(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも多結晶セットチャンバ、ゾーニングチャンバおよび単結晶取出しチャンバを具備するフローティングゾーン法（ＦＺ法）による単結晶育成装置において、チャンバに近接して設ける作業用フロアを、少なくとも多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各チャンバの開口部を設けた作業面に対応する位置に三箇所設けることを特徴とするＦＺ法単結晶育成装置。
【請求項２】
前記多結晶セットチャンバおよび単結晶取出しチャンバの開口部を設けた作業面を、ゾーニングチャンバの開口部を設けた作業面とは異なる角度に位置する作業面とすることを特徴とする請求項１に記載したＦＺ法単結晶育成装置。
【請求項３】
前記開口部を設けた作業面を、ゾーニングチャンバの作業面を基準として左右横９０度または１８０度の位置とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載したＦＺ法単結晶育成装置。
【請求項４】
前記多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各作業面の上部にエアカーテンを配設した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項に記載したＦＺ法単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フローティングゾーン法（ＦＺ法）により、単結晶棒を成長させるＦＺ法単結晶育成装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製造に用いられる従来のＦＺ法単結晶育成装置の一例を図４に示した。
このＦＺ法単結晶育成装置３０は、多結晶セットチャンバ（以後、トップチャンバということがある）２とゾーニングチャンバ３と単結晶取出しチャンバ（以後、ボトムチャンバということがある）４とから成り、各チャンバには多結晶セット用ドア３１、ゾーニング用開口部３２、単結晶取出し用ドア３３を具備している。また、チャンバの外部には作業用デッキ３５を具備したパンタグラフ式昇降装置３４を配備し、デッキには装置制御操作盤３６を設置している。
【０００３】
このＦＺ法単結晶育成装置３０を使用して単結晶を育成するには、まず多結晶セットチャンバ２内にセットした多結晶１６の先端を上シャフト１２を降下させてゾーニングチャンバ３内の高周波給電部１４に接続された誘導加熱コイル１５内に位置させる。ここで多結晶先端を加熱溶融させ、下から種結晶を溶着して種付けし、下シャフト１３を回転させつつ降下させて種絞りを行なった後、結晶径を徐々に拡大し、コーン部分を形成した後、誘導加熱コイル１５に対し多結晶１６を相対的に移動させて、多結晶１６の上方に向けて順次融解帯１９を移動させつつ、目標とする直径の単結晶１７を育成する。従って結晶化は多結晶原料棒の下端から上端に向かって進行し、最終的には多結晶から融液の部分で切離して単結晶棒を得ることができる。ここで多結晶の降下に始まり、単結晶の育成を完了した時点までの工程をゾーニングと呼ぶ。
【０００４】
続いて次回のゾーニング工程に入るまでの間に、単結晶の取出し、各チャンバの清掃、誘導加熱コイルの取外し・セット、多結晶原料棒のセット等の操業準備作業を行う。これらの作業は、前記作業用デッキ３５を具備したパンタグラフ式昇降装置３４を使用して各チャンバのドアや開口部の位置に移動し、高所で結晶を取扱うことが多く、極めて不安全、不確実である。また、可動部、摺動部の多い昇降装置では発塵性が高く、高純度化に不向きである。
【０００５】
図５にこの一連の操業準備作業の流れを示したが、図から判るようにチャンバ内リークに始まり、ガス導入に至るまでの各作業工程は、前記したような装置の構成では直列的にならざるを得ず、ゾーニング時間に対しては大きなアイドリング時間となり生産性を阻害している。
【０００６】
さらに、チャンバ内外を遮断して不純物や汚染物質の侵入を防止するため、各チャンバの作業面（ドア、開口部等）の上方に個々にエアフィルタを設置することが望まれているが、各チャンバの作業面が同一面であるため、空間的な余裕が少なく、エアフィルタを設置することが難しい等といった問題点がある。
【０００７】
従来のＦＺ単結晶育成装置には、大別して前記した（１）原料多結晶セット、ゾーニング、単結晶取出し作業のそれぞれにチャンバを設け、単一のパンタグラフ式昇降装置で作業デッキを操作して高所作業を行うものと、（２）原料多結晶セット、ゾーニング、単結晶取出し作業等を単一のチャンバと単一の作業用フロアで行うものとがある。
【０００８】
後者は、単一のチャンバ内で原料多結晶セット、ゾーニング、単結晶取出し、装置のクリーニング作業等を行うため、これもそれぞれの作業を並行して行うことが出来ず、従ってアイドリング時間（操業準備作業時間）が長くなる。また、チャンバから結晶を取出すためには、結晶長さ分のチャンバ開口部が必要であり、ゾーニング部に汚染物質が入り込み易い。またチャンバ内壁表面積が大きいため、ゾーニング中に汚染され易い等の欠点がある。
【０００９】
そして昨今の原料多結晶、単結晶棒の高重量化、長尺化に伴って、前記各チャンバは大型化し、作業者の高所作業の頻度がますます高まってきているのが現状であり、パンタグラフ式昇降作業デッキや単一チャンバ方式等ではもはや対応できないようになってきている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＦＺ法単結晶育成装置において、結晶の高重量化、長尺化に伴って生じる高所作業の危険性を回避し、単結晶育成雰囲気および作業環境を清浄化し、アイドリング時間を短縮するため、装置上の問題点を改善して作業者の安全性を確保し、かつ作業の確実性を向上させ、省力化と生産性の改善を図ることのできるＦＺ法単結晶育成装置を提供することを主たる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＺ法単結晶育成装置は、少なくとも多結晶セットチャンバ、ゾーニングチャンバおよび単結晶取出しチャンバを具備するフローティングゾーン法（ＦＺ法）による単結晶育成装置において、チャンバに近接して設ける作業用フロアを、少なくとも多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各作業面に対応する位置に三箇所設けることを特徴としている。
【００１２】
このように構成されたＦＺ法単結晶育成装置を使用して、原料多結晶棒のセット、単結晶育成、単結晶棒の取出しおよび装置のクリーニング等の作業を行えば、作業者は高所作業から解放され、広い作業用フロア上で安定した姿勢で作業することができるので、作業の確実性が向上し、かつ作業者の安全性を確保することができる。また、各フロア別に決められた作業を、ほぼ同時に並行的に行うことができるので、前記操業準備作業のような場合は、作業時間が短縮され生産性の向上を図ることができるＦＺ法単結晶育成装置となる。
【００１３】
この場合、多結晶セットチャンバおよび単結晶取出しチャンバの作業面を、ゾーニングチャンバの作業面とは異なる作業面とすることができる。
【００１４】
このように、例えば多結晶セットチャンバに多結晶をセットするための作業面として開口部を設ける場合に、単結晶取出しチャンバから単結晶を取出すための開口部を同じ作業面に設け、特にゾーニングチャンバの開口部とは異なる作業面に設けておけば、例えばゾーニングによる単結晶育成時間以外のアイドリング時間内に各作業面では別々の作業を並行して行うことができ、アイドリング時間を短縮することができる。従って単結晶育成時間＋アイドル時間を１サイクルとする全単結晶育成時間が短縮され生産性の向上を図ることができる。ここで別々の作業とは例えば、多結晶セットチャンバでは原料多結晶のセットであり、単結晶取出しチャンバでは単結晶の取出しであり、ゾーニングチャンバではチャンバ内の清掃や加熱コイルの解体・清掃・セット等である。
【００１５】
この場合、多結晶セットチャンバおよび単結晶取出しチャンバの作業面を、ゾーニングチャンバの作業面を基準として左右横９０度または１８０度の位置とすることができる。
【００１６】
このように各作業面の位置関係を設ければ、各作業面間の干渉は殆どなく、また、各作業用フロア間の干渉も殆どなく、従って装置構成が容易であるとともに各作業面および各作業用フロアにおける作業を円滑に効率良く進めることができる。
【００１７】
そして、多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各作業面の上部にエアカーテンを配設することができる。
各チャンバの各作業面に対応する位置にフロアを設けることにより、各作業面の上部に個別にエアカーテンの配置が可能となった。これによりＦＺ法炉内外の隔離が可能となり、各チャンバ内への不純物や異物の侵入を防止することができるＦＺ法単結晶育成装置となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以後、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、従来のＦＺ法によるシリコン単結晶育成装置では、例えば原料多結晶棒を多結晶セットチャンバ内にセットする場合に、作業者は多結晶セットチャンバのドアの位置にパンタグラフ式昇降作業用デッキを合わせ、高所デッキの上で、不安定な姿勢で不安全な作業を余儀なくされている場合があり、その原因を調査、究明したところ、近年の結晶の高重量化、長尺化によるチャンバの大型化のため作業者のチャンバ周囲での高所作業が多くなっていることを見出し、これを解決すべく本発明を完成させた。
【００１９】
先ず、本発明のＦＺ法による単結晶育成装置の構成例を図１の概略図と図２のチャンバ内部構造図により説明する。
図１に示すように、本発明のＦＺ法単結晶育成装置１は、上から多結晶セットチャンバ２とゾーニングチャンバ３と単結晶取出しチャンバ４とから構成されている。各チャンバには多結晶セットチャンバ作業面８、ゾーニングチャンバ作業面９、単結晶取出しチャンバ作業面１０があり、例えば、ドア、開口部、ベローズ等を具備している。
【００２０】
また、各チャンバに近接して多結晶セット作業用フロア５、ゾーニング作業用フロア６、単結晶取出し作業用フロア７を備え、各フロアは、例えば階段、エレベータ（不図示）等で連結されている。
このように、本発明では、作業用フロアを少なくとも三層構造とした。
このようなフロア構造を使用して、原料多結晶棒のセット、単結晶育成、単結晶棒の取出しおよび装置のクリーニング・メンテナンス等の作業を行えば、各フロア毎に内容の異なる作業を、干渉し合うことなくほぼ同時に進行させることができる。また、作業者は広い作業用フロア上で安定した姿勢で作業することができるので、作業の確実性が向上し、かつ作業者の安全性を確保することができる。
【００２１】
図１の例では、多結晶セットチャンバ作業面８と単結晶取出しチャンバ作業面１０の位置は、ゾーニングチャンバ作業面９を基準として、１８０度の位置にある。この相対的な位置を示す角度は、９０度または１８０度が好ましいが、これに限られるわけではない。
このように、二つの結晶を取扱う作業面をほぼ同じ方向の面とし、ゾーニングチャンバ作業面とは異なる方向の面とすれば、各作業面で行う作業はお互いに干渉することはなく、同時に並行して進めることができる。特にゾーニングチャンバ作業面で行う作業と二つの結晶を取扱う作業面で行う作業とは、作業内容が異なることが多く、作業の安全性、確実性を高めることができ、極めて有効である。
【００２２】
そして、ＨＥＰＡフィルタ付きエアカーテン１１を多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各作業面８、９、１０の上部に設置している。
このＨＥＰＡフィルタは、通常、定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が一般に３００Ｐａ以下の性能をもつエアフィルタを用いるが、目的に応じその他の空気清浄用フィルタを用いることができる。
各チャンバの各作業面に対応する位置にフロアが設けられ、また作業面が各々異なる作業面を持つことで、このような局所的エアフィルタの設置が可能になり、工場建屋全体をクリーンルームとするよりも清浄化効率を高めることができるし、またクリーンルーム内に装置を設置する場合には、作業部位の清浄度をより有効に高めることができる。これにより、チャンバ内外を遮断して不純物や汚染物質の侵入を防止することができる。従来のパンタグラフ式ではこのような仕事は不可能であった。
【００２３】
次に炉内構造を説明する。多結晶セットチャンバ２内には多結晶１６と多結晶１６を保持する多結晶ホルダ２０とホルダを昇降する上シャフト１２と昇降装置（不図示）が配備されている。ゾーニングチャンバ３には高周波給電部１４と誘導加熱コイル１５が備えられ、単結晶取出しチャンバ４には種結晶１８を保持する種結晶ホルダ２１とホルダを回転させ、また昇降する下シャフト１３と昇降装置（不図示）が配備されている。
【００２４】
次いで、上記本発明のＦＺ法の単結晶育成装置１による単結晶育成方法および装置のクリーニング、メンテナンスについて説明する。
まず、上シャフト１２を降下させて多結晶１６の先端をゾーニングチャンバ３内の高周波誘導加熱コイル１５内に位置させる。ここで先ずカーボンを高周波で加熱させることによる輻射加熱、もしくは赤外線ランプ等による輻射加熱により多結晶棒先端の温度を上げ、多結晶を高周波の良導体にし、さらに加熱して溶融させ、下シャフト１３を上げて種結晶１８を溶着し種付けする。そして種結晶１８を下シャフト１３で回転させながらゆっくりと降下させていわゆる絞り（ネッキング：例えば直径〜３ｍｍ×長さ〜３０ｍｍ程度）を行なった後結晶径を徐々に拡大し、コーン部分を形成した後、目標とする直径の単結晶を育成する。
【００２５】
この育成に際しては、コンピューター制御で高周波コイルへの電力の入出力を調節して、融体の固化や滴下が起きないようにする。融解帯１９は順次多結晶棒の上方に移動し、単結晶の成長に伴い種結晶は回転しながら下方に垂直移動する。従って単結晶化は多結晶原料棒の下端から上端に向かって進行し、所定の位置に到達したところで多結晶から融液の部分で切離し、単結晶棒を得ることができる。ここまでのＦＺ法による単結晶育成工程をゾーニングと呼ぶことにする。装置制御操作盤３６は、ゾーニング作業用フロア６上に設置している。
【００２６】
続いて単結晶の取出し、装置のクリーニング、メンテナンス、原料多結晶のセット等の操業準備作業を行い、次回ゾーニングに備える。
図３に本発明のＦＺ法単結晶育成装置におけるこの一連の操業準備作業の流れを示した。図から明らかなように、本装置においては、作業用フロアが少なくとも各チャンバ毎に設置されて三層構造になっており、作業面も作業が干渉しないように配置されているので、各チャンバ毎の作業、例えばチャンバ内部のクリーニング、部品の点検・交換、単結晶の取出し、多結晶のセット等の作業は各作業面を介して各作業用フロア上でほぼ同時に並行して行うことができ、ゾーニング時間に対するアイドリング時間を大幅に短縮することができるので、結果的には単結晶育成装置の回転率が上り生産性を向上させることができる。
【００２７】
ここで、単結晶棒の取出し作業は、その冷却を待って単結晶取出しチャンバ４から系外に搬出する。
また、多結晶のセットは、通常、操業準備作業の最後に行われ、多結晶セットチャンバ２内の多結晶ホルダ２０にセットする。さらに種結晶１８は、単結晶取出しチャンバ３内の種結晶ホルダ２１にセットする。
そして多結晶、種結晶のセット後、真空排気、不活性ガス導入等を行って操業準備作業を完了し、次回ゾーニング作業に備える。
【００２８】
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。
【００２９】
例えば、上記実施の形態において、ＨＥＰＡフィルタ付きエアカーテンの設置場所を、多結晶セット用、ゾーニング用および単結晶取出し用の各作業面の上部に取り付けられるものとして説明したが、本発明はこれらに限定されず、目的に応じ、結晶取出し用にのみ設置する等にしても良いし、場建屋全体をクリーンルームとして天井付近に大型ＨＥＰＡフィルタ付きエアカーテンを併設することもできる。また、フィルタもＨＥＰＡフィルタに限られるものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のＦＺ法単結晶育成装置によれば、少なくとも多結晶セットチャンバ、ゾーニングチャンバおよび単結晶取出しチャンバの各々に近接した三層構造の作業用フロアを設けたので、従来のような高所作業が解消されるとともに、結晶の高重量化、長尺化に伴って増大する危険性に対して、作業者の安全性を確保し、かつ作業の確実性の向上と省力化を図ることができる。
また、操業準備作業としての多結晶セット、ゾーニングおよび単結晶取出し作業や装置のクリーニングを各フロアにおいてほぼ同時に並行して行うことができるようになり、アイドリング時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。さらに、各チャンバの作業面の上部にエアカーテンを設置したので、チャンバ内の高純度化を図ることができ、製造される結晶品質の向上を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作業用フロアを設備したＦＺ法単結晶育成装置の概略図である。
【図２】ＦＺ法単結晶育成装置の炉内部構造説明図である。
【図３】本発明の単結晶育成装置を使用した場合のアイドリング時間を示す説明図である。
【図４】従来のパンタグラフ式昇降作業デッキを設備したＦＺ法単結晶育成装置の概略図である。
【図５】従来のパンタグラフ式作業デッキを使用した場合のアイドリング時間を示す説明図である。
【符号の説明】
１、３０…ＦＺ法単結晶育成装置、  ２…多結晶セットチャンバ、
３…ゾーニングチャンバ、  ４…単結晶取出しチャンバ、
５…多結晶セット作業用フロア、  ６…ゾーニング作業用フロア、
７…単結晶取出し作業用フロア、  ８…多結晶セットチャンバ作業面、
９…ゾーニングチャンバ作業面、  １０…単結晶取出しチャンバ作業面、
１１…ＨＥＰＡフィルタ付きエアカーテン、  １２…上シャフト、
１３…下シャフト、  １４…高周波給電部、  １５…誘導加熱コイル、
１６…多結晶、  １７…単結晶、  １８…種結晶、
１９…融解帯、  ２０…多結晶ホルダ、  ２１…種結晶ホルダ、
３１…多結晶セット用ドア、  ３２…ゾーニング用開口部、
３３…単結晶取出し用ドア、  ３４…パンタグラフ式昇降装置
３５…作業用デッキ、  ３６…装置制御操作盤。
【図１】
0003758440.tif 000002
【図２】
0003758440.tif 000003
【図３】
0003758440.tif 000004
【図４】
0003758440.tif 000005
【図５】
0003758440.tif 000006