KR101937779B1

KR101937779B1 - 단결정 인상 장치의 클리닝 방법 및 이것에 이용하는 클리닝 용구 그리고 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR101937779B1
Application number: KR1020177019779A
Authority: KR
Inventors: 켄지 오키타
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2019-01-11
Also published as: DE112016000581T5; US10000863B2; CN107208306A; CN107208306B; JPWO2016125605A1; DE112016000581B4; TWI591216B; JP6428796B2; WO2016125605A1; KR20170099950A; US20180016701A1; TW201708628A

Abstract

(과제) 챔버 내의 이물을 제거하여 유전위화를 억제하는 것이 가능한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명에 의한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법은, 도가니 내의 원료 융액의 액면을 본뜬 더미 액면과, 상기 원료 융액의 액면으로부터 상방으로 인상 도중의 단결정 잉곳을 본뜬 제1 더미 잉곳을 포함하는 상기 도가니를 본뜬 더미 도가니를 준비하고, 단결정 인상 장치의 감압된 챔버 내에 상기 더미 도가니를 설치한 상태로 불활성 가스를 공급하여, 상기 더미 도가니의 영향을 받은 불활성 가스의 흐름을 발생시켜, 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시킨다.

Description

단결정 인상 장치의 클리닝 방법 및 이것에 이용하는 클리닝 용구 그리고 단결정의 제조 방법{CLEANING METHOD FOR MONOCRYSTAL PULLING DEVICE, CLEANING TOOL USED FOR SAME, AND PRODUCTION METHOD FOR MONOCRYSTAL}

본 발명은, 초크랄스키법(이하, CZ법이라고 함)에 의한 단결정의 제조에 이용하는 단결정 인상 장치의 클리닝 방법에 관한 것으로, 특히, 통상의 해체 청소에서는 완전히 제거되지 않는 챔버 내에 잔류하는 작은 쓰레기, 티끌 등의 이물을 클리닝하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 클리닝 방법에서 이용되는 클리닝 용구, 그리고 상기 클리닝 방법을 채용하는 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조에 있어서, 인상 공정 종료 후의 단결정 인상 장치 내의 각 장소에는, 인상시의 베이퍼, 와이어의 마모분, 카본 부품의 열화에 의한 카본 더스트, 결정 냉각시의 석영 도가니의 균열에 의한 석영의 결편 및 실리콘 잔사의 결편 등, 여러 가지 이물이 부착되어 있다. 이들의 청소를 하지 않고 다음의 인상 공정으로 이동하면, 상기 이물이 이탈하여 육성 중의 단결정에 부착되어, 유전위화(有轉位化)가 일어나기 때문에, 닦아냄, 버큠, 에어 블로우 등에 의한 챔버 및 챔버 내의 부품의 해체 청소가 인상 공정의 종료마다 행해지고 있다.

그러나, 단결정 인상 장치의 구조는 복잡하기 때문에, 단결정 인상 장치의 구석구석까지 완전한 청소를 행하는 것은 어렵다. 그 때문에, 해체 청소만으로는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 없다.

상기 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1에서는, 사람 손에 의한 청소가 어려운 풀 챔버의 내면 및 풀 챔버 내에 수하된 와이어를 청소하기 위한 클리닝 장치가 제안되어 있다. 또한 특허문헌 2에서는, 단결정 인상 장치를 해체 청소하고, 챔버 내에 부품을 세트한 다음으로서 석영 도가니 내에 원료를 넣기 전에, 챔버 내를 진공 흡인하는 방법이 제안되어 있다.

일본공개특허공보 2001-348293호 일본공개특허공보 2013-147406호

그러나, 상기 특허문헌 2에 기재된 클리닝 방법으로도, 챔버의 내벽이나 챔버 내의 부품에 부착되는 미세한 이물을 충분히 제거하지 못하여, 클리닝 방법의 더 한층의 개선이 요망되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적 중 하나는, 챔버 내의 이물을 제거하여 단결정의 유전위화를 억제하는 것이 가능한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 그러한 클리닝 방법에 이용되는 클리닝 용구를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 그러한 클리닝 방법을 포함하는 단결정의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 측면에 의한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법은, 도가니 내의 원료 융액의 액면을 본뜬 더미 액면과, 상기 원료 융액의 액면으로부터 상방으로 인상 도중의 단결정 잉곳을 본뜬 제1 더미 잉곳을 포함하는 상기 도가니를 본뜬 더미 도가니를 준비하고, 단결정 인상 장치의 감압된 챔버 내에 상기 더미 도가니를 설치한 상태로 가스를 공급하고, 상기 더미 도가니의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜, 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 클리닝 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 단결정 인상 중의 챔버 내의 구조를 모의적으로 재현하여, 가스의 강한 흐름이나 난류를 의도적으로 발생시켜, 챔버의 벽면 또는 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 이탈시킬 수 있고, 통상의 해체 청소에서는 완전하게 제거되지 않았던 챔버 내에 잔류하는 작은 쓰레기, 티끌 등의 이물을 사전에 제거할 수 있다. 따라서, 그 후의 인상 공정에서의 이물의 이탈을 저감할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 단결정 인상 장치는, 상기 챔버 내에 있어서 상기 도가니를 승강 가능하게 지지하는 회전 지지축과, 상기 회전 지지축의 상방에 배치된 열차폐체를 갖고, 상기 더미 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제1 갭 폭이, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제2 갭 폭과 실질적으로 동등해지도록, 즉, 실제의 단결정 인상에 있어서 취할 수 있는 갭 폭이 되도록, 상기 더미 도가니의 높이를 조정하여 상기 클리닝 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 열차폐체와 원료 융액의 액면의 사이의 좁은 갭 폭을 클리닝 공정 중에 있어서 재현함으로써, 가스의 강한 흐름이나 난류를 재현할 수 있다. 따라서, 실제의 인상시에 이탈하는 이물을 사전에 제거할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 클리닝 방법은, 상기 클리닝 공정에 있어서 상기 더미 도가니를 상하로 요동시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 더미 도가니를 상하로 요동 시킴으로써, 챔버 내의 가스의 흐름을 의도적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 실제의 인상 중의 발진을 방지할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

상기 제1 더미 잉곳은, 직경이 서서히 커지는 숄더부와, 직경이 일정하게 유지된 보디부를 갖고, 상기 더미 도가니를 상승시킬 때, 상기 열차폐체의 하단보다도 하방의 제1 높이 위치에서 상기 열차폐체의 상기 하단보다도 상방의 제2 높이 위치까지 상기 숄더부의 하단이 이동하도록 상기 제1 더미 잉곳을 상기 더미 도가니와 함께 상승시키는 것이 바람직하다. 숄더부의 하단(보디부의 상단)이 열차폐체의 하단과 동일한 높이가 되었을 때에 가스의 흐름이 급격하게 강해지기 때문에, 챔버 내의 이물을 제거할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 더미 도가니는 수지제인 것이 바람직하다. 더미 액면 및 제1 더미 잉곳을 포함하는 더미 도가니 전체가 수지로 이루어지는 경우에는, 매우 저비용으로 제작할 수 있고, 취급도 용이하다. 또한 더미 도가니가 흰색 소재인 경우에는, 카본 찌꺼기 등의 검은색 이물이 낙하하여 더미 도가니에 부착되었을 때에 그것을 육안으로 파악할 수 있어, 이물의 회수·확인 장치로서 기능시킬 수도 있다.

본 발명에 의한 클리닝 방법은, 단결정 잉곳을 본뜬 제2 더미 잉곳을 준비하고, 상기 클리닝 공정에 있어서, 상기 챔버 내에 상기 제2 더미 잉곳을 매달아 설치한 상태로 가스를 공급하고, 상기 제2 더미 잉곳의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 단결정 인상 중의 챔버 내의 구조를 추가로 재현하여, 가스의 강한 흐름이나 난류를 의도적으로 발생시켜, 챔버의 벽면 또는 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 이탈시킬 수 있고, 통상의 해체 청소에서는 완전하게 제거되지 않았던 챔버 내에 잔류하는 작은 쓰레기, 티끌 등의 이물을 사전에 제거할 수 있다. 따라서, 그 후의 인상 공정에서의 이물의 이탈을 저감할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 클리닝 방법은, 상기 제2 더미 잉곳을 상기 제1 더미 잉곳에 연결시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 챔버 내에 장척인 단결정 잉곳을 재현할 수 있어, 실제의 인상 공정 중에 발생하는 가스의 강한 흐름이나 난류를 재현할 수 있다. 따라서, 챔버 내에 잔류하는 이물을 사전에 제거할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 챔버는, 메인 챔버와, 상기 메인 챔버의 상부 개구에 연결된 풀 챔버를 갖고, 상기 제2 더미 잉곳을 상기 풀 챔버 내에 배치한 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 풀 챔버와 단결정 잉곳의 사이의 좁은 갭 폭을 재현할 수 있고, 풀 챔버 내에 가스의 강한 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 실제의 인상시에 풀 챔버로부터 이탈하는 이물을 사전에 제거할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 클리닝 방법은, 상기 더미 도가니와는 독립적으로 상기 제2 더미 잉곳을 상하로 요동시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 제2 더미 잉곳을 상하로 요동시킴으로써, 가스의 흐름을 의도적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 실제의 인상시의 발진량을 저감할 수 있어, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 단결정 인상 장치는, 상기 회전 지지축과 동일한 축상에 배치되어, 선단부에 훅이 부착된 와이어를 추가로 갖고, 상기 제2 더미 잉곳의 선단부에는 링 금구(金具)가 부착되어 있고, 상기 훅을 상기 링 금구에 걸어맞춤과 함께 상기 걸어맞춤에 여유를 갖게함으로써, 상기 제2 더미 잉곳을 상기 와이어의 하단부에 연결하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 제2 더미 잉곳을 제1 더미 잉곳상에 탑재하여 연결시켰을 때에, 와이어의 휨의 발생을 회피할 수 있고, 제2 더미 잉곳을 제1 더미 잉곳과 함께 승강시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 더미 잉곳은 수지제인 것이 바람직하다. 이에 의하면, 제2 더미 잉곳을 저비용으로 제작할 수 있고, 설치시의 취급도 용이하다. 또한 제2 더미 잉곳이 흰색 소재인 경우에는, 카본 찌꺼기 등의 검은색 이물이 부착되었을 때에 그것을 육안으로 파악할 수 있고, 이물의 회수·확인 장치로서 기능시킬 수도 있다.

본 발명의 제2 측면에 의한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법은, 단결정 잉곳을 본뜬 더미 잉곳을 준비하고, 단결정 인상 장치의 감압된 챔버 내에 상기 더미 잉곳을 매달아 설치한 상태로 가스를 공급하고, 상기 더미 잉곳의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜, 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 클리닝 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 단결정 인상 중의 챔버 내의 구조를 모의적으로 재현하고, 가스의 강한 흐름이나 난류를 의도적으로 발생시켜, 챔버의 벽면 또는 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 이탈시킬 수 있고, 통상의 해체 청소에서는 완전하게 제거되지 않았던 챔버 내에 잔류하는 작은 쓰레기, 티끌 등의 이물을 사전에 제거할 수 있다. 따라서, 그 후의 인상 공정에서의 이물의 이탈을 저감할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 의한 클리닝 방법에 있어서, 상기 더미 잉곳은 수지제이고, 상기 챔버 내의 온도를 상온으로 설정하여 상기 클리닝 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 더미 잉곳은, 직경이 서서히 커지는 숄더부와, 상기 숄더부의 하방에 있어서 직경이 일정하게 유지된 보디부를 갖고, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 숄더부의 하단이 상기 도가니의 상방에 설치된 열차폐체의 하단의 개구를 통과하도록 상기 더미 잉곳을 인상하는 것이 바람직하다. 단결정을 인상하기 위한 인상축의 하단에 더미 잉곳을 접속시키고, 열차폐체의 하단보다도 하방의 높이 위치에서 열차폐체의 하단보다도 상방의 높이 위치까지 숄더부의 하단(보디부의 상단)을 이동시킨 경우, 숄더부의 하단이 열차폐체의 하단과 동일한 높이가 되었을 때에 가스의 흐름이 급격하게 강해지기 때문에, 챔버 내의 이물을 제거할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 의한 클리닝 방법은 또한, 원료 융액을 지지하는 도가니를 상기 챔버 내에 설치하고, 상기 도가니 내에 상기 원료 융액이 실제로 저류된고온하의 상기 챔버 내에서 상기 클리닝 공정을 실시해도 좋다. 이 경우, 상기 도가니는 석영으로 이루어지고, 상기 더미 잉곳은, 실리콘, 석영, 카본, 탄화 규소 및 몰리브덴으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 단결정 인상 공정을 개시하기 직전의 고온하에서 클리닝을 행함으로써, 챔버 내의 이물을 충분히 제거할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 더미 잉곳은, 직경이 서서히 커지는 숄더부와, 상기 숄더부의 하방에 있어서 직경이 일정하게 유지된 보디부를 갖고, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 숄더부의 하단이 상기 도가니의 상방에 설치된 열차폐체의 하단의 개구를 통과하도록 상기 더미 잉곳을 인상하는 것이 바람직하다. 단결정을 인상하기 위한 인상축의 하단에 더미 잉곳을 접속하고, 열차폐체의 하단보다도 하방의 높이 위치에서 열차폐체의 하단보다도 상방의 높이 위치까지 숄더부의 하단(보디부의 상단)을 이동시킨 경우, 숄더부의 하단이 열차폐체의 하단과 동일한 높이가 되었을 때에 가스의 흐름이 급격하게 강해지기 때문에, 챔버 내의 이물을 제거할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도가니의 높이는, 상기 클리닝 공정을 개시할 때의 상기 도가니의 높이 위치가, 상기 단결정 인상 공정을 개시할 때의 상기 도가니의 높이 위치보다도 낮아지도록 조정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도가니의 높이는, 상기 클리닝 공정에 있어서 상기 숄더부의 상기 하단이 상기 열차폐체의 상기 하단과 동일한 높이일 때에, 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제1 갭 폭이, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제2 갭 폭과 실질적으로 동등해지도록, 즉, 실제의 단결정 인상에 있어서 취할 수 있는 갭 폭이 되도록 조정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 챔버 내에 도입되는 가스의 유속을 더욱 빠르게 할 수 있다. 특히, 실제의 단결정 인상 공정에 가능한 한 가까운 조건을 재현함으로써, 챔버 내의 이물을 확실하게 제거할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 의한 클리닝 방법은, 상기 도가니 내에 원료를 추가 차지(charge)한 후, 상기 클리닝 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정을 인상하기 위한 인상축의 하단에 접속된 차지관을 이용하여 상기 원료를 추가 차지한 후, 상기 차지관으로부터 상기 더미 잉곳으로 교체하여 상기 클리닝 공정을 행하는 것이 바람직하다. 원료를 추가 보충하는 경우나 리차지나 새로운 단결정 인상 공정에서 사용하는 원료를 추가 차지하는 경우, 원료의 미분이 챔버 내에서 확산하여 부착되고, 인상 공정 중에 탈락함으로써, 단결정의 유전위화의 원인이 될 우려가 있다. 그러나, 추가 차지 후로서 인상 공정 전에 마무리 클리닝을 실시함으로써, 단결정의 유전위화의 발생율을 보다 한층 저감할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 더미 잉곳은 중공 구조를 갖는 것이 바람직하다. 더미 잉곳이 괴상인 경우에는, 고온의 챔버 내에서 열팽창함으로써 균열이나 파열이 생기기 쉽다. 그러나, 더미 잉곳이 중공 구조인 경우에는 축열을 억제하여 균열이나 파열의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 의한 실리콘 단결정 인상 장치의 클리닝 용구는, 단결정의 인상에 이용하는 도가니를 본뜬 더미 도가니와, 상기 도가니 내의 원료 융액의 액면을 본뜬 더미 액면과, 상기 원료 융액의 액면으로부터 상방으로 인상 도중의 단결정 잉곳을 본뜬 제1 더미 잉곳을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 클리닝 용구는, 단결정 잉곳을 본뜬 제2 더미 잉곳을 추가로 구비하고, 상기 제1 더미 잉곳의 상단부는 원뿔 형상의 볼록부를 갖고, 상기 제2 더미 잉곳의 하단부는 상기 제1 더미 잉곳의 상기 상단부에 끼워맞춤 가능한 원뿔 형상의 오목부를 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 제2 더미 잉곳을 제1 더미 잉곳상에 연결시킬 수 있어, 챔버 내에 장척인 단결정 잉곳을 재현할 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 의한 단결정 인상 장치의 클리닝 용구는, 단결정 잉곳을 본뜬 더미 잉곳으로 이루어지고, 상기 더미 잉곳의 하단부는 원뿔 형상의 오목부를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 더미 잉곳을 이용하여 실제의 인상시와 동일한 환경을 재현할 수 있고, 챔버 내에 가스의 강한 흐름이나 난류를 발생시켜 실제의 인상시에 이탈하는 이물을 사전에 제거할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감시킬 수 있다. 또한, 더미 잉곳을 연결시킴으로써 챔버 내에 장척인 단결정 잉곳을 재현할 수 있다.

본 발명의 제5 측면에 의한 단결정의 제조 방법은, 단결정 인상 장치의 챔버 및 상기 챔버 내의 부품을 해체 청소하는 공정과, 상기 해체 청소 후, 전술의 클리닝 방법으로 상기 단결정 인상 장치의 마무리 클리닝을 실시하는 공정과, 상기 마무리 클리닝의 완료 후, 상기 단결정 인상 장치를 이용하여 단결정을 인상하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 통상의 해체 청소에서는 완전하게 제거되지 않았던 챔버 내의 이물을 제거하여 단결정의 유전위화를 억제하는 것이 가능한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 그러한 클리닝 방법에 있어서 이용되는 클리닝 용구를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 그러한 클리닝 방법을 채용함으로써 단결정 수율을 높일 수 있는 단결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 클리닝의 대상이 되는 단결정 인상 장치(1)의 구조를 나타내는 대략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법(마무리 클리닝 공정)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 구조를 나타내는 대략 사시도이다.
도 4는, 더미 도가니(30)의 작용을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는, 클리닝 중에 있어서의 더미 도가니(30) 및 제2 더미 잉곳(40)의 배치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 클리닝 중에 있어서의 더미 도가니(30) 및 제2 더미 잉곳(40)의 배치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은, 도 7과 함께 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는, 도 7 및 도 8과 함께 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은, 도 7 내지 도 9와 함께 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명에 의한 클리닝의 대상이 되는 단결정 인상 장치(1)의 구조를 나타내는 대략 단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 단결정 인상 장치(1)는 반도체용 실리콘 단결정을 CZ법에 따라 제조하기 위한 장치로서, 챔버(10)와, 챔버(10)의 내측에 배치된 단열재(11)와, 챔버(10) 내에 수용되는 석영 도가니(12)를 지지하는 서셉터(13)와, 서셉터(13)를 승강 가능하게 지지하는 회전 지지축(14)과, 서셉터(13)의 주위를 둘러싸도록 배치된 히터(15)와, 서셉터(13)의 상방에 배치된 열차폐체(16)와, 서셉터(13)의 상방으로서 회전 지지축(14)과 동일한 축상에 배치된 단결정 인상용 와이어(17)와, 챔버(10)의 상방에 배치된 와이어 권취 기구(18)를 구비하고 있다.

챔버(10)는, 메인 챔버(10A)와, 메인 챔버(10A)의 상부 개구에 연결된 풀 챔버(10B)로 구성되어 있고, 전술의 석영 도가니(12), 서셉터(13), 회전 지지축(14), 히터(15) 및 열차폐체(16)는 메인 챔버(10A) 내에 설치되어 있다. 권취 기구(18)는 풀 챔버(10B)의 상방에 배치되어 있고, 와이어(17)는 권취 기구(18)로부터 풀 챔버(10B) 내를 통과하여 하방으로 연장되어 있어, 와이어(17)의 선단부는 메인 챔버(10A)의 내부 공간까지 도달하고 있다. 도 1에는, 와이어(17)의 선단부에 실리콘 단결정(2)이 매달려 설치된 상태가 나타나 있다.

열차폐체(16)는, 실리콘 융액(3)의 온도 변동을 억제하여 결정 성장 계면 근방에 적절한 핫 존을 형성함과 함께, 히터(15) 및 석영 도가니(12)로부터의 복사열에 의한 실리콘 단결정(2)의 가열을 방지하기 위해 설치되어 있다. 열차폐체(16)는, 실리콘 단결정(2)의 인상 경로를 제외한 실리콘 융액(3)의 상방의 영역을 덮는 카본제의 부재이고, 특히 하단으로부터 상단을 향하여 개구 사이즈가 커지는 역원뿔대 형상을 갖고 있다. 열차폐체(16)의 하단의 개구의 직경은 실리콘 단결정(2)의 직경보다도 크고, 이에 따라 실리콘 단결정(2)의 인상 경로가 확보되어 있다. 또한 열차폐체(16)의 하단의 개구의 직경은 석영 도가니(12)의 구경보다도 작고, 열차폐체(16)의 하단부는 석영 도가니(12)의 내측에 위치하기 때문에, 석영 도가니(12)의 림 상단을 열차폐체(16)의 하단보다도 상방까지 상승시켜도 열차폐체(16)가 석영 도가니(12)와 간섭하는 일은 없다.

이상의 구성에 있어서, 실리콘 단결정의 인상 공정에서는, 우선 서셉터(13) 내에 석영 도가니(12)를 세트하고, 석영 도가니(12) 내에 실리콘 원료를 충전하여, 와이어(17)의 선단부에 종(種)결정을 부착된다. 다음으로 실리콘 원료를 히터(15)로 가열하여 실리콘 융액(3)을 생성하고, 종결정을 강하시켜 실리콘 융액(3)에 착액시킨다. 그 후, 석영 도가니(12)를 회전시키면서 종결정을 천천히 상승시킴으로써, 대략 원주 형상의 실리콘 단결정(2)을 성장시킨다.

단결정 인상 중, 챔버(10) 내는 일정의 감압 상태로 유지되어 있다. 풀 챔버(10B)의 상부에 설치된 가스 흡기구(19A)로부터 아르곤 가스가 공급되고, 메인 챔버(10A)의 하방에 설치된 가스 배기구(19B)로부터 아르곤 가스가 배기됨으로써, 챔버(10) 내에는 파선 화살표와 같은 아르곤 가스의 흐름이 발생하고, 이 흐름(가스 플로우)은 단결정의 성장 상태에 의해 항상 변화하고 있다. 또한 챔버(10) 내의 분위기 가스는 아르곤 가스에 한정되지 않고, 다른 불활성 가스를 이용해도 좋다.

실리콘 단결정(2)의 직경은, 그 인상 속도나 히터(15)의 온도를 제어함으로써 제어된다. 실리콘 단결정(2)의 육성에서는, 결정 지름이 가늘게 좁혀진 네크부를 형성한 후, 결정 지름을 원뿔 형상으로 넓혀 숄더부를 형성한다. 규정의 직경까지 단결정이 성장한 시점에서 일정한 직경으로 인상을 계속하여 보디부를 형성하고, 인상 종료시에는 직경을 가늘게 축소하여 테일부를 형성하고, 최종적으로 액면으로부터 떼어 놓는다. 이상에 의해, 숄더부 및 보디부를 갖는 실리콘 단결정 잉곳이 완성된다.

이상이 단결정 인상 장치(1)의 구성 및 동작에 대한 설명이다. 다음으로, 이러한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법에 대해서 설명한다. 단결정 인상 장치(1)의 클리닝으로서는, 해체 청소와 해체 청소 후의 마무리 클리닝이 있다. 해체 청소는, 배치(batch) 종료 후에 장치를 해체하여, 각 부분의 청소를 행하고, 챔버(10)의 내벽이나 챔버(10) 내의 부품에 부착된 분체나 퇴적물의 제거 등을 행하는 공정이다.

한편, 마무리 클리닝은, 이러한 해체 청소 후로서, 다음의 실리콘 단결정의 인상 공정을 개시하기 전에 행해지는 클리닝 공정이다. 이 마무리 클리닝에 의해, 해체 청소에서는 완전하게 제거되지 않았던 챔버(10) 내의 이물을 제거하는 것이 가능해진다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법(마무리 클리닝 공정)을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 마무리 클리닝에서는, 단결정 인상 중의 챔버(10) 내의 환경을 재현하기 위해, 2종류의 클리닝 용구가 이용된다. 하나는 실제의 석영 도가니(12)의 형상을 본뜬 더미 도가니(30)이고, 다른 하나는 단결정 잉곳의 형상을 본뜬 더미 잉곳(40)이다.

도 3은, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 구조를 나타내는 대략 사시도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 더미 도가니(30)는, 실제로 사용되는 석영 도가니(12)와 실질적으로 동일한 사이즈(구경)를 갖는 수지제의 부재이다. 더미 도가니(30)의 형상은, 실제로 사용되는 석영 도가니(12)와 유사하면 좋고, 엄밀한 동일성은 요구되지 않는다. 더미 도가니(30) 내에는 실리콘 융액(3)의 액면을 본뜬 더미 액면(31)이 더미 도가니(30)와 일체적으로 형성되어 있고, 또한 실리콘 융액(3)의 액면으로부터 상방으로 인상된 실리콘 단결정의 형상을 본뜬 더미 잉곳(32)(제1 더미 잉곳)이 더미 액면(31)과 일체적으로 형성되어 있다. 즉, 더미 도가니(30)는 더미 액면(31) 및 더미 잉곳(32)을 포함하는 단일의 구조체이다.

더미 도가니(30)는 회전 지지축(14)의 상단부에 직접 설치된다. 즉, 서셉터(13)는 사용되지 않는다. 이것은, 실제의 인상 공정에서는 고온하에서 연화된 석영 도가니(12)를 서셉터(13)로 지지할 필요가 있지만, 클리닝 공정은 상온에서 행해져, 더미 도가니(30)의 변형을 고려할 필요가 없는 것에 의한 것이다. 또한, 서셉터(13)의 설치를 생략함으로써 클리닝 공정의 준비를 간소화할 수 있다. 또한, 더미 도가니(30)의 저부는, 회전 지지축(14)에 설치 가능한 형상인 것이 필요하다.

더미 잉곳(40)(제2 더미 잉곳)은, 실제로 인상되는 실리콘 단결정 잉곳과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 수지제의 부재이고, 하방을 향하여 직경이 서서히 커지는 숄더부(40a)와, 직경이 일정한 보디부(40b)를 갖고 있다. 숄더부(40a)의 상단부에는 링 금구(40d)가 설치되어 있고, 와이어(17)의 선단부에 설치된 훅(17a)은 이 링 금구(40d)에 걸어맞춤되고, 이에 의해 더미 잉곳(40)은 승강이 자유롭게 매달아 설치된다. 또한, 훅(17a)과 링 금구(40d)의 걸어맞춤에 여유를 갖게하고 있기 때문에, 후술하는 더미 잉곳(40)이 더미 잉곳(32) 상에 탑재된 상태에 있어서 와이어(17)의 큰 휨을 회피할 수 있다.

더미 잉곳(40)은 더미 도가니(30)와 일체화된 더미 잉곳(32)에 끼워맞춤 가능하다. 더미 잉곳(32)의 상단부는 원뿔 형상의 볼록부(32a)(숄더부)를 갖고 있고, 더미 잉곳(40)의 하단부는 원뿔 형상의 오목부(40c)를 갖고 있기 때문에, 더미 잉곳(40)을 강하시키는 것만으로 더미 잉곳(32)에 끼워맞춤시킬 수 있다. 더미 잉곳(40)이 아르곤 가스의 풍압을 받아 흔들린 경우에도 그 중심축의 위치 어긋남을 자기 정합적으로 수정하면서 더미 잉곳(32)과 연결시킬 수 있다. 그리고, 더미 잉곳(40)을 더미 잉곳(32)에 연결시킴으로써 장척인 단결정(도 5 참조)을 재현할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는 2개 더미 잉곳이 이용되고 있다. 더미 잉곳(32)은 더미 도가니(30)와 일체화된 것이고, 열차폐체(16)보다도 하방에 있어서의 아르곤 가스의 흐름에 변화를 주는 역할을 다하는 것이다. 또한, 더미 잉곳(40)은, 열차폐체(16)보다도 상방의 아르곤 가스의 흐름에 변화를 주는 역할을 다하여, 단결정을 실제로 인상하고 있는 상태에서 챔버(10) 내의 다양한 부분의 개구 면적을 좁게 하여 아르곤 가스의 흐름을 변화시킨다.

더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 폴리프로필렌 등의 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 수지를 이용한 경우에는 가공이 용이하고, 염가로 제작할 수 있다. 또한, 흰색 소재인 경우에는, 예를 들면 카본 찌꺼기 등의 검은색 이물이 낙하하여 더미 잉곳(40)이나 더미 도가니(30)에 부착되었을 때에 그것을 육안으로 파악할 수 있어, 이물의 회수·확인 장치로서 기능시킬 수도 있다.

마무리 클리닝 공정에서는, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)을 챔버(10) 내에 세트한 후, 챔버(10) 내에 소정 유량의 아르곤 가스를 공급하여, 챔버(10) 내를 상온·감압하의 아르곤 분위기로 한다. 아르곤 가스는 풀 챔버(10B)의 상부에 설치된 가스 흡기구(19A)로부터 공급되어, 풀 챔버(10B) 및 메인 챔버(10A)를 통하여 메인 챔버(10A)의 하방에 설치된 가스 배기구(19B)로부터 배기된다. 챔버(10) 내의 기압은 20∼30Torr로 하는 것이 바람직하고, 또한 아르곤 가스의 공급량은 예를 들면 130L/min으로 할 수 있다. 챔버(10) 내의 기압은 압력계에 의해 측정되어, 가스 배기구(19B)로부터의 아르곤 가스의 배기량은 챔버(10) 내의 기압이 일정이 되도록 제어된다.

본 실시 형태에 있어서, 마무리 클리닝은 상온하에서 행해진다. 챔버(10) 내의 온도를 실제의 단결정 인상 공정과 동일한 온도까지 상승시켜 고온하에서 클리닝을 행하는 것도 가능하지만, 챔버(10) 내의 온도를 높게 하거나 클리닝 후에 냉각하거나 하기 위한 시간이 걸리기 때문에 효율적이지 않다. 또한, 더미 잉곳(40)이나 더미 도가니(30)로서 수지제의 것을 이용할 수 없다. 이러한 이유에서, 마무리 클리닝은 상온하에서 행해지는 것이 바람직하다.

마무리 클리닝에서는, 전술한 챔버 내의 상온·감압 상태가 일정 시간 유지된다. 클리닝 시간은 특별히 한정되지 않지만, 2∼8시간 정도가 바람직하다.

도 4는, 더미 도가니(30)의 작용을 설명하기 위한 단면도이다.

마무리 클리닝에서는, 더미 도가니(30)를 상승시켜 열차폐체(16)에 접근시키고, 더미 잉곳(32)을 열차폐체(16)의 개구부(16a)에 삽입한다. 그 때, 더미 도가니(30)를 회전시키면서 상승시켜도 좋고, 회전시키지 않고 상승시켜도 좋다.

단결정의 흐트러짐은, 단결정의 숄더부가 열차폐체(16)의 개구부에 들어간 곳에서 다발하는 것이 알려져 있다. 이것은, 지금까지 넓었던 열차폐체(16)의 개구부(16a)에 단결정의 숄더부가 들어옴으로써 개구 면적이 좁아지고, 단결정이 아르곤 가스의 흐름을 방해하는 저항이 됨으로써 아르곤 가스의 유속이 강해져, 지금까지 챔버(10)의 벽체 또는 부품에 부착되어 있던 이물이 이탈하여 단결정에 부착되기 때문이라고 생각된다. 그래서, 마무리 클리닝에서는, 더미 잉곳의 숄더부를 열차폐체(16)의 개구부에 의도적으로 삽입함으로써 이물이 이탈하기 쉬운 환경을 재현한다.

열차폐체(16)의 개구부(16a)의 직경은, 단결정의 직경보다도 조금 큰 정도이다. 처음은 개구 면적이 넓기 때문에 아르곤 가스도 원활하게 흐르지만, 더미 도가니(30)의 상승에 의해 더미 잉곳(32)의 숄더부가 개구부(16a)에 진입하면 개구 면적이 급격하게 좁아져, 더미 도가니(30)와 열차폐체(16)의 사이의 좁은 극간을 통과하고자 하는 아르곤 가스의 유속이 강해진다. 이에 따라, 챔버(10) 내의 가스 플로우가 변화하여, 난류가 발생하기 쉬워지기 때문에, 챔버(10) 내의 구석이나 오목부에 부착되는 미세한 이물을 탈락시켜 흩날리게 할 수 있어, 가스 플로우와 함께 이들 이물을 배기 제거할 수 있다.

더미 도가니(30)를 상승시키면, 열차폐체(16)와 더미 잉곳(32)의 사이의 극간이 좁아질 뿐만 아니라, 열차폐체(16)와 더미 도가니(30)의 림 상단의 사이의 극간도 좁아진다. 그 때문에, 열차폐체(16)와 더미 도가니(30)의 사이의 좁은 극간을 통과하고자 하는 아르곤 가스의 유속이 더욱 강해져, 챔버(10) 내의 가스 플로우가 변화하여 난류가 발생하기 쉬워진다.

더미 도가니(30)를 상승시켜 열차폐체(16)에 접근시키는 경우, 더미 액면(31)과 열차폐체(16)의 하단의 사이의 갭 폭(제1 갭 폭)(G)이, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 석영 도가니(12) 내의 실리콘 융액(3)의 액면과 열차폐체(16)의 하단의 사이의 갭 폭(제2 갭 폭)과 실질적으로 동등해지도록 하는 것이 바람직하고, 즉, 실제의 단결정 인상에 있어서 취할 수 있는 갭 폭이 되도록 조정되는 것이 바람직하고, 이 상태를 일정 시간 유지하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 열차폐체(16)와 더미 액면(31)의 사이의 좁은 극간을 통과하고자 하는 아르곤 가스의 유속이 더욱 강해지기 때문에, 챔버(10) 내의 가스 플로우가 변화하여 난류가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 챔버(10) 내에 부착하는 이물을 탈락시켜 흩날리게 할 수 있어, 가스 플로우와 함께 이들 이물을 배기 제거할 수 있다.

도 5는, 클리닝 중에 있어서의 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 배치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 더미 잉곳(40)은 더미 도가니(30)에 연결되어도 좋다. 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 설치 당초, 양자는 연결되어 있지 않지만, 더미 잉곳(40)을 강하시킴으로써 양자를 연결시킬 수 있어, 챔버(10) 내에서 보다 장척인 단결정을 재현할 수 있다. 그리고 클리닝 중에 있어서, 더미 잉곳(40)이 더미 도가니(30)에 연결된 상태를 일정 시간 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 실제의 인상에 보다 가까운 상태를 재현할 수 있어, 아르곤 가스의 흐름 및 유속을 더욱 변화시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 훅(17a)과 링 금구(40d)의 걸어맞춤에 여유를 갖게 하고 있기 때문에, 더미 잉곳(40)을 더미 잉곳(32) 상에 탑재하여 연결시켰을 때에 와이어(17)의 큰 휨을 회피할 수 있고, 더미 잉곳(40)을 더미 잉곳(32)과 함께 승강시킬 수 있다.

마무리 클리닝 중은, 더미 도가니(30)를 상하로 요동시키는 것도 또한 바람직하다. 이 때, 더미 잉곳(40)은 더미 도가니(30)에 연결하고 있어도 좋고, 더미 도가니(30)로부터 분리되어 있어도 좋다. 어떻게 하든, 더미 도가니(30)를 상하 이동시킴으로써 챔버(10) 내의 가스 플로우가 더욱 변화하기 때문에, 챔버(10) 내에 아르곤 가스의 난류를 발생시킬 수 있어, 챔버(10) 내의 이물을 제거할 수 있다.

마무리 클리닝에서는, 더미 잉곳(40)을 더미 도가니(30)로부터 분리하여, 더미 도가니(30)와는 독립적으로 더미 잉곳(40)을 상하로 요동시키는 것도 또한 바람직하다. 이 경우, 더미 도가니(30)의 높이 방향의 위치를 고정하여, 더미 잉곳(40)만을 상하로 움직여도 좋고, 더미 잉곳(40)을 고정하여 더미 도가니(30)를 상하로 움직여도 좋고, 양쪽 모두를 각각 상하로 움직여도 좋다. 더미 도가니(30)로부터 더미 잉곳(40)을 분리하는 경우, 더미 잉곳(40)의 높이 방향의 위치를 크게 바꿈으로써 챔버(10) 내의 가스 플로우를 변화시킬 수 있어, 더미 잉곳(40)이 일정 위치에 머물고 있는 것만으로는 흩날릴 수 없었던 이물을 흩날리게 할 수 있다.

도 6은, 클리닝 중에 있어서의 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 배치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 더미 잉곳(40)은 풀 챔버(10B)내에 배치되어도 좋다. 더미 잉곳(40)이 풀 챔버(10B) 내에 있을 때, 더미 잉곳(40)과 풀 챔버(10B)의 내벽면의 사이의 좁은 극간을 아르곤 가스가 통과함으로써 가스 플로우의 풍속이 강해진다. 풀 챔버(10B)의 상부에는 게이트 벨브이나 센서등의 요철면을 이루는 부재가 있어, 이물이 부착되기 쉽지만, 풀 챔버(10B) 내의 가스 플로우가 강해지기 때문에, 풀 챔버(10B) 내의 이물을 제거할 수 있다. 또한, 가스 플로우의 풍속이 강해짐으로써 메인 챔버(10A) 내의 가스 플로우의 풍속도 강해져, 난류가 발생하기 쉬워지기 때문에, 메인 챔버(10A) 내의 이물의 제거도 가능해진다.

마무리 클리닝의 완료 후는, 챔버(10)를 대기 개방하고, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)을 취출하여, 회전 지지축(14) 상에 서셉터(13) 및 석영 도가니(12)를 세트하고, 석영 도가니(12) 내에 실리콘 원료를 충전한다. 그 후, 전술한 통상의 단결정 인상 공정을 행한다. 이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 마무리 클리닝을 행하고 있기 때문에, 단결정 인상 공정에 있어서 챔버(10) 내에 잔존하는 이물의 영향에 의한 유전위화의 발생 확률을 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법은, 단결정 인상시의 챔버 내의 구조를 재현하여, 석영 도가니나 단결정 잉곳이 있음으로써 챔버 내에 발생하는 아르곤 가스의 강한 흐름이나 난류를 인위적으로 만들어내고, 이에 의해 불활성 가스의 유량을 의도적으로 변화시켜, 챔버 내의 구석이나 오목부에 부착된 이물을 이탈시켜 사전에 제거하기 때문에, 그 후의 인상 공정에서의 발진량을 저감할 수 있어, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

도 7∼도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치의 클리닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 이 클리닝 방법의 특징은, 단결정 인상 공정을 개시하기 직전의 석영 도가니(12) 내에 실리콘 융액(3)이 저류된 상태로 더미 잉곳(50)을 이용한 클리닝을 실시하는 점에 있다. 그 때문에, 제1 실시 형태와 상이하게, 챔버(10) 내에는 더미 도가니가 아닌 단결정 인상 공정에서 실제로 이용하는 석영 도가니(12)가 설치되고, 석영 도가니(12)는 히터(15)에 의해 가열되어, 챔버(10) 내는 고온으로 유지되어 있다.

제1 실시 형태에 의한 클리닝 방법은 단결정 육성 공정을 개시하기 전의 클리닝 방법으로서 일정한 효과가 인정된다. 그러나, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이 차지관(60)을 이용하여 석영 도가니(12) 내에 실리콘 원료(5)를 추가 차지하는 경우에는, 차지관(60)의 표면에 부착되어 있는 실리콘 미분이 챔버(10) 내에서 이탈하여 흩날리거나, 차지관(60) 내의 실리콘 원료를 낙하시켜 석영 도가니(12) 내에 투입할 때에 차지관(60)의 내면이나 실리콘 원료(5)에 부착되어 있는 실리콘 미분이 흩날리거나 하여, 열차폐체(16) 등의 로(爐) 내 구조물에 부착되어, 단결정의 유전위화의 원인이 되어 버린다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 단결정 인상 공정을 개시하기 직전의 고온하의 챔버(10) 내에 있어서 더미 잉곳을 이용한 클리닝을 실시하여 챔버(10) 내의 새로운 청정화를 도모하는 것이다.

챔버(10) 내는 고온이고, 석영 도가니(12)는 실리콘 융액(3)을 보유하고 있기 때문에, 클리닝에서 사용되는 더미 잉곳(50)은 내열성을 갖고, 실리콘 융액(3)을 오염시키지 않는 것이 필요하다. 그 때문에, 더미 잉곳(50)의 소재는, 실리콘, 석영, 카본, 탄화 규소(SiC), 표면이 SiC로 피복된 카본, 몰리브덴 등이 바람직하다. 더미 잉곳(50)으로서는, 예를 들면, 클리닝 대상과 동종의 단결정 인상 장치를 이용하여 인상된 후, 웨이퍼 제품으로서 가공되지 않았던 실리콘 단결정 잉곳을 소정의 형상으로 가공한 것을 이용할 수 있다. 이와 같이, 제품화되지 않았던 실리콘 단결정 잉곳을 더미 잉곳(50)으로서 사용함으로써, 더미 잉곳을 처음부터 제작하는 수고를 생략하여, 자원의 유효 활용을 도모할 수 있다.

더미 잉곳(50)의 형상은, CZ법에 따라 실제로 육성되는 실리콘 단결정 잉곳의 톱측의 형상과 동일하게, 위에서 아래를 향하여 직경이 서서히 커지는 숄더부(50a)와, 숄더부(50a)의 하방에 있어서 직경이 일정하게 유지된 보디부(50b)를 갖고 있으면 좋다. 또한 더미 잉곳(50)은 그 내부에 공동을 갖는 중공 구조라도 좋고, 공동이 없는 블록이라도 좋다. 중공 구조의 더미 잉곳(50)의 경우, 그 저부에 개구가 형성되어 있어도 좋다. 더미 잉곳이 중공 구조의 경우에는 축열을 억제하여 균열이나 파열의 발생을 방지할 수 있다. 클리닝 공정 중, 더미 잉곳(50)이 실리콘 융액(3)에 접촉하면 안되기 때문에, 더미 잉곳(50)의 보디부(50b)의 길이는, 석영 도가니(12) 내의 실리콘 융액의 액면의 높이를 고려하여 설정할 필요가 있다.

다음으로, 도 7∼도 10을 참조하면서 클리닝 공정에 대해서 설명한다.

먼저, 도 8에 나타내는 바와 같이, 차지관(60)을 이용하여 실리콘 원료(5)의 추가 차지를 행한다. 추가 차지는, 소위 멀티플링법에 있어서의 2개째 이후의 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위해 행해지는 것이라도 좋다. 멀티플링법에서는, 실리콘 단결정을 인상한 후, 동일한 석영 도가니 내에 실리콘 원료를 추가 공급하고 융해하여, 얻어진 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정의 인상을 행하고, 이러한 원료 공급 공정과 단결정 인상 공정을 반복함으로써, 하나의 석영 도가니로부터 복수개의 실리콘 단결정을 제조한다. 멀티플링법에 따르면, 실리콘 단결정 한 개당의 석영 도가니의 원가 비용을 저감할 수 있다. 또한 챔버를 해체하여 석영 도가니를 교환하는 빈도를 저감할 수 있기 때문에, 조업 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

추가 차지는 또한, 소위 싱글플링법에 있어서 석영 도가니 내에 실리콘 원료를 보충하기 위해 행해지는 것이라도 좋다. 이 경우, 상온하에서 석영 도가니(12) 내에 미리 넣어둔 다결정 실리콘을 챔버(10) 내에서 가열하여 실리콘 융액(3)을 생성한 후, 실리콘 원료가 추가 공급된다. 이 방법에 따르면 장척인 실리콘 단결정을 인상할 수 있어, 조업 효율을 향상시킬 수 있다.

차지관(60)은 개폐 가능한 바닥 덮개(61)를 갖는 원통형의 석영 유리제의 용기이다. 차지관(60)은 와이어(17)의 하단에 매달아 설치되어 있어, 풀 챔버(10B)의 위치로부터 차지관(60)을 강하시켜 융액면 근처까지 접근시킬 수 있다. 그 후, 바닥 덮개(61)를 엶으로써, 차지관(60) 내의 추가의 실리콘 원료(5)가 낙하하여 석영 도가니(12) 내에 투입된다.

상기와 같이, 차지관(60)을 이용한 실리콘 원료의 추가 공정에서는, 챔버(10)의 벽면이나 열차폐체(16) 등의 로 내 구조물에 실리콘 미분이 부착되기 쉽고, 이것이 단결정의 유전위화의 원인이 될 우려가 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는 실리콘 원료의 추가 공정 후에 더미 잉곳(50)을 이용한 챔버(10) 내의 클리닝 공정을 실시한다.

클리닝 공정에서는, 와이어(17)의 하단에 장착된 빈 차지관(60)을 떼어내어, 더미 잉곳(50)으로 교체한 후, 도 9에 나타내는 바와 같이 더미 잉곳(50)을 융액면의 근처까지 강하시킨다. 이 때, 석영 도가니(12)도 가능한 한 하방으로 강하시키는 것이 바람직하다. 즉, 클리닝 공정을 개시할 때의 석영 도가니(12)의 높이 위치가 단결정 인상 공정을 개시할 때의 석영 도가니(12)의 높이 위치보다도 낮아지도록, 석영 도가니(12)의 높이가 조정된다.

도 9는, 석영 도가니(12) 및 더미 잉곳(50)을 충분히 강하시킨 클리닝 공정의 개시시의 상태를 나타내고 있다. 또한 클리닝 공정의 도중의 상태가 이러한 상태라도 문제없다. 이와 같이, 더미 잉곳(50)의 강하 위치에서는, 더미 잉곳(50)의 숄더부(50a)의 하단(보디부(50b)의 상단)이, 열차폐체(16)의 하단보다도 하방으로 배치되는 것이 바람직하다. 이 위치에 있는 더미 잉곳(50)을 상승시킴으로써, 실리콘 단결정(2)이 실리콘 융액(3)으로부터 서서히 인상되었을 때와 동일한 상황을 재현할 수 있다.

도 7은, 도 9에 나타내는 위치보다도 석영 도가니(12) 및 더미 잉곳(50)을 상승시킨 상태를 나타내고 있다. 더미 잉곳(50)의 숄더부(50a)의 하단은, 열차폐체(16)의 하단과 정확히 동일한 높이 위치가 되어 있다. 이것은 도 4(b)에 나타낸 상태와 동일하다. 실제의 단결정 인상 공정에서는, 실리콘 단결정의 숄더부의 위치가 열차폐체(16)의 하단에 접어들었을 때에 가스의 흐름이 급격하게 강해져, 결정의 흐트러짐이 생기기 쉽다. 본 실시 형태도 이러한 상황을 재현할 수 있기 때문에, 챔버(10) 내에 난류를 발생시켜 실리콘 미분등의 이물을 이탈시킬 수 있다.

도시와 같이 더미 잉곳(50)의 숄더부(50a)의 하단이 열차폐체(16)의 하단과 동일한 높이일 때, 실리콘 융액(3)의 액면과 열차폐체의 하단의 사이의 갭 폭(제1 갭 폭)은, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 갭 폭(제2 갭 폭)과 실질적으로 동등해지도록, 즉, 실제의 단결정 인상에 있어서 취할 수 있는 갭 폭이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 실제의 단결정 인상 공정과 동일한 상황을 재현할 수 있다. 즉, 열차폐체(16)와 더미 잉곳(50)의 사이의 가로 방향의 극간이 좁아질 뿐만 아니라, 열차폐체(16)와 융액면의 사이의 세로 방향의 극간도 좁아지기 때문에, 열차폐체(16)와 더미 잉곳(50)의 사이의 좁은 극간을 통과하고자 하는 아르곤 가스의 유속이 더욱 강해져, 챔버(10) 내의 가스 플로우가 변화하여 난류가 발생하기 쉬워진다.

도 10은, 더미 잉곳(50)을 더욱 상승시킨 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 도 6과 동일하게, 풀 챔버(10B) 내의 이물을 제거할 수 있고, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

더미 잉곳(50)의 승강 동작 중에는 석영 도가니(12)도 함께 승강시켜도 좋다. 더미 잉곳(50)이 열차폐체(16)의 하단보다도 하방에서 승강 동작을 행할 때는, 그 승강 동작에 맞추어 석영 도가니(12)를 승강시킴으로써, 더미 잉곳(50)을 실리콘 융액(3)에 접촉시키는 일 없이 더미 잉곳(50)을 적절한 위치에 배치할 수 있고, 또한 열차폐체(16)의 하단과 실리콘 융액(3)의 갭 폭(제1 갭 폭)을 실제의 인상 공정 중의 갭 폭(제2 갭 폭)에 접근시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 단결정 인상 장치(1)의 클리닝 방법도, 단결정 인상시의 챔버 내의 구조를 재현하여, 석영 도가니나 단결정 잉곳이 있음으로써 챔버 내에 발생하는 아르곤 가스의 강한 흐름이나 난류를 인위적으로 만들어 내고, 이에 따라 불활성 가스의 유량을 의도적으로 변화시켜, 챔버 내에 부착된 실리콘 미분 등의 이물을 이탈시켜 사전에 제거하기 때문에, 그 후의 인상 공정에서의 발진량을 저감할 수 있어, 이물의 부착에 기인하는 단결정의 유전위화의 발생율을 저감할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함 되는 것인 것은 당연하다.

예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)을 동시에 사용하여 클리닝을 행하고 있지만, 더미 도가니(30)만을 사용하여 클리닝을 행해도 좋고, 더미 잉곳(40)만을 사용하여 클리닝을 행해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 재료로서 수지를 들었지만, 본 발명에 있어서 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40)의 재료는 수지에 한정되지 않고, 예를 들면 카본 재료를 이용하는 것도 가능하다.

또한 전술한 바와 같이, 더미 도가니(30) 및 더미 잉곳(40 및 50)의 형상은 실제의 것과 유사하면 좋고, 유사한 정도도 발명의 효과를 발휘 가능한 한에 있어서 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 예를 들면 더미 도가니(30)에 노치를 붙여도 좋고, 편심시켜도 좋다. 또한 더미 잉곳(40 및 50)의 형상을 정 원기둥이 아닌 타원 기둥으로 해도 좋고, 원주의 외주면에 요철을 형성해도 좋고, 정벽선을 갖는 찌그러진 형상으로 해도 좋다. 이와 같이 더미 도가니(30)나 더미 잉곳(40, 50)의 형상이 실제의 것과는 크게 상이한 경우에도, 가스의 흐름에 의해 챔버 내를 클리닝할 수 있어, 오히려 난류의 증가에 의해 클리닝 효과를 촉진시키는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 챔버 내에 공급하는 기체로서 아르곤 가스를 들었지만, 아르곤 가스 대신에 다른 불활성 가스를 이용해도 좋고, 혹은 공기를 이용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 실리콘 단결정의 인상 장치를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, SiC, 사파이어 등의 여러 가지의 단결정의 인상 장치를 대상으로 할 수 있다. 단, CZ법에 의한 반도체용 실리콘 단결정의 제조에서는 실리콘 융액으로부터 증발한 SiO가 챔버 내에 부착되기 쉬운 반면, 장치가 대형으로 챔버 내의 구석구석까지 해체 청소하는 것이 어려운 점에서, 본 발명은 CZ법에 의한 반도체용 실리콘 단결정의 제조에 이용하는 인상 장치의 클리닝에 바람직하게 적용할 수 있다.

1 : 단결정 인상 장치
2 : 실리콘 단결정
3 : 실리콘 융액
5 : 추가의 실리콘 원료
10 : 챔버
10A : 메인 챔버
10B : 풀 챔버
11 : 단열재
12 : 석영 도가니
13 : 서셉터
14 : 회전 지지축
15 : 히터
16 : 열차폐체
16a : 개구부
17 : 와이어
17a : 훅
18 : 권취 기구
19A : 가스 흡기구
19B : 가스 배기구
30 : 더미 도가니
31 : 더미 액면
32 : 더미 잉곳(제1 더미 잉곳)
32a : 더미 잉곳의 볼록부
40 : 더미 잉곳(제2 더미 잉곳)
40a : 더미 잉곳의 숄더부
40b : 더미 잉곳의 보디부
40c : 더미 잉곳의 오목부
40d : 링 금구
50 : 더미 잉곳
60 : 차지관

Claims

더미 액면과 제1 더미 잉곳을 포함하는 더미 도가니를 준비하는 단계로서, 상기 더미 액면은 도가니 내의 원료 융액의 액면을 본뜬 것이며, 상기 제1 더미 잉곳은 상기 원료 융액의 액면으로부터 상방으로 인상 도중의 단결정 잉곳을 본뜬 것이며, 상기 더미 도가니는 상기 도가니를 본뜬 것인, 단계; 및
단결정 인상 장치의 감압된 챔버 내에 상기 더미 도가니를 설치한 상태로 가스를 공급하여, 상기 더미 도가니의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜, 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 단계
를 포함하는 클리닝 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치의 클리닝 방법.
제1항에 있어서,
상기 단결정 인상 장치는,
상기 챔버 내에 있어서 상기 도가니를 승강 가능하게 지지하는 회전 지지축과,
상기 회전 지지축의 상방에 배치된 열차폐체를 갖고,
상기 더미 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제1 갭 폭이, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제2 갭 폭과 실질적으로 동등해지도록 상기 더미 도가니의 높이를 조정하여 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 클리닝 공정에 있어서 상기 더미 도가니를 상하로 요동시키는 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 더미 도가니는 수지제인 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
단결정 잉곳을 본뜬 제2 더미 잉곳을 준비하고, 상기 클리닝 공정에 있어서, 상기 챔버 내에 상기 제2 더미 잉곳을 매달아 설치한 상태로 상기 가스를 공급하고, 상기 제2 더미 잉곳의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 클리닝 방법.
제5항에 있어서,
상기 제2 더미 잉곳을 상기 제1 더미 잉곳에 연결시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제5항에 있어서,
상기 챔버는,
메인 챔버와,
상기 메인 챔버의 상부 개구에 연결된 풀 챔버를 갖고,
상기 제2 더미 잉곳을 상기 풀 챔버 내에 배치한 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제7항에 있어서,
상기 더미 도가니와는 독립적으로 상기 제2 더미 잉곳을 상하로 요동시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제5항에 있어서,
상기 단결정 인상 장치는,
상기 회전 지지축과 동일한 축상에 배치되고, 선단부에 훅이 부착된 와이어를 추가로 갖고,
상기 제2 더미 잉곳의 선단부에는 링 금구(金具)가 부착되어 있고,
상기 훅을 상기 링 금구에 걸어맞춤과 함께 상기 걸어맞춤에 여유를 갖게함으로써, 상기 제2 더미 잉곳을 상기 와이어의 하단부에 연결하는 클리닝 방법.
제5항에 있어서,
상기 제2 더미 잉곳은 수지제인 클리닝 방법.
단결정 잉곳을 본뜬 더미 잉곳을 준비하는 단계; 및
단결정 인상 장치의 감압된 챔버 내에 상기 더미 잉곳을 매달아 설치한 상태로 가스를 공급하여, 상기 더미 잉곳의 영향을 받은 상기 가스의 흐름을 발생시켜, 상기 챔버의 벽면 또는 상기 챔버 내의 부품에 부착된 이물을 탈락시키는 단계
를 포함하는 클리닝 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치의 클리닝 방법.
제11항에 있어서,
상기 더미 잉곳을 상하로 요동시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 더미 잉곳은 수지제인 클리닝 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 챔버 내의 온도를 상온으로 설정하여 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 더미 잉곳은,
직경이 서서히 커지는 숄더부와,
상기 숄더부의 하방에 있어서 직경이 일정하게 유지된 보디부를 갖고,
상기 클리닝 공정에서는, 상기 숄더부의 하단이 상기 챔버 내에 설치된 열차폐체의 하단의 개구를 통과하도록 상기 더미 잉곳을 인상하는 클리닝 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 챔버는,
메인 챔버와,
상기 메인 챔버의 상부 개구에 연결된 풀 챔버를 갖고,
상기 더미 잉곳을 상기 풀 챔버 내에 배치한 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제11항에 있어서,
원료 융액을 지지하는 도가니를 상기 챔버 내에 설치하고, 상기 도가니 내에 상기 원료 융액이 실제로 저류된 고온하의 상기 챔버 내에서 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제17항에 있어서,
상기 더미 잉곳을 상하로 요동시킨 상태로 상기 클리닝 공정을 실시하는 클리닝 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 더미 잉곳은,
직경이 서서히 커지는 숄더부와,
상기 숄더부의 하방에 있어서 직경이 일정하게 유지된 보디부를 갖고,
상기 클리닝 공정에서는, 상기 숄더부의 하단이 상기 도가니의 상방에 설치된 열차폐체의 하단의 개구를 통과하도록 상기 더미 잉곳을 인상하는 클리닝 방법.
제19항에 있어서,
상기 클리닝 공정을 개시할 때의 상기 도가니의 높이 위치가, 상기 단결정 인상 공정을 개시할 때의 상기 도가니의 높이 위치보다도 낮아지도록, 상기 도가니의 높이를 조정하는 클리닝 방법.
제19항에 있어서,
상기 클리닝 공정에 있어서 상기 숄더부의 상기 하단이 상기 열차폐체의 상기 하단과 동일한 높이일 때에, 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제1 갭 폭이, 실제의 단결정 인상 공정에 있어서의 상기 원료 융액의 액면과 상기 열차폐체의 하단의 사이의 제2 갭 폭과 실질적으로 동등해지도록, 상기 도가니의 높이를 조정하는 클리닝 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 도가니 내에 원료를 추가 차지(charge)한 후, 상기 클리닝 공정을 행하는 클리닝 방법.
제22항에 있어서,
단결정을 인상하기 위한 인상축의 하단에 접속된 차지관을 이용하여 상기 원료를 추가 차지한 후, 상기 차지관으로부터 상기 더미 잉곳으로 교체하여 상기 클리닝 공정을 행하는 클리닝 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 도가니는 석영으로 이루어지고,
상기 더미 잉곳은, 실리콘, 석영, 카본, 탄화 규소 및 몰리브덴으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 이루어지는 클리닝 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 더미 잉곳은 중공 구조를 갖는 클리닝 방법.
단결정의 인상에 이용하는 도가니를 본뜬 더미 도가니와,
상기 도가니 내의 원료 융액의 액면을 본뜬 더미 액면과,
상기 원료 융액의 액면으로부터 상방으로 인상 도중의 단결정 잉곳을 본뜬 제1 더미 잉곳을 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치의 클리닝 용구.
제26항에 있어서,
단결정 잉곳을 본뜬 제2 더미 잉곳을 추가로 구비하고,
상기 제1 더미 잉곳의 상단부는 원뿔 형상의 볼록부를 갖고,
상기 제2 더미 잉곳의 하단부는 상기 제1 더미 잉곳의 상기 상단부에 끼워맞춤 가능한 원뿔 형상의 오목부를 갖는 클리닝 용구.
단결정 잉곳을 본뜬 더미 잉곳으로 이루어지고,
상기 더미 잉곳의 하단부는 원뿔 형상의 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치의 클리닝 용구.
단결정 인상 장치의 챔버 및 상기 챔버 내의 부품을 해체 청소하는 공정과,
상기 해체 청소 후, 제1항, 제2항, 제11항, 제12항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로 상기 단결정 인상 장치의 마무리 클리닝을 실시하는 공정과,
상기 마무리 클리닝의 완료 후, 상기 단결정 인상 장치를 이용하여 단결정을 인상하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.