(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の原料となる粒状の多結晶シリコンを原料としてルツボに入れ、これをシリコンの融点以上に加熱して融液とした後、融液に種結晶を浸漬して引き上げて単結晶を成長させ、ルツボには減少する融液を補給する粒状原料の供給管を設け、その減少に応じてシリコン単結晶成長中のルツボ内の溶融面に、連続的に粒状原料を供給しながら単結晶を成長させる連続チャージ法によるルツボ内へ粒状原料を供給する単結晶引き上げ装置であって、
前記粒状の多結晶シリコン原料がルツボへ供給される粒状原料供給装置は、前記単結晶引き上げ装置に一定量の粒状原料を一時又は連続供給するための供給タンクと、該供給タンクにゲートバルブを介して接続されたチャンバーと、該チャンバーへ他のゲートバルブを介して接続された粒状原料を補給する粒状原料補給部と、該チャンバー内の圧力を調節する圧力調節手段とを備えており、
前記供給タンクの内圧は前記単結晶引き上げ装置の内圧と常時同圧に保たれ、前記チャンバーと供給タンクの間のゲートバルブを閉じた状態で前記チャンバーと粒状原料補給部の間のゲートバルブを開き、前記チャンバー内を大気圧にした後で前記粒状原料補給部からチャンバー内へ粒状原料を搬入し、前記粒状原料補給部とチャンバーとの間のゲートバルブを閉じて前記圧力調整手段に設けたバルブを開放し、真空ポンプを稼働してチャンバー内を真空置換した後にこのバルブを閉じ、次にガス供給部に設けたバルブを開放してこのガス供給部よりアルゴンを導入してチャンバーの内圧を供給タンクと同圧となったところでこのバルブを閉じ、次に前記粒状原料補給部とチャンバーとの間のゲートバルブを開放して粒状原料をチャンバーから供給タンクに追加供給すると共に、
前記チャンバーへゲートバルブを介して粒状原料を補給する粒状原料補給部には、粒状原料が入ったドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備のバルブを備えた配管が直接接続されており、
前記粒状原料補給部からチャンバー内へ粒状原料を搬入に際し、バルブを閉じた状態でドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備を粒状原料補給部に接続し、次に、このバルブを開いてドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備の粒状原料を、バルブと粒状原料補給部とゲートバルブを介してチャンバー内に供給することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置における粒状原料の供給方法。
【請求項２】
シリコン単結晶の原料となる粒状の多結晶シリコンを原料としてルツボに入れ、これをシリコンの融点以上に加熱して融液とした後、融液に種結晶を浸漬して引き上げて単結晶を成長させ、ルツボには減少する融液を補給する粒状原料の供給管を設け、その減少に応じてシリコン単結晶成長中のルツボ内の溶融面に、連続的に粒状原料を供給しながら単結晶を成長させる連続チャージ法によるルツボ内へ粒状原料を供給する単結晶引き上げ装置であって、
前記粒状の多結晶シリコン原料がルツボへ供給される粒状原料供給装置は、前記単結晶引き上げ装置に一定量の粒状原料を一時又は連続供給するとともに内圧が単結晶引き上げ装置と常時同圧に保たれる供給タンクと、該供給タンクにゲートバルブを介して接続されてこのゲートバルブの開路時に粒状原料を供給タンクに追加供給するチャンバーと、該チャンバー内を大気圧とするゲートバルブを開いてこのチャンバー内へ粒状原料を補給する粒状原料補給部と、該チャンバー内の圧力を調節する圧力調節手段とを備えており、
この圧力調節手段にはバルブを介して接続した真空ポンプと、バルブを介して接続して前記チャンバーにアルゴンを導入するガス供給部とを設け、前記二つのゲートバルブが閉路時にチャンバー内を真空ポンプで真空置換してアルゴンを導入すると共に、
前記チャンバーへゲートバルブを介して粒状原料を補給する粒状原料補給部には、粒状原料が入ったドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備のバルブを備えた配管が直接接続されており、
バルブを閉路時に粒状原料補給部に接続したドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備内の粒状原料は、このバルブとゲートバルブの開路時にチャンバー内に供給されることを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置における粒状原料の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を引き上げて成長させる方法及び装置に関し、特に粒状原料の供給方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する場合、単結晶の原料となる粒状原料すなわち多結晶シリコンをルツボに入れ、これをシリコンの融点以上に加熱して融液とした後、融液に種結晶を浸漬して引き上げて単結晶を成長させる。引き上げが進むに従ってルツボ内の融液量が減少するので、この減少分を補給すべく粒状原料の供給管を設け、ルツボ内へ粒状原料をその減少に応じて供給する方法及び装置が知られている。
【０００３】
この方法の一つとして、シリコン単結晶成長中のルツボ内の溶融面に連続的に粒状原料を供給しながら単結晶を成長させる、いわゆる連続チャージ法がある。図４は連続チャージ法で単結晶を成長させる場合に用いられる引き上げ装置及び粒状原料供給装置の構成例を示す。図４において、単結晶引き上げ装置２１は図示しないルツボを備え、点線内の構成からなる粒状原料供給装置３０から粒状原料がルツボへ供給される。
【０００４】
粒状原料供給装置３０は、ゲートバルブ３１を介して単結晶引き上げ装置２１に連結された粒状原料を貯える供給タンク３２と、バルブ３４を介して供給タンク３２と連結されたアルゴン等を供給するガス供給部３５と、バルブ３３を介して供給タンクと連結された真空ポンプ３６からなる。供給タンク３２は、バルブ（または密閉可能な開口部）３７を介して粒状原料を補給する粒状原料補給部３８を有する。供給タンク３２は、常時は単結晶引き上げ装置２１の内圧（通常は１０〜１，０００ｈＰａ）と同圧に保たれ、単結晶の引き上げ中もゲートバルブ３１を介して粒状原料を単結晶引き上げ装置２１へ供給することができる。この場合、ゲートバルブ３１以外のバルブ３３、３４及び３７は閉じられている。
【０００５】
単結晶の引き上げ装置内が減圧状態である時に粒状原料を供給タンク３２へ補給する際は、ゲートバルブ３１を閉じた後、バルブ３７を開放して供給タンク３２の内圧を大気圧に戻し、供給タンク３２を取り外した後、供給タンク３２の粒状原料補給部（投入孔）３８から粒状原料を直接投入して補給する。また、供給タンク３２の上部にドラム缶や専用の中間供給タンクをセットして粒状原料補給部３８に連結し、バルブ３７を介して粒状原料を流し込む方法もある。
【０００６】
粒状原料を補給した後、供給タンク３２を取り外した場合は再セットし、バルブ３４及び３７を閉じ、真空ポンプ３６を稼働した状態でバルブ３３を開放して供給タンク３２内を真空置換した後、バルブ３３を閉じる。今度はバルブ３４を開放してガス供給部３５よりアルゴンを供給タンク３２内へ供給し、供給タンク３２内を単結晶引き上げ装置２１内と同圧のアルゴンガス雰囲気とした後、バルブ３４を閉じ、さらにゲートバルブ３１を開放することにより、粒状原料を単結晶引き上げ装置２１に供給することが可能となる。
【０００７】
上記のような連続チャージ法は、供給タンクの容量の範囲で単結晶を長くすることができるため、製造歩留まりを著しく向上させ、製造コストを大幅に低減することができる。
【０００８】
一方、上記のような連続チャージ法以外に、従来のバッチ方式で製造コストを低減する方法として、マルチプーリング法が知られている（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｆｕｍｉｏ  Ｓｈｉｍｕｒａ，  ｐ１７８−ｐ１７９，  １９８９を参照）。この方法は、図５に示すように、所定の抵抗規格を満足する範囲のドーパント濃度を持つ単結晶をシリコン融液から引き上げた後、バッチ方式で引き上げ重量分の粒状原料を追加チャージ（以下「リチャージ」と言う。）し、再度、同様の単結晶の引き上げを繰り返すことで、一度融液をセットした石英ルツボから複数本の単結晶を製造することができる。このようにして製造歩留まりを向上させるとともに、ルツボコストを低減させることも可能となる。このマルチプーリング法においてリチャージを行う場合も供給タンクから粒状原料が供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の粒状原料供給系においては、引き上げ中に供給タンクへ粒状原料を補給する場合、前述のように供給タンクと単結晶引き上げ装置との間のゲートバルブを閉じ、供給タンクの内圧を大気圧に戻してから粒状原料を補給するので、この間は粒状原料の連続チャージやリチャージを行うことができず、効率が悪かった。
【００１０】
したがって本発明は、連続チャージ法による単結晶引き上げやマルチプーリング法におけるリチャージを行いながら、これらの工程を中断することなく供給タンクに粒状原料を補給することができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の発明は、シリコン単結晶の原料となる粒状の多結晶シリコンを原料としてルツボに入れ、これをシリコンの融点以上に加熱して融液とした後、融液に種結晶を浸漬して引き上げて単結晶を成長させ、ルツボには減少する融液を補給する粒状原料の供給管を設け、その減少に応じてシリコン単結晶成長中のルツボ内の溶融面に、連続的に粒状原料を供給しながら単結晶を成長させる連続チャージ法によるルツボ内へ粒状原料を供給する単結晶引き上げ装置であって、前記粒状の多結晶シリコン原料がルツボへ供給される粒状原料供給装置は、前記単結晶引き上げ装置に一定量の粒状原料を一時又は連続供給するための供給タンクと、該供給タンクにゲートバルブを介して接続されたチャンバーと、該チャンバーへ他のゲートバルブを介して接続された粒状原料を補給する粒状原料補給部と、該チャンバー内の圧力を調節する圧力調節手段とを備えており、前記供給タンクの内圧は前記単結晶引き上げ装置の内圧と常時同圧に保たれ、前記チャンバーと供給タンクの間のゲートバルブを閉じた状態で前記チャンバーと粒状原料補給部の間のゲートバルブを開き、前記チャンバー内を大気圧にした後で前記粒状原料補給部からチャンバー内へ粒状原料を搬入し、前記粒状原料補給部とチャンバーとの間のゲートバルブを閉じて前記圧力調整手段に設けたバルブを開放し、真空ポンプを稼働してチャンバー内を真空置換した後にこのバルブを閉じ、次にガス供給部に設けたバルブを開放してこのガス供給部よりアルゴンを導入してチャンバーの内圧を供給タンクと同圧となったところでこのバルブを閉じ、次に前記粒状原料補給部とチャンバーとの間のゲートバルブを開放して粒状原料をチャンバーから供給タンクに追加供給すると共に、前記チャンバーへゲートバルブを介して粒状原料を補給する粒状原料補給部には、粒状原料が入ったドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備のバルブを備えた配管が直接接続されており、前記粒状原料補給部からチャンバー内へ粒状原料を搬入に際し、バルブを閉じた状態でドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備を粒状原料補給部に接続し、次に、このバルブを開いてドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備の粒状原料を、バルブと粒状原料補給部とゲートバルブを介してチャンバー内に供給することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置における粒状原料の供給方法を提供する。
【００１２】
本願の請求項２記載の発明は、シリコン単結晶の原料となる粒状の多結晶シリコンを原料としてルツボに入れ、これをシリコンの融点以上に加熱して融液とした後、融液に種結晶を浸漬して引き上げて単結晶を成長させ、ルツボには減少する融液を補給する粒状原料の供給管を設け、その減少に応じてシリコン単結晶成長中のルツボ内の溶融面に、連続的に粒状原料を供給しながら単結晶を成長させる連続チャージ法によるルツボ内へ粒状原料を供給する単結晶引き上げ装置であって、前記粒状の多結晶シリコン原料がルツボへ供給される粒状原料供給装置は、前記単結晶引き上げ装置に一定量の粒状原料を一時又は連続供給するとともに内圧が単結晶引き上げ装置と常時同圧に保たれる供給タンクと、該供給タンクにゲートバルブを介して接続されてこのゲートバルブの開路時に粒状原料を供給タンクに追加供給するチャンバーと、該チャンバー内を大気圧とするゲートバルブを開いてこのチャンバー内へ粒状原料を補給する粒状原料補給部と、該チャンバー内の圧力を調節する圧力調節手段とを備えており、この圧力調節手段にはバルブを介して接続した真空ポンプと、バルブを介して接続して前記チャンバーにアルゴンを導入するガス供給部とを設け、前記二つのゲートバルブが閉路時にチャンバー内を真空ポンプで真空置換してアルゴンを導入すると共に、前記チャンバーへゲートバルブを介して粒状原料を補給する粒状原料補給部には、粒状原料が入ったドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備のバルブを備えた配管が直接接続されており、バルブを閉路時に粒状原料補給部に接続したドラム缶もしくは粒状原料貯蔵設備もしくは粒状原料製造設備内の粒状原料は、このバルブとゲートバルブの開路時にチャンバー内に供給されることを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置における粒状原料の供給装置を提供する。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態を示す。図において、点線内の構成からなる粒状原料供給装置１０から粒状原料が単結晶引き上げ装置へ供給される。
【００１８】
粒状原料供給装置１０は、単結晶引き上げ装置１に連結された粒状原料を貯える供給タンク１１と、ゲートバルブ１２を介して供給タンク１１と連結されたチャンバー１３と、点線内の構成からなる圧力調節手段２０からなる。チャンバー１３は、ゲートバルブ１４を介して外部から粒状原料を補給する粒状原料補給部１５を有する。
【００１９】
圧力調節手段２０は、バルブ１７を介してチャンバー１３と連結されたアルゴン等を供給するガス供給部１８と、バルブ１６を介してチャンバー１３と連結された真空ポンプ１９からなる。
【００２０】
供給タンク１１は、単結晶引き上げ装置１の内圧と常時同圧に保たれ、単結晶引き上げ中も粒状原料を単結晶引き上げ装置１へ供給することができる。供給タンク１１へ粒状原料を補給する場合は、ゲートバルブ１２を閉じ、さらにバルブ１６及び１７を閉じた状態でゲートバルブ１４を開放し、チャンバー１３内を大気圧に戻す。次に、例えば粒状原料が入ったバルブ２付きのドラム缶３を移動して粒状原料補給部１５に取り付け、バルブ２及びゲートバルブ１４を介して粒状原料をチャンバー１３に投入する。
【００２１】
必要量の粒状原料をチャンバー１３に投入した後、ゲートバルブ１４を閉じ、バルブ１６を開放し、真空ポンプ１９を稼働してチャンバー１３内を真空置換した後にバルブ１６を閉じ、今度はバルブ１７を開放してガス供給部１８よりアルゴンを導入してチャンバー１３の内圧を供給タンク１１と同圧となったところでバルブ１７を閉じる。次に、ゲートバルブ１２を開放して粒状原料をチャンバー１３から供給タンク１１に追加供給する。
【００２２】
上記一連の操作を行うことにより、単結晶引き上げ装置が連続チャージ法による粒状原料の連続供給を受けながら、あるいはマルチプーリング法におけるリチャージを行いながら供給タンクに粒状原料を補給することができる。
【００２３】
上述の供給方法は、粒状原料を補給する際に粒状原料が入ったドラム缶３を粒状原料補給部１５に移動して取り付ける方法であるが、粒状原料をドラム缶からチャンバーへ流し込むときに微粉末が舞い上がり、作業者及び周囲の環境にも悪影響を与える恐れがあり、また、高純度を要求される粒状原料は、従来のチャンクポリと比べて重量当たりの表面積が大きいため、チャンバーに流し込むとき、樹脂や重金属による汚染、およびガス吸着による汚染の機会が増えるという問題点があった。
【００２４】
上記の点を改善するために、粒状原料補給の度毎にドラム缶３を移動して取り付ける代りに、図２又は図３に示すように、粒状原料貯蔵設備４又は粒状原料製造設備５をバルブ６を介して粒状原料補給部１５に直接配管により接続することもできる。このような構成にした場合は、粒状原料の搬送中に生じる汚染や不要なガス吸着、また投入時の発塵による周辺への環境汚染を防ぐことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の粒状原料の供給方法及び装置によれば、連続チャージ及びリチャージ工程中であっても、この工程を中断することなく粒状原料を追加供給することができるとともに、供給タンクを大容量化しなくとも大口径高重量単結晶を引き上げることが可能となる。また、粒状原料貯蔵設備又は粒状原料製造設備と直接配管接続するようにした場合には、粒状原料の汚染を防ぎ、高品質単結晶の製造が可能となるとともに、発塵による引き上げ装置周辺への環境汚染も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒状原料供給装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】粒状原料貯蔵設備と図１の粒状原料供給装置を接続した例を示す構成図である。
【図３】粒状原料製造設備と図１の粒状原料供給装置を接続した例を示す構成図である。
【図４】連続チャージ法で単結晶を製造する場合に用いられる引き上げ装置及び粒状原料供給装置を示す構成図である。
【図５】マルチプーリング法を示す工程図である。
【符合の説明】
１  単結晶引き上げ装置
２，６，１６，１７  バルブ
３  ドラム缶
４  粒状原料貯蔵設備
５  粒状原料製造設備
１０  粒状原料供給装置
１１  供給タンク
１２，１４  ゲートバルブ
１３  チャンバー
１５  粒状原料供給部
１８  ガス供給部
１９  真空ポンプ
２０  圧力調節手段
【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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