(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ(13)内で半導体融液(14)を貯留するるつぼ(12)を囲むようにヒータ(16)が設けられ、前記ヒータ(16)に複数の脚部(31,33)が前記チャンバ(13)の底壁(13a)に向って突設され、前記脚部(31,33)の下端に着座部(41,43)が水平方向に延びて設けられ、中間電極(24)の上面から突設された中間電極用雄ねじ部(24b)が前記着座部(41,43)に挿通されてこの中間電極用雄ねじ部(24b)にナット(28)が螺合され、前記中間電極(24)の下端が下部電極(26)及び絶縁スリーブ(27)を介して前記チャンバ(13)の底壁(13a)に取付けられ、前記着座部(41,43)が前記中間電極(24)を介して前記下部電極(26)に電気的に接続された単結晶引上げ装置のヒータ取付構造において、
前記中間電極(24)の上面が前記着座部(41,43)の下面のうち少なくとも前記脚部(31,33)の中心線(G)を含む部分を受けるように構成されたことを特徴とする単結晶引上げ装置のヒータ取付構造。
【請求項２】
下部電極(26)の上面が中間電極(24)の下面のうち少なくとも脚部(31,33)の中心線(G)を含む部分を受け、かつ絶縁スリーブ(27)の上面が前記下部電極(26)の下面のうち前記脚部(31,33)の中心線(G)を含む部分を受けるように構成された請求項１記載の単結晶引上げ装置のヒータ取付構造。
【請求項３】
中間電極(84)の上面が着座部(41)の下面全体を受け、下部電極(86)の上面が前記中間電極(84)の下面全体を受け、かつ絶縁スリーブ(87)の上面が前記下部電極(86)の下面全体を受けるように構成された請求項１又は２記載の単結晶引上げ装置のヒータ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、るつぼに貯留された半導体融液から半導体単結晶を引上げる単結晶引上げ装置に関し、特に上記るつぼを加熱するためのヒータの取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の取付構造として、チャンバ内で半導体融液を貯留するるつぼを囲むようにヒータが設けられ、このヒータにグラファイト製の一対の中間電極が接続され、更に冷却水通路を有する一対の下部電極が上記一対の中間電極にそれぞれ結合された単結晶引上装置におけるヒーター電極構造が開示されている（特開平１０−８７３９３号）。この電極構造では、下部電極が上面に凹円錐面が形成され周面に雄ねじが形成された大径部と、大径部の下端に連設された小径部と、小径部内から大径部内にかけて形成され冷却水が通過可能な冷却水通路とを有する。また中間電極は下面が上記凹円錐面に相応する凸円錐面に形成された大径部と、大径部の上端に連設された中径部と、中径部の上端に連設されヒータの脚部下端の着座部の貫通孔に挿通しかつナットを螺合可能な小径ねじ部とを有する。更に中間電極の大径部にはナット部材が嵌入され、このナット部材の上端部内周には中間電極の大径部の肩部に係止可能な着座部が設けられる。
【０００３】
このように構成されたヒータの取付手順を説明する。先ず中間電極の大径部にナット部材を嵌入した状態で中間電極を下部電極に載せ、ナット部材を下部電極の大径部の雄ねじに螺合する。これによりナット部材の着座部にて中間電極の大径部が下部電極の大径部に圧接され、凸円錐面が凹円錐面に密着して中間電極が下部電極に結合される。次に中間電極の小径ねじ部にヒータの着座部の貫通孔を嵌入し、小径ねじ部の貫通孔から上方に突出した部分にナットが螺合される。
【０００４】
このように構成されたヒーター電極構造では、ヒータの径方向への熱膨張やヒータの振動等に起因して、ナット部材が熱応力により破損する場合があるけれども、中間電極及び下部電極の結合部は損傷しない。即ち、ナット部材が破損しても、下部電極から中間電極への電流供給は、互いに一様に接触した接触面（凸円錐面及び凹円錐面）を介して行われるので、局部的に電流が集中せず、冷却水通路内の冷却水の温度が過度に上昇することはない。この結果、冷却水通路の上部に水蒸気による空間が発生せず、中間電極及び下部電極の結合部は冷却水通路を通る冷却水により効率的に冷却されるので、上記結合部が損傷することはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の特開平１０−８７３９３号公報に示された単結晶引上におけるヒーター電極構造では、中間電極の中径部上面はヒータの着座部下面より小さいため、着座部は中径部から張り出し、その先端にヒータの脚部が位置する構造、即ち着座部の張り出した先端にヒータの重量が作用する片持ち梁構造となる。このため、熱応力に起因して中間電極の小径ねじ部に螺合されたナットが弛むと、上記着座部の大部分が中径部上面から浮き上がり、着座部下面と中径部上面との接触面積が極めて小さくなって電流密度が極めて大きくなるとともに、浮き上がった着座部と中径部との間で放電が発生し、これらの部材を損傷するおそれがあった。
本発明の目的は、ナットが弛んでもヒータの着座部と中間電極との接触面積の減少を阻止することにより、着座部及び中間電極間の電流密度の増大及び放電の発生を防止し、着座部及び中間電極の損傷を防止することができる、単結晶引上げ装置のヒータ取付構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図４に示すように、チャンバ１３内で半導体融液１４を貯留するるつぼ１２を囲むようにヒータ１６が設けられ、ヒータ１６に複数の脚部３１，３３がチャンバ１３の底壁１３ａに向って突設され、脚部３１，３３の下端に着座部４１，４３が水平方向に延びて設けられ、中間電極２４の上面から突設された中間電極用雄ねじ部２４ｂが着座部４１，４３に挿通されてこの中間電極用雄ねじ部２４ａにナット２８が螺合され、中間電極２４の下端が下部電極２６及び絶縁スリーブ２７を介してチャンバ１３の底壁１３ａに取付けられ、着座部４１，４３が中間電極２４を介して下部電極２６に電気的に接続された単結晶引上げ装置のヒータ取付構造の改良である。
その特徴ある構成は、中間電極２４の上面が着座部４１，４３の下面のうち少なくとも脚部３１，３３の中心線Ｇを含む部分を受けるように構成されたところにある。
この請求項１に記載された単結晶引上げ装置のヒータ取付構造では、ヒータ１６への通電及びその停止を繰返すと、ヒータ１６の着座部４１，４３や中間電極用雄ねじ部２４ａ等が熱膨張及び熱収縮を繰返し、熱応力によりナット２８が弛む場合がある。このとき着座部４１，４３は撓まず、着座部４１，４３の下面と中間電極２４の上面との接触面積は減少しないので、着座部４１，４３及び中間電極２４間を流れる電流密度は増大せず、かつ着座部４１，４３と中間電極２４との間で放電が発生することもない。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、下部電極２６の上面が中間電極２４の下面のうち少なくとも脚部３１，３３の中心線Ｇを含む部分を受け、かつ絶縁スリーブ２７の上面が下部電極２６の下面のうち脚部３１，３３の中心線Ｇを含む部分を受けるように構成されたことを特徴とする。
この請求項２に記載された単結晶引上げ装置のヒータ取付構造では、下部電極２６及び絶縁スリーブ２７が中間電極２４を安定した状態で支持することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、更に図６に示すように、中間電極８４の上面が着座部４１の下面全体を受け、下部電極８６の上面が中間電極８４の下面全体を受け、かつ絶縁スリーブ８７の上面が下部電極８６の下面全体を受けるように構成されたことを特徴とする。
この請求項３に記載された単結晶引上げ装置のヒータ取付構造では、下部電極８６及び絶縁スリーブ８７が中間電極８４を上記請求項２より更に安定した状態で支持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図５に示すように、単結晶引上げ装置１０はシリコン単結晶１１をチョクラルスキー法（ＣＺ法）により引上げる装置である。この装置１０は気密容器であるチャンバ１３と、このチャンバ１３内に設けられシリコン融液１４を貯留する石英るつぼ１２と、石英るつぼ１２を囲むように設置され石英るつぼ１２内の原料１５（シリコン多結晶体）を加熱・融解してシリコン融液１４にするヒータ１６とを備える。
【００１０】
石英るつぼ１２は石英により略半球状に形成される。チャンバ１３の中央下部にはシャフト１９が立設され、このシャフト１９の上端には石英るつぼ１２を収容するサセプタ２０が設けられる。また石英るつぼ１２はシコリン融液１４の液面を常に一定レベルに保つようにシャフト１９を介して昇降可能に構成される。一方、石英つぼ１２の上方かつ石英るつぼ１２の軸線上にはこの軸線を中心に回転可能にかつ昇降可能に構成されたワイヤケーブル２１が吊下げられ、このワイヤケーブル２１の下端にはシリコン融液１４に浸してシリコン単結晶１１を引上げるための種結晶２２が取付けられる。
【００１１】
ヒータ１６は図３及び図４に示すように、略円筒状に形成されたヒータ本体２３と、このヒータ本体２３の下端に等間隔に突設された４本の第１〜第４脚部３１〜３４と、これらの脚部３１〜３４の下端に水平方向にそれぞれ延びて設けられた４つの第１〜第４着座部４１〜４４とを有する。ヒータ本体２３には上縁及び下縁から交互に切り込んで下方及び上方にそれぞれ延びる複数のスリット２３ａが形成され、第１〜第４着座部４１〜４４はヒータ本体２３の半径方向内向きに突設される。また第１〜第４着座部４１〜４４には通孔４１ａ〜４４ａがそれぞれ形成される。この実施の形態では互いに対向する第１着座部４１と第３着座部４３とに直流電圧が印加され、これにより図３の実線矢印で示すように電流が流れるように構成される。第１着座部４１と第３着座部４３のチャンバ１３の底壁１３ａへの取付構造は同一であるので、代表して第１着座部４１の取付構造を示し、第３着座部４３の取付構造は省略する。なお、第２及び第４着座部４２，４４は図示しないが電気絶縁部材を介してチャンバ１３の底壁１３ａに取付けられる。
【００１２】
第１着座部４１は図１及び図２に示すように、中間電極２４，下部電極２６及び絶縁スリーブ２７を介してチャンバ１３の底壁１３ａに取付けられる。中間電極２４は導電率が比較的高く、耐熱性に優れ、かつ結晶汚染のおそれが少ないグラファイトにより円柱状に形成される。中間電極２４の下面中央には孔中心線が中間電極２４の軸線に一致するねじ孔２４ａが形成され、中間電極２４の上面中央には中間電極用雄ねじ部２４ｂが上方に向って突設される。この中間電極用雄ねじ部２４ｂに第１着座部４１の通孔４１ａを嵌入したときに、中間電極２４の上面が第１着座部４１の下面のうち少なくとも第１脚部３１の中心線Ｇ（第１脚部３１の重心を通る鉛直線）を含む部分を受けるように構成される。また中間電極用雄ねじ部２４ｂにはナット２８が螺合可能に構成される。
【００１３】
下部電極２６は導電率が比較的高い銅，銅合金，ステンレス鋼等により形成され、円板状に形成された大径部２６ａと、この大径部２６ａの下面中央に下方に向って突設された小径部２６ｂと、大径部２６ａの上面中央に上方に向って突設された下部電極用雄ねじ部２６ｃとを有する。下部電極用雄ねじ部２６ｃには中間電極２４のねじ孔２４ａを螺合可能に構成される。また下部電極２６内には小径部２６ｂ及び大径部２６ａを通って下部電極用雄ねじ部２６ｃの上端近傍まで達する冷却水通路２６ｄが形成され、この冷却水通路２６ｄには冷却水が通るように構成される。
【００１４】
絶縁スリーブ２７は電気絶縁材料により形成され、フランジ部２７ａと、このフランジ部２７ａの下面に下方に向って突設された筒部２７ｂとを有する。筒部２７ｂはチャンバ１３の底壁１３ａに形成された透孔１３ｂに挿通可能に構成され、絶縁スリーブ２７には下部電極２６の小径部２６ｂが挿通可能に構成される。また下部電極２６の大径部２６ａの上面は中間電極２４の下面のうち少なくとも第１脚部３１の中心線Ｇを含む部分を受け、かつ絶縁スリーブ２７のフランジ部２７ａの上面は下部電極２６の大径部２６ａの下面のうち少なくとも第１脚部３１の中心線Ｇを含む部分を受けるように構成される。この実施の形態では、大径部２６ａの外径は中間電極２４の外径と同一に形成され、フランジ部２７ａの外径は大径部２６ａの外径と同一に形成される。即ち、大径部２６ａの上面は中間電極２４の下面全体を受け、かつフランジ部２７ａの上面は大径部２６ａの下面全体を受けるように構成される。なお、中間電極２４の外周面及び大径部２６ａ又は小径部２６ｂの外周面には図示しないがスパナ掛け部をそれぞれ形成することが好ましい。
【００１５】
このように構成されたヒータの取付手順を図１に基づいて説明する。
予めチャンバ１３の底壁１３ａの透孔１３ｂに絶縁スリーブ２７の筒部２７ｂを挿通しておく。先ず下部電極２６の下部電極用雄ねじ部２６ｃに中間電極２４のねじ孔２４ａを螺合し、この状態で下部電極２６の小径部２６ｂを絶縁スリーブ２７に挿通する。次に中間電極２４の中間電極用雄ねじ部２４ｂにヒータ１６の第１着座部４１の通孔４１ａを嵌入し、通孔４１ａから上方に突出した中間電極用雄ねじ部２４ｂにナット２８を螺合する。これにより第１着座部４１が中間電極２４，下部電極２６及び絶縁スリーブ２７を介してチャンバ１３の底壁１３ａに取付けられるので、第１着座部４１が中間電極２４を介して下部電極２６に電気的に接続されるとともに、下部電極２６が絶縁スリーブ２７によりチャンバ１３の底壁１３ａと電気的に絶縁される。
【００１６】
このように構成されたヒータ取付構造では、ヒータ１６への通電及びその停止を繰返すと、ヒータ１６の第１着座部４１や中間電極用雄ねじ部２４ｂ等が熱膨張及び熱収縮を繰返し、熱応力によりナット２８が弛む場合がある。しかし、中間電極２４の上面がヒータ１６の第１着座部４１のうち少なくとも第１脚部３１の中心線Ｇを含む部分を受けるので、第１着座部４１は撓まず、第１着座部４１の下面と中間電極２４の上面との接触面積は減少しない。この結果、第１着座部４１から中間電極２４に流れる電流密度は増大せず、かつ第１着座部４１と中間電極２４との間で放電が発生することもないので、第１着座部４１及び中間電極２４が損傷することはない。
また下部電極２６の大径部２６ａ及び絶縁スリーブ２７のフランジ部２７ａが中間電極２４と同一外径を有するので、大径部２６ａ及びフランジ部２７ａが中間電極２４を安定した状態で支持することができる。
【００１７】
図６及び図７は本発明の第２の実施の形態を示す。図６及び図７において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、中間電極８４の上面が第１着座部４１の下面全体を受け、下部電極８６の上面が中間電極８４の下面全体を受け、絶縁スリーブ８７の上面が下部電極８６の下面全体を受け、更に中間電極用雄ねじ部２４ｂがねじ孔２４ａとともに中間電極８４の軸線に一致するように構成される。即ち、中間電極８４，下部電極８６の大径部８６ａ及び絶縁スリーブ２７のフランジ部２７ａの外径は第１の実施の形態の中間電極，下部電極の大径部及び絶縁スリーブのフランジ部の外径より大きく形成される。また上記大径部８６ａ及びフランジ部８７ａの外径は中間電極８４の外径と同一に形成される。
【００１８】
このように構成されたヒータ取付構造では、中間電極８４の上面が第１着座部４１の下面全体を受けるので、第１の実施の形態より更に安定した状態で支持することができ、ナット２８が弛んでも第１着座部４１は全く撓まない。また中間電極８４及び下部電極８６の大径部８６ａの外径を第１の実施の形態より大きくしたので、第１着座部４１下面及び中間電極８４上面の接触面積のみならず、中間電極８４上面及び大径部８６ａ上面の接触面積も第１の実施の形態より大きくなり、第１着座部４１から中間電極８４を介して大径部８６ａに流れる電流密度が第１の実施の形態より低下する。この結果、第１着座部４１と中間電極８４との間で放電が発生することはなく、第１着座部４１及び中間電極８４が損傷することはない。上記以外のヒータの取付手順及びヒータ取付構造の動作は第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００１９】
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、半導体単結晶としてシリコン単結晶を挙げたが、ガリウムヒ素単結晶又はその他の半導体単結晶でもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、単結晶引上げ装置としてＣＺ法による引上げ装置を挙げたが、融液に磁界を印加して融液の対流を抑制する連続チャージ型磁界印加チョクラルスキー法（ＣＭＣＺ法）による引上げ装置，磁界印加を行わない連続チャージ型チョクラルスキー法（ＣＣＺ法）による引上げ装置或いはその他の引上げ装置でもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、第１〜第４着座部をヒータ本体の半径方向内向きに突設したが、第１〜第４着座部をヒータ本体の半径方向外向きに突設してもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、ヒータ本体の下端に４本の脚部を突設したが、２本，３本又は５本以上の脚部を突設してもよい。
更に、上記第１及び第２の実施の形態では、中間電極を円柱状に形成し、下部電極の大径部を円板状に形成したが、中間電極を多角柱状に形成し、下部電極の大径部を多角板状に形成してもよい。この場合、中間電極及び大径部の外周面にスパナ掛け部を形成する必要がなくなる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、中間電極の上面に突設された中間電極用雄ねじ部をヒータの着座部に挿通してこの中間電極用雄ねじ部にナットを螺合し、中間電極の下端を下部電極及び絶縁スリーブを介してチャンバの底壁に取付け、着座部を中間電極を介して下部電極に電気的に接続し、更に中間電極の上面が着座部の下面のうち少なくとも脚部の中心線を含む部分を受けるように構成したので、熱応力によりナットが弛んでも着座部は撓まず、着座部の下面と中間電極の上面との接触面積は減少しない。この結果、着座部及び中間電極間を流れる電流密度は増大せず、かつ着座部と中間電極との間で放電が発生しないので、着座部及び中間電極の損傷を防止することができる。
【００２１】
また下部電極の上面が中間電極の下面のうち少なくとも脚部の中心線を含む部分を受け、かつ絶縁スリーブの上面が下部電極の下面のうち脚部の中心線を含む部分を受けるように構成すれば、下部電極及び絶縁スリーブが中間電極を安定した状態で支持することができる。
更に中間電極の上面が着座部の下面全体を受け、下部電極の上面が中間電極の下面全体を受け、かつ絶縁スリーブの上面が下部電極の下面全体を受けるように構成すれば、下部電極及び絶縁スリーブが中間電極を上記より更に安定した状態で支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態の中間電極及び下部電極を含む図３のＡ部拡大断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】そのヒータの側面図。
【図４】そのヒータの平面図。
【図５】そのヒータを含む単結晶引上げ装置の要部断面図。
【図６】本発明の第２実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図。
【符号の説明】
１０  単結晶引上げ装置
１２  石英るつぼ（るつぼ）
１３  チャンバ
１３ａ  底壁
１４  シリコン融液（半導体融液）
１６  ヒータ
２４，８４  中間電極
２４ｂ  中間電極用雄ねじ部
２６，８６  下部電極
２７，８７  絶縁スリーブ
２８  ナット
３１  第１脚部
３３  第３脚部
４１  第１着座部
４３  第３着座部
Ｇ  第１脚部の中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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