JP2003012394A - シリコンインゴット成長装置 - Google Patents
シリコンインゴット成長装置Info
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Abstract
リコン内の温度勾配を緩和させることにより、単結晶イ
ンゴット(シリコンインゴット)の品質を向上させるシ
リコンインゴット成長装置を提供する。 【解決手段】 石英るつぼを安着させる黒鉛るつぼと、
黒鉛るつぼの下部に結合されて黒鉛るつぼを回転させる
とともに上下に移動できるように支持する駆動軸46
と、黒鉛るつぼを加熱するための加熱手段と、黒鉛るつ
ぼ、加熱手段、及び駆動軸の一部を外部環境と熱的に遮
断するための断熱壁とを備えたシリコンインゴット成長
装置であって、駆動軸46が、中央に空洞21が形成さ
れた空洞軸部26と、この空洞軸部26の下端に取り付
けられて熱伝達を抑制するための断熱軸部25と、この
断熱軸部25の下端に取り付けられた円柱軸部27とを
含んでなる。
Description
成長装置に係り、特にシリコンインゴットを成長させる
ための装置において黒鉛るつぼの駆動軸を改良したシリ
コンインゴット成長装置に関する。
高集積度の回路素子を生産するために欠陥のない完璧な
ウェーハが望まれている。
産するためには、やはり高品質の単結晶インゴット(シ
リコンインゴット)が生産されなければならない。
しては、チョクラルスキー成長方法を用いた装置が広く
知られている。図3は、このような従来技術に係るシリ
コンインゴット成長装置の断面図であって、インゴット
成長時の温度分布を示す図である。
ット成長装置は、溶融シリコン34を入れる石英るつぼ
(石英高温容器)32を安着させる(設置する)黒鉛る
つぼ(黒鉛高温容器)33と、この黒鉛るつぼ33の下
部に結合されて黒鉛るつぼ33を回転させるとともに上
下に移動できるように支持する駆動軸36と、黒鉛るつ
ぼ33を加熱するための加熱手段35と、黒鉛るつぼ3
3、加熱手段35、及び駆動軸36の一部を外部環境と
熱的に遮断するための断熱壁37と、これらを保護する
ための外函38とを含んでなる。図3の点線は、温度分
布を表示するための等温線である。
ト成長装置に用いる駆動軸を示す断面図である。図1に
示すように、従来の単結晶インゴット(シリコンインゴ
ット)成長装置は駆動軸10(35)を用いている。こ
の駆動軸10の上部軸は黒鉛柱を加工して作製するが、
上部には空洞11を形成して黒鉛るつぼ33と結合され
るサポートボード12を作っている。そして、駆動軸1
0の下部は、円柱形にして回転手段が軸回転自在に結合
され、また上下移動手段(例:シリンダー)が上下移動
可能に結合できるようになっている(図示せず)。
る駆動軸10(35)の役割は、溶融シリコン34を入
れたるつぼを支持しながら回転させたり、上下に移動さ
せたりすることである。このような単純回転用としてデ
ザインされた駆動軸10を採用した結晶成長システムで
は、駆動軸10とチャンバー内の冷却システムとが近接
する地点で発生する速い熱伝達に従属するので、外部環
境の変化による不安定性を引き起こすという問題があ
る。また、駆動軸10により生じる熱損失のため、駆動
軸10が支持している溶融シリコン34内の温度勾配が
大きくなり、結晶の品質が低下するという問題が発生す
る。
(35)を結合した従来の成長装置は、実際、単結晶イ
ンゴット(シリコンインゴット)31を成長させると
き、駆動軸10により生じる熱損失が大きいので、シリ
コン溶融炉内の温度勾配が大きくなる。この温度勾配
は、成長する単結晶インゴット31の品質にそのまま反
映されるので、極めて重要な工程管理要素とされる。の
みならず、駆動軸10を通して流れる熱量は、熱効率を
低下させる原因として作用する場合もある。
リコンインゴット成長装置では、駆動軸10(35)の
熱損失が大きいので、シリコン溶融炉内の温度勾配が大
きくなり、成長する単結晶インゴット(シリコンインゴ
ット)31の品質にそのまま反映して極めて重要な工程
管理要素になっていたとともに、この駆動軸10を通し
て流れる熱量は熱効率を低下させる原因として作用して
しまうという不具合があった。本発明はこのような課題
を解決し、シリコン成長装置の駆動軸を改良して溶融シ
リコン内の温度勾配を緩和させることにより、単結晶イ
ンゴット(シリコンインゴット)の品質を向上させるシ
リコンインゴット成長装置を提供することを目的とす
る。
ため本発明は、石英るつぼを安着させる黒鉛るつぼと、
黒鉛るつぼの下部に結合されて黒鉛るつぼを回転させる
とともに上下に移動できるように支持する駆動軸と、黒
鉛るつぼを加熱するための加熱手段と、黒鉛るつぼ、加
熱手段、及び駆動軸の一部を外部環境と熱的に遮断する
ための断熱壁とを備えたシリコンインゴット成長装置に
おいて、駆動軸が、中央に空洞が形成された空洞軸部
と、この空洞軸部の下端に取り付けられて熱伝達を抑制
するための断熱軸部と、この断熱軸部の下端に取り付け
られた円柱軸部とを含んでなる。
れ、空洞軸部と円柱軸部とは黒鉛材質から作られる。そ
して、駆動軸の上下移動時に断熱壁とほぼ対応する位置
に断熱軸部を位置させる。
つ、本発明によるシリコンインゴット成長装置の実施の
形態を詳細に説明する。図2は、本発明に係るシリコン
インゴット成長装置に用いる駆動軸を示す断面図であ
る。また、図4は、本発明に係るシリコンインゴット成
長装置の断面図であって、インゴット成長時の温度分布
を示す図である。本発明によるシリコンインゴット成長
装置の実施形態は、図4に示すよに、溶融シリコン44
を入れる石英るつぼ(石英高温容器)42を安着させる
(設置する)黒鉛るつぼ(黒鉛高温容器)43と、この
黒鉛るつぼ43の下部に結合されて黒鉛るつぼ34を回
転させるとともに上下に移動できるように支持する駆動
軸46と、黒鉛るつぼ43を加熱するための加熱手段4
5と、黒鉛るつぼ43、加熱手段45、及び駆動軸46
の一部を外部環境と熱的に遮断するための断熱壁47と
を備えており、これらを保護するための外函48で取り
囲まれている。図4に示した点線は温度分布を表示する
ための等温線である。
成長装置に用いる駆動軸46は、図2に示すように、中
央に空洞21が形成された空洞軸部26と、この空洞軸
部26の下端に取り付けられて熱伝達を抑制するための
断熱軸部25と、この断熱軸部25の下端に取り付けら
れた円柱軸部27とを含んでなる。また、駆動軸46
は、上部に黒鉛るつぼ43と結合するサポートボド22
を備えている。
作られ、空洞軸部26と円柱軸部27とは黒鉛材質から
作られる。
ディスクを重ねて作製したもので、断熱特性を極大化さ
せる。ディスクを重ねる時、材料の方向を交互に切り換
えてディスク間の熱伝達を最大限抑制する。異方性断熱
材をこのように重ねると、等方性断熱材に比べて熱伝導
率がほぼ10分の1に減る。この断熱軸部25は、駆動
軸46の上下移動時に断熱壁47とほぼ対応する位置に
位置させたほうが良い。
円柱に空洞21を形成したもので、この空洞21の直径
は空洞軸部26の全径の30%以上とする。好ましく
は、空洞軸部26の全径の50%〜70%としたほうが
良い。空洞21が大きくなればなるほど熱伝導部位が減
るので、下部に排出される熱を最大限抑制することによ
り、空洞軸部26の温度勾配を下げる。従って、上部の
溶融シリコン44の温度勾配も小さくなる。この際、空
洞21の寸法は、機械的な安定性を害しない限度内でで
きる限り大きくしたほうが良い。
ンインゴット成長装置は、図4に示したシ単結晶インゴ
ット(シリコンインゴット)41を成長させる工程が進
んでいるとき、加熱手段45で発生した熱が黒鉛るつぼ
43に加えられ、この熱は駆動軸46にも伝達される。
そして、駆動軸46は、断熱壁47の内部から外部にか
けて位置しており、断熱壁47外部の駆動手段(図示せ
ず)と結合されている。ここで、断熱壁内部の温度と断
熱壁外部の温度との差は非常に大きいので(1000℃
以上)、万一、駆動軸46が本実施形態のような熱絶縁
体になっていなければ、多くの熱量が駆動軸46を通し
て断熱壁47の外部へ移動(放熱)してしまう恐れがあ
る。本実施形態の駆動軸46では、異方性断熱材で空洞
軸部26と円柱軸部27とを連結しているので、大部分
の熱の流れがこの断熱軸部25で遮断され、熱の流れが
少なくなる。
の溶融シリコン44の温度勾配が小さくなり、温度分布
も均一化され、図4に示した成長する単結晶インゴット
(シリコンインゴット)41の品質が向上する。
ット成長装置によれば、従来の成長装置より熱損失が少
ないので熱効率が高くなり、石英るつぼ内の溶融シリコ
ンの温度勾配が小さくなるとともに、温度分布が改善さ
れることにより、単結晶インゴット(シリコンインゴッ
ト)の欠陥発生率を大きく改善することができる。
用いる駆動軸を示す断面図。
いる駆動軸を示す断面図。
断面図であって、インゴット成長時の温度分布を示す
図。
面図であって、インゴット成長時の温度分布を示す図。
Claims (7)
- 【請求項1】 石英るつぼを安着させる黒鉛るつぼと、 前記黒鉛るつぼの下部に結合され、黒鉛るつぼを回転さ
せるとともに上下に移動できるように支持する駆動軸
と、 前記黒鉛るつぼを加熱するための加熱手段と、 前記黒鉛るつぼ、加熱手段、及び駆動軸の一部を外部環
境と熱的に遮断するための断熱壁とを備えたシリコンイ
ンゴット成長装置において、 前記駆動軸が、中央に空洞が形成された空洞軸部と、こ
の空洞軸部の下端に取り付けられて熱伝達を抑制するた
めの断熱軸部と、この断熱軸部の下端に取り付けられた
円柱軸部とを含んでなることを特徴とするシリコンイン
ゴット成長装置。 - 【請求項2】 前記断熱軸部は、異方性断熱材から作ら
れたことを特徴とする請求項1記載のシリコンインゴッ
ト成長装置。 - 【請求項3】 前記空洞軸部と円柱軸部とは黒鉛材質か
ら作られ、前記空洞軸部に形成された空洞の直径は前記
空洞軸部の全径の30%以上であることを特徴とする請
求項1記載のシリコンインゴット成長装置。 - 【請求項4】 前記空洞軸部に形成された空洞の直径
は、前記空洞軸部の全径の50%〜70%であることを
特徴とする請求項3記載のシリコンインゴット成長装
置。 - 【請求項5】 前記駆動軸の上下移動時に断熱壁とほぼ
対応する位置に断熱軸部を位置させることを特徴とする
請求項1記載のシリコンインゴット成長装置。 - 【請求項6】 前記断熱軸部は、複数の異方性断熱材デ
ィスクを重ねて作製することを特徴とする請求項2記載
のシリコンインゴット成長装置。 - 【請求項7】 前記断熱軸部は、ディスクを重ねる時、
異方性断熱材材質の方向を交互に切り換えることを特徴
とする請求項3記載のシリコンインゴット成長装置。
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