JPH11255593A - 原料溶解補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英ルツボを必要以上に高温に加熱しなくて
も原料の溶解時間を短縮可能にする。 【解決手段】 補助加熱用チャンバ１０の上方内面には
放物面の反射板１１が取り付けられ、反射板１１の焦点
位置には赤外線ランプ１２が取り付けられている。補助
加熱用チャンバ１０が下部チャンバ５の上に配置されて
連結され、２つのチャンバ５、１０内が低圧に維持され
た状態で、石英ルツボ１内の単結晶の原料８が側方のグ
ラファイトヒータ２により加熱されるとともに、上方の
赤外線ランプ１２及び反射板１１からの赤外線１２ａに
より加熱される。赤外線ランプ１２の代わりに、マイク
ロ波発生装置２１による誘電加熱により原料８を補助加
熱するようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げＣＺ（Czoc
hralski ）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引上げ装置の補助装置に関し、
特に石英ルツボ内の原料の加熱構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造
装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧
して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャ
ンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱
して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、
種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶
を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した
円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端が突
出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆる
インゴット）を成長させるように構成されている。

【０００３】従来、石英ルツボ内の原料を加熱する構造
では、石英ルツボの上方は単結晶引き上げのために開放
する必要があるので、石英ルツボの側方、さらには石英
ルツボの底面にグラファイトヒータを配置してこのグラ
ファイトヒータに通電するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加熱構造では、石英ルツボの上方が単結晶引き上げ
のために開放されているので、この上方に無駄な放熱が
発生し、したがって、石英ルツボを必要以上に高温に加
熱しないと原料を短時間で溶解することができないとい
う問題点がある。また、石英ルツボは必要以上に高温に
さらされると軟化して変形したり、重金属に起因した失
透によりクリストバライト化が促進されるという問題点
がある。

【０００５】また、石英ルツボには、気泡を含むルツボ
内表面に気泡が極めて少ない透明層が形成されている。
この透明層は溶融シリコン内に徐々に溶解し、最後には
透明層の下の、気泡を含む石英層が露出する。そして、
気泡を含む石英層が露出すると気泡部分から石英の破片
が溶融シリコン内に混入して育成中の単結晶に付着し、
その単結晶が転位するという問題点がある。また、石英
ルツボは必要以上に高温にさらされると、その溶解速度
が速くなって透明層の使用可能時間が短くなり、単結晶
を長時間にわたって製造することができなくなるという
問題点がある。

【０００６】本発明は上記従来装置の問題点に鑑み、石
英ルツボを必要以上に高温に加熱しなくても原料の溶解
時間を短縮することができる原料溶解補助装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、石英ルツボの上方から単結晶の原料を補助
加熱するようにしたものである。すなわち本発明によれ
ば、単結晶引上げ装置内の石英ルツボ内に装填された単
結晶の原料を前記石英ルツボの外部から加熱して溶解す
る構成の単結晶引上げ装置に組み合わせて用いる装置で
あって、前記石英ルツボの上方から前記石英ルツボ内に
ある前記単結晶の原料を加熱して、前記単結晶引上げ装
置固有の加熱手段と共に前記原料を加熱して溶解する補
助加熱手段を有する原料溶解補助装置が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は単結晶引上げ装置と組み合
わせて用いる本発明に係る原料溶解補助装置の一実施形
態を示す断面図である、図２はグラファイトヒータ電力
と赤外線ランプ電力の組み合わせによる原料溶解時間を
示す説明図、図３はグラファイトヒータ電力と赤外線ラ
ンプ電力の組み合わせによる石英ルツボ最高温度を示す
説明図である。

【０００９】図１において、石英ルツボ１の周囲には円
筒状のグラファイトヒータ２が配置され、グラファイト
ヒータ２の周囲には円筒状の断熱材３が配置されてい
る。石英ルツボ１はカーボンルツボ、ルツボ軸などのサ
セプタ４により軸の周囲を回転可能に、上下方向に移動
可能に支持されている。これらの部材１〜４は下部チャ
ンバ５内に配置され、下部チャンバ５の上には本発明に
係る補助加熱用チャンバ１０又は単結晶を収納するため
の不図示の上部チャンバが選択的に配置される。下部チ
ャンバ５の上方には真空を維持するためのゲートバルブ
６が開閉可能に配置され、また、Ａｒガス導入口７が設
けられている。

【００１０】補助加熱用チャンバ１０の上方内面には放
物面の反射板１１が取り付けられ、反射板１１の焦点位
置には赤外線ランプ１２が取り付けられている。また、
反射板１１の下方には石英の仕切り板１３が支持棒１４
により水平方向に移動可能に取り付けられている。

【００１１】このような構成において単結晶を製造する
場合には、まず、図１に示すように補助加熱用チャンバ
１０が下部チャンバ５の上に配置され、また、２つのチ
ャンバ５、１０内が低圧に維持された状態で、石英ルツ
ボ１内の単結晶の原料８が側方のグラファイトヒータ２
により加熱されるとともに、上方の赤外線ランプ１２か
ら発せられ、反射板１１で反射された赤外線１２ａによ
り加熱される。そして、石英ルツボ１内の単結晶の原料
８が溶融すると、ゲートバルブ６が閉じられた後、下部
チャンバ５の上には補助加熱用チャンバ１０の代わりに
上部チャンバが配置される。次いでゲートバルブ６が開
かれて上部チャンバと下部チャンバ５が低圧に維持され
た状態で、石英ルツボ１内の融液の表面に図示省略の種
結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボ１を回転、上
下移動させながら種結晶を引き上げる。

【００１２】次に図２、図３を参照して実施例と従来例
における原料溶解時間と石英ルツボ１の最高温度につい
て説明する。まず、従来例のようにグラファイトヒータ
２のみにより加熱した場合（グラファイトヒータ電力＝
１２０ｋＷ、赤外線ランプ電力＝０ｋＷ）、原料溶解時
間は図２に示すように６．３時間、石英ルツボ１の最高
温度は図３に示すように１５８０°Ｃであった。そし
て、グラファイトヒータ電力＝１２０ｋＷに設定すると
ともに赤外線ランプ電力を１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋ
Ｗ、４ｋＷ、５０ｋＷに設定して加熱した場合には、当
然に赤外線ランプ電力が増加するほど原料溶解時間は短
くなり、また、石英ルツボ１の最高温度は高くなった。
また、グラファイトヒータ電力＝８０ｋＷに設定すると
ともに赤外線ランプ電力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋ
Ｗ、４０ｋＷ、５０ｋＷに設定して加熱した場合には、
原料溶解時間はより長くなり、また、石英ルツボ１の最
高温度はより低くなった。

【００１３】そして、グラファイトヒータ電力と赤外線
ランプ電力を組み合わせたところ、グラファイトヒータ
電力＝１１０ｋＷ、赤外線ランプ電力＝４０ｋＷの場合
に、原料溶解時間＝６．０時間、石英ルツボ１の最高温
度＝１５６３°Ｃであった。また、グラファイトヒータ
電力＝１００ｋＷ、赤外線ランプ電力＝５０ｋＷの場合
に、原料溶解時間＝６．１時間、石英ルツボ１の最高温
度＝１５３３°Ｃであった。したがって、この近傍の組
み合わせが石英ルツボ１を必要以上に高温に加熱しなく
ても原料を短時間で溶解することができることが判明し
た。

【００１４】次に図４、図５を参照して第２の実施形態
について説明する。この第２の実施形態の補助加熱部２
０はマイクロ波発生装置２１による誘電加熱により原料
８を補助加熱するように構成され、マイクロ波発生装置
２１は移動台車２２の上に配置されている。マイクロ波
発生装置２１の上には導波管２３が固定され、導波管２
３にはコの字形の導波管２４が上下方向に移動可能に連
結されている。導波管２４の開放先端２４ａが石英ルツ
ボ１の収納されているチャンバ５の内部に上方から挿入
されるように、導波管２４が導波管２３に対して昇降可
能であり、図示省略の駆動装置により矢印Ｍ１で示すよ
うに上下方向に移動可能である。導波管２４の開放先端
２４ａはホーン状に形成され、開放先端２４ａを含む導
波管２４の直線部には、ベローズ２５が取り付けられて
いる。ベローズ２５の両端はリング３０Ａ、３０Ｂにそ
れぞれ取り付けられ、リング３０Ａは導波管２４の外周
に固定されている。これらのリング３０Ａ、３０Ｂはア
ーム２８Ａ、２８Ｂに接続されていて、アーム２８Ａ、
２８Ｂは移動台車２２に取り付けられた棒２６に対して
矢印Ｍ２で示すように摺動可能な部材２７Ａ、２７Ｂを
介して昇降可能である。

【００１５】このような構成において、石英ルツボ１内
の単結晶の原料８を溶融する場合には、ゲートバルブ６
が閉じて低圧が維持されている下部チャンバ５の上方に
対して導波管２４の先端２４ａが位置決めされて下部チ
ャンバ５に連結される。連結が完了するとゲートバルブ
６を開いて導波管２４の先端２４ａを石英ルツボ１の近
傍まで下降させる。すなわち、図５に示すように、リン
グ３０Ｂをチャンバ５の上方部に一時取り付けて、２８
Ａ、２８Ｂを下降させる。したがって、伸縮自在なベロ
ーズ２５が圧縮されて、導波管２４の開放先端２４ａが
チャンバ５内に挿入される。そして、この状態で石英ル
ツボ１内の単結晶の原料８がグラファイトヒータ２とマ
イクロ波発生装置２１により加熱される。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、石
英ルツボの上方から単結晶の原料を補助加熱するように
したので、石英ルツボを必要以上に高温に加熱しなくて
も原料の溶解時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原料溶解補助装置の一実施形態を
単結晶引上げ装置に組み合わせた状態を示す断面図であ
る。

【図２】グラファイトヒータ電力と赤外線ランプ電力の
組み合わせによる原料溶解時間を示す説明図である。

【図３】グラファイトヒータ電力と赤外線ランプ電力の
組み合わせによる石英ルツボ最高温度を示す説明図であ
る。

【図４】本発明の原料溶解補助装置の第２の実施形態を
単結晶引上げ装置に組み合わせる前の状態を示す断面図
である。

【図５】図４の原料溶解補助装置を単結晶引上げ装置に
組み合わせて原料を加熱している状態を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 石英ルツボ ２ グラファイトヒータ １０ 補助加熱用チャンバ １１ 反射板 １２ 赤外線ランプ ２１ マイクロ波発生装置 ２３、２４ 導波管

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶引上げ装置内の石英ルツボ内に装
   填された単結晶の原料を前記石英ルツボの外部から加熱
   して溶解する構成の単結晶引上げ装置に組み合わせて用
   いる装置であって、 前記石英ルツボの上方から前記石英ルツボ内にある前記
   単結晶の原料を加熱して、前記単結晶引上げ装置固有の
   加熱手段と共に前記原料を加熱して溶解する補助加熱手
   段を有する原料溶解補助装置。
2. 【請求項２】 前記補助加熱手段は、前記石英ルツボを
   収容するチャンバの上方に対して着脱自在に構成され、
   原料の溶解後に前記チャンバから取り外すことが可能で
   あることを特徴とする請求項１記載の原料溶解補助装
   置。
3. 【請求項３】 前記補助加熱手段は、赤外線により単結
   晶の原料を加熱して溶解可能であることを特徴とする請
   求項１又は２記載の原料溶解補助装置。
4. 【請求項４】 前記補助加熱手段が、赤外線ランプと、
   前記赤外線ランプから放出される赤外線を反射する反射
   手段とを有することを特徴とする請求項３記載の原料溶
   解補助装置。
5. 【請求項５】 前記反射手段が、放物線曲面又はその近
   似曲面を有し、前記赤外線ランプを移動させて、前記反
   射手段の焦点位置に配置する手段を有することを特徴と
   する請求項４記載の原料溶解補助装置。
6. 【請求項６】 前記補助加熱手段は、マイクロ波による
   誘導加熱により単結晶の原料を加熱して溶解可能である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の原料溶解補助装
   置。
7. 【請求項７】 前記補助加熱手段が、マイクロ波発生手
   段と、マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を導く
   導波管とを有することを特徴とする請求項６記載の原料
   溶解補助装置。
8. 【請求項８】 前記導波管の開放先端が前記石英ルツボ
   の収納されているチャンバの内部に上方から挿入される
   ように、前記導波管を昇降させる手段をさらに有するこ
   とを特徴とする請求項７記載の原料溶解補助装置。
9. 【請求項９】 前記導波管を昇降させる手段がさらに、
   前記導波管を前記チャンバ内に導くために、前記導波管
   と前記チャンバの間で伸縮可能な手段を有することを特
   徴とする請求項８記載の原料溶解補助装置。