JP3709493B2 - シリコン単結晶の引上げ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン融液からシリコン単結晶棒を引上げて育成する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、図４に示すように、チャンバ１内にシリコン融液２が貯留された石英るつぼ３が収容され、シリコン単結晶棒５の外周面と石英るつぼ３の内周面との間にシリコン単結晶棒５を囲むように筒状の熱遮蔽部材６が挿入され、更に熱遮蔽部材６の上端が外方に略水平方向に張り出されたものが知られている。この装置では、熱遮蔽部材６の下端はシリコン融液２表面近傍まで延びる。また熱遮蔽部材６の上端は保温筒９の上端に載置され、この熱遮蔽部材６によりヒータ８からシリコン単結晶棒５に照射される輻射熱が遮断される。更にチャンバ１に接続されたガス給排手段（図示せず）によりチャンバ１内に不活性ガスを供給すると、この不活性ガスは二点鎖線の矢印で示すようにシリコン単結晶棒５の外周面を流下し、熱遮蔽部材６下端及びシリコン融液２表面の隙間を通って石英るつぼ３外に排出されるようになっている。
【０００３】
このように構成された装置では、シリコン融液２中の酸素がＳｉＯガス等となって蒸発するが、このとき熱遮蔽部材６の存在により不活性ガスが熱遮蔽部材６下端及びシリコン融液２表面の隙間をシリコン単結晶棒５外周面側から石英るつぼ３内周面側に向って勢い良く流れるため、上記蒸発したＳｉＯガス等の蒸発物をシリコン単結晶棒５から遠ざける。この結果、上記蒸発物がシリコン単結晶棒５に取り込まれてシリコン単結晶棒５に格子欠陥である転位が発生するのを防止できる。また熱遮蔽部材６は熱を効率よく遮蔽するため、シリコン単結晶棒５の生産性を向上できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン融液２から引上げられるシリコン単結晶棒５よりも上方に位置する部材から不純物が発生する場合があり、この不純物が不活性ガスに混入してシリコン単結晶棒５の外周面まで搬送される不具合がある。特に、カーボンやモリブデンなどからなる熱遮蔽部材６が図４に示すように下方に向って直径が小さく形成された場合には、この熱遮蔽部材６から生じた不純物が不活性ガスの流れによってシリコン単結晶棒５の下部に案内され、この不純物によりシリコン単結晶棒５が汚染される恐れがあった。
本発明の目的は、不活性ガスに混入した不純物によるシリコン単結晶棒の汚染を防止でき、高純度のシリコン単結晶棒を得ることができるシリコン単結晶の引上げ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、チャンバ１１内の石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ１８からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６と、不活性ガスをシリコン単結晶棒２５及び熱遮蔽部材２６間を流下させかつシリコン融液１２表面を通過させてチャンバ１１外に排出するガス給排手段２７とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、短筒体３１が熱遮蔽部材２６の内周面から所定の間隔をあけて熱遮蔽部材２６の下部に設けられたところにある。
この請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、ガス給排手段２７によりチャンバ１１内に供給された不活性ガスにはチャンバ１１内上部の部材から発生した不純物が混入する場合があり、この不純物はチャンバ１１内上部の部材表面に沿う不活性ガスの流れに乗って流下し、更に熱遮蔽部材２６内周面に沿って流下する。短筒体３１は熱遮蔽部材２６の下部においてこの不純物を含む不活性ガスをシリコン単結晶棒２５に接近させることなくシリコン融液１２の表面まで案内し、チャンバ１１外に排出させる。このため、シリコン単結晶棒２５が不純物により汚染されることは殆どない。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図３に示すように、熱遮蔽部材２６のシリコン単結晶棒２５を包囲する部分２６ａが下方に向って直径が小さく形成され、先端が熱遮蔽部材２６の内面に当接可能に構成された複数の取付リブ３１ａが短筒体３１の外周に放射状に形成されたシリコン単結晶の引上げ装置である。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒２５を包囲する部分２６ａに上方から短筒体３１を挿入することにより、放射状に形成された取付リブ３１ａの先端が熱遮蔽部材２６の下部における内周面に当接して短筒体３１が取付けられる。このため、下方に向って直径が小さく形成された既存の熱遮蔽部材に容易に本発明に係る短筒体３１を取付けることができる。
【０００７】
一方、取付リブ３１ａの先端を熱遮蔽部材２６の内周面に当接して取付けた短筒体３１は、上方に持上げることにより熱遮蔽部材２６から容易に取外すこともでき、シリコン単結晶棒２５引上げ後における引上げ装置から短筒体３１のみを取外して清掃することもできる。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、短筒体３１が石英により作られたシリコン単結晶の引上げ装置である。
この請求項３に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、赤外線を透過させる石英により短筒体３１を作ることにより、短筒体３１を熱遮蔽部材２６に取付けても、取付けない場合と比較してシリコン単結晶棒２５の周囲の温度分布を変更させることはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外方にはこの石英るつぼ１３の外周面を所定の間隔をあけて包囲するヒータ１８が設けられ、ヒータ１８の外方にはこのヒータ１８の外周面を所定の間隔をあけて包囲する保温筒１９が設けられる。ヒータ１８により石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶が溶融してシリコン融液１２になる。
【０００９】
またチャンバ１１の上面にはチャンバ１１より小径の円筒状のケーシング２１が設けられる。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
【００１０】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲するように熱遮蔽部材２６が挿入される。熱遮蔽部材２６は黒鉛により形成され、シリコン単結晶棒２５を包囲する部分である下方に向うに従って直径が小さくなる筒状の筒状部２６ａと、この筒状部２６ａの上端から外方に略水平方向に張り出す円板状のフランジ部２６ｂとを有する。筒状部２６ａの下端はシリコン融液１２表面近傍まで延び、上端は保温筒１９の上端と略同一高さとなるまで延びる。上記熱遮蔽部材２６のフランジ部２６ｂの下面を保温筒１９の上面に設置すると、熱遮蔽部材２６の筒状部２６ａがチャンバ１１内をシリコン単結晶側とるつぼ内周面側とに区画しかつヒータ１８からシリコン単結晶棒２５に照射される輻射熱を遮断するようになっている。
【００１１】
チャンバ１１にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスをシリコン単結晶棒２５及び熱遮蔽部材２６間を流下させかつシリコン融液１２表面を通過させてチャンバ１１外に排出するガス給排手段２７が接続される。ガス給排手段２７は一端がケーシング２１の上部周壁に接続され他端がエアタンク（図示せず）に接続されたガス供給パイプ２７ａと、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続されたガス排出パイプ２７ｂとを有する。ガス供給パイプ２７ａ及びガス排出パイプ２７ｂにはこれらのパイプ２７ａ，２７ｂを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁２７ｃ，２７ｄがそれぞれ設けられる。
【００１２】
引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図示せず）が接続され、るつぼ駆動手段１７には石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さがマップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルがマップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面が常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御する。
【００１３】
この実施の形態の特徴ある構成は、短筒体３１が熱遮蔽部材２６の内周面から所定の間隔をあけて熱遮蔽部材２６の下部に設けられたところにある。図３に示すように、短筒体３１の外周には４本の取付リブ３１ａが放射状に形成され、取付リブ３１ａの先端は熱遮蔽部材２６の内面に当接可能に構成される。短筒体３１及び取付リブ３１ａは透明な石英により一体的に作られ、短筒体３１の熱遮蔽部材２６への取付けは下方に向って直径が小さく形成された筒状部２６ａに上方から図の実線矢印で示すように挿入することにより行われる。筒状部２６ａに上方から挿入された短筒体３１は筒状部２６ａの下部において放射状に形成された取付リブ３１ａの先端が内周面に当接することにより取付けられ、短筒体３１は図の破線矢印で示すように上方に持上げることにより熱遮蔽部材２６から取外し可能に取付けられる。なお、図では４本の取付リブ３１ａが形成された場合を示すが、この取付リブ３１ａは４本に限らず、３本又は５本以上でも良い。
【００１４】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の動作を説明する。
図１に示すように、シリコン単結晶棒２５を引上げるときには、第１及び第２流量調整弁２７ｃ，２７ｄを調整することにより、シリコン融液１２表面と熱遮蔽部材２６下端との間に不活性ガスを通過させ、シリコン融液１２から蒸発するＳｉＯガス等の蒸発物をシリコン単結晶棒２５から遠ざける。
【００１５】
一方、ガス供給パイプ２７ａからチャンバ１１内に供給された不活性ガスにはチャンバ１１内上部の部材から発生した鉄や銅等の重金属の不純物が混入する場合がある。この不純物はチャンバ１１内上部の部材表面に沿う不活性ガスの流れに乗って流下し、図２の一点鎖線矢印で示すように熱遮蔽部材２６の筒状部２６ａ内周面に沿って流下する。この場合、短筒体３１は熱遮蔽部材２６の下部においてシリコン単結晶棒２５及び熱遮蔽部材２６間を流下する不活性ガスのうち熱遮蔽部材２６の表面に沿って流下する不活性ガスをシリコン単結晶棒２５から離間させた状態でシリコン融液１２の表面まで案内する。即ち、短筒体３１は不純物を含む不活性ガスをシリコン単結晶棒２５に接近させることなくシリコン融液１２の表面まで案内し、シリコン融液１２の表面まで案内された不活性ガスはその後熱遮蔽部材１６下端及びシリコン融液１２表面の隙間を通り、不純物を殆ど含まない破線矢印で示す不活性ガスとともにチャンバ１１外に排出される。この結果、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５周囲の不活性ガスは不純物を殆ど含まず、上記シリコン単結晶棒２５が不純物により汚染されることは殆どないので、高純度のシリコン単結晶棒２５を製造することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコン単結晶棒及び熱遮蔽部材間を流下する不活性ガスのうち熱遮蔽部材の表面に沿って流下する不純物を含む不活性ガスを短筒体がシリコン単結晶棒に接近させることなく案内してチャンバ外に排出するように構成したので、シリコン単結晶棒周囲の不活性ガスは不純物を殆ど含まず、上記シリコン単結晶棒が不純物により汚染されることは殆どない。この結果、高純度のシリコン単結晶棒を製造することができる。
また、熱遮蔽部材のシリコン単結晶棒を包囲する部分が下方に向って直径が小さく形成された場合に、放射状に形成された複数の取付リブを介して短筒体を取付けるようにすれば、上方から短筒体を挿入するだけの簡単な作業で短筒体を取付けることができ、下方に向って直径が小さく形成された既存の熱遮蔽部材に容易に本発明に係る短筒体を取付けることができる。一方、取付リブを介して取付けられた短筒体は上方に持上げることにより熱遮蔽部材から取外すことができるので、シリコン単結晶棒引上げ後における引上げ装置から短筒体のみを取外して清掃することもできる。
更に、短筒体を透明な石英により作れば、この石英は赤外線を透過するので短筒体を熱遮蔽部材に取付けても、取付けない場合と比較してシリコン単結晶棒の周囲の温度分布を変更させることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の引上げ装置の縦断面図。
【図２】図１のＡ部拡大断面図。
【図３】その引上げ装置の短筒体を含む熱遮蔽部材の要部破断斜視図。
【図４】従来例を示す図２に対応する断面図。
【符号の説明】
１０ シリコン単結晶の引上げ装置
１１ チャンバ
１２ シリコン融液
１３ 石英るつぼ
１８ ヒータ
２５ シリコン単結晶棒
２６ 熱遮蔽部材
２７ ガス給排手段
３１ 短筒体
３１ａ 取付リブ

Claims (3)

1. チャンバ(11)内の石英るつぼ(13)に貯留されたシリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶棒(25)の外周面を包囲しかつ下端が前記シリコン融液(12)表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ(18)からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材(26)と、不活性ガスを前記シリコン単結晶棒(25)及び前記熱遮蔽部材(26)間を流下させかつ前記シリコン融液(12)表面を通過させて前記チャンバ(11)外に排出するガス給排手段(27)とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置において、
   短筒体(31)が前記熱遮蔽部材(26)の内周面から所定の間隔をあけて前記熱遮蔽部材(26)の下部に設けられたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。
2. 熱遮蔽部材(26)のシリコン単結晶棒(25)を包囲する部分(26a)が下方に向って直径が小さく形成され、先端が前記熱遮蔽部材(26)の内面に当接可能に構成された複数の取付リブ(31a)が短筒体(31)の外周に放射状に形成された請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
3. 短筒体(31)が石英により作られた請求項１又は２記載のシリコン単結晶の引上げ装置。

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