(57)【要約】【課題】チョクラルスキー法によって単結晶シリコンを製造する際に、単結晶シリコンの成長量に応じて予め設定された温度データを容易に補正することが可能な単結晶シリコンの製造装置を提供する。【解決手段】坩堝１５の温度は、単結晶シリコンＴの成長量と、前記単結晶シリコンの成長量に応じて設定した前記坩堝の温度傾きとにより設定されていることを特徴とする。前記単結晶シリコンの成長量が所定量ごとに区切られ、区切られたそれぞれの成長量範囲に応じて前記温度傾きが選定されていても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に配置されヒータに囲まれた坩堝に貯留したシリコン融液にシードを浸漬し、前記シリコン融液の温度を制御するとともに前記シードを回転させながら引き上げて単結晶シリコンを成長させるチョクラルスキー法による単結晶シリコンの製造装置であって、
前記坩堝の温度は、
前記単結晶シリコンの成長量と、前記単結晶シリコンの成長量に応じて設定した前記坩堝の温度傾きとにより設定されていることを特徴とする単結晶シリコンの製造装置。
【請求項２】
前記単結晶シリコンの成長量が所定量ごとに区切られ、区切られたそれぞれの成長量範囲に応じて前記温度傾きが設定されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶シリコンの製造装置。
【請求項３】
前記単結晶シリコンの引上長を前記単結晶シリコンの成長量に対応させて前記温度傾きを設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶シリコンの製造装置。
【請求項４】
前記シリコン融液の残量を前記単結晶シリコンの成長量に対応させて前記温度傾きを設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶シリコンの製造装置。
【請求項５】
前記ヒータの外方に配置された保温筒と、該保温筒の外方に配置された放射温度計とを備え、
前記温度傾きを前記放射温度計により計測される温度に対応させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の単結晶シリコンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコンの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板等に用いられる単結晶シリコンは、一般的にチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により製造されている。
ＣＺ法は、高耐圧気密チャンバ内に配置した石英製の坩堝内に多結晶シリコンを入れて、石英坩堝を囲うように配置されたヒータを加熱することによって多結晶シリコンを加熱溶融し、石英坩堝の上方に配置されたシードチャックにシード（種結晶）を取り付けるとともにこのシードを石英坩堝内のシリコン融液に浸漬し、シード及び石英坩堝を回転させながらシードを引き上げて単結晶シリコンを成長させるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、ヒータの外方には、さらに黒鉛等からなる保温筒が配置され、石英坩堝の温度が保温されている。
【０００３】
このようなＣＺ法における単結晶シリコンの製造方法においては、単結晶シリコンの品質を安定化させるために単結晶シリコンの引上長、引上速度、溶融したシリコンの残量等に応じてシリコン融液の温度を適宜制御する必要があり、例えば坩堝や保温筒の温度が予め設定された温度曲線（温度データ）となるようにヒータ電力が調節されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７８６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＣＺ法を用いて単結晶シリコンを引き上げる際に、黒鉛坩堝、ヒータ、保温材などのカーボン部材の劣化の影響により、定期的に温度曲線（温度データ）の修正（調整）が必要となる。
【０００６】
従来、この温度曲線（温度データ）は、単結晶シリコンの成長量に応じて、温度の絶対値が設定されているが、この絶対値は、石英坩堝のばらつきや上述した保温筒のセッティングの仕方等に起因して、単結晶シリコンのバッチごとにばらつきが生じる。このばらつきの影響をなくすため、制御上は絶対値ではなく成長量に対する温度の変化量（温度傾き）を使用している。このため、温度を１箇所でも修正すると、その後の温度もすべて修正しなければならず、温度曲線（温度データ）の修正の作業が煩雑になっていた。
特に、近年、太陽電池のソーラーパネル用途の単結晶シリコンにおいては、生産性を向上させるために、単結晶シリコンの引上げ速度を速くする傾向にあり、温度曲線（温度データ）の精度を高めるため、上述した温度曲線（温度データ）の修正を容易に行うことが求められている。
【０００７】
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、チョクラルスキー法によって単結晶シリコンを製造する際に、単結晶シリコンの成長量に応じて予め設定された温度データを容易に修正することが可能な単結晶シリコンの製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、本発明の単結晶シリコンの製造装置は、チャンバ内に配置されヒータに囲まれた坩堝に貯留したシリコン融液にシードを浸漬し、前記シリコン融液の温度を制御するとともに前記シードを回転させながら引き上げて単結晶シリコンを成長させるチョクラルスキー法による単結晶シリコンの製造装置であって、前記坩堝の温度は、前記単結晶シリコンの成長量と、前記単結晶シリコンの成長量に応じて設定した前記坩堝の温度傾きとにより設定されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の単結晶シリコンの製造装置によれば、坩堝の温度は、単結晶シリコンの成長量と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した坩堝の温度傾きとの温度データにより設定されているので、予め設定された温度データの修正が必要な場合に、修正の対象となる単結晶シリコンの成長量における上述の温度傾きを変更することにより、容易に温度データの修正を行うことができる。
また、温度データの修正の対象となる単結晶シリコンの成長量において、単結晶シリコンの成長量と上述の温度傾きとを再度設定することにより温度データを修正するので、温度データの修正箇所が少なくなり登録のミスを減らしたり、温度データの修正に不慣れな者が誤った修正をすることを防止できる。
ここで、単結晶シリコンの成長量とは、シリコン融液の液面から引き上げられて成長した単結晶シリコンの長さである。
【００１０】
さらに、単結晶シリコンの成長量から、引上げられる単結晶シリコンの全長における位置を算出し、単結晶シリコンの全長における位置と、その位置における上述の温度傾きとの関係を確認することもできる。
また、単結晶シリコンの成長量と、上述の温度傾きとを用いて、単結晶シリコンの全長における位置と、坩堝の温度の絶対値との関係を確認することもできる。
ここで、単結晶シリコンの全長とは、単結晶シリコンの引上げ予定長さであり、すなわち、引上げ完了後の単結晶シリコンの全長の長さである。
【００１１】
また、上述の単結晶シリコンの製造装置において、前記単結晶シリコンの成長量が所定量ごとに区切られ、区切られたそれぞれの成長量範囲に応じて前記温度傾きが設定される構成としても良い。
この場合、単結晶シリコンの成長量が所定量ごとに区切られ、区切られたそれぞれの成長量範囲に応じて前記温度傾きが設定されているので、温度データにおける単結晶シリコンの成長量と上述の温度傾きを容易に設定することができる。
【００１２】
また、上述の単結晶シリコンの製造装置においては、前記単結晶シリコンの引上長を前記単結晶シリコンの成長量に対応させて前記温度傾きを設定する構成とされても良い。
この場合、計測が容易な単結晶シリコンの引上長を単結晶シリコンの成長量に対応させて上述の温度傾きを設定するので、シリコンの成長量に応じた坩堝の温度を容易に制御することができる。
ここで、単結晶シリコンの引上長とは、前述したシードからシリコン融液の液面までの長さである。
【００１３】
また、上述の単結晶シリコンの製造装置においては、前記シリコン融液の残量を前記単結晶シリコンの成長量に対応させて前記温度傾きを設定する構成とされても良い。
この場合、シリコン融液の残量を単結晶シリコンの成長量に対応させて温度傾きを設定するので、シリコンの成長量に応じた坩堝の温度を容易に制御することができる。
【００１４】
また、上述の単結晶シリコンの製造装置においては、前記ヒータの外方に配置された保温筒と、該保温筒の外方に配置された放射温度計とを備え、前記温度傾きを前記放射温度計により計測される温度に対応させる構成とされても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チョクラルスキー法によって単結晶シリコンを製造する際に、単結晶シリコンの成長量に応じて予め設定された温度データを容易に修正することが可能な単結晶シリコンの製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る単結晶シリコンの製造装置を示す縦断面図である。
【図２】一実施形態に係る単結晶シリコンを引き上げる際に用いる温度データの概略を説明する図である。
【図３】温度データの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る単結晶シリコンの製造装置１の概略図を示す。
【００１８】
単結晶シリコンの製造装置１は、耐圧気密に構成されたチャンバ１０と、石英坩堝１５と、シードチャック１７と、ヒータ１９と、坩堝支持台２１と、シードチャック駆動機構３０とを備え、減圧状態としたチャンバ１０内にて、シードチャック１７に取り付けたシードＳを石英坩堝１５内に貯留したシリコン融液Ｍに浸漬し、回転させながら引き上げることにより単結晶シリコンＴを成長させるようになっている。
【００１９】
チャンバ１０は、メインチャンバ１１と、メインチャンバ１１の上方に接続されたトップチャンバ１２と、トップチャンバ１２の上方に接続されたプルチャンバ１３とを備え、メインチャンバ１１は底部１１Ａと底部１１Ａに立設する筒状部１１Ｂとから構成され、中心部には石英坩堝１５が配置され、排気孔１１Ｄに図示しない真空ポンプが接続されてチャンバ１０内を減圧又は真空状態とすることが可能とされている。
【００２０】
また、メインチャンバ１１の底部１１Ａには、スピルトレイ１４が配置されていて、石英坩堝１５が破損してシリコン融液Ｍが流出することがあった場合に、シリコン融液Ｍが底部１１Ａと直接接触してチャンバが破損するのを防止できるようになっている。
【００２１】
プルチャンバ１３は、略円筒形状に形成され、引き上げられた単結晶シリコンＴを収納する空間を有しており、トップチャンバ１２によりメインチャンバ１１と接続されている。
【００２２】
石英坩堝１５は、石英坩堝１５の凹部に単結晶シリコンＴの原料である塊状の多結晶シリコンを保持可能とするとともに多結晶シリコンが加熱、溶融されて生成したシリコン融液Ｍを貯留可能とされており、黒鉛坩堝１６に収納されている。例えば、この石英坩堝１５の温度を制御することによって、シリコン融液Ｍの温度を所望の温度に保持することができる。
【００２３】
黒鉛坩堝１６は、坩堝支持台２１の上面に配置されたペディスタル２１Ｃに保持されることにより一体に組み合わせて形成され、坩堝支持台２１はその支持部２１Ａがメインチャンバ１１の底部１１Ａの中心部にて底部１１Ａ及びスピルトレイ１４を貫通して形成された貫通孔１１Ｈに挿入され、メインチャンバ１１に対して相対的に回転及び昇降が可能とされている。
【００２４】
また、黒鉛坩堝１６の周囲には円筒状のヒータ１９と、ヒータ１９の外方に円筒状の保温筒２２と、この保温筒２２の外方に放射温度計４０とが配置されている。
保温筒２２は、円筒状の黒鉛からなる内側保温筒２２Ａと内側保温筒２２Ａの外方に配置された円筒状の多孔質黒鉛からなる外側保温筒２２Ｂとを有し、内側保温筒２２Ａの内径と略同じ内径の孔が形成された円板状のロアリング２２Ｃに載置されるとともに上方には内側保温筒２２Ａの内径と略同じ内径の孔が形成された円板状のアッパリング２２Ｄが配置されている。
【００２５】
ヒータ１９は、下方が電極継手１９Ａにボルト１９Ｂで固定され、電極継手１９Ａはスピルトレイ１４に形成された貫通孔に配置された黒鉛電極１９Ｃを介して図示しない電源と接続されている。このヒータ１９は、例えばシリコン融液Ｍの温度が所定の温度に保たれるように電力が制御される。
【００２６】
放射温度計４０は、保温筒２２の温度を測定するためのものである。本実施形態においては、この放射温度計４０の測定データに基づいてヒータ１９の電力を調節し、シリコン融液Ｍの温度を制御している。なお、この放射温度計４０によって測定される温度は、坩堝の温度とほぼ同じとされている。
【００２７】
放射温度計４０で測定される温度は、予め設定した温度データとなるようにヒータ１９の電力が制御されている。
温度データは、単結晶シリコンＴの成長量（シリコン融液Ｍの液面からの成長長さ）と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した温度傾きからなるものである。本実施形態においては、この成長量は、単結晶シリコンの引上長と対応付けられている。温度データについては、詳細を後述する。
【００２８】
保温筒２２の上端にはアッパリング２２Ｄ、アダプタ２３を介してフロー管２５が取り付けられている。
フロー管２５は、下端開口部より上端開口部が大径とされた逆円錐台形状の中空筒とされ、黒鉛またはＳｉＣにより形成されている。
シードチャック１７は、基端側がワイヤＷに接続され、ワイヤＷがシードチャック駆動機構３０を接続されることによりシードＳがメインチャンバ１１に対して相対的に回転及び昇降自在とされている。
【００２９】
シードチャック駆動機構３０は、プルチャンバ１３の上部に設けられ、ワイヤＷの基端側が接続されるとともに巻回されるプーリ３１と、ワイヤＷを回転軸線Ｏとしてプルチャンバ１３に対して相対的に回転可能とされる回転駆動部３２とを備え、プーリ３１がワイヤＷを巻き取ることによりシードチャック１７が昇降し、回転駆動部３２が回転することによりシードチャック１７がワイヤＷの廻りに旋回するようになっている。
【００３０】
さらに、単結晶シリコンの製造装置１は、制御部５０を備え、制御部５０は、坩堝支持台２１の回転と、シードチャック駆動機構３０の回転及び昇降を制御可能に構成されており、坩堝支持台２１の回転方向と回転速度及びシードチャック駆動機構３０における回転駆動部３２によるシードチャック１７の回転方向及び回転速度、プーリ３１によるシードチャック１７の昇降及び引上げ（上昇）速度を制御することができるようになっている。
【００３１】
制御部５０は、例えば、第１のインバータ５１と、第２のインバータ５２と、第３のインバータ５３と、演算部５４とを備え、第１のインバータ５１、第２のインバータ５２、第３のインバータ５３は、演算部５４の指示信号に基づいて駆動信号を送出するように構成されている。
【００３２】
制御部５０は、例えば、第１のインバータ５１の周波数を変化させて、坩堝支持台２１を回転させるモータＭ１の回転方向及び回転数を制御することにより石英坩堝の回転方向及び回転速度を制御可能とされ、坩堝支持台２１の回転速度は、例えば、１．０ｒｐｍから３０ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第１のインバータ５１とモータＭ１は、坩堝回転制御手段を構成している。
【００３３】
また、同様に、第２のインバータ５２の周波数を変化させて、シードチャック駆動機構３０の回転駆動部３２を回転させるモータＭ２の回転方向及び回転数を制御することによりシードチャック１７の回転軸線Ｏ廻りの回転方向（右回転、左回転）及び回転速度を調整可能とされており、シードチャック１７の回転速度を０．５ｒｐｍから１５ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第２のインバータ５２とモータＭ２は、シード回転制御手段を構成している。
【００３４】
また、第３のインバータ５３の周波数を変化させてワイヤＷが巻かれたプーリ３１を回転させるモータＭ３の回転方向及び回転数を制御することによりシードチャック１７の昇降向及び引上げ速度を調整可能とされており、シードチャック１７の引上げ速度を０．０１ｒｐｍから１０ｒｐｍに調整することができるようになっている。
第３のインバータ５３とモータＭ３は、シード引上げ速度制御手段を構成している。
【００３５】
次に、単結晶シリコンの製造装置１の作用について説明する。
まず、原料となる塊状の多結晶シリコンを石英坩堝１５に充填し、ヒータ１９で石英坩堝１５を加熱して多結晶シリコンを溶解して得られるシリコン融液Ｍとし、シードＳを浸漬する部分近傍のシリコン融液Ｍを過冷却状態とする。
【００３６】
次いで、シードＳをシードチャック１７に挿入して固定する。
次に、シードチャック駆動機構３０を駆動して、シードチャック１７を下降させてシードＳをシリコン融液Ｍに浸漬し、シードＳをシリコン融液Ｍになじませる。
シードＳがシリコン融液Ｍになじんだら、シードチャック１７を回転させながら上昇させる。
【００３７】
このときヒータ１９の加熱は、放射温度計４０で測定される温度が予め設定された温度データとなるように制御される。
例えば、放射温度計４０の温度データは、図２及び表１に示すような温度データとされており、単結晶シリコンＴの引上長と、単結晶シリコンＴの引上長に応じて設定した放射温度計４０で測定される温度の温度傾きとのデータの集合体である。すなわち、本実施形態においては、保温筒２２（石英坩堝１５）の温度が図２及び表１に示すような温度データとなるように制御されるのである。
ここで、温度傾きは、横軸を単結晶シリコンＴの引上長とし、縦軸を放射温度計４０の温度とした際の温度の傾きに相当するものである。
【００３８】
なお、本実施形態においては、引上長が０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲では、引上長が５０ｍｍごとに単結晶シリコンＴの引上長と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した放射温度計４０で測定される温度の温度傾きが、図２及び表１に示す値に設定されている。また、引上長が３００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲では、引上長が１００ｍｍごとに単結晶シリコンＴの引上長と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した放射温度計４０で測定される温度との温度傾きが設定されている。さらに、引上長が２０００ｍｍ〜２４００ｍｍの範囲では、引上長が２００ｍｍごとに単結晶シリコンＴの引上長と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した放射温度計４０で測定される温度との温度傾きが設定されている。
【００３９】
【表１】
2014227323.tif 000003
【００４０】
なお、図２において、横軸は、単結晶シリコンＴの引上長（ｍｍ）、縦軸は、単結晶シリコンＴの引き上げられる予定長さを所定の長さごとに区分した際に単結晶シリコンＴの引上長範囲において放射温度計で測定される温度の温度傾きとされている。
【００４１】
ここで、単結晶シリコンＴの引上げ開始時点では、放射温度計４０で測定される温度は、石英坩堝１５のばらつきや保温筒２２のセッティング方法等によってばらつきが生じる。このようなばらつきにより、バッチ間で温度のズレが発生し、この温度のズレが引上げ速度のズレとなり最終的に単結晶シリコンＴの品質に影響する。この単結晶シリコンＴの品質に与える影響を低減するために、引上げ速度が所定の速度よりもずれている場合に、引上げ速度が所定の速度に合うように、温度データが自動で補正されることもある。
【００４２】
この温度データの補正を温度データ（温度曲線）にフィードバックする場合、例えば、単結晶シリコンＴの引上長が５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲において速度がずれている場合、５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の温度データにおける前述の温度傾きを修整（変更）することによって行うことができる。
以上のようにして、シリコン融液Ｍから単結晶シリコンＴが引き上げられる。
【００４３】
以上のような構成とされた本発明の実施形態に係る単結晶シリコンの製造装置１によれば、単結晶シリコンＴの引上長が所定量ごとに区切られ、区切られたそれぞれの引上長範囲に応じて上述の温度傾きが設定されているので、温度データにおける単結晶シリコンＴの引上長と温度傾きとを容易に設定することができる。
そして、放射温度計４０で測定される温度は、単結晶シリコンＴの引上長と、上述の温度傾きとにより設定されているので、予め設定された温度データの修正が必要な場合に、修正が必要な箇所のみ、変更対象となる単結晶シリコンＴの引上長における上述の温度傾きを変更することにより、容易に温度データの修正をおこなうことができる。
【００４４】
すなわち、図３及び表２に示すような温度データ（温度曲線）の一例の場合に温度データを修正する際には、単結晶シリコンの引上長において１箇所の温度を修正すると、その修正をした単結晶シリコンＴの引上長以降の温度もすべて変更し直さなければならないが、本実施形態の単結晶シリコンの製造装置１では、修正すべき引上長の区分における前述の温度傾きを修整することのみで温度データを修正できるため、修正の操作が簡易になる。
【００４５】
【表２】
2014227323.tif 000004
【００４６】
また、温度データのパラメータとして、単結晶シリコンＴの引上長と、上述の温度傾きとを用いることにより温度データを修正するので、温度データの変更箇所が少なくなり、設定のミスを減らしたり、修正の操作に不慣れな者が不要な修正をしてしまったりすることを防止できる。
【００４７】
さらに、単結晶シリコンＴの引上長の区分から、引き上げられる単結晶シリコンＴの全長（引上げ予定長さ）における位置を算出し、単結晶シリコンＴの全長における位置と、その位置における上述の温度傾きとの関係を確認することもできる。
また、単結晶シリコンＴの引上長の区分と、上述の温度傾きとを用いて、単結晶シリコンＴの全長（引上げ予定長さ）における位置と温度プログラムの絶対値との関係を確認することもできる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態に係る単結晶シリコンの製造装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４９】
なお、上記実施の形態においては、単結晶シリコンの引上長を単結晶シリコンの成長量に対応させる場合について説明したが、単結晶シリコン融液の残量を単結晶シリコンの成長量に対応させる構成とされても良い。
【００５０】
また、温度データは、所定量の長さごとに区切られた単結晶シリコンの引上長の区分と、上述の温度傾きとにより設定される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単結晶シリコンの成長量と、単結晶シリコンの成長量に応じて設定した温度傾きとにより制御される構成にすれば良い。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、保温筒の外方に配置された放射温度計によって温度を測定する場合について説明したが、熱電対などを用いて石英坩堝（坩堝）の温度を直接測定しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
Ｍ  シリコン融液
Ｓ  シード
Ｔ  単結晶シリコン
１  単結晶シリコンの製造装置
１０  チャンバ（気密チャンバ）
１５  石英坩堝（坩堝）
１９  ヒータ
２２  保温筒
４０  放射温度計
【図１】
2014227323.tif 000005
【図２】
2014227323.tif 000006
【図３】
2014227323.tif 000007