(57)【要約】【課題】チャンバー内の異物を除去して有転位化を抑制することが可能な単結晶引き上げ装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】本発明による単結晶引き上げ装置のクリーニング方法は、ルツボ内の原料融液の液面を模したダミー液面と、前記原料融液の液面から上方に引き上げ途中の単結晶インゴットを模した第１のダミーインゴットとを含む前記ルツボを模したダミールツボを用意し、単結晶引き上げ装置の減圧されたチャンバー内に前記ダミールツボを設置した状態で不活性ガスを供給し、前記ダミールツボの影響を受けた不活性ガスの流れを発生させて、前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内の原料融液の液面を模したダミー液面と、前記原料融液の液面から上方に引き上げ途中の単結晶インゴットを模した第１のダミーインゴットとを含む前記ルツボを模したダミールツボを用意し、単結晶引き上げ装置の減圧されたチャンバー内に前記ダミールツボを設置した状態でガスを供給し、前記ダミールツボの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて、前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させるクリーニング工程を有することを特徴とする単結晶引き上げ装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記単結晶引き上げ装置は、
前記チャンバー内において前記ルツボを昇降可能に支持する回転支持軸と、
前記回転支持軸の上方に配置された熱遮蔽体とを有し、
前記ダミー液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第１のギャップ幅が、実際の単結晶引き上げ工程における前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第２のギャップ幅と実質的に等しくなるように前記ダミールツボの高さを調整して前記クリーニング工程を実施する、請求項１に記載のクリーニング方法。
【請求項３】
前記クリーニング工程において前記ダミールツボを上下に揺動させる、請求項１又は２に記載のクリーニング方法。
【請求項４】
前記ダミールツボは樹脂製である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項５】
単結晶インゴットを模した第２のダミーインゴットを用意し、前記クリーニング工程において、前記チャンバー内に前記第２のダミーインゴットを吊設した状態で前記ガスを供給し、前記第２のダミーインゴットの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項６】
前記第２のダミーインゴットを前記第１のダミーインゴットに連結させた状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項５に記載のクリーニング方法。
【請求項７】
前記チャンバーは、
メインチャンバーと、
前記メインチャンバーの上部開口に連結されたプルチャンバーとを有し、
前記第２のダミーインゴットを前記プルチャンバー内に配置した状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項５に記載のクリーニング方法。
【請求項８】
前記ダミールツボとは独立に前記第２のダミーインゴットを上下に揺動させた状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項７に記載のクリーニング方法。
【請求項９】
前記単結晶引き上げ装置は、
前記回転支持軸と同軸上に配置され、先端部にフックが取り付けられたワイヤーをさらに有し、
前記第２のダミーインゴットの先端部にはリング金具が取り付けられており、
前記フックを前記リング金具に係合させると共に前記係合に遊びを持たせることにより、前記第２のダミーインゴットを前記ワイヤーの下端部に連結する、請求項５に記載のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記第２のダミーインゴットは樹脂製である、請求項５乃至９のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１１】
単結晶インゴットを模したダミーインゴットを用意し、単結晶引き上げ装置の減圧されたチャンバー内に前記ダミーインゴットを吊設した状態でガスを供給し、前記ダミーインゴットの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて、前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させるクリーニング工程を有することを特徴とする単結晶引き上げ装置のクリーニング方法。
【請求項１２】
前記ダミーインゴットを上下に揺動させた状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項１１に記載のクリーニング方法。
【請求項１３】
前記ダミーインゴットは樹脂製である、請求項１１又は１２に記載のクリーニング方法。
【請求項１４】
前記チャンバー内の温度を常温に設定して前記クリーニング工程を実施する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１５】
前記ダミーインゴットは、
直径が徐々に大きくなるショルダー部と、
前記ショルダー部の下方において直径が一定に維持されたボディー部とを有し、
前記クリーニング工程では、前記ショルダー部の下端が前記チャンバー内に設置された熱遮蔽体の下端の開口を通過するように前記ダミーインゴットを引き上げる、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１６】
前記チャンバーは、
メインチャンバーと、
前記メインチャンバーの上部開口に連結されたプルチャンバーとを有し、
前記ダミーインゴットを前記プルチャンバー内に配置した状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項１７】
原料融液を支持するルツボを前記チャンバー内に設置し、前記ルツボ内に前記原料融液が実際に溜められた高温下の前記チャンバー内で前記クリーニング工程を実施する、請求項１１に記載のクリーニング方法。
【請求項１８】
前記ダミーインゴットを上下に揺動させた状態で前記クリーニング工程を実施する、請求項１７に記載のクリーニング方法。
【請求項１９】
前記ダミーインゴットは、
直径が徐々に大きくなるショルダー部と、
前記ショルダー部の下方において直径が一定に維持されたボディー部とを有し、
前記クリーニング工程では、前記ショルダー部の下端が前記ルツボの上方に設置された熱遮蔽体の下端の開口を通過するように前記ダミーインゴットを引き上げる、請求項１７又は１８に記載のクリーニング方法。
【請求項２０】
前記クリーニング工程を開始するときの前記ルツボの高さ位置が、前記単結晶引き上げ工程を開始するときの前記ルツボの高さ位置よりも低くなるように、前記ルツボの高さを調整する、請求項１９に記載のクリーニング方法。
【請求項２１】
前記クリーニング工程において前記ショルダー部の前記下端が前記熱遮蔽体の前記下端と同じ高さのときに、前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第１のギャップ幅が、実際の単結晶引き上げ工程における前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第２のギャップ幅と実質的に等しくなるように、前記ルツボの高さを調整する、請求項１９又は２０に記載のクリーニング方法。
【請求項２２】
前記ルツボ内に原料を追加チャージした後、前記クリーニング工程を行う、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項２３】
単結晶を引き上げるための引き上げ軸の下端に接続されたチャージ管を用いて前記原料を追加チャージした後、前記チャージ管から前記ダミーインゴットに付け替えて前記クリーニング工程を行う、請求項２２に記載のクリーニング方法。
【請求項２４】
前記ルツボは石英からなり、
前記ダミーインゴットは、シリコン、石英、カーボン、炭化ケイ素及びモリブデンから選ばれた少なくとも一つの材料からなる、請求項１７乃至２３のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項２５】
前記ダミーインゴットは中空構造を有する、請求項１７乃至２４のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
【請求項２６】
単結晶の引き上げに用いるルツボを模したダミールツボと、
前記ルツボ内の原料融液の液面を模したダミー液面と、
前記原料融液の液面から上方に引き上げ途中の単結晶インゴットを模した第１のダミーインゴットとを備えることを特徴とする単結晶引き上げ装置のクリーニング用具。
【請求項２７】
単結晶インゴットを模した第２のダミーインゴットをさらに備え、
前記第１のダミーインゴットの上端部は円錐形状の凸部を有し、
前記第２のダミーインゴットの下端部は前記第１のダミーインゴットの前記上端部に嵌合可能な円錐形状の凹部を有する、請求項２６に記載のクリーニング用具。
【請求項２８】
単結晶インゴットを模したダミーインゴットからなり、
前記ダミーインゴットの下端部は円錐形状の凹部を有することを特徴とするシリコン単結晶引き上げ装置のクリーニング用具。
【請求項２９】
単結晶引き上げ装置のチャンバー及び前記チャンバー内の部品を解体清掃する工程と、
前記解体清掃後、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載のクリーニング方法で前記単結晶引き上げ装置の仕上げクリーニングを実施する工程と、
前記仕上げクリーニングの完了後、前記単結晶引き上げ装置を用いて単結晶を引き上げる工程とを備えることを特徴とする単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）による単結晶の製造に用いる単結晶引き上げ装置のクリーニング方法に関し、特に、通常の解体清掃では除去しきれないチャンバー内に残留する小さなゴミ、チリ等の異物をクリーニングする方法に関する。また、本発明は、上記クリーニング方法で用いられるクリーニング用具、並びに上記クリーニング方法を採用する単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造において、引き上げ工程終了後の単結晶引き上げ装置内の各所には、引き上げ時のベーパー、ワイヤーの摩耗粉、カーボン部品の劣化によるカーボンダスト、結晶冷却時の石英ルツボの割れによる石英の欠片及びシリコン残の欠片など、様々な異物が付着している。これらの掃除をせずに次の引き上げ工程に移ると、上記異物が離脱して育成中の単結晶に付着し、有転位化が起こるため、ふき取り、バキューム、エアブロー等によるチャンバー及びチャンバー内の部品の解体清掃が引き上げ工程の終了毎に行われている。【０００３】
しかし、単結晶引き上げ装置の構造は複雑であるため、単結晶引き上げ装置の隅々まで完全な掃除を行うことは難しい。そのため、解体清掃だけでは単結晶の有転位化の発生率を低減することはできない。【０００４】
上記問題を解決するため、特許文献１では、人手による掃除が難しいプルチャンバーの内面及びプルチャンバー内に垂下されたワイヤーを掃除するためのクリーニング装置が提案されている。また特許文献２では、単結晶引き上げ装置を解体清掃し、チャンバー内に部品をセットした後であって石英ルツボ内に原料を仕込む前に、チャンバー内を真空引きする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４８２９３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４７４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載されたクリーニング方法でも、チャンバーの内壁やチャンバー内の部品に付着する細かな異物を十分に除去することができず、クリーニング方法のさらなる改善が望まれている。【０００７】
したがって、本発明の目的の一つは、チャンバー内の異物を除去して単結晶の有転位化を抑制することが可能な単結晶引き上げ装置のクリーニング方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのようなクリーニング方法に用いられるクリーニング用具を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、そのようなクリーニング方法を含む単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の側面による単結晶引き上げ装置のクリーニング方法は、ルツボ内の原料融液の液面を模したダミー液面と、前記原料融液の液面から上方に引き上げ途中の単結晶インゴットを模した第１のダミーインゴットとを含む前記ルツボを模したダミールツボを用意し、単結晶引き上げ装置の減圧されたチャンバー内に前記ダミールツボを設置した状態でガスを供給し、前記ダミールツボの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて、前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させるクリーニング工程を有することを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、単結晶引き上げ中のチャンバー内の構造を模擬的に再現し、ガスの強い流れや乱流を意図的に発生させて、チャンバーの壁面又はチャンバー内の部品に付着した異物を離脱させることができ、通常の解体清掃では除去しきれなかったチャンバー内に残留する小さなゴミ、チリ等の異物を事前に除去することができる。したがって、その後の引き上げ工程での異物の離脱を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１０】
本発明において、前記単結晶引き上げ装置は、前記チャンバー内において前記ルツボを昇降可能に支持する回転支持軸と、前記回転支持軸の上方に配置された熱遮蔽体とを有し、前記ダミー液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第１のギャップ幅が、実際の単結晶引き上げ工程における前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第２のギャップ幅と実質的に等しくなるように、すなわち、実際の単結晶引き上げにおいて取り得るギャップ幅になるように、前記ダミールツボの高さを調整して前記クリーニング工程を実施することが好ましい。このように、熱遮蔽体と原料融液の液面との間の狭いギャップ幅をクリーニング工程中において再現することにより、ガスの強い流れや乱流を再現することができる。したがって、実際の引き上げ時に離脱する異物を事前に除去することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１１】
本発明によるクリーニング方法は、前記クリーニング工程において前記ダミールツボを上下に揺動させることが好ましい。このように、ダミールツボを上下に揺動させることにより、チャンバー内のガスの流れを意図的に変化させることができる。したがって、実際の引き上げ中の発塵を防止することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１２】
前記第１のダミーインゴットは、直径が徐々に大きくなるショルダー部と、直径が一定に維持されたボディー部とを有し、前記ダミールツボを上昇させる際、前記熱遮蔽体の下端よりも下方の第１の高さ位置から前記熱遮蔽体の前記下端よりも上方の第２の高さ位置まで前記ショルダー部の下端が移動するように前記第１のダミーインゴットを前記ダミールツボと共に上昇させることが好ましい。ショルダー部の下端（ボディー部の上端）が熱遮蔽体の下端と同じ高さになったときにガスの流れが急激に強くなるので、チャンバー内の異物を除去することができる。【００１３】
本発明において、前記ダミールツボは樹脂製であることが好ましい。ダミー液面及び第１のダミーインゴットを含むダミールツボ全体が樹脂からなる場合には、非常に低コストで作製でき、取り扱いも容易である。またダミールツボが白い素材である場合には、カーボン屑などの黒い異物が落下してダミールツボに付着したときにそれを目視で捉えることができ、異物の回収・確認装置として機能させることもできる。【００１４】
本発明によるクリーニング方法は、単結晶インゴットを模した第２のダミーインゴットを用意し、前記クリーニング工程において、前記チャンバー内に前記第２のダミーインゴットを吊設した状態でガスを供給し、前記第２のダミーインゴットの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させることが好ましい。本発明によれば、単結晶引き上げ中のチャンバー内の構造をさらに再現し、ガスの強い流れや乱流を意図的に発生させて、チャンバーの壁面又はチャンバー内の部品に付着した異物を離脱させることができ、通常の解体清掃では除去しきれなかったチャンバー内に残留する小さなゴミ、チリ等の異物を事前に除去することができる。したがって、その後の引き上げ工程での異物の離脱を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１５】
本発明によるクリーニング方法は、前記第２のダミーインゴットを前記第１のダミーインゴットに連結させた状態で前記クリーニング工程を実施することが好ましい。このようにすることでチャンバー内に長尺な単結晶インゴットを再現することができ、実際の引き上げ工程中に発生するガスの強い流れや乱流を再現することができる。したがって、チャンバー内に残留する異物を事前に除去することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１６】
本発明において、前記チャンバーは、メインチャンバーと、前記メインチャンバーの上部開口に連結されたプルチャンバーとを有し、前記第２のダミーインゴットを前記プルチャンバー内に配置した状態で前記クリーニング工程を実施することが好ましい。これによれば、プルチャンバーと単結晶インゴットとの間の狭いギャップ幅を再現することができ、プルチャンバー内にガスの強い流れを発生させることができる。したがって、実際の引き上げ時にプルチャンバーから離脱する異物を事前に除去することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１７】
本発明によるクリーニング方法は、前記ダミールツボとは独立に前記第２のダミーインゴットを上下に揺動させた状態で前記クリーニング工程を実施することが好ましい。第２のダミーインゴットを上下に揺動させることにより、ガスの流れを意図的に変化させることができる。したがって、実際の引き上げ時の発塵量を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００１８】
本発明において、前記単結晶引き上げ装置は、前記回転支持軸と同軸上に配置され、先端部にフックが取り付けられたワイヤーをさらに有し、前記第２のダミーインゴットの先端部にはリング金具が取り付けられており、前記フックを前記リング金具に係合させると共に前記係合に遊びを持たせることにより、前記第２のダミーインゴットを前記ワイヤーの下端部に連結することが好ましい。これによれば、第２のダミーインゴットを第１のダミーインゴット上に搭載して連結させたときに、ワイヤーの撓みの発生を回避することができ、第２のダミーインゴットを第１のダミーインゴットと一緒に昇降させることができる。【００１９】
本発明において、前記第２のダミーインゴットは樹脂製であることが好ましい。これによれば、第２のダミーインゴットを低コストで作製でき、設置時の取り扱いも容易である。また第２のダミーインゴットが白い素材である場合には、カーボン屑などの黒い異物が付着したときにそれを目視で捉えることができ、異物の回収・確認装置として機能させることもできる。【００２０】
本発明の第２の側面による単結晶引き上げ装置のクリーニング方法は、単結晶インゴットを模したダミーインゴットを用意し、単結晶引き上げ装置の減圧されたチャンバー内に前記ダミーインゴットを吊設した状態でガスを供給し、前記ダミーインゴットの影響を受けた前記ガスの流れを発生させて、前記チャンバーの壁面又は前記チャンバー内の部品に付着した異物を脱落させるクリーニング工程を有することを特徴とする。【００２１】
本発明によれば、単結晶引き上げ中のチャンバー内の構造を模擬的に再現し、ガスの強い流れや乱流を意図的に発生させて、チャンバーの壁面又はチャンバー内の部品に付着した異物を離脱させることができ、通常の解体清掃では除去しきれなかったチャンバー内に残留する小さなゴミ、チリ等の異物を事前に除去することができる。したがって、その後の引き上げ工程での異物の離脱を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。【００２２】
本発明の第２の側面によるクリーニング方法において、前記ダミーインゴットは樹脂製であり、前記チャンバー内の温度を常温に設定して前記クリーニング工程を実施することが好ましい。【００２３】
本発明において、前記ダミーインゴットは、直径が徐々に大きくなるショルダー部と、前記ショルダー部の下方において直径が一定に維持されたボディー部とを有し、前記クリーニング工程では、前記ショルダー部の下端が前記ルツボの上方に設置された熱遮蔽体の下端の開口を通過するように前記ダミーインゴットを引き上げることが好ましい。単結晶を引き上げるための引き上げ軸の下端にダミーインゴットを接続し、熱遮蔽体の下端よりも下方の高さ位置から熱遮蔽体の下端よりも上方の高さ位置までショルダー部の下端（ボディー部の上端）を移動させた場合、ショルダー部の下端が熱遮蔽体の下端と同じ高さになったときにガスの流れが急激に強くなるので、チャンバー内の異物を除去することができる。【００２４】
本発明の第２の側面によるクリーニング方法はまた、原料融液を支持するルツボを前記チャンバー内に設置し、前記ルツボ内に前記原料融液が実際に溜められた高温下の前記チャンバー内で前記クリーニング工程を実施してもよい。この場合、前記ルツボは石英からなり、前記ダミーインゴットは、シリコン、石英、カーボン、炭化ケイ素及びモリブデンから選ばれた少なくとも一つの材料からなることが好ましい。このように、単結晶引き上げ工程を開始する直前の高温下でクリーニングを行うことにより、チャンバー内の異物を十分に除去することができる。【００２５】
本発明おいて、前記ダミーインゴットは、直径が徐々に大きくなるショルダー部と、前記ショルダー部の下方において直径が一定に維持されたボディー部とを有し、前記クリーニング工程では、前記ショルダー部の下端が前記ルツボの上方に設置された熱遮蔽体の下端の開口を通過するように前記ダミーインゴットを引き上げることが好ましい。単結晶を引き上げるための引き上げ軸の下端にダミーインゴットを接続し、熱遮蔽体の下端よりも下方の高さ位置から熱遮蔽体の下端よりも上方の高さ位置までショルダー部の下端（ボディー部の上端）を移動させた場合、ショルダー部の下端が熱遮蔽体の下端と同じ高さになったときにガスの流れが急激に強くなるので、チャンバー内の異物を除去することができる。【００２６】
本発明において、前記ルツボの高さは、前記クリーニング工程を開始するときの前記ルツボの高さ位置が、前記単結晶引き上げ工程を開始するときの前記ルツボの高さ位置よりも低くなるように調整されることが好ましい。さらに、前記ルツボの高さは、前記クリーニング工程において前記ショルダー部の前記下端が前記熱遮蔽体の前記下端と同じ高さのときに、前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第１のギャップ幅が、実際の単結晶引き上げ工程における前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間の第２のギャップ幅と実質的に等しくなるように、すなわち、実際の単結晶引き上げにおいて取り得るギャップ幅になるように調整されることが好ましい。このようにすることで、チャンバー内に導入されるガスの流速をさらに早めることができる。特に、実際の単結晶引き上げ工程にできるだけ近い条件を再現することで、チャンバー内の異物を確実に除去することができる。【００２７】
本発明の第２の側面によるクリーニング方法は、前記ルツボ内に原料を追加チャージした後、前記クリーニング工程を行うことが好ましい。この場合、単結晶を引き上げるための引き上げ軸の下端に接続されたチャージ管を用いて前記原料を追加チャージした後、前記チャージ管から前記ダミーインゴットに付け替えて前記クリーニング工程を行うことが好ましい。原料を追加補充する場合やリチャージや新たな単結晶引き上げ工程で使用する原料を追加チャージする場合、原料の微粉がチャンバー内で拡散して付着し、引き上げ工程中に脱落することにより、単結晶の有転位化の原因となるおそれがある。しかし、追加チャージ後であって引き上げ工程前に仕上げクリーニングを実施することにより、単結晶の有転位化の発生率をより一層低減することができる。【００２８】
本発明において、前記ダミーインゴットは中空構造を有することが好ましい。ダミーインゴットが塊状である場合には、高温のチャンバー内で熱膨張することによって亀裂や破裂が生じやすい。しかし、ダミーインゴットが中空構造の場合には蓄熱を抑えて亀裂や破裂の発生を防止することができる。【００２９】
本発明の第３の側面によるシリコン単結晶引き上げ装置のクリーニング用具は、単結晶の引き上げに用いるルツボを模したダミールツボと、前記ルツボ内の原料融液の液面を模したダミー液面と、前記原料融液の液面から上方に引き上げ途中の単結晶インゴットを模した第１のダミーインゴットとを備えることを特徴とする。【００３０】
本発明によるクリーニング用具は、単結晶インゴットを模した第２のダミーインゴットをさらに備え、前記第１のダミーインゴットの上端部は円錐形状の凸部を有し、前記第２のダミーインゴットの下端部は前記第１のダミーインゴットの前記上端部に嵌合可能な円錐形状の凹部を有することが好ましい。この構成によれば、第２のダミーインゴットを第１のダミーインゴット上に連結させることができ、チャンバー内に長尺な単結晶インゴットを再現することができる。【００３１】
本発明の第４の側面による単結晶引き上げ装置のクリーニング用具は、単結晶インゴットを模したダミーインゴットからなり、前記ダミーインゴットの下端部は円錐形状の凹部を有することを特徴とする。本発明によれば、ダミーインゴットを用いて実際の引き上げ時と同様の環境を再現することができ、チャンバー内にガスの強い流れや乱流を発生させて実際の引き上げ時に離脱する異物を事前に除去することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減させることができる。また、ダミーインゴットを連結させることでチャンバー内に長尺な単結晶インゴットを再現することができる。【００３２】
本発明の第５の側面による単結晶の製造方法は、単結晶引き上げ装置のチャンバー及び前記チャンバー内の部品を解体清掃する工程と、前記解体清掃後、上述のクリーニング方法で前記単結晶引き上げ装置の仕上げクリーニングを実施する工程と、前記仕上げクリーニングの完了後、前記単結晶引き上げ装置を用いて単結晶を引き上げる工程とを備えることを特徴とする。【００３３】
本発明によれば、単結晶引き上げ中のチャンバー内の構造を模擬的に再現し、ガスの強い流れや乱流を意図的に発生させて、チャンバーの壁面又はチャンバー内の部品に付着した異物を離脱させることができ、通常の解体清掃では除去しきれなかったチャンバー内に残留する小さなゴミ、チリ等の異物を事前に除去することができる。したがって、その後の引き上げ工程での異物の離脱を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、通常の解体清掃では除去しきれなかったチャンバー内の異物を除去して単結晶の有転位化を抑制することが可能な単結晶引き上げ装置のクリーニング方法を提供することができる。また本発明によれば、そのようなクリーニング方法において用いられるクリーニング用具を提供することができる。さらに、本発明によれば、そのようなクリーニング方法を採用することで単結晶収率が高められた単結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明によるクリーニングの対象となる単結晶引き上げ装置１の構造を示す略断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法（仕上げクリーニング工程）を説明するための断面図である。
【図３】図３は、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の構造を示す略斜視図である。
【図４】図４は、ダミールツボ３０の作用を説明するための断面図である。
【図５】図５は、クリーニング中におけるダミールツボ３０及び第２のダミーインゴット４０の配置の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、クリーニング中におけるダミールツボ３０及び第２のダミーインゴット４０の配置の他の例を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態による単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法を説明するための断面図である。
【図８】図８は、図７と共に単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法を説明するため断面図である。
【図９】図９は、図７及び図８と共に単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法を説明するため断面図である。
【図１０】図１０は、図７乃至図９と共に単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００３７】
図１は、本発明によるクリーニングの対象となる単結晶引き上げ装置１の構造を示す略断面図である。
【００３８】
図１に示すように、この単結晶引き上げ装置１は半導体用シリコン単結晶をＣＺ法により製造するための装置であって、チャンバー１０と、チャンバー１０の内側に配置された断熱材１１と、チャンバー１０内に収容される石英ルツボ１２を支持するサセプタ１３と、サセプタ１３を昇降可能に支持する回転支持軸１４と、サセプタ１３の周囲を取り囲むように配置されたヒーター１５と、サセプタ１３の上方に配置された熱遮蔽体１６と、サセプタ１３の上方であって回転支持軸１４と同軸上に配置された単結晶引き上げ用ワイヤー１７と、チャンバー１０の上方に配置されたワイヤー巻き取り機構１８とを備えている。
【００３９】
チャンバー１０は、メインチャンバー１０Ａと、メインチャンバー１０Ａの上部開口に連結されたプルチャンバー１０Ｂとで構成されており、上述の石英ルツボ１２、サセプタ１３、回転支持軸１４、ヒーター１５及び熱遮蔽体１６はメインチャンバー１０Ａ内に設けられている。巻き取り機構１８はプルチャンバー１０Ｂの上方に配置されており、ワイヤー１７は巻き取り機構１８からプルチャンバー１０Ｂ内を通って下方に延びており、ワイヤー１７の先端部はメインチャンバー１０Ａの内部空間まで達している。図１には、ワイヤー１７の先端部にシリコン単結晶２が吊設された状態が示されている。
【００４０】
熱遮蔽体１６は、シリコン融液２の温度変動を抑制して結晶成長界面近傍に適切なホットゾーンを形成するとともに、ヒーター１５及び石英ルツボ１２からの輻射熱によるシリコン単結晶２の加熱を防止するために設けられている。熱遮蔽体１６は、シリコン単結晶２の引き上げ経路を除いたシリコン融液２の上方の領域を覆うカーボン製の部材であり、特に下端から上端に向かって開口サイズが大きくなる逆円錐台形状を有している。熱遮蔽体１６の下端の開口の直径はシリコン単結晶２の直径よりも大きく、これによりシリコン単結晶２の引き上げ経路が確保されている。また熱遮蔽体１６の下端の開口の直径は石英ルツボ１２の口径よりも小さく、熱遮蔽体１６の下端部は石英ルツボ１２の内側に位置するので、石英ルツボ１２のリム上端を熱遮蔽体１６の下端よりも上方まで上昇させても熱遮蔽体１６が石英ルツボ１２と干渉することはない。
【００４１】
以上の構成において、シリコン単結晶の引き上げ工程では、まずサセプタ１３内に石英ルツボ１２をセットし、石英ルツボ１２内にシリコン原料を充填し、ワイヤー１７の先端部に種結晶を取り付ける。次にシリコン原料をヒーター１５で加熱してシリコン融液３を生成し、種結晶を降下させてシリコン融液３に着液させる。その後、石英ルツボ１２を回転させながら種結晶をゆっくりと上昇させることにより、略円柱状のシリコン単結晶２を成長させる。
【００４２】
単結晶引き上げ中、チャンバー１０内は一定の減圧状態に保たれている。プルチャンバー１０Ｂの上部に設けられたガス吸気口１９Ａからアルゴンガスが供給され、メインチャンバー１０Ａの下部に設けられたガス排気口１９Ｂからアルゴンガスが排気されることで、チャンバー１０内には破線矢印のようなアルゴンガスの流れが発生しており、この流れ（ガスフロー）は単結晶の成長状態により常に変化している。なおチャンバー１０内の雰囲気ガスはアルゴンガスに限定されず、他の不活性ガスを用いてもよい。
【００４３】
シリコン単結晶２の直径は、その引き上げ速度やヒーター１５の温度を制御することにより制御される。シリコン単結晶２の育成では、結晶径が細く絞られたネック部を形成した後、結晶径を円錐状に広げてショルダー部を形成する。規定の直径まで単結晶が成長した時点で一定の直径で引き上げを継続してボディー部を形成し、引き上げ終了時には直径を細く絞ってテール部を形成し、最終的に液面から切り離す。以上により、ショルダー部及びボディー部を有するシリコン単結晶インゴットが完成する。
【００４４】
以上が単結晶引き上げ装置１の構成及び動作についての説明である。次に、このような単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法について説明する。単結晶引き上げ装置１のクリーニングとしては、解体清掃と解体清掃後の仕上げクリーニングがある。解体清掃は、バッチ終了後に装置を解体し、各部の清掃を行い、チャンバー１０の内壁やチャンバー１０内の部品に付着した粉体や堆積物の除去などを行う工程である。
【００４５】
一方、仕上げクリーニングは、このような解体清掃後であって、次のシリコン単結晶の引き上げ工程を開始する前に行われるクリーニング工程である。この仕上げクリーニングにより、解体清掃では除去しきれなかったチャンバー１０内の異物を除去することが可能となる。
【００４６】
図２は、本発明の第１の実施の形態による単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法（仕上げクリーニング工程）を説明するための断面図である。
【００４７】
図２に示すように、仕上げクリーニングでは、単結晶引き上げ中のチャンバー１０内の環境を再現するため、２種類のクリーニング用具が用いられる。一つは実際の石英ルツボ１２の形状を模したダミールツボ３０であり、もう一つは単結晶インゴットの形状を模したダミーインゴット４０である。
【００４８】
図３は、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の構造を示す略斜視図である。
【００４９】
図３に示すように、ダミールツボ３０は、実際に使用される石英ルツボ１２と実質的に同一のサイズ（口径）を有する樹脂製の部材である。ダミールツボ３０の形状は、実際に使用される石英ルツボ１２と類似していればよく、厳密な同一性は要求されない。ダミールツボ３０内にはシリコン融液３の液面を模したダミー液面３１がダミールツボ３０と一体的に形成されており、さらにシリコン融液３の液面から上方に引き上げられたシリコン単結晶の形状を模したダミーインゴット３２（第１のダミーインゴット）がダミー液面３１と一体的に形成されている。すなわち、ダミールツボ３０はダミー液面３１及びダミーインゴット３２を含む単一の構造体である。
【００５０】
ダミールツボ３０は回転支持軸１４の上端部に直接設置される。すなわち、サセプタ１３は使用されない。これは、実際の引き上げ工程では高温下で軟化した石英ルツボ１２をサセプタ１３で支持する必要があるが、クリーニング工程は常温で行われ、ダミールツボ３０の変形を考慮する必要がないことによるものである。また、サセプタ１３の設置を省略することでクリーニング工程の準備を簡素化することができる。なお、ダミールツボ３０の底部は、回転支持軸１４に設置可能な形状であることが必要である。
【００５１】
ダミーインゴット４０（第２のダミーインゴット）は、実際に引き上げられるシリコン単結晶インゴットと実質的に同じ直径を有する樹脂製の部材であり、下方に向かって直径が徐々に大きくなるショルダー部４０ａと、直径が一定のボディー部４０ｂとを有している。ショルダー部４０ａの上端部にはリング金具４０ｄが設けられており、ワイヤー１７の先端部に設けられたフック１７ａはこのリング金具４０ｄに係合され、これによりダミーインゴット４０は昇降自在に吊設される。さらに、フック１７ａとリング金具４０ｄとの係合に遊びを持たせているので、後述するダミーインゴット４０がダミーインゴット３２上に搭載された状態においてワイヤー１７の大きな撓みを回避することができる。
【００５２】
ダミーインゴット４０はダミールツボ３０と一体化されたダミーインゴット３２に嵌合可能である。ダミーインゴット３２の上端部は円錐形状の凸部３２ａ（ショルダー部）を有しており、ダミーインゴット４０の下端部は円錐形状の凹部４０ｃを有しているので、ダミーインゴット４０を降下させるだけでダミーインゴット３２に嵌合させることができる。ダミーインゴット４０がアルゴンガスの風圧を受けて揺れ動いた場合でもその中心軸の位置ずれを自己整合的に修正しながらダミーインゴット３２と連結させることができる。そして、ダミーインゴット４０をダミーインゴット３２に連結させることで長尺な単結晶（図５参照）を再現することができる。
【００５３】
本実施形態においては２つダミーインゴットが用いられている。ダミーインゴット３２はダミールツボ３０と一体化されたものであり、熱遮蔽体１６よりも下方におけるアルゴンガスの流れに変化を与える役割を果たすものである。また、ダミーインゴット４０は、熱遮蔽体１６よりも上方のアルゴンガスの流れに変化を与える役割を果たし、単結晶を実際に引き上げている状態でチャンバー１０内の色々な部分の開口面積を狭くしてアルゴンガスの流れを変化させる。
【００５４】
ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の材料は特に限定されないが、ポリプロピレン等の樹脂を用いることが好ましい。樹脂を用いた場合には加工が容易であり、安価に作製できる。また、白い素材である場合には、例えばカーボン屑などの黒い異物が落下してダミーインゴット４０やダミールツボ３０に付着したときにそれを目視で捉えることができ、異物の回収・確認装置として機能させることもできる。
【００５５】
仕上げクリーニング工程では、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０をチャンバー１０内にセットした後、チャンバー１０内に所定流量のアルゴンガスを供給し、チャンバー１０内を常温・減圧下のアルゴン雰囲気にする。アルゴンガスはプルチャンバー１０Ｂの上部に設けられたガス吸気口１９ａから供給され、プルチャンバー１０Ｂ及びメインチャンバー１０Ａを通ってメインチャンバー１０Ａの下部に設けられたガス排気口１９ｂから排気される。チャンバー１０内の気圧は２０〜３０Ｔｏｒｒとすることが好ましく、またアルゴンガスの供給量は例えば１３０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。チャンバー１０内の気圧は圧力計によって測定され、ガス排気口１９ｂからのアルゴンガスの排気量はチャンバー１０内の気圧が一定となるように制御される。
【００５６】
本実施形態において、仕上げクリーニングは常温下で行われる。チャンバー１０内の温度を実際の単結晶引き上げ工程と同じ温度まで上昇させて高温下でクリーニングを行うことも可能であるが、チャンバー１０内の温度を高くしたりクリーニング後に冷却したりするための時間がかかるため効率的ではない。また、ダミーインゴット４０やダミールツボ３０として樹脂製のものを用いることができない。このような理由から、仕上げクリーニングは常温下で行われることが好ましい。
【００５７】
仕上げクリーニングでは、上述したチャンバー内の常温・減圧状態が一定時間保持される。クリーニング時間は特に限定されないが、２〜８時間程度が好ましい。
【００５８】
図４は、ダミールツボ３０の作用を説明するための断面図である。
【００５９】
仕上げクリーニングでは、ダミールツボ３０を上昇させて熱遮蔽体１６に近づけ、ダミーインゴット３１を熱遮蔽体１６の開口部１６ａに挿入する。その際、ダミールツボ３０を回転させながら上昇させてもよく、回転させずに上昇させてもよい。
【００６０】
単結晶の乱れは、単結晶のショルダー部が熱遮蔽体１６の開口部に入ったところで多発することが知られている。これは、今まで広かった熱遮蔽体１６の開口部１６ａに単結晶のショルダー部が入ってくることで開口面積が狭くなり、単結晶がアルゴンガスの流れを妨げる抵抗となることでアルゴンガスの流速が強まり、いままでチャンバー１０の壁体又は部品に付着していた異物が離脱して単結晶に付着するからであると考えられる。そこで、仕上げクリーニングでは、単結晶のショルダー部を熱遮蔽体１６の開口部に意図的に挿入することで異物が離脱しやすい環境を再現する。
【００６１】
熱遮蔽体１６の開口部１６ａの直径は、単結晶の直径よりも少し大きい程度である。初めは開口面積が広いためアルゴンガスもスムーズに流れるが、ダミールツボ３０の上昇によってダミーインゴット３２のショルダー部が開口部１６ａに進入すると開口面積が急激に狭くなり、ダミールツボ３０と熱遮蔽体１６との間の狭い隙間を通過しようとするアルゴンガスの流速が強まる。これにより、チャンバー１０内のガスフローが変化し、乱流が発生しやすくなるので、チャンバー１０内の隅や凹部に付着する微細な異物を脱落させて舞い上がらせることができ、ガスフローと共にこれらの異物を排気除去することができる。
【００６２】
ダミールツボ３０を上昇させると、熱遮蔽体１６とダミーインゴット３２との間の隙間が狭くなるだけでなく、熱遮蔽体１６とダミールツボ３０のリム上端との間の隙間も狭くなる。そのため、熱遮蔽体１６とダミールツボ３０との間の狭い隙間を通過しようとするアルゴンガスの流速がさらに強まり、チャンバー１０内のガスフローが変化して乱流が発生しやすくなる。
【００６３】
ダミールツボ３０を上昇させて熱遮蔽体１６に近づける場合、ダミー液面３１と熱遮蔽体１６の下端との間のギャップ幅（第１のギャップ幅）Ｇが、実際の単結晶引き上げ工程における石英ルツボ１２内のシリコン融液３の液面と熱遮蔽体１６の下端との間のギャップ幅（第２のギャップ幅）と実質的に等しくなるようにすることが好ましく、すなわち、実際の単結晶引き上げにおいて取り得るギャップ幅になるように調整されることが好ましく、この状態を一定時間保持することがより好ましい。このようにすることで、熱遮蔽体１６とダミー液面３１との間の狭い隙間を通過しようとするアルゴンガスの流速がさらに強まるので、チャンバー１０内のガスフローが変化して乱流が発生しやすくなる。したがって、チャンバー１０内に付着する異物を脱落させて舞い上がらせることができ、ガスフローと共にこれらの異物を排気除去することができる。
【００６４】
図５は、クリーニング中におけるダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の配置の一例を説明するための図である。
【００６５】
図５に示すように、ダミーインゴット４０はダミールツボ３０に連結されてもよい。ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の設置当初、両者は連結されていないが、ダミーインゴット４０を降下させることで両者を連結させることができ、チャンバー１０内でより長尺な単結晶を再現することができる。そしてクリーニング中において、ダミーインゴット４０がダミールツボ３０に連結された状態を一定時間保持することが好ましい。このようにすることで、実際の引き上げにより近い状態を再現でき、アルゴンガスの流れ及び流速をさらに変化させることができる。
【００６６】
さらに、本実施形態においては、フック１７ａとリング金具４０ｄとの係合に遊びを持たせているので、ダミーインゴット４０をダミーインゴット３２上に搭載して連結させたときにワイヤー１７の大きな撓みを回避することができ、ダミーインゴット４０をダミーインゴット３２と一緒に昇降させることができる。
【００６７】
仕上げクリーニング中は、ダミールツボ３０を上下に揺動させることもまた好ましい。このとき、ダミーインゴット４０はダミールツボ３０に連結していてもよく、ダミールツボ３０から分離していてもよい。いずれにしても、ダミールツボ３０を上下動させることでチャンバー１０内のガスフローがさらに変化するので、チャンバー１０内にアルゴンガスの乱流を発生させることができ、チャンバー１０内の異物を除去することができる。
【００６８】
仕上げクリーニングでは、ダミーインゴット４０をダミールツボ３０から分離し、ダミールツボ３０とは独立にダミーインゴット４０を上下に揺動させることもまた好ましい。この場合、ダミールツボ３０の高さ方向の位置を固定し、ダミーインゴット４０だけを上下に動かしても良く、ダミーインゴット４０を固定してダミールツボ３０を上下に動かしても良く、両方をそれぞれ上下に動かしても良い。ダミールツボ３０からダミーインゴット４０を分離する場合、ダミーインゴット４０の高さ方向の位置を大きく変えることでチャンバー１０内のガスフローを変化させることができ、ダミーインゴット４０が一定位置に留まっているだけでは舞い上がらせることができなかった異物を舞い上がらせることができる。
【００６９】
図６は、クリーニング中におけるダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の配置の他の例を説明するための図である。
【００７０】
図６に示すように、ダミーインゴット４０はダミールツボ３０プルチャンバー１０Ｂ内に配置されてもよい。ダミーインゴット４０がプルチャンバー１０Ｂ内にあるとき、ダミーインゴット４０とプルチャンバー１０Ｂの内壁面との間の狭い隙間をアルゴンガスが通過することでガスフローの風速が強くなる。プルチャンバー１０Ｂの上部にはゲート弁やセンサなどの凹凸面をなす部材があり、異物が付着しやすいが、プルチャンバー１０Ｂ内のガスフローが強くなるので、プルチャンバー１０Ｂ内の異物を除去することができる。また、ガスフローの風速が強くなることでメインチャンバー１０Ａ内のガスフローの風速も強くなり、乱流が発生しやすくなるので、メインチャンバー１０Ａ内の異物の除去も可能となる。
【００７１】
仕上げクリーニングの完了後は、チャンバー１０を大気開放し、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０を取り出し、回転支持軸１４上にサセプタ１３及び石英ルツボ１２をセットし、石英ルツボ１２内にシリコン原料を充填する。その後、上述した通常の単結晶引き上げ工程を行う。以上のように、本実施形態においては、仕上げクリーニングを行っているので、単結晶引き上げ工程においてチャンバー１０内に残存する異物の影響による有転位化の発生確率を低減することができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態による単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法は、単結晶引き上げ時のチャンバー内の構造を再現し、石英ルツボや単結晶インゴットがあることによってチャンバー内に発生するアルゴンガスの強い流れや乱流を人為的に作り出して、これにより不活性ガスの流量を意図的に変化させて、チャンバー内の隅や凹部に付着した異物を離脱させて事前に除去するので、その後の引き上げ工程での発塵量を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【００７３】
図７〜図１０は、本発明の第２の実施の形態による単結晶引き上げ装置のクリーニング方法を説明するための断面図である。
【００７４】
図７に示すように、このクリーニング方法の特徴は、単結晶引き上げ工程を開始する直前の石英ルツボ１２内にシリコン融液３が溜められた状態でダミーインゴット５０を用いたクリーニングを実施する点にある。そのため、第１の実施の形態と異なり、チャンバー１０内にはダミールツボではなく単結晶引き上げ工程で実際に用いる石英ルツボ１２が設置され、石英ルツボ１２はヒーター１５によって加熱され、チャンバー１０内は高温に保たれている。
【００７５】
第１の実施の形態によるクリーニング方法は単結晶育成工程を開始する前のクリーニング方法として一定の効果が認められる。しかし、例えば図８に示すようにチャージ管６０を用いて石英ルツボ１２内にシリコン原料５を追加チャージするような場合には、チャージ管６０の表面に付着しているシリコン微粉がチャンバー１０内で離脱して舞い上がったり、チャージ管６０内のシリコン原料を落下させて石英ルツボ１２内に投入するときにチャージ管６０の内面やシリコン原料５に付着しているシリコン微紛が舞い上がったりして、熱遮蔽体１６などの炉内構造物に付着し、単結晶の有転位化の原因となってしまう。そのため、本実施形態においては、単結晶引き上げ工程を開始する直前の高温下のチャンバー１０内においてダミーインゴットを用いたクリーニングを実施してチャンバー１０内のさらなる清浄化を図るものである。
【００７６】
チャンバー１０内は高温であり、石英ルツボ１２はシリコン融液３を保持しているため、クリーニングで使用されるダミーインゴット５０は耐熱性を有し、シリコン融液３を汚染しないことが必要である。そのため、ダミーインゴット５０の素材は、シリコン、石英、カーボン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、表面がＳｉＣで被覆されたカーボン、モリブデンなどが好ましい。ダミーインゴット５０としては、例えば、クリーニング対象と同種の単結晶引き上げ装置を用いて引き上げられた後、ウェーハ製品として加工されなかったシリコン単結晶インゴットを所定の形状に加工したものを用いることができる。このように、製品化されなかったシリコン単結晶インゴットをダミーインゴット５０として使用することにより、ダミーインゴットを最初から作製する手間を省略し、資源の有効活用を図ることができる。
【００７７】
ダミーインゴット５０の形状は、ＣＺ法により実際に育成されるシリコン単結晶インゴットのトップ側の形状と同様、上から下に向かって直径が徐々に大きくなるショルダー部５０ａと、ショルダー部５０ａの下方において直径が一定に維持されたボディー部５０ｂとを有していればよい。またダミーインゴット５０はその内部に空洞を有する中空構造であってもよく、空洞がないブロックであってもよい。中空構造のダミーインゴット５０の場合、その底部に開口が形成されていてもよい。ダミーインゴットが中空構造の場合には蓄熱を抑えて亀裂や破裂の発生を防止することができる。クリーニング工程中、ダミーインゴット５０がシリコン融液３に接触してはいけないので、ダミーインゴット５０のボディー部５０ｂの長さは、石英ルツボ１２内のシリコン融液の液面の高さを考慮して設定する必要がある。
【００７８】
次に、図７〜図１０を参照しながらクリーニング工程について説明する。
【００７９】
始めに、図８に示すように、チャージ管６０を用いてシリコン原料５の追加チャージを行う。追加チャージは、いわゆるマルチプリング法における二本目以降のシリコン単結晶インゴットを引き上げるために行われるものであってもよい。マルチプリング法では、シリコン単結晶を引き上げた後、同一の石英ルツボ内にシリコン原料を追加供給して融解し、得られたシリコン融液からシリコン単結晶の引き上げを行い、このような原料供給工程と単結晶引き上げ工程を繰り返すことにより、一つの石英ルツボから複数本のシリコン単結晶を製造する。マルチプリング法によれば、シリコン単結晶一本当たりの石英ルツボの原価コストを低減することできる。またチャンバーを解体して石英ルツボを交換する頻度を低減できるため、操業効率を向上させることが可能である。
【００８０】
追加チャージはまた、いわゆるシングルプリング法において石英ルツボ内にシリコン原料を補充するために行われるものであってもよい。この場合、常温下で石英ルツボ１２内に予め仕込んでおいた多結晶シリコンをチャンバー１０内で加熱してシリコン融液３を生成した後、シリコン原料が追加供給される。この方法によれば長尺なシリコン単結晶を引き上げることができ、操業効率を向上させることができる。
【００８１】
チャージ管６０は開閉可能な底蓋６１を有する円筒状の石英ガラス製の容器である。チャージ管６０はワイヤー１７の下端に吊設されており、プルチャンバー１０Ｂの位置からチャージ管６０を降下させて融液面付近まで近づけられる。その後、底蓋６１を開くことにより、チャージ管６０内の追加のシリコン原料５が落下して石英ルツボ１２内に投入される。
【００８２】
上記のように、チャージ管６０を用いたシリコン原料の追加工程では、チャンバー１０の壁面や熱遮蔽体１６などの炉内構造物にシリコン微粉が付着しやすく、これが単結晶の有転位化の原因となるおそれがある。そこで、本実施形態ではシリコン原料の追加工程後にダミーインゴット５０を用いたチャンバー１０内のクリーニング工程を実施する。
【００８３】
クリーニング工程では、ワイヤー１７の下端に取り付けられた空のチャージ管６０を取り外し、ダミーインゴット５０に付け替えた後、図９に示すようにダミーインゴット５０を融液面の近くまで降下させる。このとき、石英ルツボ１２もできるだけ下方に降下させることが好ましい。すなわち、クリーニング工程を開始するときの石英ルツボ１２の高さ位置が単結晶引き上げ工程を開始するときの石英ルツボ１２の高さ位置よりも低くなるように、石英ルツボ１２の高さが調整される。
【００８４】
図９は、石英ルツボ１２及びダミーインゴット５０を十分に降下させたクリーニング工程の開始時の状態を示している。なおクリーニング工程の途中の状態がこのような状態であってもかまわない。このように、ダミーインゴット５０の降下位置では、ダミーインゴット５０のショルダー部５０ａの下端（ボディー部５０ｂの上端）が、熱遮蔽体１６の下端よりも下方に配置されることが好ましい。この位置にあるダミーインゴット５０を上昇させることにより、シリコン単結晶２がシリコン融液３から徐々に引き上げられたときと同じ状況を再現することができる。
【００８５】
図７は、図９に示す位置よりも石英ルツボ１２及びダミーインゴット５０を上昇させた状態を示している。ダミーインゴット５０のショルダー部５０ａの下端は、熱遮蔽体１６の下端とちょうど同じ高さ位置となっている。これは図４（ｂ）に示した状態と同じである。実際の単結晶引き上げ工程では、シリコン単結晶のショルダー部の位置が熱遮蔽体１６の下端にさしかかったときにガスの流れが急激に強くなり、結晶の乱れが生じやすい。本実施形態もこのような状況を再現することができるので、チャンバー１０内に乱流を発生させてシリコン微粉等の異物を離脱させることができる。
【００８６】
図示のようにダミーインゴット５０のショルダー部５０ａの下端が熱遮蔽体１６の下端と同じ高さのとき、シリコン融液３の液面と熱遮蔽体の下端との間のギャップ幅（第１のギャップ幅）は、実際の単結晶引き上げ工程における前記原料融液の液面と前記熱遮蔽体の下端との間のギャップ幅（第２のギャップ幅）と実質的に等しくなるように、すなわち、実際の単結晶引き上げにおいて取り得るギャップ幅になるように調整することが好ましい。このようにすることで、実際の単結晶引き上げ工程と同様の状況を再現することができる。すなわち、熱遮蔽体１６とダミーインゴット３２との間の横方向の隙間が狭くなるだけでなく、熱遮蔽体１６と融液面との間の縦方向の隙間も狭くなるため、熱遮蔽体１６とダミールツボ３０との間の狭い隙間を通過しようとするアルゴンガスの流速がさらに強まり、チャンバー１０内のガスフローが変化して乱流が発生しやすくなる。
【００８７】
図１０は、ダミーインゴット５０をさらに上昇させた状態を示している。この場合、図６と同様、プルチャンバー１０Ｂ内の異物を除去することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【００８８】
ダミーインゴット５０の昇降動作中には石英ルツボ１２も一緒に昇降させてもよい。ダミーインゴット５０が熱遮蔽体１６の下端よりも下方で昇降動作を行うときには、その昇降動作に合わせて石英ルツボ１２を昇降させることで、ダミーインゴット５０をシリコン融液３に接触させることなくダミーインゴット５０を適切な位置に配置することができ、また熱遮蔽体１６の下端とシリコン融液３とのギャップ幅（第１のギャップ幅）を実際の引き上げ工程中のギャップ幅（第２のギャップ幅）に近づけることができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態による単結晶引き上げ装置１のクリーニング方法も、単結晶引き上げ時のチャンバー内の構造を再現し、石英ルツボや単結晶インゴットがあることによってチャンバー内に発生するアルゴンガスの強い流れや乱流を人為的に作り出して、これにより不活性ガスの流量を意図的に変化させて、チャンバー内に付着したシリコン微粉等の異物を離脱させて事前に除去するので、その後の引き上げ工程での発塵量を低減することができ、異物の付着に起因する単結晶の有転位化の発生率を低減することができる。
【００９０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００９１】
例えば、上記実施形態においては、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０を同時に使用してクリーニングを行っているが、ダミールツボ３０のみを使用してクリーニングを行っても良く、ダミーインゴット４０のみを使用してクリーニングを行ってもよい。
【００９２】
また、上記実施形態においては、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の材料として樹脂を挙げたが、本発明においてダミールツボ３０及びダミーインゴット４０の材料は樹脂に限定されず、例えばカーボン材料を用いることも可能である。
【００９３】
また上述したように、ダミールツボ３０及びダミーインゴット４０及び５０の形状は実際のものと類似していればよく、類似の程度も発明の効果を発揮できる限りにおいて特に限定されない。したがって、例えばダミールツボ３０に切り欠きをつけてもよく、偏芯させてもよい。またダミーインゴット４０及び５０の形状を正円柱ではなく楕円柱にしてもよく、円柱の外周面に凹凸を形成してもよく、晶壁線を持ついびつな形状にしてもよい。このようにダミールツボ３０やダミーインゴット４０、５０の形状が実際のものとは大きく異なる場合でも、ガスの流れによりチャンバー内をクリーニングすることができ、むしろ乱流の増加によりクリーニング効果を促進させることが可能である。
【００９４】
また、上記実施形態においては、チャンバー内に供給する気体としてアルゴンガスを挙げたが、アルゴンガスの代わりに他の不活性ガスを用いてもよく、あるいは空気を用いることも可能である。
【００９５】
また、上記実施形態においては、シリコン単結晶の引き上げ装置を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ＳｉＣ、サファイヤ等の種々の単結晶の引き上げ装置を対象とすることができる。ただし、ＣＺ法による半導体用シリコン単結晶の製造ではシリコン融液から蒸発したＳｉＯがチャンバー内に付着しやすい反面、装置が大型でチャンバー内の隅々まで解体清掃することが難しいことから、本発明はＣＺ法による半導体用シリコン単結晶の製造に用いる引き上げ装置のクリーニングに好ましく適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１    単結晶引き上げ装置
２    シリコン単結晶
３    シリコン融液
５    追加のシリコン原料
１０    チャンバー
１０Ａ    メインチャンバー
１０Ｂ    プルチャンバー
１１    断熱材
１２    石英ルツボ
１３    サセプタ
１４    回転支持軸
１５    ヒーター
１６    熱遮蔽体
１６ａ    開口部
１７    ワイヤー
１７ａ    フック
１８    巻き取り機構
１９ａ    ガス吸気口
１９ｂ    ガス排気口
３０    ダミールツボ
３１    ダミー液面
３２    ダミーインゴット（第１のダミーインゴット）
３２ａ    ダミーインゴットの凸部
４０    ダミーインゴット（第２のダミーインゴット）
４０ａ    ダミーインゴットのショルダー部
４０ｂ    ダミーインゴットのボディー部
４０ｃ    ダミーインゴットの凹部
４０ｄ    リング金具
５０    ダミーインゴット
６０    チャージ管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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