JPH1192272A - 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 - Google Patents
単結晶製造装置および単結晶の製造方法Info
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- JPH1192272A JPH1192272A JP9275097A JP27509797A JPH1192272A JP H1192272 A JPH1192272 A JP H1192272A JP 9275097 A JP9275097 A JP 9275097A JP 27509797 A JP27509797 A JP 27509797A JP H1192272 A JPH1192272 A JP H1192272A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＺ法による単結晶の製造において、単結晶
の高速引き上げが可能で、かつ、軸方向における品質が
均一な単結晶が得られるようにする。 【解決手段】 本発明による単結晶製造装置および製造
方法の１例として、育成中の単結晶７を取り囲み、下部
の厚さを従来の熱遮蔽板の２〜６倍程度とした熱遮蔽板
１と、熱遮蔽板１のリム１ａを覆うとともに単結晶７を
取り囲むアフタクーラ２１とを組み合わせた単結晶製造
装置を用いる。アフタクーラ２１に供給する冷却水量を
単結晶の育成長さに応じて徐々に増加させ、単結晶の長
さが所定寸法に到達した後は一定に保つ。これにより固
液界面近傍の結晶温度勾配が大きくなり、単結晶の形状
が安定しやすくなるとともに、引き上げ速度を結晶のト
ップからボトムまで一定にすることができる。単結晶引
き上げ速度は従来に比べて１.3〜２.2倍に増加し、軸方
向の品質が均一な単結晶が得られる。
の高速引き上げが可能で、かつ、軸方向における品質が
均一な単結晶が得られるようにする。 【解決手段】 本発明による単結晶製造装置および製造
方法の１例として、育成中の単結晶７を取り囲み、下部
の厚さを従来の熱遮蔽板の２〜６倍程度とした熱遮蔽板
１と、熱遮蔽板１のリム１ａを覆うとともに単結晶７を
取り囲むアフタクーラ２１とを組み合わせた単結晶製造
装置を用いる。アフタクーラ２１に供給する冷却水量を
単結晶の育成長さに応じて徐々に増加させ、単結晶の長
さが所定寸法に到達した後は一定に保つ。これにより固
液界面近傍の結晶温度勾配が大きくなり、単結晶の形状
が安定しやすくなるとともに、引き上げ速度を結晶のト
ップからボトムまで一定にすることができる。単結晶引
き上げ速度は従来に比べて１.3〜２.2倍に増加し、軸方
向の品質が均一な単結晶が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法による単結
晶製造装置および単結晶の製造方法に関する。
晶製造装置および単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
単結晶シリコンが使用されているが、その製造方法とし
て、一般にＣＺ法が用いられている。ＣＺ法による単結
晶製造装置では、図８に示すようにチャンバ２の中心に
るつぼ８が昇降自在に設置されている。るつぼ８は、黒
鉛るつぼ８ａの中に石英るつぼ８ｂを収容したもので、
石英るつぼ８ｂに塊状の多結晶シリコンを装填し、前記
るつぼ８を取り囲むように設けられた円筒状のヒータ５
によって原料を加熱溶解して融液３とする。そして、シ
ードホルダ９に取り付けた種結晶を融液３に浸漬し、シ
ードホルダ９およびるつぼ８を互いに同方向または逆方
向に回転しつつシードホルダ９を引き上げて単結晶７を
所定の直径および長さに成長させる。
単結晶シリコンが使用されているが、その製造方法とし
て、一般にＣＺ法が用いられている。ＣＺ法による単結
晶製造装置では、図８に示すようにチャンバ２の中心に
るつぼ８が昇降自在に設置されている。るつぼ８は、黒
鉛るつぼ８ａの中に石英るつぼ８ｂを収容したもので、
石英るつぼ８ｂに塊状の多結晶シリコンを装填し、前記
るつぼ８を取り囲むように設けられた円筒状のヒータ５
によって原料を加熱溶解して融液３とする。そして、シ
ードホルダ９に取り付けた種結晶を融液３に浸漬し、シ
ードホルダ９およびるつぼ８を互いに同方向または逆方
向に回転しつつシードホルダ９を引き上げて単結晶７を
所定の直径および長さに成長させる。
【０００３】融液３の上方には、ホットゾーンの上方を
環状に覆うリム１０ａと、リム１０ａの内縁部に接続す
る断熱筒１０ｂとによって構成された熱遮蔽板１０が設
置されている。前記断熱筒１０ｂは引き上げ中の単結晶
７を取り囲む逆円錐状の筒で、炭素繊維からなる断熱材
６を内蔵している。また、前記リム１０ａの外縁部には
断熱材４が設置されている。熱遮蔽板１０は、単結晶７
に対する融液３の表面やヒータ５からの輻射熱を遮断す
る機能を有し、特に固液界面近傍における単結晶７の半
径方向ならびに軸方向の温度勾配を大きくして単結晶７
の冷却を促進することにより、引き上げ速度の向上を図
っている。また、熱遮蔽板１０は、チャンバ２の上方か
ら導入される不活性ガスを単結晶７の周囲に誘導し、融
液３から蒸発するＳｉＯ、ＳｉＯ2 、Ｓｉやるつぼ８か
ら発生する金属蒸気等、単結晶化を阻害するガスを排出
して無転位結晶化率を向上させる機能を備えている。
環状に覆うリム１０ａと、リム１０ａの内縁部に接続す
る断熱筒１０ｂとによって構成された熱遮蔽板１０が設
置されている。前記断熱筒１０ｂは引き上げ中の単結晶
７を取り囲む逆円錐状の筒で、炭素繊維からなる断熱材
６を内蔵している。また、前記リム１０ａの外縁部には
断熱材４が設置されている。熱遮蔽板１０は、単結晶７
に対する融液３の表面やヒータ５からの輻射熱を遮断す
る機能を有し、特に固液界面近傍における単結晶７の半
径方向ならびに軸方向の温度勾配を大きくして単結晶７
の冷却を促進することにより、引き上げ速度の向上を図
っている。また、熱遮蔽板１０は、チャンバ２の上方か
ら導入される不活性ガスを単結晶７の周囲に誘導し、融
液３から蒸発するＳｉＯ、ＳｉＯ2 、Ｓｉやるつぼ８か
ら発生する金属蒸気等、単結晶化を阻害するガスを排出
して無転位結晶化率を向上させる機能を備えている。
【０００４】上記の他に、融液の近傍まで伸延する円筒
状の熱遮蔽板をチャンバの天井部に設置した単結晶製造
装置も使用されている。この熱遮蔽板は、チャンバの上
方から導入される不活性ガスの流れを制御するとともに
ヒータ、融液等からの輻射熱を遮断し、引き上げ中の単
結晶における固液界面近傍の温度勾配を大きくし、また
その他の温度領域では、冷却または保温に働く。これに
より単結晶化が容易になり、単結晶の生産性が向上す
る。あるいは、特開平８−２３９２９１号公報で開示さ
れている単結晶製造装置のように、単結晶を取り巻く冷
却管を設け、この冷却管に冷却液を流通させて強制的に
単結晶の温度勾配を大きくして引き上げ速度の向上を図
っているものもある。
状の熱遮蔽板をチャンバの天井部に設置した単結晶製造
装置も使用されている。この熱遮蔽板は、チャンバの上
方から導入される不活性ガスの流れを制御するとともに
ヒータ、融液等からの輻射熱を遮断し、引き上げ中の単
結晶における固液界面近傍の温度勾配を大きくし、また
その他の温度領域では、冷却または保温に働く。これに
より単結晶化が容易になり、単結晶の生産性が向上す
る。あるいは、特開平８−２３９２９１号公報で開示さ
れている単結晶製造装置のように、単結晶を取り巻く冷
却管を設け、この冷却管に冷却液を流通させて強制的に
単結晶の温度勾配を大きくして引き上げ速度の向上を図
っているものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱遮蔽板ではヒータや融液からの輻射熱を遮断する能力
が不十分なため、次の問題が発生する。 （１）従来の熱遮蔽板を用いて融液およびヒータからの
輻射熱を遮断するだけでは、結晶長によって変化する単
結晶の軸方向温度勾配の変化に対応することができず、
引き上げ速度は単結晶のトップ側からボトム側にかけて
徐々に遅くなり、生産性が低下する。 （２）引き上げ速度が変化すると、単結晶の各位置にお
ける各温度帯での熱履歴が異なってくるため、ｇｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥、酸素析出量等に影響を及ぼし、結晶の長
手方向に対して品質が均一な単結晶を得ることができな
い。 （３）特開平８−２３９２９１号公報で開示されている
単結晶製造装置では、冷却管による冷却面積が小さいた
め、十分な冷却効果が得られない。 （４）熱遮蔽板が固定されている単結晶製造装置では、
原料溶解時にるつぼを上昇させることが不可能のため、
るつぼ底部の原料を効率良く溶解することができない。
熱遮蔽板ではヒータや融液からの輻射熱を遮断する能力
が不十分なため、次の問題が発生する。 （１）従来の熱遮蔽板を用いて融液およびヒータからの
輻射熱を遮断するだけでは、結晶長によって変化する単
結晶の軸方向温度勾配の変化に対応することができず、
引き上げ速度は単結晶のトップ側からボトム側にかけて
徐々に遅くなり、生産性が低下する。 （２）引き上げ速度が変化すると、単結晶の各位置にお
ける各温度帯での熱履歴が異なってくるため、ｇｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥、酸素析出量等に影響を及ぼし、結晶の長
手方向に対して品質が均一な単結晶を得ることができな
い。 （３）特開平８−２３９２９１号公報で開示されている
単結晶製造装置では、冷却管による冷却面積が小さいた
め、十分な冷却効果が得られない。 （４）熱遮蔽板が固定されている単結晶製造装置では、
原料溶解時にるつぼを上昇させることが不可能のため、
るつぼ底部の原料を効率良く溶解することができない。
【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、固液界面近傍における単結晶の温度勾配を
大きくして従来よりも高速で単結晶を引き上げることが
できるようにするとともに、引き上げ速度を単結晶のト
ップからボトムまで一定に保ち、かつ、単結晶の各位置
における熱履歴を同一にして軸方向における品質が均一
な単結晶が得られる製造装置および単結晶の製造方法を
提供することを目的としている。
れたもので、固液界面近傍における単結晶の温度勾配を
大きくして従来よりも高速で単結晶を引き上げることが
できるようにするとともに、引き上げ速度を単結晶のト
ップからボトムまで一定に保ち、かつ、単結晶の各位置
における熱履歴を同一にして軸方向における品質が均一
な単結晶が得られる製造装置および単結晶の製造方法を
提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶製造装置の第１は、ＣＺ法によ
る単結晶製造装置において、ホットゾーンの上方を環状
に覆うリムと、前記リムの内縁部から垂下して単結晶を
取り囲み、下部の厚さを従来の熱遮蔽板の厚さの２〜６
倍程度とした断熱筒とからなる熱遮蔽板を備え、育成中
の単結晶の外周と融液面との交点と熱遮蔽板の下端とを
結ぶ直線より下側にヒータ上端の位置を設定したことを
特徴とする。本発明による単結晶製造装置の第１は、上
下で厚さが異なる熱遮蔽板を設置するという簡単な構造
により、引き上げ単結晶の温度勾配を制御しようとする
ものである。単結晶の高速引き上げを行う場合に最も重
要な要素は、固液界面近傍における単結晶の軸方向温度
勾配である。軸方向温度勾配と引き上げ速度とは正相関
の関係にあり、軸方向温度勾配を大きくすることにより
引き上げ速度を上げることができる。ただし、軸方向温
度勾配に対して引き上げ速度を上げ過ぎると、単結晶の
変形およびハンチング等が発生し、径細不良や面内不良
等の問題を起こす。上記構成のように熱遮蔽板の下部厚
さを従来の熱遮蔽板の厚さの２〜６倍程度に厚くする
と、輻射熱の断熱性が一段と向上して引き上げ中の単結
晶が急冷され、固液界面近傍の結晶温度勾配が大きくり
単結晶の形状が安定しやすくなる。これにより、引き上
げ難易度が改善されるとともに、引き上げ速度を結晶の
トップからボトムまで一定にすることができる。
め、本発明に係る単結晶製造装置の第１は、ＣＺ法によ
る単結晶製造装置において、ホットゾーンの上方を環状
に覆うリムと、前記リムの内縁部から垂下して単結晶を
取り囲み、下部の厚さを従来の熱遮蔽板の厚さの２〜６
倍程度とした断熱筒とからなる熱遮蔽板を備え、育成中
の単結晶の外周と融液面との交点と熱遮蔽板の下端とを
結ぶ直線より下側にヒータ上端の位置を設定したことを
特徴とする。本発明による単結晶製造装置の第１は、上
下で厚さが異なる熱遮蔽板を設置するという簡単な構造
により、引き上げ単結晶の温度勾配を制御しようとする
ものである。単結晶の高速引き上げを行う場合に最も重
要な要素は、固液界面近傍における単結晶の軸方向温度
勾配である。軸方向温度勾配と引き上げ速度とは正相関
の関係にあり、軸方向温度勾配を大きくすることにより
引き上げ速度を上げることができる。ただし、軸方向温
度勾配に対して引き上げ速度を上げ過ぎると、単結晶の
変形およびハンチング等が発生し、径細不良や面内不良
等の問題を起こす。上記構成のように熱遮蔽板の下部厚
さを従来の熱遮蔽板の厚さの２〜６倍程度に厚くする
と、輻射熱の断熱性が一段と向上して引き上げ中の単結
晶が急冷され、固液界面近傍の結晶温度勾配が大きくり
単結晶の形状が安定しやすくなる。これにより、引き上
げ難易度が改善されるとともに、引き上げ速度を結晶の
トップからボトムまで一定にすることができる。
【０００８】固液界面近傍における単結晶の軸方向温度
勾配は、融液およびヒータからの輻射熱が大きく影響し
ていることがわかっている。従って、融液およびヒータ
からの輻射熱をできるだけ遮断することにより、前記軸
方向温度勾配を大きくすることができ、引き上げ速度を
上げることができる。本発明ではヒータからの輻射熱を
防ぐことを目的として、図１に示すようにヒータ上端の
位置を、単結晶の外周と融液面との交点と熱遮蔽板の下
端とを結ぶ直線より下側に設定したので、単結晶に対す
るヒータからの輻射熱を最小限に抑えることができる。
勾配は、融液およびヒータからの輻射熱が大きく影響し
ていることがわかっている。従って、融液およびヒータ
からの輻射熱をできるだけ遮断することにより、前記軸
方向温度勾配を大きくすることができ、引き上げ速度を
上げることができる。本発明ではヒータからの輻射熱を
防ぐことを目的として、図１に示すようにヒータ上端の
位置を、単結晶の外周と融液面との交点と熱遮蔽板の下
端とを結ぶ直線より下側に設定したので、単結晶に対す
るヒータからの輻射熱を最小限に抑えることができる。
【０００９】本発明に係る単結晶製造装置の第２は、上
記第１の単結晶製造装置において、熱遮蔽板のリム上面
を覆うとともに、断熱筒の内側にあって育成中の単結晶
を取り囲むアフタクーラを設けたことを特徴とする。上
記のようなアフタクーラを設けることにより、チャンバ
上部空間および引き上げ中の単結晶が効果的に冷却され
る。従って、結晶長の増加による単結晶の軸方向温度勾
配を常に一定に保つことができる。
記第１の単結晶製造装置において、熱遮蔽板のリム上面
を覆うとともに、断熱筒の内側にあって育成中の単結晶
を取り囲むアフタクーラを設けたことを特徴とする。上
記のようなアフタクーラを設けることにより、チャンバ
上部空間および引き上げ中の単結晶が効果的に冷却され
る。従って、結晶長の増加による単結晶の軸方向温度勾
配を常に一定に保つことができる。
【００１０】本発明に係る単結晶製造装置の第３は、上
記第２の単結晶製造装置において、ヒータ長を原料溶解
時のるつぼ上昇量に相当する長さだけ下方に延長すると
ともに発熱中心を前記るつぼ上昇量に相当する長さだけ
下方に移動させたヒータ、またはヒータ長を原料溶解時
のるつぼ上昇量に相当する長さだけ下方に延長し、上下
２段に分割したヒータを設けたことを特徴とする。図
２、図５、図７に示す単結晶製造装置ではアフタクーラ
が固定式になっているので、熱遮蔽板を昇降させること
ができない。従って、原料溶解の初期にるつぼを上昇さ
せてるつぼ底部の原料から先に加熱溶解することが困難
で、従来のヒータでは原料の上部が先に溶解するため、
原料の溶け残りや液はね等が発生しやすく、単結晶化率
を著しく阻害する。本発明では、図２に示すように原料
溶解の初期におけるるつぼの上昇分だけヒータを下方に
延長し、ヒータの発熱中心を前記上昇分だけ下方にずら
すか、または図５、図７に示すようにヒータを下方に延
長した上、上下２段に分割したヒータを設けることによ
り前記問題を解決することができる。
記第２の単結晶製造装置において、ヒータ長を原料溶解
時のるつぼ上昇量に相当する長さだけ下方に延長すると
ともに発熱中心を前記るつぼ上昇量に相当する長さだけ
下方に移動させたヒータ、またはヒータ長を原料溶解時
のるつぼ上昇量に相当する長さだけ下方に延長し、上下
２段に分割したヒータを設けたことを特徴とする。図
２、図５、図７に示す単結晶製造装置ではアフタクーラ
が固定式になっているので、熱遮蔽板を昇降させること
ができない。従って、原料溶解の初期にるつぼを上昇さ
せてるつぼ底部の原料から先に加熱溶解することが困難
で、従来のヒータでは原料の上部が先に溶解するため、
原料の溶け残りや液はね等が発生しやすく、単結晶化率
を著しく阻害する。本発明では、図２に示すように原料
溶解の初期におけるるつぼの上昇分だけヒータを下方に
延長し、ヒータの発熱中心を前記上昇分だけ下方にずら
すか、または図５、図７に示すようにヒータを下方に延
長した上、上下２段に分割したヒータを設けることによ
り前記問題を解決することができる。
【００１１】本発明に係る単結晶の製造装置の第４は、
上記第１の単結晶製造装置において、育成中の単結晶を
取り囲むアフタクーラを昇降自在に設けたことを特徴と
する。アフタクーラを昇降自在に設置すれば、原料溶解
時に熱遮蔽板とともにチャンバの上部に退避させること
ができ、従来通りの長さのヒータを用いて従来通りのる
つぼ位置での原料溶解が可能となる。
上記第１の単結晶製造装置において、育成中の単結晶を
取り囲むアフタクーラを昇降自在に設けたことを特徴と
する。アフタクーラを昇降自在に設置すれば、原料溶解
時に熱遮蔽板とともにチャンバの上部に退避させること
ができ、従来通りの長さのヒータを用いて従来通りのる
つぼ位置での原料溶解が可能となる。
【００１２】本発明に係る単結晶の製造装置の第５は、
上記第３の単結晶製造装置において、育成中の単結晶を
取り囲むアフタヒータを昇降自在に設けたことを特徴と
する。アフタヒータは引き上げ中の単結晶の任意の部位
を被覆し、その部位からの熱放散を阻止することによっ
て単結晶を徐冷する。そして、単結晶における６００〜
７００℃の領域の温度勾配を小さくすることにより、酸
素析出量の制御が可能となる。また、原料溶解時に熱遮
蔽板とともにチャンバの上部に退避させれば、従来通り
の長さのヒータを用いて従来通りのるつぼ位置で原料を
溶解することができる。
上記第３の単結晶製造装置において、育成中の単結晶を
取り囲むアフタヒータを昇降自在に設けたことを特徴と
する。アフタヒータは引き上げ中の単結晶の任意の部位
を被覆し、その部位からの熱放散を阻止することによっ
て単結晶を徐冷する。そして、単結晶における６００〜
７００℃の領域の温度勾配を小さくすることにより、酸
素析出量の制御が可能となる。また、原料溶解時に熱遮
蔽板とともにチャンバの上部に退避させれば、従来通り
の長さのヒータを用いて従来通りのるつぼ位置で原料を
溶解することができる。
【００１３】本発明に係る単結晶の製造方法の第１は、
アフタクーラを備えた単結晶製造装置による単結晶の製
造において、アフタクーラに供給する冷却水量を、少な
くとも単結晶が所定の長さに成長するまでは一定の割合
で徐々に増加させることを特徴とする。結晶長が短い時
は単結晶の軸方向温度勾配が非常に大きいため、引き上
げ速度を速くすることができるが、結晶長が長くなるに
つれて徐々に温度勾配が小さくなるので、引き上げ速度
は単結晶のトップからボトムにかけて徐々に遅くなる。
本発明では単結晶の育成長さに応じてアフタクーラの冷
却水量を制御することにしたので、前記問題点を解消す
ることができる。
アフタクーラを備えた単結晶製造装置による単結晶の製
造において、アフタクーラに供給する冷却水量を、少な
くとも単結晶が所定の長さに成長するまでは一定の割合
で徐々に増加させることを特徴とする。結晶長が短い時
は単結晶の軸方向温度勾配が非常に大きいため、引き上
げ速度を速くすることができるが、結晶長が長くなるに
つれて徐々に温度勾配が小さくなるので、引き上げ速度
は単結晶のトップからボトムにかけて徐々に遅くなる。
本発明では単結晶の育成長さに応じてアフタクーラの冷
却水量を制御することにしたので、前記問題点を解消す
ることができる。
【００１４】本発明に係る単結晶の製造方法の第２は、
上下２段に分割したヒータを備えた単結晶製造装置によ
る単結晶の製造において、原料溶解時には下側ヒータの
出力に対して上側ヒータの出力を２０〜５０％に制御
し、単結晶育成時には下側ヒータの出力を上側ヒータの
出力の２０〜５０％の範囲内で一定に保ちつつ上側ヒー
タの出力で結晶育成の制御を行うことを特徴とする。図
５、図７に示す２分割ヒータを用いる場合、原料溶解時
には主として下側ヒータの出力によりるつぼ底部の原料
から先に溶解することができる。また、原料溶解後は上
下ヒータの出力割合を原料溶解時と逆にすることによ
り、単結晶育成時の融液温度を正常に制御することがで
きる。
上下２段に分割したヒータを備えた単結晶製造装置によ
る単結晶の製造において、原料溶解時には下側ヒータの
出力に対して上側ヒータの出力を２０〜５０％に制御
し、単結晶育成時には下側ヒータの出力を上側ヒータの
出力の２０〜５０％の範囲内で一定に保ちつつ上側ヒー
タの出力で結晶育成の制御を行うことを特徴とする。図
５、図７に示す２分割ヒータを用いる場合、原料溶解時
には主として下側ヒータの出力によりるつぼ底部の原料
から先に溶解することができる。また、原料溶解後は上
下ヒータの出力割合を原料溶解時と逆にすることによ
り、単結晶育成時の融液温度を正常に制御することがで
きる。
【００１５】本発明に係る単結晶の製造方法の第３は、
アフタヒータを備えた単結晶製造装置による単結晶の製
造において、育成中の単結晶の６００〜７００℃の温度
領域をアフタヒータの作動により徐冷することを特徴と
する。育成中の単結晶の温度勾配は、アフタクーラの冷
却水流量および設置位置により大きく変化する。アフタ
クーラの下端位置が融液面から遠ざかるにつれて６００
〜７００℃の温度領域における温度勾配が大きくなり、
アフタクーラの下端位置が融液面に近づくと前記温度勾
配が従来のホットゾーンよりも小さくなることもある。
そして、熱遮蔽板とアフタクーラとを併用すると、単結
晶の温度勾配が全体的に大きくなり、図８に示した従来
の単結晶製造装置使用時に比べて６００〜７００℃の温
度領域における温度勾配が０.8〜１.6倍程度に変化す
る。そこで、６００〜７００℃の温度領域における温度
勾配が大きいときにアフタクーラの上方にアフタヒータ
を設けて強制加熱すれば、前記温度領域における温度勾
配が小さくなり、単結晶中の酸素析出量を制御すること
ができる。
アフタヒータを備えた単結晶製造装置による単結晶の製
造において、育成中の単結晶の６００〜７００℃の温度
領域をアフタヒータの作動により徐冷することを特徴と
する。育成中の単結晶の温度勾配は、アフタクーラの冷
却水流量および設置位置により大きく変化する。アフタ
クーラの下端位置が融液面から遠ざかるにつれて６００
〜７００℃の温度領域における温度勾配が大きくなり、
アフタクーラの下端位置が融液面に近づくと前記温度勾
配が従来のホットゾーンよりも小さくなることもある。
そして、熱遮蔽板とアフタクーラとを併用すると、単結
晶の温度勾配が全体的に大きくなり、図８に示した従来
の単結晶製造装置使用時に比べて６００〜７００℃の温
度領域における温度勾配が０.8〜１.6倍程度に変化す
る。そこで、６００〜７００℃の温度領域における温度
勾配が大きいときにアフタクーラの上方にアフタヒータ
を設けて強制加熱すれば、前記温度領域における温度勾
配が小さくなり、単結晶中の酸素析出量を制御すること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
単結晶の製造方法およびその装置の実施例について図面
を参照して説明する。図１は第１実施例の単結晶製造装
置の下部構造を示す模式的縦断面図である。同図におい
て、熱遮蔽板１は、ホットゾーンの上方を環状に覆うリ
ム１ａと、リム１ａの内縁部から垂下する断熱筒１ｂと
によって構成され、チャンバ２の外部上方に設置された
図示しない昇降機構からワイヤ等を用いて融液３の上方
に吊り下げられている。前記熱遮蔽板１は黒鉛材または
耐熱金属を成形してなり、リム１ａの外縁部上面には炭
素繊維からなる断熱材４が設置されている。また、断熱
筒１ｂの外側は円筒面、内側は１つの水平な段付き部を
有する変形テーパ穴で、下端開口部が上端開口部より小
径である。この断熱筒１ｂは、融液３およびヒータ５か
らの輻射熱を遮断するために下端部の厚さが従来の熱遮
蔽板（図８参照）に比べて２〜６倍程度厚くなってい
て、内部の空間に炭素繊維からなる断熱材６が充填され
ている。熱遮蔽板１の下端開口部直径を、不活性ガス流
を乱さない程度に小さくすれば、単結晶７の軸方向温度
勾配を更に大きくすることができる。
単結晶の製造方法およびその装置の実施例について図面
を参照して説明する。図１は第１実施例の単結晶製造装
置の下部構造を示す模式的縦断面図である。同図におい
て、熱遮蔽板１は、ホットゾーンの上方を環状に覆うリ
ム１ａと、リム１ａの内縁部から垂下する断熱筒１ｂと
によって構成され、チャンバ２の外部上方に設置された
図示しない昇降機構からワイヤ等を用いて融液３の上方
に吊り下げられている。前記熱遮蔽板１は黒鉛材または
耐熱金属を成形してなり、リム１ａの外縁部上面には炭
素繊維からなる断熱材４が設置されている。また、断熱
筒１ｂの外側は円筒面、内側は１つの水平な段付き部を
有する変形テーパ穴で、下端開口部が上端開口部より小
径である。この断熱筒１ｂは、融液３およびヒータ５か
らの輻射熱を遮断するために下端部の厚さが従来の熱遮
蔽板（図８参照）に比べて２〜６倍程度厚くなってい
て、内部の空間に炭素繊維からなる断熱材６が充填され
ている。熱遮蔽板１の下端開口部直径を、不活性ガス流
を乱さない程度に小さくすれば、単結晶７の軸方向温度
勾配を更に大きくすることができる。
【００１７】ヒータ５の上端は、育成中の単結晶７の外
周と融液３との交点Ｏ1 と熱遮蔽板１の下端とを結ぶ直
線Ａよりも下側に、望ましくは育成中の単結晶７の中心
線と融液３との交点Ｏ2 と熱遮蔽板１の下端とを結ぶ直
線Ｂよりも下側に位置するように設置されている。
周と融液３との交点Ｏ1 と熱遮蔽板１の下端とを結ぶ直
線Ａよりも下側に、望ましくは育成中の単結晶７の中心
線と融液３との交点Ｏ2 と熱遮蔽板１の下端とを結ぶ直
線Ｂよりも下側に位置するように設置されている。
【００１８】上記第１実施例の単結晶製造装置を用いる
場合の単結晶製造方法について説明する。るつぼ８に装
填した原料を溶解する場合、原料との干渉を避けるため
熱遮蔽板１を上昇させてチャンバ２の上部に退避させ、
るつぼ８の上端をヒータ５の上端よりも２０〜５０ｍｍ
程度上昇させて、るつぼ底部にある原料から溶解する。
原料を溶解したら熱遮蔽板１を下降させ、融液３と熱遮
蔽板１の下面との距離を所定の寸法に保つ。単結晶７へ
の融液３からの輻射熱を低減させるには、熱遮蔽板１の
下面と融液３の表面との間隔を可能な限り小さくするこ
とが望ましいが、単結晶化率に影響すると考えられてい
る不活性ガスの流れを乱さないようにするため、前記間
隔を少なくとも１０ｍｍ以上に保つ必要がある。そし
て、種結晶を融液３に浸漬し、熱衝撃により種結晶に発
生した転位をダッシュ法によりネック部外周面に逃がし
た後、徐々に直径を拡大して肩部を形成し、引き続き直
胴部形成工程に移行する。
場合の単結晶製造方法について説明する。るつぼ８に装
填した原料を溶解する場合、原料との干渉を避けるため
熱遮蔽板１を上昇させてチャンバ２の上部に退避させ、
るつぼ８の上端をヒータ５の上端よりも２０〜５０ｍｍ
程度上昇させて、るつぼ底部にある原料から溶解する。
原料を溶解したら熱遮蔽板１を下降させ、融液３と熱遮
蔽板１の下面との距離を所定の寸法に保つ。単結晶７へ
の融液３からの輻射熱を低減させるには、熱遮蔽板１の
下面と融液３の表面との間隔を可能な限り小さくするこ
とが望ましいが、単結晶化率に影響すると考えられてい
る不活性ガスの流れを乱さないようにするため、前記間
隔を少なくとも１０ｍｍ以上に保つ必要がある。そし
て、種結晶を融液３に浸漬し、熱衝撃により種結晶に発
生した転位をダッシュ法によりネック部外周面に逃がし
た後、徐々に直径を拡大して肩部を形成し、引き続き直
胴部形成工程に移行する。
【００１９】図２は第２実施例の単結晶製造装置の下部
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
は第１実施例の単結晶製造装置にアフタクーラを追加し
たもので、アフタクーラ１１は熱遮蔽板１の上面および
内面のほぼ上半分を覆うように設置されている。アフタ
クーラ１１は耐熱金属製容器内に冷却水配管１２を収容
したもので、単結晶７を取り巻く円筒状の内壁面には吸
熱シート１３が貼着されている。吸熱シート１３は不可
欠のものではないが、冷却効率を上げることができる。
また、アフタクーラ１１はチャンバ２内に固定されてい
るため、熱遮蔽板１も上昇できない。従って、原料溶解
時には原料と熱遮蔽板１との干渉を避けるため、るつぼ
８を下降させる必要があり、原料溶解は従来よりも低い
位置で行わなければならない。そこで、本実施例の単結
晶製造装置では、原料溶解を円滑に行うことができるよ
うにヒータ５の軸方向長さを従来よりも３０〜１００ｍ
ｍ程度長くし、発熱中心もその分だけ下方に移動させて
いる。
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
は第１実施例の単結晶製造装置にアフタクーラを追加し
たもので、アフタクーラ１１は熱遮蔽板１の上面および
内面のほぼ上半分を覆うように設置されている。アフタ
クーラ１１は耐熱金属製容器内に冷却水配管１２を収容
したもので、単結晶７を取り巻く円筒状の内壁面には吸
熱シート１３が貼着されている。吸熱シート１３は不可
欠のものではないが、冷却効率を上げることができる。
また、アフタクーラ１１はチャンバ２内に固定されてい
るため、熱遮蔽板１も上昇できない。従って、原料溶解
時には原料と熱遮蔽板１との干渉を避けるため、るつぼ
８を下降させる必要があり、原料溶解は従来よりも低い
位置で行わなければならない。そこで、本実施例の単結
晶製造装置では、原料溶解を円滑に行うことができるよ
うにヒータ５の軸方向長さを従来よりも３０〜１００ｍ
ｍ程度長くし、発熱中心もその分だけ下方に移動させて
いる。
【００２０】アフタクーラ１１は、単結晶７が通過する
チャンバ中心部を除く周辺部分を覆っているので、単結
晶７のみならずホットゾーン上部もかなり冷却される。
そのため、融液３から発生するＳｉＯ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ
等が熱遮蔽板１のリム１ａの下面に付着しやすくなる。
これらが融液３に落下して単結晶７に付着すると単結晶
の育成を阻害するので、アフタクーラ１１の直下にある
リム１ａの上面には全面にわたって炭素繊維からなる断
熱材４が設置され、リム１ａ下面の冷却を防止してい
る。
チャンバ中心部を除く周辺部分を覆っているので、単結
晶７のみならずホットゾーン上部もかなり冷却される。
そのため、融液３から発生するＳｉＯ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ
等が熱遮蔽板１のリム１ａの下面に付着しやすくなる。
これらが融液３に落下して単結晶７に付着すると単結晶
の育成を阻害するので、アフタクーラ１１の直下にある
リム１ａの上面には全面にわたって炭素繊維からなる断
熱材４が設置され、リム１ａ下面の冷却を防止してい
る。
【００２１】図３は、上記アフタクーラ１１に使用する
冷却水配管１２の説明図で、（ａ）は第１実施例、
（ｂ）は第２実施例、（ｃ）は第３実施例を示す。ま
た、（ｄ）は比較のために示した従来から一般的に用い
られている冷却水配管の説明図である。なお、アフタク
ーラ１１の冷却水配管は、各図に示した配管の上部に水
平面内で螺旋状に巻かれた配管を接続したものである
が、この部分の記載は省略した。
冷却水配管１２の説明図で、（ａ）は第１実施例、
（ｂ）は第２実施例、（ｃ）は第３実施例を示す。ま
た、（ｄ）は比較のために示した従来から一般的に用い
られている冷却水配管の説明図である。なお、アフタク
ーラ１１の冷却水配管は、各図に示した配管の上部に水
平面内で螺旋状に巻かれた配管を接続したものである
が、この部分の記載は省略した。
【００２２】図３（ｄ）に示した従来タイプの冷却水配
管１４は、螺旋状に巻いた管の入側から冷却水が供給さ
れ、矢印の方向に流れた冷却水は配管下部から螺旋状に
上昇して出側から排出される。このような構造の冷却水
配管ではホットゾーンにおける半径方向の温度勾配が水
平面内で異なってしまうため、単結晶育成中に異常成長
を引き起こすという問題があった。これに対し、図３
（ａ）に示した冷却水配管１２は２つ折りにした管を螺
旋状に巻いたもので、冷却水は同図に矢印で示した方向
に流れる。図３（ｂ）はジャケットタイプのアフタクー
ラの断面を示し、冷却水は仕切り板１５の間を図３
（ａ）の場合と同様に流れる。すなわち、入側から流入
した冷却水は図中の○印の箇所を順次流れて底部に達
し、次に×印の箇所を順次上昇して出側から排出され
る。また、図３（ｃ）に示した冷却水配管１２は２本の
管１２ａ、１２ｂを螺旋状に巻いたもので、冷却水の入
側、出側は各２箇所に設けられている。管１２ａに供給
された冷却水は実線の矢印で示した方向に流れ、管１２
ｂに供給された冷却水は点線の矢印で示した方向に流れ
る。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成とすれば、
冷却水はアフタクーラの中心に対して軸対称に流れるた
め、ホットゾーンにおける単結晶の半径方向の温度勾配
を面内で安定させることができ、単結晶育成中の異常成
長を抑制することができる。なお、図３（ｃ）に示した
冷却水配管の代わりに３本の管を螺旋状に巻き、冷却水
の入側、出側をそれぞれ１２０°ピッチで３箇所に設け
てもよい。
管１４は、螺旋状に巻いた管の入側から冷却水が供給さ
れ、矢印の方向に流れた冷却水は配管下部から螺旋状に
上昇して出側から排出される。このような構造の冷却水
配管ではホットゾーンにおける半径方向の温度勾配が水
平面内で異なってしまうため、単結晶育成中に異常成長
を引き起こすという問題があった。これに対し、図３
（ａ）に示した冷却水配管１２は２つ折りにした管を螺
旋状に巻いたもので、冷却水は同図に矢印で示した方向
に流れる。図３（ｂ）はジャケットタイプのアフタクー
ラの断面を示し、冷却水は仕切り板１５の間を図３
（ａ）の場合と同様に流れる。すなわち、入側から流入
した冷却水は図中の○印の箇所を順次流れて底部に達
し、次に×印の箇所を順次上昇して出側から排出され
る。また、図３（ｃ）に示した冷却水配管１２は２本の
管１２ａ、１２ｂを螺旋状に巻いたもので、冷却水の入
側、出側は各２箇所に設けられている。管１２ａに供給
された冷却水は実線の矢印で示した方向に流れ、管１２
ｂに供給された冷却水は点線の矢印で示した方向に流れ
る。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成とすれば、
冷却水はアフタクーラの中心に対して軸対称に流れるた
め、ホットゾーンにおける単結晶の半径方向の温度勾配
を面内で安定させることができ、単結晶育成中の異常成
長を抑制することができる。なお、図３（ｃ）に示した
冷却水配管の代わりに３本の管を螺旋状に巻き、冷却水
の入側、出側をそれぞれ１２０°ピッチで３箇所に設け
てもよい。
【００２３】上記第２実施例の単結晶製造装置を用いる
場合、アフタクーラの流量は次のように制御する。冷却
水配管１２に供給する冷却水量は肩部形成終了まで一定
とし、直胴部形成工程に移行したら図４に実線で示すよ
うに徐々に増加させ、結晶長が所定値に到達したら流量
の増加を停止する。単結晶温度の測定結果によれば、結
晶長がある程度長くなると、その後の温度勾配はほとん
ど変化しないため、本実施例では結晶長が３００〜４０
０ｍｍに達するまでの間は冷却水量を漸増させ、その後
は一定に維持した（図中のＡ）。あるいは、図４に点線
で示すように流量増加を継続してもよい（図中のＢ）。
なお、従来方法では図４に鎖線で示したように、冷却水
量が常に一定である。
場合、アフタクーラの流量は次のように制御する。冷却
水配管１２に供給する冷却水量は肩部形成終了まで一定
とし、直胴部形成工程に移行したら図４に実線で示すよ
うに徐々に増加させ、結晶長が所定値に到達したら流量
の増加を停止する。単結晶温度の測定結果によれば、結
晶長がある程度長くなると、その後の温度勾配はほとん
ど変化しないため、本実施例では結晶長が３００〜４０
０ｍｍに達するまでの間は冷却水量を漸増させ、その後
は一定に維持した（図中のＡ）。あるいは、図４に点線
で示すように流量増加を継続してもよい（図中のＢ）。
なお、従来方法では図４に鎖線で示したように、冷却水
量が常に一定である。
【００２４】図５は第３実施例の単結晶製造装置の下部
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
は、図１に示した熱遮蔽板と同一の熱遮蔽板１を備え、
その上方にアフタクーラ２１が設置されている。アフタ
クーラ２１の、単結晶７を取り巻く部分は、固液界面に
発生するメニスカスリングを光学式直径制御装置で確認
しやすくするため、上端開口部を下端開口部より大きく
した逆円錐状になっており、この逆円錐状の筒に熱遮蔽
板１の上面すなわちリム１ａを覆う環状部分が接続して
いる。また、逆円錐状の筒の内面には吸熱シート２２が
貼着されている。アフタクーラ２１の内部構造は図３
（ａ）〜（ｃ）のいずれでもよい。前記リム１ａの上面
には、図２に示した第２実施例の単結晶製造装置と同様
に炭素繊維からなる断熱材４が設置されている。ヒータ
は上下２段に分割され、上側ヒータ２３、下側ヒータ２
４を備えている。
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
は、図１に示した熱遮蔽板と同一の熱遮蔽板１を備え、
その上方にアフタクーラ２１が設置されている。アフタ
クーラ２１の、単結晶７を取り巻く部分は、固液界面に
発生するメニスカスリングを光学式直径制御装置で確認
しやすくするため、上端開口部を下端開口部より大きく
した逆円錐状になっており、この逆円錐状の筒に熱遮蔽
板１の上面すなわちリム１ａを覆う環状部分が接続して
いる。また、逆円錐状の筒の内面には吸熱シート２２が
貼着されている。アフタクーラ２１の内部構造は図３
（ａ）〜（ｃ）のいずれでもよい。前記リム１ａの上面
には、図２に示した第２実施例の単結晶製造装置と同様
に炭素繊維からなる断熱材４が設置されている。ヒータ
は上下２段に分割され、上側ヒータ２３、下側ヒータ２
４を備えている。
【００２５】図５に示した第３実施例の単結晶製造装置
の場合も、アフタクーラ２１はチャンバ２内に固定され
ていて昇降できないため、原料溶解時にはるつぼ８を下
降させて原料と熱遮蔽板１との干渉を避ける必要があ
る。本実施例の単結晶製造装置では、原料溶解を主とし
て下側ヒータ２４で行い、上側ヒータ２３の出力を下側
ヒータ２４出力の２０〜５０％に制御し、下降させたる
つぼ８に装填されている原料がるつぼ底部から順次、確
実に溶解されるようにする。原料の溶解後、融液３の表
面温度を一定に保ちながら融液３の表面が所定の位置に
到達するようにるつぼ８の位置を調整し、上側ヒータ２
３の出力に対して下側ヒータ２４の出力を２０〜５０％
に制御する。また、単結晶引き上げ時には、下側ヒータ
２４の出力を一定に保ちながら上側ヒータ２３の出力で
結晶育成の制御を行う。
の場合も、アフタクーラ２１はチャンバ２内に固定され
ていて昇降できないため、原料溶解時にはるつぼ８を下
降させて原料と熱遮蔽板１との干渉を避ける必要があ
る。本実施例の単結晶製造装置では、原料溶解を主とし
て下側ヒータ２４で行い、上側ヒータ２３の出力を下側
ヒータ２４出力の２０〜５０％に制御し、下降させたる
つぼ８に装填されている原料がるつぼ底部から順次、確
実に溶解されるようにする。原料の溶解後、融液３の表
面温度を一定に保ちながら融液３の表面が所定の位置に
到達するようにるつぼ８の位置を調整し、上側ヒータ２
３の出力に対して下側ヒータ２４の出力を２０〜５０％
に制御する。また、単結晶引き上げ時には、下側ヒータ
２４の出力を一定に保ちながら上側ヒータ２３の出力で
結晶育成の制御を行う。
【００２６】図６は第４実施例の単結晶製造装置の下部
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
では、図１に示した第１実施例の単結晶製造装置に使用
されている熱遮蔽板１の断熱筒１ｂの内側に、アフタク
ーラ３１が昇降自在に取り付けられている。前記アフタ
クーラ３１は、単結晶７を取り巻く円筒部に螺旋状の冷
却水配管１２を内蔵し、チャンバ２の外部に設けられた
昇降機構３２により単結晶７の中心線に沿って昇降する
ことができる。また、熱遮蔽板１のリム１ａ上面には炭
素繊維からなる断熱材４が設置されている。なお、この
単結晶製造装置の場合はアフタクーラ３１とともに熱遮
蔽板１も昇降可能としているので、原料溶解時にはアフ
タクーラ３１と熱遮蔽板１とを上方に退避させ、更に、
るつぼ底部の原料が先に溶解するようにるつぼ８を上昇
させることができる。従って、ヒータ５の軸方向長さは
従来通りでよい。
構造を示す模式的縦断面図である。この単結晶製造装置
では、図１に示した第１実施例の単結晶製造装置に使用
されている熱遮蔽板１の断熱筒１ｂの内側に、アフタク
ーラ３１が昇降自在に取り付けられている。前記アフタ
クーラ３１は、単結晶７を取り巻く円筒部に螺旋状の冷
却水配管１２を内蔵し、チャンバ２の外部に設けられた
昇降機構３２により単結晶７の中心線に沿って昇降する
ことができる。また、熱遮蔽板１のリム１ａ上面には炭
素繊維からなる断熱材４が設置されている。なお、この
単結晶製造装置の場合はアフタクーラ３１とともに熱遮
蔽板１も昇降可能としているので、原料溶解時にはアフ
タクーラ３１と熱遮蔽板１とを上方に退避させ、更に、
るつぼ底部の原料が先に溶解するようにるつぼ８を上昇
させることができる。従って、ヒータ５の軸方向長さは
従来通りでよい。
【００２７】単結晶の軸方向温度勾配は、アフタクーラ
に供給する冷却水流量に比例して大きくなるが、アフタ
クーラの下端を融液面に近づけることによっても大きく
なる傾向にある。第４実施例の単結晶製造装置を用いる
場合は、アフタクーラ３１の冷却水流量制御とともに融
液面からの位置を制御して、軸方向温度勾配が所望の値
になるようにする。
に供給する冷却水流量に比例して大きくなるが、アフタ
クーラの下端を融液面に近づけることによっても大きく
なる傾向にある。第４実施例の単結晶製造装置を用いる
場合は、アフタクーラ３１の冷却水流量制御とともに融
液面からの位置を制御して、軸方向温度勾配が所望の値
になるようにする。
【００２８】図７は第５実施例の単結晶製造装置の下部
構造を示す模式的縦断面図で、この単結晶製造装置は図
５に示した第３実施例の単結晶製造装置にアフタヒータ
を追加したものである。アフタヒータ４１の発熱部は円
筒状で、チャンバ２の外部に設けられた昇降機構４２に
より単結晶７の中心線に沿って昇降することができる。
またこの単結晶製造装置は、アフタヒータ４１の出力を
結晶長に応じて順次変化させる制御機能を備えている。
構造を示す模式的縦断面図で、この単結晶製造装置は図
５に示した第３実施例の単結晶製造装置にアフタヒータ
を追加したものである。アフタヒータ４１の発熱部は円
筒状で、チャンバ２の外部に設けられた昇降機構４２に
より単結晶７の中心線に沿って昇降することができる。
またこの単結晶製造装置は、アフタヒータ４１の出力を
結晶長に応じて順次変化させる制御機能を備えている。
【００２９】原料溶解時にはアフタヒータ４１をチャン
バ２内上部に退避させておき、溶解完了後、アフタヒー
タ４１に所定の電力を供給しつつ下降させる。単結晶７
の引き上げ開始時にはアフタヒータ４１を融液３に最も
近づけ、結晶長が長くなるにつれて徐々に上昇させ、結
晶長が３００〜４００ｍｍに達した後はその位置で停止
させる。基本的には、単結晶７の中心温度が６００〜７
００℃になる位置よりも１００〜３００℃低温側にアフ
タヒータを設置することにより、実質的に６００〜７０
０℃領域の温度勾配を小さくすることができる。
バ２内上部に退避させておき、溶解完了後、アフタヒー
タ４１に所定の電力を供給しつつ下降させる。単結晶７
の引き上げ開始時にはアフタヒータ４１を融液３に最も
近づけ、結晶長が長くなるにつれて徐々に上昇させ、結
晶長が３００〜４００ｍｍに達した後はその位置で停止
させる。基本的には、単結晶７の中心温度が６００〜７
００℃になる位置よりも１００〜３００℃低温側にアフ
タヒータを設置することにより、実質的に６００〜７０
０℃領域の温度勾配を小さくすることができる。
【００３０】以上説明した各製造装置および製造方法を
適用した場合の単結晶引き上げ速度について調査したと
ころ、表１に示す結果が得られた。この表は、図８に示
した従来の単結晶製造装置を用いた場合の引き上げ速度
を１としている。
適用した場合の単結晶引き上げ速度について調査したと
ころ、表１に示す結果が得られた。この表は、図８に示
した従来の単結晶製造装置を用いた場合の引き上げ速度
を１としている。
【００３１】
【表１】
【００３２】図１に示した第１実施例の単結晶製造装置
は本発明による熱遮蔽板のみで単結晶を冷却するため、
引き上げ速度は従来に比べて１.1〜１.4倍の増加である
が、熱遮蔽板とアフタクーラとを併用する第２〜第５実
施例（図２および図５〜図７参照）では１.1〜２.5倍に
増加した。
は本発明による熱遮蔽板のみで単結晶を冷却するため、
引き上げ速度は従来に比べて１.1〜１.4倍の増加である
が、熱遮蔽板とアフタクーラとを併用する第２〜第５実
施例（図２および図５〜図７参照）では１.1〜２.5倍に
増加した。
【００３３】図２または図５、図７に示した単結晶製造
装置において、熱遮蔽板１の上面および内面のほぼ上半
分を覆う固定式のアフタクーラ１１または２１に代え
て、熱遮蔽板１の上面を覆う環状のアフタクーラと、単
結晶７を取り囲み伝熱性の高い材料からなる円筒状また
は円錐状の伝熱筒とを組み合わせたものを用いてもよ
い。
装置において、熱遮蔽板１の上面および内面のほぼ上半
分を覆う固定式のアフタクーラ１１または２１に代え
て、熱遮蔽板１の上面を覆う環状のアフタクーラと、単
結晶７を取り囲み伝熱性の高い材料からなる円筒状また
は円錐状の伝熱筒とを組み合わせたものを用いてもよ
い。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
液界面近傍における輻射熱の断熱性を特に高めた熱遮蔽
板を用い、あるいは前記熱遮蔽板とアフタクーラ、アフ
タヒータとを組み合わせて用いることにしたので、固液
界面近傍における単結晶の温度勾配が大きくなり、従来
よりも高速で単結晶を引き上げることができる。また、
引き上げ速度を単結晶のトップからボトムまで一定に保
つことにより単結晶の各位置における熱履歴が同一にな
り、軸方向における品質が均一な単結晶が得られる。
液界面近傍における輻射熱の断熱性を特に高めた熱遮蔽
板を用い、あるいは前記熱遮蔽板とアフタクーラ、アフ
タヒータとを組み合わせて用いることにしたので、固液
界面近傍における単結晶の温度勾配が大きくなり、従来
よりも高速で単結晶を引き上げることができる。また、
引き上げ速度を単結晶のトップからボトムまで一定に保
つことにより単結晶の各位置における熱履歴が同一にな
り、軸方向における品質が均一な単結晶が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における単結晶製造装置の
下部構造を示す模式的縦断面図である。
下部構造を示す模式的縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施例における単結晶製造装置の
下部構造を示す模式的縦断面図である。
下部構造を示す模式的縦断面図である。
【図３】アフタクーラに使用する冷却水配管の説明図
で、（ａ）は第１実施例、（ｂ）は第２実施例、（ｃ）
は第３実施例、（ｄ）は従来例を示す。
で、（ａ）は第１実施例、（ｂ）は第２実施例、（ｃ）
は第３実施例、（ｄ）は従来例を示す。
【図４】アフタクーラにおける冷却水流量と結晶長さと
の関係の一例を示す図である。
の関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例における単結晶製造装置の
下部構造を示す模式的縦断面図である。
下部構造を示す模式的縦断面図である。
【図６】本発明の第４実施例における単結晶製造装置の
下部構造を示す模式的縦断面図である。
下部構造を示す模式的縦断面図である。
【図７】本発明の第５実施例における単結晶製造装置の
下部構造を示す模式的縦断面図である。
下部構造を示す模式的縦断面図である。
【図８】従来技術による単結晶製造装置の下部構造の一
例を示す模式的縦断面図である。
例を示す模式的縦断面図である。
１，１０ 熱遮蔽板 １ａ 環状リム １ｂ 断熱筒 ３ 融液 ４，６ 断熱材 ５ ヒータ ７ 単結晶 ８ るつぼ １１，２１，３１ アフタクーラ １２，１４ 冷却水配管 ２３ 上側ヒータ ２４ 下側ヒータ ４１ アフタヒータ
Claims (8)
- 【請求項１】 ＣＺ法による単結晶製造装置において、
ホットゾーンの上方を環状に覆うリムと、前記リムの内
縁部から垂下して単結晶を取り囲み、下部の厚さを従来
の熱遮蔽板の厚さの２〜６倍程度とした断熱筒とからな
る熱遮蔽板を備え、育成中の単結晶の外周と融液面との
交点と熱遮蔽板の下端とを結ぶ直線より下側にヒータ上
端の位置を設定したことを特徴とする単結晶製造装置。 - 【請求項２】 熱遮蔽板のリム上面を覆うとともに、断
熱筒の内側にあって育成中の単結晶を取り囲むアフタク
ーラを設けたことを特徴とする請求項１記載の単結晶製
造装置。 - 【請求項３】 ヒータ長を原料溶解時のるつぼ上昇量に
相当する長さだけ下方に延長するとともに発熱中心を前
記るつぼ上昇量に相当する長さだけ下方に移動させたヒ
ータ、またはヒータ長を原料溶解時のるつぼ上昇量に相
当する長さだけ下方に延長し、上下２段に分割したヒー
タを設けたことを特徴とする請求項２記載の単結晶製造
装置。 - 【請求項４】 育成中の単結晶を取り囲むアフタクーラ
を昇降自在に設けたことを特徴とする請求項１記載の単
結晶製造装置。 - 【請求項５】 育成中の単結晶を取り囲むアフタヒータ
を昇降自在に設けたことを特徴とする請求項３記載の単
結晶製造装置。 - 【請求項６】 アフタクーラを備えた単結晶製造装置に
よる単結晶の製造において、アフタクーラに供給する冷
却水量を、少なくとも単結晶が所定の長さに成長するま
では一定の割合で徐々に増加させることを特徴とする単
結晶の製造方法。 - 【請求項７】 上下２段に分割したヒータを備えた単結
晶製造装置による単結晶の製造において、原料溶解時に
は下側ヒータの出力に対して上側ヒータの出力を２０〜
５０％に制御し、単結晶育成時には下側ヒータの出力を
上側ヒータの出力の２０〜５０％の範囲内で一定に保ち
つつ上側ヒータの出力で結晶育成の制御を行うことを特
徴とする単結晶の製造方法。 - 【請求項８】 請求項５記載の単結晶製造装置を用いる
単結晶の製造において、育成中の単結晶の６００〜７０
０℃の温度領域をアフタヒータの作動により徐冷するこ
とを特徴とする単結晶の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27509797A JP3992800B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 |
| TW087113101A TW482831B (en) | 1997-09-22 | 1998-08-10 | Single crystal production apparatus and production of single crystal |
| US09/145,083 US6036776A (en) | 1997-09-22 | 1998-09-01 | Method and device for manufacturing single crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27509797A JP3992800B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1192272A true JPH1192272A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3992800B2 JP3992800B2 (ja) | 2007-10-17 |
Family
ID=17550740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27509797A Expired - Lifetime JP3992800B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6036776A (ja) |
| JP (1) | JP3992800B2 (ja) |
| TW (1) | TW482831B (ja) |
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