(57)【要約】  ４５０ｍｍウェーハ用のルツボは、周壁部の外径を３６インチ以上、中心線上の深さを前記外径の８０％以下とした。これにより、引き上げ中の単結晶のカメラ撮像角度の確保と、単結晶中の欠陥のサイズや密度を所望にできる。
2009104533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバに収納された石英ルツボ内に結晶用シリコン原料を充填して溶融し、その溶融液に浸漬した種結晶を回転させながら引き上げることにより、該種結晶の下方にチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶成長装置であって、
前記シリコン単結晶は、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部を有し、
前記チャンバの上部には、前記溶融液の液面付近における前記シリコン単結晶を撮像する光学カメラが設けられ、
前記石英ルツボは、外径が全長にわたって一定の周壁部と、該周壁部の下側の開口部を塞ぐ底部とを有し、
前記周壁部の外径は３６インチ以上で、
前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の８０％以下であるシリコン単結晶成長装置。
【請求項２】
前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の５０〜８０％である請求項１に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項３】
外径が全長にわたって一定の周壁部と、該周壁部の下側の開口部を塞ぐ底部とを有し、チョクラルスキー法により直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部を有したシリコン単結晶を成長させる石英ルツボであって、
前記周壁部の外径は３６インチ以上で、
前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の８０％以下である石英ルツボ。
【請求項４】
前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の５０〜８０％である請求項３に記載の石英ルツボ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はシリコン単結晶成長装置および石英ルツボ、詳しくは直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶を成長可能なシリコン単結晶成長装置および石英ルツボに関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン単結晶を製造する装置としては、例えば特許文献１、非特許文献１に記載されたものが知られている。すなわち、石英ルツボ内で固体の結晶用シリコン原料を加熱溶融して溶融液（シリコン融液）を形成し、その後、この溶融液に種結晶を浸してこれを回転させながら引き上げ、種結晶の下方にシリコン単結晶を成長させる装置である。
一般的なシリコン単結晶成長装置による結晶成長方法では、まずネック部を経て種結晶の直径より大きい所定径までシリコン単結晶を増径（増径部）させる。その後、増径部に連続して、ほぼ一定径の直胴部（ボディ部）を所定長さだけ形成する。次に、直胴部に連続して減径部を形成し、溶融液からシリコン単結晶を切り離す。なお、ネック部とは、種結晶を溶融液に浸した時などに導入される転位を除去する部分である。また、減径部とは、成長中のシリコン単結晶が溶融液から切り離れる際の急激な温度変化による転位を防ぐ部分である。以上の工程を経て、シリコン単結晶が製造される。
得られたシリコン単結晶の直胴部に対しては、外周研削、ブロック切断、スライス、研磨が順次施され、多数枚のシリコンウェーハとなる。その後、必要により熱処理、エピタキシャル成長などが施され、半導体装置の材料であるシリコンウェーハが作製される。【０００３】
ところで、石英ルツボ内に投入された結晶用シリコン原料のうち、シリコン単結晶の不要部分（増径部、減径部および外周研削時に除かれた部分）と、石英ルツボ内に残存した溶融液とが、シリコンブロックとして利用できなかった原料部分となる。
シリコン単結晶をチョクラルスキー法で成長させる場合、同じ直径の直胴部であれば、外周研削によって除かれた部分の量は、直胴部の長さに比例する。しかしながら、増径部、減径部の大きさは、直胴部の長さによらず、ほぼ一定に成長可能である。また、石英ルツボ内に少量残る溶融液の量も、直胴部の長さ（石英ルツボ内に最初に形成される溶融液量）に関係なく、ほぼ一定にすることができる。
そのため、結晶用シリコン原料に対するシリコンブロックの重量比を歩留まりとした場合、石英ルツボ内に最初に形成される溶融液の量を増やし、直胴部が長いシリコン単結晶を成長させれば、歩留まりは高まる。
近年、シリコン単結晶の大口径化が推進されており、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶が製造され、また直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の製造も行われようとしている（非特許文献１）。【０００４】
【特許文献１】日本国特開平１１−２７８９９３号公報
【非特許文献１】文献名：−先端ＬＳＩが要求するウェーハ技術の現状− 最新 シリコンデバイスと結晶技術、発行：日本国リアライズ理工センター／リアライズＡＴ株式会社、発行日２００５年１２月２９日、第３章結晶技術、1.5 ４５０ｍｍ径を想定した結晶技術課題（２４３頁、２４４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、引き上げる直胴部の直径が大きくなれば、増径部および減径部の各寸法、各重量も増大する。そのため、同じ石英ルツボを使用し、同一量の溶融液からシリコン単結晶を成長させたときの歩留まりは、直胴部の直径の増大に伴って低下する。ここで、増径部および減径部の形状が直径に対して相似である場合における、直胴部の直径に対する歩留まりの変化を図４のグラフに示す。【０００６】
チョクラルスキー法では、シリコン単結晶の直胴部の増大に伴い、直径および高さ（深さ）が比例して増大した石英ルツボの使用が可能であれば、直胴部の直径にかかわらず、ほぼ同じ歩留まりでシリコン単結晶を成長させることができる。従来、チョクラルスキー法で用いられる石英ルツボは、シリコン単結晶の直胴部の直径に対して、周壁部の外径が２．５〜３倍程度であった。石英ルツボの深さ（高さ）および内径は、石英ルツボの外径に比例する。
直胴部の直径が３００ｍｍ以下のシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の成長では、石英ルツボのサイズは、上述のように相似形状のものを使用することができる。しかしながら、直胴部の直径が４５０ｍｍを超えるシリコン単結晶をチョクラルスキー法で製造する場合、使用（製造）可能な石英ルツボの直径は４５インチ以下である。すなわち、４５インチを超える石英ルツボは大型であるので、従来のルツボ製造装置では石英粉の溶融に必要な熱量を十分与えることができない。そのため、直径３００ｍｍ以下のシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の成長で使用する石英ルツボの場合と比較し、ルツボ品質が劣ったものしか製造できない。その結果、４５インチを超える石英ルツボは得られ難い。これにより、シリコン単結晶の直径の２．５倍以下の外径を有する石英ルツボを利用せざるを得なかった。また、仮に大型の石英ルツボが製造可能であっても、シリコン単結晶成長装置が極端に大型化するので、製造法として限界を超えるという懸念や、シリコン単結晶成長中に大型の石英ルツボの方が従来サイズの石英ルツボより高温となるので、石英ルツボが軟化して変形し、シリコン単結晶成長が途中で不可能になるおそれもあった。【０００７】
このような状況下で、直径３００ｍｍ以下のシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の製造と同程度の歩留まりを得る対策として、石英ルツボの深さを深くし、最初に形成する溶融液の量を増やすことが考えられる。
石英ルツボの深さは、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の各製造工程において、次の２つの点で大きな影響を与える。【０００８】
（１）シリコン単結晶の成長では、シリコン単結晶の直径と引き上げ速度とを予め設定されたプロファイルにしたがって制御することで、シリコン単結晶の直径が測定される。測定法としては、ロードセルなどでシリコン単結晶の重量を測定し、このときの重量変化からシリコン単結晶の直径を算出する方法が知られている。その他、ＣＣＤカメラなどにより光学的にシリコン単結晶の直径を測定する方法も知られている。直径４５０ｍｍを超えるシリコン単結晶は大重量となる。その結果、ロードセルなどでの計量値からシリコン単結晶の直径を算出する方法では、十分な計測精度が得られない。したがって、前記光学的な測定が必須となる。
しかしながら、４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の直胴部の直径をＣＣＤカメラにより安定的に測定するには、シリコン単結晶の引き上げ中心線（引き上げ軸の軸線）に対して、ＣＣＤカメラの角度位置を２０°以上傾ける必要があった。ところが、装置内には、石英ルツボの周壁部、その外側のヒータや保温筒からシリコン単結晶へ向かう輻射熱を防ぐ遮蔽体が設置されている。そのため、石英ルツボの深さが深ければ高い遮蔽体の設置が必要となる。その結果、遮蔽体が障害となり、ＣＣＤカメラの角度の設定に支障をきたしていた。【０００９】
（２）また、チョクラルスキー法では、格子間シリコンおよび空孔などの点欠陥、石英ルツボから溶融液中に溶出した酸素などが、シリコン単結晶の成長（凝固）界面から、この単結晶中に取り込まれる。これらの点欠陥および酸素は、成長に伴うシリコン単結晶の冷却時に、拡散や凝縮などで結晶欠陥を形成したり、欠陥の核を形成することが知られている。そこで、欠陥のサイズおよび欠陥の密度を制御するため、予めシミュレーション（事前実験）を行い、炉内の構成（ホットゾーン設計）を決定し、シリコン単結晶の引き上げ中の冷却パターンの設定がなされている。すなわち、結晶欠陥および欠陥核を制御し、生産性を高めるには、シリコン単結晶の冷却パターンを、できるだけ急冷のパターンとすることが望ましい。
ところが、シリコン単結晶を取り囲む空間には、輻射熱の遮蔽体が設置されている。遮蔽体は、引き上げ中のシリコン単結晶をより急冷し、また、長さ方向の冷却パターンの変化を小さくする筒体である。前述のように石英ルツボの深さが深くなれば、引き上げ時に上昇する石英ルツボのスペースを覆うため、高い遮蔽体を設置することになる。しかしながら、この方法によれば高い遮蔽体によりシリコン単結晶を取り囲むので、シリコン単結晶自身の熱輻射により、シリコン単結晶は急冷ではなく徐冷となる。これにより、欠陥および欠陥核について、各所望のサイズや各所望の密度を得ることができない。【００１０】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、石英ルツボの外径を直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の引き上げに適した３６インチ以上とした上で、石英ルツボの直径に対する石英ルツボの深さの割合に着目した。すなわち、溶融液の液面において、シリコン単結晶が引き上げられる石英ルツボの中心線上の深さを、周壁部の外径の８０％以下とすれば、ＣＣＤカメラによるシリコン単結晶の良好な撮像角度（引き上げ中心線（鉛直方向）から２０°以上の傾斜角度）の確保が可能となることを知見した。しかも、上記８０％以下の構成にすれば、この冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶（直径３０２〜３２０ｍｍ）を引き上げる場合と同程度にすることができる。その結果、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度を制御した高品質のシリコン単結晶が得られることを知見し、この発明を完成させた。【００１１】
この発明は、光学カメラによってシリコン単結晶の直径を計測する際、良好な撮像角度を確保することができる。しかも、引き上げ中の直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の引き上げの場合と同程度とすることができる。これにより、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度を制御した高品質のシリコン単結晶を得ることができる。この発明は、以上の効果を同時に満足させることができるシリコン単結晶成長装置および石英ルツボを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、チャンバに収納された石英ルツボ内に結晶用シリコン原料を充填して溶融し、その溶融液に浸漬した種結晶を回転させながら引き上げることにより、該種結晶の下方にチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶成長装置であって、前記シリコン単結晶は、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部を有し、前記チャンバの上部には、前記溶融液の液面付近における前記シリコン単結晶を撮像する光学カメラが設けられ、前記石英ルツボは、外径が全長にわたって一定の周壁部と、該周壁部の下側の開口部を塞ぐ底部とを有し、前記周壁部の外径は３６インチ以上で、前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の８０％以下であるシリコン単結晶成長装置である。【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶を引き上げる石英ルツボとして、周壁部の外径が３６インチ以上で、かつ石英ルツボの中心線上の深さが周壁部の外径の８０％以下のものを採用した。シリコン単結晶の引き上げの中心線は、石英ルツボの中心線と略重なる。そのため、周壁部の外径を３６インチ（９１４．４ｍｍ）以上とすれば、シリコン単結晶の周囲には、石英ルツボの半径方向において、石英ルツボの厚みを除いても幅２００ｍｍ以上の円筒形の空間が形成される。この大きさの円筒空間を得ることで、引き上げ中心線に対して２０°以上の傾斜角度を確保することができる。この２０°以上は、光学カメラによるシリコン単結晶の良好な撮像角度である。これにより、シリコン単結晶の成長に伴い、溶融液の液面が石英ルツボの底部の領域まで達したとき、シリコン単結晶をカメラ撮像してシリコン単結晶の直径を計測できなくなるおそれが解消される。【００１４】
しかも、石英ルツボの中心線上の深さ（底部の内面の中央から、周壁部の開口した上面の中央までの高さ）を、周壁部の外径の８０％以下と浅くしたので、溶融液の液面付近において、シリコン単結晶の引き上げ直後の部分の冷却効果が高まる。これにより、引き上げ中の４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の引き上げの場合と同程度まで改善することができる。その結果、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度を制御した高品質のシリコン単結晶を得ることができる。【００１５】
チャンバとしては、例えば、石英ルツボが収納されるメインチャンバ上に、メインチャンバより小径なプルチャンバが連通されたものなどを採用することができる。
結晶用シリコン原料としては、固体の多結晶シリコンなどを採用することができる。もちろん、溶融液にはボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）などのドーパントを投入してもよい。
シリコン単結晶の形状としては、例えばネック部（絞り部）、増径部（上向きコーン部）、直胴部、減径部（下向きコーン部）を有するものを採用することができる。また、ネック部がほとんどないもの、減径部が存在しないものでもよい。
直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部とは、直径がシリコンウェーハの直径と同じ４５０ｍｍのものである必要はなく、それより大径な例えば直径４５１〜４８０ｍｍの直胴部のものを含む。すなわち、シリコン単結晶の直胴部に対しては、ウェーハ加工工程で、ブロック切断後のシリコンブロックに対して０．５〜１５ｍｍ程度の外周研削が施される。これを考慮し、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の直胴部の直径は、４５１〜４８０ｍｍに設定されている。
チョクラルスキー法としては、一般的なＣＺ法だけでなく、石英ルツボの周りに磁石が配設された磁場印加方式チョクラルスキー引き上げ法（ＭＣＺ法）を採用してもよい。【００１６】
石英ルツボとしては、外径が全長にわたって一定（水平な断面形状および断面積が一定）の円筒体の周壁部と、周壁部の下方に配置され、所定の膨出形状または平坦な形状の底部とを、外面の曲率半径が、底部の外面の曲率半径より小さい膨出形状のコーナー部により分離不能に連結した形状のものなどを採用することができる。他の石英ルツボとしては、コーナー部が存在せず、周壁部の下側の開口部に底部を直接連結したものでもよい。コーナー部および底部の各最大外径は、周壁部の外径より大きくてもかまわない。
「膨出形状」とは、石英ルツボの外方へ膨れた形状をいう。
石英ルツボの外径は３６インチ以上である。例えば、３６インチ、４０インチ、４４インチ、４８インチでもよい。各サイズの石英ルツボ内で形成される溶融液の量に応じて、シリコン単結晶（直胴部）の引き上げ長さを変更することができる。【００１７】
石英ルツボの中心線上の深さは、周壁部の外径の８０％以下である。８０％を超えれば、シリコン単結晶への輻射熱の遮蔽体を設置して、光学カメラによるシリコン単結晶の撮像角度を２０°以上とすることが困難となる。その結果、シリコン単結晶をカメラ撮像してシリコン単結晶の直径を計測できなくなるおそれがある。しかも、上記８０％を超えれば、引き上げ中のシリコン単結晶の冷却パターンが、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶のものから逸脱してしまう。その結果、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度の制御が困難になり、高品質のシリコン単結晶が得られなくなるおそれがある。
石英ルツボの好ましい高さは、石英ルツボの外径の５０〜８０％である。この範囲であれば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の冷却パターンより高冷却に設定したものにも対応可能というさらに好適な効果が得られる。
光学カメラとしては、例えばＣＣＤカメラを採用することができる。光学カメラは、チャンバの外部空間の上部に配置され、チャンバに設置された覗き窓を通してシリコン単結晶を撮像する。シリコン単結晶の画像は、画像処理装置の直径計測手段（直径計測回路）に送られ、シリコン単結晶の引き上げ直後の部分（メニスカス付近）の直径が計測される。【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の５０〜８０％である請求項１に記載のシリコン単結晶成長装置である。
石英ルツボの中心線上の深さが周壁部の外径の５０％未満では、石英ルツボの深さが小さくなる。そのため、シリコン単結晶を形成できる溶融液の量が制限され、これを補うため、さらに大口径の石英ルツボを使用せざるを得なくなる。その結果、シリコン単結晶装置がさらに大型化する。また、８０％を超えれば、光学カメラによるシリコン単結晶の撮像角度を２０°以上とすることが困難となる。これにより、シリコン単結晶をカメラ撮像してシリコン単結晶の直径を計測できなくなるおそれがある。しかも、引き上げ中のシリコン単結晶の冷却パターンが、３００ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶のものから逸脱する。そのため、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度の制御が困難になり、高品質のシリコン単結晶が得られなくなる。【００１９】
請求項３に記載の発明は、外径が全長にわたって一定の周壁部と、該周壁部の下側の開口部を塞ぐ底部とを有し、チョクラルスキー法により直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部を有したシリコン単結晶を成長させる石英ルツボであって、前記周壁部の外径は３６インチ以上で、前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の８０％以下である石英ルツボである。【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記石英ルツボの中心線上の深さは、前記周壁部の外径の５０〜８０％である請求項３に記載の石英ルツボである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１および請求項３に記載の発明によれば、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部を有したシリコン単結晶をチョクラルスキー法により成長させる。このとき、石英ルツボの周壁部の外径を３６インチ以上とし、石英ルツボの中心線上の深さを、周壁部の外径の８０％以下とする。これにより、光学カメラを用いてシリコン単結晶の直径を計測する良好な撮像角度を確保することができる。しかも、引き上げ中の直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶を引き上げる場合と同程度とすることができる。その結果、シリコン単結晶の有転位化の発生頻度を低下させ、高品質のシリコン単結晶を得ることができる。【００２２】
請求項２および請求項４に記載の発明によれば、石英ルツボの中心線上の深さを、周壁部の外径の５０〜８０％としたので、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の冷却パターンのより高冷却に設定したものにも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施例１に係るシリコン単結晶成長装置の構成図である。
【図２】この発明の実施例１に係る石英ルツボの縦断面図である。
【図３】直胴部が直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶と、直胴部が直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶との冷却パターンを比較したグラフである。
【図４】初期シリコン溶融液量とシリコン単結晶の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０  シリコン単結晶成長装置、
１１  チャンバ、
１６  石英ルツボ、
１８  周壁部、
１９  底部、
２６  溶融液、
２６ａ  液面、
３０  ＣＣＤカメラ（光学カメラ）、
Ｃ  種結晶、
Ｓ  シリコン単結晶、
Ｓ３  直胴部、
ａ  周壁部の外径、
ｂ  石英ルツボの中心線上の深さ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１において、１０はこの発明の実施例１に係るシリコン単結晶成長装置（以下、結晶成長装置）で、この結晶成長装置１０は、中空円筒形状のチャンバ１１を備えている。チャンバ１１は、メインチャンバ１２と、メインチャンバ１２上に連設固定され、メインチャンバ１２より小径なプルチャンバ１３とからなる。メインチャンバ１２内の中心部には、ルツボ１４が、回転および昇降が可能な支持軸（ペディスタル）１５の上に固定されている。ルツボ１４は、内側の石英ルツボ１６と外側の黒鉛ルツボ１７を組み合わせた二重構造である。このうち、石英ルツボ１６は、全長にわたって外径ａが一定した周壁部１８と、周壁部１８の下方に配置された膨出形状の底部１９とを、底部１９の外面に比べて曲率半径が小さい膨出形状の外面を有するコーナー部２０によって分離不能に連結したものである（図２）。周壁部１８の外径ａは、３６インチ（９１４．４ｍｍ）である。石英ルツボ１６の中心軸上の深さｂは、周壁部１８の外径ａの８０％である。【００２７】
ルツボ１４の外側には、抵抗加熱式のヒータ２１が周壁部１８と同心円状に配置されている。ヒータ２１の外側には、円筒状の保温筒２２がメインチャンバ１２の内面に沿って配置されている。メインチャンバ１２の底面上には、円形の保温板２３が配置されている。メインチャンバ１２の外側には、水平磁場を形成するため、一対の超電導磁石２４が対向設置されている。
ルツボ１４の中心線上には、支持軸１５と同一軸心で回転および昇降が可能な引き上げ軸（ワイヤでも可能）２５がプルチャンバ１３を通って吊設されている。引き上げ軸２５の下端には、種結晶Ｃが装着されている。
メインチャンバ１２の外側には、溶融液２６の液面２６ａ付近におけるシリコン単結晶Ｓを、メインチャンバ１２に形成された窓部を通して撮像するＣＣＤカメラ（光学カメラ）３０が吊設されている。【００２８】
次に、この結晶成長装置１０を用いたシリコン単結晶成長方法を具体的に説明する。製造されるシリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ３の直径は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４６５ｍｍである。
ルツボ１４内に結晶用シリコン原料および不純物としてのボロンを投入する。チャンバ１１内を５０Ｔｏｒｒに減圧し、不活性ガスとして２００Ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを導入する。次に、ルツボ１４内の投入物をヒータ２１により溶解し、ルツボ１４内に溶融液２６を形成する。このとき（シリコン単結晶Ｓの成長開始時）の溶融液２６の量は、その液面２６ａが、石英ルツボ１６の周壁部１８の領域に存在する量とする。
次に、引き上げ軸２５の下端に装着された種結晶Ｃを溶融液２６に浸漬し、ルツボ１４および引き上げ軸２５を互いに逆方向へ回転させつつ、引き上げ軸２５を軸方向に引き上げ、種結晶Ｃの下方にシリコン単結晶Ｓを成長させる。このとき、引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの液面付近をＣＣＤカメラ３０により常時撮像し、その撮像データに基づき、図示しない画像処理装置の直径計測手段によって、引き上げ直後のシリコン単結晶Ｓの直径が常時計測される。【００２９】
シリコン単結晶Ｓの成長過程では、まず絞り工程により転位が除去され、ネック部Ｓ１が形成される。絞り工程に続く増径工程により増径部Ｓ２が形成され、その増径停止により直胴部Ｓ３の形成が開始される。このとき、磁場印加の有無や製品となるシリコン単結晶Ｓの酸素濃度等の品質が所望のものになるように、印加磁場強度や引き上げ軸２５の回転速度、ルツボ１４の回転速度はそれぞれ設定、調整される。今回は、磁場を０．４テスラで印加、引き上げ軸２５の回転速度を８ｒｐｍ、ルツボ１４の回転速度を０．１ｒｐｍという条件でネック部Ｓ１を作製後、ヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を変化させて上向きコーン形状の増径部Ｓ２を形成する。増径部Ｓ２の直径が所定径（３８５ｍｍ）に達した時点で、さらにヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を変化させ、次に直胴部Ｓ３へ移行し、同様にヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を調整して直胴部Ｓ３を形成する。【００３０】
直胴部Ｓ３の引き上げ中、図示しない結晶Ｓの直径計測手段と位置検知器から計算で求めた結晶重量もしくはその重量を換算した直胴長が、あらかじめ設定した重量もしくはあらかじめ設定した直胴長に達した時点で、ヒータ２１の電力を調整する。これにより、下向きコーン形状の減径部が除々に形成され、最終的には下向きコーンの頂点で、シリコン単結晶Ｓの成長が終了する。【００３１】
このように、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な直胴部Ｓ３を有するシリコン単結晶Ｓ用の石英ルツボ１６として、周壁部１８の外径ａが３６インチで、石英ルツボ１６の中心線上の深さｂが外径ａの８０％のものを採用したので、ＣＣＤカメラ３０によりシリコン単結晶Ｓの直径を計測する際の良好な撮像角度を確保することができる。しかも、引き上げ中の直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶Ｓの冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶Ｓを引き上げる場合と同程度とし、シリコン単結晶Ｓ中の欠陥サイズおよび欠陥の密度が制御された高品質のシリコン単結晶Ｓを得ることができる。【００３２】
シリコン単結晶Ｓの引き上げの中心線は、石英ルツボ１６の中心線と略重なる。そのため、周壁部１８の外径ａを３６インチ（９１４．４ｍｍ）とすれば、シリコン単結晶Ｓの周囲には、石英ルツボ１６の半径方向に、幅２００ｍｍ以上の円筒形の空間が形成される。このサイズの円筒空間を得ることで、シリコン単結晶Ｓへの輻射熱の遮蔽体５０を設置し、ＣＣＤカメラ３０によるシリコン単結晶Ｓの良好な撮像角度である、引き上げ中心線に対して２０°以上（２１．５°）の傾斜角度を確保することができる。その結果、シリコン単結晶Ｓをカメラ撮像してシリコン単結晶Ｓの直径を計測できなくなるおそれが解消される。【００３３】
しかも、石英ルツボ１８の中心線上の深さｂを、周壁部１８の外径ａの８０％と浅くしたので、溶融液２６の液面２６ａ付近において、シリコン単結晶Ｓの引き上げ直後の部分の冷却効果が高まる。これにより、引き上げ中の直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶Ｓの冷却パターンを、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の引き上げの場合と同程度まで改善することができる。
以下、これを図３のグラフを参照して説明する。図３のグラフは、石英ルツボとして、周壁部の外径が３６インチで、石英ルツボの中心線上の深さが周壁部の外径に対して５０〜９０％のものを使用した場合のシリコン単結晶の冷却パターンを予めシミュレーションで求めたものである。直径３００ｍｍのシリコンウェーハを引き上げ可能なシリコン単結晶の引き上げ中の冷却パターンと対比し、両冷却パターンが略同じになった条件で、直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の引き上げを行った。これにより、シリコン単結晶中の欠陥サイズおよび欠陥の密度を所望のものとした、高品質のシリコン単結晶が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、ＭＰＵ等のプロセッサー、ＤＲＡＭやＦｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ等のメモリーデバイス、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスの基板となる直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを、ＣＺ法により引き上げることが可能なシリコン単結晶成長装置および石英ルツボに有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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