JP3760680B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法によるシリコン等の単結晶引上装置に係わり、特に、引き上げ中の単結晶の周囲に略同心に配置されるフロー管を備える単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＺ法を用いた単結晶引上装置では、成長中の単結晶がルツボ内壁等からのふく射熱を受けるため、冷却効率が低下して単結晶の成長速度が抑制されるという課題がある。また、例えばシリコン単結晶の製造にあたって、原料融液が石英ルツボと反応して揮発性のＳｉＯを生じ、これが再びルツボの周縁部などに凝結して融液の中に落ちてしまい、単結晶の成長を阻害するという問題点があった。こうした問題点を解決し得るものとして、特公昭５７−４０１１９号公報等において、引き上げ中の単結晶に同心に円筒状のフロー管を配置し、単結晶へのふく射熱を抑制するとともに、フロー管を通じて上方からアルゴンガスを流すことにより、原料融液からの揮発性ガスの排出性を高める技術が提案されている。
【０００３】
図６にはその装置の一例が示されており、図中符号１は炉体、２はルツボ、３はフロー管である。炉体１の上端のガス導入口４からはアルゴンガスが供給され、ガス排出口５から排出されるようになっている。さらに、炉体１の上部には透明な覗き窓６が形成されており、この覗き窓６を通して単結晶Ｔの直径を測定し、成長速度をフィードバックする構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＺ法を用いた単結晶引上装置では、単結晶を成長させるにあたって、まずルツボ内で原料が溶融される。そこで、上述したようなフロー管３を備える装置では、図７に示すように、ルツボ２内で原料Ｐを溶融する際に、ルツボ２に盛られる原料Ｐにフロー管３の下端が接しないように、フロー管３を上昇させて炉体１内の上方に回避させている。ところが、フロー管３を上昇させると、フロー管３にさえぎられて覗き窓６からルツボ２が見えないかあるいは見えにくくなり、原料の溶融状態の確認が困難であった。そのため、例えば温度などの原料Ｐを溶融させるためのパラメータの設定に時間がかかるなど、作業効率の悪化を招いていた。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、原料を溶融させる際にも炉体外からルツボを視認することができ、効率的に作業を行うことができる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、略密閉状に形成される炉体と、原料を保持するために前記炉体内に設けられるルツボと、該ルツボ内で溶融された前記原料の融液から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構と、引き上げ中の単結晶の周囲に略同心で昇降自在に配置されるフロー管とを備える単結晶引上装置において、
前記炉体の上部には、炉体内を覗くための覗き窓が設けられ、
前記フロー管には、該フロー管を前記単結晶を成長させる際の配置位置より上方に配した状態で前記覗き窓を通して前記ルツボ内を視認可能な窓部が設けられ、
前記フロー管の窓部は、該フロー管を前記単結晶を成長させる際の配置位置に配した状態でも前記覗き窓を通して前記ルツボ内を視認可能な位置に設けられ、
前記フロー管は、内径が下方に向けて漸次小さくなる略円筒状の胴部と、この胴部の上端から半径方向外方に広がる円環板状のフランジ部とからなっており、前記窓部は、前記フランジ部の外周部から略半円状に切欠くことにより設けられていることにより上記課題を解決した。
本発明は、略密閉状に形成される炉体と、原料を保持するために炉体内に設けられるルツボと、このルツボ内で溶融された原料の融液から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構と、引き上げ中の単結晶の周囲に略同心で昇降自在に配置されるフロー管とを備える単結晶引上装置において、炉体の上部には、炉体内を覗くための覗き窓が設けられ、フロー管には、このフロー管を単結晶を成長させる際の配置位置より上方に配した状態で覗き窓を通してルツボ内を視認可能な窓部が設けられる技術が採用される。この単結晶引上装置は、フロー管を上方に配した状態であっても、ルツボを視認可能な窓部が設けられているので、ルツボ内での原料の溶融状態を目視などによって確認することが可能となる。
【０００７】
本発明に係る発明は、上記の単結晶引上装置において、フロー管の窓部が、フロー管を単結晶を成長させる際の配置位置に配した状態でも、覗き窓を通してルツボ内を視認可能な位置に設けられる技術が採用される。この単結晶引上装置では、単結晶を成長させる際に覗き窓を通してルツボ内を視認可能な位置にフロー管の窓部が設けられているので、単結晶の成長を目視などによって確認することが可能となる。
【０００８】
本発明に係る発明は、上記の単結晶引上装置において、フロー管のフランジ部に窓部が設けられる技術が採用される。この単結晶引上装置では、フロー管のフランジ部に窓部が設けられているので、例えばアルゴン等のフロー管の胴部を通る不活性ガスの流れを乱すことが少ない。
【０００９】
本発明に係る発明は、上記のいずれかに記載の単結晶引上装置において、フロー管の窓部が、耐熱材製の透明板で塞がれる技術が採用される。この単結晶引上装置では、耐熱材製の透明板でフロー管の窓部が塞がれているので、フロー管を通る不活性ガスの流れを乱すことがさらに少ない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る単結晶引上装置の第１の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。図２は本実施形態における単結晶Ｔの引上成長時の様子を示す縦断面図であり、符号１０は炉体を示している。
【００１１】
この図２に示すように、炉体１０の中央には、石英ルツボ１１が黒鉛サセプタ１２を介して下軸１３の上端に固定されている。またルツボ１１の周囲には、ヒータ１４および保温筒１５が配設されるとともに、ルツボ１１の上方には図示しない引上機構が設けられ、引上げワイヤ１６により、種結晶１７を固定した種保持具１８が昇降および回転操作されるようになっている。また、引き上げられる単結晶Ｔの周囲には間隙をあけて同心で昇降自在にフロー管１９が配置され、ここではフロー管１９が保温筒１５の上端に取付板２０を介して設置されている。また、炉体１０の上端のガス導入口２１からはアルゴンガスが供給され、フロー管１９を通って融液Ｙから発生するＳｉＯを吹き流したうえ、炉体１０下端のガス排出口２２から順次排出されるようになっている。さらに、炉体１０の上部には透明な覗き窓２３が形成されており、この覗き窓２３を通して単結晶Ｔの直径を測定し、成長速度をフィードバックする構成となっている。
【００１２】
またフロー管１９には、図１に示すように、フロー管１９を炉体１０内で上昇させて単結晶Ｔを成長させる際の配置位置より上方にフロー管１９を回避させた状態でも覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能で、しかも図２に示すように、フロー管１９を降ろして単結晶Ｔを成長させる際の配置位置に配した状態でも覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能となる窓部２４が設けられている。
【００１３】
フロー管１９は、図３に示すように、内径が下方に向けて漸次小さくなる略円筒状の胴部１９ａと、この胴部１９ａの上端から半径方向外方に広がる円環板状のフランジ部１９ｂとからなっており、窓部２４は、フランジ部１９ｂの外周部から略半円状に切欠くことにより設けられている。フロー管１９の材質としては、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ、ＳｉＣ等の高耐熱材料の単体または複合材料が好適で、必要に応じてその表面にＳｉＣ等の被覆層が形成される。
【００１４】
次に、上記構成からなる単結晶引上装置の動作について説明する。
この単結晶引上装置の使用に際して、まず図１に示すように、ルツボ１１内にシリコン原料Ｐを充填する。このとき、ルツボ１１内に盛られた原料Ｐにフロー管１９の下端が接するのを防ぐために前もってフロー管１９を上昇させて炉体１０内の上方に回避させておく。原料Ｐをルツボ１１に充填した後、フロー管１９を回避させた状態のまま、ヒータ１４に通電して原料Ｐを融解する。このとき、覗き窓２３および窓部２４を通して原料Ｐを目視あるいはテレビカメラ等で視認・観察して、原料Ｐの溶融状態を確認しながら温度などのパラメータの設定を行う。
【００１５】
続いて、原料Ｐが溶融されて完全に融液Ｙになった状態で、フロー管１９を図２に示す単結晶Ｔを成長させる際の配置位置に配し、フロー管１９と融液Ｙとの距離を一定に保つ。そして、融液Ｙが所定の温度になった状態で、アルゴンガスをガス導入口２１から供給しつつ、種結晶１７を融液Ｙに浸漬して単結晶Ｔを引き上げる。その際、覗き窓２３からテレビカメラ等で単結晶成長部Ｓを観察し、その直径を測定して引上速度をフィードバック制御する。
【００１６】
すなわち、本実施形態の単結晶引上装置によれば、フロー管１９を炉体１０内で上昇させて単結晶Ｔを成長させる際の配置位置より上方にフロー管１９を回避させた状態であっても、覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能な窓部２４がフロー管１９に設けられているので、ルツボ１１内での原料Ｐを視認して溶融状態を確認しながら温度等のパラメータの設定を行うことができ、効率的に作業を行うことができる。また、フロー管１９を単結晶Ｔを成長させる際の配置位置に配した状態でも覗き窓２３を通してルツボ１１内を視認可能な位置に窓部２４が設けられているので、単結晶Ｔの成長を目視などによって容易に確認することができる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照して説明する。前述した第１の実施形態では窓部２４がフランジ部１９ｂの外周部から略半円状に切欠くことにより設けられていたの対し、本実施形態では、図４および図５に示すように、フロー管３０の窓部３１がフランジ部３０ｂの外周部の一部を貫通する貫通孔として設けられている。さらに窓部３１には、パイレックスガラス、石英ガラス、透明セラミックス等の透明な耐熱材からなる透明板３２が気密にはめ込まれて固定されている。このように窓部３１を貫通孔とすることで、フロー管３０の強度を容易に高めることができる。さらに、透明板３２によって不活性ガスが窓部３１を通り抜けなくなるので、フロー管３０を通るガス流の乱れを少なくすることができる。
【００１８】
なお、本発明では、フロー管および窓部の形状は上述した２つの実施形態で示したものに限らず様々な形状のものが適用可能である。例えば、第１の実施形態で示した略半円状の窓部２４を上述した耐熱材製の透明板で塞いでもよい。さらに、単結晶Ｔを成長させる際の配置位置より上方にフロー管１９を配した状態での、炉体１０の覗き窓２３とフロー管１９との位置関係によっては、フランジ部１９ｂではなくフロー管１９の胴部１９ａに窓部を設けるといったことも行われる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明に係る単結晶引上装置では、フロー管を単結晶を成長させる際の配置位置より上方に配した状態であっても覗き窓を通してルツボ内を視認可能な窓部がフロー管に設けられているので、原料を溶融させる際にも、ルツボ内での原料を視認して溶融状態を確認しながら温度等のパラメータの設定を行うことができ、効率的に作業を行うことができる。
【００２０】
本発明に係る単結晶引上装置では、フロー管の窓部が、フロー管を単結晶を成長させる際の配置位置にフロー管を配した状態でも覗き窓を通してルツボ内を視認可能な位置に設けられているので、単結晶の成長を目視などによって容易に確認することができる。
【００２１】
本発明に係る単結晶引上装置では、窓部がフランジ部に設けられているので、フロー管を通る不活性ガスの流れを乱すことなく、視認のための窓部を設けることができる。
【００２２】
本発明に係る単結晶引上装置では、耐熱材製の透明板でフロー管の窓部が塞がれているので、フロー管を通る不活性ガスの流れを乱すことがほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る単結晶引上装置の第１の実施形態による原料の溶融時の様子を示す縦断面図である。
【図２】 図１の第１の実施形態による単結晶の引上成長時の様子を示す縦断面図である。
【図３】 図１の第１の実施形態のフロー管を示す斜視図である。
【図４】 本発明に係る第２の実施形態のフロー管を示す斜視図である。
【図５】 図４の縦断面図である。
【図６】 従来の単結晶引上装置による単結晶の引上成長時の様子を示す縦断面図である。
【図７】 図６の装置による原料の溶融時の様子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１０ 炉体
２，１１ ルツボ
３，１９，３０ フロー管
６，２３ 覗き窓
１４ ヒータ
２４，３１ 窓部
３２ 透明板

Claims (2)

1. 略密閉状に形成される炉体と、原料を保持するために前記炉体内に設けられるルツボと、該ルツボ内で溶融された前記原料の融液から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構と、引き上げ中の単結晶の周囲に略同心で昇降自在に配置されるフロー管とを備える単結晶引上装置において、
   前記炉体の上部には、炉体内を覗くための覗き窓が設けられ、
   前記フロー管には、該フロー管を前記単結晶を成長させる際の配置位置より上方に配した状態で前記覗き窓を通して前記ルツボ内を視認可能な窓部が設けられ、
   前記フロー管の窓部は、該フロー管を前記単結晶を成長させる際の配置位置に配した状態でも前記覗き窓を通して前記ルツボ内を視認可能な位置に設けられ、
   前記フロー管は、内径が下方に向けて漸次小さくなる略円筒状の胴部と、この胴部の上端から半径方向外方に広がる円環板状のフランジ部とからなっており、前記窓部は、前記フランジ部の外周部から略半円状に切欠くことにより設けられていることを特徴とする単結晶引上装置。
2. 前記フロー管の窓部は、耐熱材製の透明板で塞がれていることを特徴とする請求項１記載の単結晶引上装置。

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