JPH04228492A - 単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引上げ中の単結晶の周
囲に良好なガス流れを生成するための円筒を備えた単結
晶引上装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等の半導体単結晶の製造方法と
して、坩堝に充填された融液に種結晶を浸漬して、種結
晶および／または坩堝を回転しつつ上方に引上げ、種結
晶下に単結晶を成長させる、チョクラルスキー法（ＣＺ
法）が知られている。

【０００３】このチョクラルスキー法で単結晶を製造す
る場合に用いられる単結晶引上装置としては、特開昭６
１−６８３８９号公報において提案されたシリコン単結
晶引上装置がある。この引上装置を図５に示す。この引
上装置の炉体１は、その内部にシリコン溶湯Ｙを保持す
る石英製の坩堝２が黒鉛製のサセプタ３を介して回転軸
４の上端に固定されている。また、坩堝２の周囲には、
ヒータ５および保温筒６が配置されているとともに、坩
堝２の上方には図示しない引上機構が設けられ、引上ワ
イヤ７により種結晶８を固定した種保持具９が昇降およ
び回転操作されるようになっている。

【０００４】また、引き上げられる単結晶Ｔの周囲には
単結晶Ｔとの間隙をあけて同心に冷却筒１０が配置され
、炉体１の上壁を垂直に貫通して固定されている。この
冷却筒１０は円筒形をなし、その内部には冷却水等を通
す冷媒路（図示略）が形成されている。そして、この冷
却筒１０の上端からＡｒガスが炉体１内に供給されるよ
うになっている。

【０００５】この装置によれば冷却筒１０によって引上
げ中の単結晶Ｔへの輻射熱を防ぐとともに単結晶Ｔを冷
却し、単結晶Ｔの引上げ速度を高めることができるとい
う利点を有している。しかし、原料の溶解時に冷却筒１
０により坩堝２内の原料の熱量が奪われ、冷却筒１０を
設けない形式の引上装置に比して原料溶解に長時間かか
り、その分、生産性が低いという問題がある。

【０００６】この問題を解決する引上装置の例としては
、特開平２−９７４７８号公報において提案されたシリ
コン単結晶の引上装置がある。この装置を図６に示す。 この図において、炉体１内に比較的短い冷却筒３０を単
結晶Ｔと同心に配置し、この冷却筒３０の上端のフラン
ジ部３０Ａに一対の昇降ロッド３１を上向きに固定し、
これら昇降ロッド３１を気密シール３２を介して炉体１
の上壁に貫通支持させたものである。そして各昇降ロッ
ド３１は図示しない昇降機構により昇降操作されると同
時に、これらを通じて冷却筒３０内に冷媒が循環される
ようになっている。また、炉体１の上面には冷却筒３０
と対向してＡｒガス供給管３３が垂直に固定されている
。

【０００７】これにより、坩堝２内の原料を完全に溶解
した後、冷却筒３０を溶湯Ｙの近傍まで降下させて単結
晶の引上げを行うことができ、冷却筒３０による原料溶
解時の熱量損失を防ぎ、原料の溶解を早めて生産性向上
が図れる等の利点を有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−９７４７８号公報において提案されたシリコン単結
晶の引上装置では、引上装置内で冷却筒３０を昇降自在
に設置するため、シリコン単結晶の引上機構とは別に冷
却筒３０を昇降させるための昇降機構を設ける必要があ
るばかりか、炉体１にロッド３１等の昇降機構を設ける
ための貫通孔を設けるなど、既存の引上装置を大きく改
造する必要があるという問題点があり、また、昇降機構
そのものが冷却筒３０およびロッド３１等の動作部分を
含み、この動作部分が複雑な形状を有しているのでこの
装置を構成するのにコストがかかるという問題もあった
。

【０００９】また、炉体内に円筒が存在することによっ
て、Ａｒガスの流れに乱れを生じ、溶融シリコンから発
生するＳｉＯの蒸気が冷却されて、ＳｉＯの微粉が生成
し、引き上げられた単結晶に微粉が付着して、単結晶が
多結晶化してしまうという問題もあった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決し、特別な昇
降機構を必要とせず、引き上げられた単結晶の冷却とＡ
ｒガス流入の乱れを防止する円筒を引上装置内に昇降自
在に設置した単結晶引上装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶湯を保持す
る坩堝と、この坩堝内の溶湯から単結晶を成長させなが
ら引き上げる引上機構と、引上げ中の単結晶の周囲に同
心に配置される円筒とを備えた単結晶引上装置おいて、
前記引上機構は、昇降可能な種結晶保持機構を備え、こ
の種結晶保持機構に前記円筒を保持する円筒保持手段を
設け、前記円筒を前記種結晶保持手段の昇降に伴って前
記円筒の軸方向に昇降させることを特徴とする単結晶引
上装置を提供するにある。

【００１２】

【作用】本発明によれば、引上機構に円筒を保持する保
持機構を設け、この引上機構が昇降するに従い円筒も昇
降する。しかし、この円筒は、円筒を保持する種結晶保
持機構が炉体の上部炉体内を昇降する場合には前記保持
機構とともに昇降するが、円筒を坦持する種結晶保持機
構が下部炉体内を昇降する場合には、前記円筒は上部炉
体の底部に保持される。この円筒の上部には、前記種結
晶の保持機構に保持されるための坦持部材が設けられて
おり、前記保持機構に坦持部材が係合することにより、
円筒を昇降できるものであり、また、円筒内にＡｒガス
が整流に近い状態で流入できる形状となっている。

【００１３】このため、円筒を種結晶保持機構に坦持さ
せても、坩堝内の溶湯に円筒が近づきすぎることなく、
上部炉体の低部にて常に円筒の昇降を停止することがで
き、しかもこの円筒の停止動作は、種結晶保持機構の昇
降動作に影響を与えることがないので、円筒の動きとは
関係なく種結晶保持機構を昇降することができる。

【００１４】したがって、この装置は、種結晶保持機構
が円筒を坦持するので、種結晶とともに円筒を昇降させ
る動作が簡単な坦持手段を設けるだけでよく、装置につ
いても大幅な改造を必要としない。

【００１５】さらに、円筒が下部炉体内には存在しない
ので、Ａｒガスの流れは、円筒内を乱れなく降りた後に
、単結晶周囲と溶湯面に届き、次いで、炉体周囲から下
部へ流れていくことになり、発生したＳｉＯ微粉もガス
流れに沿って炉体外へ排出されることになり、単結晶へ
の付着がなくなり、多結晶化が防止できる。また、保持
される円筒には、特に冷却手段を設けなくとも、Ａｒガ
ス流入によってある程度の冷却が可能である。

【００１６】

【実施例】本発明の好適実施例を図面に基づき説明する
。図１は、本発明に係る単結晶引上装置の一実施例を示
す略断面図である。この図面において、従来例と同一部
分には、同一の符号を付し、説明を省略する。図１に示
される単結晶製造装置は、炉体１内に配置された坩堝２
に充填された融液Ｙに種結晶８を浸漬し、この多結晶を
回転しつつ上方に引き上げることにより単結晶を成長さ
せるものである。

【００１７】この装置において、炉体１は、上部チャン
バ４１と下部チャンバ４２とから構成される。上部チャ
ンバ４１の上蓋には、下部チャンバ４１より所定間隔離
間されて内側に配置され、上向きに開閉自在の開口を有
するアイソレーションバルブ部４３を設ける。このアイ
ソレーションバルブ４３は、単結晶が所定長さに成長し
た際には、この単結晶を上部チャンバから取り出すため
、下部チャンバと上部チャンバとを遮蔽するための遮蔽
部材である。アイソレーションバルブ４３は、蓋部４４
と受け部４５とから構成され、蓋部４４を上向きの受け
部４５に対して横動または回動させて、開閉し、蓋部４
４が受け部４５に閉じた場合には、下部チャンバ４１を
密閉しえるように構成されている。

【００１８】図１は、上部チャンバ４１と下部チャンバ
４２とはアイソレーションバルブ４３によって分離され
ている状態を示している。この図において、種結晶８は
保持機構４６に保持されており、この保持機構４６は、
引上ワイヤ７に接続され、この引上ワイヤ７により保持
機構４６および種結晶８の昇降動作を行う。保持機構４
６は、その上部に例えばテーパ部４８が設けられており
、このテーパ部４８は、円筒上部に設けられ、このテー
パ面と係合する係合面を有する坦持部材５０と係合し、
円筒４７を保持している。

【００１９】この坦持部材５０は、例えば、図２に示す
ように、円筒上部に取り付けられ、円筒内側にのびた棒
状部材であり、保持機構４６を取り囲むように、複数個
設けられており、Ａｒガスの流入がスムースに行われる
ようになっている。

【００２０】上部チャンバ４１の上壁には、引上ワイヤ
７および保持機構４６の軸部が貫通しうる開口４９が設
けられている。この開口４９には気密部材（図示略）を
所望により設けてもよい。またこの上部チャンバ４１の
上壁には、Ａｒガス等の供給管（図示略）が気密的に連
結されている。以上のように単結晶引上装置が構成され
ている。

【００２１】以下に図１〜４を用いて本発明に係る単結
晶引上装置の例の動作を説明する。上記構成からなる単
結晶引上装置によれば、図１に示すように、円筒４７は
、保持機構４６のテーパ面４８にて坦持部材５０を介し
て保持されている。この場合、アイソレーションバルブ
４３により下部チャンバ４２は密閉されており、下部チ
ャンバ４２の雰囲気の温度を下げないようにされている
。上部チャンバ４１内を保持機構４６は、円筒４７を保
持したまま引上ワイヤ７により下降していく。

【００２２】この円筒４７を保持する保持機構４６が下
降する途中で、アイソレーションバルブ４３の蓋部４４
が、下降する円筒４７と接触することなく開き、さらに
保持機構４６は円筒４７を保持したまま下降する。この
状態を図３に示す。

【００２３】さらに保持機構４６が下降すると、この保
持機構４６が保持する円筒４７の下端部がアイソレーシ
ョンバルブ４３の受け部４５の上端部と衝合し、さらに
保持機構４６が下降すると、保持機構４６と円筒４７と
の係合がはずれ、円筒４７は受け部４５により保持され
、保持機構４６のみが下部チャンバ４２内を下降してい
く。この後、Ａｒガスが流入され、そして保持機構４６
に保持される種結晶８が融液に浸漬され、この種結晶８
すなわち保持機構４６を回転させながら（あるいは坩堝
２も逆方向に回転させつつ）、引上ワイヤ７の軸線に沿
って上方に種結晶８を引上げ、種結晶８下に単結晶Ｔを
連続成長させる。この状態を図４図に示す。

【００２４】単結晶Ｔが所定の長さに成長した後、この
単結晶Ｔを坩堝２内の融液Ｙから分離し、この所定長の
単結晶Ｔを上部チャンバ４１内まで引上げ、アイソレー
ションバルブ４３の蓋部４４を閉塞し、Ａｒガス流入を
停止し、下部チャンバ４２を密閉する。この上部チャン
バ４１内を大気圧として、単結晶を取り出す。

【００２５】したがって、保持機構４６は、それが上部
チャンバ４１の上部あるいは中部にある場合には、種結
晶８を保持すると同時に円筒４７をも保持し、保持機構
４６が下降して円筒がアイソレーションバルブ４３の受
け部４４に当接するやいなや、円筒４７は、この受け部
４４で保持される。このため、保持機構４６がそこに保
持される種結晶から単結晶を連続成長させる場合に、単
結晶Ｔが下部チャンバ４２内にある場合には、図４に示
すように、下部チャンバの雰囲気にゆるやかな温度勾配
をつけて単結晶の引上げができ、単結晶が下部チャンバ
から徐々に出るに従い、円筒４７内のガス冷却により温
度制御を行いつつ、単結晶の冷却を行うことができる。

【００２６】保持機構４６は下拡がりのテーパを有し、
円筒４７を保持し、この円筒４７を保持機構４６の下降
によって坩堝に極端に近づけることなく、保持機構４６
による円筒４７の保持を解除することができる。円筒４
７は上部に保持機構４６のテーパ部の下拡がりに対応し
た坦持部材５０があり、保持機構４６によって容易に保
持されることができる。この場合、保持部材５０の形は
本実施例に限らず、保持機構４６のテーパ部によって保
持され得るいかなる形であってもよい。また、例えば保
持機構４６がテーパ部に限らず、階段状であったりして
もよい。例えば、前記坦持部材として棒状部材を例示し
たが、棒状部材の数は、３個に限らず、その他の数であ
ってもよい。

【００２７】以上、本発明にかかる単結晶引上装置につ
いて詳細に説明したが、本発明に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、各種の
改良および変更等を行ってもよいのはもちろんである。

【００２８】

【発明の効果】以上の詳細な説明から分かるように、前
記所定の構成を有する本発明の単結晶引上装置は、上部
チャンバ内に設置する円筒を保持機構で保持するように
したので、既存引上装置そのものに大きな改造を加える
必要がなく、また別の昇降機構を設けることなく、前記
円筒を昇降させることができるばかりか、前記円筒を昇
降させた後、アイソレーションバルブを開閉できるよう
になった。

【００２９】また、保持機構が下降すると、アイソレー
ションバルブの受け部が円筒を保持するようにしたので
、保持機構は円筒に拘束されることなく、またＡｒガス
流の乱れもなくＳｉＯの微粉が付着することによる単結
晶の多結晶化を防止して、種結晶から単結晶を連続成長
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶引上装置であり、種結晶お
よび保持機構が装置の上部にある場合を示す略断面図で
ある。

【図２】保持機構を説明する説明図である。

【図３】本発明に係る単結晶引上装置であり、種結晶お
よび保持機構が装置の中部にある場合を示す略断面図で
ある。

【図４】本発明に係る単結晶引上装置であり、種結晶お
よび保持機構が装置の下部にある場合を示す略断面図で
ある。

【図５】従来の単結晶引上装置を示す略断面図である。

【図６】従来の単結晶引上装置を示す略断面図である。

【符号の説明】

１　　　　炉体 ２　　　　坩堝 ３　　　　サセプタ ４　　　　回動軸 ５　　　　ヒータ ６　　　　保湿筒 ７　　　　引上ワイヤ ８　　　　種結晶 ９　　　　種保持具 １０　　冷却筒 ４１　　上部チャンバ ４２　　下部チャンバ ４３　　アイソレーションバルブ ４４　　蓋部 ４５　　受け部 ４６　　保持機構 ４７　　円筒 ４８　　テーパ部 ４９　　開口 ５０　　担持部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶湯を保持する坩堝と、この坩堝内の
   溶湯から単結晶を成長させながら引き上げる引上機構と
   、引上げ中の単結晶の周囲に同心に配置される円筒とを
   備えた単結晶引上装置おいて、前記引上機構は、昇降可
   能な種結晶保持機構を備え、この種結晶保持機構に前記
   円筒を保持する円筒保持手段を設け、前記円筒を前記種
   結晶保持手段の昇降に伴って前記円筒の軸方向に昇降さ
   せることを特徴とする単結晶引上装置。