JP6943046B2 - シリコン単結晶製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造装置及び製造方法に関し、特に、浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）によりシリコン単結晶を製造する際の原料の保持構造に関する。

シリコン単結晶を育成する方法の一つとしてＦＺ（Floating Zone）法が知られている。ＦＺ法では多結晶シリコンからなる原料ロッドの一部を加熱して溶融帯域を作り、溶融帯域を表面張力で支えながら溶融帯域の上方及び下方にそれぞれ位置する原料ロッド及び単結晶を下方に移動させることにより単結晶を徐々に成長させる。ＦＺ法はＣＺ法のようにシリコン融液を支持するための石英ルツボを用いる必要がなく、融液中の酸素濃度が非常に低いことから、格子間酸素濃度が非常に低い高品質なシリコン単結晶を製造することができ、高い絶縁耐圧が要求されるパワー半導体（ディスクリート半導体）の基板材料として好ましく用いられている。

シリコン単結晶を半導体として機能させるためにはｐ型或いはｎ型の不純物のドーピングが必要である。ＦＺ法では溶融帯域にドーパントガスを吹き付けるガスドーピングによってシリコン単結晶への不純物のドーピングが行われている。例えば特許文献１には、単結晶の回転方向を交互に変更するとともに、原料ロッドの回転方向及び／又は回転数を変更することにより、単結晶中に取り込まれるドーパントの面内分布を制御し、単結晶から製造されるウェーハの抵抗率の面内ばらつきを低減する方法が記載されている。

また特許文献２には、単結晶をベース角度で回転させるベース回転と、ベース回転とは逆方向にベース角度よりも小さなカウンター角度で回転させるカウンター回転とを交互に繰り返しながらガスドーピングする際に、固液界面における原料ロッドの直径に応じてベース角度とカウンター角度の組み合わせを定めることにより、単結晶の抵抗率の面内ばらつきを抑え、これにより製造ロット内の単結晶ウェーハの耐圧ばらつきを小さくすることが記載されている。

また特許文献３には、原料結晶棒を保持する上軸と、単結晶棒を保持する下軸と、誘導加熱コイルに高周波電力を供給する電極と、上軸、下軸、及び電極のいずれかが一つ以上の中心軸の傾きあるいは基準位置からの変位を検出する機構と、検出された中心軸の傾きあるいは基準位置からの変位を自動調整する機構と、調整量を演算する演算機構とを備えた半導体単結晶棒の製造装置が記載されている。

特開２０１１−２２５４５１号公報 特開２０１５−２２９６１２号公報 特開２０１６−５６０３６号公報

最近、ＦＺ法により製造されるシリコンウェーハの抵抗率の面内分布に対する要求は厳しさを増しており、特に、抵抗率の面内ばらつきを例えば±１０％以内に収めることが望まれている。そのためには、シリコン単結晶の抵抗率の面内分布のミクロな変動を低減する必要があり、単結晶を安定的に育成するためのさらなる改善が必要である。

したがって、本発明の目的は、シリコン単結晶の抵抗率の面内分布のミクロな変動を抑制することが可能なシリコン単結晶製造装置及び製造方法を提供することにある。

本願発明者らは、ＦＺ法により製造されるシリコン単結晶の抵抗率の面内分布がばらつくメカニズムについて鋭意研究を重ねた結果、原料ロッドのわずかな振れが要因の一つとなっていることを見出した。

原料ロッドの振れによって単結晶の抵抗率の面内分布がばらつく理由は以下のように推察できる。原料ロッドが回転時に振れると誘導加熱コイルとの位置関係、特に、原料ロッドの下端部のネック部と誘導加熱コイルとの位置関係が変化し、原料ロッドはコイル側に寄ったり離れたりする。溶融帯域には原料のまだ溶融していない固体部が存在しているが、ネック部を取り囲む誘導加熱コイルの周方向の電流分布は全周にわたって必ずしも一定ではなく、電流密度が高い部位や低い部位があるため、原料ロッドの下端部が近づいた部位の電流密度が高ければ原料の溶融量が多くなるが、電流密度が低ければ原料の溶融量が少なくなる。これにより、単位時間当たり一定量のドーパントの供給に対する融液供給量が変化し、融液中のドーパント濃度の変化が抵抗率の面内分布の変動につながる。このような抵抗率の変動は、単結晶の径方向の中央部において特に生じやすい。

原料ロッドはこれまでも上軸に対してある程度高い精度で軸合わせされてきており、原料ロッドの振れはそれほど問題にならなかった。本発明は、シリコン単結晶の抵抗率の面内変動を±１０％以下に抑えるという新たな要求によって顕在化した新たな課題を解決するものである。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明によるシリコン単結晶製造装置は、原料ロッドを支持する上軸と、前記上軸を回転させる上軸駆動機構と、前記原料ロッドを加熱する誘導加熱コイルと、前記原料ロッドの下方においてシリコン単結晶を支持する下軸と、前記上軸の下端部に前記原料ロッドを取り付けるための取り付け治具とを備え、前記取り付け治具は、前記原料ロッドの上端部を保持する原料ロッド保持部材と、前記上軸の中心軸に対する前記原料ロッド保持部材の中心軸の水平方向の位置を調整する軸ズレ調整機構を含むことを特徴とする。

本発明によれば、原料ロッドの回転時の振れを抑制することが可能なシリコン単結晶製造装置を提供することができる。したがって、抵抗率の面内分布のミクロな変動が抑制されたシリコン単結晶を製造することができる。

本発明において、前記軸ズレ調整機構は、水平面内のＸ軸方向に進退移動して当該Ｘ軸方向における前記原料ロッド保持部材の位置を調整するＸ軸調整ネジ部と、前記Ｘ軸方向と直交する前記水平面内のＹ軸方向に進退移動して当該Ｙ軸方向おける前記原料ロッド保持部材の位置を調整するＹ軸調整ネジ部とを有することが好ましい。この構成によれば、上軸に対する原料ロッドの軸合わせを簡単な構成により実現することができる。なおＸ軸とはシリコン単結晶製造装置の方向性に基づいて水平面内の任意の一方向に設定した軸であり、Ｙ軸は水平面内のＸ方向と直交する方向に設定した軸である。

前記取り付け治具は、前記原料ロッドの中心軸の傾きを調整する傾き調整機構をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、原料ロッドの回転時の振れを抑制することが可能なシリコン単結晶製造装置を提供することができる。

本発明によるシリコン単結晶製造装置は、前記上軸と共に前記原料ロッドを回転させたときの当該原料ロッドの振れ幅を測定する変位測定装置をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、原料ロッドの回転時の振れを抑制することが可能なシリコン単結晶製造装置を提供することができる。

前記変位測定装置は、前記原料ロッドの直胴部の上端部及び下端部を含む２箇所以上で前記振れ幅を測定することが好ましい。このように、原料ロッドの直胴部の上端部及び下端部の振れ幅を測定することにより、原料ロッドの回転時の振れを正確に測定し抑制することが可能となる。

本発明によるシリコン単結晶製造装置は、前記上軸及び前記原料ロッドの周囲を取り囲むチャンバーをさらに備え、前記変位測定装置は、前記チャンバー又は前記チャンバーに取り付けられた構造物に対して着脱自在に構成されていることが好ましい。この構成によれば、原料ロッドの振れを調整するときだけ変位測定装置を設置して使用することができ、その利便性を高めることができる。

また、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、上軸の下端部に取り付け治具を介して原料ロッドを取り付ける準備工程と、前記上軸と共に前記原料ロッドを回転させたときの前記原料ロッドの振れ幅が閾値以下となるように調整する振れ調整工程と、前記原料ロッドの下端部を加熱して溶融帯域を形成し、前記溶融帯域の上方及び下方にそれぞれ位置する前記原料ロッド及びシリコン単結晶を降下させて前記単結晶を成長させる単結晶育成工程とを備え、前記振れ調整工程は、前記原料ロッドを前記上軸と共に回転させたときの当該原料ロッドの振れ幅を測定する測定ステップと、前記振れ幅の測定結果に基づいて、前記上軸の中心軸に対する前記原料ロッドの中心軸の軸ズレを調整する軸ズレ調整ステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、原料ロッドの回転時の振れを抑制することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。したがって、抵抗率の面内分布のミクロな変動が抑制されたシリコン単結晶を製造することができる。

本発明において、前記軸ズレ調整ステップは、水平面内のＸ軸方向における前記原料ロッド保持部材の中心位置を調整すると共に、前記Ｘ軸方向と直交する前記水平面内のＹ軸方向おける前記原料ロッド保持部材の中心位置を調整することが好ましい。これによれば、上軸に対する原料ロッドの軸合わせを簡単に行うことができる。

本発明において、前記振れ調整工程は、前記振れ幅の測定結果に基づいて、前記原料ロッドの中心軸の傾きを調整する傾き調整ステップをさらに含むことが好ましい。これにより、原料ロッドの回転時の振れを抑制することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。

本発明において、前記測定ステップは、前記原料ロッドの直胴部の上端部及び下端部を含む２箇所以上で前記振れ幅を測定することが好ましい。このように、原料ロッドの直胴部の上端部及び下端部の振れ幅を測定することにより、原料ロッドの回転時の振れを正確に測定して抑制することが可能となる。

本発明において、前記振れ調整工程は、各測定箇所における前記振れ幅が０．５ｍｍ／回転以下となるように前記原料ロッドの傾き及び軸ズレを調整することが好ましい。これにより、抵抗率の面内分布のミクロな変動が抑制されたシリコン単結晶を製造することができる。

本発明によれば、シリコン単結晶の抵抗率の面内分布のミクロな変動を抑制することが可能なシリコン単結晶製造装置及び製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるシリコン単結晶製造装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、原料ロッド１を上軸１１に取り付ける際に用いられる取り付け治具２０の構造を示す略断面図である。 図３（ａ）及び（ｂ）は、原料ロッド１の中心軸の傾きを調整する方法を説明するための略側面断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、原料ロッド１の中心軸の軸ズレを調整する方法を説明するための略平面断面図である。 図５は、原料ロッド１の振れ幅の測定方法を説明するための略平面断面図である。 図６は、原料ロッド１の振れ幅の測定方法を説明するための略側面断面図である。 図７は、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図８は、原料ロッドの振れ調整工程Ｓ２を説明するためのフローチャートである。 図９は、実施例による原料ロッドの振れ幅と抵抗率の面内分布（ＲＲＧ平均値）との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるシリコン単結晶製造装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、このシリコン単結晶製造装置１０は、原料ロッド１を支持する上軸１１と、上軸１１を回転及び昇降駆動する上軸駆動機構１２と、原料ロッド１を加熱するためのヒーターである誘導加熱コイル１３と、シリコン単結晶２を支持する下軸１４と、下軸１４を回転及び昇降駆動する下軸駆動機構１５と、原料ロッド１とシリコン単結晶２との間の溶融帯域３にパージガスを吹き付けるためのパージガス供給ノズル１６と、溶融帯域３を撮影するＣＣＤカメラ１７と、ＣＣＤカメラ１７が撮影した画像データを処理する画像処理部１８と、画像データに基づいて上軸駆動機構１２、下軸駆動機構１５及び誘導加熱コイル１３を制御する制御部１９とを有している。

原料ロッド１は取り付け治具２０を介して上軸１１の下端部に吊設されている。上軸駆動機構１２は、制御部１９からの指示に従って上軸１１の降下速度及び回転速度を制御し、これにより原料ロッド１の降下速度及び回転速度が制御される。誘導加熱コイル１３は原料ロッド１の周囲を取り囲むループ導体であり、発振器から誘導加熱コイル１３に高周波電流が供給されることで原料ロッド１が誘導加熱されて溶融する。

下軸１４の上端部には種結晶４が取り付けられており、この種結晶４を大きく成長させることによりシリコン単結晶２が製造される。下軸駆動機構１５は、制御部１９からの指示に従って下軸１４の降下速度及び回転速度を制御し、これによりシリコン単結晶２の降下速度及び回転速度が制御される。パージガス供給ノズル１６からはドーパントを含む不活性ガスが供給される。

上軸１１、誘導加熱コイル１３及び下軸１４はチャンバー３０内に設けられており、シリコン単結晶２はチャンバー３０内で育成される。ＣＣＤカメラ１７はチャンバー３０の外側に設置されており、チャンバー３０に設けられた覗き窓を通してチャンバー３０内を撮影することができる。本実施形態において、ＣＣＤカメラ１７は複数台設けられていてもよい。チャンバー３０の壁体は上軸１１及び原料ロッド１の全周を取り囲んでいるが、原料ロッド１を上軸１１に取り付ける際はチャンバー３０の壁体の一部が開かれ、チャンバー３０内が開放状態になるので、上軸１１の下端部に原料ロッド１を取り付けることが可能となる。種結晶４を下軸１４の上端部に取り付ける場合も同様である。

図２は、原料ロッド１を上軸１１に取り付ける際に用いられる取り付け治具２０の構造を示す略断面図である。

図２に示すように、取り付け治具２０は、原料ロッド１の上端部を保持する原料ロッド保持部材２１と、上軸１１の下端部に取り付けられた第１の嵌合部材２２と、原料ロッド保持部材２１の上端部に取り付けられ、原料ロッド保持部材２１を第１の嵌合部材２２に連結させるための第２の嵌合部材２３とで構成されている。原料ロッド１は、直径が一定の直胴部１ａと、直胴部１ａの下端から下方に向かって徐々に縮径する略円錐形状のテーパー部１ｂとを有しており、テーパー部１ｂが下向きの状態で取り付け治具２０に保持されている。

上軸１１の下端部は中空構造であり、第１の嵌合部材２２は補強部材２４を介して上軸１１の下端に固定されている。第１の嵌合部材２２の中心部には貫通孔２２ａが形成されており、また第１の嵌合部材２２はフランジ部２２ｂを有している。第１の嵌合部材２２がフランジ形状を有することにより、上軸１１の下端部に第１の嵌合部材２２を嵌合させることができ、上軸１１に対する第１の嵌合部材２２のガタつきを抑えて確実に取り付けることができる。また第１の嵌合部材２２の主面が上軸１１の中心軸と直交するように正確に取り付けることができ、第１の嵌合部材２２の取り付け精度を向上させることができる。

第２の嵌合部材２３は、第１の嵌合部材２２の貫通孔２２ａに挿入可能な細長い棒状の部材であり、第２の嵌合部材２３の下端部は貫通孔２２ａの下端よりも下方に突出しており、原料ロッド保持部材２１は第２の嵌合部材２３の下端部に接続されている。

本実施形態において、第２の嵌合部材２３は、ヘッド部２３ａと、ヘッド部２３ａの下方に設けられヘッド部２３ａよりも小さな直径を有するシャフト部２３ｂと、ヘッド部２３ａとシャフト部２３ｂとの間に設けられたテーパー部２３ｃとを有し、テーパー部２３ｃは下方に向かって直径が徐々に縮径するテーパー形状を有している。第２の嵌合部材２３はシャフト部２３ｂとテーパー部２３ｃだけで構成されヘッド部２３ａが省略されたものであってもよく、ヘッド部２３ａとテーパー部２３ｃだけで構成されシャフト部２３ｂが省略されたものであってもよく、テーパー部２３ｃだけで構成されヘッド部２３ａとシャフト部２３ｂが省略されたものであってもよい。

第２の嵌合部材２３のシャフト部２３ｂが貫通孔２２ａに挿入された状態ではテーパー部２３ｃの外周面（テーパー面）が第１の嵌合部材２２の貫通孔２２ａの上端開口の内周エッジに当接し、これにより第２の嵌合部材２３は第１の嵌合部材２２に嵌合している。テーパー部２３ｃの下端側の直径は貫通孔２２ａの直径よりも小さいが、テーパー部２３ｃの上端側の直径は貫通孔２２ａの直径よりも大きいので、第２の嵌合部材２３が貫通孔２２ａを通過して下方に抜け落ちることはなく、第１の嵌合部材２２に嵌合した状態が維持される。またテーパー面に当接しているので、第２の嵌合部材２３を貫通孔２２ａに挿入するだけで第２の嵌合部材２３はテーパー面にガイドされながら降下して両者の中心軸が一致すると共に、両者を全周にわたって密着させることができる。

第２の嵌合部材２３は単に貫通孔２２ａに挿入されているだけであるため、上向きの応力が加わったときに持ち上がり可能である。第２の嵌合部材２３の持ち上がり量は第２の嵌合部材２３の上方を覆う補強部材２４によって制限されてもよい。このように、第２の嵌合部材２３の高さ方向の動きに遊びを持たせているので、第２の嵌合部材２３が熱膨張し、あるいは原料ロッド１に意図しない上向きの応力がかかったとしても第２の嵌合部材２３が持ち上がるだけで上軸駆動機構１２にかかる応力を逃がすことができ、上軸駆動機構１２の故障を回避することができる。

原料ロッド保持部材２１は、上側支持プレート２６と、上側支持プレート２６と略平行に設けられ、連結ネジ２６ｂを介して上側支持プレート２６に連結された下側支持プレート２７と、下側支持プレート２７の下面側に取り付けられた３つの爪部２７ａとを有しており、爪部２７ａは原料ロッド１の上端部の外周面に形成された溝１ｃに係合して原料ロッド１の外周の３点をチャッキングしている。

上側支持プレート２６は連結ネジ２６ｂを介して下側支持プレート２７に連結されている。上側支持プレート２６及び連結ネジ２６ｂは、下側支持プレート２７に取り付けられた原料ロッド１の傾きを調整するための傾き調整機構を構成している。上側支持プレート２６に対する下側支持プレート２７の角度は、連結ネジ２６ｂを回転させることで調整することができる。したがって、図３（ａ）に示すように原料ロッド１の中心軸が斜めに傾いた状態で下側支持プレート２７に取り付けられたとしても、図３（ｂ）に示すように上側支持プレート２６の角度を調節することによって原料ロッド１の中心軸を鉛直にすることが可能である。

原料ロッド１が回転時に振れる主な原因は、取り付け治具２０に対して原料ロッド１が斜めに取り付けられてしまうからである。上記のように取り付け治具２０は原料ロッド１の上端部に形成された取り付け溝１ｃに係合させた３つの爪部２７ａによって保持されており、作業者が原料ロッド１を垂直に取り付けることは非常に困難であり、特に原料ロッド１の溝１ｃの加工精度によっては原料ロッド１を垂直に取り付けることが不可能な場合もある。しかし、本実施形態のように原料ロッド１が取り付けられる下側支持プレート２７の角度を調整することにより、原料ロッド１の中心軸を鉛直にすることが可能である。

上側支持プレート２６の上面側の中心部には軸ズレ調整機構２８が設けられており、上側支持プレート２６は軸ズレ調整機構２８を介して第２の嵌合部材２３の下端部に接続されている。軸ズレ調整機構２８は、原料ロッド保持部材２１の水平方向の位置を調整して原料ロッド１の中心軸を上軸１１の中心軸に合わせるためのものであり、原料ロッド保持部材２１のＸ軸方向の位置を調整するＸ軸調整ネジ部２８ｘ_１，２８ｘ_２と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の位置を調整するＹ軸調整ネジ部２８ｙ_１，２８ｙ_２とを有している。例えば図４（ａ）に示すように、上軸１１の中心軸Ｏ_１から見て原料ロッド１の中心軸Ｏ_２の位置がＸ軸方向にＬｘ、Ｙ軸方向にＬｙずれている場合、Ｘ軸調整用ネジ部の長さをＬｘ、Ｙ軸調整ネジ部の長さをＬｙそれぞれ調整して原料ロッド保持部材２１の中心位置をオフセットする。これにより、図４（ｂ）に示すように原料ロッド１の中心軸Ｏ_２を上軸１１の中心軸Ｏ_１に合わせることができる。

原料ロッド１の傾き及び軸ズレの調整は、上軸１１と共に回転させた原料ロッド１の水平方向の振れ幅の測定結果に基づいて行うことができる。

図５及び図６は、原料ロッド１の振れ幅の測定方法を説明するための図であって、特に、図５は略平面断面図、また図６は略側面断面図である。

図５に示すように、原料ロッド１を回転させたときの振れ幅は、例えば透過型レーザセンサなどの変位測定装置４０を用いて測定することができる。本実施形態による変位測定装置４０は投光部４１と受光部４２とを有し、投光部４１から受光部４２までの光路は例えばＸ軸と平行に設定され、且つ、光路の一部が原料ロッド１に遮られるように設定される。そして原料ロッド１を一回転させたときに投光部４１からの光が原料ロッド１によって遮られる領域（面積）の変化から、原料ロッド１のＸ方向の振れ幅Ｄｘ及びＹ方向の振れ幅Ｄｙをそれぞれ求めることができる。

図６に示すように、原料ロッド１の振れ幅の測定では、原料ロッド１の直胴部１ａの上端部及び下端部の２箇所の振れ幅を測定することが好ましい。これにより、原料ロッド１が短くなった時の振れ幅を測定することができ、原料ロッド１の傾きのみならず軸ズレも正確に測定して調整することが可能となる。原料ロッド１の振れ幅の測定精度をさらに高めるため、直胴部１ａの上端部及び下端部を含む３箇所以上の振れ幅を測定しても構わない。上下２箇所の振れ幅の測定では、図示のように２台の変位測定装置４０を同時に用いて測定してもよく、あるいは１台の変位測定装置４０を順に用いて測定してもよい。

原料ロッド１の振れの調整は、原料ロッド１を上軸１１に取り付けた後であって単結晶育成工程を開始する前に行われる。上記のようにチャンバー３０の略円筒状の壁体の一部は取り外し可能であり、開放状態のチャンバー３０内の上軸１１に原料ロッド１が取り付けられた後、変位測定装置４０がチャンバー３０の壁体に直接又はチャンバー３０に取り付けられた炉内構造物に取り付けられる。このように、変位測定装置４０はチャンバー３０等に対して着脱自在であり、原料ロッド１の振れ調整工程のときにだけ設置され、単結晶育成工程中は取り外されている。

図７は、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。

図７に示すように、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、チャンバー３０内の上軸１１及び下軸１４に原料ロッド１及び種結晶４をそれぞれ取り付ける準備工程Ｓ１と、原料ロッド１の振れを調整する振れ調整工程Ｓ２と、原料ロッド１の下端部を誘導加熱コイル１３により加熱して溶融帯域を生成し、溶融帯域３の下端部に晶出するシリコン単結晶を成長させる単結晶育成工程Ｓ３とを有している。なお種結晶４の下軸１４への取り付けは、原料ロッド１を上軸１１に取り付けてその振れ調整を完了させた後に行ってもよい。単結晶育成工程でＳ３は、溶融帯域３の下端部に種結晶４の先端部を接触させて馴染ませた後、原料ロッド１及び種結晶４をそれぞれ独立に回転させながら降下させることにより、種結晶４の上方にそれよりも大きな直径のシリコン単結晶２を成長させる。

図８は、原料ロッドの振れ調整工程Ｓ２を説明するためのフローチャートである。

図８に示すように、原料ロッド１の振れ調整工程でＳ２は、まず原料ロッド１を回転させたときの直胴部１ａの上端部及び下端部の２箇所の振れ幅Ｄｔ、Ｄｂを測定する（ステップＳ２１）。次に、原料ロッド１の直胴部１ａの上端部の振れ幅Ｄｔと下端部の振れ幅Ｄｂとの差（Ｄｔ−Ｄｂ）が許容範囲に収まっているかどうかを判断し（ステップＳ２２）、収まっていない場合には原料ロッド１の中心軸の傾きを調整する（ステップＳ２２Ｙ，Ｓ２３）。

原料ロッド１の中心軸の傾きは、原料ロッド１の直胴部１ａの上端部の振れ幅と下端部の振れ幅との差と２点間の垂直方向の距離から求めることができる。その後、図３に示したように、原料ロッド１の中心軸の向きがほぼ鉛直になるように、上側支持プレート２６の角度を調整する。原料ロッド１の振れ幅の測定から原料ロッド１の中心軸の傾き調整までの一連のステップ（ステップＳ２１〜Ｓ２３）は、原料ロッド１の直胴部１ａの上端部の振れ幅Ｄｔと下端部の振れ幅Ｄｂとの差（Ｄｔ−Ｄｂ）が許容範囲に収まるまで交互に繰り返し行われる。

また、原料ロッド１の直胴部１ａの上端部の振れ幅Ｄｔと下端部の振れ幅Ｄｂとの差（Ｄｔ−Ｄｂ）が許容範囲に収まっている場合（ステップＳ２２Ｙ）には、振れ幅Ｄｔ，Ｄｂが共に閾値以下（例えば０．５ｍｍ／回転以下）であるかどうかを判断し（ステップＳ２４）、閾値以下でない場合には原料ロッド１の中心軸の軸ズレ量を調整する（ステップＳ２４Ｎ，Ｓ２５）。このように、原料ロッド１の中心軸の軸ズレ量の調整（ステップＳ２５）は、原料ロッド１の中心軸の傾きを調整した後に行われる。

原料ロッド１の中心軸の軸ズレ量は、原料ロッド１の中心軸の傾きを許容範囲内に調整した後の直胴部１ａの上端部の振れ幅Ｄｔ及び下端部の振れ幅Ｄｔから求めることができる。その後、図４に示したように、振れ幅Ｄｔ，Ｄｔが閾値以下になるように、軸ズレ調整機構２８を調整する。原料ロッド１の振れ幅の測定から原料ロッド１の軸ズレ調整までの一連のステップ（ステップＳ２１，Ｓ２４，Ｓ２５）は、振れ幅Ｄｔ、Ｄｂが閾値以下となるまで交互に繰り返し行われる。

原料ロッド１が回転時に振れる主な要因は、原料ロッド１の中心軸の向きが鉛直ではなく斜めに傾いているからである。しかし、原料ロッド１の中心軸が斜めに傾いていなかったとしても、上軸１１の中心軸に対して原料ロッド１の中心軸がずれている場合には、原料ロッド１の振れを抑えることができない。本実施形態による取り付け治具２０は軸ズレ調整機構２８を備え、原料ロッド１の中心軸の傾きのみならず中心軸の軸ズレも調整することができるので、原料ロッド１の振れを十分に抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によるシリコン単結晶製造装置は、上軸１１の下端部に原料ロッド１を取り付けるための取り付け治具２０を備え、取り付け治具２０は、原料ロッド１の上端部を保持する原料ロッド保持部材２１と、上軸１１の中心軸に対する原料ロッド保持部材２１の中心軸の水平方向の位置を調整する軸ズレ調整機構２８を有し、原料ロッド１の中心軸の傾きを調整するだけでなく、上軸１１の中心軸に対する原料ロッド１の中心軸のずれも調整するので、原料ロッド１が回転したときの振れを十分に抑制することができる。したがって、原料ロッド１のわずかな振れに起因するシリコン単結晶の抵抗率の面内ばらつきを抑えて高品質なシリコン単結晶を製造することができる。

また、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、上軸の下端部に取り付け治具を介して原料ロッド１を取り付ける準備工程Ｓ１と、上軸と共に回転する原料ロッドの振れ量を調整する振れ調整工程（Ｓ２）と、原料ロッドを加熱して溶融帯域を形成し、原料ロッド及び単結晶を降下させることにより単結晶を成長させる単結晶育成工程Ｓ３とを備え、振れ調整工程Ｓ２は、上軸と共に原料ロッド１を回転させたときの原料ロッド１の振れ幅を測定する測定ステップ（Ｓ２５、Ｓ２５）と、振れ幅の測定結果に基づいて、上軸の中心軸に対する原料ロッド１の中心軸のずれを調整する軸ズレ量調整ステップ（Ｓ２８）を有するので、原料ロッド１が回転したときの振れを十分に抑制することができる。したがって、原料ロッド１のわずかな振れに起因するシリコン単結晶の抵抗率の面内ばらつきを抑えて高品質なシリコン単結晶を製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、単結晶育成工程前において原料ロッド１の振れ幅を調整しているが、単結晶育成工程中において原料ロッド１の振れ幅を調整することも可能である。原料ロッド１の振れ幅の測定は、例えば溶融帯域付近を撮影するカメラの撮影画像を処理することにより行うことができ、撮影画像に写る原料ロッド１の下端部の変位量から求めることが可能である。２台のカメラ１７を用いて溶融帯域をＸ方向及びＹ方向からそれぞれ撮影する場合には、単結晶育成工程中における原料ロッド１の振れ幅の測定精度を高めることができ、単結晶育成工程中における原料ロッド１の振れ幅の調整も可能である。

ＦＺ単結晶製造装置の上軸に取り付け治具を介して原料ロッドを吊設した後、原料ロッドの振れ幅を直胴部の上端部及び下端部の２箇所において測定すると共に、振れ幅が０．５ｍｍ／回転以下となるようにまず原料ロッドの傾きの修正を行い、次に原料ロッドの水平方向の軸ズレの修正を行った。

その後、シリコン単結晶の育成を行った。シリコン単結晶育成工程では、結晶回転速度を１５ｒｐｍで回転方向を交互に変えながら結晶直径が２００ｍｍのシリコン単結晶を製造した。単結晶育成中における原料ロッドの振れをＣＣＤカメラで測定したところ、従来方法では振れ幅が０．６〜２．２ｍｍ／回転であったのに対し、本実施例では振れ幅が０．３〜０．５ｍｍ／回転に抑えられていた。こうして製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコンウェーハの抵抗率ρの径方向の分布を２ｍｍピッチで測定し、さらに１０ｍｍごとにＲＲＧ（Radial Resistivity Gradient）を算出し、さらにそれらのＲＲＧの平均値（ＲＲＧ Ａｖｅ［％］）を求めた。なお、測定範囲内（１０ｍｍ）における抵抗率の最大値をρ_Max、最小値をρ_Minとするとき、ＲＲＧの計算式は、（ρ_Max-ρ_Min）/ρ_Minとなる。原料ロッドの振れ幅とＲＲＧ平均値の結果を図９に示す。

図９から明らかなように、振れ幅が０．６〜２．２ｍｍ／回転となる従来方法により製造されたシリコンウェーハのＲＲＧ平均値は４％前後であるが、振れ幅が０．３〜０．５ｍｍ／回転となる本実施例により製造されたシリコンウェーハのＲＲＧ平均値は３％以下となり、抵抗率の面内ばらつきを抑制できることが分かった。

１ 原料ロッド
１ａ 原料ロッドの直胴部
１ｂ 原料ロッドのテーパー部
１ｃ 原料ロッドの溝
２ シリコン単結晶
３ 溶融帯域
４ 種結晶
１０ シリコン単結晶製造装置
１１ 上軸
１２ 上軸駆動機構
１３ 誘導加熱コイル（ヒーター）
１４ 下軸
１５ 下軸駆動機構
１６ パージガス供給ノズル
１７ ＣＣＤカメラ
１８ 画像処理部
１９ 制御部
２０ 取り付け治具
２１ 原料ロッド保持部材
２２ 第１の嵌合部材
２２ａ 第１の嵌合部材の貫通孔
２２ｂ 第１の嵌合部材のフランジ部
２３ 第２の嵌合部材
２３ａ 第２の嵌合部材のヘッド部
２３ｂ 第２の嵌合部材のシャフト部
２３ｃ 第２の嵌合部材のテーパー部
２４ 補強部材
２６ 上側支持プレート
２６ｂ 連結ネジ
２７ 下側支持プレート
２７ａ 爪部
２８ 軸ズレ調整機構
２８ｘ_１，２８ｘ_２ Ｘ軸調整ネジ
２８ｙ_１，２８ｙ_２ Ｙ軸調整ネジ
３０ チャンバー
４０ 変位測定装置
４１ 投光部
４２ 受光部
Ｄｂ 原料ロッドの直胴部の上端部の振れ幅
Ｄｔ 原料ロッドの直胴部の上端部の振れ幅
Ｄｘ Ｘ軸方向の振れ幅
Ｄｙ Ｙ軸方向の振れ幅
Ｏ_１ 上軸の中心軸
Ｏ_２ 原料ロッドの中心軸

Claims (8)

1. 原料ロッドを支持する上軸と、
   前記上軸を回転させる上軸駆動機構と、
   前記原料ロッドを加熱する誘導加熱コイルと、
   前記原料ロッドの下方においてシリコン単結晶を支持する下軸と、
   前記上軸の下端部に前記原料ロッドを取り付けるための取り付け治具とを備え、
   前記取り付け治具は、
   前記原料ロッドの上端部を保持する原料ロッド保持部材と、
   前記上軸の中心軸に対する前記原料ロッド保持部材の中心軸の水平方向の位置を調整する軸ズレ調整機構を含み、
   前記原料ロッド保持部材は、
   上側支持プレートと、
   前記上側支持プレートと略平行に設けられた下側支持プレートと、
   前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとを連結する複数の連結ネジとを有し、
   前記上側支持プレート、前記下側支持プレート及び前記複数の連結ネジは、前記下側支持プレートの下面側に取り付けられた前記原料ロッドの中心軸の傾きを調整する傾き調整機構を構成しており、
   前記連結ネジを回転させることで、前記上側支持プレートに対する前記下側支持プレートの角度と共に、前記原料ロッドの中心軸の傾きが調整されることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
2. 前記原料ロッド保持部材は、
   前記下側支持プレートの下面側に取り付けられ、前記原料ロッドの上端部の外周をチャッキングする爪部を有し、
   前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの平面サイズは、前記原料ロッドの断面サイズよりも大きく、
   前記爪部は前記原料ロッドの上端部の外周面に形成された溝に係合して前記原料ロッドの外周をチャッキングする、請求項１に記載のシリコン単結晶製造装置。
3. 前記軸ズレ調整機構は、
   水平面内のＸ軸方向に進退移動して当該Ｘ軸方向における前記原料ロッド保持部材の位置を調整するＸ軸調整ネジ部と、
   前記Ｘ軸方向と直交する前記水平面内のＹ軸方向に進退移動して当該Ｙ軸方向おける前記原料ロッド保持部材の位置を調整するＹ軸調整ネジ部とを有する、請求項１又は２に記載のシリコン単結晶製造装置。
4. 前記上軸と共に前記原料ロッドを回転させたときの当該原料ロッドの振れ幅を測定する変位測定装置をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
5. 前記変位測定装置は、前記原料ロッドの直胴部の上端部及び下端部を含む２箇所以上で前記振れ幅を測定する、請求項４に記載のシリコン単結晶製造装置。
6. 前記上軸及び前記原料ロッドの周囲を取り囲むチャンバーをさらに備え、前記変位測定装置は、前記チャンバー又は前記チャンバーに取り付けられた構造物に対して着脱自在に構成されている、請求項４又は５に記載のシリコン単結晶製造装置。
7. 前記取り付け治具は、
   前記上軸の下端に取り付けられ、中心部に貫通孔が設けられた第１の嵌合部材と、
   前記原料ロッド保持部材を前記第１の嵌合部材に連結させる第２の嵌合部材とを含み、
   前記第２の嵌合部材は下方に向かって縮径する外周面からなるテーパー部を有し、
   前記第の２嵌合部材は前記貫通孔に挿入されており、
   前記テーパー部は前記貫通孔の内周部で支持される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
8. 原料ロッドを支持する上軸と、
   前記上軸を回転させる上軸駆動機構と、
   前記原料ロッドを加熱する誘導加熱コイルと、
   前記原料ロッドの下方においてシリコン単結晶を支持する下軸と、
   前記上軸の下端部に前記原料ロッドを取り付けるための取り付け治具とを備え、
   前記取り付け治具は、
   前記原料ロッドの上端部を保持する原料ロッド保持部材と、
   前記上軸の中心軸に対する前記原料ロッド保持部材の中心軸の水平方向の位置を調整する軸ズレ調整機構と、
   前記上軸の下端に取り付けられ、中心部に貫通孔が設けられた第１の嵌合部材と、
   前記原料ロッド保持部材を前記第１の嵌合部材に連結させる第２の嵌合部材とを含み、
   前記第２の嵌合部材は下方に向かって縮径する外周面からなるテーパー部を有し、
   前記第の２嵌合部材は前記貫通孔に挿入されており、
   前記テーパー部は前記貫通孔の内周部で支持されることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。

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