JPS63315588A - 単結晶製造方法及びその装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は引上げ法による単結晶製造方法及びその装置
に関するものである。

（従来の技術） 例えば半導体材料として多用されているシリコン単結晶
の多くは引上げ法によって製造されており、この引上げ
法は、高純度多結晶シリコンを加熱溶融する工程と、そ
の溶融液面から種結晶を引上げていくことによりこの種
結晶の下側に単結晶を成長させる工程とから成っている
。したがってその製造装置は、例えば特公昭６０−４１
０３８号公報にも記載されているように、大きくは溶融
チャンバと、上部側に引上げ機構を存すると共に、その
下側に、引上げられてくる成長結晶を収納するための空
間を有する成長結晶収納チャンバとから構成されている
。

（発明が解決しようとする問題点） ところで近年は、半導体ウェハの直径が５インチを超え
る大口径の材料が要望されており、このため上記のよう
な製造装置も大形化し、ｌサイクル当りの処理量も増大
する傾向にある。そして装置の大形化によって結晶成長
工程で要する時間が長くなると共に、その前後工程、例
えば溶融チャンバ内を低圧アルゴン雰囲気に置換するた
めの時間や、加熱溶融に必要な時間、また結晶成長後、
溶融チャンバ内をクリーニングするための時間等も長時
間必要とするようになっている。このような前後工程の
間は、上記成長結晶収納チャンバは非稼働状態となる。

この成長結晶収納チャンバは、装置の大形化と共に、特
に上記引上げ機構に、より精密な引上速度制御、回転制
御機能が必要とされること等によって、より高価なもの
となっているにもかかわらず、上記のように、その稼働
率は逆に低下していくために、１サイクル当りの処理量
が増加したとしても、単位体積当たりの生産コストをそ
れ程低下させることができず、大形化によるコストメリ
ットが充分には得られないという問題を生じている。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その第１
の目的は、より生産効率の高い単結晶製造方法を提供す
ることにあり、また第２の目的は、上記方法を実施する
のに好適な単結晶製造装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの第１発明の単結晶製造方法は、溶融チャンバ
内に原材料を充填後、ゲートバルブを閉じて内部を所定
雰囲気に置換し、次いで原材料を加熱溶融する準備工程
と、移動可能な成長結晶収納チャンバを上記溶融チャン
バにゲートバルブを介して連結すると共に上記ゲートバ
ルブを開いて相互に連通させる連通工程と、成長結晶収
納チャンバの上部側の結晶引上機構によって溶融チャン
バ内の溶融液から種結晶を引上げていくことにより単結
晶を成長させ、次いで成長結晶収納チャンバ内で冷却す
る成長工程と、成長結晶収納チャンバを溶融チャンバよ
り分離して移動し、内部より成長結晶を取出す取出工程
とから成り、一方の溶融チャンバで上記成長工程を実行
中に他方の溶融チャンバで上記準備工程を実施し、次い
で上記一方の溶融チャンバにおける成長工程と取出工程
とを終了後に、成長結晶収納チャンバを他方の溶融チャ
ンバに移動して上記連通工程・成長工程・取出工程を順
次行う。

またこの第２発明の単結晶製造装置は、溶融液から種結
晶を引上げていくことにより単結晶を成長させる単結晶
製造装置であって、上部側に結晶引上機構を有すると共
に下端部に成長結晶挿通開口を有する成長結晶収納チャ
ンバを、この成長結晶収納チャンバの支持体に水平方向
移動可能に設ける一方、その移動軌跡上に、原材料を溶
融するための溶融チャンバを複数台配置し、さらに各溶
融チャンバの上部側には、開弁状態のときに成長結晶が
挿通し得る開口を形成すると共に閉弁状態のときに内部
気密を維持するゲートバルブをそれぞれ取着し、上記各
溶融チャンバの位置に移動させた上記成長結晶収納チャ
ンバを上記ゲートバルブを介して各溶融チャンバに連通
させるべく構成している。

（作用） 上記第１発明においては、一方の溶融チャンバに成長結
晶収納チャンバを連結して成長工程を実施し、取出工程
を終了すると、この間に他方の溶融チャンバにおけるｆ
＄備工程が並行してなされているので、上記成長結晶収
納チャンバを引き続き上記他方の溶融チャンバへと移動
して連通工程・成長工程へと移行させるごとができる。

つまり上記成長結晶収納チャンバは常時稼働状態となり
、装置全体の稼働率を大幅に向上させることが可能であ
るので、生産効率の向上を図ることができる。

また上記第２発明においては、成長結晶収納チャンバの
移動軌跡上に複数の溶融チャンバを配置すると共に、各
溶融チャンバには、上記結晶収納チャンバとの分離状態
のときには内部気密を保持し、また上記結晶収納チャン
バとの連結・内部連通状態への切換えを容易になし得る
ゲートバルブをそれぞれ設けているので、各溶融チャン
バ単独での準備工程の実施と、成長結晶収納チャンバの
連結・分離操作を容易に行うことができ、上記した第１
発明の製造方法をより効率よ〈実施することができる。

（実施例） 次にこの発明の具体的な実施例について、図面を参照し
つつ詳細に説明する。

初めに第１発明の単結晶製造方法を好適に実施し得ると
共に、第２発明の一実施例である単結晶製造装置の構成
について、第１図及び第２図に基づいて説明する。

第２図には装置主要部の正面図を示しており、この装置
は、互いに隣接して配置されると共に、それぞれ架台１
．２上に載置された二基の溶融チャンバ３．４を備えて
いる。各溶融チャンバ３．４は、上記架台１．２上にそ
れぞれ固着された底部５．６、これらの底部５．６上に
固着された筒状本体部７．８、そして各本体部７．８の
上部を覆う上蓋９、ＩＯとからそれぞれ構成されている
。

上記各溶融チャンバ３．４内には、上下方向の軸心上に
原材料を充填するためのるつぼ（図示せず）が装着され
るが、このるつぼの回転及び上下動をするための駆動系
１１．１２が上記各底部５．６の下側の架台１．２内に
設けられている。上記各上蓋９、ＩＯは、各架台１．２
に隣接して立設されている上蓋支持ポスト１３．１４に
それぞれ上下動、及び回動自在に軸着されている。また
上記各上蓋９．１０の上端部軸心位置にはゲートバルブ
１５．１６がそれぞれ取着されており、上蓋９．１０を
本体部７．８上に密着させると共に、上記ゲートバルブ
１５．１６を閉弁状態とすることによって、溶融チャン
バ３．４の気密が得られるようになされている。なお図
中、１７は操作盤を示しており、また上記各溶融チャン
バ３．４には前記駆動系１１．１２の他に、別置きとな
された真空ポンプや、アルゴンガス等の不活性ガス供給
装置、また加熱電源等にそれぞれ接続された排気配管、
ガス供給配管、加熱電源ライン等が接続されている。

さらに上記装置においては、上記各溶融チャンバ３．４
の軸心から等距離の位置に、成長結晶収納チャンバ２０
を支持するための円柱状の支持体２１が立設されており
、この支持体２１に軸着されたスライダ２２から水平方
向に延びたアーム２３の先端に上記成長結晶収納チャン
バ２０が固着されている。この成長結晶収納チャンバ２
０は上下方向に延びる円筒部材から構成されているもの
であって、その上部には、内部の種結晶把持部（図示せ
ず）を回転及び上下駆動するための結晶引上機構２４が
設けられると共に、下端には成長結晶挿通開口が形成さ
れている。

上記スライダ２２は、支持体２１に沿う上下動と共に、
回転操作をなし得るようになされており、したがってこ
の回転操作によって上記成長結晶収納チャンバ２０は上
記支持体２１を中心に水平方向に回動させることが可能
である。そして、第１図の平面図に示すように、上記成
長結晶収納チャンバ２０の回動軌跡上に、前記した各溶
融チャンバ３．４の軸心が一致するように全体の配置が
定められている。そして上記成長結晶収納チャンバ２０
をいずれかの溶融チャンバ３．４、例えば図において右
側の溶融チャンイマ（以下、第１溶融チヤンバと言う）
３上に移動し、次いで下降してその下端面をゲートバル
ブ１５に密着させた場合には、このゲートバルブ１５に
よって上記成長結晶収納チャンバ２０内部の気密が与え
られると共に、上記ゲートバルブ１５を開弁じた場合に
は、その開口を通して溶融チャンバ３内部と、全体とし
ての気密性を維持した状態で連通ずる。そして上記ゲー
トバルブ１５の開口を通して上記成長結晶収納チャンバ
２０内から種結晶を溶融チャンバ３のるつぼ内へと下降
させ、また溶融液から成長していく単結晶が、上記開口
を通して溶融チャンバ３から成長結晶収納チャンバ２０
内へと上昇し得るようになされている。なお第１図中、
矢印Ａは各溶融チャンバ３．４の軸心間における成長結
晶収納チャンバの回動角、Ｂは第１溶融チヤンバ３での
成長結晶を成長結晶収納チャンバ２０から取出す際の取
出し位置までの回動角、Ｃは、図において左側の溶融チ
ャンバ（以下、第２溶融チヤンバと言う）４側での取出
し位置までの回動角、またり、Ｅはそれぞれ前記した各
上蓋９．１０の上蓋支持ポスト１３．１４を中心とする
回動角をそれぞれ示している。

次に上記構成の装置を用いた単結晶製造方法について説
明する。

初めに第３図の単結晶製造工程図を参照し、第１溶融チ
ャンバ３例のみに着目して、この第１溶融チヤンバ３側
でなされていく処理工程を順次説明する。

まず準備工程においては、前回の処理サイクルに引続い
てこの工程を行う場合には、チャンバ内の冷却を待って
、上蓋９を本体部７から上方に持上げて分離し、これを
回動させることにより上記本体部７上方を開口する。そ
してるつぼ回りを分解し、クリーニングを行った後、汚
染をなくしたるつぼを新たに組立てる。次いでシリコン
や所定の添加物材料を上記るつぼ内に投入した後、上記
上蓋９を操作して密閉状態とする。その後、真空ポンプ
を作動させて真空排気を行い、所定の真空度が得られた
後に、必要ならば所定流量のアルゴンガスを供給して低
圧アルゴン雰囲気を形成し、この状態を維持しながら加
熱を開始する。原材料が溶解した後には、溶液が均一に
なるまでの安定化時間の経過を待つ。上記のような準備
工程は、例えば第３図中に付記しであるように１１時間
を超える時間を要するものとなっている。

上記準備工程が終了後、所定の種結晶が把持されている
成長結晶収納チャンバ２０を移動して、ゲートバルブ１
５に連結し、この成長結晶収納チャンバ２０の内部雰囲
気を上記第１溶融チヤンバ３と略同−雰囲気になした後
に、上記ゲートバルブ１５を開弁する連通工程を行う、
そして上記種結晶を降下してるつぼ中の溶液に下端部を
浸漬し、次いで所定の引上げ速度で上記種結晶を引上げ
ていき、ネック部、クラウン部、ショルダ部、ボディ一
部、ティル部を順次形成する。上記結晶成長終了後は、
るつぼの加熱を停止すると共に、成長結晶収納チャンバ
２０内へと引上げられた成長結晶の冷却を待つ。上記の
結晶成長工程の所要時間は例えば２８．７時間である。

上記冷却の途中で真空ポンプの停止、及びアルゴンガス
等の不活性ガス供給により大気圧に戻し、ゲートバルブ
１５を閉弁した後、成長結晶収納チャンバ２０を上昇さ
せて上記ゲートバルブ１５から分離し、次いでこの成長
結晶収納チャンバ２０を取出し位置まで回動させて、上
記成長結晶の取出しを行う。その後、上記成長結晶収納
チャンバ２０には新たな種結晶を把持させて、次の処理
サイクルにおける結晶成長工程を待つと共に、第１溶融
チヤンバ３においては、上記準備工程で述べた操作が繰
返されることとなる。上記一連の製造処理サイクルの所
要時間は、例えば４０時間を越えるものであり、その間
の上記準備工程で要する時間の間は、従来装置において
は成長結晶収納チャンバは使用されず非稼働状態となさ
れていた。

しかしながら上記実施例においては、−基の成長結晶収
納チャンバ２．０に対して、二基の溶融チャンバ２．３
を設ける構成となされているために、第３図に示してい
るように、第１溶融チヤンバ３側で結晶成長工程を終了
し、さらに成長結晶を取出した後には、成長結晶収納チ
ャンバ２０は引続いて第２溶融チヤンバ４側へと移動さ
れて、この第２溶融チヤンバ４のゲートバルブ１６に連
結され、第２溶融チヤンバ側の結晶成長工程に使用され
ることとなる。すなわち成長結晶収納チャンハ２０が連
結されていなくとも、ゲートパルプ１６によって気密を
得られる構成であるので、上記第１溶融チヤンバ３側の
結晶成長工程時に、同時に第２溶融チヤンバ４側の準備
工程を行うことができ、また第２溶融チヤンバ４側での
結晶成長工程時に、第１溶融チヤンバ３側での準備工程
を同時に実施することが可能となっている。このため、
成長結晶収納チャンバ２０の稼働率は大幅に向上される
こととなり、結果として従来４０時間を超えるサイクル
タイムを３０時間以下に短縮できている。

以上の説明のように上記実施例においては、引上げ法に
よる単結晶の製造において、移動可能な成長結晶収納チ
ャンバと複数台の？ｄ融チャンバとを設け、各溶融チャ
ンバでの成長工程と準備工程とを同時に行うようにする
ことによって、装置全体の稼働率が向上し、この結果、
高い生産効率での単結晶の成長が可能となる。また上記
実施例での装置のように、成長結晶収納チャンバ２０の
移動軌跡上に、気密状態から上記成長結晶収納チャンバ
２０への連通状態への切換えを容易になし得るゲートパ
ルプフ゛１５．１６をそれぞれ設けた）容融チャンバ３
．４を配置することによって、各溶融チャンバ３．４へ
の成長結晶収納チャンバ２０の連結、分離操作が短時間
でなし得、このような操作に伴う稼働率の低下を必要最
小限に抑えることができるので、上記した高生産効率の
製造方法をより好適に実施することができる。特に、上
記実施例のように成長結晶収納チャンバ２０を回動可能
とし、その回動軌跡上に各溶融チャンバ３．４を配置し
た場合には、その駆動操作機構の構成も容易であると共
に、専有床面積が少なくて済むので、費用の増加を抑え
られ、この結果、さらに生産効率の向上を図ることがで
きる。

なお第４図には、上記結晶成長工程での溶融チャンバ３
又は４の内部状態の模式図を示している。

同図のように、上記実施例の装置においては、溶融チャ
ンバ３又は４の略中央部に配置されたるつぼ２６の上部
位置には、このるつぼ２６と同軸上に水冷式遮熱板２７
を設けている。この遮熱板２７は漏斗形状に構成されて
おり、そして軸心位置下端部には、成長結晶が挿通し得
る開口２８が設けられている。結晶成長時には、上記遮
熱板２７はその上端部開口２８が、るっぽ２６の溶液２
９表面に近接する位置に配置され、したがって溶液２９
表面近傍位置で漸時凝固して形成されていく成長結晶３
０はすぐに上記開口２８より上方へと引上げられ、上記
遮熱板２７によって囲繞される状態となる。このためる
つぼ２６の溶液２９の液面から上記成長結晶３０への輻
射熱は上記遮熱板２７によって遮られることとなるので
、成長結晶の温度低下が促進される。この結果、従来引
上げ速度を例えば１ｍｍ／分に維持して形成していた成
長結晶を、２ｍｍ／分の引上げ速度としても略同−形状
の成長結晶が得られ、また成長結晶内の欠陥数も低減さ
れたものとなり、生産性と共に品質の向上が可能となっ
ている。

なお上記実施例はこの発明を限定するものではなく、こ
の発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば上記
実施例においては、−基の成長結晶収納チャンバに対し
て２基の溶融チャンバを配置して構成した例を示したが
、例えば−基の成長結晶収納チャンバに３基以上の溶融
チャンバを配置する構成、さらには２基以上の成長結晶
収納チャンバとそれ以上の溶融チャンバとを組合わせて
配置する構成とすることもできる。また上記においては
、シリコン単結晶の製造を例とし、また低圧アルゴン雰
囲気での加熱溶融等の処理法を用いた例について説明し
たが、シリコン以外の材料や、また真空状態での加熱装
置等のその他の単結晶製造方法及び装置にこの発明を適
用することができる。

（発明の効果） 上記説明のように、この第１発明においては、移動可能
な成長結晶収納チャンバと複数台の溶融チャンバとを設
けて各溶融チャンバ間で結晶成長工程と準備工程とを並
行して行うことによって装置全体の稼働率を向上させる
ことが可能であり、生産効率が向上する。

また第２発明においては、成長結晶収納チャンバの移動
軌跡上に各溶融チャンバを配置すると共に、各溶融チャ
ンバにゲートバルブを設けることによって、各溶融チャ
ンバ単独での準備工程の実施と、成長結晶収納チャンバ
の連結・分離操作を容易に行うことができるので、上記
方法をより効率よ〈実施することができ、高い生産効率
での単結晶の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における単結晶製造装置の
要部平面図、第２図は上記装置の正面図、第３図は上記
装置を用いた単結晶製造工程図、第４図は結晶成長工程
時における溶融チャンバ内部模式図である。 ３．４・・・？容融チャンバ、１５．１６・・・ゲート
パルプ、２０・・・成長結晶収納チャンバ、２１・・・
支持体、２４・・・結晶引上機構。 特許出願人　　　　日本フェロ−フルイディクス株式会
社 代　理　人　　　西　森　正　博； 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融チャンバ内に原材料を充填後、ゲートバルブを
   閉じて内部を所定雰囲気に置換し、次いで原材料を加熱
   溶融する準備工程と、移動可能な成長結晶収納チャンバ
   を上記溶融チャンバにゲートバルブを介して連結すると
   共に上記ゲートバルブを開いて相互に連通させる連通工
   程と、成長結晶収納チャンバの上部側の結晶引上機構に
   よって溶融チャンバ内の溶融液から種結晶を引上げてい
   くことにより単結晶を成長させ、次いで成長結晶収納チ
   ャンバ内で冷却する成長工程と、成長結晶収納チャンバ
   を溶融チャンバより分離して移動し、内部より成長結晶
   を取出す取出工程とから成り、一方の溶融チャンバで上
   記成長工程を実行中に他方の溶融チャンバで上記準備工
   程を実施し、次いで上記一方の溶融チャンバにおける成
   長工程と取出工程とを終了後に、成長結晶収納チャンバ
   を他方の溶融チャンバに移動して上記連通工程・成長工
   程・取出工程を順次行うことを特徴とする単結晶製造方
   法。 ２、溶融液から種結晶を引上げていくことにより単結晶
   を成長させる単結晶製造装置であって、上部側に結晶引
   上機構を有すると共に下端部に成長結晶挿通開口を有す
   る成長結晶収納チャンバを、この成長結晶収納チャンバ
   の支持体に水平方向移動可能に設ける一方、その移動軌
   跡上に、原材料を溶融するための溶融チャンバを複数台
   配置し、さらに各溶融チャンバの上部側には、開弁状態
   のときに成長結晶が挿通し得る開口を形成すると共に閉
   弁状態のときに内部気密を維持するゲートバルブをそれ
   ぞれ取着し、上記各溶融チャンバの位置に移動させた上
   記成長結晶収納チャンバを上記ゲートバルブを介して各
   溶融チャンバに連通させるべく構成していることを特徴
   とする単結晶製造装置。