(57)【要約】【課題】要求される熱輻射の遮断量を比較的容易に変更する。【解決手段】石英るつぼ１３の外周面を包囲するヒータ１８により加熱されて石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２からシリコン単結晶棒２５を引上げる装置に設けられる熱遮蔽部材であって、下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しかつシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する筒部３７と、筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを備える。そして、膨出部４１を下方から覆うリング状の断熱カバー５１が膨出部４１の下部に取外し可能に取付けられる。断熱カバー５１は、膨出部４１の下部に取外し可能に構成されたハウジング５２と、ハウジング５２の内部に充填された断熱材５３とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英るつぼ(13)の外周面を包囲するヒータ(18)により加熱されて前記石英るつぼ(13)に貯留されたシリコン融液(12)からシリコン単結晶棒(25)を引上げる装置に設けられ、下端が前記シリコン融液(12)表面から間隔をあけて上方に位置しかつ前記シリコン単結晶棒(25)の外周面を包囲する筒部(37)と、前記筒部(37)の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部(41)とを備える熱遮蔽部材(36)において、
前記膨出部(41)を下方から覆うリング状の断熱カバー(51)が前記膨出部(41)の下部に取外し可能に取付けられたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
【請求項２】
断熱カバー(51)が、膨出部(41)の下部に取外し可能に構成されたハウジング(52)と、前記ハウジング(52)の内部に充填された断熱材(53)とを備えた請求項１記載のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶棒を引上げて育成する装置にそのシリコン単結晶棒を包囲するように設けられた熱遮蔽部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のシリコン単結晶引上げ装置として、チャンバ内にシリコン融液が貯留された石英るつぼが収容され、シリコン単結晶棒の外周面と石英るつぼの内周面との間にシリコン単結晶棒を包囲するように熱遮蔽部材が挿入された引上げ装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この装置における熱遮蔽部材は引上げられるシリコン単結晶棒の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液表面から間隔をあけて上方に位置しヒータからの輻射熱を遮る筒部と、この筒部の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部を有し、この熱遮蔽部材はシリコン単結晶棒の外周面と筒部の内周面との間を流下する不活性ガスをスムーズに導くように構成される。この引上げ装置では、露出した石英るつぼの内周壁からの輻射熱を熱遮蔽部材が遮ることにより、輻射熱がシリコン単結晶棒の外周面に達することを防止して、引上げ中のシリコン単結晶棒の凝固を促進し、シリコン単結晶棒を速やかに冷却するようになっている。
【０００３】
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられ、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからはこれらのＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となる。
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬ／Ｄを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すために、ボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいたシリコン単結晶棒の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。このボロンコフ（Voronkov）の理論では、シリコン単結晶棒を速い速度で引上げると、シリコン単結晶棒内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｖ］が形成され、シリコン単結晶棒を遅い速度で引上げると、シリコン単結晶棒内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域［Ｉ］が形成される。このため、熱遮蔽部材の筒部の下部に設けられた膨出部を比較的大型化させて石英るつぼの内周壁からの輻射熱を有効に遮るとともに、シリコン単結晶棒の軸方向における温度勾配の径方向分布が略均一になるようにシリコン単結晶棒を最適な引上げ速度で引上げることにより、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶棒を製造できるようになっている。
【０００４】
しかし、熱遮蔽部材における膨出部を大型化させても、引上げ速度を比較的遅くしなければシリコン単結晶棒の軸方向における温度勾配の径方向分布を略均一にすることができず、引上げる速度を速くして点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶棒の量産効果を向上させることができない現実があった。
一方、シリコン単結晶棒に要求される品質は様々なものがあり、点欠陥の凝集体が存在しても良いものもあり、このような品質要求のシリコン単結晶棒に対しては、熱遮蔽部材における膨出部を小型化させて石英るつぼからの輻射熱の遮断量を低下させるとともに、その引上げ速度を比較的速くして単結晶自体の単価を低下させるような工夫がなされている。従って、従来では、膨出部が小型の熱遮蔽部材と、膨出部が大型の熱遮蔽部材を準備し、要求される品質のシリコン単結晶棒に合った熱遮蔽部材を用いてシリコン単結晶棒の引上げを行っている。
【特許文献１】特公昭５７−４０１１９号公報
【特許文献２】米国特許番号６，０４５，６１０号
【特許文献３】特開平１１−１３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年ではシリコン単結晶棒に要求される品質が多様化し、これに伴い多様化したそれぞれのシリコン単結晶棒の品質に合致した相当な数の熱遮蔽部材を保有しなければならない不具合が生じた。
本発明の目的は、多様な品質のシリコン単結晶棒の引上げに対して、少数の熱遮蔽部材で要求される熱輻射の遮断量を比較的容易に変更し得るシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図４に示すように、石英るつぼ１３の外周面を包囲するヒータ１８により加熱されて石英るつぼ１３に貯留されたシリコン融液１２からシリコン単結晶棒２５を引上げる装置に設けられ、下端がシリコン融液１２表面から間隔をあけて上方に位置しかつシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する筒部３７と、筒部３７の下部に筒内の方向に膨出して設けられた膨出部４１とを備える熱遮蔽部材３６の改良である。
その特徴ある構成は、図１に詳しく示すように、膨出部４１を下方から覆うリング状の断熱カバー５１が膨出部４１の下部に取外し可能に取付けられたところにある。
この請求項１に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、断熱カバー５１を膨出部４１の下部に取付け、又は断熱カバー５１を膨出部４１の下部から取外すことにより、熱遮蔽部材が遮断する熱輻射の遮断量を比較的容易に変更することができる。従って、膨出部４１の大きさが異なる複数種類の熱遮蔽部材３６を準備することを必要とせずに、要求される品質が異なるシリコン単結晶棒２５を引上げる際に断熱カバー５１の取付け又は取外しを行い、その要求に合致した輻射熱の遮断量を得ることにより全体を交換していた従来に比較して用意する熱遮蔽部材の種類と数を減らして単結晶の引上げコストを低下させることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、断熱カバー５１が、膨出部４１の下部に取外し可能に構成されたハウジング５２と、ハウジング５２の内部に充填された断熱材５３とを備えたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、ハウジング５２の内部に断熱材５３を充填するので、その断熱カバー５１の輻射熱の遮断量を断熱材５３の種類又は充填量で容易に変更することが可能になり、得ようとする遮断量を有する断熱カバー５１を比較的容易に得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材では、筒部の下部に設けられた膨出部を下方から覆うリング状の断熱カバーをその膨出部の下部に取外し可能に取付けたので、その断熱カバーを膨出部の下部に取付け、又は断熱カバーを膨出部の下部から取外すことにより、熱遮蔽部材が遮断する熱輻射の遮断量を比較的容易に変更することができる。従って、膨出部の大きさが異なる複数種類の熱遮蔽部材を準備することを必要とせずに、要求される品質が異なるシリコン単結晶棒を引上げる際に断熱カバーの取付け又は取外しを行い、その要求に合致した輻射熱の遮断量を得ることにより全体を交換していた従来に比較して用意する熱遮蔽部材の種類と数を減らして単結晶の引上げコストを低下させることができる。
この場合、断熱カバーが、膨出部の下部に取外し可能に構成されたハウジングと、このハウジングの内部に充填された断熱材とを備えれば、断熱材の種類又は充填量を変更することにより断熱カバーの輻射熱の遮断量を容易に変更することが可能になり、得ようとする遮断量を有する断熱カバーを比較的容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図４に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外周面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にする。
【００１０】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ２９と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１１】
一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には支軸１６の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。２つのエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶される。また、メモリには、シリコン単結晶棒２５の引上げ長さに対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは、引上げ用モータにおけるエンコーダの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１２】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３６はチャンバ１１内に固定される。図１に示すように、筒部３７は、内筒部材３７ａと、外筒部材３７ｂと、内筒部材３７ａと外筒部材３７ｂの間に充填又は介在された断熱材３７ｃとを有する。この実施の形態における筒部３７は同一直径の筒状体であり、断熱材３７ｃは、カーボン繊維からなるフェルト材からなる。そしてこの筒部３７の下部には筒内の方向に膨出する膨出部４１が設けられる。
【００１３】
膨出部４１は、外周近傍が筒部３７の下縁に接続され内周がシリコン単結晶棒２５の外周面近傍に達するリング状の上壁４６と、上壁４６の内縁に連設された内壁４４と、上壁４６の外縁に連設された外壁４３と、この内壁４４の下縁と外壁４３の下縁を連設するリング状の底壁４２とにより構成される。この実施の形態では、内筒部材３７ａ，外筒部材３７ｂ，底壁４２，外壁４３，内壁４４及び上壁４６は、熱的に安定で高純度な黒鉛或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛によって作られるが、熱的に安定なＭｏ（モリブデン）やＷ（タングステン）等の材料を使うこともできる。底壁４２及び上壁４６はそれぞれ水平か、或いは上方に向うに従って直径が大きくなるように形成され、外壁４３と底壁４２と内壁４４と上壁４６とにより囲まれる膨出部４１の内部にはリング状の蓄熱部材４７が設けられる。この実施の形態における蓄熱部材４７は、膨出部４１の内部にカーボン繊維からなる０．０５〜０．５０ｇ／ｃｍ3のフェルト材で充填することにより形成される。
【００１４】
本発明の特徴ある構成は、上述した膨出部４１を下方から覆うリング状の断熱カバー５１がその膨出部４１の下部に取外し可能に取付けられたところにある。この実施の形態における断熱カバー５１は、膨出部４１の下部に取外し可能に構成されたハウジング５２と、そのハウジング５２の内部に充填された断熱材５３とを備える。ハウジング５２は、膨出部４１に取付けられた状態でその底壁４３に重合するリング状の上板５２ａと、上板５２ａの内縁に連設された内板５２ｂと、上板５２ａの外縁に連設された外板５２ｃと、この内板５２ｂの下縁と外板５２ｃの下縁を連設するリング状の底板５２ｄとにより構成される。この実施の形態では、外板５２ｃと底板５２ｄとの間に傾斜板５２ｅが設けられ、これらからなるハウジング５２は、熱的に安定で高純度な黒鉛或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛によって作られるが、表面輻射率が低くかつ熱的に安定なＭｏ（モリブデン）等の材料を使うこともできる。
【００１５】
上板５２ａはその内径が底壁４３の内径と略同一に形成されその外径が底壁４３の外径と略同一に形成される。具体的に膨出部の内径をｄ0とし膨出部の外径をＤ0とすると、断熱カバーの内径ｄはｄ0の１０〜１０００％であることが好ましく、８０〜１２０％であることが更に好ましい。また、断熱カバーの外径ＤはＤ0の１０〜１０００％であることが好ましく、８０〜１２０％であることが更に好ましい。また、膨出部４１における内周の厚みをｔ0としその外周をＴ0とすると、断熱カバー５１における内周の厚みｔはｔ0の１０〜１０００％であることが好ましく、５０〜１５０％であることが更に好ましい。また、断熱カバー５１における外周の厚みＴはＴ0の１０〜１０００％であることが好ましく、５０〜１５０％であることが更に好ましい。
【００１６】
上板５２ａの外周に上縁が連続する外板５２ｃには、その上縁から膨出部４１の外周に臨むように上方に突出する外側突出片５４ａが周方向に等間隔で複数形成され、それら複数の外側突出片５４ａの上部には膨出部４１に向かう外側係合片５６ａがそれぞれ形成される。また、上板５２ａの内周に上縁が連続する内板５２ｂには、その上縁から膨出部４１の内周に臨むように上方に突出する内側突出片５４ｂが周方向に等間隔で複数形成され、それら複数の内側突出片５４ｂの上部には膨出部４１に向かう内側係合片５６ｂがそれぞれ形成される。
【００１７】
一方、膨出部４１の下部外周には複数の外側突出片５４ａに対向してその外側突出片５４ａの下面と上板５２ａとの間に相当する上下方向における厚さの外側係止片５７ａが周方向に延びて複数形成される。また、膨出部４１の下部内周には複数の内側突出片５４ｂに対向してその内側突出片５４ｂの下面と上板５２ａとの間に相当する上下方向における厚さの内側係止片５７ｂが周方向に延びて複数形成される。そして図３（ａ）に示すように外側又は内側係止片５７ａ，５７ｂと隣接する外側又は内側係止片５７ａ，５７ｂの間から図３（ｂ）に示すように外側及び内側係合片５６ａ，５６ｂを上方に挿入させて図３（ｃ）に示すように断熱カバー５１を回転させると外側及び内側係合片５６ａ，５６ｂのそれぞれの下面が外側及び内側係止片５７ａ，５７ｂの上面にそれぞれ接触して断熱カバー５１が膨出部４１に取付け可能に構成される。一方、膨出部４１取付けられている状態から図３（ｂ）に示すように断熱カバー５１を回転させると外側及び内側係合片５６ａ，５６ｂが外側又は内側係止片５７ａ，５７ｂと隣接する外側又は内側係止片５７ａ，５７ｂの間に位置し、その状態で図３（ａ）に示すように下方に移動させることにより断熱カバー５１を膨出部４１から取り外せるように構成される。
【００１８】
ハウジング５２内部に充填される断熱材５３は、膨出部４１の内部に設けられる蓄熱部材４７と同一のカーボン繊維からなる０．０５〜０．５０ｇ／ｃｍ3のフェルト材により形成される。このカーボン繊維を断熱材５３として用いることにより、その断熱材５３の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・℃）以下に制限される。但し、断熱材５３は、このカーボン繊維からなるフェルト材に限らず、熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・℃）以下であれば、アルミナ等の断熱材を使用することも可能である。
【００１９】
このように構成されたシリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材３６では、膨出部４１に断熱カバー５１が取り付けられた状態では、その断熱カバー５１より下方のシリコン融液１２近傍におけるシリコン単結晶棒２５の周囲は高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱される。一方、断熱カバー５１自体もその内部に設けられた断熱部材５３により高温のヒータ１８及びシリコン融液１２によって積極的に加熱され、この断熱カバー５１に対向するシリコン単結晶棒２５の周囲は加熱される。これにより、シリコン単結晶棒２５の下部外周部の急激な温度低下は阻止され、この部分におけるシリコン単結晶棒２５の軸方向における温度勾配の径方向分布が略均一にとなり、ボロンコフのＶ／Ｇモデルにより、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造することができる。一方、膨出部４１より上方の筒部３７の内側は、その筒部３７によりヒータ１８からの輻射熱が遮られ、膨出部４１の内部に設けられた蓄熱部材４７により高温のシリコン融液１２からの輻射熱も遮られる。よって、膨出部４１より上方に位置するシリコン単結晶棒２５からの放熱は上述したシリコン単結晶棒２５の下部に比較して促進される。
【００２０】
一方、膨出部４１から断熱カバー５１を取り外してシリコン単結晶棒２５をシリコン融液１２から引上げると、シリコン単結晶棒２５のシリコン融液１２近傍における外周面からの放熱量が増加し、シリコン単結晶棒の中央における軸方向の温度勾配に比較してシリコン単結晶棒の外周部における軸方向の温度勾配は高くなる。このため、シリコン単結晶棒２５の軸方向における温度勾配の径方向分布を均一にすることはできずに、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造することはできない。しかし、軸方向の温度勾配が高くなることから、無欠陥のシリコン単結晶棒２５を製造する場合に比較してシリコン単結晶棒２５を引上げる速度を速くすることができる。
【００２１】
ここで、本発明の熱遮蔽部材３６における膨出部４１への断熱カバー５１の取付け及びその膨出部４１から断熱カバー５１の取り外し作業は、熱遮蔽部材３６全体を交換する場合に比較して容易であり、膨出部４１の大きさが異なる複数種類の熱遮蔽部材３６を準備することを必要としない。従って、要求される品質が異なるシリコン単結晶棒２５を引上げる度にその要求に合致した輻射熱の遮断量を断熱カバー５１の取付け又は取り外しによりその輻射熱の遮断量を変更することができ、点欠陥の凝集体の存在を許容するシリコン単結晶棒２５を引上げる場合における引上げ速度を速くしても単結晶自体の単価を十分に低下させることができる。そして、断熱カバー５１はハウジング５２とそのハウジング５２に充填された断熱材５３とを備えるので、その断熱カバー５１の輻射熱の遮断量を断熱材５３の種類又は充填量で容易に変更することが可能になり、得ようとする遮断量を有する断熱カバー５１を比較的容易に得ることができる。
なお、上記実施の形態では、内筒部材３７ａと外筒部材３７ｂの間に断熱材３７ｃを充填した筒部３７を示したが、断熱材を充填していない筒部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明実施形態の熱遮蔽部材の構成を示す図４のＡ部拡大断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図２の熱遮蔽部材を方向から見た図である。
【図４】その熱遮蔽部材を有する引上げ装置の断面構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２  シリコン融液
１３  石英るつぼ
１８  ヒータ
２５  シリコン単結晶棒
３６  熱遮蔽部材
３７  筒部
４１  膨出部
５１  断熱カバー
５２  ハウジング
５３  断熱材
【図１】
2005306679.tif 000003
【図２】
2005306679.tif 000004
【図３】
2005306679.tif 000005
【図４】
2005306679.tif 000006