(57)【要約】【課題】  引き上げ中の単結晶体の温度を、単結晶体の成長に応じて制御よく調整する。【解決手段】  単結晶原料が充填される坩堝と、前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を流すことで前記坩堝を発熱させるための電源と、種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内の前記単結晶原料融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための引き上げ機構と、前記引き上げ機構によって引き上げられている最中の前記単結晶体の温度を計測する為の温度計測手段と、少なくとも前記電源および前記温度計測手段と接続した制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測した前記単結晶体の温度情報に基づき、前記誘導コイルに流す前記高周波電流の大きさを調整することを特徴とする単結晶育成装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶原料が充填される坩堝と、
前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、
前記誘導コイルに高周波電流を流すことで前記坩堝を発熱させるための電源と、
種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内の前記単結晶原料融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための引き上げ機構と、
前記引き上げ機構によって引き上げられている最中の前記単結晶体の温度を計測する為の温度計測手段と、
少なくとも前記電源および前記温度計測手段と接続した制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測した前記単結晶体の温度情報に基づき、前記誘導コイルに流す前記高周波電流の大きさを調整することを特徴とする単結晶育成装置。
【請求項２】
前記温度計測手段は放射温度計であることを特徴とする請求項１記載の単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の単結晶原料を充填した坩堝を高温に加熱して単結晶原料を溶融し、坩堝内の単結晶原料融液の液面に上方から種結晶を接触させた後に上昇させることで、種結晶に連なる長尺の単結晶体を育成する、いわゆるチョクラルスキー法と呼ばれる単結晶育成方法が、従来から実施されている。
【０００３】
チョクラルスキー法による単結晶育成では、坩堝の周囲に高周波電流を流す誘導コイルが配されており、この誘導コイルに高周波電流を流すことにより生じる誘導加熱によって坩堝が発熱して坩堝内の単結晶原料が溶融され、坩堝内に単結晶原料融液が貯留される。チョクラルスキー法では、種結晶の上昇に伴って単結晶原料融液から引き上げられるように単結晶体が成長する（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、単結晶体の引き上げ長さが長くなってきており、育成している最中に、単結晶体の上部が坩堝から遠ざかるようになってきている。単結晶体の長さが長くなってくると、単結晶体の表面からの放熱の程度が大きくなり単結晶体の特に上端部分の温度が過度に低くなるなど、成長中の単結晶体における温度分布が大きくなる場合があり、この温度分布等によって成長中の単結晶に不具合（結晶欠陥の発生等）が生じる場合もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、単結晶原料が充填される坩堝と、前記坩堝の周囲に配置された誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を流すことで前記坩堝を発熱させるための電源と、種結晶を保持して上下動し、前記坩堝内の前記単結晶原料融液に前記種結晶を接触させた後に上昇させることで、前記種結晶に連続した単結晶体を引き上げるための引き上げ機構と、前記引き上げ機構によって引き上げられている最中の前記単結晶体の温度を計測する為の温度計測手段と、少なくとも前記電源および前記温度計測手段と接続した制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測した前記単結晶体の温度情報に基づき、前記誘導コイルに流す前記高周波電流の大きさを調整することを特徴とする単結晶育成装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の単結晶育成装置によれば、成長中の単結晶体の現在の温度に応じて、引き上げ中の単結晶体の温度を精度よく調整することができ、単結晶体内の結晶欠陥等の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の単結晶育成装置の一実施形態の概略の構成について説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の単結晶育成装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の単結晶育成装置１（以降、育成装置１ともいう）の概略の構成について説明する概略断面図である。
【００１０】
育成装置１は、単結晶原料が充填される坩堝１０と、坩堝１０の周囲に配置された誘導コイル３２と、誘導コイル３２に高周波電流を流すことで坩堝１０を発熱させて単結晶原料を溶融させ、坩堝１０内に貯留された単結晶原料融液１４（単に原料融液１４ともいう）を得るための電源３０と、種結晶１３を保持して上下動し、坩堝１０内の原料融液１４に種結晶１３を接触させた後に上昇させることで、種結晶１３に連続した単結晶体１５を引き上げるための引き上げ機構４０と、引き上げ機構４０によって引き上げられている最中の単結晶体１５の温度を計測する為の温度計測手段８０と、少なくとも電源３０と温度計測手段８０と接続した制御手段５０とを備え、制御手段５０は、温度計測手段８０によって計測した単結晶体１５の温度情報に基き、電源３０から誘導コイル３２に流す高周波電流の大きさを調整する。
【００１１】
温度計測手段８０は放射温度計であり、引き上げ機構４０によって引き上げられている最中の単結晶体１５から放射される赤外線Ｉを受光して、受光した赤外線に基づいて単結晶体１５の温度を表す情報を出力して制御部５０に送る。
【００１２】
育成装置１の構成について詳述する。育成装置１は、坩堝１０、育成室１６、育成室１６の側壁１６ａを介して坩堝１０の側壁１０ａを囲むように配置された誘導コイル３２、この誘導コイル３２に交流電流を流すための電源３０、結晶引き上げ機構４０、ガス供給部６０、排気部７０、育成室１６の天板部１９に配置された温度計測手段８０、および制御手段５０を有して構成されている。結晶引き上げ機構４０、電源３０、ガス供給部６０、排気部７０、および温度計測手段８０は制御手段５０に接続されている。制御手段５０は、ＣＰＵとメモリとを備えた例えば公知のコンピュータからなり、制御手段５０が、育成装置１全体の動作を制御する。
【００１３】
坩堝１０は、例えばイリジウム（Ｉｒ）からなる、側壁１０ａの断面が円環状の容器体である。この坩堝１０には、例えばシリコン単結晶の原料である単結晶粉末が充填され、さらに、坩堝１０自体の発熱によってこのシリコンが溶融されてなる原料融液１４が貯留される。育成装置１では、坩堝１０の開口１１から、結晶引き上げ機構４０の引き上げ軸４２が坩堝１０内部に挿入される構成となっている。
【００１４】
育成室１６の天板部１９には貫通孔１９ａが設けられており、この貫通孔１９ａに結晶引き上げ機構４０の引き上げ軸４２が挿通されている。単結晶の育成の際、引き上げ軸４２の下端には、単結晶育成の基点となる、シリコン種結晶１３（以降、単に種結晶１３ともいう）が保持される。種結晶１３は、高純度のシリコン単結晶体である。
【００１５】
結晶引き上げ機構４０は、引き上げ軸４２と、この引き上げ軸４２を図中の上下方向に移動させる、引き上げ用駆動部４４とを備えて構成されている。引き上げ用駆動部４４は、図示しないモーター等の動力源と、この動力源によって駆動して引き上げ軸４２を上下方向に移動させる図示しない駆動機構部とを有している。
【００１６】
単結晶育成の際、種結晶１３は引き上げ軸４２の先端（図１中の下端）に保持されて、坩堝１０の開口１１から、先端に種結晶１３が取り付けられた引き上げ軸４２が坩堝１０内に挿入され、坩堝１０に貯留された原料融液１４の液面に種結晶１３が接触する。引き上げ軸４２は、坩堝１０の開口１１の中心を通る中心軸Ｃに対応する位置に配置されており、種結晶１３の一部が中心軸Ｃに対応する位置に浸漬されて、種結晶１３と原料融液１
４とが接触する。
【００１７】
温度計測手段８０は放射温度計であり、引き上げ機構４０によって引き上げられている最中の単結晶体１５から放射される赤外線Ｉを、引き上げの始まりから終了まで連続して受光できる位置と角度で、天板部１９に配置されている。
【００１８】
ガス供給部６０は、図示しないガスボンベ、ガス流量計、ガス配管等を備えている。ガス供給部６０は、ガス供給管６２を介して育成室１６内に接続されている。本実施形態では、ガス供給部６０にはアルゴン（Ａｒ）ガスボンベを備えており、ガス供給管６２を介して育成室１６内にアルゴン（Ａｒ）ガスが送られる。排気部７０は、例えば図示しない排気ポンプ等を備えている。排気部７０は、排気管７２を介して育成室１６に接続されており、育成室１６内の気体を排気管７２を介して排気する。
【００１９】
誘導コイル３２は例えば銅からなる。誘導コイル３２は坩堝１０の周囲に配置されており、誘導コイル３２は間隔を空けて配置されている。誘導コイル３２は電源３０から高周波電圧が印加されて高周波電流が流れる。誘導コイル３２に高周波電流が流れると、誘導コイル３２によって囲まれた坩堝１０の付近を中心に時間変動する磁界が生じ、この第１時間変動磁界に起因して坩堝１０の表面に渦電流が発生して坩堝１０が発熱する。
【００２０】
制御手段５０は、温度計測手段８０によって計測した単結晶体１５の温度情報に基き高周波電流の大きさを調整することができるので、単結晶体１５の温度をより正確かつ高精度に調整することができる。例えば制御手段５０によって、温度計測手段８０によって計測される単結晶体１５の温度が所定の温度範囲となるよう、単結晶体１５の成長開始から終了まで電源３０の動作を調整することができる。
【００２１】
本実施形態の育成装置１を用いた単結晶の育成方法について、一例を挙げて説明しておく。育成装置１における単結晶の育成では、まず坩堝１０内に単結晶の原料であるシリコン粉末を充填する。次に、排気ポンプ７０によってガス排気管７２を介して育成室１６内の気体を排気した後、ガス供給部６０により、ガス供給管６２を介して育成室１６内にアルゴンガスを充填する。以降、継続してアルゴンガスを育成室１６内に供給しつつ自然排気し、育成室１６を大気圧のアルゴンガス雰囲気とする。
【００２２】
この状態で制御手段５０は、電源３０の動作を制御し、誘導コイル３２に高周波電流を流して坩堝１０を発熱させる。制御手段５０は、電源３０の動作を制御して、少なくとも高周波電流の大きさを調整する。坩堝１０の発熱量は高周波電流の大きさに応じて変化する。
【００２３】
以降、制御手段５０は、後述する種結晶１３の引き上げ位置や引き上げ開始からの経過時間毎に設定された所望する坩堝１０の発熱量に応じて高周波電流の大きさを調整するとともに、温度計測手段８０によって計測した単結晶体１５の温度情報に基き、高周波電流の大きさを調整する。例えば制御手段５０によって、温度計測手段８０によって計測される単結晶体１５の温度が所定の範囲となるよう、単結晶体１５の成長開始から終了まで電源３０の動作を調整する。
【００２４】
坩堝１０が発熱して高温となることで、坩堝１０内の単結晶原料が溶融し、坩堝１０内には溶融した単結晶原料（原料融液１４）が貯留された状態となる。
【００２５】
このように原料融液１４が坩堝１０に貯留された状態で、坩堝１０内の原料融液１４の液面に、種結晶１３が接触させられる。種結晶１３は引き上げ軸４２の先端に保持されており、坩堝１０の開口１１から、先端に種結晶１３が取り付けられた引き上げ軸４２が坩
堝１０内に挿入されて、坩堝１０内の原料融液１４の液面に種結晶１３が接触する。引き上げ軸４２は、坩堝１０の開口１１の中心を通る中心軸Ｃに対応する位置に配置されており、種結晶１３の一部が中心軸Ｃに対応する位置に浸漬される。
【００２６】
種結晶１３を原料融液１４に接触させた後、引き上げ軸４２は、中心軸Ｃを中心に回転しながら種結晶１３を上方に上昇させる。これにより、種結晶１３を起点に単結晶体１５が上方に引き上げられるように成長する。
【００２７】
坩堝１０内の原料融液１４は、側壁１０ａの近傍では誘導加熱された側壁１０ａによって温度が比較的上昇し易く、側壁１０ａから離れた坩堝１０中心部分（中心軸Ｃの近傍）では温度が比較的上昇し難い。さらに、中心軸Ｃの近傍に単結晶体１５が位置しており、坩堝１０内の原料融液１４の熱が、この単結晶体１５を介して坩堝１０外へ放熱され易い。このため坩堝１０内では、側壁１０ａの近傍付近に比べて中心軸Ｃの近傍において、原料融液１４の温度が比較的低くなり易い。
【００２８】
本実施形態では、温度計測手段８０によって計測した単結晶体１５の温度情報に基き、引き上げ中の単結晶体１５の温度を、この単結晶体１５の成長に応じて制御よく調整することができ、単結晶体１５の育成状態に不具合が発生することを抑制することができる。
【００２９】
なお、単結晶体の種類については特に限定されず、酸化物金属など各種単結晶体を成長させることができる。以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各種実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３０】
１    単結晶育成装置（育成装置）
１０  坩堝
１１  開口
１２  側壁
１３  種結晶（種結晶）
１４  原料融液（原料融液）
１５  単結晶体
１６  育成室
１７  保温材
１９  天板部
１８  側壁
３０  電源
３２  誘導コイル
４０  引き上げ機構
４２  引き上げ軸
４４  引き上げ用駆動部
５０  制御部
６０  ガス供給部
６２  ガス供給管
８０  温度計測手段
【図１】
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