JPH1081593A - Ｃｚシリコン単結晶製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒーターパワーを増大させることなく、ルツ
ボを効率よく加熱し、多結晶シリコンの融解から単結晶
育成を行い、ルツボの劣化を防止することができるＣＺ
シリコン単結晶製造方法及び装置の提供。 【解決手段】 ＣＺシリコン単結晶製造方法において、
引上炉内のルツボ上方空間内に配置され、ルツボ内の多
結晶シリコンからの輻射熱の放散を防止する開閉可能な
熱遮蔽板を閉状態で、ルツボ内の多結晶シリコンを加熱
融解する融解工程と、前記熱遮蔽板を閉状態で、種結晶
を融解した多結晶シリコンに浸着する種付け工程と、前
記熱遮蔽板を閉状態で、種結晶の先端に単結晶肩部を成
長させる肩部形成工程と、前記熱遮蔽板を開状態とし
て、種結晶と共にその下部に成長するシリコン単結晶を
育成・引上げる結晶育成工程とを備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法により、多結晶シリコンからシリコン単結晶を育成す
るＣＺシリコン単結晶製造装置、特に、大口径の単結晶
シリコンを製造するＣＺシリコン単結晶製造装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】多結晶シリコン塊または粒状多結晶シリ
コンからシリコン単結晶を育成する方法として、チョク
ラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という。）がある。こ
のＣＺ法を利用したシリコン単結晶製造装置により、従
来は、次のようにシリコン単結晶を製造していた。多結
晶シリコン塊あるいは粒状多結晶シリコンをチャンバー
内に配した石英ルツボ内部に充填し、石英ルツボを所定
の速度で回転させる。次に、石英ルツボの周囲に設けら
れたヒーターにより、石英ルツボを加熱し、石英ルツボ
内の温度をシリコンの融点（１４１２℃）以上に保持す
る。これにより、石英ルツボ内の多結晶シリコンは融解
することになる。この融解した多結晶シリコン（シリコ
ン融液）に、チャンバー上部から引上げワイヤーによっ
て吊り下げられた種結晶を接触させ、熱的に平衡状態と
なるようにヒーターのパワーを調節する。その後、パワ
ーを若干低下させた状態で、種結晶を所定速度で回転さ
せつつ引上げワイヤーにより上昇させると、直径２〜３
ｍｍの絞り部分の下端にシリコン単結晶が育成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】石英ルツボの周囲に設
けられているヒーターは、石英ルツボを加熱し、ルツボ
内の多結晶シリコンを融解するものである。そして、石
英ルツボ内の多結晶シリコンを融解し、シリコン融液を
得るためには、石英ルツボ内をヒーターによりシリコン
の融点以上に加熱することが必要である。しかし、ヒー
ターの加熱の際には、多結晶シリコンから輻射熱が放散
され熱損失が生じるため、シリコンの融点に達するまで
時間を要する。このため、短期にシリコンの融点に到達
させるためには、ヒーターパワーを増大させる必要があ
った。

【０００４】また、多結晶シリコンの融解後、種結晶を
シリコン融液に浸しその先端部分を融解するため、ルツ
ボ内をシリコンの融点以上に保持しなければならない。
しかし、加熱されているシリコン融液の表面からは、輻
射熱が放散されおり、熱損失が生じているため、シリコ
ン融液の温度が、シリコンの融点以下に下がってしま
い、シリコン単結晶を育成することができないという問
題がある。このため、従来のＣＺシリコン単結晶製造方
法及び装置では、種付け時に、輻射熱の放散による熱損
失を考慮し、ヒーターパワーを増大させて、シリコン融
液の温度がシリコンの融点以下とならないように石英ル
ツボを加熱していた。また、単結晶の肩部（テーパ部
分）を形成する場合においても、シリコン融液の温度が
シリコンの融点以下とならないように、ヒーターパワー
を増大し、ルツボを加熱していた。

【０００５】一方、近年、直径１２インチ以上の大口径
のシリコン単結晶の製造が試みられている。しかし、大
口径のシリコン単結晶を製造する場合、融解する多結晶
シリコンは大量となり、これに応じてシリコン融液の液
面も広くなるため、シリコン融液の表面から放散される
輻射熱は、従来のＣＺシリコン製造方法に比べて増大す
る。このため、シリコン融液をシリコンの融点以上に保
持するため、従来に比べて更にヒーターパワーを増加さ
せなければならない。しかし、ヒーターパワーを増大さ
せ、石英ルツボを加熱する度合いを大きくした場合、シ
リコン融液の温度をシリコンの融点以上に保持すること
はできるが、石英ルツボが高温となり劣化が進んでしま
うため、単結晶化率が著しく低下する。更には、石英ル
ツボの昇華温度を超えてしまう場合があり、このような
場合、石英ルツボ自体が気化してしまうため、湯漏れ事
故、ひいては水蒸気爆発の原因となってしまうという問
題がある。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、大口径のシリコン単結晶に適したＣＺ
シリコン単結晶製造方法及び装置を提供することを主目
的とする。また、本発明は、ヒーターパワーを増大させ
ることなく、ルツボの加熱を効率よく行い、多結晶シリ
コンを融解することができるＣＺシリコン単結晶製造方
法及び装置を提供することを目的とする。本発明の別の
目的は、ヒーターパワーを増大させることなく、種付
け、単結晶肩部形成及び単結晶育成を行い、ルツボの劣
化を防止することができるＣＺシリコン単結晶製造方法
及び装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、引上炉内のルツボ上方空間
内に配置され、ルツボ内の多結晶シリコンからの輻射熱
の放散を防止する開閉可能な熱遮蔽板を閉状態で、ルツ
ボ内の多結晶シリコンを加熱融解する融解工程と、前記
熱遮蔽板を閉状態で、種結晶を融解した多結晶シリコン
に浸着する種付け工程と、前記熱遮蔽板を閉状態で、種
結晶の先端に単結晶肩部（テーパー部）を成長させる肩
部形成工程と、前記熱遮蔽板を開状態として、種結晶と
共にその下部に成長するシリコン単結晶を育成・引上げ
る結晶育成工程と、を備えたことを特徴とするＣＺシリ
コン単結晶製造方法を提供する。

【０００８】本発明では、多結晶シリコンの融解、種付
け及び単結晶肩部の形成を熱遮蔽板を閉状態にして行
い、シリコン単結晶の育成・引上げを開状態にして行
う。即ち、シリコン単結晶の育成の一連の工程の中で、
多結晶シリコンの融解から単結晶肩部形成までの工程
を、熱遮蔽板を閉じた状態で行うことにより、ルツボ内
の多結晶シリコン、シリコン融液からの輻射熱の放散を
防止し、ヒーターパワーを増大させる必要なくルツボ内
の温度をシリコンの融点以上に保持することができる。

【０００９】本発明の融解工程では、引上炉内のルツボ
上方空間内に配置され、ルツボ内の多結晶シリコンから
の輻射熱の放散を防止する開閉可能な熱遮蔽板を閉状態
で、ルツボ内の多結晶シリコンを加熱融解している。

【００１０】ここで、「輻射熱の放散を防止する」と
は、多結晶シリコンから生じる輻射熱を、熱遮蔽板より
下方及びルツボ内に保持することをいう。ルツボ内の多
結晶シリコンは、加熱されるに従いその温度は上昇し、
シリコンの融点に達すると融解する。このとき、多結晶
シリコンからは、輻射熱が放散されるが、ルツボ上方空
間に設けられた閉状態の熱遮蔽板が、その輻射熱の伝達
を抑制する。このため、輻射熱は、熱遮蔽板より上方の
引上げ炉上部へ伝達されることはなく、熱遮蔽板より下
方及びルツボ内で熱量は保持されることになる。従っ
て、ルツボ内の多結晶シリコンを熱損失がない状態で、
シリコンの融点に達するまで加熱することができるた
め、従来のように熱損失を考慮してヒーターパワーを増
大させる必要はなくなり、効率よく多結晶シリコンを加
熱融解することができる。

【００１１】ここで、熱遮蔽板は、ルツボ内の多結晶シ
リコンから上方向に放散される輻射熱の放散を防止する
ため、ルツボ上方空間内に配置されていれば、特にその
構成は限定されるものではない。熱遮蔽板を、少なくと
もルツボ上面を覆うように配置すれば、ルツボ内の多結
晶シリコンからの輻射熱の放散をより防止することがで
きる。

【００１２】また、熱遮蔽板は、ルツボ内の多結晶シリ
コンからの輻射熱の放散を防止するため、低熱伝導部
材、もしくは低輻射率部材で構成されていることが好ま
しい。例えば、熱遮蔽板を、低熱伝導性を有するカーボ
ン繊維強化複合体もしくはカーボン繊維断熱材で構成で
きる。また、熱遮蔽板を低輻射率を有するモリブデン等
でも構成することができる。

【００１３】本発明の種付け工程では、熱遮蔽板を閉状
態で、種結晶を融解した多結晶シリコンに浸着してい
る。ルツボ内の加熱融解した多結晶シリコン（シリコン
融液）に種結晶を浸着させると、種結晶も融解する。こ
のとき、シリコン融液からは輻射熱が生じているが、ル
ツボ上方空間に配された熱遮蔽板は閉状態であるため、
その輻射熱の伝達を抑制する。このため、輻射熱は、熱
遮蔽板より上方の引上げ炉上部へ伝達されることはな
く、熱遮蔽板より下方及びルツボ内で熱量は保持される
ことになる。従って、ルツボ内の多結晶シリコンを熱損
失がない状態で、シリコンの融点を保持することにな
り、従来のように熱損失を考慮してヒーターパワーを増
大させる必要はなくなる。

【００１４】また、熱遮蔽板は、閉状態において、その
上部から種結晶をルツボ内に挿入可能な種結晶挿入部を
備えていることが好ましい。種結晶挿入部によって、種
結晶を、熱遮蔽板を閉状態のままルツボ内に挿入するこ
とができるため、種結晶の多結晶シリコンへの浸着時
に、一旦、熱遮蔽板を開ける必要がなくなる。従って、
ルツボ内の多結晶シリコンからの輻射熱が、閉状態の熱
遮蔽板によって外部に放散させずに、種結晶をシリコン
融液に接触させることができ、ルツボ内の多結晶シリコ
ンの温度をシリコンの融点以上に保持することができ
る。種結晶挿入部は、熱遮蔽板が閉状態のときに種結晶
を挿入することができるものであれば、その構成は特に
限定されるものではない。例えば、種結晶挿入部を、熱
遮蔽板の閉状態のときに形成される孔部で構成すること
ができる。また、種結晶挿入部を、熱遮蔽板の径方向の
スリットで構成することができる。

【００１５】本発明の肩部形成工程では、熱遮蔽板を閉
状態で、種結晶の先端に単結晶肩部を成長させている。
この工程においても、シリコン融液からは輻射熱が生じ
ているが、ルツボ上方空間に配された熱遮蔽板は閉状態
であるため、その輻射熱の伝達を抑制する。このため、
輻射熱は、熱遮蔽板より上方の引上げ炉上部へ伝達され
ることはなく、熱遮蔽板より下方及びルツボ内で熱量は
保持されることになる。従って、ルツボ内の温度は、シ
リコンの融点を保持することになり、従来のように熱損
失を考慮してヒーターパワーを増大させる必要はなくな
る。

【００１６】本発明の単結晶育成工程では、熱遮蔽板を
開状態として、種結晶と共にその下部に成長するシリコ
ン単結晶を育成及び引上げている。すなわち、単結晶肩
部が形成された後は、種結晶を引き上げながら、肩部か
ら下部に直胴部となるシリコン単結晶を育成する。この
際、熱遮蔽板を開状態にして、シリコン単結晶の引上げ
を妨げることを回避している。このため、熱遮蔽板は、
単結晶の引上げを妨げない程度に開状態にすることがで
きるものであれば、その構成は、特に限定されるもので
はない。例えば、熱遮蔽板を、複数の部分に分割し、各
部を上方向に移動することにより、開状態とし、開状態
から各部を下方向に移動することにより閉状態とするよ
うに構成することができる。また、各部を横方向に摺動
させることにより開閉するように構成することができ
る。また、熱遮蔽板を平面方向に回動することにより開
閉するように構成することができる。また、熱遮蔽板に
種結晶挿入部が設けられている場合には、該挿入部の径
の大きさを調整することにより、開閉するように構成す
ることができる。

【００１７】本発明の請求項２に係る発明は、引上炉を
構成する炉殻体と、該炉殻体内に配置され、多結晶シリ
コンを充填するルツボと、前記炉殻体内で、該ルツボを
加熱するヒーターと、前記炉殻体内のルツボ上方空間内
に配置され、ルツボ内の多結晶シリコンからの輻射熱の
放散を防止する開閉可能な熱遮蔽板と、熱遮蔽板の開状
態及び閉状態の切り替えを行う開閉操作手段と、を備え
たことを特徴とするＣＺシリコン単結晶製造装置を提供
する。

【００１８】本発明は、熱遮蔽板を有し、熱遮蔽板を開
閉操作手段で切り替えることができるＣＺシリコン単結
晶製造装置である。すなわち、シリコン単結晶育成の一
連の工程において、開閉操作手段で熱遮蔽板の開閉の切
り替えを行うことにより、ルツボ内の多結晶シリコンか
らの輻射熱の放散を防止し、ヒーターパワーを増大させ
る必要なくルツボ内の温度をシリコンの融点以上に保持
することができる。

【００１９】本発明の熱遮蔽板は、ルツボ内の多結晶シ
リコンからの輻射熱の放散を防止するものである。ここ
で、「輻射熱の放散を防止する」とは、多結晶シリコン
から生じる輻射熱を、熱遮蔽板より下方及びルツボ内に
保持することをいう。融解した多結晶シリコン（シリコ
ン融液）からは、輻射熱が放散されるが、ルツボ上方空
間に設けられた閉状態の熱遮蔽板が、その輻射熱の伝達
を抑制する。このため、輻射熱は、熱遮蔽板より上方の
炉殻体上部へ伝達されることはなく、熱遮蔽板より下方
及びルツボ内で熱量は保持されることになる。

【００２０】熱遮蔽板は、ルツボ内の多結晶シリコンか
ら上方向に放散される輻射熱の放散を防止するために、
ルツボ上方空間内に配置されていれば、特にその構成は
限定されるものではない。熱遮蔽板を、少なくともルツ
ボ上面を覆うように配置すれば、ルツボ内の多結晶シリ
コンからの輻射熱の放散をより完全に防止することがで
きる。

【００２１】熱遮蔽板は、開閉可能であるため、結晶育
成においては、シリコン単結晶を引き上げる際に熱遮蔽
板を開状態にすれば、シリコン単結晶の直胴部が熱遮蔽
板に接触しないで、上方向に引上げることができる。従
って、熱遮蔽板は、単結晶の引上げを妨げない程度に開
閉可能に構成されていれば、その構成は、特に限定され
るものではない。例えば、熱遮蔽板を、複数の部分に分
割したもので構成し、各部を閉状態から上方向に移動す
ることにより、開状態とし、開状態から各部を下方向に
移動することにより閉状態とするように構成することが
できる。あるいは、各部を横方向に摺動させることによ
り開閉するように構成することができる。また、熱遮蔽
板を平面方向に回動することにより開閉するように構成
することができる。

【００２２】熱遮蔽板は、閉状態において、その上部か
ら種結晶をルツボ内に挿入可能な種結晶挿入部を備えて
いることが好ましい。この場合、熱遮蔽板に設けた種結
晶挿入部から、ルツボ内に挿入し、引き上げることがで
きるため、種結晶の多結晶シリコンへの浸着時に、熱遮
蔽板を一旦開状態にする必要がなくなる。従って、ルツ
ボ内の多結晶シリコンからの輻射熱が、閉状態の熱遮蔽
板によって外部に放散させずに、種結晶をシリコン融液
に接触させることができ、ルツボ内の多結晶シリコンの
温度をシリコンの融点以上に保持することができる。種
結晶挿入部は、熱遮蔽板が閉状態のときに種結晶を挿入
することができるものであれば、その構成は特に限定さ
れるものではない。例えば、種結晶挿入部を、熱遮蔽板
の閉状態のときに形成される孔部で構成することができ
る。また、種結晶挿入部を、熱遮蔽板の径方向に設けた
スリットで構成することができる。尚、このように、熱
遮蔽板に種結晶挿入部が設けられている場合には、該挿
入部の径の大きさを調整することにより、開閉するよう
に構成することができる。

【００２３】また、熱遮蔽板は、ルツボ内の多結晶シリ
コンからの輻射熱の放散を防止するため、低熱伝導部
材、もしくは低輻射率部材で構成されていることが好ま
しい。例えば、熱遮蔽板を、低熱伝導性を有するカーボ
ン繊維強化複合体もしくはカーボン繊維断熱材で構成で
きる。また、熱遮蔽板を低輻射率を有するモリブデン等
でも構成することができる。

【００２４】本発明の開閉操作手段は、熱遮蔽板の開状
態及び閉状態の切り替えを行うものである。シリコン単
結晶の育成の一連の工程において、開閉操作手段によ
り、熱遮蔽板の開閉状態を操作することによって、ルツ
ボ内の多結晶シリコンからの輻射熱の放散を防止し、ヒ
ーターパワーを増大させる必要なくルツボ内の温度をシ
リコンの融点以上に保持することができる。

【００２５】一例を示せば、本発明のＣＺシリコン単結
晶製造装置では、開閉操作手段を次のように操作するこ
とによって、シリコン単結晶を育成することができる。
まず、開閉操作手段で熱遮蔽板を開状態とし、ルツボ内
に多結晶シリコンを充填した後、開閉操作手段により、
熱遮蔽板を閉状態とする。この状態で、ヒーターでルツ
ボを加熱する。ルツボ内の多結晶シリコンは、加熱され
るに従いその温度は上昇し、シリコンの融点に達すると
融解する。このとき、多結晶シリコンからは、輻射熱が
放散されるが、ルツボ上方空間に設けられた閉状態の熱
遮蔽板が、その輻射熱の伝達を抑制する。このため、輻
射熱は、熱遮蔽板より上方の炉殻体上部へ伝達されるこ
とはなく、熱遮蔽板より下方及びルツボ内で熱量は保持
されることになる。従って、ルツボ内の多結晶シリコン
を熱損失がない状態で、シリコンの融点に達するまで加
熱することができるため、従来のように熱損失を考慮し
てヒーターパワーを増大させる必要はなくなり、効率よ
くルツボを加熱することができる。

【００２６】次に、熱遮蔽板を閉状態としたまま、種結
晶を融解した多結晶シリコンに浸着させる。熱遮蔽板を
閉状態としたまま、種結晶を徐々に引き上げつつ、種結
晶の先端に単結晶肩部を形成させる。種結晶をシリコン
融液に浸着しているとき、単結晶肩部形成の際には、シ
リコン融液からは輻射熱が生じているが、ルツボ上方空
間に配された熱遮蔽板は閉状態であるため、その輻射熱
の伝達を抑制される。このため、輻射熱は、熱遮蔽板よ
り上方の引上げ炉上部へ伝達されることはなく、熱遮蔽
板より下方及びルツボ内で熱量は保持されることにな
る。従って、ルツボ内の多結晶シリコンを熱損失がない
状態で、種結晶の浸着から単結晶肩部の形成まで、シリ
コンの融点を保持することになり、従来のように熱損失
を考慮してヒーターパワーを増大させる必要はなくな
る。

【００２７】単結晶肩部が形成されたら、開閉操作手段
により、熱遮蔽板を開状態とする。そして、種結晶を引
上げて、肩部から下部に直胴部となるシリコン単結晶を
育成する。熱遮蔽板を開状態にしているので、シリコン
単結晶の引上げが熱遮蔽板によって妨げられることはな
い。

【００２８】本発明の開閉操作手段は、熱遮蔽板の開閉
状態を切り替えるものであれば、その構成は特に限定さ
れるものではない。例えば、熱遮蔽板の開閉を手動で行
うように構成してもよく、また、シリコン単結晶の引上
げ時に自動的に行うように構成してもよい。また、本発
明では、熱遮蔽板が閉状態のときに単結晶の育成状態を
装置外部から確認する状態確認手段を更に備えることが
好ましい。状態確認手段により、熱遮蔽板が閉状態の場
合でも、単結晶の育成状態を確認できるため、単結晶肩
部の形成された時点で、開閉操作手段により、熱遮蔽板
を開状態に切り替えることができる。従って、熱遮蔽板
を適切な時期に閉状態から開状態に切り替えることがで
き、開状態への切り替えのタイミングずれによるによる
多結晶シリコンの輻射熱の放散を防止することができ
る。例えば、状態確認手段として、熱遮蔽板に観察窓を
設け、該窓から目視により確認するように構成すること
ができる。また、熱遮蔽板下方にＣＣＤカメラを設け、
単結晶の育成状態を画像処理によって確認するように構
成しても良い。また、単結晶肩部形成時の引上げワイヤ
ーへの負荷荷重により、単結晶肩部形成を判断してもよ
い。すなわち、肩部形成時の種結晶の引上げワイヤーへ
の負荷荷重を、肩部形成時荷重として予め計測してお
き、種結晶の引上げ時に、引上げワイヤーにかかる負荷
荷重を肩部形成負荷荷重と比較することにより、肩部形
成を判断するように構成することもできる。

【００２９】本発明の請求項３に係る発明は、請求項２
に記載のＣＺシリコン単結晶製造装置において、前記熱
遮蔽板が、上方向移動により開状態となり、下方向移動
により閉状態となることを特徴とするＣＺシリコン単結
晶製造装置を提供する。

【００３０】本発明は、熱遮蔽板の開閉を熱遮蔽板を上
下方向に移動することにより行うものである。熱遮蔽板
は、その下方向移動により閉じた状態となるため、多結
晶シリコンからの輻射熱の放散を防止することができ
る。また、熱遮蔽板は、その上方向移動により、開いた
状態となるため、シリコン単結晶の引上げの際に、シリ
コン単結晶直胴部を通過させることができる。本発明の
熱遮蔽板は、上方向移動により開状態となり、下方向移
動により閉状態となるものであれば、その構成は特に限
定されるものではない。例えば、熱遮蔽板を複数の部分
に分割するとともに、各部のルツボ外周と接触する部分
の任意の箇所を固定し、各部の互いに接触する部位を上
方向及び下方向に移動可能に構成することができる。

【００３１】本発明の請求項４に係る発明は、請求項２
又は３に記載のＣＺシリコン単結晶製造装置において、
前記熱遮蔽板が、水平方向移動により開閉状態を切り替
えることを特徴とするＣＺシリコン単結晶製造装置を提
供する。

【００３２】本発明は、熱遮蔽板の開閉を熱遮蔽板を水
平方向に移動することにより行うものである。例えば、
熱遮蔽板を複数の部材に分割すると共に、各部のルツボ
外周と接触する部分の任意の箇所を軸で固定し、この軸
を中心にして各部材を水平方向に回動したり、各部を油
圧シリンダ等で互いに逆の水平方向に直線移動したりす
ることができる。また、絞り機構で調整することも可能
である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、図示例とともに説明する。図１には、本発明
の一実施形態に係るＣＺシリコン単結晶製造装置の概略
構成図を示している。

【００３４】この実施形態に係るＣＺシリコン単結晶製
造装置は、石英ルツボ３、ヒーター９、ルツボ軸、上下
移動により開閉可能な熱遮蔽板１７により概略構成され
る。チャンバー１内部には、多結晶シリコンを充填する
ための石英ルツボ３が、黒鉛ルツボ５に支持されてい
る。この石英ルツボ３は、大口径のシリコン単結晶を製
造するため、少なくとも１２インチ以上の口径を有して
いる。更に、石英ルツボ３を保持する黒鉛ルツボ５は、
カーボン製のルツボ回転軸１５に支持されており、石英
ルツボ３は、ルツボ回転軸１５を中心軸として、回転す
ることができる。石英ルツボ３は、ヒーター９によって
包囲されており、ヒーター９からの発熱が、石英ルツボ
３に伝達されることになる。石英ルツボ３内の多結晶シ
リコンの上方には、引上げワイヤー２５により種結晶ホ
ルダ１０が吊り下げられており、種結晶ホルダ１０に
は、種結晶８が保持されている。この種結晶８は、引上
げワイヤー２５により、上昇及び下降が可能である。ま
た、熱遮蔽材１１の上面には、カーボン部材で構成され
た開閉可能な熱遮蔽板１７がルツボの上面を覆うように
設けられている。この熱遮蔽板１７は、閉じた状態で、
石英ルツボ３内の多結晶シリコンからの輻射熱の放散を
遮断するものである。図３に、この熱遮蔽板１７の上面
図を示す。熱遮蔽板１７は、円板形状をなしており、左
右対称な半円部（１７ａ、１７ｂ）から構成されてい
る。熱遮蔽板１７は、各半円部の円周上で、熱遮蔽材１
１の上面に設けられた枢支部２１ａ、２１ｂで、熱遮蔽
材１１上面に枢着されている。そして、各半円部は、各
々枢着された枢支部２１ａ、２１ｂを中心に上下方向に
回動することにより開閉可能に構成されている。すなわ
ち、熱遮蔽板１７は、上方向への回動により、開状態と
なり、下方向への回動により閉状態となる。また、熱遮
蔽板１７の中央部には、種結晶挿入部として、閉状態に
おいて種結晶を挿入可能な挿入孔１８が設けられてい
る。

【００３５】本実施形態では、熱遮蔽板として、二つの
半円部から構成されるものを用いているが、開閉可能で
かつ開状態において、シリコン単結晶引上げ中に、シリ
コン単結晶に接触しないものであれば、本発明の効果を
達成することができる。例えば、図４に示すように、熱
遮蔽板１７の半径方向に種結晶挿入部１８として、スリ
ットを設け、熱遮蔽板を一の枢支部２１で熱遮蔽材１１
の上面に枢着し、枢支部２１を中心にして上下方向に回
動させて開閉可能に構成することもできる。また、図５
に示すように、熱遮蔽板の二つの半円部を、一の枢支部
２１に枢着し、枢支部２１を中心に平面方向に回動する
ことにより開閉可能に構成することもできる。また、図
６に示すように、各半円部（１７ａ、１７ｂ）を互いに
逆方向に直線移動することにより、開閉可能に構成する
こともできる。更に、図７に示すように、種結晶挿入孔
１８の直径を、絞り機構で調整することにより、開閉可
能に構成することもできる。

【００３６】次に、本実施形態のシリコン単結晶製造装
置を使用した場合のシリコン単結晶の製造方法につい
て、図１、図２及び図８を用いて時系列的に説明する。
図２は、本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置において、熱遮蔽板を開状態にした場合の概略構成図
である。また、図８は、本実施形態におけるＣＺシリコ
ン単結晶製造方法の工程図である。

【００３７】まず、熱遮蔽板を開いた状態で、多結晶シ
リコンを石英ルツボ３内に充填する。次に、融解工程と
して、熱遮蔽板１７を閉じて、ヒーターを発熱させ、石
英ルツボ３を加熱することにより、石英ルツボ３内の多
結晶シリコンをシリコンの融点（１４１２℃）以上に熱
して融解する。このとき、多結晶シリコンからは、輻射
熱が放散されるが、熱遮蔽材１１の上面に設けられた熱
遮蔽板１７は閉じた状態となっているため、熱遮蔽板よ
り下方及びルツボ内で熱量は保持される。従って、ルツ
ボ内の多結晶シリコンを熱損失がない状態で、シリコン
の融点に達するまで加熱することができ、熱損失を考慮
してヒーターパワーを増大させる必要もなく、効率よく
多結晶シリコンを加熱融解することができる。

【００３８】次に、種付け工程として、熱遮蔽板１７を
閉じた状態のまま、種結晶８を引上げワイヤー２５によ
り下降し、熱遮蔽板の挿入口１８から挿入して、融解し
たシリコン融液中７に浸着させ、種結晶の先端部分を融
解する。そして、熱的に平衡となるようにヒーター９の
パワーを調節する。

【００３９】肩部形成工程として、ヒーターパワーを若
干低下させた状態で、種結晶８を所定速度で回転させつ
つ、引上げワイヤー２５により、所定の速度で種結晶８
の引上げを開始する。このとき、直径２〜３ｍｍの絞り
部分の下端にシリコン単結晶の肩部が育成される。

【００４０】このとき、シリコン融液からは輻射熱が生
じているが、熱遮蔽材１１の上面に設けられた熱遮蔽板
が閉状態であるため、熱遮蔽板より下方及びルツボ内で
熱量は保持される。従って、ルツボ内の温度は、シリコ
ンの融点以上に保持されることになり、熱損失を考慮し
てヒーターパワーを増大させる必要はない。

【００４１】単結晶肩部が形成された後は、結晶育成工
程として、熱遮蔽板１７を開き、引上げワイヤー２５を
徐々に引上げで、種結晶の先端から育成したシリコン単
結晶６を引き上げる。このとき、熱遮蔽板１７は、開状
態となっており、シリコン単結晶６の引上げを妨げるこ
とを回避している。

【００４２】このように、本実施形態によれば、多結晶
シリコンの加熱融解、種結晶の浸着及び単結晶肩部形成
を熱遮蔽板を閉じた状態で行っているため、多結晶シリ
コンの輻射熱の放散を防止でき、ヒーターパワーを増大
する必要がない。

【００４３】本実施形態では、熱遮蔽板として、上下移
動により開閉可能なものを使用しているが、開閉可能で
シリコン単結晶の引上げのさい接触しないものであれ
ば、本発明の効果は達成される。例えば、横スライド式
に開閉するものを用いてもよい。また、回動しながら横
方向にスライドして開閉するものを用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明に係るＣ
Ｚシリコン単結晶製造方法及び装置は、開閉可能な熱遮
蔽板を設け、閉状態で多結晶シリコンの加熱融解を行っ
ているため、加熱の際にヒーターパワーを増大させるこ
とはない。

【００４５】また、種付け、肩部育成をも熱遮蔽板を閉
じた状態で行っているため、多結晶シリコンの温度をシ
リコン融点以上に保持することができ、ヒーターパワー
を増大させる必要がない。

【００４６】更には、ヒーターパワーを増大する必要が
なくなることにより、ルツボの温度も昇華温度に達する
ことはなく、従って、ルツボの劣化を防止することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるＣＺシリコン単結晶
製造装置の全体構成図である。

【図２】本発明の実施形態におけるＣＺシリコン単結晶
製造装置において、熱遮蔽板を開状態にした場合の概略
構成図である。

【図３】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置に用いる分配開閉型熱遮蔽板の上面図である。

【図４】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置に用いる一体開閉型熱遮蔽板の上面図である。

【図５】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置に用いる熱遮蔽板の上面図である。

【図６】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置に用いるスライド式熱遮蔽板の上面図である。

【図７】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造装
置に用いる絞り型熱遮蔽板の上面図である。

【図８】本実施形態におけるＣＺシリコン単結晶製造方
法の工程図である。

【符号の説明】

１：チャンバー ３：石英ルツボ ５：黒鉛ルツボ ６：シリコン単結晶 ７：シリコン融液 ８：種結晶 ９：ヒーター １０：種結晶ホルダ １１：熱遮蔽材 １３：電極 １５：ルツボ回転軸 １７：熱遮蔽板 １８：種結晶挿入孔 １９：金属シャフト ２１、２１ａ、２１ｂ：枢支部 ２５：引上げワイヤー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 倫久 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 白石 裕 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 松原 順一 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 飯田 哲広 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 高瀬 伸光 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引上炉内のルツボ上方空間内に配置さ
   れ、ルツボ内の多結晶シリコンからの輻射熱の放散を防
   止する開閉可能な熱遮蔽板を閉状態で、ルツボ内の多結
   晶シリコンを加熱融解する融解工程と、 前記熱遮蔽板を閉状態で、種結晶を融解した多結晶シリ
   コンに浸着する種付け工程と、 前記熱遮蔽板を閉状態で、種結晶の先端に単結晶肩部
   （テーパー部）を成長させる肩部形成工程と、 前記熱遮蔽板を開状態として、種結晶と共にその下部に
   成長するシリコン単結晶を育成・引上げる結晶育成工程
   と、を備えたことを特徴とするＣＺシリコン単結晶製造
   方法。
2. 【請求項２】 引上炉を構成する炉殻体と、 該炉殻体内に配置され、多結晶シリコンを充填するルツ
   ボと、 前記炉殻体内で、該ルツボを加熱するヒーターと、 前記炉殻体内のルツボ上方空間内に配置され、ルツボ内
   の多結晶シリコンからの輻射熱の放散を防止する開閉可
   能な熱遮蔽板と、 熱遮蔽板の開状態及び閉状態の切り替えを行う開閉操作
   手段と、を備えたことを特徴とするＣＺシリコン単結晶
   製造装置。
3. 【請求項３】 前記熱遮蔽板が、上方向移動により開状
   態となり、下方向移動により閉状態となることを特徴と
   する請求項２に記載のＣＺシリコン単結晶製造装置。
4. 【請求項４】 前記熱遮蔽板が、水平方向移動により開
   閉状態を切り替えることを特徴とする請求項２又は３の
   いずれか１項に記載のＣＺシリコン単結晶製造装置。