JP2987799B2 - 単結晶引上げ装置 - Google Patents
単結晶引上げ装置Info
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- JP2987799B2 JP2987799B2 JP8071429A JP7142996A JP2987799B2 JP 2987799 B2 JP2987799 B2 JP 2987799B2 JP 8071429 A JP8071429 A JP 8071429A JP 7142996 A JP7142996 A JP 7142996A JP 2987799 B2 JP2987799 B2 JP 2987799B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、棒状単結晶の製造
に使用されるＣＺ法による単結晶引上げ装置に関する。
に使用されるＣＺ法による単結晶引上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ディバイスの製造に使用されるシ
リコンウェーハは棒状のシリコン単結晶より採取され、
その単結晶の製造にはＣＺ法による引上げが多用されて
いる。ＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げでは、周知
の通り、坩堝内の原料融液にワイヤの下端に装着された
種結晶を浸漬し、この状態から種結晶をワイヤにより回
転させながら上昇させることにより、原料融液から単結
晶を引上げる。
リコンウェーハは棒状のシリコン単結晶より採取され、
その単結晶の製造にはＣＺ法による引上げが多用されて
いる。ＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げでは、周知
の通り、坩堝内の原料融液にワイヤの下端に装着された
種結晶を浸漬し、この状態から種結晶をワイヤにより回
転させながら上昇させることにより、原料融液から単結
晶を引上げる。
【０００３】また単結晶を引上げる前には、図３（Ａ）
に示すように、坩堝４内に原料として粒塊状の多結晶シ
リコンをチャージし、その固形原料１６を坩堝４の周囲
に配置されたヒータ７により加熱溶解することにより、
坩堝４内に原料融液１７を生成する。坩堝４としては、
内側の石英坩堝４ａとこれを支持するための外側の黒鉛
坩堝４ｂとを組み合わせた二重構造のものが通常使用さ
れる。
に示すように、坩堝４内に原料として粒塊状の多結晶シ
リコンをチャージし、その固形原料１６を坩堝４の周囲
に配置されたヒータ７により加熱溶解することにより、
坩堝４内に原料融液１７を生成する。坩堝４としては、
内側の石英坩堝４ａとこれを支持するための外側の黒鉛
坩堝４ｂとを組み合わせた二重構造のものが通常使用さ
れる。
【０００４】このようなＣＺ法による単結晶の引上げ、
特に引上げ開始前の原料溶解プロセスにおいては、坩堝
内にチャージされた固形原料をできるだけ短時間で溶解
することの他に、その固形原料を均一に溶解することが
必要である。なぜなら、坩堝内の原料が坩堝周囲のヒー
タにより加熱される関係から、中心部の原料の加熱状態
が本質的に悪く、その原料の溶解が遅れることにより、
図３（Ｂ）に示すような逆三角錐状の溶け残りを溶解後
期に生じるからである。
特に引上げ開始前の原料溶解プロセスにおいては、坩堝
内にチャージされた固形原料をできるだけ短時間で溶解
することの他に、その固形原料を均一に溶解することが
必要である。なぜなら、坩堝内の原料が坩堝周囲のヒー
タにより加熱される関係から、中心部の原料の加熱状態
が本質的に悪く、その原料の溶解が遅れることにより、
図３（Ｂ）に示すような逆三角錐状の溶け残りを溶解後
期に生じるからである。
【０００５】この溶け残りは、幾何学的にも非常に不安
定であり、横倒しになるなどして内側の石英坩堝を破損
させる原因になる。石英坩堝の破損が著しいと、石英坩
堝内の溶融原料が外側の黒鉛坩堝の外に流れ出し、他の
カーボン部材や金属チャンバーまで破損させるおそれが
ある。特に、水冷された金属チャンバーの破損は水蒸気
爆発につながり危険である。
定であり、横倒しになるなどして内側の石英坩堝を破損
させる原因になる。石英坩堝の破損が著しいと、石英坩
堝内の溶融原料が外側の黒鉛坩堝の外に流れ出し、他の
カーボン部材や金属チャンバーまで破損させるおそれが
ある。特に、水冷された金属チャンバーの破損は水蒸気
爆発につながり危険である。
【０００６】このような固形原料の不均一な溶解を避け
るために、これまでは溶解時間を長くとっていた。ま
た、固形原料の均一な溶解による溶解時間の短縮を目的
として、坩堝の下方にヒータを追加配置する技術が、特
開平２−２２１８４号公報により提案されている。
るために、これまでは溶解時間を長くとっていた。ま
た、固形原料の均一な溶解による溶解時間の短縮を目的
として、坩堝の下方にヒータを追加配置する技術が、特
開平２−２２１８４号公報により提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶解時
間の延長は操業効率の低下を招く。一方、坩堝下方への
ヒータの追加配置は、確かに溶解時間の短縮に有効であ
る。しかし、ここにおける溶解時間の短縮は、主に熱量
の純粋な増加によって達成され、逆三角錐状の溶け残り
の解消によるものではない。
間の延長は操業効率の低下を招く。一方、坩堝下方への
ヒータの追加配置は、確かに溶解時間の短縮に有効であ
る。しかし、ここにおける溶解時間の短縮は、主に熱量
の純粋な増加によって達成され、逆三角錐状の溶け残り
の解消によるものではない。
【０００８】すなわち、坩堝の周囲に配置されているヒ
ータの出力を高めると、図３（Ａ）に破線で示されてい
るように、内側の石英坩堝が変形し、この変形が極端な
場合は単結晶の引上げが困難になるが、坩堝の下方にヒ
ータを追加配置すると、坩堝の周囲のヒータの出力を高
めなくても投入熱量の増加が可能となる。しかし、溶解
後期に生じる逆三角錐状の溶け残りに関して言えば、坩
堝下方へのヒータの追加配置は主に下部の原料の溶解を
促進し、しかも坩堝を支持する軸体が邪魔になって坩堝
の底の中心部を直接加熱できない。このために、逆三角
錐状の不安定な溶け残りの解消には直接つながらず、場
合によってはその溶け残りを増長することにもなりかね
ない。
ータの出力を高めると、図３（Ａ）に破線で示されてい
るように、内側の石英坩堝が変形し、この変形が極端な
場合は単結晶の引上げが困難になるが、坩堝の下方にヒ
ータを追加配置すると、坩堝の周囲のヒータの出力を高
めなくても投入熱量の増加が可能となる。しかし、溶解
後期に生じる逆三角錐状の溶け残りに関して言えば、坩
堝下方へのヒータの追加配置は主に下部の原料の溶解を
促進し、しかも坩堝を支持する軸体が邪魔になって坩堝
の底の中心部を直接加熱できない。このために、逆三角
錐状の不安定な溶け残りの解消には直接つながらず、場
合によってはその溶け残りを増長することにもなりかね
ない。
【０００９】このように、坩堝下方へのヒータの追加配
置は、固形原料の不均一加熱による不安定な溶け残りの
解消に対しては必ずしも有効でなく、この点において本
来の機能を十分に発揮しているとは言えない。
置は、固形原料の不均一加熱による不安定な溶け残りの
解消に対しては必ずしも有効でなく、この点において本
来の機能を十分に発揮しているとは言えない。
【００１０】本発明の目的は、坩堝内の固形原料の不安
定な溶け残りの解消に有効な単結晶引上げ装置を提供す
ることにある。
定な溶け残りの解消に有効な単結晶引上げ装置を提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶引上げ装
置は、ＣＺ法により坩堝内の原料融液から単結晶を引上
げる単結晶引上げ装置において、坩堝の周囲に配置され
た環状のサイドヒータと、引上げ前に坩堝内で固形原料
を溶解する際に坩堝内の原料を上方から加熱するサブヒ
ータとを具備しており、該サブヒータは、坩堝真上の加
熱位置で円板状に組み合わされて坩堝内の固形原料に上
方から対向すると共に、前記加熱位置とその上方の退避
位置の間を往復移動し、上方の退避位置では両側に離反
して単結晶の引上げに支障を生じない状態となる、半円
形状をした一対のトップヒータであることを特徴とす
る。
置は、ＣＺ法により坩堝内の原料融液から単結晶を引上
げる単結晶引上げ装置において、坩堝の周囲に配置され
た環状のサイドヒータと、引上げ前に坩堝内で固形原料
を溶解する際に坩堝内の原料を上方から加熱するサブヒ
ータとを具備しており、該サブヒータは、坩堝真上の加
熱位置で円板状に組み合わされて坩堝内の固形原料に上
方から対向すると共に、前記加熱位置とその上方の退避
位置の間を往復移動し、上方の退避位置では両側に離反
して単結晶の引上げに支障を生じない状態となる、半円
形状をした一対のトップヒータであることを特徴とす
る。
【００１２】サブヒータ（トップヒータ）としては、カ
ーボンヒータ・セラミックヒータ等の輻射ヒータ、又は
水冷銅による高周波加熱等を用いることができる。
ーボンヒータ・セラミックヒータ等の輻射ヒータ、又は
水冷銅による高周波加熱等を用いることができる。
【００１３】サブヒータ（トップヒータ）は又、その種
類を問わず、坩堝の下方に配置されるボトムヒータと組
み合わせるのが、その機能を引出し、溶解時間の短縮を
図る上で特に有効である。
類を問わず、坩堝の下方に配置されるボトムヒータと組
み合わせるのが、その機能を引出し、溶解時間の短縮を
図る上で特に有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の望ましい実施の形
態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施した
引上げ装置の１例についてその主要部の構造を示す縦断
面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。
態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施した
引上げ装置の１例についてその主要部の構造を示す縦断
面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【００１５】本引上げ装置は、ＣＺ法によりチャンバー
内でシリコン単結晶を製造するものであり、そのチャン
バーとしてメインチャンバー１、メインチャンバー１の
上面開口部を塞ぐ鍔状のトップチャンバー２、及びトッ
プチャンバー２の内縁部上に設置されるプルチャンバー
３などを具備する。
内でシリコン単結晶を製造するものであり、そのチャン
バーとしてメインチャンバー１、メインチャンバー１の
上面開口部を塞ぐ鍔状のトップチャンバー２、及びトッ
プチャンバー２の内縁部上に設置されるプルチャンバー
３などを具備する。
【００１６】メインチャンバー１内には坩堝４が配置さ
れている。坩堝４は内側の石英坩堝４ａと外側の黒鉛坩
堝４ｂとからなり、昇降および回転が可能な支持軸６の
上に設置されている。坩堝４の周囲には環状のサイドヒ
ータ７が配置されている。一方、坩堝４の下方には半円
形状をした一対のボトムヒータ８，８が支持軸６を挟ん
で配置されている。また、坩堝４の上方には半円形状を
した一対のトップヒータ９，９が設けられている。
れている。坩堝４は内側の石英坩堝４ａと外側の黒鉛坩
堝４ｂとからなり、昇降および回転が可能な支持軸６の
上に設置されている。坩堝４の周囲には環状のサイドヒ
ータ７が配置されている。一方、坩堝４の下方には半円
形状をした一対のボトムヒータ８，８が支持軸６を挟ん
で配置されている。また、坩堝４の上方には半円形状を
した一対のトップヒータ９，９が設けられている。
【００１７】一対のトップヒータ９，９は、上方に向か
って外側へ対称的に傾斜した各２本の電極棒１０，１０
の下端に水平に取り付けられている。各トップヒータ９
を支持する２本の電極棒１０，１０は、トップチャンバ
ー２に取り付けた傾斜ガイド１１により軸方向に移動自
在に支持されている。従って、一対のトップヒータ９，
９は、下方の加熱位置と上方の退避位置との間を往復移
動し、下方の加熱位置では坩堝４の真上において僅かの
隙間をあけて円板状に組み合わされる。また、上方の退
避位置では両側に離反して単結晶の引上げに支障を生じ
ない状態となる。なお、１８は気密保持のために傾斜ガ
イド１１に取り付けたベローズである。
って外側へ対称的に傾斜した各２本の電極棒１０，１０
の下端に水平に取り付けられている。各トップヒータ９
を支持する２本の電極棒１０，１０は、トップチャンバ
ー２に取り付けた傾斜ガイド１１により軸方向に移動自
在に支持されている。従って、一対のトップヒータ９，
９は、下方の加熱位置と上方の退避位置との間を往復移
動し、下方の加熱位置では坩堝４の真上において僅かの
隙間をあけて円板状に組み合わされる。また、上方の退
避位置では両側に離反して単結晶の引上げに支障を生じ
ない状態となる。なお、１８は気密保持のために傾斜ガ
イド１１に取り付けたベローズである。
【００１８】各トップヒータ９は又、図２に示されるよ
うに、中心部に半円形の切り欠きを有する半円形のカー
ボンヒータであり、内周縁から外周側へ延びる第１の半
径方向のスリット１３と外周縁から内周側へ延びる第２
の半径方向のスリット１４とを周方向に交互に設けて形
成した蛇行状の通電路を持つ。各トップヒータ９を支持
する２本の電極棒１０，１０はこの通電路の両端部に電
気的に接続されている。坩堝４の下方に配置されるボト
ムヒータ８，８も基本的にトップヒータ９，９と同じ構
造である。
うに、中心部に半円形の切り欠きを有する半円形のカー
ボンヒータであり、内周縁から外周側へ延びる第１の半
径方向のスリット１３と外周縁から内周側へ延びる第２
の半径方向のスリット１４とを周方向に交互に設けて形
成した蛇行状の通電路を持つ。各トップヒータ９を支持
する２本の電極棒１０，１０はこの通電路の両端部に電
気的に接続されている。坩堝４の下方に配置されるボト
ムヒータ８，８も基本的にトップヒータ９，９と同じ構
造である。
【００１９】一対のトップヒータ９，９を組み合わせて
形成される円板の外径は、坩堝４の内径の0.５〜1.０倍
が望ましい。これが小さいと均熱効果が弱くなり、必要
以上に大きくしても、効果は強くならない。
形成される円板の外径は、坩堝４の内径の0.５〜1.０倍
が望ましい。これが小さいと均熱効果が弱くなり、必要
以上に大きくしても、効果は強くならない。
【００２０】加熱位置でのトップヒータ９，９の高さ
は、坩堝４までの距離で表わして２０〜５０ｍｍが望ま
しい。これが小さいと原料の膨張により接触、放電の恐
れがあり、大きいと均熱効果が弱くなる。
は、坩堝４までの距離で表わして２０〜５０ｍｍが望ま
しい。これが小さいと原料の膨張により接触、放電の恐
れがあり、大きいと均熱効果が弱くなる。
【００２１】次に、本引上げ装置における原料溶解操作
について説明する。
について説明する。
【００２２】トップヒータ９，９を上方の退避位置に固
定した状態で引上げ装置を組み立てる。このとき、坩堝
４に固形原料１６をチャージする。チャンバー内を真空
引きした後、トップヒータ９，９を下方の加熱位置まで
下降させる。これによりトップヒータ９，９は円板状に
組み合わされて坩堝４内の固形原料１６に上方から対向
する。サイドヒータ７、ボトムヒータ８，８およびトッ
プヒータ９，９に通電を行う。各トップヒータ９に対す
る通電は、２本の電極棒１０，１０を通して行われる。
定した状態で引上げ装置を組み立てる。このとき、坩堝
４に固形原料１６をチャージする。チャンバー内を真空
引きした後、トップヒータ９，９を下方の加熱位置まで
下降させる。これによりトップヒータ９，９は円板状に
組み合わされて坩堝４内の固形原料１６に上方から対向
する。サイドヒータ７、ボトムヒータ８，８およびトッ
プヒータ９，９に通電を行う。各トップヒータ９に対す
る通電は、２本の電極棒１０，１０を通して行われる。
【００２３】これらの通電により、坩堝４内の固形原料
１６がサイドヒータ７により坩堝４の周壁部を介して外
周側から加熱される。またボトムヒータ８，８により坩
堝４の底部を介して下方から加熱される。更にトップヒ
ータ９，９により上方から直接加熱される。これらの加
熱の結果、坩堝４内の固形原料１６は逆三角錐状の不安
定な溶け残りを生じることなく、また内側の石英坩堝４
ａの変形を生じることなく、短時間で安定に溶解され得
る。
１６がサイドヒータ７により坩堝４の周壁部を介して外
周側から加熱される。またボトムヒータ８，８により坩
堝４の底部を介して下方から加熱される。更にトップヒ
ータ９，９により上方から直接加熱される。これらの加
熱の結果、坩堝４内の固形原料１６は逆三角錐状の不安
定な溶け残りを生じることなく、また内側の石英坩堝４
ａの変形を生じることなく、短時間で安定に溶解され得
る。
【００２４】ヒータの出力については、サイドヒータ７
の出力を１００として、ボトムヒータ８，８は２０〜４
０、トップヒータ９，９は１５〜３０が望ましい。ボト
ムヒータ８，８の出力が不足すると、下部の溶け残りや
石英坩堝の変形をまねき、過大になると逆三角錐状の溶
け残りを生ずる。トップヒータ９，９の出力が不足する
と、逆三角錐状の溶け残りを生じさせ、過大になると下
部の溶け残りや石英坩堝の変形をまねく。
の出力を１００として、ボトムヒータ８，８は２０〜４
０、トップヒータ９，９は１５〜３０が望ましい。ボト
ムヒータ８，８の出力が不足すると、下部の溶け残りや
石英坩堝の変形をまねき、過大になると逆三角錐状の溶
け残りを生ずる。トップヒータ９，９の出力が不足する
と、逆三角錐状の溶け残りを生じさせ、過大になると下
部の溶け残りや石英坩堝の変形をまねく。
【００２５】トップヒータによる効果を表１に示す。不
安定な溶け残りの発生頻度比は溶け残りの転倒による微
小な損傷まで含めた坩堝損傷の発生頻度を、サイドヒー
タのみの場合を１００として示したものである。トップ
ヒータを使用することにより、不安定な溶け残りが解消
され、且つ溶解時間が短縮される。この短縮にはヒータ
の増設による単なる熱量の増大だけでなく、トップヒー
タによる不安定な溶け残りの解消により、ヒータの全体
的な出力を坩堝の変形限界近くまで増大できたことによ
る。そして、トップヒータとボトムヒータの組み合わせ
が特に有効なことは表１からも明らかである。
安定な溶け残りの発生頻度比は溶け残りの転倒による微
小な損傷まで含めた坩堝損傷の発生頻度を、サイドヒー
タのみの場合を１００として示したものである。トップ
ヒータを使用することにより、不安定な溶け残りが解消
され、且つ溶解時間が短縮される。この短縮にはヒータ
の増設による単なる熱量の増大だけでなく、トップヒー
タによる不安定な溶け残りの解消により、ヒータの全体
的な出力を坩堝の変形限界近くまで増大できたことによ
る。そして、トップヒータとボトムヒータの組み合わせ
が特に有効なことは表１からも明らかである。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶引
上げ装置は、引上げ前に坩堝内で固形原料を溶解する際
に坩堝真上の加熱位置で円板状に組み合わされて坩堝内
の固形原料に上方から対向する半円形状をした一対のサ
ブヒータ（トップヒータ）により、その固形原料を加熱
するので、坩堝内の固形原料の不安定な溶け残りを解消
することができ、これにより溶解時間の短縮を図ること
ができる。
上げ装置は、引上げ前に坩堝内で固形原料を溶解する際
に坩堝真上の加熱位置で円板状に組み合わされて坩堝内
の固形原料に上方から対向する半円形状をした一対のサ
ブヒータ（トップヒータ）により、その固形原料を加熱
するので、坩堝内の固形原料の不安定な溶け残りを解消
することができ、これにより溶解時間の短縮を図ること
ができる。
【図１】本発明を実施した引上げ装置の１例についてそ
の主要部の構造を示す縦断面図である。
の主要部の構造を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】ＣＺ法での原料溶解プロセスを示す模式図であ
る。
る。
【符号の説明】 ４ 坩堝 ７ サイドヒータ ８ ボトムヒータ ９ トップヒータ（サブヒータ） １０ 電極棒 １１ ガイド １６ 固形原料
Claims (2)
- 【請求項１】 ＣＺ法により坩堝内の原料融液から単結
晶を引上げる単結晶引上げ装置において、坩堝の周囲に
配置された環状のサイドヒータと、引上げ前に坩堝内で
固形原料を溶解する際に坩堝内の原料を上方から加熱す
るサブヒータとを具備しており、該サブヒータは、坩堝
真上の加熱位置で円板状に組み合わされて坩堝内の固形
原料に上方から対向すると共に、前記加熱位置とその上
方の退避位置の間を往復移動し、上方の退避位置では両
側に離反して単結晶の引上げに支障を生じない状態とな
る、半円形状をした一対のトップヒータであることを特
徴とする単結晶引上げ装置。 - 【請求項２】 前記サブヒータは、坩堝の下方に配置さ
れるボトムヒータと組み合わされていることを特徴とす
る請求項１に記載の単結晶引上げ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071429A JP2987799B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶引上げ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8071429A JP2987799B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶引上げ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09235175A JPH09235175A (ja) | 1997-09-09 |
| JP2987799B2 true JP2987799B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=13460276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8071429A Expired - Fee Related JP2987799B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶引上げ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987799B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19753477A1 (de) * | 1997-12-02 | 1999-06-10 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Verfahren und Heizvorrichtung zum Aufschmelzen von Halbleitermaterial |
| JP5167960B2 (ja) * | 2008-06-04 | 2013-03-21 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成装置 |
| CN103703170B (zh) * | 2011-06-06 | 2017-04-26 | Gtat公司 | 用于晶体生长装置的加热器组件 |
| KR101467103B1 (ko) | 2013-06-21 | 2014-11-28 | 주식회사 엘지실트론 | 실리콘 단결정 성장 장치 및 그 성장 방법 |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP8071429A patent/JP2987799B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09235175A (ja) | 1997-09-09 |
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