(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に、半導体融液を貯留するための石英ルツボと、該石英ルツボを収容して支持するための周方向に分割されたカーボンサセプタとが設けられる単結晶引上装置において、
前記カーボンサセプタの内周に、その分割線に沿って炭素材料からなる交換部材が着脱可能に嵌め込まれ、
前記交換部材は、前記カーボンサセプタの分割線と重なるように分割されていることを特徴とする単結晶引上装置のカーボンサセプタ。
【請求項２】
前記交換部材の内周に、その分割線に沿って切欠が形成されていることを特徴とする請求項１記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタ。
【請求項３】
前記カーボンサセプタの内周に、前記交換部材と前記カーボンサセプタとの当接線を覆う炭素材料からなる遮蔽フィルムが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルツボを用いて貯留された半導体融液より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置に係わり、特に、半導体融液を貯留するための石英ルツボを収容して支持するカーボンサセプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン（Ｓｉ）やガリウムひ素（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を製造する方法の一つとして、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と称する）が知られている。
このＣＺ法は、大口径、高純度の単結晶が無転位あるいは格子欠陥の極めて少ない状態で容易に得ることができる等の特徴を有することから、様々な半導体単結晶の製造に用いられている方法である。
【０００３】
図５は、前記ＣＺ法を用いたシリコンの単結晶引上装置の一例を示している。この単結晶引上装置１は、中空の気密容器であるチャンバー２内に石英ルツボ３、ヒーター４がそれぞれ配置されるとともに、前記チャンバ２の外部にマグネット５が配置されている。
【０００４】
石英ルツボ３は、熱変形による軟化変形を防止するため、シャフト６によってその軸線回りに回転可能に支持されるカーボンサセプタ７内に収容されている。また、このカーボンサセプタ７は、冷却時等における割れを防止するため、周方向に分割されて石英ルツボ３の外周に組み付けられている。
【０００５】
そして、この単結晶引上装置１では、半導体融液８に上方から回転可能に吊り下ろされた種結晶９を浸漬してこれを引き上げることにより半導体単結晶１２を成長させるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体単結晶の引き上げ操作中、石英ルツボ３から発生したＳｉＯガスとカーボンサセプタ７との間では、
ＳｉＯ＋２Ｃ→ＳｉＣ＋ＣＯ↑
の珪化反応が進み、カーボンサセプタ７からＣ（炭素）がＣＯガスとなって離脱して減肉が生じている。
【０００７】
この減肉が生じやすい部位については、次のように説明することができる。  すなわち、ヒーター４による加熱により石英ルツボ３が変形する温度に達すると、半導体融液８の重みで石英ルツボ３がカーボンサセプタ７に密着し、前記ＣＯガスの通り道がカーボンサセプタ７の分割部に集中するようになる。
【０００８】
この分割部の周辺では、ＣＯガスが該分割部を通過してカーボンサセプタ７の外に移動できるため、ＣＯガス濃度が上昇せず、絶えず前記珪化反応が進行する。
一方、当該分割部以外の部位では、発生したＣＯガスが移動し難く滞留しやすいため、前記珪化反応が進み難くなっている。
【０００９】
従って、カーボンサセプタ７の分割部では、ＣＯガス濃度が上昇せず、前記珪化反応が右辺側に進む傾向があるため、減肉が他の部位に比べて進みやすいと考えられる。
【００１０】
また、分割部以外の湾曲部７Ａでも分割部ほどではないが減肉が進んでおり、この湾曲部７Ａが、単結晶成長軸方向の温度分布において高温領域にあることから、前記珪化反応を促進させる条件としては温度も関係していると考えられる。
【００１１】
そして、近年、単結晶の長尺化、大口径化の要求に伴い、石英ルツボ３が大口径化しているため、原料溶解時あるいは結晶成長時のヒーター４の温度が上昇し、これにより前記珪化反応が促進されてカーボンサセプタ７の寿命が短くなっているという問題が生じている。
【００１２】
すなわち、前記珪化反応が進行すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記湾曲部７Ａの減肉が速められ、カーボンサセプタ７を新品のものに交換する交換頻度が増加してコストの上昇を来たす。
このため、従来からカーボンサセプタ７の寿命を延ばすべく、様々な改良が試みられている。
【００１３】
例えば、特許２５７８１２６号には、図７に示すように、前記ヒーター４からの熱を多く受けて前記珪化反応が促進されるカーボンサセプタ７の下部内面にカーボンリング１１を嵌め込み、肉厚の減少したカーボンリング１１のみを交換することにより、カーボンサセプタ７の長寿命化を図るといった技術が開示されている。
【００１４】
また、図８に示すように、カーボンサセプタ７の分割線８ａ（図７参照）に沿ってカーボン片１２を嵌め込むことにより、分割部１３での減肉を抑制するとともに、肉厚の減少したカーボン片１２を交換可能とすることにより、カーボンサセプタ７の長寿命化を図るといった技術も考えられる。
【００１５】
しかしながら、これらいずれの場合においても、前記珪化反応により発生したＣＯガスの通り道が、カーボンサセプタ７とカーボンリング１１との当接部１４（図７参照）およびカーボンサセプタ７とカーボン片１２との当接部１５（図８参照）に集中することになるから減肉を効果的に抑制できず、カーボンサセプタ７の長寿命化には限界があった。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、石英ルツボから発生するＳｉＯガスを交換部材と選択的に反応させることにより、カーボンサセプタの減肉を効果的に防止することのできる単結晶引上装置のカーボンサセプタの提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、かかる目的を達成するため、本発明の単結晶引上装置のカーボンサセプタは、
チャンバ内に、半導体融液を貯留するための石英ルツボと、該石英ルツボを収容して支持するための周方向に分割されたカーボンサセプタとが設けられる単結晶引上装置において、
前記カーボンサセプタの内周に、その分割線に沿って炭素材料からなる交換部材が着脱可能に嵌め込まれ、
前記交換部材は、前記カーボンサセプタの分割線と重なるように分割されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このような構成では、交換部材がカーボンサセプタの分割線と重なるように分割されているため、該交換部材と石英ルツボからのＳｉＯガスとの珪化反応により発生したＣＯガスは、カーボンサセプタの分割部から外へと放出される。
【００１９】
よって、交換部材の分割部周辺ではＣＯガス濃度が上昇せず、ＳｉＯガスとの珪化反応が促進される。
これにより、ＳｉＯガスは交換部材の分割部を通過する間に消費され、カーボンサセプタの分割部を流通しないことになる。
【００２０】
従って、カーボンサセプタの分割部では、ＣＯガス濃度が上昇せず、しかもヒーターに面して交換部材よりも高温状態にあるためにＳｉＯガスとの珪化反応が促進されやすくなっているにもかかわらず、該珪化反応が抑制される。
【００２１】
請求項２に記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタは、請求項１記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタにおいて、
前記交換部材の内周に、その分割線に沿って切欠が形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
このような構成としたことにより、ＳｉＯガスによる交換部材との珪化反応は、該交換部材に形成された切欠において促進されることになる。
これにより、ＳｉＯガスと交換部材との珪化反応をより選択的に行わせることができ、ＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応を効果的に抑制することができる。
【００２３】
請求項３に記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタは、請求項１または請求項２のいずれかに記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタにおいて、
前記カーボンサセプタの内周に、前記交換部材と前記カーボンサセプタとの当接線を覆う炭素材料からなる遮蔽フィルムが設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
このような構成としたことにより、カーボンサセプタと交換部材との当接部におけるＳｉＯガスによる珪化反応を防止することができるので、該当接部周辺におけるＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応を効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、遮蔽フィルムによりＳｉＯガスがカーボンサセプタと交換部材との当接部に直接接触することがなくなるため、交換部材における分割部での珪化反応がより選択的に行われることになり、ＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応をより一層効果的に抑制することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係るカーボンサセプタの平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図中、符号２１はカーボンサセプタ、２２は交換部材である。
【００２７】
カーボンサセプタ２１は、図１に示すように、周方向に三分割された側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃから構成され、これらが組み立てられて石英ルツボ（図示略）を収容するようになっている。
【００２８】
カーボンサセプタ２１の内周には、組み立てられた側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが互いに当接して形成される分割線に沿って交換部材２２を収納するための溝２３が設けられている。
【００２９】
交換部材２２は炭素材料からなり、側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおける直線部２１Ａおよび湾曲部２１Ｂに対応する溝２３に嵌め込み可能なように板状部２２ａと湾曲部２２ｂとから構成されている。
【００３０】
また、交換部材２２は、前記側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ同士が当接して形成される分割線と重なるように、自身の長さ方向に分割されており、交換部材２２の分割線２４と側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの分割線とが同一平面内に配されるようになっている。
【００３１】
このような構成としたことにより、石英ルツボから発生したＳｉＯガスは、カーボンサセプタ２１の分割線と重なるように分割線２４を境界として分割された交換部材２２と珪化反応を起こし、該珪化反応により発生したＣＯガスは、図１および図２における矢印Ｇで示すように、カーボンサセプタ２１の外へと放出される。
【００３２】
このため、交換部材２２の分割部周辺では、ＣＯガス濃度が上昇せず、ＳｉＯガスと当該交換部材２２との珪化反応が促進される。
これにより、ＳｉＯガスは交換部材２２の分割部を通過する間に消費され、カーボンサセプタ２１の分割部を流通しないことになる。
【００３３】
従って、カーボンサセプタ２１の分割部では、ＣＯガス濃度が上昇せず、しかもヒーターに面して交換部材２２よりも高温状態にあるために珪化反応が促進されやすくなっているにもかかわらず、ＳｉＯガスとの珪化反応が抑制され、カーボンサセプタ２１自身の肉厚の減少を有効に防止することができる。
【００３４】
よって、本実施形態では、ＳｉＯガスとの珪化反応により肉厚が減少した交換部材２２のみを交換することで、カーボンサセプタ２１の寿命を延ばして交換頻度を少なくすることができるので、カーボンサセプタ２１に係る総合的なコストを低く抑えることができる。
【００３５】
次に、図３を参照しながら本発明の第二の実施形態について説明する。
図３は、本実施形態に係るカーボンサセプタの要部を示す斜視図であり、同図中、符号３１はカーボンサセプタ、３２は交換部材である。
【００３６】
本実施形態に係るカーボンサセプタ３１は、側面部３１ａ，３１ｂが組み立てられて形成される分割線に重なるように分割された交換部材３２が該分割線に沿って嵌め込まれている点で前記第一の実施形態に係るカーボンサセプタ２１と共通するが、交換部材３２の内周に、その分割線に沿って断面くさび状の切欠３３が設けられている点が異なっている。
【００３７】
このような構成とした場合、ＳｉＯガスによる交換部材３２との珪化反応は、該交換部材３２に形成された切欠３３において促進され、該交換部材３２の分割部３４での珪化反応がより選択的に行われることになる。
【００３８】
よって、本実施形態においても、ＳｉＯガスとの珪化反応により肉厚の減少した交換部材３２のみを交換することで、カーボンサセプタ３１の寿命を延ばして交換頻度を少なくすることができるので、カーボンサセプタ３１に係る総合的なコストを低く抑えることができる。
【００３９】
次に、図４を参照しながら本発明の第三の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係るカーボンサセプタの要部を示す斜視図であり、同図中、符号４１は、カーボンサセプタ、４２は交換部材である。
【００４０】
本実施形態に係るカーボンサセプタ４１は、側面部４１ａ，４１ｂが組み立てられて形成される分割線に重なるように分割された交換部材４２が該分割線に沿って嵌め込まれている点で前記第一の実施形態に係るカーボンサセプタ２１と共通するが、カーボンサセプタ４１の内周に、交換部材４２とカーボンサセプタ４１との当接線４３を覆う炭素材料からなる遮蔽フィルム４４が設けられている点が異なっている。
【００４１】
このような構成とした場合、カーボンサセプタ４１と交換部材４２との当接部４５におけるＳｉＯガスによる珪化反応を防止することができるので、当該当接部４５の周辺におけるＳｉＯガスとカーボンサセプタ４１との珪化反応を効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、遮蔽フィルム４４によりＳｉＯガスが当接部４５に直接接触することがなくなるため、交換部材４２との珪化反応がより選択的に行われることになり、ＳｉＯガスとカーボンサセプタ４１との珪化反応をより一層効果的に抑制することができる。
【００４３】
よって、本実施形態によっても、ＳｉＯガスとの珪化反応により肉厚の減少した交換部材４２のみを交換することで、カーボンサセプタ４１の寿命を延ばして交換頻度を少なくすることができるので、カーボンサセプタ４１に係る総合的なコストを低く抑えることができる。
【００４４】
なお、図４には、遮蔽フィルム４４が前記当接線４３の上部を覆っていない状態を示しているが、当該遮蔽フィルム４４を、当接線４３全てを覆うように設けても構わない。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（ａ）請求項１記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタによれば、交換部材がカーボンサセプタの分割線と重なるように分割されているため、ＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応を抑制し、ＳｉＯガスによる珪化反応を交換部材と選択的に行わせることができる。
【００４６】
従って、ＳｉＯガスとの珪化反応により肉厚の減少した交換部材のみを交換するだけで、カーボンサセプタの交換頻度を少なくでき、総合的なコストを低く抑えることができる。
【００４７】
（ｂ）請求項２記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタによれば、ＳｉＯガスによる交換部材との珪化反応が切欠において選択的に行われることになる。
これにより、カーボンサセプタの寿命のさらなる延長を図ることができ、総合的なコストをより低く抑えることができる。
【００４８】
（ｃ）請求項３記載の単結晶引上装置のカーボンサセプタによれば、カーボンサセプタと交換部材との当接部におけるＳｉＯガスによる珪化反応を防止することができるので、該当接部におけるＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応を効果的に防止することができる。
【００４９】
また、遮蔽フィルムによりカーボンサセプタと交換部材との当接部がＳｉＯガスに直接接触することがなくなるため、交換部材における分割部での珪化反応がより選択的に行われることになり、ＳｉＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応をより一層効果的に抑制することができる。
よって、カーボンサセプタの寿命を飛躍的に延長することができ、総合的なコストをより一層低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るカーボンサセプタの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るカーボンサセプタの要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の第三の実施形態に係るカーボンサセプタの要部を示す斜視図である。
【図５】従来の単結晶引上装置の一例の要部を示す断面図である。
【図６】（ａ）はカーボンサセプタが局部的に減肉した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】従来のカーボンサセプタの第一の改良例を示す斜視図である。
【図８】従来のカーボンサセプタの第二の改良例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１、３１、４１  カーボンサセプタ
２４  分割線
２２、３２、４２  交換部材
３３  切欠
４３  当接線
４４  遮蔽フィルム
【図１】
0003551736.tif 000002
【図２】
0003551736.tif 000003
【図３】
0003551736.tif 000004
【図４】
0003551736.tif 000005
【図５】
0003551736.tif 000006
【図６】
0003551736.tif 000007
【図７】
0003551736.tif 000008
【図８】
0003551736.tif 000009