JP4059943B2 - 半導体単結晶製造装置のメルトレシーブ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体単結晶製造装置のメルトレシーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の基板には主として高純度の単結晶シリコンが使用されているが、その製造方法として、一般にチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が用いられている。図５は、ＣＺ法による半導体単結晶製造装置の一例を模式的に示す部分縦断面図である。メインチャンバ９の内部には、回転および昇降可能なるつぼ軸５の上端に黒鉛るつぼ１０が載置され、黒鉛るつぼ１０の周囲には円筒状の黒鉛ヒータ６と断熱材からなる保温筒１３とが設置されている。メインチャンバ９はステンレス鋼板かになる２重構造の容器で、その内部を冷却水が循環することにより炉内温度を最適状態に制御している。また、メインチャンバ９の底面にはカーボンファイバの断熱材からなるメルトレシーブ１４が設置されている。メルトレシーブ１４の所定の位置には、融液８から発生するＳｉＯ等をキャリアガスとともに製造装置外に排出するための排気管を挿通する穴１４ｃや、黒鉛ヒータ６の電極１５を挿通する穴が設けられている。
【０００３】
黒鉛るつぼ１０に収容された石英るつぼ７に塊状の多結晶シリコンを装填し、これを黒鉛ヒータ６で加熱、溶解して融液８とする。シードチャック１６に取り付けた種結晶を融液８に浸漬し、シードチャック１６および黒鉛るつぼ１０を互いに同方向または逆方向に回転しつつシードチャック１６を引き上げてシリコン単結晶１７を成長させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
石英るつぼ７、黒鉛るつぼ１０、黒鉛ヒータ６などの炉内品は、炉内の温度分布や育成するシリコン単結晶１７の熱履歴を考慮して設計されている。しかしながら、単結晶育成の際にトラブル発生により融液８が固化し、その体積膨張による石英るつぼ７の破損とこれに伴う融液８の流出に関しては十分に考慮されているとはいえず、メルトレシーブ１４で融液８の全量を吸収できる構造にはなっていない。また、破損した石英るつぼ、黒鉛るつぼ等の落下に伴うメインチャンバ底部の破損を防止する構造になっていない。そして、流出した融液あるいは破損した落下物によりメインチャンバ底部が損傷すると、メインチャンバの壁内を循環している冷却水が水蒸気爆発を起こす危険性がある。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、るつぼの破損等により流出した融液あるいはこれに伴って落下するるつぼ片等からメインチャンバを保護し、水蒸気爆発を防止することが可能な半導体単結晶製造装置のメルトレシーブを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体単結晶製造装置のメルトレシーブは、ＣＺ法による半導体単結晶製造装置のメインチャンバ底部に装着するメルトレシーブであって、断熱材と、断熱材の表面を被覆する高強度のカーボンファイバ強化カーボン複合材料からなるカバーおよび底板とによって構成され、前記カバーの上面にるつぼから流出した融液を貯留する破損したるつぼ等の高重量物からチャンバを守る環状の溝を備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記メルトレシーブは、るつぼ内の融液の全量を貯留または吸収する能力を備えていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態および実施例】
上記第１の手段によれば、従来からメルトレシーブとして用いられている断熱材の表面を高強度のカーボンファイバ強化カーボン複合材料からなるカバーで被覆したので、融液の固化、膨張により大重量のるつぼが破損し、落下しても、カバーは破損することなく落下物を受け止める。また、るつぼの破損に伴って流出した融液はカバーの上面に設けられた環状の溝に流れ込み、メインチャンバ底部には到達しない。
【００１１】
更に、るつぼ内の融液の全量を貯留または吸収する能力を備えたメルトレシーブを使用すれば、流出した融液のメインチャンバ底部への到達を確実に防止することができる。
【００１２】
次に、本発明に係る半導体単結晶製造装置のメルトレシーブの実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例のメルトレシーブを装着した半導体単結晶製造装置の模式的部分縦断面図、図２はメルトレシーブの部分上面図で、従来の技術で説明した構成要素と同一の要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
第１実施例のメルトレシーブは、ＣＺ法により製造される半導体単結晶の大径化に伴って大型化した半導体単結晶製造装置を主たる対象とし、るつぼ容量１００ｋｇ以上に対応するものである。メルトレシーブ１は、高強度のカーボンファイバ強化カーボン複合材料（以下高強度Ｃ／Ｃ材という）を用いた円筒状のカバー２と、カバー２の内部に充填されたカーボンファイバからなる断熱材３と、カバー２を載置する底板４とによって構成されている。底板４は、高強度Ｃ／Ｃ材あるいはソリット材等で構成している。メルトレシーブ１の中心部にはるつぼ軸５を挿通する穴１ａが設けられ、所定の部位には黒鉛ヒータ６の電極を挿通する穴１ｂや排気管を挿通する穴１ｃが設けられている。また、カバー２の上面には円弧状の断面をもつ溝２ａが穴１ａを取り巻くように形成されている。溝２ａは、石英るつぼ７に貯留した融液８の全量を収容しうる容積を備えている。
【００１４】
従来からメルトレシーブとして用いられているカーボンファイバ製断熱材を高強度Ｃ／Ｃ材で被覆してメルトレシーブとしたので、融液流出時にメルトレシーブが破損することなく流出した融液の全量を受け止め、メインチャンバ９の底面に融液が到達することはない。また、融液が固化、膨張して石英るつぼ７、黒鉛るつぼ１０が破壊された場合、これらの重量物や融液の固化部分が落下することがあっても、カバー２はこれらの衝撃に耐えうる強度をもっているので、落下物はカバー２の上面で受け止められる。従って、メインチャンバ９の底面が損傷することはない。
【００１５】
図３は溝の形状が図１と異なるメルトレシーブの縦断面図で、（ａ）に示すメルトレシーブ１はカバー２の上面に角形の溝２ｂを備え、（ｂ）に示すメルトレシーブ１はカバー２の上面にＶ字状の溝２ｃを備えている。いずれの溝も石英るつぼに貯留した融液の全量を収容しうる容積を備えている。溝以外の構造は図１および図２に示したメルトレシーブと同一で、いずれを装着しても差し支えない。溝内にカーボンファイバを装填して融液を吸収させてもよく、また、図１および図３（ａ）、（ｂ）に示したメルトレシーブのカバー２と底板４とを一体構成としてもよい。また、図３（ｃ）、（ｄ）に示すごとく、底板４の上にカーボンファイバ等からなる断熱材３を載置し、さらに、溝は図１、図２、図３（ａ）、および図３（ｂ）と同一形状にして、断熱材３をその中に収納した状態で底板４の上にカバー２を載置しても良い。これにより、従来の構成に、カバー２を追加するだけで良く、従来の半導体単結晶製造装置の改良が容易に行える。
【００１６】
図４は、参考例として示すメルトレシーブの縦断面図である。参考例のメルトレシーブは、現在一般的に用いられている１００ｋｇ程度の容量のるつぼに対応するものである。図４（ａ）に示したメルトレシーブ１１は２層構造で、上側は流出した融液の全量を吸収する層としてカーボンファイバからなる断熱材３、下側は断熱材３を通過した融液を遮断する層として黒鉛製の板材または高強度Ｃ／Ｃ材を用いた底板４によって構成されている。メルトレシーブ１１の中心部にはるつぼ軸を挿通する穴１１ａが設けられ、所定の部位には黒鉛ヒータの電極を挿通する穴１１ｂや排気管を挿通する穴１１ｃが設けられている。
【００１７】
メルトレシーブ１１を、図４（ｂ）に示すように、断熱材３を黒鉛材または高強度Ｃ／Ｃ材からなる融液遮断ケース１２に収容する構成としてもよい。この構造の場合、断熱材３を通過した融液は融液遮断ケース１２内に蓄えられるので、メインチャンバ底部は更に確実に保護される。また、重量物の落下に対しても破損しにくい。
【００１８】
融液吸収能力を８０ｋｇとしたメルトレシーブ１１を装着した半導体単結晶製造装置において、融液７５ｋｇを貯留していたるつぼが破損して約５０ｋｇの融液が流出したことがあるが、流出した融液のほぼ全量がメルトレシーブ１１によって吸収され、メインチャンバの底面には到達しなかった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高強度のＣ／Ｃ材からなるカバーで断熱材を被覆し、このカバーの上面に設けた溝に流出した融液を収容する構成のメルトレシーブとしたので、断熱性、耐衝撃性に優れ、融液収容能力を備えたメルトレシーブとすることができる。このようなメルトレシーブを使用すれば、るつぼの破損による融液流出や大重量の落下物があった場合でも、これらをメルトレシーブで受け止めることができ、メインチャンバ底部の損傷が防止される。従って、ＣＺ法によって製造される半導体単結晶の大径化に伴って炉内品が大型化した場合でも、半導体単結晶製造装置の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のメルトレシーブを装着した半導体単結晶製造装置の模式的部分縦断面図である。
【図２】図１のメルトレシーブの部分上面図である。
【図３】溝形状の異なる４例のメルトレシーブの縦断面図である。
【図４】参考例のメルトレシーブ２例の縦断面図である。
【図５】従来のメルトレシーブを装着した半導体単結晶製造装置の模式的部分縦断面図である。

Claims (2)

  1. チョクラルスキー法による半導体単結晶製造装置のメインチャンバ底部に装着するメルトレシーブであって、
    断熱材と、
    破損したるつぼ等の高重量物からチャンバを守るため破損したるつぼの落下の衝撃に耐え得る強度を有する高強度のカーボンファイバ強化カーボン複合材料よりなり前記断熱材の表面を被覆するカバーと、
    底板と、
    によって構成され、前記カバーの上面にるつぼから流出した融液を貯留する環状の溝を備えていることを特徴とする半導体単結晶製造装置のメルトレシーブ。
  2. 前記環状の溝が、るつぼ内の融液の全量を貯留する能力を備えていることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶製造装置のメルトレシーブ。
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