(57)【要約】【課題】結晶成長速度の高速化を図ることができるとともに、高品質の単結晶を生産性良く、かつ安全に製造することができる単結晶育成装置を提供する。【解決手段】少なくとも原料融液４を収容するルツボ５，６及び原料融液を加熱するヒータ７を格納するメインチャンバ２と、該メインチャンバの上部に連接され、前記原料融液から成長した単結晶１５が引上げられて収納される引上げチャンバ３とを有する単結晶育成装置であって、引上げ中の単結晶を取り囲むように配置される冷却筒１１，１２を有し、該冷却筒の先端に、前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知するセンサ１３が設けられていることを特徴とする単結晶育成装置１。【選択図】　　　図１
2004067441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも原料融液を収容するルツボ及び原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバと、該メインチャンバの上部に連接され、前記原料融液から成長した単結晶が引上げられて収納される引上げチャンバとを有する単結晶育成装置であって、引上げ中の単結晶を取り囲むように配置される冷却筒を有し、該冷却筒の先端に、前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする単結晶育成装置。
【請求項２】
前記センサが、前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを電気的又は熱的に検知するものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成装置。
【請求項３】
前記センサが前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知すると同時に、前記冷却筒を上方に移動させる手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶育成装置。
【請求項４】
前記冷却筒が、水冷式のものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の単結晶育成装置。
【請求項５】
前記冷却筒が、前記ヒータ及び原料融液からの輻射熱を遮断する遮熱スクリーンと、該遮熱スクリーンよりも内側に位置し、水を循環させて除熱する除熱スクリーンとからなり、前記センサが、前記遮熱スクリーン及び除熱スクリーンの少なくとも一方の先端に、センサの先端が除熱スクリーンの先端よりも下に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の単結晶育成装置。
【請求項６】
前記除熱スクリーンは、シャフトが取り付けられており、該シャフトにより上方に移動されるものであることを特徴とする請求項５に記載の単結晶育成装置。
【請求項７】
前記センサが前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知すると同時に、前記原料融液を収容するルツボを下方に移動させる手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン等の単結晶の製造に用いられる単結晶育成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、ＣＺ法でシリコン単結晶を製造する際に一般的に使用される単結晶育成装置を示している。メインチャンバ２内に、原料融液４が収容された昇降回転動可能なルツボ５，６、原料融液４を加熱するヒーター７、断熱部材８等が格納されており、メインチャンバ２の上部には育成した単結晶１５を収納して取り出すための引上げチャンバ３が連接されている。
【０００３】
このような単結晶育成装置６１を用いて、例えばシリコン単結晶を製造するには、種ホルダ１８に取り付けられた種結晶（図示せず）をシリコン融液４に浸漬した後、引き上げ機構１７により種結晶を所望の方向に回転させながら静かにワイヤ１６を巻き上げ、種結晶の先端に単結晶１５を成長させる。なお、種結晶を融液４に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を３〜５ｍｍ程度まで直径を細く絞り、転位が抜けたところで所望の直径まで拡大し、定径の単結晶１５を成長させていくのが一般的である。このとき、結晶１５の成長とともに融液面が低下するので、所望の結晶品質を得るために融液面の高さが一定に保たれるように、結晶の成長に合わせてルツボ５，６をルツボ回転軸１９により回転させるとともに上昇させている。
【０００４】
定径部の単結晶の引上げ速度は、通常０．５〜１ｍｍ／ｍｉｎ程度の非常にゆっくりとしたものであり、無理に速く引き上げようとすると、育成中の単結晶が変形して円柱状製品（インゴット）が得られなくなったり、単結晶にスリップ転位が発生したり、あるいは結晶が融液から切り離されて製品にならないなどの問題が生じてしまう。そのため、従来、結晶成長速度の高速化を図るのは困難であった。
【０００５】
しかし、ＣＺ法による単結晶の製造において、生産性の向上を図り、コストを低減させるためには、結晶成長速度を高速化させることが一つの大きな手段であり、これまでにも結晶成長速度の高速化を達成するために多くの改良がなされてきた。
【０００６】
引上げ速度、即ち結晶成長速度は、成長中の結晶の熱収支によって決定される。結晶に取り込まれる熱量は、融液やヒータから結晶に入る流入熱量と、融液が結晶化する際に発生する固化潜熱とがあり、育成中の結晶の熱収支を考えた場合、結晶表面や種結晶を通して結晶の外に放出される流出熱量が、流入熱量と固化潜熱との和に等しい必要がある。固化潜熱は、単位時間あたりに成長する結晶の体積に依存しているため、結晶成長速度を高速化するには、高速化により増大する固化潜熱の増加分を、流入熱量を減少し相殺するか、若しくは流出熱量を増加させることによって相殺する必要がある。そこで、一般的には結晶表面から放出される熱を効率的に除去し、流出熱量を増加する方法がとられている。
【０００７】
例えば、特許公告昭５８−１０８０号で考案されている、引上げ中の結晶を取り囲むとともに、ルツボをカバーするように配置される冷却筒としての輻射スクリーンがある。全引き上げプロセスを通して駆動される昇降及び旋廻機構と係合しており、ルツボ内容物の溶融後に初めて溶融物上に配置され、結晶を冷却することを特徴とする装置が考案されている。
【０００８】
特開平６−２１１５８９号公報には、引き上げ中の単結晶棒を取り囲むように、引上げチャンバ下部よりメインチャンバ内部に向かって、金属製の外側冷却筒と、黒鉛等からなる内部冷却筒の２重構造の冷却筒を設けた単結晶育成装置が開示されている。この装置では、内部冷却筒により引き上げ中の単結晶から輻射される熱（輻射熱）を吸収し、外側冷却筒では原料融液やヒータからの輻射熱を反射して単結晶の加熱を防止するとともに内部冷却筒からの熱を外へ逃すことで結晶を冷却している。
【０００９】
また、成長した単結晶をより効果的に冷却させるために水等の冷却媒体を用いる装置も開示されている。
例えば、特開平８−２３９２９１号公報に開示されている単結晶育成装置では、液体冷媒を流通させる冷却管を単結晶を取り囲むように配置し、冷却管の下面には銀等の高熱伝導率を有する材質からなる冷却筒を設けており、結晶表面から放出される熱を速やかに外部へ移送することで結晶冷却を行っている。
【００１０】
特開昭６３−５０３９１号（特公平７−３３３０７号）公報に開示されている単結晶育成装置では、冷却水を循環させ、下端には熱遮蔽体が取り付けられた水冷式の冷却筒が単結晶を取り囲むように設けられている。
さらに、ＷＯ０１／５７２９３号では、引き上げ中の単結晶を取り囲み、冷媒で強制冷却される冷却筒と、冷却筒より下方に伸びる冷却補助部材を有する単結晶育成装置が開示されている。
【００１１】
このように、従来、育成した単結晶を冷却するための様々な冷却筒が提案されており、冷却筒を設けることで結晶の冷却を促進し、それにより引上げ速度の高速化をある程度達成している。
【００１２】
また、近年においては、シリコン単結晶の育成中に結晶に取り込まれる欠陥は、引上げ速度Ｖと固液界面温度勾配Ｇの比（Ｖ／Ｇ）に大きく依存することがわかっており、Ｖ／Ｇが一定になるように結晶を育成すれば、高品質の低欠陥単結晶を製造することができることがわかってきた（例えば、特開２０００−１７８０９９参照）。従って、育成中の単結晶を冷却筒により効率良く冷却すれば、温度勾配Ｇが大きくなるので、Ｖ／Ｇを変化させずに引上げ速度Ｖを上げることができ、その結果、低欠陥単結晶を高い生産性で製造することが可能になりつつある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような冷却筒は、原料融液との接触を避けるため、冷却筒の先端を融液面からある程度離して設けられるが、偶発的な故障やオペレーターなどのミスにより冷却筒と原料融液との接触が起こるおそれがある。冷却筒が原料融液に接触してしまった場合には、融液中に不純物が混入して単結晶の品質が低下することになるので、冷却筒を融液から直ちに引き離して運転を停止するなどの措置が必要であるが、そのような接触を回避したり、接触を認知する機械的な対策は講じられていなかった。
【００１４】
特に水冷式の冷却筒を設けた装置では、冷却効果を一層高めることができるものの、例えば冷却筒が１４００℃を超える原料融液に接触してしまった場合には、運転を停止する必要があるにとどまらず、冷却筒が溶損あるいは破損して水が流れ出し、水蒸気爆発を起こしかねないという問題もある。
【００１５】
上記問題に鑑み、本発明は、結晶成長速度の高速化を図ることができるとともに、高品質の単結晶を生産性良く、かつ安全に製造することができる単結晶育成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、少なくとも原料融液を収容するルツボ及び原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバと、該メインチャンバの上部に連接され、前記原料融液から成長した単結晶が引上げられて収納される引上げチャンバとを有する単結晶育成装置であって、引上げ中の単結晶を取り囲むように配置される冷却筒を有し、該冷却筒の先端に、前記原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする単結晶育成装置が提供される（請求項１）。
【００１７】
このような単結晶育成装置とすれば、冷却筒により成長中の単結晶が冷却されて温度勾配が大きくなり、低欠陥の結晶を高速で引上げることができる一方、引き上げ中、何らかの理由で冷却筒が原料融液に接触あるいは近づき過ぎた場合には、先端のセンサが原料融液と接触あるいは接近して検知することができるので、警報、運転停止等の措置を素早く行うことができる。従って、冷却筒と原料融液との接触を回避、あるいは接触しても先端のごく一部とすることができ、高品質の低欠陥単結晶を生産良く、かつ安全に製造することができる。
【００１８】
この場合、前記センサは、原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを電気的又は熱的に検知するものとすることができる（請求項２）。
例えば、センサが原料融液に接触した場合に電気が流れるようにしたり、センサが温度を測定するものであれば、センサと原料融液との接触や接近を速やかに、かつ確実に検知することができる。
【００１９】
また、センサが原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知すると同時に、冷却筒を上方に移動させる手段が設けられていることが好ましい（請求項３）。
このようにセンサと原料融液との接触又は近接と同時に冷却筒を上方に移動させる手段が設けられていれば、安全を確保することができ、冷却筒と原料融液との接触を回避することも可能である。
【００２０】
前記冷却筒は、水冷式のものであることが好ましい（請求項４）。
このように水冷式の冷却筒であれば、結晶の冷却効率がより高くなるので引上げ速度を一層速めることができる上、センサにより冷却筒と融液との接触を検知あるいは回避することができるので、冷却筒の溶損等による水蒸気爆発の発生を確実に防ぐことができる。
【００２１】
この場合、前記冷却筒が、前記ヒータ及び原料融液からの輻射熱を遮断する遮熱スクリーンと、該遮熱スクリーンよりも内側に位置し、水を循環させて除熱する除熱スクリーンとからなり、前記センサが、前記遮熱スクリーン及び除熱スクリーンの少なくとも一方の先端に、センサの先端が除熱スクリーンの先端よりも下に位置するように設けられているものとすることができる（請求項５）。
【００２２】
このような二重構造の冷却筒とすれば、冷却効率を一層高くして引き上げ速度を一層速めることができる上、センサの先端が水を循環させる除熱スクリーンの先端よりも下に位置するので、除熱スクリーンが融液に接触する前にセンサが融液との接触あるいは近接を検知し、水蒸気爆発の発生を確実に防ぐことができる。
【００２３】
さらに、この場合、除熱スクリーンは、シャフトが取り付けられており、該シャフトにより上方に移動されるものであることが好ましい（請求項６）。
除熱スクリーンにこのようなシャフトが取り付けられていれば、センサが融液との接触又は近接を検知した際、シャフトを上方に引上げることで除熱スクリーンを素早く退避させることができる。
【００２４】
また、センサが原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知すると同時に、前記原料融液を収容するルツボを下方に移動させる手段が設けられていることが好ましい（請求項７）。
このようにセンサと原料融液との接触又は近接と同時に原料融液を収容するルツボを下方に移動させる手段が設けられていれば、安全を確保することができ、冷却筒と原料融液との接触を回避することも可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながらシリコン単結晶の育成装置を例にあげて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係る単結晶育成装置の一例の概略を示している。この単結晶育成装置１は、一般的な単結晶育成装置と同様、シリコン融液４を収容するルツボ５，６、多結晶シリコン原料を加熱溶融するヒータ７などを格納するメインチャンバ２と、メインチャンバ２の上部に連接され、原料融液４から成長した単結晶１５が引上げられて収納される引上げチャンバ３とを有し、引上げチャンバ３の上部には、育成された単結晶１５を引上げるための引上げ機構１７が設けられている。
【００２６】
そして、この単結晶育成装置１には、冷却筒として、引上げ中の単結晶１５を取り囲むように、ヒータ７及び原料融液４からの輻射熱を遮断する遮熱スクリーン１１と、遮熱スクリーン１１よりも内側に位置し、水を循環させて除熱する除熱スクリーン１２が配置されており、さらに遮熱スクリーン１１の先端には、原料融液４に接触したことを検知するセンサ１３が設けられている。
【００２７】
各構成についてさらに詳しく説明する。
メインチャンバ２内のルツボ５，６は、原料融液４を直接収容する内側の石英ルツボ５と、石英ルツボ５を支持するための外側の黒鉛ルツボ６とから構成され、回転駆動機構（図示せず）によって回転昇降動自在なルツボ回転軸１９に支持されている。結晶育成中は、ルツボ回転軸１９によりルツボ５，６を回転させるとともに、単結晶１５の引上げに応じて融液４が減少した分だけ上昇させて融液面を一定に保つことができる。
また、ルツボ５，６を取り囲むように加熱ヒータ７が配置されており、この加熱ヒータ７の外側には、ヒータ７からの熱がメインチャンバ２に直接輻射されるのを防止するための断熱部材８が周囲を取り囲むように設けられている。
【００２８】
チャンバ２，３内部には、チャンバ内に発生した不純物ガスの排出等を目的として、引上げチャンバ３上部に設けられたガス導入口１０からアルゴンガス等の不活性ガスが導入され、引上げ中の単結晶１５、融液上部を通過してチャンバ２，３内部を流通し、ガス流出口９から排出される。
また、各チャンバ２，３は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管（図示せず）を通して水冷されている。
【００２９】
遮熱スクリーン１１は、断熱部材８の上端部に取り付けられ、ルツボ５の内側に延出するとともに下方に向けて縮径しており、引き上げ中の単結晶１５を取り囲むように配置されている。この遮熱スクリーン１１は、主にヒータ７及び原料融液４からの輻射熱を遮断する目的で配置されるので、耐熱性の高い材質のものとし、例えば、黒鉛、モリブデン、タングステンなどから作製したものとすることができる。このような遮熱スクリーン１１により、ヒータ７や原料融液４からの輻射熱よって単結晶１５が加熱されるのを防ぐことができる。
【００３０】
一方、除熱スクリーン１２は、リム部１２ａと本体１２ｂとから構成され、リム部１２ａの上面には、メインチャンバの上方から吊り下げられた上下動可能なシャフト１４が取り付けられ、下面には遮熱スクリーン１１と所定の間隔が保たれるように脚部２１が取り付けられている。除熱スクリーン１２の本体１２ｂは遮熱スクリーン１１よりも内側に位置し、遮熱スクリーン１１と同様、下方に向かって縮径されている。
【００３１】
除熱スクリーン１２とシャフト１４は内部が中空であり、一体構造となっている。引上げ中は、シャフト１４の中に冷媒として水が通じられ、シャフト１４からの水はさらに除熱スクリーン１２のリム部１２ａと円筒部本体１２ｂに通じ、再度シャフト１４を通ってチャンバ２の外に排出される。
【００３２】
除熱スクリーン１２の材質としては、耐熱性があり、熱伝導性に優れたものが好ましく、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、モリブデン、タングステン、若しくはこれらの金属を含む合金（例えばステンレス）から作製することができる。このような材質からなる除熱スクリーン１２とすれば、耐熱性が非常に優れている上、熱伝導性が非常に高いので、単結晶１５からの輻射熱を吸収し、除熱スクリーン１２の内部を循環する水に効率良く伝え、結晶周囲の温度を効率的に低下させることができる。
【００３３】
なお、除熱スクリーン１２は、輻射率が１に近いほうが望ましく、例えば、ステンレス製の水冷ジャケット構造とし、その表面を鏡面ではなく荒れた面とするか、黒化処理したものが好ましい。あるいは黒鉛材などの表面構成材質の中にステンレス製通水配管などを通したものとしても良い。
【００３４】
上記のような遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２との組み合わせにより、ヒータ７及び融液４からの輻射熱を遮断することができるとともに、成長中の結晶１５からの輻射熱を吸収して除去することができるので、冷却効率を非常に高くすることができる。なお、除熱スクリーン１２だけを設けた場合には、ヒータ７及び融液４からの輻射熱を吸収して多量のエネルギーを系外に排出してしまうのに対し、遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２を組み合わせれば、遮熱スクリーンで熱は遮断されるので省エネルギー効果を奏する点でも有利である。
【００３５】
そして、この単結晶育成装置１では、遮熱スクリーン１１の先端に、原料融液４に接触したことを検知するセンサ１３が、センサ１３の先端が除熱スクリーン１２の先端よりも下に位置するように設けられており、センサ１３が原料融液４と接触したことを電気的に検知すると同時に除熱スクリーン１２をシャフト１４により急速に上方に移動させる構造となっている。
【００３６】
このように遮熱スクリーン１１の先端にセンサ１３を取り付ける場合には、センサ１３の先端が除熱スクリーン１２の先端よりも下に位置するように安全上十分考慮した幾何学的配置にする必要がある。もし、センサ１３の先端が除熱スクリーン１２の先端（最下端）よりも上に位置すると、除熱スクリーン１２の先端が原料融液４に接触しているにも係わらず、センサ１３は融液４に接触していないために機能しないという状況が起こり得る。従って、除熱スクリーン１２の先端は、安全性を鑑み、センサ１３の先端よりも１０ｍｍほど原料融液面から離れた位置に配置することが望ましい。
【００３７】
なお、この場合、必ずしも遮熱スクリーン１１の先端が除熱スクリーン１２の先端よりも下になるように配置する必要はなく、あくまでもセンサ１３の先端が除熱スクリーン１２の先端よりも下に位置するようにすれば、除熱スクリーン１２よりもセンサ１３の方が先に原料融液４に接触して検知することができる。また、除熱スクリーン１２の先端（下端）にセンサを付けても良い。
【００３８】
センサ１３が原料融液４に接触したことを検知する具体的な手段としては、図１に示されるように、ルツボ回転軸１９とメインチャンバ２を接続する電気回路２０を設けるとともに、ルツボ回転軸１９とメインチャンバ２は絶縁させておき、引き上げ中、例えば１０Ｖの電圧を印加して電気的導通を検出すればよい。このとき、センサ１３は遮熱スクリーン１１、断熱部材８などを介してチャンバ２，３全体に電気的に通じている。一方、原料融液４はルツボ５，６及びルツボ回転軸１９には電気的に通じ、メインチャンバからは電気的に絶縁されている。従って、センサ１３と原料融液４が接触していなければ電気回路２０に通電しないが、何らかの原因でセンサ１３と融液４が接触すると通電することになる。このような電気回路２０を設けてチャンバと原料融液４の電気的な絶縁度を常時測定しておけば、偶発的な故障やオペレーターなどのミスによりセンサ１３が原料融液４に接触したときに通電するので、センサ１３と原料融液４との接触を確実に検知することができる。
【００３９】
さらに、かかる接触が生じたときに、除熱スクリーン１２を可及的速やかに上方に移動させるようにロジックを組んだ電気回路を設け、通電と同時にシャフト１４が上方へと引上げられるようにしておくことで、図２に示されるように、センサ１３が原料融液４に接触したと同時に除熱スクリーン１２がシャフト１４により上方に移動され、除熱スクリーン１２と原料融液４の接触を回避することができる。
【００４０】
このとき除熱スクリーン１２はできる限り素早く引上げることが好ましい。従って、例えば、自動車のエアバック等で使用されるような爆薬を用い、センサによる検知と同時に爆薬により高圧の空気圧を発生させ、シャフト１４を瞬時にかつ安全に引き上げるようにして除熱スクリーン１２を上方に移動させるようにすることができる。また、油圧等によりシャフト１４を引上げるようにしても良い。
【００４１】
センサ１３の材質に関しては、センサ１３の温度がシリコン単結晶１５の引上げでは１０００℃以上に加熱されるため、高温で導電性があるものとする。さらに原料融液４への汚染を考慮すると、センサ１３は、シリコン、グラファイト、セラミックス、あるいはモリブデンやタングステンなどの高融点金属から構成することが好ましい。
【００４２】
また、センサ１３としては、原料融液４に接触する前に、所定の距離まで近づいたことを熱的に検知するものとしてもよい。例えば、センサ１３を熱電対とし、シリコンの融点に近い所定の温度に達した時に警報を鳴らしたり、除熱スクリーン１２を上方に移動させるようにすることもできる。
【００４３】
このような単結晶育成装置１を用いれば、二重構造の冷却筒１１，１２により、育成中の単結晶１５を効率的に冷却することができる。一方、引き上げ中、何らかの理由によって不意に冷却筒１１，１２と原料融液４とが接触したり、所定の間隔よりも狭くなった場合にはセンサ１３により検知することができ、冷却筒１１，１２が原料融液４と接触して溶損したり、特に水蒸気爆発などの事故を確実に防ぐことができる。従って、冷却筒１１，１２を融液面の直上に近づけて育成中の結晶１５の固液界面温度勾配Ｇを大きくし、Ｖ／Ｇを一定にすべく引上げ速度Ｖを向上させることができ、高品質の単結晶を生産性良く、安全に製造することができる。
【００４４】
図１の装置１では、遮熱スクリーン１１の先端にセンサ１３を設けたが、図３に示したように除熱スクリーン１２の先端にセンサ１３を設けても良い。この装置３１では、センサ１３と原料融液４との接触を検知するため、ルツボ回転軸１９とシャフト１４に接続する電気回路２２が設けられており、除熱スクリーン１２の先端に設けたセンサ１３が原料融液４に接したときに融液４、ルツボ５，６、除熱スクリーン１２、シャフト１４等を介して通電して検知することができる。なお、この場合、遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２が電気的に接続されていると、センサ１３が融液４に接していない状態でも除熱スクリーン１２、遮熱スクリーン１１、断熱部材８、ルツボ回転軸１９等を介して通電してしまうので、除熱スクリーン１２の脚部２１を絶縁体で構成し、遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２を電気的に絶縁する必要がある。
【００４５】
さらに、図４に示されるように、遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２の両方にセンサを設けて安全性を一層高めることもできる。この装置４１では、遮熱スクリーン１１と除熱スクリーン１２の両方の先端にセンサ１３ａ，１３ｂが設けられ、除熱スクリーン１１と遮熱スクリーン１２との間は、絶縁体からなる脚部２１により電気的に絶縁されている。
【００４６】
そして、各センサ１３ａ，１３ｂに対して別々の電気回路２０，２２が設けられており、遮熱スクリーン１１のセンサ１３ａが融液４に接触した場合には、図１の装置１と同様、遮熱スクリーン１１、断熱部材８、メインチャンバ２等を介して電気回路２０に通電し、除熱スクリーン１２のセンサ１３ｂが融液４に接触した場合には、図３の装置３１と同様、除熱スクリーン１２、シャフト１４等を介して電気回路２２に通電して、別々に検知することができる。このように各スクリーン１１，１２の先端にセンサ１３ａ，１３ｂを設け、２系統の電気回路２０，２２により原料融液４との接触を検知するものとすれば、原料融液４との接触をより確実に検知することができ、安全性が一層高くなる。
【００４７】
また、以上の説明では、センサ１３が原料融液４に接触したと同時に、例えば図２では除熱スクリーン１２がシャフト１４により上方に移動され、除熱スクリーン１２と原料融液４の接触を回避することができることを示したが、さらに、図６に示したように、センサ１３が原料融液４に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知すると同時に、ルツボ回転軸１９を降下させて原料融液４を収容するルツボ５、６を下方に移動させる手段を設けることによっても除熱スクリーン１２と原料融液４の接触を回避することができる。もちろん、除熱スクリーン１２の上方への移動とルツボ５，６の下方への移動を併用してより安全性を高めてもよい。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示した単結晶育成装置を用いて、シリコン単結晶の育成を行った。
遮熱スクリーンはカーボン製断熱材を黒鉛材で挟んだ３層構造とし、除熱スクリーンはステンレス製として内部に冷却水を通すことができるようにジャケット構造とし、水冷ジャケットの先端が結晶成長界面の直上１５ｍｍに位置するように配置した。また、除熱スクリーンには、内部が２重管構造のシャフトが図５に示したように等間隔で３ヶ所に取り付けられ、シャフトを介して冷却水を出入れすることができるものとした。また、遮熱スクリーンの先端には、原料融液との接触を検知するためのグラファイト製のセンサを設けた。
【００４９】
口径２２インチのルツボに１２０ｋｇの多結晶シリコン原料を入れ、直径８インチ（２００ｍｍ）、定径部の長さが１００ｃｍの単結晶を育成した。その結果、単結晶定径部の平均引上げ速度が２．２ｍｍ／ｍｉｎで変形することなく、略円柱状のシリコン単結晶を安全に製造することができた。
【００５０】
（比較例）
実施例で使用した単結晶育成装置で除熱スクリーンとセンサを取り外した単結晶育成装置を用い、それ以外の条件は、実施例と同様の条件下でシリコン単結晶の育成を行った。
その結果、定径部の平均引上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以下とした場合、結晶変形のない略円柱状の単結晶を育成することができたが、それ以上の引上げ速度とした場合、育成途中で結晶に変形が生じたり、スリップ転位が入るなどの問題が起こり正常に単結晶を育成することができなかった。
また、この装置では、センサを具備していないことから、万が一スクリーンが融液に接触したとしても、これを検知するにはオペレータが目視で確認するより他はないものである。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、遮熱スクリーンと除熱スクリーンの二重構造の冷却筒を有する場合について説明したが、冷却筒として、遮熱スクリーン又は除熱スクリーンのいずれかを有し、その先端にセンサを設けたものとしても良く、また、遮熱スクリーンにもシャフトを設けて、センサによる検知と同時に上方に移動させるようにしても良い。さらに、各スクリーンの形状、取り付け位置等も上記実施形態のものに限定されず、例えば円筒形のものを、引上げチャンバの下部あるいはメインチャンバの上部から下方に伸びるように取り付けたいわゆるパージチューブと呼ばれるものに適用しても良いし、また、各冷却筒は、必ずしも結晶の周囲全体を囲むものでなくても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、ＣＺ法によりシリコン単結晶を引上げる場合について説明したが、磁場を印加したＭＣＺ法にも適用できるし、また酸化物単結晶又は化合物半導体単結晶の引上げでも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の単結晶育成装置は、引上げ中の単結晶を取り囲むように配置される冷却筒を有し、冷却筒の先端に、原料融液に接触したこと又は所定の距離まで近づいたことを検知するセンサが設けられている。この装置で単結晶を育成すれば、冷却筒により単結晶の冷却を促進し、引上げ速度を向上させて単結晶の生産性を飛躍的に高めることができる上、何らかの理由で不意に冷却筒が融液面に接触したり、近づき過ぎたときにセンサにより認知することができるので、冷却筒と融液との接触を素早く検知したり、あるいは回避することができる。従って、本発明の単結晶育成装置を用いれば、低欠陥の単結晶を変形することなく速い結晶成長速度で安全に育成することができ、結果的に製造コストを引き下げることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単結晶育成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】センサが原料融液に接触し、除熱スクリーンが上方に移動した状態を示す図である。
【図３】本発明に係る単結晶育成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る単結晶育成装置のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図５】実施例におけるシャフトの配置を示す平面図である。
【図６】本発明に係るまた別の例を示し、センサが原料融液に接触し、原料融液を収容するルツボ全体を下方に移動した状態を示す図である。
【図７】従来の単結晶育成装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…単結晶育成装置、２…メインチャンバ、　３…引上げチャンバ、
４…原料融液（シリコン融液）、　５…石英ルツボ、　６…黒鉛ルツボ、
７…ヒータ、　８…断熱部材、　９…ガス流出口、　１０…ガス導入口、
１１…遮熱スクリーン、　１２…除熱スクリーン、　１２ａ…リム部、
１２ｂ…除熱スクリーン本体、　１３…センサ、　１４…シャフト、
１５…単結晶、　１６…ワイヤ、　１７…引上げ機構、　１８…種ホルダ、
１９…ルツボ回転軸、　２０，２２…電気回路、　２１…脚部。
【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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