(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶引上装置の湯漏れ受皿において、ルツボ内のシリコン溶融液の全量を収容することができ、且つ外形サイズの拡大とそれに伴うコスト増加を抑制することのできる単結晶引上装置の湯漏れ受皿を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法によってルツボ３から単結晶Ｃを引上げる単結晶引上装置１に設けられ、ルツボ３から流出したシリコン溶融液Ｍを収容する湯漏れ受皿１０において、嵩比重が０．１２〜０．１７ｇ／ｃｍ3の炭素繊維により形成され、受皿１０を構成する炭素繊維の体積と、受皿１０としての空間容量との合計が、少なくともルツボ３に収容されたシリコン溶融液Ｍの全容量よりも大きい。【選択図】図１
2008007334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置に設けられ、前記ルツボから流出したシリコン溶融液を収容する湯漏れ受皿において、
嵩比重が０．１２〜０．１７ｇ／ｃｍ3の炭素繊維により形成され、
前記受皿を構成する炭素繊維の体積と、受皿としての空間容量との合計が、少なくとも前記ルツボに収容されるシリコン溶融液の全容量よりも大きいことを特徴とする単結晶引上装置の湯漏れ受皿。
【請求項２】
前記受皿の側部及び底部における外側表面に、所定の厚さ寸法を有するガラス状炭素の含浸層または一部炭化ケイ素化したシリコンの含浸層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置の湯漏れ受皿。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２のいずれかに記載された湯漏れ受皿を備えることを特徴とする単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶を育成しながら引上げる単結晶引上装置及び、その湯漏れ受皿に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。
【０００３】
図２に示すように、従来のＣＺ法を用いた引上げ法は、先ず、石英ガラスルツボ５１に原料シリコンを装填し、ヒータ５２により加熱してシリコン融液Ｍとする。しかる後、引上げ用のワイヤ５０に取り付けられた種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させてシリコン結晶Ｃを引上げる。
【０００４】
一般に、引上げ開始に先立ち、シリコン融液Ｍの温度が安定した後、図３に示すように、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させて種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させることで発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去する不可欠の工程である。このネッキングによりネック部Ｐ１が形成される。また、このネック部Ｐ１は、一般的に、直径が３〜４ｍｍで、その長さが３０〜４０ｍｍ以上必要とされている。
【０００５】
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。
【０００６】
ところで近年、シリコン単結晶の大口径化、長尺化により、ルツボ内に充填されるシリコン原料が増加し、一度の充填で不足する場合には、単結晶引上げ中にシリコン原料の再充填を行うリチャージ操業が行われている。
しかしながら、そのように単結晶が大口径化、長尺化し、単結晶引上げ時間（育成時間）が長くなると、シリコン溶融液とルツボ内側面が長時間接触することにより、ルツボ内側面が溶解されて肉厚が減少（減肉化現象）し、ルツボに亀裂や貫通孔が生じ易くなるという問題があった。即ち、ルツボに亀裂や貫通孔が生じると、シリコン溶融液がルツボの外に流出し（湯漏れと呼ぶ）、チャンバ底部やチャンバを冷却する冷却水配管等を浸食し、水蒸気爆発等の大事故が発生する虞があった。
【０００７】
このような問題を解決するため、従来は、図２に示すように湯漏れしたシリコン溶融液を受け取るための湯漏れ受皿５３がルツボ５１下方に設けられ、この受皿５３により、所定量のシリコン溶融液を収容可能になされている。
しかしながら、例えば、地震の発生により引き上げ中の単結晶がルツボ内に落下した場合等には、ルツボが大きく破壊され、ルツボ内の略全量のシリコン溶融液が流出することも発生し得る。その場合、収容量が小さい湯漏れ受皿では、湯漏れしたシリコン溶融液を収容し切れず、受皿から溢れた溶融液によりチャンバが溶解し、周辺装置を破損する虞があった。
【０００８】
そこで、特許文献１においては、材質としてシリコン溶融液の浸透することのない等方性カーボンが用いられ、ルツボ内に収容されたシリコン溶融液を全て収容することのできる湯漏れ受皿が開示されている。
【特許文献１】特許第３７４１０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示される湯漏れ受皿のようにルツボ内のシリコン溶融液を全て収容できるならば、ルツボの破損等により、中のシリコン溶融液が全て流出したとしても、受皿によって全量を収容し、周辺装置の破損を防止することができる。
しかしながら、近年においては、単結晶の高品質化、省エネルギー化の要求が益々高く、そのためにルツボやヒータ等からなるホットゾーン構造の更なる大型化が進んでおり、特許文献１に開示の湯漏れ受皿のようにシリコン溶融液全量を収容する場合、ホットゾーン構造の大型化に伴い受皿のサイズも大型化しなければならない。
即ち、ホットゾーン構造のみならず、湯漏れ受皿のサイズの大型化によって、それらを収容するチャンバ等のサイズも大幅に拡大し、装置製造に掛かるコストが大きく増加するという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、単結晶引上装置の湯漏れ受皿において、ルツボ内のシリコン溶融液の全量を収容することができ、且つ外形サイズの拡大とそれに伴うコスト増加を抑制することのできる湯漏れ受皿、及びその湯漏れ受皿を備える単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置の湯漏れ受皿は、チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置に設けられ、前記ルツボから流出したシリコン溶融液を収容する湯漏れ受皿において、嵩比重が０．１２〜０．１７ｇ／ｃｍ3の炭素繊維により形成され、前記受皿を構成する炭素繊維の体積と、受皿としての空間容量との合計が、少なくとも前記ルツボに収容されるシリコン溶融液の全容量よりも大きいことに特徴を有する。
【００１２】
このように構成することにより、単結晶引上工程において、ルツボの破損等によりシリコン溶融液が全て流出しても、受皿を構成する炭素繊維に、その体積に略等しい量のシリコン溶融液を吸収させ、さらに受皿容器としての空間にシリコン溶融液を保持することによって、受皿に流れ込んだシリコン溶融液を全て収容することができる。
また、受皿容器本体の体積と、受皿容器として形成する空間との合計がシリコン溶融液に対する収容可能量であるため、シリコン溶融液（原料）の増加に伴う受皿容器としての外形サイズの大型化を抑制することができる。その結果、チャンバ等のサイズ拡大も抑制されるため、掛かるコストを低減することができる。
【００１３】
また、前記受皿の側部及び底部における外側表面に、所定の厚さ寸法を有するガラス状炭素の含浸層または一部炭化ケイ素化したシリコンの含浸層が形成されていることが望ましい。
このように、ガラス状炭素の含浸層または一部炭化ケイ素化したシリコンの含浸層を形成することにより、前記受皿の側部及び底部における外側表面をコーティングし、その耐熱性、耐浸透性を向上することができる。したがって、受皿に流れ込んだシリコン溶融液が炭素繊維製形成材により吸収され、受皿の外側表面まで溶融液が到達した場合、その含有層で滲み込みを停止させ、溶融液の受皿外への漏れを回避することができる。
【００１４】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置は、前記湯漏れ受皿を備えることに特徴を有する。
このような構成の単結晶引上装置を用いることにより、シリコン溶融液（原料）の増加に伴う受皿容器としての外形サイズの大型化を抑制することができ、掛かるコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単結晶引上装置の湯漏れ受皿において、ルツボ内のシリコン溶融液の全量を収容することができ、且つ外形サイズの拡大とそれに伴うコスト増加を抑制することのできる湯漏れ受皿、及びその湯漏れ受皿を備える単結晶引上装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る単結晶引上装置及び、その湯漏れ受皿の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る湯漏れ受皿を備える単結晶引上装置の概略構成を示す断面図である。
図示する単結晶引上装置１は、メインチャンバ２ａの上にプルチャンバ２ｂを重ねて形成された炉体２と、炉体２内に設けられた石英ガラスルツボ３と、石英ガラスルツボ３に装填された半導体原料（原料シリコン）Ｍを溶融するためのサイドヒータ４ａ及びボトムヒータ４ｂと、育成される単結晶Ｃを引上げる引上げ機構（図示せず）とを有している。
【００１７】
前記引上げ機構は、引上げワイヤ５を有し、このワイヤ５の先端に種結晶Ｐが取り付けられ、ワイヤ軸回りに一定方向に回転させながら単結晶Ｃを引上げるようになされている。また、前記石英ガラスルツボ３は、保持軸６によって鉛直軸回りに回転可能になされ、ワイヤ５による単結晶Ｃの回転方向とは反対方向に回転するように構成されている。
【００１８】
また、メインチャンバ２ａ内において、石英ガラスルツボ３の上方且つ近傍には、単結晶Ｃの周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Ｃにサイドヒータ４ａ等からの余計な輻射熱を与えないようにするための輻射シールド７が設けられている。尚、輻射シールド７下端面と融液表面との間の距離寸法（ギャップ）は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離（例えば２５ｍｍ）に設定されている。
【００１９】
また、プルチャンバ２ｂの上方からは、チャンバ内の雰囲気調整のために不活性ガスＧが下方に向けて流され、石英ガラスルツボ３内において単結晶Ｃの周りを通過後、チャンバ底部に設けられた不活性ガス排出管８から排出されるようになされている。
【００２０】
また、サイドヒータ４ａの周囲には、メインチャンバ２ａへの熱を遮断するための断熱部材９が設けられ、ボトムヒータ４ｂの下方には、ルツボ３からの湯漏れが生じた際に、流出したシリコン溶融液Ｍを収容するための本発明に係る湯漏れ受皿１０が設けられている。
【００２１】
尚、前記保持軸６と前記不活性ガス排出管８とは夫々、前記湯漏れ受皿１０を上下方向に貫通する状態で設けられている。具体的には、図１に示すように受皿内面において保持軸６と不活性ガス排出管８とが貫通する部位に上方に向けて突起１０ｂ、１０ｃが形成され、前記保持軸６及び不活性ガス排出管８内に、ルツボ３から流れ込んだシリコン溶融液Ｍが入り込まないようになされている。また、前記受皿内面に形成された突起１０ｂ、１０ｃにより、受皿としての空間容量は、同心円状に形成された２つのドーナツ状の空間Ａ、Ｂの合計となる。
【００２２】
前記湯漏れ受皿１０は、炉内外の断熱性を向上するため肉厚に形成されるが、その材質は繊維状カーボン、詳しくは嵩比重が０．１２〜０．１７ｇ／ｃｍ3の炭素繊維により形成されている。即ち、このような材質で形成することにより、保温材として機能すると共にシリコン溶融液Ｍを充分に吸収することができ、且つ形状が変化することがないようになされている。
【００２３】
また、湯漏れ受皿１０は、その外形を構成する炭素繊維の体積と、受皿容器として形成した空間容量Ａ、Ｂとの合計が、少なくとも前記ルツボに収容されたシリコン溶融液の全容量よりも大きくなるように構成されている。
即ち、湯漏れ受皿１０にシリコン溶融液が流れ込むと、先ず前記受皿１０を構成する炭素繊維によりシリコン溶融液を吸収し、吸収しきれない溶融液は、受皿容器としての空間Ａ、Ｂで保持することにより、ルツボから流出したシリコン溶融液の全容量を収容できるようになされている。
【００２４】
尚、湯漏れ受皿１０の側部及び底部における外側表面には、予めガラス状炭素を滲みこませた含浸層１０ａ（或いはシリコンを滲みこませ一部炭化ケイ素化した含浸層１０ａ）が形成されている。即ち、湯漏れ受皿１０の外側表面は含浸層１０ａによってコーティングされ、耐熱性、耐浸透性が向上した状態になされている。したがって、受皿１０に流れ込んだシリコン溶融液が炭素繊維により吸収され、受皿の外側表面まで溶融液が到達した場合、その含有層１０ａにより滲み出しが停止し、溶融液の受皿外への漏れが回避される。
【００２５】
このように構成された単結晶引上装置１においては、最初に石英ガラスルツボ３に原料シリコンＭを装填し、以下のように結晶育成工程が開始される。
先ず、サイドヒータ４ａ及びボトムヒータ４ｂにより石英ガラスルツボ３が加熱され、ルツボ３内の原料シリコンＭが溶融される。
【００２６】
さらに、保持軸６の回転駆動により、石英ガラスルツボ３が所定方向に回転すると共に、ワイヤ５が降ろされる。そして、ワイヤ５に取付けられた種結晶Ｐがシリコン融液Ｍに接触され、ワイヤ５は上昇しながらルツボ３とは反対方向に回転制御され、種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部Ｐ１が形成される。
【００２７】
しかる後、サイドヒータ４ａ、ボトムヒータ４ｂへの供給電力や、単結晶引上げ速度（通常、毎分数ミリの速度）などをパラメータとして引上げ条件が調整され、クラウン工程、直胴工程、テール部工程等の単結晶引上工程が順に行われる。
【００２８】
尚、この単結晶引上げ工程において、ルツボ３の破損等、何らかの原因によりシリコン溶融液Ｍが全てルツボ３から流出したとしても、前記したように湯漏れ受皿１０に溶融液Ｍの全量が収容されるため、周辺装置を破損させることがない。
【００２９】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、単結晶引上工程において、ルツボ３の破損等によりシリコン溶融液Ｍが全て流出しても、受皿１０を構成する炭素繊維に、その体積に略等しい量のシリコン溶融液を吸収させ、さらに受皿容器としての空間Ａ、Ｂによりシリコン溶融液を保持することによって、受皿１０に流れ込んだシリコン溶融液の全量を収容することができる。
また、受皿容器本体の体積と、受皿容器として形成する空間Ａ、Ｂとの合計がシリコン溶融液に対する収容可能量であるため、ホットゾーン構成の大型化、即ちシリコン溶融液（シリコン原料）の増加に伴う受皿容器としての外形サイズの拡大を抑制することができる。その結果、チャンバ等のサイズ拡大も抑制されるため、掛かるコストの増加を低減することができる。
【実施例】
【００３０】
続いて、本発明に係る単結晶引上装置の湯漏れ受皿について、実施例に基づきさらに説明する。
【００３１】
〔実験１〕
実験１では、本実施の形態における湯漏れ受皿２の材質である炭素繊維により構成された試験板を用い、そのシリコン溶融液に対する吸収性（浸透性）について検証した。
具体的には、嵩比重０．１３ｇ／ｃｍ3、縦２０ｃｍ×横２０ｃｍ×高さ３ｃｍの炭素繊維製試験板に対し、その上面から溶融液を流した後、前記試験板を冷却し、板の中央付近から縦５ｃｍ×横５ｃｍの試験片を切り出し、シリコン溶融液を流し込む前からの寸法変化及び重量変化を確認した。
【００３２】
この実験の結果、試験片の形状に変化は生じず、重量は１０ｇから１８５ｇに増加した。即ち、炭素繊維１０ｇに対し１７５ｇのシリコン溶融液が浸透した。これは、試験片の体積に対し、略１００％のシリコン溶融液を吸収させた場合の量と一致した。
したがって、嵩比重０．１３ｇ／ｃｍ3の炭素繊維製の湯漏れ受皿を使用した場合、この受皿の体積に略等しいシリコン溶融液を浸透させることができると確認した。
【００３３】
〔実験２〕
実験２では、実際に前記実施の形態に示した湯漏れ受皿を形成し、シリコン溶融液の収容能力について検証した。
具体的には、湯漏れ受皿として、材質が嵩比重０．１６ｇ／ｃｍ3の炭素繊維、大きさが直径８００ｍｍ、高さ２３０ｍｍ、底厚１５０ｍｍの受皿を作成し、さらにその側部、底部における外側表面にガラス状炭素の含浸層を形成した。そして、前記作成した湯漏れ受皿に対し、シリコン溶融液を２０ｋｇ流し込み、その収容結果、及び受皿の側部、底部における外側表面への滲み出しについて検証した。
実験２の結果、流し込んだシリコン溶融液の全量を受皿によって収容できることを確認し、その外側表面にはシリコン溶融液の滲み出しがないことを確認した。
【００３４】
以上の実施例の実験結果から、本発明の単結晶引上装置の湯漏れ受皿を用いることにより、ルツボ内のシリコン溶融液の全量を収容することができ、且つ外形サイズの拡大とそれに伴うコスト増加を抑制することができると確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置及び、その湯漏れ受皿に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明に係る湯漏れ受皿を備える単結晶引上装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法を説明するための図である。
【図３】図３は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法においてネック部の形成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      単結晶引上装置
２      炉体
２ａ    メインチャンバ
２ｂ    プルチャンバ
３      石英ガラスルツボ（ルツボ）
４ａ    サイドヒータ
４ｂ    ボトムヒータ
５      引上げワイヤ
６      保持軸
７      輻射シールド
８      不活性ガス排出管
９      断熱部材
１０    湯漏れ受皿
１０ａ  含浸層
Ｃ      単結晶
Ｇ      不活性ガス
Ｍ      原料シリコン、シリコン融液
Ｐ      種結晶
Ｐ１    ネック部
【図１】
2008007334.tif 000003
【図２】
2008007334.tif 000004
【図３】
2008007334.tif 000005