JP4563951B2 - Solid material recharging equipment - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー(CZ)法で単結晶を製造する際の固形状原料のリチャージ装置に関する。 The present invention relates to a solid-state raw material recharging apparatus when a single crystal is produced by the Czochralski (CZ) method.
単結晶、例えばシリコン単結晶の製造方法として、いわゆるチョクラルスキー(CZ)法が知られている。この方法では、育成炉内に設置されたルツボに固形状のシリコン原料を収容し、ヒータを高温加熱してルツボ内の原料を融液とする。そして、原料融液面に種結晶を着液させ、種結晶の下方に所望の直径と品質とを有する単結晶を育成する。
もっとも、シリコン単結晶育成前にルツボに固形状のシリコン原料を隙間なく収容した場合でも、シリコン原料は溶融することで隙間がなくなり、必ずルツボの容積に若干の余裕が生ずる。一般にCZ法による結晶育成時に使用されるルツボは使い捨てであるため、ひとつのルツボで育成する結晶重量を増加させるほど、全体的なコスト削減につながることは以前からよく知られている。しかしながら、ルツボへ最初に固形状のシリコン原料を収容する際のシリコン原料を増加させることは既に限界に達している。そこで、最初に固形状のシリコン原料を一度溶融した後、シリコン融液に固形状のシリコン原料を追加供給することでルツボの容積を有効利用し、よって、育成する結晶重量を増加させる方法が提案されてきた。この技術はリチャージ技術と呼ばれる。
A so-called Czochralski (CZ) method is known as a method for producing a single crystal, for example, a silicon single crystal. In this method, a solid silicon raw material is housed in a crucible installed in a growth furnace, and the heater is heated to a high temperature to use the raw material in the crucible as a melt. Then, a seed crystal is deposited on the surface of the raw material melt, and a single crystal having a desired diameter and quality is grown below the seed crystal.
However, even when a solid silicon raw material is accommodated in the crucible without any gap before the silicon single crystal is grown, the silicon raw material is melted so that there is no gap, and there is always a slight margin in the crucible volume. Generally, since the crucible used at the time of crystal growth by the CZ method is disposable, it has been well known that, as the weight of the crystal grown by one crucible is increased, the overall cost is reduced. However, it has already reached the limit to increase the silicon raw material when initially storing the solid silicon raw material in the crucible. Therefore, a method is proposed in which the solid silicon raw material is first melted and then the solid silicon raw material is additionally supplied to the silicon melt to effectively use the volume of the crucible, thereby increasing the weight of the crystal to be grown. It has been. This technique is called a recharge technique.
また、従来は、1回の操業で1本の単結晶を引上げる1本引き操業が広く用いられているが、複数の単結晶を引上げるマルチ引き操業も、上記のリチャージ技術の応用により次第に増える傾向にある。すなわち、例えば、1本のシリコン単結晶を引き上げた後、減少したシリコン融液に固形状のシリコン原料を追加供給して、2本目以降のシリコン単結晶を引上げるのである。このようなマルチ引き操業も、一度しか使用できないルツボから複数本の単結晶を製造し、単結晶の歩留を向上させるとともに、高価なルツボを有効に活用して、単結晶製造コスト削減を図ることを目的としている。 Conventionally, a single pulling operation in which one single crystal is pulled in one operation is widely used. However, a multi-pulling operation in which a plurality of single crystals are pulled is gradually applied by applying the above-described recharge technology. It tends to increase. That is, for example, after pulling up one silicon single crystal, a solid silicon raw material is additionally supplied to the reduced silicon melt to pull up the second and subsequent silicon single crystals. Such a multi-drawing operation also produces a plurality of single crystals from a crucible that can be used only once, improving the yield of single crystals, and effectively using expensive crucibles to reduce single crystal production costs. The purpose is that.
これらの、シリコン融液上に固形状のシリコン原料を追加供給するリチャージ技術の中で、実用性の観点から注目されている技術の一つとして、リチャージ管リチャージ法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
図9は従来技術のリチャージ管リチャージ法で用いられるシリコン単結晶製造装置を説明する模式的縦断面図である。図9に示すように、シリコン単結晶製造装置100にはリチャージ装置が設けられている。そして、このリチャージ装置は、固形状シリコン多結晶原料155が充填されるストレート型のリチャージ管201を構成要素とする筒状の原料容器200、この筒状の原料容器200を吊り下げるワイヤ129、ワイヤ129を巻き上げる引上げモータ141で構成されている。そして、ワイヤ129は原料容器200の中心を通り、原料容器200の底蓋203の中心で固定されている。原料容器200全体は、この底蓋203がリチャージ管201の下端を支えることによって、保持されている。
そして、リチャージ管201に充填された固形状シリコン多結晶原料155は、原料容器200が石英ルツボ101にむけて下降し、図10に示すようにストッパ205がサブチャンバ127の内壁に設けられたフリンジ128に掛け止めされた後、さらに底蓋203のみが下降し、隙間210が生ずることによって、石英ルツボ101のシリコン融液面へと供給される構成になっている。
Among these recharge technologies for additionally supplying a solid silicon raw material onto a silicon melt, a recharge tube recharge method is known as one of the technologies attracting attention from the viewpoint of practicality (for example, Patent Document 1).
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a silicon single crystal manufacturing apparatus used in the conventional recharge tube recharging method. As shown in FIG. 9, the silicon single
The solid silicon polycrystal
もっとも、このようなストレート型のリチャージ管を有するリチャージ装置においては、チャンバ111内の高熱で膨張した固形状多結晶シリコン原料155によりワイヤ129が押さえつけられ固定され、底蓋203が下降しなくなるという問題があった。
また、ワイヤ129はタングステン等の金属で形成されているところ、ワイヤ129と固形状多結晶シリコン原料155との摩擦により固形状多結晶シリコン原料155に金属が付着し、金属汚染が生ずるという別の問題もあった。
However, in the recharge apparatus having such a straight type recharge tube, the wire 129 is pressed and fixed by the solid polycrystalline silicon
Further, the wire 129 is formed of a metal such as tungsten. However, the friction between the wire 129 and the solid polycrystalline silicon
そして、前者の問題を解決するために、固形状多結晶シリコン原料155の温度が上昇する前に素早くリチャージを完了させる、あるいは、1回のリチャージの際の固形状多結晶シリコン原料155量を少なくしてワイヤ129と固形状多結晶シリコン原料155の接触を少なくするという方法が取られていた。しかしながら、前者の場合は、固形状多結晶シリコン原料155をルツボ101内で溶融させるための加熱時間が増大する点で、また、後者の場合は必要なリチャージ回数が増加するという点において作業性が悪化していた。
In order to solve the former problem, the recharge is quickly completed before the temperature of the solid polycrystalline silicon
そこで、特許文献2においては、リチャージ管を下方端部に向けて外方に拡大するラッパ状の形状を持たせ、固形状多結晶シリコン原料155の落下を容易にすることを提案している。しかしながら、リチャージ管の最大下端内径は輻射シールド125の内径により制約を受けるところ、下方端部に向かってラッパ状に広がる形状は、結果的に原料容器200の内容量を少なくするため必ずしも好ましくない。また、前述の金属汚染を解決する手段とはなりえない。
Therefore, in Patent Document 2, it is proposed that the recharge tube has a trumpet shape that expands outward toward the lower end portion to facilitate the dropping of the solid polycrystalline silicon
これらの、問題を解決するために、特許文献3では、ワイヤ129をカバーする一体成形された略円筒形状の石英管を設ける発明を開示している。
しかしながら、特許文献3の方法では、リチャージ管201内で落下する固形状多結晶シリコン原料155が偏在した場合、ワイヤ129をカバーする略円筒形状の石英管が応力集中により破損してしまう恐れがある。また、偏在したシリコン固形状多結晶シリコン原料の落下により、底蓋に不均等な力が加わり、石英製の底蓋と一体成形された石英ガラス棒との付け根付近に無理な力が集中する為、破損してしまう恐れがある。これを回避するためには、ワイヤのような自在性のある構造が望ましい。また、破損を回避するためには、石英製の底蓋と一体成形された石英ガラス棒の強度を増すことも可能であるが、そうすると、構造のリチャージ管内に占める容積が大きくなる。よって、固形状多結晶シリコン原料のリチャージ管内保存量が減り、好ましくないという問題もある。
However, in the method of Patent Document 3, when the solid polycrystalline silicon
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、固形状原料とワイヤ間の摩擦をなくし、かつ、ワイヤをカバーする部材または底蓋の破損を軽減し、かつ、リチャージ管内の固形状多結晶シリコン原料の大幅な減少を伴わないことにより、単結晶製造における高い歩留と品質を実現することが可能な固形状原料のリチャージ装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object thereof is to eliminate friction between the solid raw material and the wire, reduce damage to the member covering the wire or the bottom cover, and An object of the present invention is to provide a solid state material recharging apparatus capable of realizing a high yield and quality in the production of a single crystal by not accompanied by a significant decrease in the amount of solid state polycrystalline silicon material in the recharge tube.
本発明の一態様のリチャージ装置は、
結晶融液を貯留するルツボに供給する固形状原料を充填する筒状の原料容器と、前記筒状の原料容器の底蓋中心に一端が固定される前記筒状の原料容器を吊り下げるワイヤとを有する固形状原料のリチャージ装置であって、
前記ワイヤが石英で形成される複数の楕円形状または略球状の玉を貫通していることを特徴とする固形状原料のリチャージ装置である。
A recharge device according to one embodiment of the present invention includes:
A cylindrical raw material container filled with a solid raw material to be supplied to the crucible storing the crystal melt, and a wire for suspending the cylindrical raw material container whose one end is fixed to the center of the bottom lid of the cylindrical raw material container; A solid-state raw material recharging device comprising:
A solid material recharging apparatus, wherein the wire penetrates a plurality of elliptical or substantially spherical balls made of quartz.
ここで、前記楕円形状または略球状の玉は金属不純物含有量200ppm以下の高純度の石英ガラスで形成されていることが望ましい。 Here, it is desirable that the oval or substantially spherical ball is made of high-purity quartz glass having a metal impurity content of 200 ppm or less.
ここで、前記筒状の原料容器を構成するリチャージ管が円筒形であり、かつ、上端から下端までの内径が一定のストレート形状を有することが望ましい。 Here, it is desirable that the recharge pipe constituting the cylindrical raw material container is cylindrical and has a straight shape with a constant inner diameter from the upper end to the lower end.
ここで、前記筒状の原料容器を構成するリチャージ管の内径を2R(cm)とした場合に、前記底蓋の重量W(g)が、W≧3πR2の関係を充足することが望ましい。 Here, it is desirable that the weight W (g) of the bottom cover satisfies the relationship of W ≧ 3πR 2 when the inner diameter of the recharge pipe constituting the cylindrical raw material container is 2R (cm).
本発明によれば、固形状原料とワイヤ間の摩擦をなくし、かつ、ワイヤをカバーする部材または底蓋の破損を軽減し、かつ、リチャージ管内の固形状多結晶シリコン原料の大幅な減少を伴わないことにより、単結晶製造における高い歩留と品質を実現することが可能な固形状原料のリチャージ装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, the friction between the solid raw material and the wire is eliminated, the damage to the member covering the wire or the bottom cover is reduced, and the solid polycrystalline silicon raw material in the recharge tube is greatly reduced. By not having this, it is possible to provide a solid material recharging device capable of realizing high yield and quality in single crystal production.
以下、本発明に係るリチャージ装置およびリチャージ方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。なお、ここでは単結晶として、シリコン単結晶を製造する場合を例として記載する。 Embodiments of a recharging device and a recharging method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, a case where a silicon single crystal is manufactured as a single crystal will be described as an example.
[実施の形態]
(リチャージ装置)
最初に、本実施の形態で用いられるリチャージ装置を備えるシリコン単結晶製造装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態で用いられるシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
図1に示すシリコン単結晶製造装置は、原料となる多結晶シリコンが充填されるルツボ101、103、多結晶シリコンを加熱、溶融しシリコン融液105とするための主ヒータ107および、下部ヒータ109がチャンバ111内に格納されている。
[Embodiment]
(Recharge device)
First, the configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus provided with a recharging apparatus used in the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a silicon single crystal manufacturing apparatus used in the present embodiment.
The silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 has
なお、上記ルツボ101、103は、内側にシリコン融液105を直接収容する石英ルツボ101と、石英ルツボ101を外側で支持するためのカーボンルツボ103とから構成されている。ルツボ101、103は、シリコン単結晶製造装置の下部に取り付けられた回転駆動機能(図示せず)によって回転昇降自在なルツボシャフト113によって支持されている。
ルツボ101、103を取り囲むように主ヒータ107および、下部ヒータ109が配置されており、主ヒータ107の外側には、主ヒータ107からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第1の保温材115、第2の保温材117が主ヒータ107の周囲を取り囲むように設けられている。加えて、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第3の保温材119、第4の保温材121が設けられている。そして、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱が引上げシリコン単結晶の冷却を阻害しないように輻射シールド125が、シリコン融液105、ルツボ101、103とシリコン単結晶間に設けられている。なお、保温材115、117の材質については、特に保温性に優れているものを使用することが望ましく、通常成形断熱材が用いられている。保温材119、121の材質については、例えば、成形断熱材、カーボン、あるいはカーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したものが用いられている。輻射シールド125については、輻射熱を調整する役目を果たしているので、断熱性の高い材質、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材を設置したものが用いられる。
The
A
なお、チャンバ111は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管(図示せず)を通して水冷されている。
さらに、チャンバ111上部にはゲートバルブ135を介して、シリコン融液105から引上げられたシリコン単結晶や後述する筒状の原料容器200を保持して取り出すためのサブチャンバ127が設けられている。また、サブチャンバ127上端は天板147により封鎖されている。そして、引上げられたシリコン単結晶の取り出しや後述する原料容器200を取り出し可能にするサブチャンバの蓋(図示せず)がサブチャンバ上方側面に設けられている。
そして、サブチャンバ127上部には、引上げモータ141を設けている。引上げモータ141は、ワイヤ129を上下動自在に保持しており、ワイヤ129は天板を通して、サブチャンバ127の中心軸に沿って吊り下げられている。ワイヤ129の下端には、シリコン単結晶引上げ工程の際には図3に示すように種結晶131が吊り下げられ、リチャージ工程の際には図1に示すように、筒状の原料容器200が吊り下げられる。
The chamber 111 is made of a metal having excellent heat resistance and thermal conductivity, such as stainless steel, and is water-cooled through a cooling pipe (not shown).
Further, a sub chamber 127 for holding and taking out a silicon single crystal pulled up from the
A pulling
次に、リチャージ装置について説明する。まず、本発明で用いられうるリチャージ装置においては、図1に示すように、筒状の原料容器200がワイヤ129により、引上げモータ141から吊り下げられる。原料容器200は、リチャージ管201と底蓋203およびリチャージ管201をサブチャンバ127の中心軸に安定させるためにワイヤ129を通すリング204から構成されている。ワイヤ129は底蓋203の中心部に固定されており、リチャージ管201は、底蓋203によって保持されている。
ここで、ワイヤ129は、固形状多結晶シリコン原料155がリチャージ管201内を落下する時の衝撃を受けても自ら曲がって変形して衝撃を吸収できるという観点、および、原料容器200および内部に充填される固形状多結晶シリコン原料155の重量を保持するに十分な引っ張り強度を有するという観点から、例えばタングステン等の金属材料が用いられる。
また、リチャージ管201上部外周には、リチャージ管201をサブチャンバ127に設けられたフランジ128で掛け止めするためのストッパ205が設けられている。このストッパ205は、シリコン融液105への不純物汚染を避ける観点から、高純度石英ガラスで形成されていることが望ましい。
Next, the recharging device will be described. First, in the recharging apparatus that can be used in the present invention, as shown in FIG. 1, a cylindrical raw material container 200 is suspended from a pulling
Here, the wire 129 can be bent and deformed by itself when the solid polycrystalline silicon
In addition, a
そして、本実施の形態において、リチャージ管201は、上端から下端までの内径が一定のストレート形状を有することが望ましい。なぜなら、リチャージ管201の最大下端内径は輻射シールド125の内径により制約を受けるところ、リチャージ管201をストレート形状にすることが、下方端部に向かってラッパ状に広がる形状よりも、原料容器200の内容量を大きくするからである。また、逆に、下方端部に向かって細くなる形状とすることは、固形状多結晶シリコン原料155がリチャージ管201内に詰まる恐れを急激に増大させるからである。
ここで、リチャージ管201および底蓋203は、シリコン融液105と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、加工性に優れ比較的安価な点から石英が好ましいが、炭化ケイ素、または窒化ケイ素等を用いることが出来る。
In the present embodiment, it is desirable that the
Here, since the
そして、本実施の形態においては、ワイヤ129に石英で形成される複数の略球状の玉が貫通していることを特徴とする。図2に示すように石英で形成された略球状の玉401にワイヤ129を通す、ワイヤ129径よりも大きな穴405があけられている。そして、ワイヤ129に通された、この略球状の玉401が、図1に示すように、複数個、ワイヤ129の底蓋203固定部から上に向かって数珠状に連なっている。 In the present embodiment, a plurality of substantially spherical balls formed of quartz penetrate the wire 129. As shown in FIG. 2, a hole 405 larger than the diameter of the wire 129 is formed to pass the wire 129 through a substantially spherical ball 401 made of quartz. As shown in FIG. 1, a plurality of the substantially spherical balls 401 passed through the wire 129 are connected in a rosary shape upward from the bottom lid 203 fixing portion of the wire 129.
このように、ワイヤ129が複数の略球状の玉401を貫通しているため、ワイヤ129が固形状多結晶シリコン原料155の摩擦をうけることがない。したがって、ワイヤ129が、膨張した固形状多結晶シリコン原料155により直接押さえつけられて固定され、底蓋203が下降しなくなるという問題が改善する。また、仮に、略球状の玉401が膨張した固形状多結晶シリコン原料155により押さえつけられ固定されたとしても、ワイヤ129は穴405内をすべって移動するので、底蓋203は問題なく下降可能である。
さらに、特許文献3のようにワイヤ129を一体の石英管でカバーする場合と異なり、本発明の場合は、リチャージ管内で落下する固形状多結晶シリコン原料155が偏在したとしても、ワイヤ129が変形することにより応力集中を緩和することが出来るため、石英からなる略球状の玉401が破損する恐れは少ない。そして、金属ワイヤ129と固形状多結晶シリコン原料155との接触を略球状の玉401が存在することにより防止できるので、金属汚染の問題も改善できる。また、金属ワイヤ129と固形状多結晶シリコン原料155との接触を最大限避ける観点から、図1に示すように、固形状多結晶シリコン原料155が充填される高さ以上の領域まで略球状の玉401を配置することが望ましい。
Thus, since the wire 129 penetrates the plurality of substantially spherical balls 401, the wire 129 is not subjected to the friction of the solid polycrystalline silicon
Further, unlike the case where the wire 129 is covered with an integral quartz tube as in Patent Document 3, in the case of the present invention, even if the solid polycrystalline silicon
ここで、ワイヤにつける保護部材は、リチャージ投入の際、ワイヤが変形する事により応力集中を緩和する必要がある。その為には、ワイヤに短い保護部材が連なった構造が望ましい。できるだけ短い保護部材を多数にした方がワイヤの自由度は増し動き易くなると同時に応力集中が緩和される。しかし、保護部材は、角があると、隣の保護部材同士の接触で、カケや破損を発生させる可能性がある。そこで角が無い事が望ましい。よって保護部材は、(1)ある程度の肉厚を持ち(強度保持の為)、(2)出来るだけ短くする、(3)角が無い物が望ましい。
以上の観点から、保護部材は略球状の玉であることが望ましいが、十分な特性が得られれば、楕円形状の玉であっても構わない。
なお、ここで、保護部材である略球状の玉401を形成する石英は不透明石英であっても透明石英であっても構わない。もっとも、石英中に含まれる金属不純物によって、製造する単結晶が汚染され転位等の不良が発生することを抑制する観点からは、略球状の玉401は金属不純物含有量200ppm以下の高純度の石英ガラスで形成されていることが望ましい。
Here, the protective member attached to the wire needs to relieve stress concentration due to deformation of the wire at the time of charging. For this purpose, a structure in which a short protective member is connected to a wire is desirable. If the number of protective members is as short as possible, the degree of freedom of the wire increases and the movement becomes easier, and stress concentration is reduced. However, if the protective member has corners, there is a possibility of causing chipping or breakage due to contact between adjacent protective members. Therefore, it is desirable that there are no corners. Therefore, the protective member is preferably (1) having a certain thickness (for maintaining strength), (2) as short as possible, and (3) having no corners.
From the above viewpoint, the protective member is preferably a substantially spherical ball, but may be an elliptical ball as long as sufficient characteristics are obtained.
Here, the quartz forming the substantially spherical ball 401 as the protective member may be opaque quartz or transparent quartz. However, from the viewpoint of suppressing the occurrence of defects such as dislocations due to contamination of single crystals to be produced due to metal impurities contained in quartz, the substantially spherical ball 401 is a high-purity quartz having a metal impurity content of 200 ppm or less. It is desirable that it is made of glass.
また、本実施の形態において、筒状の原料容器200を構成するリチャージ管201の内径を2R(cm)とした場合に、底蓋203の重量W(g)が、W≧3πR2の関係を充足することが望ましい。なぜなら、後に実施例で示すように、この関係を充足する場合は、底蓋203の重みにより、膨張した固形状多結晶シリコン原料155により直接押さえつけられて固定され、底蓋203が下降しなくなるという問題が一層改善するからである。そして、この関係を充足することにより、底蓋203が傾き、リチャージ管201の下端に戻らず、原料容器200の引上げが不能になるという問題に対しても有効な対策となる。
Further, in the present embodiment, when the inner diameter of the
(リチャージ方法)
次に、上記のように構成されたシリコン単結晶製造装置を用いたリチャージ方法について図1、図3乃至図8を用いて説明する。
(Recharge method)
Next, a recharging method using the silicon single crystal manufacturing apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 8.
まず、シリコン単結晶製造装置100は、ゲートバルブ135を開き、サブチャンバ127の上方側面に設けられた蓋(図示せず)を閉じた状態にしておく。
次に、チャンバ111およびサブチャンバ127の内部を不活性ガスで置換した後、Ar等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ107,109を加熱することにより、予め石英ルツボ101の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料(図示せず)を溶融し、シリコン融液105とする。
次に、図3に示すように、ゲートバルブ135を閉め、チャンバ111とサブチャンバ127と遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持しシリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を開き、ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げる。そして、ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げた後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を閉じ、サブチャンバ127を密閉する。
First, the silicon single
Next, after the inside of the chamber 111 and the sub-chamber 127 is replaced with an inert gas, a low pressure is maintained in a state where an inert gas such as Ar is supplied. Thereafter, by heating the
Next, as shown in FIG. 3, the
その後、サブチャンバ127を減圧し、サブチャンバ127内部をAr等の不活性雰囲気で満たす。次に、ゲートバルブ135を開き、チャンバ111とサブチャンバ127を連通する。この状態で、種結晶131はシリコン融液105の真上に位置するため、シリコン融液105の輻射熱により予熱される。
次に、引上げモータ141を駆動し、ワイヤ129下端に吊り下げられた種結晶131を降下させ、種結晶131の少なくとも一部をシリコン融液105に浸す。種結晶131がシリコン融液105に浸されると、図4に示すように種結晶131下方に徐々にシリコン単結晶123が成長する。そして、シリコン単結晶123が成長するに従い、所定速度で種結晶131を引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶インゴット150を引上げることが可能となる。
その後、成長したシリコン単結晶インゴット150を、図5に示すようにサブチャンバ127まで上昇させる。そして、ゲートバルブ135を閉じ、チャンバ111とサブチャンバ127とを遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋を開き、シリコン単結晶インゴット150を取り出す。このようにして、1本目のシリコン単結晶インゴット150の製造工程が終了する。
Thereafter, the subchamber 127 is depressurized and the subchamber 127 is filled with an inert atmosphere such as Ar. Next, the
Next, the pulling
Thereafter, the grown silicon
次に、単結晶製造装置外で、リチャージする原料となる固形状多結晶シリコン原料155を原料容器200に充填した後に、サブチャンバ127の蓋を開き、図6に示すように原料容器200をワイヤ129に吊り下げる。
次に、サブチャンバ127の蓋を閉じサブチャンバ127を密閉する。その後、サブチャンバ127を減圧し、サブチャンバ127内部を不活性雰囲気で満たす。
次に、ゲートバルブ135を開き、チャンバ111とサブチャンバ127内を連通させる。この状態で引上げモータ141を駆動させ、ワイヤ129と共に原料容器200を下降させる。
原料容器200が下降していくと、図1に示すように、ストッパ205がフランジ128に接触する。これから更にワイヤ129を下降させると、フランジ128によりリチャージ管201の下降が阻止され、図7に示すように、底蓋203のみが更に下降する。そうすると、リチャージ管201と底蓋203の間に、隙間210が生じ、この隙間210から、固形状多結晶シリコン原料155が、自重により輻射シールドカバー301上に落下し、輻射シールド301表面の傾斜を滑って、石英ルツボ101内に落下する。
Next, after filling the raw material container 200 with the solid polycrystalline silicon
Next, the cover of the sub chamber 127 is closed, and the sub chamber 127 is sealed. Thereafter, the subchamber 127 is depressurized, and the subchamber 127 is filled with an inert atmosphere.
Next, the
As the raw material container 200 descends, the
本実施の形態においては、ワイヤ129が石英で形成される数珠状に連なる複数の略球状の玉401を貫通しているため、膨張した固形状多結晶シリコン原料155によりワイヤ129が固定されることなく円滑に底蓋203を下降させることが可能となる。
In the present embodiment, since the wire 129 passes through a plurality of substantially spherical balls 401 connected in a bead shape formed of quartz, the wire 129 is fixed by the expanded solid polycrystalline silicon
ここで、固形状多結晶シリコン原料155の石英ルツボ101内への落下は、ヒータ107,109を制御してチャンバ内温度を低下させ、石英ルツボ内の残余シリコン融液105の表面が固化した状態で行なわれることが望ましい。なぜなら、表面を固化させることにより、シリコン融液105の飛び跳ねによる飛沫がチャンバ内の部品に付着し部品寿命を短くするという問題を回避できるからである。
Here, the dropping of the solid polycrystalline silicon
リチャージ管127内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料155が、石英ルツボ101内に投入された後、ワイヤ129を上昇させる。すると、ワイヤ127と底蓋203が上昇する。そして、更にワイヤ129を上昇させることにより、底蓋203に保持されたリチャージ管201が、底蓋203と一体となって上昇する。
なお、リチャージ管127内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料155が、石英ルツボ101内に投入された後、シリコン融液105の表面固化のために、下げていたチャンバ111内温度を、ヒータ107,109を制御することによって上昇させ、石英ルツボ101内に投入した固形状多結晶シリコン原料155を溶融する。
そして、図8に示すように原料容器200が、サブチャンバ127まで完全に上昇した後に、ゲートバルブ135を閉め、チャンバ111とサブチャンバ127を遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127の蓋を開き、サブチャンバ127内を常圧に戻す。その後、原料容器200を単結晶製造装置100外部に取り出しリチャージ工程が完了する。
After all the solid polycrystalline silicon
Note that, after all the solid polycrystalline silicon
Then, as shown in FIG. 8, after the raw material container 200 is completely raised to the sub-chamber 127, the
上記のシリコン単結晶インゴット150の製造工程とリチャージ工程を繰り返すことにより、石英ルツボ101を交換することなく2本目以降のシリコン単結晶インゴットを連続して製造することが可能となる。
By repeating the manufacturing process and the recharging process of the silicon
ここでは、固形状原料として、固形状多結晶シリコンを用いたが、多結晶に限らず、固形状単結晶シリコンを用いても構わないし、両方を用いても構わない。また、シリコン以外の原料を用いる場合も同様に、多結晶または単結晶、または両方を固形状原料として選択できる。 Here, solid polycrystalline silicon is used as the solid raw material. However, it is not limited to polycrystalline, and solid single crystal silicon or both may be used. Similarly, when a raw material other than silicon is used, polycrystal, single crystal, or both can be selected as a solid raw material.
また、ここで、上記記載した実施の形態においては、単結晶としてシリコン単結晶を例として記載したが、本発明の適用は、必ずしもシリコン単結晶に限られず、チョクラルスキー(CZ)法を用いて引上げられる単結晶であれば、例えば、GaAs単結晶、InP単結晶等の単結晶についても適用することが可能である。 In the above-described embodiment, a silicon single crystal is described as an example as a single crystal. However, the application of the present invention is not necessarily limited to a silicon single crystal, and the Czochralski (CZ) method is used. For example, it can be applied to single crystals such as GaAs single crystals and InP single crystals.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての固形状原料のリチャージ装置は、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, description of the single crystal manufacturing apparatus, the recharging apparatus, the recharging method, etc., which is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required single crystal manufacturing apparatus, the recharging are omitted. Elements related to the apparatus, the recharging method, etc. can be appropriately selected and used.
In addition, any solid material recharging apparatus that includes the elements of the present invention and whose design can be changed as appropriate by those skilled in the art is included in the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
本実施例においては、図1に示した構成を有するシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いた。
内径800mm(32インチ)の石英ルツボ101を使用した。そして、残余シリコン融液150kg〜300kgに対し、重量40kgの固形状多結晶シリコン原料155をリチャージした。リチャージ管201は内径φ270mmのストレート形状のものを用いた。リチャージ管201に使用したタングステンから形成されるワイヤ129は、透明石英製で略球状の玉401を貫通し、略球状の玉401が数珠状に連なる構造とした。底蓋の重量は2.2kgとした。
この条件で、従来の2倍の時間16分をかけリチャージ管を降下させた。10回のリチャージテストを行なった結果、ワイヤ129につるされた底蓋203が下降しなくなるトラブルは1度も発生せず、また、略球状の玉401のカケ、破損は観察されなかった。
Example 1
In this example, a silicon single crystal manufacturing apparatus and a recharging apparatus having the configuration shown in FIG. 1 were used.
A
Under this condition, the recharge tube was lowered for 16 minutes, which is twice the conventional time. As a result of performing the recharge test 10 times, the trouble that the bottom cover 203 hung on the wire 129 did not move down never occurred, and no crack or breakage of the substantially spherical ball 401 was observed.
(比較例1)
ワイヤ129に、略球状の玉401を有しない以外は実施例1と同様の条件で10回のリチャージテストを行なった。この結果、ワイヤ129につるされた底蓋203が下降しなくなるトラブルが4度発生した。
(Comparative Example 1)
The recharge test was performed 10 times under the same conditions as in Example 1 except that the wire 129 did not have the substantially spherical ball 401. As a result, the trouble that the bottom lid 203 suspended from the wire 129 did not descend occurred four times.
実施例1と比較例1の結果から、ワイヤ129が略球状の玉401を貫通する構造とすることにより、底蓋203が下降しなくなるトラブルを有効に回避できることが判明した。 From the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was found that the trouble that the bottom cover 203 does not descend can be effectively avoided by adopting a structure in which the wire 129 penetrates the substantially spherical ball 401.
(実施例2)
本実施例においては、図1に示した構成を有するシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いた。
内径600mm(24インチ)の石英ルツボ101を使用した。そして、残余シリコン融液80kg〜120kgに対し、重量30kgの固形状多結晶シリコン原料155をリチャージした。リチャージ管201は内径φ200mmのストレート形状のものを用いた。リチャージ管201に使用したタングステンから形成されるワイヤ129には、透明石英製で略球状の玉401を貫通し、略球状の玉401が数珠状に連なる構造とした。底蓋203の重量は1.0kgとした。
この条件で、従来の2倍の12分をかけリチャージ管を降下させた。8回のリチャージテストを行なった結果、ワイヤ129につるされた底蓋203が下降しなくなるトラブルは1度も発生せず、また、略球状の玉401のカケ、破損は観察されなかった。
(Example 2)
In this example, a silicon single crystal manufacturing apparatus and a recharging apparatus having the configuration shown in FIG. 1 were used.
A
Under this condition, the recharge tube was lowered for 12 minutes, twice as much as the conventional method. As a result of performing the recharge test eight times, the trouble that the bottom cover 203 suspended from the wire 129 did not descend never occurred, and the crack or breakage of the substantially spherical ball 401 was not observed.
(実験例3)
ワイヤ129に、略球状の玉401を有しないで底蓋重量が1.2kg以外は実施例1と同様の条件で10回のリチャージテストを行なった。この結果、ワイヤ129につるされた底蓋203が下降しなくなるトラブルが、4度発生した。これに対し底蓋重量を2.2kgとして、同様の条件で10回のリチャージテストを行なった結果2度に半減した。
(実験例4)
ワイヤ129に、略球状の玉401を有しないで底蓋重量が0.6kg以外は実施例2と同様の条件で10回のリチャージテストを行なった。この結果、ワイヤ129につるされた底蓋203が下降しなくなるトラブルが、4度発生した。これに対し底蓋重量を1.0kgとして、同様の条件で10回のリチャージテストを行なった結果2度に半減した。
これらの結果から、トラブルが半減した底蓋の重量を満足する関係を導き出すと、リチャージ管の内径を2R(cm)とした場合に底蓋の重量W(g)が、W≧3πR2の関係が得られた。
(Experimental example 3)
The recharge test was performed 10 times under the same conditions as in Example 1 except that the wire 129 did not have the substantially spherical ball 401 and the bottom cover weight was 1.2 kg. As a result, the trouble that the bottom cover 203 suspended from the wire 129 did not descend occurred four times. On the other hand, the bottom cover weight was set to 2.2 kg, and 10 recharge tests were performed under the same conditions.
(Experimental example 4)
A recharge test was performed 10 times under the same conditions as in Example 2 except that the wire 129 did not have the substantially spherical ball 401 and the bottom cover weight was 0.6 kg. As a result, the trouble that the bottom cover 203 suspended from the wire 129 did not descend occurred four times. On the other hand, the bottom cover weight was set to 1.0 kg, and 10 recharge tests were performed under the same conditions.
From these results, when the relationship satisfying the weight of the bottom cover in which the trouble is halved is derived, when the inner diameter of the recharge tube is 2R (cm), the weight W (g) of the bottom cover is a relationship of W ≧ 3πR 2 . was gotten.
実施例1、2、3および4の結果から、ワイヤ129が略球状の玉401を貫通する構造とし、かつ、リチャージ管の内径を2R(cm)とした場合に、前記底蓋の重量W(g)が、W≧3πR2の関係を充足させることにより、底蓋203が下降しなくなるトラブルを一層有効に回避できることが判明した。 From the results of Examples 1, 2, 3 and 4, when the wire 129 penetrates the substantially spherical ball 401 and the inner diameter of the recharge tube is 2R (cm), the weight W ( It has been found that g) can more effectively avoid the trouble that the bottom cover 203 does not descend by satisfying the relationship of W ≧ 3πR 2 .
101 石英ルツボ
105 シリコン融液
106 固化面
111 チャンバ
125 輻射シールド
127 サブチャンバ
129 ワイヤ
135 ゲートバルブ
141 引上げモータ
155 固形状多結晶シリコン原料
200 原料容器
201 リチャージ管
203 底蓋
210 隙間
401 略球状の玉
101
141 Pulling
Claims (4)
前記ワイヤが石英で形成される複数の楕円形状または略球状の玉を貫通していることを特徴とする固形状原料のリチャージ装置。 A cylindrical raw material container filled with a solid raw material to be supplied to the crucible storing the crystal melt, and a wire for suspending the cylindrical raw material container whose one end is fixed to the center of the bottom lid of the cylindrical raw material container; A solid-state raw material recharging device comprising:
A solid material recharging apparatus, wherein the wire penetrates a plurality of elliptical or substantially spherical balls made of quartz.
The weight W (g) of the bottom cover satisfies the relationship of W ≧ 3πR 2 when the inner diameter of the recharge pipe constituting the cylindrical raw material container is 2R (cm). 3. The solid material recharging device according to 3.
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