JP5157878B2 - 単結晶シリコン製造装置 - Google Patents
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Description
また、導電材と石英被覆体との間に空間が形成されることにより導電材と石英被覆体間の熱応力を防止できる。さらに、その空間が真空状態とされることにより、導電材の劣化も防止される。
また、本発明の単結晶シリコン製造装置において、前記発熱リングは、その周方向の一部に、前記多結晶シリコン棒を通過可能な切欠き部が形成され、前記操作手段によって前記切欠き部が前記加熱位置の中心を通るように往復移動する構成とするとよい。発熱リングを加熱位置と待機位置との間で往復移動する際に、切欠き部が多結晶シリコン棒を通過するようにして発熱リングを移動することができ、多結晶シリコン棒と種結晶との相対位置関係を変えることなく、発熱リングのみ移動が可能である。
そして、この発熱リング9は、ハウジング1の上壁1Aから垂下された支持シャフト11によって高周波誘導加熱コイル8の上方位置に水平に保持されている。この支持シャフト11は、垂直部11Aと水平部11BとによりL字状に形成され、その垂直部11Aの上端部がハウジング1の上壁1Aを貫通し、該上壁1Aに回転可能及び昇降可能に支持されており、垂直部11Aの下端部と一体の水平部11Bの先端に、発熱リング9が固定されている。また、ハウジング1の上壁1Aから突出する垂直部11Aの上端部にレバー等の操作手段11Cが設けられており、この操作手段11Cを操作することにより、その下端部に保持した発熱リング9を若干上下移動可能であるとともに、多結晶ホルダー5と種結晶ホルダー7との間に配置される「加熱位置(図2に符号Eで示す位置)」と、その間から側方に離間した「待機位置(同図に符号Fで示す位置)」との間で往復移動させることができるようになっている。
(1)種結晶ホルダー7に種結晶6が取り付けられるとともに、吊り具4が試料となる多結晶シリコン棒S1に取り付けられることにより、該多結晶シリコン棒S1が多結晶ホルダー5に支持される。このとき、種結晶ホルダー7の上部収納孔32に種結晶6の下部6bを挿し込むことにより、この上部収納孔32のテーパ面32aが種結晶6の外周面に接触して、自動的に芯が合わせられる。その収納状態で止めネジ36によって固定することにより、その芯合わせ状態が保持される。
(2)同軸状に配置された種結晶6と多結晶シリコン棒S1との間の位置(加熱位置E)に発熱リング9を配置する。
(3)上部駆動軸2を降下させて、試料となる多結晶シリコン棒S1を発熱リング9内に通し、試料の下端が、高周波誘導加熱コイル8の上方に近接するように多結晶シリコン棒S1を位置させる。
(4)ハウジング1のドア(図示略)を閉めて内部を密閉状態にし、真空引きを行った後に不活性ガスを充満させる。
(6)上部駆動軸2が図2の矢印Aで示すように上昇して、多結晶シリコン棒S1が種結晶6から離間する。次に多結晶シリコン棒S1と種結晶6との間にできた隙間から発熱リング9が矢印Bで示すように移動し、ハウジング1の側壁1Cの近傍位置(待機位置F)に待機する。その後、上部駆動軸2を降下させることで、多結晶シリコン棒S1が高周波誘導加熱コイル8の付近まで降下する。
(8)下部駆動軸3を上昇することで、種結晶6が多結晶シリコン棒S1に近づく。多結晶シリコン棒S1の下端部が完全に溶けたら、種結晶6と多結晶シリコン棒S1とを接触させることにより、多結晶シリコン棒S1の熱が種結晶6に伝達して種結晶6の上端面が溶融する。
(9)下部駆動軸3を回転駆動して種結晶6を回転する。
(10)多結晶シリコン棒S1の下端の溶融部の形状を整えながら溶融部と種結晶6を十分なじませる。
(11)上部駆動軸2と下部駆動軸3とを軸線方向に沿って同期移動させることにより、多結晶シリコン棒S1の溶融部分が、高周波誘導加熱コイル8に対して上下方向に相対移動する。これにより下部駆動軸3上に単結晶シリコンS2を育成する。
(12)単結晶シリコンS2が十分に形成されたら、上部駆動軸2、下部駆動軸3の駆動、高周波誘導加熱コイル8の通電を停止する。その後、形成された単結晶シリコンを取り出し、急速冷却装置で冷却する。
上部収納孔がストレートであると、種結晶を収納して止めネジで止めた場合に、そのクリアランスの範囲で種結晶が左右方向に移動し易いが、収納孔をテーパ面としたことにより、種結晶の全周がテーパ面に接触して左右方向に移動し難く、したがって、多結晶シリコン棒との芯合わせ作業が容易になる。
この単結晶シリコンの育成作業中に種結晶6が回転することがあるが、その際も収納孔22のテーパ面32aにより種結晶6を全周で保持しているので、スリップを生じさせることなく、その芯合わせ状態が確実に維持される。この場合、テーパ面の面粗さは、平均粗さ(Ra)で10〜200μmとされており、面粗さをこの範囲に設定しておくことにより、収納孔のテーパ面と種結晶との摩擦力が大きくなり、回転時のスリップを確実に防止することができる。
また、上記の単結晶製造装置100によれば、支持シャフト11を内管12と外管13とからなる二重管により形成し、これら内管12と外管13のいずれか一方側に冷却媒体を供給し、これら内管12、外管13の他方側を通じて冷却媒体を排出するようにしたので、支持シャフト11に対して連続的に冷却媒体を供給でき、シール材の効果的な冷却が可能となる。
これらの相乗効果により、単結晶製造装置としての健全性を長期にわたって維持することができる。
したがって、先の実施形態では製造工程の(6)において、加熱位置Eから待機位置Fに発熱リング9を移動する前に、多結晶シリコン棒S1が上昇して種結晶6から離間することにより、多結晶シリコン棒S1と種結晶6との間に発熱リングが通過可能な間隔を確保する必要があったが、本実施形態においては、多結晶シリコン棒S1を上昇させることなく、発熱リング41が図8の矢印Cに示すように移動するだけで、加熱位置Eから鎖線で示す待機位置Fに移動することができる。従って、多結晶シリコン棒S1の先端部が赤熱した状態を維持したまま次工程に移行できるため、作業性が良い。
出するようにしても良い。また、支持シャフト11の回転及び昇降の操作のためにレバー等の操作手段を設けたが、電動機、減速機等を組み合わせた駆動機構からなる操作手段としてもよい。さらに、発熱リングの導電材は、誘導加熱コイルによって誘導加熱可能かつその融点がシリコンよりも高温である導電材からなるものであれば、カーボン、モリブデン等を適用することができる。
また、一実施形態の種結晶ホルダー7では、上部収納孔32を開口まで連続するテーパ面32aに形成したが、種結晶の外周の全周に接触可能なテーパ面が少なくとも一部に形成されていればよく、開口付近は円筒状としてもよい。また、この収納孔に挿入した種結晶を4本の止めネジで固定する構造としたが、3本の止めネジによって固定するものでもよい。
2 上部駆動軸
3 下部駆動軸
4 吊り具
5 多結晶ホルダー
6 種結晶
6a 上端部
6b 下端部
7 種結晶ホルダー
8 高周波誘導加熱コイル
9 発熱リング
9A 導電材
9B 石英被覆体
9C 空間
10 支持棒
11 支持シャフト
11C 操作手段
12 内管
13 外管
14 冷却流路
15 外部配管
16 外部配管
17 支持ブロック
18 スリーブ
21A〜21C シール材
31 開口
32 上部収納孔
32a テーパ面
33 下部収納孔
34 支持部材
35 ネジ孔
36 止めネジ
S1 多結晶シリコン棒
Claims (4)
- ハウジング内に、種結晶ホルダーに保持した種結晶が、多結晶ホルダーに保持した多結晶シリコン棒と対向して配置され、その多結晶シリコン棒の周囲に配置される誘導加熱コイルによって多結晶シリコン棒が溶融した後種結晶に融着して単結晶に成長させる単結晶シリコン製造装置であって、
前記ハウジングの壁を貫通する回転可能な支持シャフトの先端に、前記誘導加熱コイルによって誘導加熱可能な導電材と、該導電材を被覆する石英被覆体とを有する発熱リングが設けられるとともに、前記支持シャフトに、これを回転させることにより、前記発熱リングを前記種結晶ホルダーと多結晶ホルダーとの間で前記誘導加熱コイルに接近させた加熱位置と、この加熱位置から離間した待機位置との間で往復移動させる操作手段が設けられ、前記ハウジングの壁と前記支持シャフトとの貫通部に、これらの気密を保持するシール材が設けられ、前記支持シャフトの内部には、冷却媒体を流通させる冷却流路が形成されており、前記導電材と前記石英被覆体との間に空間が形成され、該空間が真空状態とされていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。 - 前記支持シャフトは外管と内管とからなる二重管により形成され、前記冷却流路は、外管と内管のいずれか一方側から冷却媒体が供給され、その他方側より排出される構成とされていることを特徴とする請求項1記載の単結晶シリコン製造装置。
- 前記発熱リングは、前記導電材がカーボンによって構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の単結晶シリコン製造装置。
- 前記発熱リングは、その周方向の一部に、前記多結晶シリコン棒を通過可能な切欠き部が形成され、前記操作手段によって前記切欠き部が前記加熱位置の中心を通るように往復移動することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の単結晶シリコン製造装置。
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