JP2000281477A

JP2000281477A - 単結晶成長装置

Info

Publication number: JP2000281477A
Application number: JP11093744A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kuramoto; 誠蔵本; Kiyotaka Takano; 清隆高野
Original assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Current assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】単結晶成長装置において、チャンバの上部の
結晶回転部やシール部材がホットゾーンからの輻射熱を
受けることによって高温化し、単結晶の回転が停止した
り引き上げる単結晶が汚染されたりすることを防止す
る。【解決手段】ベアリング４０を有する結晶回転部やシ
ール部材５０とホットゾーンの間に熱遮蔽板５４を設置
し、チャンバの上部の結晶回転部やシール部材５０が受
ける輻射熱を低減させた。また、単結晶１１の引上げの
妨げにならないよう、単結晶引上げ速度と同じ速度で単
結晶１１と共に、熱遮蔽板５４が引き上げられるように
した。

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成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶成長
装置では、高耐圧気密チャンバの内部を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、
チャンバの内部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、かかる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
（直胴部）と下端が突出した円錐形の下部コーン部より
成る単結晶棒（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】また、この成長方法として、種結晶を融液
の表面に浸漬したときの熱衝撃により種結晶に発生する
転位を除去（無転位化）するために、種結晶を融液の表
面に浸漬した後、引上げ速度を比較的速くすることによ
り種結晶より小径の、例えば直径が３〜４ｍｍのネック
部を形成した後に、上記の上部コーン部の引上げを開始
するダッシュ（Dash）法が知られている。

【０００４】従来、このような装置において、単結晶の
成長にしたがって単結晶を回転させながら結晶格納チャ
ンバの内部へと引き上げる方法として、単結晶より長い
ワイヤを巻き取りながら引き上げるワイヤ方式、単結晶
より長い剛体のシャフトを上方向に移動させながら引き
上げるシャフト方式が知られている。また、結晶化温度
を均一にし均質な単結晶を成長させるために、単結晶は
回転しながら引き上げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原料融
液表面からの輻射熱により、チャンバの上部の結晶回転
部が加熱され結晶回転部のオイルの粘性が低下して、結
晶回転部の真空シールの性能が低下したり、結晶回転部
が熱膨張して機械精度が悪くなり、単結晶の回転が停止
したりするという問題が生じ、良質あるいは均質な単結
晶が得られない。さらに、結晶回転部のオイルが漏れ
て、漏れたオイルによって原料融液や引き上げられる単
結晶が汚染されることもある。

【０００６】特に、結晶格納チャンバがベローズの場
合、単結晶引上げ工程の中でも温度の高いディップ工程
（種結晶を原料融液に浸漬させる工程）時に、ベローズ
を収縮させる。そのため、結晶回転部は高温の原料融液
表面に接近することとなり、原料融液表面からの輻射熱
を大量に受ける。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に鑑み、チャン
バの上部の結晶回転部やシール部材が、原料融液や加熱
ヒータの存するホットゾーンからの輻射熱を受け高温化
して、単結晶の回転が停止したり引き上げる単結晶が汚
染されたりすることを防止する単結晶成長装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【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、チャンバの上部の結晶回転部やシール部材
が受ける輻射熱を低減させるため、結晶回転部やシール
部材とホットゾーンの間に熱遮蔽板を設置するようにし
た。また、単結晶を引き上げる時に単結晶の引上げの妨
げにならないように、熱遮蔽板が単結晶引上げ速度と同
じ速度で、単結晶と共に引き上げられるようにした。

【０００９】すなわち本発明によれば、単結晶の原料融
液を融解させる石英ルツボと、前記石英ルツボが内部に
配置されるチャンバと、前記チャンバの内部にあって前
記原料融液を加熱する加熱ヒータと、前記チャンバの上
部にあって前記単結晶を回転させる結晶回転部により構
成される単結晶回転機構とを有し、種結晶を前記石英ル
ツボ内の前記原料融液に浸漬して引き上げることによ
り、前記単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
少なくとも前記石英ルツボと前記加熱ヒータの存するホ
ットゾーンから前記結晶回転部が受ける輻射熱を低減さ
せるため、前記結晶回転部と前記ホットゾーンの間に熱
遮蔽板及び／又は水冷板を設置したことを特徴とする単
結晶成長装置が提供される。

【００１０】また、すなわち本発明によれば、単結晶の
原料融液を融解させる石英ルツボと、前記石英ルツボが
内部に配置されるチャンバと、前記チャンバの内部にあ
って前記原料融液を加熱する加熱ヒータと、前記チャン
バの上部にあって前記チャンバを真空に保つためのシー
ル部材とを有し、種結晶を前記石英ルツボ内の前記原料
融液に浸漬して引き上げることにより、前記単結晶を引
き上げるように構成された単結晶成長装置において、少
なくとも前記石英ルツボと前記加熱ヒータの存するホッ
トゾーンから前記シール部材が受ける輻射熱を低減させ
るため、前記シール部材と前記ホットゾーンの間に熱遮
蔽板及び／又は水冷板を設置したことを特徴とする単結
晶成長装置が提供される。

【００１１】本発明に更に、熱遮蔽板又は前記水冷板を
単結晶引上げ速度と同じ速度で単結晶と共に引き上げら
れるよう設置することを付加することは本発明の好まし
い態様である。本発明に更に、熱遮蔽板と水冷板のうち
同種のもの又は異種のものを２枚以上鉛直方向に並べて
設置することを付加することは本発明の好ましい態様で
ある。本発明に更に、チャンバがベローズにより伸縮可
能であることを付加することは本発明の好ましい態様で
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る単結晶成
長装置の一実施形態を示す模式的な断面図である。ベロ
ーチャンバ１０の内部は外部の雰囲気と隔離されてお
り、真空に近い状態になっている。ベローチャンバ１０
の内部には石英ルツボ１２が設置され、石英ルツボ１２
内には単結晶の原料融液１４が配されている。原料融液
１４はベローチャンバ１０の内部に設置された加熱ヒー
タ１６によって加熱される。図示省略しているが、この
石英ルツボはカーボンルツボによって軸の回りを回転可
能なように支持され、さらにカーボンルツボはペデスタ
ル上に設置されている。

【００１３】引上げシャフト１８の先端には種結晶ホル
ダ２０が取り付けられ、種結晶ホルダ２０は種結晶２２
の端部をその凹部に接合して保持する。種結晶２２を石
英ルツボ１２内の原料融液１４に浸漬して引き上げるこ
とにより単結晶１１を引き上げる。図１は、種結晶２２
をいったん石英ルツボ１２内の原料融液１４に浸漬し、
なじませた後、引き上げてダッシュネックを形成し、次
いで径拡大部２４を形成し、その後くびれを形成してか
ら上部コーン部、直胴部を形成した様子を示している。

【００１４】モータ２６がネジ付きロッド２８を回転さ
せ、ネジ付きロッド２８の回転によりナット３０が上昇
する。ナット３０の上昇によりナット３０が固定された
昇降台座３２も同時に上昇する機構を用いて、昇降台座
３２上に設置された支持構造体３４内部及び上部のモー
タ３６を上昇させる。昇降台座３２にはベローチャンバ
１０上端が取り付けられている。種結晶２２の取り付け
られた引上げシャフト１８はモータ３６により回転駆動
する。引上げシャフト１８が回転することにより、引き
上げられる単結晶１１も回転して均質な単結晶１１を成
長させる。また、上述の昇降台座３２及び支持構造体３
４の上昇に伴い、モータ３６及び引上げシャフト１８も
上昇し、引上げシャフト１８の上昇に伴って単結晶１１
が引き上げられる。

【００１５】昇降台座３２の上には回転基盤３８が配置
されている。回転基盤３８はベアリング４０を介して、
昇降台座３２上でモータ３６と同期回転している。回転
基盤３８の上にはモータ４２、ネジ付きロッド４４、ナ
ット４６が配され、上述した昇降台座３２の上昇と同様
の機構によって把持部材を上昇させる。把持部材の上昇
は単結晶引上げ速度と同速度に設定する。また、ベロー
チャンバ１０の内部を真空に近い状態に保つために、昇
降台座３２及び回転基盤３８などの隙間の生じやすい場
所にシール部材５０が配され、ベローチャンバ１０の内
部を密閉している。

【００１６】把持部材４８は、支持体４８ｂと、その先
端に回動可能に取り付けられた把持部４８ａとを有して
いる。径拡大部２４を把持するとき、把持部４８ａは支
持体４８ｂの先端を支点として、図示省略の操作部材に
より外力が加えられて開閉する。径拡大部の下方には把
持部材４８の把持部４８ａの先端爪部が挿入可能であ
る。把持部材４８によって、径拡大部２４の下方から径
拡大部２４を把持し、単結晶１１と同期回転しながら単
結晶１１と同じ速度で上昇して、単結晶引上げを補助す
る。

【００１７】把持部材の支持体４８ｂにステンレス製の
熱遮蔽板５４を、把持機構の障害にならないように２枚
鉛直方向に、重なるように並べて設置する。なお、図１
では熱遮蔽板５４は断面のみが示されているが、実際に
は、熱遮蔽板は単結晶の回転軸に対して軸対称であり、
リング状の構造をしている。熱遮蔽板５４を２枚設置す
ることにより熱遮蔽効果を高くしている。把持部材２８
は径拡大部２４を把持し、単結晶１１と同期回転しなが
ら、単結晶１１と共に上昇する。したがって、熱遮蔽板
５４も単結晶１１と共に上昇するので、熱遮蔽板５４が
単結晶引上げを妨げることはない。また、熱遮蔽板５４
下方からの輻射熱は、熱遮蔽板５４で遮蔽しきれないわ
ずかな隙間を通過し、熱遮蔽板５４上方へ移動する。し
たがって、可能な限り熱遮蔽板を大きくし、熱が通りぬ
ける隙間を小さくして、熱遮蔽板５４の上方と下方を隔
絶するよう熱遮蔽板５４を設置するのが望ましい。

【００１８】熱遮蔽板５４は原料融液１４や加熱ヒータ
１６からの輻射熱を遮蔽する。この熱遮蔽効果によっ
て、ベローチャンバ１０の上部への輻射熱は低減する。
その結果、ベローチャンバ１０の上部の昇降台座３２及
び回転基盤３８に存するベアリング４０を有する結晶回
転部やシール部材５０が受ける輻射熱も低減し、結晶回
転部やシール部材５０の温度上昇を抑えることができ
る。したがって、結晶回転部やシール部材５０の不良化
を抑制し、均質の単結晶を成長させるために必要な回転
運動を停止させずに滑らかに行い、またベローチャンバ
１０の内部の真空度を保つことが可能となる。

【００１９】図２は、べアリング４０を有する結晶回転
部及びシール部材５０が受ける輻射熱の影響を見るた
め、図１中の点線Ｂで示した断面のＡ−Ａ´領域の温度
分布を示したグラフである。図２中のグラフｂは、本発
明に係る熱遮蔽板５４を設置した装置における、ベアリ
ング４０を有する結晶回転部及びシール部材５０の温度
分布である。図２中のグラフａは、熱遮蔽板５４を設置
しない従来の装置における、ベアリング４０を有する結
晶回転部及びシール部材５０の温度分布である。図２の
グラフａとグラフｂを比べてみると、熱遮蔽板５４を設
置すると、熱遮蔽板５４のない従来の方法よりも１０℃
から５０℃、温度を低く抑えられることがわかる。これ
は、熱遮蔽板５４がホットゾーンからの輻射熱を効果的
に遮蔽している結果である。従来の装置では高温化する
ことによりベアリング４０を有する結晶回転部やシール
部材５０が不良化してしまい、単結晶１１の回転停止や
チャンバ１０の真空度の低下が生じるという問題があっ
た。しかし、これらの問題は熱遮蔽板５４を設置し、結
晶回転部やシール部材５０の高温化、不良化を抑えるこ
とにより解消される。

【００２０】本実施例においては、把持部材の支持体に
熱遮蔽板を設置したが、単結晶引上げ速度と同じ速度で
単結晶と共に上昇する装置や、例えばチャンバの内部の
壁面など単結晶引上げの妨げとならない場所に設置する
ことも可能である。また、本実施例においてはステンレ
ス製の熱遮蔽板を使用したが、例えばモリブデンなど熱
反射率の高い部材及び／又は非汚染部材で、熱遮蔽板を
構成することも可能である。また、熱遮蔽板の代わり
に、例えば水冷板などチャンバの内部の熱をチャンバの
外部に逃がす機構を備えた装置を使用することも可能で
ある。また、結晶回転部のベアリングの代わりに、向か
い合って接触する２枚の面同士が、なめらかに滑ること
を可能にする流体などを使用することも可能である。さ
らに、本実施例においては、単結晶引上げにシャフト方
式を使用しているが、ワイヤ方式を使用することも可能
である。また、結晶回転部やシール部材を水冷するなど
他の冷却機構を併設することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればチ
ャンバの上部とホットゾーンの間に熱遮蔽板又は水冷板
を設置したことにより、チャンバの上部の結晶回転部及
びシール部材への輻射熱を低減して、単結晶の回転停止
を防止するだけでなく、結晶回転部又はシール部材が輻
射熱を受けた場合に起こる単結晶成長への悪影響をなく
して、汚染のない単結晶の引上げを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶成長装置の一実施形態を示
す模式的な断面図である。

【図２】べアリング４０を有する結晶回転部及びシール
部材５０が受ける輻射熱の影響を見るため、図１中の点
線Ｂで示した断面のＡ−Ａ´領域の温度分布を示したグ
ラフである。

【符号の説明】

１０ベローチャンバ１１単結晶１２石英ルツボ１４原料融液１６加熱ヒータ１８引上げシャフト２０種結晶ホルダ２２種結晶２４径拡大部２６、３６、４２モータ２８、４４ネジ付きロッド３０、４６ナット３２昇降台座３４支持構造体３８回転基盤４０ベアリング４８把持部材４８ａ把持部材の把持部４８ｂ把持部材の支持体５０シール部材５４熱遮蔽板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶の原料融液を融解させる石英ルツ
ボと、前記石英ルツボが内部に配置されるチャンバと、
前記チャンバの内部にあって前記原料融液を加熱する加
熱ヒータと、前記チャンバの上部にあって前記単結晶を
回転させる結晶回転部により構成される単結晶回転機構
とを有し、種結晶を前記石英ルツボ内の前記原料融液に
浸漬して引き上げることにより、前記単結晶を成長させ
るように構成された単結晶成長装置において、少なくとも前記石英ルツボと前記加熱ヒータの存するホ
ットゾーンから前記結晶回転部が受ける輻射熱を低減さ
せるため、前記結晶回転部と前記ホットゾーンの間に熱
遮蔽板及び／又は水冷板を設置したことを特徴とする単
結晶成長装置。
【請求項２】単結晶の原料融液を融解させる石英ルツ
ボと、前記石英ルツボが内部に配置されるチャンバと、
前記チャンバの内部にあって前記原料融液を加熱する加
熱ヒータと、前記チャンバの上部にあって前記チャンバ
を真空に保つためのシール部材とを有し、種結晶を前記
石英ルツボ内の前記原料融液に浸漬して引き上げること
により、前記単結晶を成長させるように構成された単結
晶成長装置において、少なくとも前記石英ルツボと前記加熱ヒータの存するホ
ットゾーンから前記シール部材が受ける輻射熱を低減さ
せるため、前記シール部材と前記ホットゾーンの間に熱
遮蔽板及び／又は水冷板を設置したことを特徴とする単
結晶成長装置。
【請求項３】前記熱遮蔽板及び前記水冷板が、前記単
結晶と共に上昇する部材に連結されていることを特徴と
する請求項１又は２記載の単結晶成長装置。
【請求項４】単結晶引上げ速度と同じ速度で単結晶と
共に引き上げられるよう、前記熱遮蔽板又は前記水冷板
を引き上げる手段を有することを特徴とする請求項１又
は２記載の単結晶成長装置。
【請求項５】単結晶の原料融液を融解させる石英ルツ
ボと、前記石英ルツボが内部に配置されるチャンバと、
前記チャンバの内部にあって前記原料融液を加熱する加
熱ヒータと、前記チャンバの上部にあって前記単結晶を
回転させる結晶回転部により構成される単結晶回転機構
と、前記チャンバの内部にあって単結晶把持部材支持体
に接続された単結晶把持部材とを有し、種結晶を前記石
英ルツボ内の融液に浸漬して引き上げることにより種結
晶の下に単結晶ネック部を形成し、次いで前記ネック部
の下に単結晶の径拡大部を形成するために用いられ、前
記単結晶把持部材は、前記径拡大部が形成された後に前
記径拡大部を下方から把持して単結晶と共に上昇するこ
とにより、単結晶を成長させるように構成された単結晶
成長装置において、少なくとも前記石英ルツボと前記加熱ヒータの存するホ
ットゾーンから前記結晶回転部が受ける輻射熱を低減さ
せるため、前記結晶回転部と前記ホットゾーンの間に熱
遮蔽板及び／又は水冷板を前記単結晶把持部材支持体に
連結したことを特徴とする単結晶成長装置。
【請求項６】前記熱遮蔽板と前記水冷板のうち、同種
のもの又は異種のものを２枚以上鉛直方向に並べて設置
したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに
記載の単結晶成長装置。
【請求項７】前記チャンバがベローズにより伸縮可能
であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つ
に記載の単結晶成長装置。