JP3808135B2

JP3808135B2 - 単結晶製造装置

Info

Publication number: JP3808135B2
Application number: JP18800796A
Authority: JP
Inventors: 吉信平石; 庫一下村
Original assignee: コマツ電子金属株式会社
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: JPH101390A; US5932008A; TW534931B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてチョクラルスキー法により製造されるシリコン等の半導体単結晶の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、輻射スクリーンまたは輻射シールドを使用した単結晶引上装置は周知のものであるが、単結晶引上の準備段階で原料のポリシリコンの塊を坩堝内に必要量だけ積載させると輻射スクリーンが邪魔になり、原料の溶解方法に必要以上の時間を費やしたり、下部ヒーターを増設するなどの単結晶価格に対する引上げの要因となるものであった。この問題を解決すべく提案されたものとして、例えば、特開平３−２７９２９０号公報および特開平７−０１０６８３号公報等が挙げられるが、前者はチャンバーの上板に上下方向へ螺進退可能に懸吊材を設けて輻射スクリーンをチャンバー内に吊下保持させたものであり、また後者は昇降可能な輻射シールドを所定の長さのワイヤーにより坩堝上方から吊下させ、所定位置に自動的に位置決めさせたものである。また、特開平６−９２７７２号公報に開示されているように、単結晶原料の溶解時には、種子結晶ホルダーにシードチャックの代わりに輻射スクリーン吊り治具を装着し、該輻射スクリーン吊り治具に輻射スクリーンの下端を掛止させて引上げておき、溶解後の単結晶育成時には、輻射スクリーン吊り治具から輻射スクリーンを外した状態で一旦プルチャンバー内を常圧に戻してから、種子結晶ホルダーから輻射スクリーン吊り治具を取り外して種子結晶を装着したシードチャックを取り付ける方式が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では、特開平３−２７９２９０号公報および特開平７−０１０６８３号公報の場合、双方共に輻射スクリーンまたは輻射シールドを上下動させるための新たなるメカニズムの設置を必要とするため、装置の複雑化やコストアップの問題点を新たに生じさせるものである。また、特開平６−９２７７２号公報の場合、輻射スクリーンを所定の位置に掛止させた後、プルチャンバー側に引上げて、大気中にてオペレーターにより輻射スクリーン吊り治具とシードチャックを交換しなければならず、このため、プルチャンバー内での治具の冷却や減圧アルゴン雰囲気への置換に約３０分程度の時間が必要になり、生産性の低減や、自動化の障害となる等の種々の問題点を有していた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、単結晶製造装置自体を複雑化せずに、しかも生産性の低下や自動化の障害にもならず、既存の装置にも容易に適用でき、従来のように輻射スクリーン吊り治具とシードチャックを一々交換する必要が無く、輻射スクリーンの昇降移動および設置、単結晶育成作業が一連のプロセスのもとで自動的に行えるような単結晶製造装置を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明にあっては、チャンバー内の引上げ単結晶の下端を包囲するように坩堝上方の単結晶引上げ領域の周囲に配した中空の輻射スクリーンと、種子結晶を嵌着させる種子結晶ホルダーとを備えた単結晶製造装置において、該種子結晶ホルダーに前記輻射スクリーンを吊下保持状に掛止させるフックを備えていることを特徴とする。
【０００６】
また、前記フックは、前記種子結晶ホルダーに対し揺動自在に支承されていたり、前記輻射スクリーンには、前記種子結晶ホルダーのフックと係合する掛止治具を備えていたり、該掛止治具は、前記輻射スクリーンに対し揺動自在に支承されて構成することができる。尚、前記輻射スクリーンの掛止治具と前記種子結晶ホルダーのフックとの離脱後には、該掛止治具とフックとが互いに干渉しないような構成にすることが好ましい。
【０００７】
本発明に係る単結晶製造装置にあっては、種子結晶ホルダーに輻射スクリーンを吊下保持状に掛止保持させるフックを備えているので、単結晶原料の坩堝への充填、原料の加熱、溶解の間は、前記輻射スクリーンを種子結晶ホルダーを介して坩堝の上方に引上げることにより、単結晶原料と輻射スクリーン下端との干渉が回避されるため、所定量の単結晶原料を充填することを可能とさせる。また、単結晶原料の溶解が略完了した時点で種子結晶ホルダーを下降させると輻射スクリーンからフックが外れてこのまま直接に単結晶育成作業工程へ移行することを可能とさせる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、図において示される符号１は、チョクラルスキー法により製造されるシリコン等の半導体単結晶の製造装置を構成するメインチャンバーであり、図１、図２に示すように、該メインチャンバー１内には、坩堝軸８を介して回転可能に黒鉛坩堝２が設置され、該黒鉛坩堝２内に石英坩堝３が嵌着され、該石英坩堝３内に単結晶原料４であるポリ結晶体が充填されている。また、アッパチャンバー１Ａから立設させたプルチャンバーの上端からはステンレス製ワイヤーまたはタングステン製ワイヤー等の引上軸５がメインチャンバー１内の石英坩堝３真上まで吊下げられ、該引上軸５の下端には種子結晶６Ｄを嵌着保持するための種子結晶ホルダー６の本体６Ａを吊下保持させ、該種子結晶ホルダー本体６を単結晶の成長と共に引上げおよび回転駆動させるようにしている。この種子結晶ホルダー本体６Ａの上方周壁面には、図１に示すように、モリブデン耐熱合金製の３本のＬ鍵状のフック６Ｂの後端がモリブデン耐熱合金製の支点６Ｅを介して三股状となるように揺動自在に支承されている。そして、該フック６Ｂの先端には、図３に示すように、メインチャンバー１内で石英坩堝３から引上げられる単結晶の下端を包囲する中空の截頭逆円錐筒形状を有する輻射スクリーン７をその上方周縁に付設したモリブデン耐熱合金製の３本の掛止治具６Ｃを介して吊下保持させている。このとき、輻射スクリーン７の上端とアッパチャンバー１Ａの内面との間隙が数十ｍｍ程度以内に収まるように種子結晶ホルダー６の高さが調節されていて、図１に示すように、石英坩堝３上端と輻射スクリーン７下端との間に十分な間隙を確保することができるので、石英坩堝３内に単結晶原料４を充填する際に、その充填量を任意に設定することができる。
【０００９】
前記黒鉛坩堝２の周囲には所定の間隔をもってカーボンヒーター９が包囲されており、カーボンヒーター９の周囲には所定の間隔をもって内壁面にグラファイト製の断熱筒１０を嵌着させた保護筒１１を配し、該保護筒１１の上端フランジと前記断熱筒１０の上端フランジとによって段差部１０Ａが形成されている。そして、図２に示すように、種子結晶ホルダー６を下降させて前記輻射スクリーン７の上端外周に設けられたフランジ７Ａを前記段差部１０Ａに掛止させた際には、さらに種子結晶ホルダー６を下降させることにより、前記掛止治具６Ｃをフック６Ｂから解放離脱されるようにしている。このとき、フック６Ｂは自重に任せて種子結晶ホルダー本体６Ａに沿って収束するように垂下吊持されるので、掛止治具６Ｃとフック６Ｂとはもう互いに干渉することがなくなり、以後の単結晶育成作業工程へ容易に移行できるようにしている。
【００１０】
あるいは、図４、図５に示すように、前記種子結晶ホルダー本体６に対しモリブデン耐熱合金製のフック６Ｂを固定一体化させると共に、前記掛止治具６Ｃの代わりに前記輻射スクリーン７に対しモリブデン耐熱合金製の支点６Ｈを介して揺動自在に支承させたモリブデン耐熱合金製の揺動掛止治具６Ｆによる構成とすることで、種子結晶ホルダー６を下降させて前記輻射スクリーン７の上端外周に設けられたフランジ７Ａを前記段差部１０Ａに掛止させた際に、前記揺動掛止治具６Ｆが自重に任せて次第に輻射スクリーン７内壁面側へ傾倒されながらフック６Ｂを揺動掛止治具６Ｆから解放離脱することができるようにしても良い。このときも上記と同様に前記輻射スクリーン７の揺動掛止治具６Ｆと前記種子結晶ホルダー６のフック６Ｂとの離脱後には、該揺動掛止治具６Ｆとフック６Ｂとが互いに干渉しないような構成となる。
【００１１】
尚、本実施の形態において、前記輻射スクリーン７の掛止に対し、フック６Ｂを種子結晶ホルダー本体６Ａから三股状に突設させた３点支持構成としているが、本発明は、種子結晶ホルダー６に輻射スクリーン７を安定に掛止保持させる機能を有するものであれば、これらの構成条件に限定されることはないことは勿論である。また、前記フック６Ｂ、掛止治具６Ｃ、支点６Ｅは夫々モリブデン耐熱合金製により形成されているが、その他タングステン、タンタル、セラミックス、カーボンあるいはこれらにＳｉＣ、ＳｉＮのコーティングを施したものを使用することもできる。さらに、前記掛止治具６Ｃを省略して、輻射スクリーン７の下端を直接フック６Ｂで掛止させて吊持することも可能である。
【００１２】
次に、本発明に係る単結晶製造装置の動作（使用）の一例を説明するに、例えば、単結晶製造の準備段階において、図１に示すように、種子結晶ホルダー６のフック６Ｂに輻射スクリーン７を掛止保持させ、単結晶原料４を石英坩堝３内に充填し、カーボンヒーター９により加熱溶解する。溶解終了後、徐々に種子結晶ホルダー６を降下させると、輻射スクリーン７は断熱筒１０の段差部１０Ａ上に載置され、さらに降下するとフック６Ｂが掛止治具６Ｃより外れて、図２に示すように、掛止治具６Ｃとフック６Ｂとが互いに干渉しない状態となる。そして、さらに種子結晶ホルダー６を下降させて種子結晶６Ｄを原料融液に接触させ、即単結晶成長を行なうことができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、特に種子結晶ホルダーに輻射スクリーンを吊下保持状に掛止させるフックを備えているので、従来のように輻射スクリーン吊り治具とシードチャックを一々オペレーターのマニュアル操作により交換する必要が無く、輻射スクリーンの昇降移動および設置から単結晶育成作業に至るまでの一連のプロセスが短時間で効率良く自動的に行うことができる。また、装置自体を複雑化せずに、しかも生産性の低下や自動化の障害にもならず、既存の装置にも容易に適用できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単結晶製造装置の石英坩堝内にポリ結晶体を充填した状態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る単結晶製造装置の断熱筒に輻射スクリーンを掛止した状態を示す説明図である。
【図３】本発明に係る輻射スクリーンの全体斜視図である。
【図４】本発明に係る単結晶製造装置の他例を示すもので、輻射スクリーンを種子結晶ホルダーに掛止した状態の一部省略説明図である。
【図５】本発明に係る単結晶製造装置の他例を示すもので、種子結晶ホルダーから輻射スクリーンが離脱される状態の一部省略説明図である。
【符号の説明】
１…メインチャンバー
２…黒鉛坩堝
３…石英坩堝
４…単結晶原料
５…引上軸
６…種子結晶ホルダー
６Ａ…種子結晶ホルダー本体
６Ｂ…フック
６Ｃ…掛止治具
６Ｄ…種子結晶
６Ｅ…支点
７…輻射スクリーン
７Ａ…フランジ
８…坩堝軸
９…カーボンヒーター
１０…断熱筒
１０Ａ…段差部
１１…保護筒

Claims

単結晶の引上げの際にチャンバー内の引上げ単結晶の下端を包囲するように坩堝上方の単結晶引上げ領域の周囲に配される中空の輻射スクリーンと、種子結晶を保持し引上げるための種子結晶ホルダーと、を備えた単結晶製造装置において、
前記種子結晶ホルダーに備えられ、前記輻射スクリーンを吊下保持状に掛止させるフックと、
前記輻射スクリーンに対し揺動自在に支承され、前記フックと係合する掛止治具と、
を備えていることを特徴とする単結晶製造装置。
前記輻射スクリーンの掛止治具と前記種子結晶ホルダーのフックとの離脱後には、前記掛止治具と前記フックとが互いに干渉しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
チャンバーと、坩堝と、ヒーターと、フックを備えた種子結晶ホルダーと、輻射スクリーンと、前記輻射スクリーンに対し揺動自在に支承された掛止治具と、を備えた単結晶製造装置により単結晶を製造する方法であって、
前記坩堝に単結晶の原料を充填する工程と、
前記原料を前記ヒーターにより溶融し、原料融液を製造する工程と、
前記種子結晶ホルダーに種子結晶を保持した状態で、前記フックに前記掛止治具を係合させて前記種子結晶ホルダーに前記輻射スクリーンを吊下保持し、前記種子結晶ホルダーを下降させる工程と、
前記坩堝上方の単結晶引上げ領域の周囲に前記輻射スクリーンを配置する工程と、
前記フックを前記掛止治具から離脱させることにより、前記掛止治具を前記輻射スクリーンの内壁面側へ傾倒させ、前記フックと前記掛止治具とが互いに干渉しない状態で前記種子結晶を前記原料融液に接触させて単結晶成長を行う工程と、
を含む単結晶製造方法。