(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボの表面に下端面を近接して配置され単結晶の結晶育成状態を観察する観察窓用石英製窓板を有する整流筒および結晶観察用の直径検出器を設ける単結晶引上装置における前記観察窓用石英製窓板の曇り防止構造であって、前記整流筒は、前記直径検出器と相対向する位置に前記観察窓を配設する内筒と、該内筒の外周に挿着され前記観察窓と相対向する位置に窓孔を形成する外筒とを有し、前記内筒の観察窓の配設される部位における前記内筒と外筒との接合部に、前記整流筒内の単結晶形成室側と整流筒の外部とを連通するガス抜け通路を設けることを特徴とする単結晶引上装置用整流筒の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造。
【請求項２】
前記ガス抜け通路が、前記内筒の外面の一部を軸線方向に沿って削ぎ取って形成されるものである請求項１の単結晶引上装置用整流筒の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法により引上形成される単結晶引上装置の整流筒に設けられる直径検出器の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法は図５に概略を示すように、石英のルツボ１２内のＳｉ融液１３に種結晶１８を接触させ、種結晶１８に連結される引上軸１７を上方に移動させることにより単結晶１９を形成する単結晶製造方法であり、広く知られている。この場合、引上軸１７等に折出したＳｉＯは図略の上方蓋部の気密用シーリングにより掻き落され下方のＳｉ融液１３内に落ち込む。このため育成中の単結晶１９が有転位化する問題が生じる。そのため、引上軸１７と同心に単結晶１９を囲繞する中空体状の整流筒１ａを設け、その最下面をルツボ１２の融液面２０上の近傍に配置し、且つ上方から整流筒１ａ内にＡｒガスを流下させ、融液面２０から蒸発したＳｉＯをＡｒガスと共に装置外から排出する方法が提案されている。
【０００３】
図５は前記の整流筒１ａを設けた公知技術の概要を示すもので、詳細構造は特公平６−８８８６４号公報に開示されている。即ち、この整流筒１ａは、黒鉛製長円筒２ａと、この下面側の内孔に嵌着される黒鉛製短円筒３ａとからなり、最下端には上方に向かって広がり傾斜する黒鉛製カラー２１ａが設けられている。なお、この黒鉛製カラー２１ａは特公平６−３９３５１号公報にも開示されるものであり、固液界面付近の単結晶の上下方向温度勾配を大きくし、結晶成長速度を大きくすると共に、単結晶中の酸素濃度を低くして酸化誘起欠陥およびスワール欠陥を低減させ、更にＳｉＯ排出効果を高めるためのものである。
【０００４】
整流筒１ａは前記のように効果を有するものであるが、耐熱性，加工容易性およびコスト低減の観点から黒鉛で形成するのが好ましい。しかしながら、黒鉛製の整流筒１ａの場合には引上直後のＳｉ単結晶の形状の観察や固液界面の直径を光学的に計測することができない。そのため、図５に示すように整流筒１ａの下方側には観察窓用石英製窓板４ａがはめ込まれる。即ち、黒鉛製短円筒３ａには観察窓用石英製窓板４ａがはめ込まれ、これと相対向する部位において黒鉛製長円筒２ａには窓孔７ａが形成される。なお、観察窓用石英製窓板４ａや窓孔７ａの位置および形状・大きさは、図５に示すようにメインチャンバ８ａの外筒上方に形成される覗き窓２３ａに設置された直径検出器２２により単結晶１９の固液界面の中心および外周の双方を同時に検出し得るものからなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の整流筒を使用することにより、不活性ガス流量を少なくすることができ、且つ炉内圧力をルツボの寿命に影響を与えない程度の減圧状態にすることができる。しかしながら、長時間操業の場合においては融液表面から蒸発したＳｉＯの炉内部材への付着が進行して行き、やがては観察窓用石英製窓板が曇り始め、引上中の単結晶の育成状態，形状等を正確に検出することができない状態になる。
【０００６】
覗き窓２３ａから目視により単結晶１９を観察する場合は観察窓用石英製窓板がある程度曇っても観察可能であるが、直径検出器を用いて自動的に、且つ正確に単結晶の直径等を観察する場合には困難である。この解決手段の１つとして石英製窓板を取り外すことが考えられるが、酸素濃度が上昇し、結果として最近のデバイスメーカーが要求している低酸素濃度の条件を満たさない結晶品質となってしまう。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、長時間操業の場合でも観察窓用石英製窓板の曇りを確実に防止することができ、直径検出器によって引上中の単結晶の形状，直径の計測が正確に行われる単結晶引上装置用整流筒の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造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】
請求項１に記載の単結晶引上装置用整流筒の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造は、ルツボの表面に下端面を近接して配置され単結晶の結晶育成状態を観察する観察窓用石英製窓板を有する整流筒および結晶観察用の直径検出器を設ける単結晶引上装置における前記観察窓用石英製窓板の曇り防止構造であって、前記整流筒は、前記直径検出器と相対向する位置に前記観察窓を配設する内筒と、該内筒の外周に挿着され前記観察窓と相対向する位置に窓孔を形成する外筒とを有し、前記内筒の観察窓の配設される部位における前記内筒と外筒との接合部に、前記整流筒内の単結晶形成室側と整流筒の外部とを連通するガス抜け通路を設けることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の単結晶引上装置用整流筒の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造は、前記ガス抜け通路が、前記内筒の外面の一部を軸線方向に沿って削ぎ取って形成されるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項１の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造によれば、黒鉛製内筒とこれに挿着される黒鉛製外筒からなる整流筒の観察窓の形成される部位における両者の接合面に整流筒内の単結晶形成室内に連通するガス抜け通路を設けるため整流筒内のＡｒガスの一部がこのガス抜け通路を通り抜け、通過中に観察窓用石英製窓板の表面にＡｒガスが直接吹き付けられるため単結晶引上巾のＳｉＯが観察窓用石英製窓板に付着しなくなる。そのため曇りが防止される。
【００１１】
本発明の請求項２の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造によれば、ガス抜け通路が黒鉛製内筒の外面の一部を軸線方向に沿って削ぎ取ったものからなるため容易に、且つ簡単に形成される。また、ガス抜け通路の容積を自由に変えることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１は本実施例が適用される単結晶引上装置の概要全体構造示す軸断面図、図２乃至図４は黒鉛製内筒および黒鉛製外筒の実施例を示す図面である。
【００１３】
まず、図１により単結晶引上装置の概要を説明する。メインチャンバ８の上方開口部にはサブチャンバ９が連結される。サブチャンバ９にはＡｒガスの供給用の入口部１０が形成され、メインチャンバ８の底面にはＡｒガスの排出部１１が形成される。メインチャンバ８のほぼ中央部には石英製のルツボ１２が配設され、Ｓｉ融液１３を蓄溜するルツボ１２は昇降および回転可能な昇降回転軸１４により支持される。また、ルツボ１２のまわりにはヒータ１５および黒鉛断熱壁１６がルツボ１２を囲繞して配設される。引上軸１７はサブチャンバ９の中心線に沿って上下軸し、その下端の種結晶１８はルツボ１２内のＳｉ融液１３に接し、単結晶１９を引上育成する。
【００１４】
メインチャンバ８の上方開口部には整流筒１が垂下して連結される。なお、整流筒１の下端と融液面２０との間隔は小さく、例えば５乃至１００［ｍｍ］に保持される。整流筒１は中空パイプ状の黒鉛製外筒２と、その下端側に挿着され上下に開口する黒鉛製内筒３とからなる。なお、整流筒１は引上られる単結晶１９と同心軸上に配置される。入口部１０からサブチャンバ９内に供給されたＡｒガスは整流筒１内を通過し、整流筒１の下端と融液面２０との間の比較的狭い空間を通り、黒鉛製カラー２１とルツボ１２の内面との間を通り排出部１１から排出される。Ｓｉ融液１３とルツボ１２との反応によって生成された揮発性ＳｉＯはＡｒガスの流れにのって運ばれ排出される。そのためＳｉＯの折出，付着が防止される。
【００１５】
図１，図２に示すように、黒鉛製内筒３は観察窓用石英製窓板４を嵌め込むための複数個（図示では３個）の窓５が下方側にのみ開口して円周方向に沿って形成される。これらの窓のうち直径検出器２２用の窓５ａは、下部に開口部を有する細長のスリット状の溝からなり、図２に示すように、この溝と同形状の観察窓用石英製窓板４が嵌着される。一方、黒鉛製内筒３の観察窓用石英製窓板４と相対向する位置において黒鉛製内筒３の外面は適宜量だけ軸線に沿って削ぎ落される。図１，図３，図４に示すように、削ぎ落された部分と黒鉛製外筒２の内面には軸線方向に貫通する空隙が形成される。この空隙がガス抜け通路６に相当する。
【００１６】
図１，図２および図４に示すように、黒鉛製外筒２の下端側には、黒鉛製内筒３の観察窓４と相対向する位置において窓孔７を形成される。窓孔７の大きさは図１に示すように、覗き窓２３に設置される直径検出器２２による単結晶１９の観察に必要なエアリを有するものであればよく、一例として図２に示すように上部に膨出部を有する形状のものが採用されるが、勿論これに限定するものではない。
【００１７】
次に、本実施例による観察窓用石英製窓板の曇り防止作用について説明する。単結晶１９の引上に応じてルツボ１２内からＳｉＯガスが蒸発し、各部に付着しようする。前記したように、サブチャンバ９の入口部１０から導入されたＡｒガスによりＳｉＯガスは下方側に誘導され、Ａｒガスと共にメインチャンバ底面の排出部１１から排出される。
【００１８】
一方、サブチャンバ９からこれに連結される整流筒１の黒鉛製外筒２内に入ったＡｒガスは黒鉛製内筒３の内面側を流れると共に、その一部は黒鉛製内筒３の外面と黒鉛製外筒２の内面との間のガス抜け通路６内を通過する。通過の際にＡｒガスは黒鉛製内筒３に嵌着されている観察窓用石英製窓板４に接触し、且つこれに吹き付けられる。そのためＳｉＯの折出が観察窓用石英製窓板４に生じない。
Ａｒガスの供給量とガス抜き通路６の容積を適宜設定することにより観察窓用石英製窓板４の曇りが完全に防止される。融液面２０における単結晶の形状，直径等は観察窓用石英製窓板４および窓孔７に照射される直径検出器２２により撮像され、直径検出器２２に付設するコンピュータにより計測される。観察窓用石英製窓板４に曇りが発生しないことにより、単結晶１９の形状，直径の測定が正確に、且つ自動的に行われる。
【００１９】
以上の説明において黒鉛製外筒２および黒鉛製内筒３の観察窓用石英製窓板４および窓孔７を図示の形状のものとしたが、勿論これに限定するものではない。また、ガス抜け通路６に関しても観察窓用石英製窓板の外面にＡｒガスを接触させるものであればよく、黒鉛製内筒３の外面の削ぎ落しにより形成されるものの他、例えば黒鉛製外筒２の内面に凹部を形成するものでもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の請求項１の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造によれば、黒鉛製外筒と黒鉛製内筒との接合面の観察窓用石英製窓板の部位に整流筒内に導入されたＡｒガスの一部を通過させるガス抜け通路を設けることにより、長時間操業の場合に観察窓用石英製窓板にＳｉＯガスが付着されず、曇り防止が確実に行われる。この曇り防止効果はＡｒガスの供給が少量であっても十分に発揮される。また、曇り防止が確実に行われるため、直径検出器による単結晶の形状，直径の計測が正確に、且つ自動的に行われる。従ってオンライン管理が可能になる。
本発明の請求項２の観察窓用石英製窓板の曇り防止構造によれば、ガス抜き通路が黒鉛製内筒の外面の一部を削ぎ落して形成されるものからなり、極めて容易に、且つ所望に容積のガス抜き通路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の一実施例の単結晶引上装置の全体概要構造を示す軸断面図。
【図２】黒鉛製内筒を黒鉛製外筒に組み付ける要領を示す斜視図。
【図３】黒鉛製内筒を黒鉛製外筒に組み付けた状態の平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。
【図５】従来の単結晶引上装置の整流筒まわりの概要構造を示す部分軸断面図。
【符号の説明】
１    整流筒
２    黒鉛製外筒
３    黒鉛製内筒
４    観察窓用石英製窓板
５    窓
５ａ  窓
６    ガス抜け通路
７    窓孔
８    メインチャンバ
９    サブチャンバ
１０  入口部
１１  排出部
１２  ルツボ
１３  Ｓｉ融液
１４  昇降回転軸
１５  ヒータ
１６  黒鉛断熱壁
１７  引上軸
１８  種結晶
１９  単結晶
２０  融液面
２１  黒鉛製カラー
２２  直径検出器
２３  覗き窓
【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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