JP4255578B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4255578B2 JP4255578B2 JP24792599A JP24792599A JP4255578B2 JP 4255578 B2 JP4255578 B2 JP 4255578B2 JP 24792599 A JP24792599 A JP 24792599A JP 24792599 A JP24792599 A JP 24792599A JP 4255578 B2 JP4255578 B2 JP 4255578B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- shield
- crystal pulling
- pulling apparatus
- melt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶引上装置に係わり、特に単結晶の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体デバイスの基板には主にシリコン単結晶が用いられているが、このシリコン単結晶は、多結晶シリコンからチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により製造される。
【０００３】
図１２に示すように、このＣＺ法は、単結晶引上装置５１の炉体５２内に設置した石英ガラスルツボ５３に原料であるポリシリコンを充填し、石英ガラスルツボ５３の外周に設けたヒータ５４によってポリシリコンを加熱溶解した上、シードチャックに取り付けたシード５５をシリコン融液Ｍに浸漬し、シードチャックおよび石英ガラスルツボ５３を同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げて単結晶Ｉｇを成長させる方法である。
【０００４】
上記単結晶引上装置５１を用いたＣＺ法による単結晶引上げにおいて、無転位で引上げを完結させるためにテールコーンｔを作成する必要がある。
【０００５】
テールコーンｔは一般的にシリコン融液Ｍに対して逆円錐形状をしており、コーン傾斜部ｔ０がシリコン融液Ｍに対向することにより、直胴部ｓ育成時よりもテールコーンｔ引上げ時の方が、シリコン融液Ｍに対向する単結晶Ｉｇの表面積は大きくなり、また、単結晶Ｉｇの直径を絞込むので融液Ｍの露出面積Ａ０が大きくなる。従って、直胴部ｓ育成時よりもテールコーンｔ引上げ時の方が、単結晶Ｉｇがシリコン融液Ｍから受ける輻射熱量は大きくなる。
【０００６】
このため直胴部ネックｓｎ側とテールコーンｓｔ側とでは不純物を捕獲する効果（ＩＧ効果＝Ｉｎｔｒｉｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）を持たせることができる領域をシリコンウェーハ内に形成するに必要な結晶欠陥（酸素析出欠陥）に影響を及ぼす温度帯の体験時間（いわゆる熱履歴）が異なり、結晶欠陥分布が不均一であった。
【０００７】
一方、単結晶引上げ時の輻射熱を制御するものとして、特開昭５７―４０１１９号公報に記載される単結晶引上装置のように、結晶成長部だけを残して他の融液面を遮熱シールドで覆うものがある。図１３に示すように、この単結晶引上装置６１の輻射シールド６２、下部開口部６３の直径ｄが単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きく形成されているので、融液Ｍの露出面積Ａ０が一定であり、テールコーンｔ作成中に単結晶Ｉｇの直下の融液Ｍから輻射熱を制御することは不可能であり、結晶欠陥を制御することはできなかった。
【０００８】
また、特開昭６３―３０３８８７号公報に記載された単結晶引上げ装置のように、輻射シールド自身を可動的にし、引上げ工程に応じて輻射シールドを開閉して、消費電力の低減を図るもの、あるいは、特開平９―１３２４９６号公報に記載され図１４に示すよな単結晶引上げ方法のように、輻射シールド６１の下部開口部６２に揺動可能に設けられた整流板６３により、不活性ガスＧの流れを制御して、単結晶Ｉｇに含まれる酸素濃度を調整する方法はあるが、この単結晶引上げ方法も整流板７１の閉塞時にあっても、融液Ｍの露出面積Ａ０は減じられることがなく一定であるので、テールコーンｔ作成中に単結晶Ｉｇの直下の融液Ｍからの輻射熱を制御することが不可能であり、結晶欠陥を制御することはできなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置が要望されており、本発明は上述した事情を考慮してなされたもので単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、炉体内に設置されたルツボと、このルツボに充填された原料を加熱して融液にするヒータと、引上げ領域を囲むようにルツボの上方に設置された輻射シールドとを有し、融液にシードを浸漬して単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記輻射シールドは支持部と、この支持部に可動自在に設けられ下部開口部を形成する可動シールド部と、この可動シールド部を動かす駆動手段とを有し、前記駆動手段により前記可動シールド部を動かして前記下部開口部の直径を変化させ、前記可動シールド部は、単結晶のテールコーンの形成工程中、単結晶のテールコーンの成長に合わせ、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御され、直胴部テール側単結晶の欠陥密度が一定以上に維持されることを特徴とする単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項２の発明では、上記可動シールド部は、この可動シールド部を形成するシールド片が支持部に一端で回動自在に軸支され、前記シールド片の傾き角度を変えることにより、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項３の発明では、上記駆動手段は、この駆動手段に接続された制御装置への入力により作動されることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項４の発明では、上記制御装置への入力は、記憶装置に記憶された単結晶引上げプログラムに基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項５の発明では、上記制御装置への入力は、単結晶のテールコーンを撮像する撮像手段の画像信号に基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる単結晶引上装置の実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は本発明に係わる単結晶引上装置１で、この単結晶引上装置１は水冷された炉体２と、この炉体２に収納され原料であるポリシリコンを溶融しシリコン融液Ｍにする石英ルツボ３と、この石英ルツボ３を保持する黒鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞するヒータ５とを有している。この黒鉛ルツボ４は炉体２を貫通し、モータ６に結合されて回転され、かつ昇降装置７によって昇降されるルツボ回転軸８に取り付けられている。
【００１８】
また、石英ルツボ３の上方には引上げ領域を囲み、シリコン融液Ｍからの熱輻射を防止し、かつ炉体２内を流れる不活性ガス、例えばアルゴンガス（以下Ａｒという。）の流路を制御する輻射シールド９が設けられ、この輻射シールド９は駆動手段、例えばシールド用モータ１０により駆動される可動シールド部１１を有している。
【００１９】
さらに、石英ルツボ３の上方には、単結晶引上げのためのシード１２を保持するシードチャック１３が取付けられた引上げ用のワイヤー１４が設けられている。このワイヤー１４は炉体２外に設けられモータ（図示せず）により付勢されワイヤー１４を巻き取ると共に回転させるワイヤー回転装置１５が取り付けられている。また、炉体２の上部外壁には、透孔を耐熱ガラスにより塞ぎ透光可能な監視窓１６が設けられている。
【００２０】
さらに、単結晶引上装置１は制御装置１７を有し、この制御装置１７により、シリコン融液Ｍの温度を制御するヒータ５への供給電力量を制御するヒータ制御器１８、石英ルツボ３の回転数を制御するルツボモータ制御器１９、石英ルツボ３の高さを制御する昇降装置制御器２０、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤーリール回転装置制御装置２１および可動シールド部１１のシールド用モータ１０の回転を制御するシールド用モータ制御器２２等を制御する。制御装置１７からの出力によりヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１およびシールド用モータ制御器２２を制御して、引上げ条件を変更し、単結晶Ｉｇの直径Ｄを制御し、テールコーンｔを形成する。
【００２１】
なお、単結晶引上げ工程中、制御装置１７によるヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器（図示せず）の制御は、事前に制御装置１７にプログラムされた制御手順に従って行われ、また、必要に応じ制御装置１７に設けられた入力手段２３からの入力により行われる。
【００２２】
また、図１および図２に示すように、上記輻射シールド９は、炉体２に取付けられた支持部２４と、この支持部２４に固定的に設けられ円筒形状の通気路形成部２５と、支持部２４に可動自在に軸支され、通気路形成部２５に収納され、かつ下部開口部２６を形成する可動シールド部１１と、この可動シールド部１１を動かす上記シールド用モータ１０とを有している。なお、可動シールド部１１は必ずしも直接支持部２４に軸支する必要はなく、通気路形成部２５の中間部に軸支し、通気路形成部２５を介して支持部２４に取付けてもよく、さらに通気路形成部２５を設けず、支持部２４と可動シールド部１１とで輻射シールド９を形成してもよい。
【００２３】
さらに、可動シールド部１１はシールド用モータ１０により作動され下部開口部２６の直径ｄを変化させることができるようになっており、下部開口部２６の直径ｄを引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも小さく絞れるようになっている。
【００２４】
従って、図２に示すように、下部開口部２６を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ）に対して露出する融液露出面積Ａは、Ａ＝（（ｄ／２）２−（Ｄｔ／２）２）πで表され、可動シールド部１１を動かすことにより変えられる。
【００２５】
さらに、図３に示すように、可動シールド部１１は、放射形状に切断された９枚のシールド片２７で形成されている。このシールド片２７は、同一形状を有するリング形状の板体を７分割して得られる放射形状板片であるので、９枚用いて再度リング形状に組立ると各シールド片２７間で側縁に重合部分２７ｃができ、リング形状の可動シールド部１１に形成される下部開口部２６の直径ｄを変化させるために各シールド片２７を動かしても各シールド片２７間に空隙が生じないようになっている。
【００２６】
可動シールド部１１を形成する９枚のシールド片２７は、３枚毎にワイヤーケーブル２８により支持されており、このワイヤーケーブル２８が取付けられたシールド片２７ａは、両隣のシールド片２７とは側縁が下方から重なり、重合部分２７ｃで両隣のシールド片２７を支持するようになっている。
【００２７】
シールド片２７はその材質としてＴａやＭｏなどの金属、あるいはＣ，ＳｉＣなどのセラミックスが用いられており、可動シールド部１１を形成するシールド片２７はある重量を有しており、常時下方に重力がかかっているが、シールド片２７は剛性を有し、ワイヤーケーブル２８によって支持されているので、上記のように可動シールド部１１に形成される下部開口部２６の直径ｄを変化させるために、各シールド片２７を動かしても重合部分２７ｃは重合を維持し、各シールド片２７間に空隙が生じない。
【００２８】
また、一端にシールド片２７ａが取付けられた各々のワイヤーケーブル２８の他端は、ドラム（図示せず）を介してシールド用モータ１０に接続され、このシールド用モータ１０の回動により、シールド片２７を上下に動かし、可動シールド部１１の下部開口部２６の直径ｄ、位置を変えることができるようになっている。
【００２９】
この可動シールド部１１は、下部開口部２６の直径ｄが最大の場合には、截頭円錐体形状をなし、最小の場合には、扁平リング形状をなすようになっている。
【００３０】
炉体２の上方から導入されたＡｒが、輻射シールド９に設けられ、シード１２から成長したシリコン単結晶Ｉｇが貫通する輻射シールド９の上部開口部２９および石英ルツボ３とヒータ５の間に形成された通気路３０を介し炉体２外に排出されるように、炉体２の底部３１には複数個例えば２個の排気口３２が設けられている。
【００３１】
次に本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げ方法について説明する。
【００３２】
図１に示すように、原料のポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器を制御する。これにより、Ａｒを炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５の付勢により石英ルツボ３を加熱し、モータ６の付勢によりモータ６に結合された回転軸８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
【００３３】
一方、輻射シールド９は、シールド用モータ制御器２２の作用によりシールド用モータ１０は駆動され、ワイヤーケーブル２８は降下されて、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａも解放端が最下位に位置する。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、この解放端が最下位に位置すると、可動シールド部１１に形成された下部開口部２６の直径ｄはｄ１となって最大になり、引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きくなる。一定時間が経過した後、ワイヤー１４を下ろし、シード１２をシリコン融液Ｍの液面に接触させシード１２から単結晶Ｉｇが成長し、この単結晶Ｉｇは輻射シールド９に設けられた下部開口部２６、上部開口部２９を通って引上げられていく。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、引上げ工程が進行し、単結晶Ｉｇの直胴部ｓの長さまで引上げられると、図１に示すように、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２を制御して、ヒータ６の出力、石英ルツボ３の回転数と上昇速度、ワイヤー１４の上昇速度を変更し、引上げ条件を変え、単結晶Ｉｇの下端にテールコーンｔを形成することを開始する。
【００３６】
このテールコーンｔの形成開始後、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、シールド用モータ制御器２２を制御して、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを中間位置に上昇させる。
【００３７】
この解放端が中間位置に位置すると下部開口部２６を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ２）に対して露出する融液露出面積Ａ２は、Ａ２＝（（ｄ２／２）２−（Ｄｔ２／２）２）πで表される値となり、図１２に示すよな輻射シールドを有しない場合の融液露出面積Ａ０、あるいは、図１３および図１４に示すように、輻射シールドが融液からテールコーンに対する輻射を全く遮らない場合の融液露出面積Ａ０よりも小さな値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００３８】
さらに、テールコーンｔの形成工程が継続される。図１に示すように、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、シールド用モータ制御器２２を制御して、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを上部位置に上昇させる。
【００３９】
図４（ｃ）に示すようにこの解放端が上部位置に位置すると、下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ３）に対して露出する融液露出面積Ａ３は、Ａ３＝（（ｄ３／２）２−（Ｄｔ３／２）２））πで表される値となり、図４（ｂ）に示す融液露出面積Ａ２よりもさらに小さな値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００４０】
なお、融液露出面積Ａ３は融液露出面積Ａ２よりも小さいことが好ましいが、融液露出面積Ａ３、融液露出面積Ａ２が、輻射を全く遮らない場合の融液露出面積よりも小さければよく、融液露出面積Ａ３は融液露出面積Ａ２に等しくてもよい。
【００４１】
上記のように可動シールド部１１を操作することにより、融液露出面積Ａを制御し、テールコーンｔ形成時、輻射熱の制御を可能にし、結晶欠陥の制御を行うことができる。
【００４２】
次に本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態について説明する。
【００４３】
なお、上述した実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００４４】
図５に示すように、他の実施形態の単結晶引上装置４１は、炉体２の上部外側に設置された撮像手段、例えば２次元ＣＣＤカメラ４２が設けられており、この２次元ＣＣＤカメラ４２は、炉体外壁に設けられたカメラポート４３を介して、引上げられる単結晶Ｉｇのテールコーンｔが撮像できるようになっている。
【００４５】
また、この２次元ＣＣＤカメラ４２は、２値化回路４４、画像処理装置４５を介して制御装置４６に接続されており、２次元ＣＣＤカメラ４２の画像信号は２値化回路４４に供給され、さらに２値化回路４４からの入力電圧は２値化され、画像処理装置４５に供給され、画像処理装置４５により画像処理され、テールコーンｔの直径が検出されてシールド用モータ制御器２２に出力されるようになっている。
【００４６】
従って、２次元ＣＣＤカメラ４２の画像信号により、シールド用モータ制御器２２を制御して、上述のように可動シールド部１１はシールド用モータ１０により作動され、下部開口部２６の直径ｄを変化させることができるようになっており、下部開口部２６の直径ｄを引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも小さく絞れるようになっている。なお、２次元ＣＣＤカメラは、単結晶のネック形成時に用いられる撮像装置を兼用してもよい。
【００４７】
次に本実施形態の単結晶引上装置４１を用いた単結晶の引上げ方法について説明する。
【００４８】
図５に示すように、原料のポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器を制御する。これらの制御により、Ａｒを炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５の付勢により石英ルツボ３を加熱し、モータ６の付勢によりモータ６に結合された回転軸８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
【００４９】
一方、輻射シールド９は、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、シールド用モータ制御器２２は制御されて、シールド用モータ１０は駆動され、ワイヤーケーブル２８は降下し、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａも解放端が最下位に位置する。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、この解放端が最下位に位置すると、可動シールド部１１に形成された下部開口部２６の直径ｄはｄ１となって最大になり、引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きくなり、この状態を維持する。一定時間が経過した後、ワイヤー１４を下ろし、シード１２をシリコン融液Ｍの液面に接触させシード１２から単結晶Ｉｇが成長し、この単結晶Ｉｇは輻射シールド９に設けられた下部開口部２６、上部開口部２９を通って引上げられていく。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、引上げ工程が進行し、単結晶Ｉｇの直胴部ｓの長さまで引上げられると、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２を制御して、ヒータ６の出力、石英ルツボ３の回転数と上昇速度、ワイヤー１４の上昇速度を変更し、引上げ条件を変え、単結晶Ｉｇで下端にテールコーンｔの形成を開始する。
【００５２】
このテールコーンｔの形成開始後、２次元ＣＣＤカメラ４２は、テールコーンｔの外周部を撮像し、この画像信号を２値化回路４４に供給し、さらに２値化回路４４からの入力電圧は２値化され、画像処理装置４５に供給され、画像処理装置４５により画像処理され、制御装置１７に供給され、テールコーンｔの直径Ｄｔ２が検出されて、シールド用モータ制御器２２に出力される。
【００５３】
この出力により、シールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを中間位置に上昇させる。この解放端が中間位置に位置すると下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ２）に対して露出する融液露出面積Ａ２は、Ａ２＝（（ｄ２／２）２−（Ｄｔ２／２）２））πで表される値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００５４】
さらに、図６（ｃ）に示すように、テールコーンｔの形成工程が継続される。２次元ＣＣＤカメラ４２は、引続きテールコーンｔの外周部を撮像し、上記同様にしてテールコーンｔの直径Ｄｔ３が検出されて、シールド用モータ制御器２２に出力される。この出力により、シールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを上部位置に上昇させる。この解放端が上部位置に位置すると下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ３）に対して露出する融液露出面積Ａ３は、Ａ３＝（（ｄ３／２）２−（Ｄｔ３／２）２））πで表される値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００５５】
上記のように２次元ＣＣＤカメラ４２により、テールコーンｔの外周部を撮像し、この画像信号に基づきシールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０により可動シールド部１１を動かすことにより、融液露出面積Ａを制御するので、確実に輻射熱の制御を可能にし、結晶欠陥の制御を行うことができる。
【００５６】
図５に示した本実施形態では、この可動シールド部１１を動かす駆動手段として、シールド用モータ１０を用い、このシールド用モータ１０を用いて、２次元ＣＣＤカメラ４２からの画像信号に基づき制御装置４６によりシールド用モータ制御器２２を制御し、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、可動シールド部１１を動かしている。また、図１に示した第１の実施形態では、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、駆動手段としてシールド用モータ１０を用いて、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、可動シールド部１１を動かしている。
【００５７】
しかし、本発明に係わる単結晶引上げ装置は、駆動手段として、シールド用モータを用い、このシールド用モータを炉体に設けられた監視窓から作業者がテールコーンを観察し、この観察結果を制御装置に設けられた入力手段から入力して、制御装置を介してシールド用モータを作動させても良く、また、モータを設けず、作業者が手動によりドラムを回転させ、ワイヤケーブルを巻上げ、可動シールド部を動かすようにしてもよい。
【００５８】
【実施例】
（１）試験１：図７に示すような単結晶引上げ装置（ホットゾーン１６インチ、シリコン単結晶直径６インチ）を用い、可動シールド部に解放端とテールコーンの表面との距離が常に２０ｍｍになるようにシールド片の角度θを変え、テールの長さと露出面積の関係を調べた。
【００５９】
結果：図８に示すように、実施例は、テールの長さが増大しても、露出面積はほぼ一定ないし減少していることがわかった。
【００６０】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、テールの長さの増大と共に、露出面積が著しく増大することがわかった。
【００６１】
（２）試験２：図９に示すような単結晶引上げ装置（ホットゾーン１６インチ、シリコン単結晶直径６インチ）を用い、下部開口部の直径を一定（ｄ／２＝一定）とし、テールの長さと結晶温度の関係を調べた。
【００６２】
結果：図１０に示すように、実施例は、可動シールド部による熱遮蔽効果により、析出核を消滅させる１１００℃以上の体験時間が短く、かつ温度降下の度合も大きいことがわかった。
【００６３】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、１１００℃以上の体験時間が長く、かつ温度降下の度合も小さいことがわかった。
【００６４】
（３）試験３：上記試験２と同様にして引上げた単結晶の長さと欠陥密度の関係を調べた。
【００６５】
結果：図１１に示すように、実施例は、直胴部テール側でも酸素析出が見られ一定欠陥密度を維持している（４０個／ｃｍ２以上）ことがわかった。
【００６６】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、直胴部テール側では、酸素析出が見られず、欠陥密度が著しく減少していることがわかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明に係わる単結晶引上装置によれば、引上げられる単結晶の結晶欠陥を制御することができる。
【００６８】
即ち、輻射シールドの可動シールド部により下部開口部の直径を引上げられる単結晶の直径よりも小さくできるようにし、テールコーンへの輻射熱量を制御し、単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御でき、この単結晶から切断されウェーハとして用いられる場合には、このウェーハに不純物の捕獲効果を持たせることができる。
【００６９】
また、可動シールド部は、単結晶のテールコーンの成長に合わせ、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されるので、テールコーンへの輻射熱量を制御し、直胴部テール側の結晶欠陥を制御でき、この単結晶から切断されウェーハとして用いられる場合には、このウェーハに制御された不純物の捕獲効果を持たせることができる。
【００７０】
また、可動シールド部は、この可動シールド部を形成するシールド片が支持部に一端で回動自在に軸支され、前記シールド片の傾き角度を変えることにより、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されるので、確実にテールコーンへの輻射熱量を制御できると共に、不活性ガスの流路制御も行うことができ、両者の相乗作用でより確実にテールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７１】
また、駆動手段は、この駆動手段に接続された制御装置への入力により作動されるので、テールコーンの長さ、直径に応じて輻射熱量を制御でき、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７２】
また、制御装置への入力は、記憶装置に記憶された単結晶引上げプログラムに基づき行われるので、自動的にテールコーンの長さ、直径に応じて輻射熱量を制御でき、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７３】
また、制御装置への入力は、単結晶のテールコーンを撮像する撮像手段の画像信号に基づき行われるので、テールコーンの直径を確実に把握でき、正確に直径に応じて輻射熱量を制御することが可能となり、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる単結晶引上装置の縦断面図。
【図２】本発明に係わる単結晶引上装置の要部を拡大して示す断面図。
【図３】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる可動シールド部の斜視図。
【図４】（ａ）から（ｃ）は各々本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げ工程の説明図。
【図５】本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態の断面図。
【図６】（ａ）から（ｃ）は各々本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態を用いた単結晶の引上げ工程の説明図。
【図７】実施例に用いられた本発明に係わる単結晶引上装置の説明図。
【図８】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、テール長さと露出面積の関係を示す試験結果図。
【図９】実施例に用いられた本発明に係わる単結晶引上装置の説明図。
【図１０】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、テール長さと結晶温度の関係を示す試験結果図。
【図１１】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、結晶長さと欠陥密度の関係を示す試験結果図。
【図１２】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【図１３】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【図１４】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【符号の説明】
１ 単結晶引上装置
２ 炉体
３ 石英ルツボ
４ 黒鉛ルツボ
５ ヒータ
６ モータ
７ 昇降装置
８ ルツボ回転軸
９ 輻射シールド
１０ シールド用モータ
１１ 可動シールド部
１２ シード
１３ シードチャック
１４ ワイヤー
１５ ワイヤー回転装置
１６ 監視窓
１７ 制御装置
１８ ヒータ制御器
１９ ルツボモータ制御器
２０ 昇降装置制御器
２１ ワイヤーリール回転装置制御装置
２２ シールド用モータ制御器
２３ 入力手段
２４ 支持部
２５ 通気路形成部
２６ 下部開口部
２７ シールド片
２７ａ シールド片
２７ｃ 重合部分
２８ ワイヤーケーブル
２９ 上部開口部
３０ 通気路
３１ 底部
３２ 排気口
４１ 単結晶引上装置
４２ ２次元ＣＣＤカメラ
４３ カメラポート
４４ ２値化回路
４５ 画像処理装置
４６ 制御装置
Ａ 融液露出面積
Ａｒ アルゴンガス
Ｄ 単結晶の直径
Ｄｔ テールコーンの直径
ｄ 下部開口部の直径
Ｉｇ 単結晶
Ｍ 融液
ｓ 直胴部
ｔ テールコーン
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶引上装置に係わり、特に単結晶の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体デバイスの基板には主にシリコン単結晶が用いられているが、このシリコン単結晶は、多結晶シリコンからチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により製造される。
【０００３】
図１２に示すように、このＣＺ法は、単結晶引上装置５１の炉体５２内に設置した石英ガラスルツボ５３に原料であるポリシリコンを充填し、石英ガラスルツボ５３の外周に設けたヒータ５４によってポリシリコンを加熱溶解した上、シードチャックに取り付けたシード５５をシリコン融液Ｍに浸漬し、シードチャックおよび石英ガラスルツボ５３を同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げて単結晶Ｉｇを成長させる方法である。
【０００４】
上記単結晶引上装置５１を用いたＣＺ法による単結晶引上げにおいて、無転位で引上げを完結させるためにテールコーンｔを作成する必要がある。
【０００５】
テールコーンｔは一般的にシリコン融液Ｍに対して逆円錐形状をしており、コーン傾斜部ｔ０がシリコン融液Ｍに対向することにより、直胴部ｓ育成時よりもテールコーンｔ引上げ時の方が、シリコン融液Ｍに対向する単結晶Ｉｇの表面積は大きくなり、また、単結晶Ｉｇの直径を絞込むので融液Ｍの露出面積Ａ０が大きくなる。従って、直胴部ｓ育成時よりもテールコーンｔ引上げ時の方が、単結晶Ｉｇがシリコン融液Ｍから受ける輻射熱量は大きくなる。
【０００６】
このため直胴部ネックｓｎ側とテールコーンｓｔ側とでは不純物を捕獲する効果（ＩＧ効果＝Ｉｎｔｒｉｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）を持たせることができる領域をシリコンウェーハ内に形成するに必要な結晶欠陥（酸素析出欠陥）に影響を及ぼす温度帯の体験時間（いわゆる熱履歴）が異なり、結晶欠陥分布が不均一であった。
【０００７】
一方、単結晶引上げ時の輻射熱を制御するものとして、特開昭５７―４０１１９号公報に記載される単結晶引上装置のように、結晶成長部だけを残して他の融液面を遮熱シールドで覆うものがある。図１３に示すように、この単結晶引上装置６１の輻射シールド６２、下部開口部６３の直径ｄが単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きく形成されているので、融液Ｍの露出面積Ａ０が一定であり、テールコーンｔ作成中に単結晶Ｉｇの直下の融液Ｍから輻射熱を制御することは不可能であり、結晶欠陥を制御することはできなかった。
【０００８】
また、特開昭６３―３０３８８７号公報に記載された単結晶引上げ装置のように、輻射シールド自身を可動的にし、引上げ工程に応じて輻射シールドを開閉して、消費電力の低減を図るもの、あるいは、特開平９―１３２４９６号公報に記載され図１４に示すよな単結晶引上げ方法のように、輻射シールド６１の下部開口部６２に揺動可能に設けられた整流板６３により、不活性ガスＧの流れを制御して、単結晶Ｉｇに含まれる酸素濃度を調整する方法はあるが、この単結晶引上げ方法も整流板７１の閉塞時にあっても、融液Ｍの露出面積Ａ０は減じられることがなく一定であるので、テールコーンｔ作成中に単結晶Ｉｇの直下の融液Ｍからの輻射熱を制御することが不可能であり、結晶欠陥を制御することはできなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置が要望されており、本発明は上述した事情を考慮してなされたもので単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御できる単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、炉体内に設置されたルツボと、このルツボに充填された原料を加熱して融液にするヒータと、引上げ領域を囲むようにルツボの上方に設置された輻射シールドとを有し、融液にシードを浸漬して単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記輻射シールドは支持部と、この支持部に可動自在に設けられ下部開口部を形成する可動シールド部と、この可動シールド部を動かす駆動手段とを有し、前記駆動手段により前記可動シールド部を動かして前記下部開口部の直径を変化させ、前記可動シールド部は、単結晶のテールコーンの形成工程中、単結晶のテールコーンの成長に合わせ、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御され、直胴部テール側単結晶の欠陥密度が一定以上に維持されることを特徴とする単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項２の発明では、上記可動シールド部は、この可動シールド部を形成するシールド片が支持部に一端で回動自在に軸支され、前記シールド片の傾き角度を変えることにより、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項３の発明では、上記駆動手段は、この駆動手段に接続された制御装置への入力により作動されることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項４の発明では、上記制御装置への入力は、記憶装置に記憶された単結晶引上げプログラムに基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項５の発明では、上記制御装置への入力は、単結晶のテールコーンを撮像する撮像手段の画像信号に基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置であることを要旨としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる単結晶引上装置の実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は本発明に係わる単結晶引上装置１で、この単結晶引上装置１は水冷された炉体２と、この炉体２に収納され原料であるポリシリコンを溶融しシリコン融液Ｍにする石英ルツボ３と、この石英ルツボ３を保持する黒鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞するヒータ５とを有している。この黒鉛ルツボ４は炉体２を貫通し、モータ６に結合されて回転され、かつ昇降装置７によって昇降されるルツボ回転軸８に取り付けられている。
【００１８】
また、石英ルツボ３の上方には引上げ領域を囲み、シリコン融液Ｍからの熱輻射を防止し、かつ炉体２内を流れる不活性ガス、例えばアルゴンガス（以下Ａｒという。）の流路を制御する輻射シールド９が設けられ、この輻射シールド９は駆動手段、例えばシールド用モータ１０により駆動される可動シールド部１１を有している。
【００１９】
さらに、石英ルツボ３の上方には、単結晶引上げのためのシード１２を保持するシードチャック１３が取付けられた引上げ用のワイヤー１４が設けられている。このワイヤー１４は炉体２外に設けられモータ（図示せず）により付勢されワイヤー１４を巻き取ると共に回転させるワイヤー回転装置１５が取り付けられている。また、炉体２の上部外壁には、透孔を耐熱ガラスにより塞ぎ透光可能な監視窓１６が設けられている。
【００２０】
さらに、単結晶引上装置１は制御装置１７を有し、この制御装置１７により、シリコン融液Ｍの温度を制御するヒータ５への供給電力量を制御するヒータ制御器１８、石英ルツボ３の回転数を制御するルツボモータ制御器１９、石英ルツボ３の高さを制御する昇降装置制御器２０、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤーリール回転装置制御装置２１および可動シールド部１１のシールド用モータ１０の回転を制御するシールド用モータ制御器２２等を制御する。制御装置１７からの出力によりヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１およびシールド用モータ制御器２２を制御して、引上げ条件を変更し、単結晶Ｉｇの直径Ｄを制御し、テールコーンｔを形成する。
【００２１】
なお、単結晶引上げ工程中、制御装置１７によるヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器（図示せず）の制御は、事前に制御装置１７にプログラムされた制御手順に従って行われ、また、必要に応じ制御装置１７に設けられた入力手段２３からの入力により行われる。
【００２２】
また、図１および図２に示すように、上記輻射シールド９は、炉体２に取付けられた支持部２４と、この支持部２４に固定的に設けられ円筒形状の通気路形成部２５と、支持部２４に可動自在に軸支され、通気路形成部２５に収納され、かつ下部開口部２６を形成する可動シールド部１１と、この可動シールド部１１を動かす上記シールド用モータ１０とを有している。なお、可動シールド部１１は必ずしも直接支持部２４に軸支する必要はなく、通気路形成部２５の中間部に軸支し、通気路形成部２５を介して支持部２４に取付けてもよく、さらに通気路形成部２５を設けず、支持部２４と可動シールド部１１とで輻射シールド９を形成してもよい。
【００２３】
さらに、可動シールド部１１はシールド用モータ１０により作動され下部開口部２６の直径ｄを変化させることができるようになっており、下部開口部２６の直径ｄを引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも小さく絞れるようになっている。
【００２４】
従って、図２に示すように、下部開口部２６を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ）に対して露出する融液露出面積Ａは、Ａ＝（（ｄ／２）２−（Ｄｔ／２）２）πで表され、可動シールド部１１を動かすことにより変えられる。
【００２５】
さらに、図３に示すように、可動シールド部１１は、放射形状に切断された９枚のシールド片２７で形成されている。このシールド片２７は、同一形状を有するリング形状の板体を７分割して得られる放射形状板片であるので、９枚用いて再度リング形状に組立ると各シールド片２７間で側縁に重合部分２７ｃができ、リング形状の可動シールド部１１に形成される下部開口部２６の直径ｄを変化させるために各シールド片２７を動かしても各シールド片２７間に空隙が生じないようになっている。
【００２６】
可動シールド部１１を形成する９枚のシールド片２７は、３枚毎にワイヤーケーブル２８により支持されており、このワイヤーケーブル２８が取付けられたシールド片２７ａは、両隣のシールド片２７とは側縁が下方から重なり、重合部分２７ｃで両隣のシールド片２７を支持するようになっている。
【００２７】
シールド片２７はその材質としてＴａやＭｏなどの金属、あるいはＣ，ＳｉＣなどのセラミックスが用いられており、可動シールド部１１を形成するシールド片２７はある重量を有しており、常時下方に重力がかかっているが、シールド片２７は剛性を有し、ワイヤーケーブル２８によって支持されているので、上記のように可動シールド部１１に形成される下部開口部２６の直径ｄを変化させるために、各シールド片２７を動かしても重合部分２７ｃは重合を維持し、各シールド片２７間に空隙が生じない。
【００２８】
また、一端にシールド片２７ａが取付けられた各々のワイヤーケーブル２８の他端は、ドラム（図示せず）を介してシールド用モータ１０に接続され、このシールド用モータ１０の回動により、シールド片２７を上下に動かし、可動シールド部１１の下部開口部２６の直径ｄ、位置を変えることができるようになっている。
【００２９】
この可動シールド部１１は、下部開口部２６の直径ｄが最大の場合には、截頭円錐体形状をなし、最小の場合には、扁平リング形状をなすようになっている。
【００３０】
炉体２の上方から導入されたＡｒが、輻射シールド９に設けられ、シード１２から成長したシリコン単結晶Ｉｇが貫通する輻射シールド９の上部開口部２９および石英ルツボ３とヒータ５の間に形成された通気路３０を介し炉体２外に排出されるように、炉体２の底部３１には複数個例えば２個の排気口３２が設けられている。
【００３１】
次に本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げ方法について説明する。
【００３２】
図１に示すように、原料のポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器を制御する。これにより、Ａｒを炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５の付勢により石英ルツボ３を加熱し、モータ６の付勢によりモータ６に結合された回転軸８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
【００３３】
一方、輻射シールド９は、シールド用モータ制御器２２の作用によりシールド用モータ１０は駆動され、ワイヤーケーブル２８は降下されて、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａも解放端が最下位に位置する。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、この解放端が最下位に位置すると、可動シールド部１１に形成された下部開口部２６の直径ｄはｄ１となって最大になり、引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きくなる。一定時間が経過した後、ワイヤー１４を下ろし、シード１２をシリコン融液Ｍの液面に接触させシード１２から単結晶Ｉｇが成長し、この単結晶Ｉｇは輻射シールド９に設けられた下部開口部２６、上部開口部２９を通って引上げられていく。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、引上げ工程が進行し、単結晶Ｉｇの直胴部ｓの長さまで引上げられると、図１に示すように、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２を制御して、ヒータ６の出力、石英ルツボ３の回転数と上昇速度、ワイヤー１４の上昇速度を変更し、引上げ条件を変え、単結晶Ｉｇの下端にテールコーンｔを形成することを開始する。
【００３６】
このテールコーンｔの形成開始後、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、シールド用モータ制御器２２を制御して、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを中間位置に上昇させる。
【００３７】
この解放端が中間位置に位置すると下部開口部２６を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ２）に対して露出する融液露出面積Ａ２は、Ａ２＝（（ｄ２／２）２−（Ｄｔ２／２）２）πで表される値となり、図１２に示すよな輻射シールドを有しない場合の融液露出面積Ａ０、あるいは、図１３および図１４に示すように、輻射シールドが融液からテールコーンに対する輻射を全く遮らない場合の融液露出面積Ａ０よりも小さな値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００３８】
さらに、テールコーンｔの形成工程が継続される。図１に示すように、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、シールド用モータ制御器２２を制御して、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを上部位置に上昇させる。
【００３９】
図４（ｃ）に示すようにこの解放端が上部位置に位置すると、下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ３）に対して露出する融液露出面積Ａ３は、Ａ３＝（（ｄ３／２）２−（Ｄｔ３／２）２））πで表される値となり、図４（ｂ）に示す融液露出面積Ａ２よりもさらに小さな値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００４０】
なお、融液露出面積Ａ３は融液露出面積Ａ２よりも小さいことが好ましいが、融液露出面積Ａ３、融液露出面積Ａ２が、輻射を全く遮らない場合の融液露出面積よりも小さければよく、融液露出面積Ａ３は融液露出面積Ａ２に等しくてもよい。
【００４１】
上記のように可動シールド部１１を操作することにより、融液露出面積Ａを制御し、テールコーンｔ形成時、輻射熱の制御を可能にし、結晶欠陥の制御を行うことができる。
【００４２】
次に本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態について説明する。
【００４３】
なお、上述した実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００４４】
図５に示すように、他の実施形態の単結晶引上装置４１は、炉体２の上部外側に設置された撮像手段、例えば２次元ＣＣＤカメラ４２が設けられており、この２次元ＣＣＤカメラ４２は、炉体外壁に設けられたカメラポート４３を介して、引上げられる単結晶Ｉｇのテールコーンｔが撮像できるようになっている。
【００４５】
また、この２次元ＣＣＤカメラ４２は、２値化回路４４、画像処理装置４５を介して制御装置４６に接続されており、２次元ＣＣＤカメラ４２の画像信号は２値化回路４４に供給され、さらに２値化回路４４からの入力電圧は２値化され、画像処理装置４５に供給され、画像処理装置４５により画像処理され、テールコーンｔの直径が検出されてシールド用モータ制御器２２に出力されるようになっている。
【００４６】
従って、２次元ＣＣＤカメラ４２の画像信号により、シールド用モータ制御器２２を制御して、上述のように可動シールド部１１はシールド用モータ１０により作動され、下部開口部２６の直径ｄを変化させることができるようになっており、下部開口部２６の直径ｄを引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも小さく絞れるようになっている。なお、２次元ＣＣＤカメラは、単結晶のネック形成時に用いられる撮像装置を兼用してもよい。
【００４７】
次に本実施形態の単結晶引上装置４１を用いた単結晶の引上げ方法について説明する。
【００４８】
図５に示すように、原料のポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２およびＡｒ供給制御装置制御器を制御する。これらの制御により、Ａｒを炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５の付勢により石英ルツボ３を加熱し、モータ６の付勢によりモータ６に結合された回転軸８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
【００４９】
一方、輻射シールド９は、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、シールド用モータ制御器２２は制御されて、シールド用モータ１０は駆動され、ワイヤーケーブル２８は降下し、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａも解放端が最下位に位置する。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、この解放端が最下位に位置すると、可動シールド部１１に形成された下部開口部２６の直径ｄはｄ１となって最大になり、引上げられる単結晶Ｉｇの直径Ｄよりも大きくなり、この状態を維持する。一定時間が経過した後、ワイヤー１４を下ろし、シード１２をシリコン融液Ｍの液面に接触させシード１２から単結晶Ｉｇが成長し、この単結晶Ｉｇは輻射シールド９に設けられた下部開口部２６、上部開口部２９を通って引上げられていく。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、引上げ工程が進行し、単結晶Ｉｇの直胴部ｓの長さまで引上げられると、プログラムに基づく制御装置４６の出力により、ヒータ制御器１８、ルツボモータ制御器１９、昇降装置制御器２０、ワイヤーリール回転装置制御装置２１、シールド用モータ制御器２２を制御して、ヒータ６の出力、石英ルツボ３の回転数と上昇速度、ワイヤー１４の上昇速度を変更し、引上げ条件を変え、単結晶Ｉｇで下端にテールコーンｔの形成を開始する。
【００５２】
このテールコーンｔの形成開始後、２次元ＣＣＤカメラ４２は、テールコーンｔの外周部を撮像し、この画像信号を２値化回路４４に供給し、さらに２値化回路４４からの入力電圧は２値化され、画像処理装置４５に供給され、画像処理装置４５により画像処理され、制御装置１７に供給され、テールコーンｔの直径Ｄｔ２が検出されて、シールド用モータ制御器２２に出力される。
【００５３】
この出力により、シールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを中間位置に上昇させる。この解放端が中間位置に位置すると下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ２）に対して露出する融液露出面積Ａ２は、Ａ２＝（（ｄ２／２）２−（Ｄｔ２／２）２））πで表される値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００５４】
さらに、図６（ｃ）に示すように、テールコーンｔの形成工程が継続される。２次元ＣＣＤカメラ４２は、引続きテールコーンｔの外周部を撮像し、上記同様にしてテールコーンｔの直径Ｄｔ３が検出されて、シールド用モータ制御器２２に出力される。この出力により、シールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、このワイヤーケーブル２８に支持された各シールド片２７ａを上部位置に上昇させる。この解放端が上部位置に位置すると下部開口部２７を貫通する単結晶Ｉｇのテールコーンｔ（直径Ｄｔ３）に対して露出する融液露出面積Ａ３は、Ａ３＝（（ｄ３／２）２−（Ｄｔ３／２）２））πで表される値となり、融液Ｍからテールコーンｔに達する輻射熱量は減じられる。
【００５５】
上記のように２次元ＣＣＤカメラ４２により、テールコーンｔの外周部を撮像し、この画像信号に基づきシールド用モータ制御器２２は制御され、シールド用モータ１０により可動シールド部１１を動かすことにより、融液露出面積Ａを制御するので、確実に輻射熱の制御を可能にし、結晶欠陥の制御を行うことができる。
【００５６】
図５に示した本実施形態では、この可動シールド部１１を動かす駆動手段として、シールド用モータ１０を用い、このシールド用モータ１０を用いて、２次元ＣＣＤカメラ４２からの画像信号に基づき制御装置４６によりシールド用モータ制御器２２を制御し、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、可動シールド部１１を動かしている。また、図１に示した第１の実施形態では、プログラムに基づく制御装置１７の出力により、駆動手段としてシールド用モータ１０を用いて、シールド用モータ１０を回転させ、ワイヤーケーブル２８を巻上げ、可動シールド部１１を動かしている。
【００５７】
しかし、本発明に係わる単結晶引上げ装置は、駆動手段として、シールド用モータを用い、このシールド用モータを炉体に設けられた監視窓から作業者がテールコーンを観察し、この観察結果を制御装置に設けられた入力手段から入力して、制御装置を介してシールド用モータを作動させても良く、また、モータを設けず、作業者が手動によりドラムを回転させ、ワイヤケーブルを巻上げ、可動シールド部を動かすようにしてもよい。
【００５８】
【実施例】
（１）試験１：図７に示すような単結晶引上げ装置（ホットゾーン１６インチ、シリコン単結晶直径６インチ）を用い、可動シールド部に解放端とテールコーンの表面との距離が常に２０ｍｍになるようにシールド片の角度θを変え、テールの長さと露出面積の関係を調べた。
【００５９】
結果：図８に示すように、実施例は、テールの長さが増大しても、露出面積はほぼ一定ないし減少していることがわかった。
【００６０】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、テールの長さの増大と共に、露出面積が著しく増大することがわかった。
【００６１】
（２）試験２：図９に示すような単結晶引上げ装置（ホットゾーン１６インチ、シリコン単結晶直径６インチ）を用い、下部開口部の直径を一定（ｄ／２＝一定）とし、テールの長さと結晶温度の関係を調べた。
【００６２】
結果：図１０に示すように、実施例は、可動シールド部による熱遮蔽効果により、析出核を消滅させる１１００℃以上の体験時間が短く、かつ温度降下の度合も大きいことがわかった。
【００６３】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、１１００℃以上の体験時間が長く、かつ温度降下の度合も小さいことがわかった。
【００６４】
（３）試験３：上記試験２と同様にして引上げた単結晶の長さと欠陥密度の関係を調べた。
【００６５】
結果：図１１に示すように、実施例は、直胴部テール側でも酸素析出が見られ一定欠陥密度を維持している（４０個／ｃｍ２以上）ことがわかった。
【００６６】
一方、輻射シールドに可動シール部を有しない従来例（図７）は、直胴部テール側では、酸素析出が見られず、欠陥密度が著しく減少していることがわかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明に係わる単結晶引上装置によれば、引上げられる単結晶の結晶欠陥を制御することができる。
【００６８】
即ち、輻射シールドの可動シールド部により下部開口部の直径を引上げられる単結晶の直径よりも小さくできるようにし、テールコーンへの輻射熱量を制御し、単結晶の直胴部テールコーン側の結晶欠陥を制御でき、この単結晶から切断されウェーハとして用いられる場合には、このウェーハに不純物の捕獲効果を持たせることができる。
【００６９】
また、可動シールド部は、単結晶のテールコーンの成長に合わせ、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されるので、テールコーンへの輻射熱量を制御し、直胴部テール側の結晶欠陥を制御でき、この単結晶から切断されウェーハとして用いられる場合には、このウェーハに制御された不純物の捕獲効果を持たせることができる。
【００７０】
また、可動シールド部は、この可動シールド部を形成するシールド片が支持部に一端で回動自在に軸支され、前記シールド片の傾き角度を変えることにより、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されるので、確実にテールコーンへの輻射熱量を制御できると共に、不活性ガスの流路制御も行うことができ、両者の相乗作用でより確実にテールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７１】
また、駆動手段は、この駆動手段に接続された制御装置への入力により作動されるので、テールコーンの長さ、直径に応じて輻射熱量を制御でき、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７２】
また、制御装置への入力は、記憶装置に記憶された単結晶引上げプログラムに基づき行われるので、自動的にテールコーンの長さ、直径に応じて輻射熱量を制御でき、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【００７３】
また、制御装置への入力は、単結晶のテールコーンを撮像する撮像手段の画像信号に基づき行われるので、テールコーンの直径を確実に把握でき、正確に直径に応じて輻射熱量を制御することが可能となり、テールコーンへの輻射熱量の制御、直胴部テール側の結晶欠陥の制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる単結晶引上装置の縦断面図。
【図２】本発明に係わる単結晶引上装置の要部を拡大して示す断面図。
【図３】本発明に係わる単結晶引上装置に用いられる可動シールド部の斜視図。
【図４】（ａ）から（ｃ）は各々本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げ工程の説明図。
【図５】本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態の断面図。
【図６】（ａ）から（ｃ）は各々本発明に係わる単結晶引上装置の他の実施形態を用いた単結晶の引上げ工程の説明図。
【図７】実施例に用いられた本発明に係わる単結晶引上装置の説明図。
【図８】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、テール長さと露出面積の関係を示す試験結果図。
【図９】実施例に用いられた本発明に係わる単結晶引上装置の説明図。
【図１０】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、テール長さと結晶温度の関係を示す試験結果図。
【図１１】本発明に係わる単結晶引上装置を用いた単結晶の引上げにおいて、結晶長さと欠陥密度の関係を示す試験結果図。
【図１２】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【図１３】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【図１４】従来の単結晶引上装置の要部拡大縦断面図。
【符号の説明】
１ 単結晶引上装置
２ 炉体
３ 石英ルツボ
４ 黒鉛ルツボ
５ ヒータ
６ モータ
７ 昇降装置
８ ルツボ回転軸
９ 輻射シールド
１０ シールド用モータ
１１ 可動シールド部
１２ シード
１３ シードチャック
１４ ワイヤー
１５ ワイヤー回転装置
１６ 監視窓
１７ 制御装置
１８ ヒータ制御器
１９ ルツボモータ制御器
２０ 昇降装置制御器
２１ ワイヤーリール回転装置制御装置
２２ シールド用モータ制御器
２３ 入力手段
２４ 支持部
２５ 通気路形成部
２６ 下部開口部
２７ シールド片
２７ａ シールド片
２７ｃ 重合部分
２８ ワイヤーケーブル
２９ 上部開口部
３０ 通気路
３１ 底部
３２ 排気口
４１ 単結晶引上装置
４２ ２次元ＣＣＤカメラ
４３ カメラポート
４４ ２値化回路
４５ 画像処理装置
４６ 制御装置
Ａ 融液露出面積
Ａｒ アルゴンガス
Ｄ 単結晶の直径
Ｄｔ テールコーンの直径
ｄ 下部開口部の直径
Ｉｇ 単結晶
Ｍ 融液
ｓ 直胴部
ｔ テールコーン
Claims (5)
- 炉体内に設置されたルツボと、このルツボに充填された原料を加熱して融液にするヒータと、引上げ領域を囲むようにルツボの上方に設置された輻射シールドとを有し、融液にシードを浸漬して単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記輻射シールドは支持部と、この支持部に可動自在に設けられ下部開口部を形成する可動シールド部と、この可動シールド部を動かす駆動手段とを有し、前記駆動手段により前記可動シールド部を動かして前記下部開口部の直径を変化させ、前記可動シールド部は、単結晶のテールコーンの形成工程中、単結晶のテールコーンの成長に合わせ、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御され、直胴部テール側単結晶の欠陥密度が一定以上に維持されることを特徴とする単結晶引上装置。
- 上記可動シールド部は、この可動シールド部を形成するシールド片が支持部に一端で回動自在に軸支され、前記シールド片の傾き角度を変えることにより、前記可動シールド部で被覆されない融液露出面積が一定もしくは減少するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上装置。
- 上記駆動手段は、この駆動手段に接続された制御装置への入力により作動されることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置。
- 上記制御装置への入力は、記憶装置に記憶された単結晶引上げプログラムに基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置。
- 上記制御装置への入力は、単結晶のテールコーンを撮像する撮像手段の画像信号に基づき行われることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24792599A JP4255578B2 (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 単結晶引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24792599A JP4255578B2 (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 単結晶引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001072492A JP2001072492A (ja) | 2001-03-21 |
| JP4255578B2 true JP4255578B2 (ja) | 2009-04-15 |
Family
ID=17170596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24792599A Expired - Fee Related JP4255578B2 (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 単結晶引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4255578B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7344596B2 (en) * | 2005-08-25 | 2008-03-18 | Crystal Systems, Inc. | System and method for crystal growing |
| JP5724226B2 (ja) * | 2010-06-18 | 2015-05-27 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶の育成方法 |
-
1999
- 1999-09-01 JP JP24792599A patent/JP4255578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001072492A (ja) | 2001-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102095597B1 (ko) | 실리콘 단결정의 제조 방법 | |
| CN114318500B (zh) | 一种用于拉制单晶硅棒的拉晶炉、方法及单晶硅棒 | |
| US7384477B2 (en) | Method for producing a single crystal and a single crystal | |
| WO2004044278A1 (ja) | シリコンウェーハとその製造方法および製造装置 | |
| JPH10152389A (ja) | 半導体単結晶の製造装置および製造方法 | |
| JP4255578B2 (ja) | 単結晶引上装置 | |
| JP4844127B2 (ja) | 単結晶製造装置および製造方法 | |
| JP4569103B2 (ja) | 単結晶の製造方法 | |
| US20060130740A1 (en) | Process for producing single crystal and single crystal | |
| JP4236243B2 (ja) | シリコンウェーハの製造方法 | |
| JP4151474B2 (ja) | 単結晶の製造方法及び単結晶 | |
| JP2007204332A (ja) | 単結晶製造装置および単結晶製造方法 | |
| WO2023051616A1 (zh) | 一种用于拉制单晶硅棒的拉晶炉 | |
| JP2003176199A (ja) | 単結晶引上げ装置および引上げ方法 | |
| JP7102970B2 (ja) | ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法 | |
| JP6958632B2 (ja) | シリコン単結晶及びその製造方法並びにシリコンウェーハ | |
| JP4078156B2 (ja) | 単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法 | |
| JP3642175B2 (ja) | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 | |
| JP3642188B2 (ja) | シリコン単結晶の引上げ装置 | |
| JP2001139397A (ja) | 単結晶引上装置 | |
| JP4815766B2 (ja) | シリコン単結晶製造装置及び製造方法 | |
| JP4330230B2 (ja) | 単結晶育成方法 | |
| JP4168725B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ装置の不活性ガスの流速制御装置及びその流速制御方法 | |
| JP2004256323A (ja) | 単結晶引上げ装置および単結晶製造方法 | |
| JPH0859388A (ja) | 単結晶体の製造装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060306 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070711 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080725 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080729 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080922 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090127 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090128 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |