JPH0754290Y2

JPH0754290Y2 - 単結晶の製造装置

Info

Publication number: JPH0754290Y2
Application number: JP8234892U
Authority: JP
Inventors: 晴彦杉田; 真鈴木
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2005-12-18
Also published as: JPH0642967U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、チョクラルスキー法に
よる単結晶の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】チョクラルスキ−法によりシリコン、ゲ
ルマニウム、化合物半導体、酸化物半導体等の単結晶を
製造することは従来から行われており、ほぼ完成された
技術となっている。

【０００３】この技術をシリコンに適用した場合には、
石英ガラス製のるつぼ内でシリコンを溶融させ、シリコ
ン種結晶をこの溶融液表面に接触させると同時に回転さ
せながら徐々に引き上げる。これにより、引き上げられ
たシリコン種結晶と溶融液表面との接触面が凝固すると
ともにシリコン単結晶が成長し、円柱状のシリコン単結
晶が得られる。

【０００４】ところで、この技術においては、引き上げ
を開始する前に、原料を予め石英ガラスるつぼに充填し
て、ヒーターで熱を加えて融液にする段階があるが、こ
のとき熱が石英ガラスるつぼ上方に抜ける割合が大きく
無駄が多い。その結果コストがかかるばかりでなく、石
英ガラスるつぼに過大の熱を加えることになり、石英ガ
ラスるつぼ劣化が進み結晶の品質に影響を及ぼすことに
もなる。また、過大の熱により石英ガラスるつぼが変形
し、単結晶の安定引き上げが妨げられる。

【０００５】この石英ガラスるつぼ上方への抜熱を制御
する手段として、特開平2-283693では、原料を溶解する
時に、熱遮蔽板で石英るつぼ上部に蓋をし、溶解終了時
にワイヤーを介した操作により蓋を開くもの、およびシ
ードワイヤーに熱遮蔽板を吊るし、石英るつぼ直上に配
置しておき、溶解終了後にチャンバーの外に取り出して
引き上げを開始できるようにしたものを提案している。
また、特開平3-193694でも、熱遮蔽板をシードワイヤー
に吊るし、石英るつぼ直上に配置させる方法を提案して
いる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】溶解時に石英るつぼに
蓋をする、あるいは熱遮蔽板を吊るすことによって、ヒ
ーターパワーの低減および石英るつぼ劣化の防止は達成
できたが、引き上げ中にこれらをどうするかに問題があ
る。

【０００７】特開平2-283693の技術では、熱遮蔽板が石
英るつぼ近傍に残るので、このことがガス流れをみだ
し、熱環境にも影響して安定引き上げを妨げる恐れがあ
る。また、熱遮蔽板の開放操作時に発生するほこりによ
り結晶中に不純物が混入したり、あるいは引上げ中の結
晶に付着して転位が発生したりする恐れもある。

【０００８】特開平2-283693の他の技術、あるいは特開
平3-193694の技術では、熱遮蔽板を原料溶解後に取り出
して引き上げを開始するが、このときゲートバルブ操作
時に発生するほこりによって前例と同様に、不純物が混
入したり安定引き上げが妨げられたりする恐れがある。
また、熱遮蔽板を取り出した後の引上げチャンバーの真
空引き、および不活性ガスのパージ作業に時間を要する
ため、時間とヒーターパワーの無駄が大きい。また、こ
の間に石英るつぼの劣化や変形が進行してしまう。従っ
て原料溶解時は熱遮蔽板を用い、溶解終了後はすぐに引
上げを行えるようにした方がよい。

【０００９】本考案はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、原料溶解時にはるつぼからの熱を遮蔽するこ
とができ、原料溶解後は、熱遮蔽部材が石英るつぼの近
傍の熱およびガス流れ環境に影響を与えること無く、ま
た熱遮蔽板を取り出すこと無く、迅速に単結晶の引上げ
を開始することができるシリコン単結晶引き上げ装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記課題を解
決するために、原料結晶を溶解して融液を形成するため
のるつぼと、種結晶を保持するための種結晶保持具と、
前記保持具を昇降させる昇降機構と、前記原料結晶の溶
解時に前記るつぼの直上部を覆い熱を遮蔽する熱遮蔽部
材とを具備し、前記種結晶保持具に保持された種結晶を
前記融液に接触させて単結晶を引き上げる単結晶の製造
装置において、さらに、るつぼの上方に設けられ前記熱
遮蔽部材を保持する保持部材を備え、前記熱遮蔽部材は
前記種結晶保持具に着脱可能に設けられ、前記熱遮蔽部
材は前記種結晶保持具と共に前記昇降機構により上昇さ
れた際に前記保持部材により保持可能なことを特徴とす
る単結晶の製造装置を提供する。

【００１１】

【作用】本考案においては、熱遮蔽部材を種結晶保持具
に着脱可能に設け、るつぼの上方に熱遮蔽部材を保持す
るための保持部材を設け、前記熱遮蔽部材が前記種結晶
保持具と共に前記昇降機構により上昇された際に、それ
を前記保持部材により保持するようにしたので、原料溶
解時には、熱遮蔽部材をるつぼを覆うように配置させ、
原料溶解後にはるつぼの上方の熱遮蔽部材を単結晶の引
上げに影響のない位置に保持させることができる。そし
て、単結晶引上げの際には種結晶保持具のみを下降させ
ればよい。

【００１２】このため、原料溶解後に熱遮蔽部材によっ
てるつぼの近傍の熱環境及びガス流れに影響が及ぼされ
ることが無い。また単結晶引上げの際に、熱遮蔽部材を
炉外に取り出すことが不要であり、原料溶解後迅速に単
結晶の引上げを実施することができる。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面を参照して本考案の実施例に
ついて説明する。図１及び図２は本考案の実施例に係る
単結晶製造装置を示す断面図であり、図１は原料溶解
時、図２は単結晶引上げ時を示している。図中参照符号
１は石英ガラスるつぼであり、この中にシリコン原料が
装入されている。この石英ガラスるつぼ１は、黒鉛るつ
ぼ２の中にセットされており、黒鉛るつぼ２はペディス
タル３上に上下動及び回転可能に支持されている。

【００１４】黒鉛るつぼ２の周囲にはヒーター６が設け
られており、このヒーター６によって石英ガラスるつぼ
１内のシリコン原料４が溶解され、図２に示すように融
液４ａとなる。

【００１５】なお、石英ガラスるつぼ１、黒鉛るつぼ
２、ペディスタル３及びヒーター６はいずれもステンレ
ス製のチャンバー８内に設けられており、このチャンバ
ー８とヒーター６との間にはホットゾーン断熱材７が配
設されている。

【００１６】単結晶５を引上げるための種結晶（シー
ド）１１が種結晶保持具（シードホルダー）１０に保持
された状態で、石英ガラスるつぼ１の上方に吊されてお
り、シード１１及びシードホルダー１０は昇降機構２０
により、昇降可能となっている。なお、シードホールダ
ー１０の上部は、後述する熱遮蔽部材３０を支持するた
めのストッパ１０ａとなっている。

【００１７】昇降機構２０は、巻取機１４と、シードワ
イヤー１５と、巻取機１４を収容するプルヘッド１６と
を備えており、シードワイヤー１５の下端にシードホル
ダー１０が取り付けられている。そして、図示しない駆
動装置により巻取機１４を駆動させて、シードワイヤー
１５の繰出及び巻取、並びに回転が可能となっており、
これによりシード１１を回転させながら昇降させる。こ
れらの構成は通常チョクラルスキー法によるシリコン単
結晶引き上げ装置と基本的に同じである。なお、チャン
バ−８とプルヘッド１６との間には引上げチャンバー１
７が設けられており、これらの間は気密シールされてい
る。

【００１８】熱遮蔽部材３０は、シリコン原料４の溶解
時にるつぼ１の直上部を覆い、その際に発生する熱を遮
蔽する熱遮蔽板１２と、この熱遮蔽板１２を支持する枠
１３とを備えている。枠１３の上板１３ａには、その中
央に孔１３ｂが形成されており、この孔１３ｂにシード
ホルダー１０のストッパ１０ａが嵌合される。すなわ
ち、熱遮蔽部材３０はシードホールダー１０に支持され
た状態となっている。なお、熱遮蔽板１２は放射熱をよ
く反射する材料である金属がよく、特にタンタル、モリ
ブデン、あるいはタングステンなどの高融点の金属がよ
い。また、熱遮蔽板１２にはシードホールダー１０が通
るための孔１２ａが形成されている。

【００１９】引上げチャンバー１７の上端近傍には、リ
ング状をなすフランジ４０が水平に設けられている。フ
ランジ４０は、図３に示すように、外側リング４１と、
外側リング４１から内側に向かう２つの鉤部４２と、鉤
部４２の先端に設けられたストッパ４３とからなってい
る。このフランジ４０は、熱遮蔽部材３０がシードホル
ダー１０と共に上昇されてきた際に、鉤部４２に熱遮蔽
部材３０の上板１３ａを係合させて熱遮蔽部材３０を保
持するようになっている。なお、ストッパ４３は上板１
３ａが鉤部４２に係合された際に上板１３ａが外れない
ように上板１３ａを係止するものである。

【００２０】このように構成される装置においては、先
ず、石英ガラスるつぼ２内にシリコン原料４を装入し、
ヒーター６により加熱してこの原料４を溶解する。この
際に、図１に示すように、熱遮蔽板１２がるつぼ１の直
上部を覆うような位置になるように熱遮蔽部材３０を配
置させる。

【００２１】シリコン原料４が溶解されて融液４ａにな
った際に、図２に示すように、昇降機構２０により、シ
ードホルダー１０及び熱遮蔽部材３０を上昇させ、フラ
ンジ４０に熱遮蔽部材３０を保持させる。そして、シー
ドホルダー１０のみを下降させてシード１１を融液４ａ
に接触させ、昇降機構２０によりシード１１を上昇させ
て単結晶５を引き上げる。

【００２２】この際の手順を図４を参照して説明する。
先ず、図４の（ａ）に示すようにシードホルダー１０と
熱遮蔽部材３０を上昇させ、（ｂ）に示すように熱遮蔽
部材３０の枠１３の上部がフランジ４０の内部を通って
その上に出るようにする。この状態で熱遮蔽部材３０を
矢印方向に回転させ、（ｃ）に示すように鉤部４２に熱
遮蔽部材３０の上板１３ａを係合させる。これにより、
熱遮蔽部材３０がフランジ４０に保持される。この状態
において昇降機構２０のシードワイヤー１５を繰り出す
と、熱遮蔽部材３０はフランジに保持されているので、
（ｄ）に示すようにシードホルダー１０のみが下降す
る。

【００２３】このように、原料溶解時においては石英ガ
ラスるつぼ１の直上に配置された熱遮蔽部材３０によっ
て石英ガラスるつぼ２から上方への放射熱を遮蔽するこ
とができ、溶解終了後においては図４に示す手順でフラ
ンジ４０に熱遮蔽部材３０を保持させることができる。
従って、原料溶解が終了してから迅速に引き上げを開始
することができる。また、このように熱遮蔽部材３０が
引上げチャンバー１７の上端近傍に保持されるので、熱
遮蔽部材３０によってるつぼ２の近傍の熱環境及びガス
流れに影響が及ぼされることが無い。

【００２４】なお、この考案は上記実施例に限定される
ことなく、種々変形することが可能である。例えば、上
記実施例では熱遮蔽部材３０に一枚の熱遮蔽板１２を取
り付けた例を示したが、図５に示すように、熱遮蔽板１
２を複数枚（図では３枚）設けてもよい。これにより、
さらに熱遮蔽効果すなわち保温効果を大きくすることが
できる。

【００２５】また、原料溶解時に熱遮蔽板１２に孔が形
成されていない状態とし、引上げ開始時に熱遮蔽板１２
がシードの昇降を妨げない形にすることにより、一層熱
遮蔽効果を上昇させることができる。その例を図６乃至
図９に示す。

【００２６】図６は、熱遮蔽板１２を２分割タイプと
し、枠１３の中間部に、その中心部にストッパ１０ａは
通過しホルダー１０の本体部が係合される孔を有するＶ
字状をなすアーム１８を設けた例を示す。この例では、
原料溶解時には（ａ）に示すように熱遮蔽板１２を閉じ
ておき、引上げ時には（ｂ）に示すように熱遮蔽板１２
を開放する。この際の動作を図７を参照して説明する。
先ず、（ａ）に示すように、熱遮蔽部材３０をシードホ
ルダー１０と共に上昇させ、枠１３の上板１３ａをチャ
ンバー１７の天井に当接させる。この状態でさらにシー
ドホルダー１０を上昇させてアーム１８を押し上げる。
その結果、（ｂ）に示すように、枠１３が左右に押し広
げられて、熱遮蔽板９が２つに分かれる。その後は、上
記実施例と同様にシードホルダー１０を下降させて単結
晶の引上げを行うことができる。

【００２７】図８は、熱遮蔽板１２に２つの扉１２ｂを
設けた例である。この例において、枠１３の内側には内
枠１９が設けられており、内枠１９は枠１３に対して上
下にスライドできるようになっている。内枠１９の上板
にはストッパ１０ａは通過しホルダー１０の本体部が係
合される孔が設けられている。内枠１９の下端と各扉１
２ｂとはワイヤ２１で繋がれている。この例では、原料
溶解時には（ａ）に示すように熱遮蔽板１２を閉じてお
き、引上げ時には（ｂ）に示すように、上板１２ａをフ
ランジ４０に係合させた状態で、内枠１９を枠１３に対
し上にスライドさせる。これにより、ワイヤー２１が引
っ張られ、熱遮蔽板１２に設けられた扉１２ｂが開くこ
とになる。

【００２８】図９は、熱遮蔽板１２をシードホルダー１
０が通れるように変形させるようにした例である。枠１
３、内枠１９、ワイヤー２１の構成は図７の例と同じで
あるが、この例では、熱遮蔽板１２が２分割され、夫々
の端部が繋がっていると共に、夫々が２つに折れるよう
になっていて、ワイヤー１８が引っ張られることにより
図に示すように、シードホールダー１０が通過可能なよ
うに変形する。

【００２９】

【考案の効果】この考案によれば、原料溶解時にはるつ
ぼからの熱を遮蔽することができ、原料溶解後は、熱遮
蔽部材が石英るつぼの近傍の熱およびガス流れ環境に影
響を与えること無く、また熱遮蔽板を取り出すこと無
く、迅速に単結晶の引上げを開始することができる単結
晶の製造装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例に係る単結晶の製造装置の
原料溶解時における断面を示す図。

【図２】この考案の一実施例に係る単結晶の製造装置の
単結晶引上げ時における断面を示す図。

【図３】図１の装置におけるフランジの構造を示す図。

【図４】図１の装置の動作を説明するための図。

【図５】熱遮蔽部材の変形例を示す図。

【図６】熱遮蔽部材の他の変形例を示す図。

【図７】図６の熱遮蔽部材を用いた装置の動作を説明す
るための図。

【図８】熱遮蔽部材のさらに他の変形例を示す図。

【図９】熱遮蔽部材のさらに他の変形例を示す図。

【符号の説明】

１…石英るつぼ２…黒鉛るつ
ぼ３…ペディスタル４…シリコン
原料５…シリコン単結晶６…ヒーター７…ホットゾーン断熱材８…チャンバ
ー１０…種結晶保持具（シードホルダー）１１…種結晶
（シード）１２…熱遮蔽板１３…枠１４…巻取機１５…シード
ワイヤー１６…プルヘッド１７…引上げ
チャンバー２０…昇降機構３０…熱遮蔽
部材４０…フランジ（保持部材）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】原料結晶を溶解して融液を形成するため
のるつぼと、種結晶を保持するための種結晶保持具と、
前記保持具を昇降させる昇降機構と、前記原料結晶の溶
解時に前記るつぼの直上部を覆い熱を遮蔽する熱遮蔽部
材とを具備し、前記種結晶保持具に保持された種結晶を
前記融液に接触させて単結晶を引き上げる単結晶の製造
装置において、さらに、るつぼの上方に設けられ前記熱遮蔽部材を保持
する保持部材を備え、前記熱遮蔽部材は前記種結晶保持
具に着脱可能に設けられ、前記熱遮蔽部材は前記種結晶
保持具と共に前記昇降機構により上昇された際に前記保
持部材により保持可能なことを特徴とする単結晶の製造
装置。