(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶引き上げ後にるつぼ内に残るるつぼ内残湯の一部をサンプリングするためのサンプリング用冶具であって、
前記冶具は、前記るつぼ内残湯の一部を貯留して当該るつぼ内に存置される容器体を含み、
前記容器体は、当該容器体の内側に貯留するるつぼ残湯に接する内容器体と、当該内容器体の外側のるつぼ内残湯に接する外容器体と、がそれぞれ互いに分離可能な状態で一体化されて構成されており、
前記容器体は、るつぼ内残湯の液面上に浮かんだ状態で、又は前記外容器体の底が前記るつぼの底に当接し且つ前記内容器体の上縁及び前記外容器体の上縁がるつぼ内残湯の液面よりも上方に位置する状態で、前記るつぼ内残湯が凝固するまでるつぼ内に存置され、前記るつぼ内残湯が凝固した後に前記内容器体を前記外容器体から分離し、当該分離された内容器体内に存するるつぼ内残湯をサンプリングに供することを特徴とするサンプリング用冶具。
【請求項２】
前記容器体は、前記外容器体と前記内容器体の二重底構造であることにより前記「相互に分離可能な外容器体と内容器体」とされていることを特徴とする請求項１記載のサンプリング用冶具。
【請求項３】
前記外容器体と前記内容器体の間には間隙が設けられていることを特徴とする請求項２記載のサンプリング用冶具。
【請求項４】
前記容器体は、前記容器体の前記外容器体及び前記内容器体を貫通し、溶融状態にあるるつぼ内残湯を当該容器体内に導く小孔を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサンプリング用冶具。
【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）による単結晶引き上げ後のるつぼ内残湯（例えば、溶融シリコン)の一部をサンプリングし、当該サンプル中の不純物量を定量することにより、単結晶インゴット中の不純物濃度を算出するにあたって、前記るつぼ内残湯の一部をサンプリングするのに好適な方法及び冶具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）により引き上げられた単結晶は高純度であるため、不純物の含有量が極端に小さく、直接的に不純物濃度を定量することは極めて困難である。そこで、ＣＺ法において単結晶を引き上げた後にるつぼ内に残るメルト残(残湯)中には不純物が濃縮されることに着目して、引き上げ後のメルト残(残湯)中の不純物濃度を定量し、偏析係数に基づいて単結晶中の不純物濃度を推測することが行われてきた。
【０００３】
ここで、このような方法によって単結晶中の不純物濃度を定量するようにした場合には、るつぼ内に残った全てのメルト残(残湯)を溶解することによって得られた溶液を分析にかける必要がある。るつぼ内の全残湯を溶解する必要があるのは、るつぼ内の残湯は徐々に凝固していくためにるつぼ内で偏析が生じ、一部だけをサンプリングするようにすると、サンプリングする箇所によって不純物濃度が異なってしまうからである。
【０００４】
しかしながら、残湯は通常は数Ｋｇ程度もあり、その全てを溶解するというのは容易なことではない。また、残湯の全量溶解をして不純物濃度を測定する場合には、この他にも、「溶解に多くの時間がかかり、その間の汚染が懸念される」、あるいは、「溶解に大量の酸を使用するため、酸中の不純物の影響を受け、超微量分析が困難である」というような問題もある。
【０００５】
ここで、サンプリングの対象となる残湯の量を低減させるべく、残湯の量が数百ｇとなるまで引き上げを行うようにした場合には、残湯低減のための余分な単結晶引き上げを行うことが必要となってしまい、そのために余計な工数と電力が費やされてしまうことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、特開平５−２３２１０４号公報では、溶融状態にある残湯のー部を専用治具にてすくい取り、このすくい取られた残湯のー部について不純物の定量を行う方法を開示しているが、この方法では、採集した試料を装置外部に引き出さねばならないため、技術的に難しく、また、実際には、この方法を採用した装置では試料が急冷されることとなるために、熱膨張率が異なる採集治具が割れてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＺ法による単結晶引き上げ後のるつぼ内残湯（例えば、溶融シリコン)の一部を容易にサンプリングすることができる冶具及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明においては、サンプリング用の冶具として、分離可能な内容器部分を備えるセパレートタイプの容器を使用し、るつぼ内残湯が凝固した後で内容器部分を分離するようにしたことで、凝固後の残湯の一部取り出しを可能にしたことを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、本発明においては以下のような冶具及び方法を提供する。
【００１０】
（1）  チョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶引き上げ後のるつぼ内残湯の一部をサンプリングするためのサンプリング用冶具であって、前記冶具は、前記るつぼ内残湯の一部を貯留して当該るつぼ内に存置される容器体であって、当該容器体の内側に貯留する残湯に接する内容器体と、当該容器の外側のるつぼ内残湯に接する外容器体と、がそれぞれ互いに分離可能な状態で一体化されて構成されている容器体からなり、この容器体は、前記るつぼ内残湯が凝固するまでるつぼ内に存置され、前記るつぼ内残湯が凝固した後に前記内容器体を前記外容器体から分離し、当該分離された内容器体内に存するるつぼ内残湯をサンプリングに供することを特徴とするサンプリング用冶具。
【００１１】
この容器体は、前記るつぼ内残湯が溶融状態にあるときに当該るつぼ内残湯の一部をすくい取った状態で当該るつぼ内残湯の液面に浮遊されるか、あるいは、るつぼの底に容器体の底が当接した状態で、るつぼ内残湯が凝固するまでるつぼ内に存置される。
【００１２】
そして、るつぼ内残湯が凝固した後で、前記内容器体を前記外容器体から分離し、当該分離された内容器体の内側に貯留されているるつぼ内残湯の塊を分析用のサンプルとすることとなる。ここで、すくい取られたるつぼ内残湯の一部は、るつぼ内残湯全体と同一の組成をしているので、るつぼ内残湯全体を定量した場合と同一のデータが得られることになる。
【００１３】
（2）  前記容器体は、前記外容器体と前記内容器体の二重底構造であることにより前記「相互に分離可能な外容器体と内容器体」とされていることを特徴とする上記（１）記載のサンプリング用冶具。
【００１４】
（3）  前記外容器体と前記内容器体の間には間隙が設けられていることを特徴とする上記（２）記載のサンプリング用冶具。
【００１５】
このような間隙が設けられていることにより、るつぼ内残湯凝固後においては、内容器体と外容器体を一体化している接続部分を割ることによって、容易に内容器体を外容器体から分離できる。この点、間隙のない二重底構造の場合よりも、内容器体を分離するのは容易である。なお、間隙は、間隙部分に溜まった気体が熱膨張して容器体を破壊してしまうのを防止するために、外部に開いているのが好ましく、また、その開口部分は、当該開口部分から溶融残湯が侵入できない程度に小さいものであるのが好ましい。
【００１６】
（4）  前記容器体は、かつ、前記容器体の外容器体及び内容器体を貫通し、溶融状態にあるるつぼ内残湯を当該容器体内に導く小孔を備えていることを特徴とする上記（１）から（３）いずれか記載のサンプリング用冶具。
【００１７】
このような小孔を備えていることにより、他の冶具を操作して溶融残湯をすくい取るようにしなくても、液面に容器体を置くだけで、小孔を介して溶融残湯が容器体の内側に流れ込むので、溶融残湯をすくい取るための煩雑な操作が不要になる。
【００１８】
ここで、溶融残湯が容器体の内側に流れ込んだ場合に、容器体の比重が溶融残湯の比重よりも小さかった場合には、溶融残湯が容器体の内側に所定量流れ込んだ状態で当該容器体が溶融残湯の液面に浮遊することになる。しかしながら、容器体の比重が溶融残湯の比重よりも大きかった場合、あるいは、容器体の比重が溶融残湯の比重よりも小さい場合でも、溶融残湯の底が浅かった場合には、容器体の底がるつぼの底に当接するまで容器体が沈んでいき、それに伴って、所定量の溶融残湯が容器体の内側に流れ込むことになる。
【００１９】
なお、小孔の大きさについては、あまりにも小さければ当該小孔を溶融残湯が通らないため、あまりに小さ過ぎてはならない。しかしながらこの一方で、あまりに大きければ、小孔の中で固まった溶融残湯の強度が大きくなってしまい、内容器体を分離しようとしても、それができなくなってしまう。従って、小孔の大きさは、当該小孔を溶融残湯が通る程度で、かつ、小孔の中で固まった溶融残湯を簡単に折ることができる程度の大きさである必要がある。
【００２０】
（5）  チョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶引き上げ後のるつぼ内残湯の一部をサンプリングするための方法であって、前記るつぼ内残湯が溶融状態にあるときに当該るつぼ内残湯の一部を囲い込む枠組みであって、当該枠組みの内側の部分を当該枠組みの外側の部分から分離可能な状態とした枠組みを、前記るつぼ内残湯が溶融状態にあるときに当該るつぼ内残湯の一部を囲い込ませて前記枠組みをるつぼ内に存置し、当該るつぼ内残湯が凝固するまで前記枠組みを放置することにより前記るつぼ内残湯の一部をサンプリングする方法。
【００２１】
るつぼ内残湯の一部を囲い込む枠組みは、るつぼ内残湯の一部を囲い込めるものであればいかなるものであってもよいので、容器またはそれに相当する物である必要は無く、井型のような間仕切り的なものでもよい。
【００２２】
［用語の定義等］
本明細書で「不純物」には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどの汚染物質による不純物も、半導体の特性を出すために添加されるＢ，Ａｌ，Ｐ，Ａｓなどのいわゆるドーパントも、いずれも含まれる。
【００２３】
「分離可能な状態」というのは、溶融残湯が凝固した後に、物理的な力を持ってそこから容易に剥離・脱離等させることができる形態とされていることを意味し、代表的なものは二重底であるが、これに限られず、熱膨張係数の異なる部材を挟みこんだような物も採用することができる。また、二重底には限られず、３重底、四重底のようなものであってもよい。
【００２４】
「互いに分離可能な状態で一体化されて構成されている」というのは、外容器体と内容器体とが同一の材料で一体として成型されることによって作製されている場合は勿論のこと、外容器体と内容器体とを別の部材で連結し、全体で一個のものとしているような場合も含む。
【００２５】
容器体の形は、その内側に溶融残湯を貯留できるものであれば、おわん型（半球型）またはすり鉢型（円錐型）、直方体型、舟形などのあらゆる形状を採用することができる。
【００２６】
容器体の材質は、溶融残湯に対して不活性でそれを汚染しないものであればいかなるものも採用することができ、溶融残湯に浮遊させる場合には溶融残湯よりも比重が小さいものを採用することになるが、代表的な素材としては石英を使用することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサンプリング用冶具の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
［基本構成］
図１は、本実施の形態に係るサンプリング用冶具の基本的な構成を示す図である。図１（Ａ）に示されるように、実施の形態に係るサンプリング用冶具は、不純物の少ない合成石英でおわん型に形成された容器体１１からなり、この容器体１１は２重底構造で、内側の内容器体１１ａと外側の外容器体１１ｂとで構成されている。内容器体１１ａと外容器体１１ｂの間には間隙１７が形成されており、当該間隙１７内に溜まった気体が膨張して容器体１１を破壊してしまうのを防止するために開口１４を設けており、この開口１４によって間隙１７は外部に開放されている。また、図１（Ａ）に示されるサンプリング用冶具においては、内容器体１１ａと外容器体１１ｂは一体成型されており、これらと同時に形成された接続部１３により両容器体が一体化されている。
【００２９】
更に、このサンプリング用冶具は、吊り下げ具１５によりＣＺ炉内に吊り下げられる。この実施の形態において、吊り下げ具１５は、リング１６を介して容器体１１に連結されており、リング１６は容器体１１の内側と外側を貫通して通されている。このように、サンプリング用冶具は吊り下げ具１５によって固定されてはおらず、自由に吊り下げ角度が変わるため、残湯が容器体１１の内側に入りやすい。なお、残湯が容器体１１の内側に容易に入ることを目的として、吊り下げ部の反対側に口(注ぎ口のような形状)を付けるようにしてもよい。
【００３０】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）とは異なる形状のサンプリング用冶具をるつぼ内残湯１８に浮遊させた状態を示す図である。（以下、図１（Ａ）と同一の機能を有する構成要素には、同一の符合を付し、その説明を省略する。）
【００３１】
この図１（Ｂ）に係るサンプリング用冶具は円錐型の容器体１１１からなるもので、図１（Ａ）のおわん型の容器体１１と同様に合成石英で作製され、るつぼ内残湯１８中に浮遊させられるが、図１（Ａ）のものとは異なり、接続部１３が別部材で構成され、内容器体１１ａと外容器体１１ｂの分離が行われやすいようにされている。
【００３２】
［使用方法］
以上のような構成を有する本実施の形態に係るサンプリング用冶具は、図２に示されるように、単結晶取り出し後にＣＺ炉内に降ろされ(図２(Ａ))、るつぼ２０内の残湯１８に接触させるようにする。そして、治具の中に残湯が入るようになったら（図２(Ｂ)）、吊り下げ具１５を押すなどして、後の分析に必要な量の残湯が治具の中に入るように操作をする。
【００３３】
そして、分析に必要な量の残湯が治具の中に入ったら、残湯１８の上に治具が浮かんでいる状態のまま(図２(Ｃ))、残湯の加熱を止めて冷却に入る。このとき、サンプリング用治具はそのままにしておき、ー緒に冷却・固化させるのが本発明のポイントである。
【００３４】
十分な冷却が行われた後(図３(Ａ))、残湯１８が固化して残湯塊１９となるが、本発明によれば、２重になっている治具の接続部を割ることによって、内容器体１１ａとその内側の残湯塊１９ａを取り出すことができる(図３(Ｂ))。分析時には、残湯が入った治具をフツ化水素酸に浸漬することにより、容易に残湯と治具を分離することができる。
【００３５】
［変形例］
図４は、容器体に小孔２３が設けられている例を示したものである。図４（Ａ）において、容器体２１１を構成する合成石英の比重（比重＝2.2）は、溶融残湯１８のそれ（比重＝2.5）よりも小さいため、小孔２３から溶融残湯１８が侵入してきた場合でも沈むことは無く、溶融残湯１８の液面上に浮いた状態が保たれる。図４（Ｂ）の場合には、溶融残湯１８の量が少なく、液面が低いため、容器体３１１の底がるつぼ２０の底につくが、図４（Ａ）の場合と同様に、小孔２３から溶融残湯１８が侵入してくる。
【００３６】
この実施の形態のようにすることにより、先に説明した容器体１１及び１１１のように、分析に必要な量の溶融残湯を汲み取るための吊り下げ具１５による複雑な動作を行う必要が無くなるという利点があるが、図４（Ｃ）に示されるように、得られる残湯塊１９ａには、小孔２３に対応する突起２３ａができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冶具及び方法によれば、固化後の残湯と容易に分離が可能なため、サンプリング中に引き上げる必要がなく、操作が容易で、ＣＺ装置全体の構成も簡素化できる。
【００３８】
また、少量のサンプリングが簡単に行えるため、サンプル溶解の時間を短縮でき、その間の雰囲気からの汚染を低減できると共に、溶解を行う酸に起因する不純物を低減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係るサンプリング用冶具の基本的な構成を示す図である。
【図２】  本実施の形態に係るサンプリング用冶具の使用方法を説明するための図である。
【図３】  本実施の形態に係るサンプリング用冶具の使用方法を説明するための図である。
【図４】  本実施の形態に係る別のサンプリング用冶具の基本的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１１，１１１，２１１，３１１  容器体
１１ａ  内容器体
１１ｂ  外容器体
１３  接続部
１４  開口
１５  吊り下げ具
１６  リング
１７  間隙
１８  るつぼ内残湯
１９  残湯塊
１９ａ  内容器体１１ａの内側の残湯塊
２０  るつぼ
２３  小孔
【図１】
0004248691.tif 000002
【図２】
0004248691.tif 000003
【図３】
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【図４】
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