JP4206809B2 - 熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置およびこれに用いる熱遮蔽部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンの単結晶を成長させる方法として、チョクラルスキー法が知られている。チョクラルスキー法とは、原料をルツボ内で溶融し、その融液内に種結晶を浸して、種結晶およびルツボを回転させながら、種結晶を徐々に引き上げることにより、その下にシリコンの単結晶を成長させる方法である。
【０００３】
このチョクラルスキー法により成長される単結晶の品質は、成長中の温度に依存することが一般に知られている。結晶の温度に大きな影響を与える因子としては、ルツボ内の融液から受ける輻射熱が挙げられ、これを制御するために、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置においては、通常、成長中の結晶のまわりに黒鉛等からなる熱遮蔽部材が配置される（例えば、特許文献１および２参照）。
また、上記単結晶引上げ装置においては、成長中の結晶の直径を非接触で計測して引上げ速度を制御するための光学機器が設置されることから、その視野を確保するために、上記熱遮蔽部材に切欠部（スリットを含む。）を設けることが多い。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−２９４７８４号公報（第２頁〜第４頁）
【特許文献２】
特開平１１−２９０７９２号公報（第４頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
他方、上記単結晶引上げ装置においては、単結晶の引上げを行っている間、チャンバ内の温度を１０００℃以上の高温に保つ一方、単結晶の引上げ終了後には、チャンバ内の温度を一旦常温にまで低下させ、この状態で次の引上げに用いる単結晶の原料をルツボ内に供給するようにしている。すなわち、チャンバ内においては、原料の供給時と単結晶の引上げ時とで非常に大きな温度差が生じ、これが単結晶の製造過程で繰り返し発生する。また、上記熱遮蔽部材の下端部には、融液に対向する部分が設けられるが、この部分には、その表面に沿って流れる不活性ガスによる影響や、ルツボやヒータの配置等の関係で、その中心部と外周部との間で１００℃〜２００℃の温度差が生じる。
【０００６】
このため、上記熱遮蔽部材には、上述したようなチャンバ内で生じる急激な温度変化や材料中に発生する急峻な温度差、また材料中の残留応力や劣化防止用の被覆材と内部物質との熱膨張差などの影響により、使用中に大きな応力が発生することがある。とりわけ、光学機器用に設けられた切欠部の近傍には応力が集中し易く、熱遮蔽部材が繰り返し使用されて材質の劣化が進行すると、使用中に破壊する虞がある。その場合には、熱遮蔽部材の破片等がルツボ内の融液に混入して融液等が使用不能になることから、歩留まりを低下させる原因にもなる。これを避けるために、材質の劣化が進行する以前に熱遮蔽部材を交換することも考えられるが、熱遮蔽部材自体が比較的高価なものであるため、頻繁に交換を繰り返すとコストが増大するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、材料中に発生する熱応力を緩和することができる耐久性に優れた熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において、上記単結晶の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材であって、上記単結晶を囲繞するように配置され下端部が上記融液の近傍にまで至る略円筒状の本体部と、上記本体部の下端部より径方向に延びて上記融液を覆う略円環状の底板部とを備えてなり、上記単結晶の引上げ時における上記底板部の上記本体部に対する角度が固定されており、上記底板部には切欠部が設けられ、上記底板部は、上記切欠部に熱応力が集中しないように上記切欠部を通る線分に沿って切り離されており、上記底板部が、一箇所以上で周方向に切り離された状態で上記本体部に取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、略円筒状の本体部には、上下両端の径がほぼ同寸法となる円筒状の本体部が含まれる他、上端から下端に向けて漸次小径となる逆円錐台状の本体部も含まれる。
略円環状の底板部には、内周側と外周側の高さがほぼ同じになる水平な底板部が含まれる他、内周側が外周側よりも上方または下方に位置する傾斜した状態の底板部も含まれる。
本体部に底板部を取り付ける方法としては、例えば、本体部の下端に、内周側に延出する支持部を設け、この支持部の上面に底板部の周縁を載置した状態で取り付ける方法等が挙げられる。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、融液を覆う略円環状の底板部が一箇所以上で周方向に切り離された状態で本体部に取り付けられているので、底板部中に発生する熱応力を緩和することができ、熱遮蔽部材の特定部位に熱応力が集中するのを防止することができる。すなわち、底板部が周方向に連続する状態で設けられている場合（すなわち、切り離し箇所が無い場合）には、底板部の自由熱膨張が拘束されて、使用中に大きな熱応力が発生することがあり得るが、本発明によれば、底板部を一箇所以上で周方向に切り離したことにより、上記大きな熱応力の発生を防止することができる。その結果、材質の劣化が進行しても熱遮蔽部材が破壊し難くなり、当該熱遮蔽部材の耐久性を高めることができる。また、熱遮蔽部材が破壊し難くなることから、部材コストを低減することもできる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱遮蔽部材において、上記底板部には切欠部が設けられ、この切欠部を通る線分に沿って当該底板部が切り離されていることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、上記切欠部には、底板部の内周または外周の一部を切り欠くように形成された切欠部が含まれる他、内周と外周との間に形成される開口部も含まれる。また、上記切欠部は、光学機器の視野を確保するために形成される切欠部に限られるものではなく、他の用途のために形成される切欠部であってもよい。
【００１３】
この請求項２に記載の発明によれば、切欠部を通る線分に沿って底板部が切り離されているので、切欠部の周りに熱応力が集中するのを防止することができ、熱遮蔽部材の耐久性をさらに向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置であって、上記単結晶の周囲を覆う熱遮蔽部材として、請求項１または２に記載の熱遮蔽部材を用いたことを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項３に記載の発明によれば、単結晶の周囲を覆う熱遮蔽部材として、請求項１または２に記載の熱遮蔽部材を用いるようにしたので、従来よりも熱遮蔽部材の耐久性が向上して、単結晶の製造にかかるコストの低減を図ることができるとともに、使用中に熱遮蔽部材が破壊するといった不具合の発生を減少させることができ、これにより、歩留まりの改善を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明に係る熱遮蔽部材およびこれを用いた単結晶引上げ装置の一実施形態を示すもので、図中符号１０がルツボである。このルツボ１０は、石英製の内層容器と黒鉛製の外層容器とからなり、図１に示すように、支持軸１２により回転自在かつ昇降自在に支持された状態でチャンバ１１内に収容されている。このルツボ１０の周囲には、その外周に沿ってヒータ１３が配置される一方、ルツボ１０の上方には、支持軸１２と反対の方向に回転自在かつ昇降自在な引上げ軸１４が配設されている。この引上げ軸１４の下端部には種結晶（図示省略）が取り付けられており、この種結晶をルツボ１０内の融液１５に浸して、引上げ軸１４および支持軸１２を逆方向に回転させながら、融液１５から種結晶を徐々に引き上げることにより、その下にシリコンの単結晶１６が成長するようになっている。
【００１７】
また、チャンバ１１内の所定位置には、成長中の上記単結晶１６の直径を計測するための光学機器（図示省略）が設置されており、この光学機器の計測値に基づいて種結晶の引上げ速度等が制御されるようになっている。
そして、ルツボ１０の上方には、図１に示すように、成長中の上記単結晶１６の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材２０が配置されている。この熱遮蔽部材２０は、単結晶１６を囲繞するように配置され下端部がルツボ１０内の融液１５の近傍にまで至る略円筒状の本体部２１と、融液１５に対向する状態で本体部２１の下端部に配置された略円環状の底板部２２とを備えている。これら本体部２１および底板部２２は何れも黒鉛やＣＣコンポジット材等により形成され、その表面にはＳｉＣによるコーティングが施されている。
【００１８】
本体部２１の上端部には、図１および図２に示すように、チャンバ１１内のフレーム１７に熱遮蔽部材２０を係止させるためのフランジ部２３が設けられ、下端部には、底板部２２の周縁部を支持する支持部２４が本体部２１の内周側に延出する状態で設けられている。
他方、底板部２２の中央部には、上記単結晶１６を通す開口部２６が設けられている。この底板部２２の内周部には、図２および図３に示すように、光学機器の視野を確保するための切欠部２５が設けられており、この切欠部２５を通る線分に沿って当該底板部２２が周方向に切り離されて複数に分割された状態（ここでは、切欠部２５を通る直径Ｌに沿って半分に分割された状態）で本体部２１に取り付けられている。
【００１９】
上記構成からなる単結晶引上げ装置を用いて、シリコンの単結晶１６を成長させる場合には、先ず、原料となる多結晶シリコンをルツボ１０内に供給し、その後、チャンバ１１内を真空排気した後、不活性ガスを導入流動させた状態でヒータ１３を作動させて、ルツボ１０内の原料を溶解する。次いで、引上げ軸１４の下端部に取り付けた種結晶をルツボ１０内の融液１５に浸漬し、この状態から引上げ軸１４と支持軸１２を逆方向に回転させながら引上げ軸１４を上昇させる。これにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶１６が育成される。
【００２０】
この際に、シリコンの単結晶１６は周囲が熱遮蔽部材２０により覆われた状態となっているので、ルツボ１０内の融液１５から発せられた輻射熱等が熱遮蔽部材２０によって遮られることとなる。したがって、単結晶１６の温度上昇を抑制して単結晶１６を予め設定された温度に容易に制御することがき、単結晶１６の温度制御に起因する品質のバラツキを低減することができる。
【００２１】
しかも、本実施形態の熱遮蔽部材２０によれば、融液１５に対向する円環状の底板部２２が複数箇所で周方向に切り離された状態で本体部２１に取り付けられているので、底板部２２中に発生する熱応力を緩和することができる。特に、この実施形態においては、切欠部２５を通る線分（直径Ｌ）に沿って底板部２２を分割するようにしたので、切欠部２５の周囲に熱応力が集中するのを防止することができる。したがって、熱遮蔽部材２０の耐久性を向上させることができ、材質の劣化が進行しても熱遮蔽部材２０が破壊し難くなる。
【００２２】
その結果、使用中に熱遮蔽部材２０が破壊するといった不具合の発生を減少させることができ、これにより、歩留まりの改善を図ることもできる。
さらに、この実施形態においては、切欠部２５を通る直径Ｌを分割線として底板部２２を２分割するようにしたので、それら分割片２２ａ、２２ｂが本体部２１より脱落しないように各々を安定した状態で保持することができる。
【００２３】
なお、この実施形態においては、円環状の底板部２２を２箇所で切り離して底板部２２を２分割するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、底板部２２を３箇所以上で切り離して底板部２２を３つ以上に分割するようにしたり、あるいは底板部２２の切り離し箇所を１箇所のみとして底板部２２を複数に分割しないように構成することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、底板部中に発生する熱応力を緩和することができ、熱遮蔽部材の特定部位に熱応力が集中するのを防止することができる。したがって、熱遮蔽部材の耐久性を向上させることができ、単結晶の製造にかかるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単結晶引上げ装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の熱遮蔽部材を示す斜視図である。
【図３】図１の熱遮蔽部材の底板部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ ルツボ
１５ 融液
１６ 単結晶
２０ 熱遮蔽部材
２１ 本体部
２２ 底板部
２５ 切欠部

Claims (3)

1. ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において、上記単結晶の周囲を熱遮蔽する熱遮蔽部材であって、上記単結晶を囲繞するように配置され下端部が上記融液の近傍にまで至る略円筒状の本体部と、
   上記本体部の下端部より径方向に延びて上記融液を覆う略円環状の底板部とを備えてなり、
   上記単結晶の引上げ時における上記底板部の上記本体部に対する角度が固定されており、
   上記底板部には切欠部が設けられ、
   上記底板部は、上記切欠部に熱応力が集中しないように上記切欠部を通る線分に沿って切り離されており、
   上記底板部が、一箇所以上で周方向に切り離された状態で上記本体部に取り付けられていることを特徴とする熱遮蔽部材。
2. 上記底板部の切り離し箇所が一箇所のみであることを特徴とする請求項１に記載の熱遮蔽部材。
3. ルツボ内に貯留された融液から単結晶を引上げるチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置であって、
   上記単結晶の周囲を覆う熱遮蔽部材として、請求項１または２に記載の熱遮蔽部材を用いたことを特徴とする単結晶引上げ装置。

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