(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料融液を収容するルツボ及び前記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設され成長した単結晶が引上げられて収容される引上げチャンバと、引上げ中の単結晶を取り囲むように前記メインチャンバの少なくとも天井部から前記原料融液に向かって延伸し冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、該冷却筒の内側に篏合された冷却補助筒とを有するチョクラルスキー法によって単結晶を育成する単結晶製造装置であって、
前記冷却補助筒の材質は、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、タングステンのいずれか１つ以上からなり、
前記冷却補助筒は前記冷却筒の前記原料融液に対面する底面を、前記冷却筒の内側から外側に向けて突出することで覆う鍔を有し、前記冷却補助筒の前記鍔と前記冷却筒の前記底面との間隙が１．０ｍｍ以下のものであり、
前記メインチャンバの前記天井部から延伸し且つ前記冷却筒の前記底面と前記冷却補助筒の前記鍔とを取り囲んだ熱遮蔽部材を更に具備するものであることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項２】
前記冷却筒の前記底面は、該底面の全面積の内、少なくとも５０％以上が前記冷却補助筒によって覆われるものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記冷却補助筒の前記鍔と前記冷却筒の前記底面との間隙が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶製造装置。
【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によるシリコン単結晶等の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンやガリウム砒素などの半導体は単結晶で構成され、小型から大型までのコンピュータのメモリ等に利用されており、記憶装置の大容量化、低コスト化、高品質化が要求されている。
【０００３】
従来、これら半導体の要求を満たす単結晶を製造するための単結晶製造方法の１つとして、坩堝内に収容されている溶融状態の半導体原料に種結晶を浸した後、これを引上げることで、大直径かつ高品質の半導体を製造する方法（一般にチョクラルスキー法（ＣＺ法）と称している）が知られている。
【０００４】
以下、従来のＣＺ法による単結晶製造装置について、シリコン単結晶の育成を例にとって説明する。図７に従来の単結晶製造装置の一例の概略断面図を示す。ＣＺ法でシリコン単結晶を製造する際に使用される単結晶製造装置（従来例）２００は、一般的に原料融液６が収容された昇降可能な石英ルツボ４及び黒鉛ルツボ５と、石英ルツボ４及び黒鉛ルツボ５を取り囲むように配置されたヒータ１１が単結晶を育成するメインチャンバ２内に配置されており、メインチャンバ２の上部には育成した単結晶を収容して取り出すための引上げチャンバ３が連設されている。また、メインチャンバ２とヒータ１１の間には断熱材１３が設けられており、更に引上げチャンバ３と原料融液６の間には熱遮蔽部材１４が設けられている。
【０００５】
このような単結晶製造装置２００を用いて単結晶を製造する際には、種結晶９を原料融液６に浸漬し、種結晶９とルツボ回転軸１２を回転させながら種結晶９を静かに上方に引上げて棒状の単結晶を成長させる一方、所望の直径と結晶品質を得るため融液面の高さが常に一定に保たれるように結晶の成長に合わせて石英ルツボ４及び黒鉛ルツボ５を上昇させている。
【０００６】
そして、単結晶を育成する際には、種結晶ホルダ１０に取り付けられた種結晶９を原料融液６に浸漬した後、引上げ機構（不図示）により種結晶９を所望の方向に回転させながら静かにワイヤ８を巻き上げ、種結晶９の先端部に単結晶７を成長させているが、種結晶９を原料融液６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程度まで細く絞り、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大して、目的とする単結晶７を成長させていく。
【０００７】
しかし、上記の方法では近年の単結晶７の大直径化に伴い、高重量化した単結晶７を支持するには強度が不十分であり、例えば直径５ｍｍの絞りでは安全率を鑑みて２５０ｋｇ程度の単結晶７を引上げるのが限界とされている。そのため、近年では種結晶９の先端部の形状をテーパ化することで、原料融液６と接触する種結晶９の先端部の熱容量を小さくして、種結晶９が原料融液６に接触した瞬間に生じる転位を非常に少なくすることで、事実上、ネッキングフリーとした単結晶７の育成を実施している。
【０００８】
このとき、単結晶７の一定の直径を有する定径部の引上げ速度は、引上げられる単結晶の直径に依存するが、０．４〜２．０ｍｍ／ｍｉｎ程度の非常にゆっくりしたものであり、無理に早く引上げようとすると、育成中の単結晶７が変形して定径を有する円柱状の製品が得られなくなる。あるいは単結晶７にスリップ転位が発生したり、単結晶７が原料融液から切り離されて製品とならなくなってしまったりといった問題が生じてしまい、結晶成長速度の高速化を図るには限界があった。
【０００９】
しかし、上述の従来のＣＺ法による単結晶７の製造において、生産性の向上を図り、コストを低減するためには、単結晶７の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、これまでも単結晶７の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。
【００１０】
単結晶７の成長速度は、成長中の単結晶７の熱収支によって決定され、これを高速化するためには、単結晶７の表面から放出される熱を効率的に除去すれば良いことが知られている。つまり、単結晶７の冷却効果を高めることができれば更に効率の良い単結晶の製造が可能となる。
【００１１】
さらに、単結晶７の冷却速度によって、結晶の品質が変化することも知られている。例えば、シリコン単結晶で単結晶育成中に形成されるグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥は結晶内温度勾配と単結晶の引上げ速度（成長速度）の比で制御可能であり、これをコントロールすることで無欠陥の単結晶を育成することもできる（特許文献１）。
【００１２】
したがって、無欠陥結晶を製造する上でも、単結晶の成長速度を高速化して生産性の向上を図る上でも、育成中の単結晶の冷却効果を高めることが重要となる。
【００１３】
ＣＺ法において単結晶７を効率よく冷却するには、ヒータ１１からの輻射を結晶に直接当てずにかつ単結晶７からの輻射熱をチャンバ等の強制冷却された物体に吸収させる方法が有効である。これを実現可能な装置の構造としてスクリーン構造が挙げられる（特許文献２）。
【００１４】
しかし、この構造では、ルツボの上昇によるルツボ上端との接触を回避するほどのスクリーン構造にすると、スクリーン上部の内径を小さくする必要があり、その結果、単結晶が冷えにくくなるという欠点がある。また、単結晶引上げ中は酸化性ガスによる汚れ防止のための不活性ガスを、ガス導入口１８から流し、ガス流出口１９から排気する。この際、このようなスクリーン構造では不活性ガスによる単結晶の冷却効果が期待できないという問題もある。
【００１５】
そこで不活性ガスを整流するための整流筒と整流筒にヒータや原料融液からの直接輻射を遮るための断熱リングを有した構造が提案されている（特許文献３）。この方法では不活性ガスによる単結晶の冷却効果は期待できるが、単結晶からの輻射熱を冷却チャンバに吸収させるという点において、その冷却能力は高いとはいえない。
【００１６】
スクリーン構造や整流筒の問題点を解決して効率よく冷却する方法として、結晶周りに水冷された冷却筒を配する方法が提案されている（特許文献４）。この方法では冷却筒の外側が黒鉛材等の保護カバーなど冷却筒保護材により保護され、冷却筒の内側から単結晶の熱を効率よく除去できる。しかし、安全のため冷却筒を融液面近傍まで伸ばしておらず、冷却筒に至るまでの単結晶の冷却効果がやや弱かった。
【００１７】
また、特許文献５には冷却筒に嵌合して黒鉛材等を延伸する方法が挙げられている。しかし、この方法では、冷却筒および延伸する黒鉛が外側からの熱を受けて十分な冷却効果が発揮できない上、冷却筒と黒鉛材の接触が難しく、効率よく黒鉛材から冷却筒への伝熱ができなかった。
【００１８】
この問題を解決するため、特許文献６において、図７に示すように冷却筒１５に嵌合される冷却補助筒２１７を用いる方法が挙げられている。結晶から発生する熱を、冷却補助筒２１７を介して冷却筒１５に伝え、冷却媒体導入口１６から冷却媒体を冷却筒１５に供給することで、結晶から発生する熱を廃熱する。この方法によって、結晶の引上げ速度を向上させることが可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１１−１５７９９６号公報
【特許文献２】特公昭５７−４０１１９号公報
【特許文献３】特開平１−６５０８６号公報
【特許文献４】国際公開第０１／５７２９３号
【特許文献５】特開平６−１９９５９０号公報
【特許文献６】特開２００９−１６１４１６号公報
【特許文献７】特開２０１３−１９３８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図７の冷却補助筒２１７は単結晶７を取り囲む冷却筒１５の内側面のみに接触する構造であり、原料融液６と対面する冷却筒１５の底面には接触していない。前述したように結晶の引上げ速度を向上させるためには、単結晶７からの輻射熱をチャンバ等の強制冷却された物体に吸収させれば良いのだが、ヒータ１１等の高温部からの輻射熱の除去も結晶の引上げ速度の向上に有効である。
【００２１】
したがって、原料融液と対面する冷却筒の底面にも接触する冷却補助筒を用いることで、単結晶からの輻射熱を冷却筒に伝えるほか、ヒータ等の高温部からの輻射熱も冷却筒に効率よく伝えることにより、結晶内温度勾配を大きくして、単結晶の引上げ速度の更なる向上を図る改良の余地がある。
【００２２】
特許文献７の図２には、原料融液と対面する冷却筒の底面を断熱材で覆う構造が示されているが、断熱材は熱伝導率が低い素材であり、単結晶やヒータ等の輻射熱を冷却筒に効率よく伝えることでの単結晶の引上げ速度の更なる向上は見込めない問題があった。
【００２３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、単結晶を取り囲む冷却筒の内側面以外にも、原料融液と対面する冷却筒の底面に接触するための構造を有する冷却補助筒を用いることで、単結晶からの輻射熱を冷却筒に伝えるほか、ヒータ等の高温部からの輻射熱も冷却筒に効率よく伝えることにより、結晶内温度勾配を大きくして、単結晶の引上げ速度の著しい向上が可能な単結晶製造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】
【００２４】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、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、メインチャンバの上部に連設され成長した単結晶が引上げられて収容される引上げチャンバと、引上げ中の単結晶を取り囲むようにメインチャンバの少なくとも天井部から原料融液に向かって延伸し冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却筒に篏合された冷却補助筒とを有するチョクラルスキー法によって単結晶を育成する単結晶製造装置であって、冷却補助筒の材質は、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、タングステンのいずれか１つ以上からなり、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有し、冷却補助筒と冷却筒の底面との間隙が１．０ｍｍ以下の単結晶製造装置を提供する。
【００２５】
このような単結晶製造装置であれば、冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分が受けるヒータ等の高温部からの輻射熱の量が増えるだけでなく、冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分がより高温化することで冷却補助筒が熱膨張し、冷却筒の底面との間隙を小さくすることができ、冷却筒に熱を伝えやすくなる。また、冷却筒の底面を覆う冷却補助筒の部分が原料融液やヒータの輻射熱を多く受けることで高温化し、冷却補助筒自体が発する冷却筒の底面への輻射熱が大きくなるため、冷却筒の底面との間に１．０ｍｍ以下の間隙があっても、冷却筒に熱を伝えることができるようになる。これにより、単結晶からの輻射熱を冷却筒に伝えるほか、ヒータ等の高温部からの輻射熱も冷却筒に効率よく伝えることにより、結晶内温度勾配を大きくして、単結晶の引上げ速度の更なる向上を図ることが可能となる。
【００２６】
このとき、冷却筒の底面は、底面の全面積の内、少なくとも５０％以上が冷却補助筒によって覆われるものとすることができる。
【００２７】
このようにすれば、ヒータ等の高温部から受け取る輻射熱の量が増えるだけでなく、冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分がより高温化することで熱膨張し、冷却筒の底面との間隙を小さくすることができ、冷却筒により熱を伝えやすくなり、結晶内温度勾配をより大きくして、単結晶の引上げ速度をより一層向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明の単結晶製造装置は、強制冷却された冷却筒と冷却筒に嵌合された特定の材質からなる冷却補助筒を有し、冷却補助筒が冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有することで、単結晶からの輻射熱およびヒータ等の高温部からの輻射熱を冷却筒に効率よく伝えることができる。これによって、育成中の単結晶内の温度勾配を大きくすることができ、単結晶の成長速度の高速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した本発明の単結晶製造装置の一例の冷却筒周辺部を拡大して示した概略断面図である。
【図３】実施例１、比較例における冷却筒底面と冷却補助筒の間隙に対する単結晶の成長速度の高速化率を示す図である。
【図４】本発明の単結晶製造装置の別の形態での一例を示す概略断面図である。
【図５】図４に示した本発明の単結晶製造装置の別の形態での一例の冷却筒周辺部を拡大して示した概略断面図である。
【図６】実施例２及び実施例３における冷却補助筒によって覆われる冷却底面の面積の割合に対する単結晶の成長速度の高速化率を示す図である。実施例２の結果を色付き丸印プロットとして、実施例３の結果を白抜き丸印プロットとして示した図である。
【図７】従来のＣＺ法による単結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
上述のように、ＣＺ法による単結晶の製造において、生産性の向上を図り、コストを低減するためには、単結晶の成長速度を高速化することが一つの大きな手段であり、単結晶の成長速度を高速化するためには、単結晶からの輻射熱およびヒータ等の高温部からの輻射熱を効率的に除去して、結晶内の温度勾配を大きくすれば良いことが知られている。
【００３２】
この課題を克服するため、特許文献６にあるように、引上げ中の単結晶を取り囲むようにメインチャンバの天井部から原料融液に向かって延伸し、冷却媒体で強制冷却される冷却筒の内側に冷却補助筒を嵌合することで、育成中の単結晶から吸熱した熱を、嵌合された部分から冷却筒に効率よく伝達し、育成中の単結晶を効率よく冷却し、単結晶の成長速度の高速化を図る技術が開発された。
【００３３】
しかし、特許文献６に記載の技術では冷却筒の原料融液に対面する底面は冷却補助筒によって覆われていない。上述した通り、単結晶の成長速度の高速化を達成する上では、単結晶からの輻射熱を効率よく除去するほか、ヒータ等の高温部からの輻射熱も効率よく除去することも重要である。
【００３４】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、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、メインチャンバの上部に連設され成長した単結晶が引上げられて収容される引上げチャンバと、引上げ中の単結晶を取り囲むようにメインチャンバの少なくとも天井部から原料融液に向かって延伸し冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却筒に篏合された冷却補助筒とを有するチョクラルスキー法によって単結晶を育成する単結晶製造装置であって、冷却補助筒の材質は、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、タングステンのいずれか１つ以上からなり、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有し、冷却補助筒と冷却筒の底面との間隙が１．０ｍｍ以下の単結晶製造装置により、単結晶からの輻射熱だけでなく、ヒータ等の高温部からの輻射熱も効率よく除去することで、単結晶の成長速度の著しい高速化を達成することを想到し、本発明を完成させた。
【００３５】
本発明の単結晶製造装置の一例を、図１を参照して説明する。なお、従来装置と同じものについては説明を適宜省略することがある。本発明の単結晶製造装置１は原料融液６を収容する石英ルツボ４と黒鉛ルツボ５及び原料融液６を加熱するヒータ１１を格納するメインチャンバ２と、メインチャンバ２の上部に連設され成長した単結晶が引上げられて収容される引上げチャンバ３と、引上げ中の単結晶を取り囲むようにメインチャンバ２の少なくとも天井部から原料融液６に向かって延伸し冷却媒体で強制冷却される冷却筒１５と、冷却筒１５に篏合された冷却補助筒１７とを有する単結晶製造装置１である。単結晶製造装置１の冷却補助筒１７は、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面を覆う構造を有し、これを鍔３０とする。本発明に係る単結晶製造装置１の冷却筒１５周辺部の拡大図の一例を図２に示す。冷却補助筒１７と冷却筒１５の底面との間隙２０は１．０ｍｍ以下である。この間隙２０は０ｍｍ（完全接触）であることが好ましい。
【００３６】
単結晶からの輻射熱やヒータ等の高温部からの輻射熱を効率よく吸収し、その熱を冷却筒により効率良く伝熱するため、本発明の冷却補助筒の材質は、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、タングステンのいずれか１つ以上である。上記材質の中でも特に、熱伝導率が金属と比較して同等以上であり、かつ輻射率が金属より高い黒鉛材が好ましい。
【００３７】
また、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有し、冷却補助筒と冷却筒の底面との間隙は１．０ｍｍ以下とする。以下にその理由を説明する。
【００３８】
冷却筒の底面を覆う冷却補助筒の部分（上記鍔３０の部分）は、冷却筒の内側を覆う部分と比較して、１０００℃を超える原料融液やヒータの輻射熱を多く受けて高温になる。そのため、冷却筒の底面を覆う冷却補助筒の部分は、室温時に間隙が空いていたとしても、単結晶製造時には高温になることで熱膨張し、冷却筒の底面との間隙を小さくすることができ、冷却筒に熱を伝えやすくなる。また、冷却筒の底面を覆う冷却補助筒の部分は、１０００℃を超える原料融液やヒータの輻射熱を多く受けることで高温化し、冷却補助筒自体が発する冷却筒の底面への輻射熱が大きくなるため、冷却筒の底面との間に１．０ｍｍ以下の間隙があっても、冷却筒に熱を伝えることができる。更に後述するように、間隙を１．０ｍｍ以下とすると、単結晶の成長速度の高速化が実現できることを本発明者らは見出した。したがって、単結晶の成長速度の高速化を実現するためには、冷却筒の底面と冷却補助筒の間隙は、１．０ｍｍ以下でなければならない。間隙が１．０ｍｍ以下であれば冷却筒の原料融液と対面する底面を覆う冷却補助筒の部分の熱膨張と輻射熱の大きさから、冷却筒に単結晶からの輻射熱やヒータ等の高温部からの輻射熱を十分に伝えることが可能である。
【００３９】
冷却補助筒が上記の材質からなり、かつ上記の構造を有することで、単結晶からの輻射熱およびヒータ等の高温部からの輻射熱を冷却筒に効率よく伝えることができる。これによって、育成中の単結晶内の温度勾配を大きくすることができ、単結晶の成長速度の高速化が可能となる。
【００４０】
また、冷却筒の底面は、底面の全面積の内、少なくとも５０％以上が冷却補助筒によって覆われるものとすることができる。
【００４１】
冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分の面積が大きければ大きいほど、冷却筒の底面に伝わる単結晶からの輻射熱やヒータ等の高温部からの輻射熱の量も大きくなる。冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分の面積が冷却筒底面の全面積の内、５０％以上となると、ヒータ等の高温部からの輻射熱の量が増えるだけでなく、冷却補助筒の冷却筒底面を覆う部分がより高温化することで熱膨張し、冷却筒の底面との間隙を小さくすることができ、冷却筒に熱を伝えやすくなる。また、冷却筒の底面を覆う冷却補助筒の部分が原料融液やヒータの輻射熱を多く受けることで高温化し、冷却補助筒自体が発する冷却筒の底面への輻射熱が大きくなるため、冷却筒の底面との間に間隙が多少あっても、冷却筒により一層、熱を伝えることができるようになる。もちろん、冷却筒の底面の１００％を冷却補助筒で覆うのが好ましいし、図１及び図２にあるように、鍔３０は冷却筒の底面の外径を越えて外側まで延びてもよい。
【００４２】
以上のように、本発明の単結晶製造装置は、強制冷却された冷却筒と冷却筒に嵌合された特定の材質からなる冷却補助筒を有し、冷却補助筒が冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有することで、単結晶からの輻射熱およびヒータ等の高温部からの輻射熱を冷却筒に効率よく伝えることができる。これによって、育成中の単結晶内の温度勾配を大きくすることができ、単結晶の成長速度の高速化が可能となる。
【００４３】
なお、本発明の単結晶製造装置を用いて実際に単結晶製造を行う際、製造する単結晶の仕様などに応じて、例えば、原料融液に磁場を加えて単結晶の製造を行ってもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【００４５】
実施例１−３および比較例では、以下に説明する単結晶製造装置を用いて、直径３００ｍｍのシリコン単結晶を磁場印加チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）により製造した。この際、石英ルツボ４の直径は８００ｍｍとした。
【００４６】
（実施例１）
図１に示すような単結晶製造装置１を用いて単結晶製造を行った。冷却補助筒１７は冷却筒１５の原料融液６に対面する底面を覆う構造を有するものを使用した。図２に示す、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面と、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒１７の鍔３０の上面との間隙２０は、０ｍｍ（完全接触）、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍの６水準を用意し、冷却補助筒１７の鍔３０によって覆われる冷却筒１５の原料融液６に対面する底面の面積は、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面の１００％とした。なお、冷却補助筒１７の材質は、熱伝導率が金属と比較して同等以上であり、かつ輻射率が金属より高い黒鉛材を使用した。
【００４７】
このような単結晶製造装置１を用いて単結晶７を育成し、全てが無欠陥となる成長速度を求めた。無欠陥結晶を得るための成長速度はそのマージンが非常に狭いため、適切な成長速度が判断しやすい。単結晶の欠陥の有無の評価は、作製した単結晶からサンプルを切り出し、無欠陥結晶になったかどうかを選択エッチングにより評価した。
【００４８】
（比較例）
冷却筒１５の原料融液６に対面する底面と、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒１７の鍔３０の上面との間隙２０を、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍの３水準に変更した以外は、実施例１に記載の単結晶製造装置１と同様な装置を用いて、単結晶製造を行った。それ以外の条件は実施例１に記載の条件と同一で行った。
【００４９】
実施例１及び比較例の結果を図３に示す。本発明に係る単結晶製造装置を用いた実施例１では、図７のような冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有していない冷却補助筒を有する従来の単結晶製造装置を用いた場合と比較して、冷却筒の底面と冷却補助筒との間隙が０ｍｍ（完全接触）の場合は約１６．７％の成長速度の高速化率を実現した。また、図３から判るように、冷却筒の底面と冷却補助筒の間隙が１．０ｍｍ以下であれば、冷却筒の底面を冷却補助筒で覆うことで、単結晶の成長速度を著しく高速化することができるものであることを確認することができた。一方、比較例で用いた単結晶製造装置では、冷却筒の底面と冷却補助筒との間隙が１．１ｍｍ以上となると、単結晶からの輻射熱だけでなく、ヒータ等の高温部からの輻射熱も効率よく除去することができない。間隙が１．１ｍｍの場合でも、高速化率が約１．４％であり、従来の単結晶製造装置と比べて、単結晶の成長速度の著しい高速化を実現できていないことが分かる。
【００５０】
このように、本発明の単結晶製造装置は、単結晶からの輻射熱だけでなく、ヒータ等の高温部からの輻射熱も効率よく除去することができ、単結晶の成長速度の著しい高速化を達成することができる。また、冷却筒の底面と冷却補助筒との間隙は１．０ｍｍ以下であれば、単結晶の成長速度の高速化に寄与することができる。
【００５１】
（実施例２）
実施例１に対しての別形態として、図４に示すような単結晶製造装置１００を用いて単結晶製造を行った。この際、図５に示すように、冷却補助筒１１７の鍔１３０によって覆われる冷却筒１５の原料融液６に対面する底面の面積が、冷却筒の原料融液６に対面する底面の１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％の９水準を用意して、その他は実施例１と同じ製造条件で単結晶７を製造し、実施例１と同様な評価を実施した。なお、このときの冷却筒１５の原料融液６に対面する底面と、冷却筒１５の原料融液６に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒１１７の鍔１３０の上面との間隙１２０は０．１ｍｍとした。
【００５２】
実施例２の結果を図６に示す。図７のような冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有していない冷却補助筒を有する従来の単結晶製造装置を用いた場合と比較すると、図６から判るように、冷却補助筒によって覆われる冷却筒底面の全面積の内５０％以上であれば、冷却筒の底面を冷却補助筒で覆うことで、単結晶の成長速度を著しく高速化が可能であることを見出した。なお、冷却補助筒によって覆われる冷却筒底面の面積が１００％のとき、約１３．４％の成長速度の高速化率を実現した。
【００５３】
このように、本発明の単結晶製造装置は、冷却補助筒によって覆われる冷却筒の原料融液に対面する底面の面積が大きいほど冷却筒へ伝わる熱量が増加し、単結晶からの輻射熱だけでなく、ヒータ等の高温部からの輻射熱をより多く除去することができ、単結晶の成長速度の更なる高速化を達成することができるものとなっていることが確認できた。
【００５４】
（実施例３）
実施例２に対しての別形態として、実施例２に記載の単結晶製造装置と同様な装置を用いて、冷却筒の原料融液に対面する底面と、冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒の鍔の上面との間隙を０ｍｍ（完全接触）とし、また、実施例２と同様に、冷却補助筒の鍔によって覆われる冷却筒の原料融液に対面する底面の面積が、冷却筒の原料融液に対面する底面の１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％の９水準を用意して結晶製造を行った。
【００５５】
実施例３の結果を図６に示す。実施例２の冷却筒の原料融液に対面する底面と冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒の鍔の上面との間隙が０．１ｍｍであった場合と比較して、実施例３では、冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒の鍔の上面が完全接触している分、成長速度の高速化率が大きい。また、冷却筒の原料融液に対面する底面と、冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒の鍔の上面との間隙が０ｍｍ（完全接触）の実施例３では、冷却補助筒の鍔によって覆われる冷却筒の原料融液に対面する底面の面積が、冷却筒の原料融液に対面する底面の４０％のときでも５．６％の成長速度の高速化を達成することができた。したがって、冷却筒の原料融液に対面する底面と、冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造である冷却補助筒の鍔の上面との間隙が０ｍｍ（完全接触）であれば、冷却補助筒の鍔によって覆われる冷却筒の原料融液に対面する底面の面積が、冷却筒の原料融液に対面する底面の５０％以下でも、成長速度の高速化に寄与することが可能である。
【００５６】
以上のとおり、本発明の実施例１のように、冷却補助筒の材質を特定の材質からなるもので、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有し、冷却補助筒と冷却筒の底面との間隙が１．０ｍｍ以下である本発明の単結晶製造装置であれば、単結晶からの輻射熱だけでなく、ヒータ等の高温部からの輻射熱も効率よく除去することができ、単結晶の成長速度を従来の単結晶製造装置よりも著しく高速化できた。また、実施例２及び実施例３によれば、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面の全面積の内、少なくとも５０％以上が冷却補助筒によって覆われるのがより好ましい。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１…単結晶製造装置（本発明例）、  ２…メインチャンバ、  ３…引上げチャンバ、
４…石英ルツボ、  ５…黒鉛ルツボ、  ６…原料融液、  ７…単結晶、
８…ワイヤ、  ９…種結晶、  １０…種結晶ホルダ、  １１…ヒータ、
１２…ルツボ回転軸、  １３…断熱材、  １４…熱遮蔽部材、  １５…冷却筒、
１６…冷却媒体導入口、  １７…冷却補助筒、  １８…ガス導入口、
１９…ガス流出口、  ２０…間隙、  ３０…鍔、
１００…単結晶製造装置（本発明例）、  １１７…冷却補助筒、  １２０…間隙、
１３０…鍔、  ２００…単結晶製造装置（従来例）、  ２１７…冷却補助筒。
【要約】
【課題】結晶内温度勾配を大きくして、単結晶の成長速度の高速化が可能な単結晶製造装置を提供する。
【解決手段】
原料融液を収容するルツボと、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、メインチャンバの上部に連設され成長した単結晶が引上げられて収容される引上げチャンバと、引上げ中の単結晶を取り囲むようにメインチャンバの少なくとも天井部から原料融液に向かって延伸し冷却媒体で強制冷却される冷却筒と、冷却筒に篏合された冷却補助筒とを有するチョクラルスキー法によって単結晶を育成する単結晶製造装置であって、冷却補助筒の材料は、黒鉛材、炭素複合材、ステンレス、モリブデン、タングステンのいずれか１つ以上からなり、冷却補助筒は冷却筒の原料融液に対面する底面を覆う構造を有し、冷却補助筒と冷却筒の底面との間隙が１．０ｍｍ以下の単結晶製造装置。
【選択図】図１【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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