拡径と共に引上温度を下げる線形を成している。こうした前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａの始点から終点までに対応する引上長は、例えば、単結晶シリコンの直径に相当する長さと近似した値であればよい。一方、こうした前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａに続く、直胴部Ｅｂから終端部Ｅｔの間の直胴部温度制御線の区間Ｑ１Ｂは、引上温度を緩やかに上げていく線形を成している。

温度制御曲線Ｑ１に沿うように石英ルツボ１５の加熱温度を制御しつつ、当初計画した引上長Ｌまでの全長に渡って有転位化せずに単結晶シリコンＴが成長したら、プルチャンバ１３から引上げられた単結晶シリコンＴを取り出し、引上長Ｌの単結晶シリコンＴを得る（Ｓ５）

一方、温度制御曲線Ｑ１に沿って制御部５０が引上温度を制御する途中で、単結晶シリコンが有転位化した場合、その時点で引上げを中止し、既に引上げられた部分の単結晶シリコンを取り出す（Ｓ６）。例えば、図３（ｂ）に示すように、単結晶シリコンＴの当初計画した引上長Ｌのうち、例えば、直胴部Ｅｂの途中で有転位化した場合、この有転位化位置Ｓｐで引上げを停止する。そして、この有転位化位置Ｓｐまでの引上長Ｌ１のシリコン単結晶Ｔ１を取り出して、シリコンウェーハの生産等に用いる。

一方、石英ルツボ１５内には、原料溶融工程Ｓ２において、当初計画された引上長Ｌの単結晶シリコンＴが引上げ可能な量のシリコン融液Ｍが貯留されていたため、有転位化位置Ｓｐまでの引上長Ｌ１のシリコン単結晶Ｔ１を取り出した後も、相当量のシリコン融液Ｍが残っている。この残りのシリコン融液Ｍから、更に当初計画された引上長Ｌよりも短い引上長のシリコン単結晶を引上げる。

制御部５０は、残りのシリコン融液Ｍの量に適合した新たな温度制御曲線Ｑ２を生成する。具体的には、図４（ａ）に示すように、直胴部温度制御線の区間Ｑ１Ｂのうち、単結晶シリコンＴの有転位化位置Ｓｐに対応する位置Ｑ１ＢＰ１以降の未実行の温度制御線（図中の点線参照）の区間Ｑ１ＢＸを、前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａの終点Ｑ１ＡＰ１に接続して、第二の温度制御曲線（第二の温度制御線）Ｑ２を生成する（第二の温度制御線生成工程Ｓ７）。

なお、この未実行の温度制御線の区間Ｑ１ＢＸを前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａの終点Ｑ１ＡＰ１に接続する際には、未実行の温度制御線の区間Ｑ１ＢＸにおけるグラフ上の傾きを維持したまま接続することが好ましい。

図４（ｂ）に示すように、このようにして得られた第二の温度制御曲線Ｑ２を用いて、第二の温度制御曲線Ｑ２に沿うように石英ルツボ１５の加熱温度を制御しつつ、残りのシリコン融液Ｍから引上長Ｌ２の単結晶シリコンＴ２を引上げる（第二の結晶成長工程Ｓ８
）。

以上の工程によって、温度制御曲線Ｑ１に沿って制御部５０が引上温度を制御する途中で、単結晶シリコンが有転位化した場合には、引上長Ｌ１の単結晶シリコンＴ１と、引上長Ｌ２の単結晶シリコンＴ２との２つの単結晶シリコンを得ることができる（Ｓ９）。

従来は、有転位化後のシリコン融液Ｍの残量に対応した第二の温度制御曲線を手計算で入力していたが、本発明においては、単結晶シリコンＴの有転位化位置以降の未実行の区間Ｑ１ＢＸに対応する温度制御線を前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａに接続して、第二の温度制御曲線Ｑ２をプログラムによって自動的に生成することにより、入力ミスや計算ミスを無くして、再引上げにおける温度制御を容易にすることを可能にする。

なお、第二の温度制御曲線Ｑ２を生成する際に、前段部温度制御線の区間Ｑ１Ａの終点と、未実行の温度制御線の区間Ｑ１ＢＸの始点との間は、単結晶シリコンＴ１の重量を、目標とする直径の円筒に換算した時の長さに相当するように演算することも好ましい。

また、上述したそれぞれの温度制御線は、曲線（温度制御曲線）としているが、複数の直線を接続した構成であってもよく、曲線に限定されるものでは無い。例示した温度制御線の線形は一例であり、こうした線形に限定されるものではなく、任意の線形の温度制御線を用いることができる。

また、第二の温度制御線Ｑ２は、単結晶シリコンの引上げ実行中に適用されている温度制御線に対して、単結晶シリコンが有転位化した際にシリコン融液Ｍの残量に応じて、その都度生成される温度制御線であり、２回以上の有転位化に対しても、その都度、第二の温度制御線が生成されるようにすることができる。

石英ルツボ１５の回転数（回転速度）は、制御部５０によって第１のインバータ５１を介して制御される。石英ルツボ１５の最適な回転数は、引上げるシリコン単結晶の部位に応じて常に変動する。このため、引上げるシリコン単結晶Ｔの引上長と、石英ルツボ１５の回転速度との関係を示す回転数制御線に沿うように、石英ルツボ１５の回転数が制御される。

図５（ａ）は、シリコン単結晶Ｔの引上長と、石英ルツボの回転数との関係を示す回転数制御線Ｒ１（第一の回転数制御線）の一例である。本発明では、制御部５０は、こうした回転数制御線Ｒ１に沿ってルツボ支持台２１を回転させるモータＭ１を制御し、石英ルツボの回転数を変化させる。

回転数制御線Ｒ１は、単結晶シリコンＴのショルダー部Ｅｓを形成するための前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａと、直胴部を形成するための直胴部回転数制御線の区間Ｒ１Ｂとの２つの区間を少なくとも備えている。前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａは、比較的高回転数状態から引上げ始め、シリコン単結晶Ｔの拡径と共に回転数を下げる線形を成している。こうした前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａの始点から終点までに対応する引上長は、例えば、単結晶シリコンの直径に相当する長さと近似した値であればよい。一方、こうした前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａに続く、直胴部Ｅｂから終端部Ｅｔの間の直胴部回転数制御線の区間Ｒ１Ｂは、回転数を緩やかに上げていく線形を成している。

回転数制御線Ｒ１に沿うように石英ルツボ１５の回転数を制御しつつ、当初計画した引上長Ｌまでの全長に渡って有転位化せずに単結晶シリコンＴが成長したら、プルチャンバ１３から引上げられた単結晶シリコンＴを取り出し、引上長Ｌの単結晶シリコンＴを得る。

一方、回転数制御線Ｒ１に沿って制御部５０が回転数を制御する途中で、単結晶シリコンが有転位化した場合、その時点で引上げを中止し、既に引上げられた部分の単結晶シリコンを取り出す。例えば、図５（ｂ）に示すように、単結晶シリコンＴの当初計画した引上長Ｌのうち、例えば、直胴部Ｅｂの途中で有転位化した場合、この有転位化位置Ｓｐで引上げを停止する。そして、この有転位化位置Ｓｐまでの引上長Ｌ１のシリコン単結晶Ｔ１を取り出して、シリコンウェーハの生産等に用いる。

一方、石英ルツボ１５内には、当初計画された引上長Ｌの単結晶シリコンＴが引上げ可能な量のシリコン融液Ｍが貯留されていたため、有転位化位置Ｓｐまでの引上長Ｌ１のシリコン単結晶Ｔ１を取り出した後も、相当量のシリコン融液Ｍが残っている。この残りのシリコン融液Ｍから、更に当初計画された引上長Ｌよりも短い引上長のシリコン単結晶を引上げる。

制御部５０は、残りのシリコン融液Ｍの量に適合した新たな回転数制御線Ｒ２を生成する。具体的には、図６（ａ）に示すように、直胴部回転数制御線の区間Ｒ１Ｂのうち、単結晶シリコンＴの有転位化位置Ｓｐに対応する位置Ｒ１ＢＰ１以降の未実行の回転数制御線（図中の点線参照）の区間Ｒ１ＢＸを平行移動させて、前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａの終点Ｒ１ＡＰ１に接続する。

その際、未実行の回転数制御線の区間Ｒ１ＢＸの始点Ｒ１ＢＸＰ１と、前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａの終点Ｒ１ＡＰ１との間に、設定された回転数の差がある時には、回転数制御線の区間Ｒ１ＢＸをグラフ上で平行移動させても、前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａの終点Ｒ１ＡＰ１には接続できない。この場合、未実行の回転数制御線の区間Ｒ１ＢＸの始点Ｒ１ＢＰ１と、前段部回転数制御線の区間Ｒ１Ａの終点Ｒ１ＡＰ１との間を、傾斜した調整直線ＲＬを介在させて接続する。こうした調整直線ＲＬの傾きや長さは、例えば、シリコン融液Ｍの残量や、この残りのシリコン融液Ｍから引上げる単結晶シリコンの予定引上長などに応じて、適宜設定されればよい。

図６（ｂ）に示すように、このようにして得られた第二の回転数制御曲線Ｒ２を用いて、第二の回転数制御曲線Ｒ２に沿うように石英ルツボ１５の回転数を制御しつつ、残りのシリコン融液Ｍから引上長Ｌ２の単結晶シリコンＴ２を引上げる。

以上の工程によって、回転数制御曲線Ｒ１に沿って制御部５０が石英ルツボ１５の回転数を制御する途中で、単結晶シリコンＴが有転位化した場合には、引上長Ｌ１の単結晶シリコンＴ１と、引上長Ｌ２の単結晶シリコンＴ２との２つの単結晶シリコンを得ることができる。

従来は、有転位化後のシリコン融液Ｍの残量に対応した第二の回転数制御線を手計算で入力していたが、本発明においては、単結晶シリコンＴの有転位化位置以降の未実行の回転数制御線の区間Ｒ１ＢＸを前段部温度制御線の区間Ｒ１Ａに調整直線ＲＬを介して接続して、第二の回転数制御線Ｒ２をプログラムによって自動的に生成することにより、入力ミスや計算ミスを無くして、再引上げにおける石英ルツボ１５の回転数を容易にすることを可能にする。

なお、第二の回転数制御線Ｑ２は、単結晶シリコンの引上げ実行中に適用されている回転数制御線に対して、単結晶シリコンが有転位化した際にシリコン融液Ｍの残量に応じて、その都度生成される回転数制御線であり、２回以上の有転位化に対しても、その都度、第二の回転数制御線が生成されるようにすることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る単結晶シリコンの製造装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上記実施形態において示した温度制御線や回転数制御線の形状は一例であり、引上げる単結晶シリコンの形状や特性に応じて、適切な形状の温度制御線や回転数制御線が形成されればよい。

上記実施形態においては、引上げ中の単結晶シリコンが有転位化した際に、継続して別な単結晶シリコンを引上げるための温度制御線および回転数制御線をプログラムによって生成する例を示した。しかしこれ以外にも、同様の手法によって、引上速度、結晶回転数、不活性ガスの流量、チャンバー内の炉内圧などをそれぞれ制御する制御線を、プログラムで自動的に生成させることがより好ましい。

なお、上述したそれぞれの回転数制御線の線形は一例であり、こうした線形に限定されるものではく、任意の線形の回転数制御線を用いることができる。

Ｍ シリコン融液
Ｓ シード
Ｔ 単結晶シリコン
１ 単結晶シリコンの製造装置
１０ チャンバ
１５ 石英ルツボ（ルツボ）
１９ ヒータ

Claims (6)

1. 石英ルツボと、
   前記石英ルツボを軸線周りに回転させるルツボ駆動手段と、
   前記石英ルツボを加熱するヒータと、
   前記ルツボ駆動手段および前記ヒータを制御する制御部と、を少なくとも備えた単結晶シリコン引上装置であって、
   前記ヒータは、ルツボ温度と単結晶シリコンの引上長との関係を示す第一の温度制御線に沿って制御され、
   該第一の温度制御線は、単結晶シリコンのショルダー部を形成するための前段部温度制御線と、該ショルダー部に続く直胴部を形成するための直胴部温度制御線とを備え、
   前記制御部は、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、この有転位化した位置に対応する前記直胴部温度制御線上の位置以降の未実行の温度制御線を、前記前段部温度制御線の終点に接続して、第二の温度制御線を生成することを特徴とする単結晶シリコン引上装置。
2. 前記前段部温度制御線の始点から終点までに対応する引上長は、前記単結晶シリコンの直径に相当する長さと近似することを特徴とする請求項１記載の単結晶シリコン引上装置。
3. 前記第二の温度制御線は、前記未実行の温度制御線の傾きを維持して、前記前段部制御線の終点に接続されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の単結晶シリコン引上装置。
4. 前記石英ルツボの回転数は、該石英ルツボの回転数と単結晶シリコンの引上長との関係を示す第一の回転数制御線に沿って制御され、
   該第一の回転数制御線は、単結晶シリコンのショルダー部を形成するための前段部回転数制御線と、該ショルダー部に続く直胴部を形成するための直胴部回転数制御線とを備え、
   前記制御部は、前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、この有転位化した位置に対応する前記直胴部回転数制御線上の位置以降の未実行の回転数制御線を、前記前段部回転数制御線の終点に接続して、第二の回転数制御線を生成することを特徴とする単結晶シリコン引上装置。
5. 前記未実行の回転数制御線を、前記前段部回転数制御線の終点に接続する際に、前記未実行の回転数制御線の始点と、前記前段部回転数制御線の終点との間に設定回転数の差がある時に、前記未実行の回転数制御線の始点と、前記前段部回転数制御線の終点との間を、傾斜した調整直線を介在させて接続することを特徴とする請求項４記載の単結晶シリコン引上装置。
6. 請求項１ないし５いずれか一項記載の単結晶シリコン引上装置を用いた単結晶シリコン引上方法であって、
   所定量のシリコン原料を前記石英ルツボに導入する工程と、
   前記第一の温度制御線に沿って前記ヒータを加熱し、前記シリコン原料を溶融したシリコン融液から単結晶シリコンを引上げる工程と、
   前記単結晶シリコンが予め設定した引上長よりも短い位置で有転位化した際に、単結晶シリコンを引上げを停止するとともに、前記第二の温度制御線を形成する工程と、
   前記第二の温度制御線に沿って前記ヒータを加熱し、前記石英ルツボに残ったシリコン融液から、別な単結晶シリコンを引上げる工程と、を順に備えたことを特徴とする単結晶シリコン引上方法。

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