(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内のルツボと、該ルツボの周囲に配されたヒーターと、種結晶を引き上げる引上げ機構と、前記種結晶および育成した単結晶の導通路とを具備し、前記ルツボ内に収容した原料多結晶を前記ヒーターによって溶融し、該溶融多結晶に前記種結晶を接触させて引き上げることによって単結晶を製造する単結晶製造装置において、
底部を曲面状とした円筒状の石英管と、ドーム形状の石英板とを具備し、
前記石英管は、前記チャンバーの上部より前記導通路を通して前記曲面状の底部が前記ルツボ上に臨むように配置され、前記石英板は、前記石英管を取り囲むように配置されたものであって、
前記石英管は、少なくとも前記底部が熱線を反射する反射構造で、前記石英板は、前記ルツボに向けて熱線を反射する反射構造であることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項２】
前記石英管および前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものであるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造であることを特徴とする請求項２に記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
前記石英管は、内部にハロゲンランプを具備し、該ハロゲンランプは前記原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置された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項に記載の単結晶製造装置。
【請求項５】
前記ハロゲンランプの集光反射構造として、レンズを備えたものであることを特徴とする請求項４に記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
前記石英管および／または前記石英板は、除熱のための水冷機構および／または空冷機構を備えたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の単結晶製造装置。
【請求項７】
前記石英管は、上下に移動することができるものであ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項に記載の単結晶製造装置。
【請求項８】
チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容された原料多結晶をヒーターによって加熱して溶融させ、種結晶を該溶融液に接触させた後に引き上げることによって単結晶を成長させる単結晶の製造方法において、
前記原料多結晶を加熱して溶融する際に、少なくとも底部を熱線を反射する反射構造とし、該底部を曲面状とした円筒状の石英管の底部をチャンバー上部より導通路を通して前記ルツボ上に臨ませ、前記ルツボに向けて熱線を反射する反射構造としたドーム形状の石英板を前記石英管を取り囲むように設置して前記原料多結晶を加熱・溶融し、
溶融後、前記石英管は前記チャンバー外へ取り出し、その後前記種結晶を前記原料多結晶溶融液に接触させて前記単結晶を引き上げて製造することを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記石英管および前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかを施したものとすることを特徴とする請求項８に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかを施したもの用いるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造のものを用いることを特徴とする請求項９に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記石英管として、前記原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置されたハロゲンランプを備えたものを用いることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記ハロゲンランプの集光構造として、レンズを備えたものを用いることを特徴とする請求項１１に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記原料多結晶を加熱・溶融させる際に、前記石英管および／または前記石英板を、水冷および／または空冷しながら溶融させることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記石英管として、更に上下に移動することによって熱線の焦点を前記原料多結晶に合わせることができるものを用いることを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の単結晶の製造方法。
【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」と言う。）により、半導体、誘電体、磁性体等の各種結晶材料を製造する単結晶製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法で半導体、誘電体、磁性体等の単結晶を製造するのに用いられる単結晶製造装置は、チャンバー内に、その中心廻りに回転駆動されるルツボ、該ルツボの周囲に配されるヒーター等を収納して構成され、ルツボ内に投入された原料多結晶をヒーターによって加熱して多結晶融液を得て、この多結晶融液に、ワイヤー等の上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、該上軸を回転させながらこれを所定の速度で引き上げることによって、種結晶の下に所定の単結晶を成長させる装置である。
【０００３】
図４は、ＣＺ法による従来の単結晶製造装置１３の概略断面図の一例を示したものである。図４において、１は原料多結晶２を収容するルツボで、その外周には例えばグラファイトからなる円筒状のヒーター３が配置され、必要に応じて該ルツボ１下方に底部断熱材４が配置される。また、ヒーター３の外側には、必要に応じて円筒状の断熱材５が配置され、これらが下部チャンバー６や上部チャンバー７内に収容されている。
また上部チャンバー７には、単結晶を引き上げる際の導通路８が設けられている。
【０００４】
上記のような従来の単結晶製造装置１３により単結晶を製造する場合、原料多結晶２の溶解は、ルツボ１の周囲に配された例えばグラファイト製の抵抗加熱ヒーター３により行われるが、近年の結晶の大口径化に伴うチャージ量（融解量）の増加に比例して溶融時間が長くなることが問題であった。
また、ヒーター３で発生した熱が、上部チャンバー７や単結晶の導通路８を通して上部に散逸され、同時に溶融した原料表面やルツボからも熱が上部チャンバー７や導通路８を通して散逸されるため、溶融にかかる時間を長くしていた。
例えば、大直径のシリコン単結晶製造装置では、多結晶原料の溶融に２００〜３００ｋＷ時の電力を必要とし、そのほぼ全熱量は水冷式のチャンバー壁から外部に排出されてしまうため、ホットゾーン内では適切な温度を維持しながら、壁面に消費される熱量を抑制する必要がある。
【０００５】
これに対し、ルツボ周囲に配されるヒーターとは別に、ランプ又はレーザーによる補助加熱装置を具備することにより、原料多結晶の溶融時間を短縮することが可能な単結晶製造装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
その他には、チャンバー上部への熱放出を防止するべく、原料多結晶を融解させる際にルツボ上に遮熱板を配置したり（特許文献２参照）、原料多結晶を融解させる際に、ルツボ上部に、ＭｏやＷ、Ｓｉ等の高融点材料からなる円板状の反射材を配置する単結晶製造装置が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８１５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−１５８０９１号公報
【特許文献３】特開２００１−２１３６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、近年の半導体単結晶の大口径化に伴い、多結晶原料の溶融量が増大しているため、溶融量に比例して溶融に要する時間が長時間となり、電力消費量が増大し、結晶製造時間のロスも増大することが問題となっていた。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、多結晶の溶融時間を短縮してサイクルタイムを短縮することによって、生産コストの低減を図るとともに、電力コストの低減をすることのできる単結晶製造装置および製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、チャンバーと、該チャンバー内のルツボと、該ルツボの周囲に配されたヒーターと、種結晶を引き上げる引上げ機構と、前記種結晶および育成した単結晶の導通路とを具備し、前記ルツボ内に収容した原料多結晶を前記ヒーターによって溶融し、該溶融多結晶に前記種結晶を接触させて引き上げることによって単結晶を製造する単結晶製造装置において、底部を曲面状とした円筒状の石英管と、ドーム形状の石英板とを具備し、前記石英管は、前記チャンバーの上部より前記導通路を通して前記曲面状の底部が前記ルツボ上に臨むように配置され、前記石英板は、前記石英管を取り囲むように配置されたものであって、前記石英管は、少なくとも前記底部が熱線を反射する反射構造で、前記石英板は、前記ルツボに向けて熱線を反射する反射構造であることを特徴とする単結晶製造装置を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように、本発明では、原料多結晶を溶融させる際に、底部を曲面状として熱線をルツボに反射する反射構造とした円筒状の石英管をルツボ上部に臨むように、ルツボに熱線を反射する反射構造としたドーム形状の石英板を石英管の周りに配置した構造とする。
これによって、ヒーターやルツボから導通路に向けて散逸されていた熱線を円筒状の石英管で、チャンバー方向に向かって散逸される熱線を石英板によって、集光して原料多結晶に向けて反射させることによって、従来捨てていた熱を有効に利用することができるようになる。従って、原料多結晶へ加える熱量の総量を従来に比べて増加させて溶融を促進させることができ、溶融にかかる時間を短縮することができる。よって単結晶の製造にかかる時間を短縮することができるため、生産性の向上および生産コストの低減を達成することができる。
【００１１】
また、前記石英管および前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものとすることが好ましい（請求項２）。
このように、石英管および石英板の反射構造として、熱線の反射率に優れた金が、メッキ、蒸着またはコーティングのいずれかで施されたものとすることによって、ヒーターからの熱線の反射効率を高いものとすることができ、原料多結晶の溶融時間の更なる短縮を図ることができる。
【００１２】
また、前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものであるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造であることが好ましい（請求項３）。
このように、金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英によってサンドイッチした構造とすることによって、原料多結晶の溶融や単結晶の製造の際に金薄膜がはがれることを防止することができ、不純物の混入を防止することができる。また石英板の洗浄の際に金薄膜がはがれることも防止することができる。
【００１３】
また、前記石英管は、内部にハロゲンランプを具備し、該ハロゲンランプは前記原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置されたものとすることが好ましい（請求項４）。
このように、石英管内に、ヒーターの補助として、ハロゲンランプを原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置することによって、原料多結晶へ加える熱量を増加させることができ、よって溶融にかかる時間を更に短縮することができる。
【００１４】
また、前記ハロゲンランプの集光反射構造として、レンズを備えたものとすることができる（請求項５）。
このように、レンズを備えることによって、容易にハロゲンランプから放出された熱線の焦点を原料多結晶に合わせることができ、よって原料多結晶の溶融をより促進させることができる。
【００１５】
また、前記石英管および／または前記石英板は、除熱のための水冷機構および／または空冷機構を備えたものとすることができる（請求項６）。
このように、石英管および石英板の冷却機構を備えることによって、該石英管および該石英板の耐熱性を向上させることができる。よって長期間使用することができるようになり、石英管および石英板に掛かるコストの低減を図ることができる。
【００１６】
また、前記石英管は、上下に移動することができるものとすることができる（請求項７）。
石英管を上下に移動させることができれば、石英管の反射構造によって反射させる熱線の焦点を原料多結晶に容易に合わせることができる。
【００１７】
また、本発明では、チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容された原料多結晶をヒーターによって加熱して溶融させ、種結晶を該溶融液に接触させた後に引き上げることによって単結晶を成長させる単結晶の製造方法において、前記原料多結晶を加熱して溶融する際に、少なくとも底部を熱線を反射する反射構造とし、該底部を曲面状とした円筒状の石英管の底部をチャンバー上部より導通路を通して前記ルツボ上に臨ませ、前記ルツボに向けて熱線を反射する反射構造としたドーム形状の石英板を前記石英管を取り囲むように設置して前記原料多結晶を加熱・溶融し、溶融後、前記石英管は前記チャンバー外へ取り出し、その後前記種結晶を前記原料多結晶溶融液に接触させて前記単結晶を引き上げて製造することを特徴とする単結晶の製造方法を提供する（請求項８）。
【００１８】
このように、底部を曲面状として熱線をルツボに反射する反射構造の円筒状の石英管の底部を導通炉を通してルツボ上部に臨むように、ルツボに熱線を反射する反射構造のドーム形状の石英板を石英管の周りに配置して、原料多結晶を溶融させ、その後、導通路に配置した石英管をチャンバー外へ取り除いた後に単結晶の製造を行う。
これによって、ヒーターやルツボから導通路に向けて散逸される熱線を石英管によって、チャンバー方向に向かって散逸されていた熱線を石英板によって、集光して原料多結晶に向けて反射させることによって、原料多結晶へ加える熱量の総量を従来に比べて増加させる。よって、溶融にかかる時間を短縮させることができ、よって単結晶の製造時間を短縮させることができ、生産性の向上および生産コストの低減を達成することができる。
【００１９】
また、前記石英管および前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかを施したものとすることが好ましい（請求項９）。
このように、石英管および石英板に、熱線の反射率に優れた金がメッキ、蒸着またはコーティングのいずれかを施したものを用いることによって、ルツボ等からの熱線の反射効率を高くすることができ、原料多結晶の溶融時間の更なる短縮を図ることができる。
【００２０】
また、前記石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかを施したもの用いるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造のものを用いることが好ましい（請求項１０）。
このように、金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英によってサンドイッチした構造としたものを用いることによって、原料多結晶の溶融や単結晶の製造の際に金薄膜がはがれることを防止することができ、よって不純物の混入を防止することができる。また石英板の洗浄の際に金薄膜がはがれることも防止することができる。
【００２１】
また、前記石英管として、前記原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置されたハロゲンランプを備えたものを用いることが好ましい（請求項１１）。
このように、石英管内に、ハロゲンランプを原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置したものを用いて、ヒーターの補助とすることによって、原料多結晶を溶融させる際に原料多結晶へ加える熱量を増加させることができ、よって溶融にかかる時間の更なる短縮を図ることができる。
【００２２】
また、前記ハロゲンランプの集光構造として、レンズを備えたものを用いることができる（請求項１２）。
このように、レンズを備えたものを用いることによって、容易にハロゲンランプから放出された熱線の焦点を原料多結晶に合わせることができ、よって原料多結晶の溶融をより促進させることができる。
【００２３】
また、前記原料多結晶を加熱・溶融させる際に、前記石英管および／または前記石英板を、水冷および／または空冷しながら溶融させることができる（請求項１３）。
このように、石英管および石英板の冷却機構を備えることによって、該石英管および該石英板の耐熱性を向上させることができる。よって長期間使用することができるようになり、石英管および石英板に掛かるコストの低減を図ることができる。
【００２４】
また、前記石英管として、更に上下に移動することによって熱線の焦点を前記原料多結晶に合わせることができるものを用いることができる（請求項１４）。
石英管を上下に移動させることができれば、石英管の反射構造によって反射させる熱線の焦点を原料多結晶に容易に合わせることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の単結晶製造装置によれば、導通路やチャンバーからの散逸で捨てていた熱を有効利用することができるため、原料多結晶の溶融時間を従来と比較して短縮することができ、よって単結晶の製造時間の短縮を達成することができるため、生産性の向上および生産コストの低減を計ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、多結晶の溶融時間を短縮してサイクルタイムを短縮することによって、生産性の向上および生産コストの低減を図ることのできる単結晶製造装置と製造方法の開発が待たれていた。
【００２７】
そこで、本発明者は、単結晶の導通路やチャンバーから散逸していた熱に着目し、これを有効に利用することができないか鋭意検討を重ねた。
【００２８】
その結果、本発明者は、このチャンバーや導通路へ散逸していた熱を集光させてルツボ内に収用された原料多結晶へ反射させることによって溶融を促進させることを発想し、本発明を完成させた。
【００２９】
以下、本発明について図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の単結晶製造装置の一例を示した概略断面図である。
【００３０】
図１の単結晶製造装置１２において、１は原料多結晶２を収容するルツボで、その外周には例えばグラファイトからなる円筒状のヒーター３が配置され、必要に応じて該ルツボ１下方に底部断熱材４が配置される。また、ヒーター３の外側には、必要に応じて円筒状の断熱材５が配置され、これらが下部チャンバー６や上部チャンバー７内に収容されている。また上部チャンバー７には、単結晶を引き上げる際の導通路８が設けられている。
ここで、本発明においては、上部チャンバー７より導通路８を通して円筒状の石英管９ａと、石英管９ａを取り囲むようにドーム形状の石英板１０が配置されている。
【００３１】
この円筒状の石英管９ａは、底部が曲面状になっており、また、ルツボ１内の原料多結晶２に向けて熱線を反射するような反射構造となっている。そして石英板１０は、ルツボ１内の原料多結晶２に向けて熱線を反射するような反射構造となっている。
ここで、石英管９ａや石英板１０の反射構造は、高温になるホットゾーンに臨む面には石英が臨むようになっており、石英管９ａでは円筒状の管内内側が、石英板１０では上部チャンバー７側が反射構造となるようになっている。ただし反射構造がチャンバー内に露出しないように、反射構造の部分は石英で覆った二重構造とするのが好ましい。
【００３２】
このように、ルツボ上部に、底部を曲面状として少なくとも底部が熱線をルツボに反射する反射構造とした円筒状の石英管と、ルツボに熱線を反射する反射構造としたドーム形状の石英板を石英管の周りに配置した構造として、原料多結晶を溶融させる。
このような構造をとることによって、ヒーターから導通路やチャンバー方向に向かって散逸されていた熱線を集光して原料多結晶に向けて反射させることができ、熱を有効利用することができる。従って、原料多結晶への熱量を従来に比べて増加させることができ、溶融にかかる時間を短縮させることができ、ひいては生産性の向上および生産コストの低減を達成することができる。
【００３３】
ここで、石英管および石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものとすることができる。
このように、石英管および石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものとすることによって、ヒーターからの熱線の反射効率を高いものとすることができ、よって、原料多結晶の溶融時間の更なる短縮を図ることができる。具体的には、石英管の内側底面や側面に金メッキ等を施せばよい。また、石英板であれば、チャンバー側の面に金メッキ等を施せばよい。
この反射効率は、金メッキの場合０．８５であり、黒鉛材や石英材に比べて十分に高いものとすることができ、溶融に必要な時間を短縮させることができる。
【００３４】
また、石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものであるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造とすることができる。
このように、金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英によってサンドイッチした構造とすることによって、原料多結晶の溶融や単結晶の製造の際に金薄膜がはがれることを防止することができ、不純物の混入を防止することができる。また石英板の洗浄の際に金薄膜がはがれることも防止することができる。
【００３５】
また、石英管および／または石英板に除熱のために、空冷機構および／または水冷機構を設けることができる。
このように、石英管および石英板の冷却機構を備えることによって、該石英管および該石英板の耐熱性を向上させることができる。よって例え、金メッキ等が施されていたとしても、長期間使用することができるようになり、石英管および石英板に掛かるコストの低減を図ることができる。
石英管は水冷、石英板は空冷がより好ましい。石英板の空冷にはチャンバーから導入したアルゴンガスを用いるのが好適である。
【００３６】
更に、石英管は上下に移動することができるものとすることができる。
このように石英管を上下に移動させることができれば、石英管の反射構造によって反射させる熱線の焦点を原料多結晶に容易に合わせることができる。
【００３７】
図２に、本発明の単結晶製造装置の他の一例を示した概略断面図を示す。
図２では、１は原料多結晶２を収容するルツボで、その外周には例えばグラファイトからなる円筒状のヒーター３が配置され、必要に応じて該ルツボ１下方に底部断熱材４が配置される。また、ヒーター３の外側には、必要に応じて円筒状の断熱材５が配置され、これらが下部チャンバー６や上部チャンバー７内に収容されている。また上部チャンバー７には、単結晶を引き上げる際の導通路８が設けられており、ドーム形状の石英板１０が設置されているところまでは、図１と同じである。
【００３８】
違いは石英管９ｂの構造であり、円筒状の石英管９ｂは、その円筒内に集光反射構造をとるように配置されたハロゲンランプ１１を具備する。
このように、石英管内に、ヒーターの補助として、ハロゲンランプを原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置することによって、原料多結晶へ加える熱量を更に増加させることができ、これにより、溶融にかかる時間の更なる短縮を図ることができる。この場合も、石英管９ｂの底部には、内側に金メッキ等が施されていた方がよい。
またこのようにハロゲンランプを備えたときには、該ハロゲンランプより放射される熱線によって、ルツボから散逸される熱線も積極的に反射させることによってより原料多結晶の溶融を促進することができる。
【００３９】
ここで、集光構造としてレンズを備えたものとすることができる。
このように、レンズを備えることによって、容易にハロゲンランプから放出された熱線の焦点を原料多結晶に合わせることができ、よって原料多結晶の溶融をより促進させることができる。
このとき、石英管の側面にも金メッキ等を施すことがより好ましい。
【００４０】
次に本発明の単結晶の製造方法について図１を参照して説明するが、もちろんこれらに限定されるものではない。
まず、単結晶製造装置１２のチャンバー内のルツボ１に塊状の原料多結晶２を投入する。
【００４１】
その後、ヒーター３によって原料多結晶２を加熱・溶融させる。
このとき、上部チャンバー７より導通路８を通して、少なくとも底部を熱線反射構造として曲面状とした円筒状の石英管９ａをルツボ１上に臨むように、設置する。
また、同時にルツボ１に向けて熱線を反射する反射構造としたドーム形状の石英板１０を、円筒状の石英管９ａを取り囲むように設置する。
【００４２】
このように、底部を曲面状として熱線をルツボに反射する反射構造の円筒状の石英管を導通路を通してルツボ上部に臨むように、ルツボに熱線を反射する反射構造のドーム形状の石英板を石英管の周りに配置して、原料多結晶を溶融することによって、ヒーターやルツボから導通路に向けて散逸される熱線を石英管によって、チャンバー方向に向かって散逸されていた熱線を石英板によって、集光して原料多結晶に向けて反射させることによって、原料多結晶への熱量を従来に比べて増加させることができ、溶融にかかる時間を短縮させることができる。
【００４３】
原料多結晶２が溶融した後、石英管９ａを導通路８より引き上げて、チャンバー外へ取り出す。
そしてその後に、種結晶（不図示）を原料多結晶の融液に接触させ、所定の速度で種結晶を引き上げることによって単結晶を製造する。
このとき、石英板１０は、チャンバー内に残したままの状態で単結晶の製造を行うことが望ましい。このように石英板１０を単結晶製造中もチャンバー内に残すことによって、チャンバー方向に向かって散逸される熱線を集光反射させることによって、ヒーターや融液から散逸される熱量を低減させることができるため、結晶育成中のヒーターパワーを抑制することができる。従って、電力コストを一層改善できる。
【００４４】
また石英板１０は、単結晶の製造終了後にチャンバー外へ取り出して、洗浄することが望ましい。
単結晶製造後に石英板を洗浄することによって、石英板を清浄な状態に保つことができるため、融液へ不純物が混入することを抑制することができるし、熱の反射効率も高く保つことができる。
【００４５】
ここで、石英管および石英板に、反射構造として金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものを用いて、原料多結晶の溶融を行うことができる。
このように、石英管および石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかが施されたものを用いることによって、ヒーターからの熱線の反射効率を高くすることができ、原料多結晶の溶融時間の更なる短縮を図ることができる。
【００４６】
石英板の反射構造として、金メッキ、金蒸着、金コーティングのいずれかを施したもの用いるとき、該金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英で覆ったサンドイッチ構造のものを用いることができる。
このように、金メッキ、金蒸着、金コーティングを石英によってサンドイッチした構造としたものを用いることによって、原料多結晶の溶融や単結晶の製造の際に金薄膜がはがれることを防止することができ、不純物の混入を防止することができる。また石英板の洗浄の際に金薄膜がはがれることも防止することができる。
【００４７】
また、石英管として、その円筒内に原料多結晶を加熱するように集光反射構造をとるように配置されたハロゲンランプを備えたものを用いることができる。
このように、石英管内に、ハロゲンランプを原料多結晶を加熱するための集光反射構造をとるように配置したものを用いることによって、原料多結晶を溶融させる際に原料多結晶へ加える熱量を増加させることができ、溶融にかかる時間の更なる短縮を図ることができる。
【００４８】
また、前記ハロゲンランプの集光構造として、レンズを備えたものを用いることができる。
このように、レンズを備えたものを用いることによって、容易にハロゲンランプから放出された熱線の焦点を原料多結晶に合わせることができ、よって原料多結晶の溶融をより促進させることができる。
【００４９】
さらに、石英板および／または石英板を、除熱のために水冷および／または空冷しながら原料多結晶を溶融させることができる。
このように、石英管および石英板の冷却機構を備えることによって、該石英管および該石英板の耐熱性を向上させることができる。よって長期間使用することができるようになり、石英管および石英板に掛かるコストの低減を図ることができる。
ここで、石英管の冷却として水冷、石英板の冷却として空冷を用いることがより好ましい。石英板の空冷にはチャンバーより導入したアルゴンガスを用いることが好適である。
【００５０】
また、石英管として、更に上下に移動することができるものを用いることができる。
石英管を上下に移動させることができれば、石英管の反射構造によって反射させる熱線の焦点を原料多結晶に容易に合わせることができる。
【００５１】
このように、本発明の単結晶製造装置や製造方法によれば、ヒーターやルツボから導通路に向けて散逸されていた熱線を円筒状の石英管によって、またチャンバー方向に向かって散逸される熱線を石英板によって、原料多結晶に向けて集光して反射させることによって、従来捨てていた熱を有効に利用することができるようになる。従って、原料多結晶へ加える熱量の総量を従来に比べて増加させて溶融を促進させることができ、溶融にかかる時間を短縮することができる。よって単結晶の製造にかかる時間を短縮することができるため生産性の向上、生産コストの低減を達成することができる。特に、本発明では、電力を増加させずに、短時間で原料の溶融をすることができるので、石英ルツボ等からなるルツボの劣化を抑制することができ、その結果、ルツボ起因の単結晶のスリップ転位の発生が抑制され、単結晶化率が向上するとの副次的効果もある。
【実施例】
【００５２】
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１）
図１に示したような単結晶製造装置を用いて、シリコン単結晶の製造を行った。ルツボは直径３２インチ（８０ｃｍ）のものを用い、ルツボに多結晶シリコン原料を３００ｋｇチャージした。ヒーターから原料多結晶やルツボに加えられるパワーを２００ｋＷとした。
そして底部および側面に金メッキを施した石英管を導通路を通してルツボに臨むように配置し、ルツボに向けて熱線を反射するように金メッキを施した石英板を石英管を取り囲むように配置して、多結晶シリコンの溶融を行った。
【００５３】
そして、この時の多結晶原料の溶融にかかる時間を測定したところ、１３時間で多結晶シリコンが溶融した。
【００５４】
（比較例１）
図４に示したような単結晶製造装置を用いて、石英管および石英板をチャンバー内に設置せずに実施例１と同様にシリコン単結晶の製造を行い、同様に多結晶シリコンの溶融にかかった時間を測定した。
石英管および石英板を設置せずに、導通路やチャンバーに散逸される熱線を集光反射をしないで多結晶シリコンを溶融したところ、溶融時間は１５時間であり、集光反射を行った実施例１に比べて溶融に長い時間を要した。
【００５５】
（実施例２）
図２に示したような単結晶製造装置１２の石英管９ｂに、図３に示したようなハロゲンランプを備えたものを用いて、実施例１と同様に原料多結晶の溶融を行い、実施例１と同様に溶融にかかった時間を測定した。
この石英管には、５ｋＷのハロゲンランプを９本、計４５ｋＷのものを設置し、石英レンズによって集光させる構造とした。集光率以外の熱を含めた熱効率は５８％で、その内２０ｋＷが溶融に寄与する計算となった。
実施例２では、ハロゲンランプによる補助加熱があるために、多結晶シリコンの溶融にかかった時間は１０時間であった。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の単結晶製造装置の一例を示した概略断面図である。
【図２】本発明の単結晶製造装置の他の一例を示した概略断面図である。
【図３】実施例２で用いた円筒状の石英管内に備えられるハロゲンランプを示した該略図である。
【図４】従来の単結晶製造装置の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…ルツボ、  ２…原料多結晶、  ３…ヒーター、  ４…底部断熱材、  ５…断熱材、  ６…下部チャンバー、  ７…上部チャンバー、  ８…導通路、  ９ａ，９ｂ…石英管、  １０…石英板、  １１…ハロゲンランプ、  １２，１３…単結晶製造装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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