(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法による単結晶の育成に使用され、メインチャンバー内に配置されたホットゾーンにより原料融液を生成し、メインチャンバーの上方に連結されたプルチャンバー内に、原料融液から引き上げられる単結晶を引込む単結晶製造装置において、
前記メインチャンバーが底部、円筒部及び蓋部を順に積み重ねた構造であり、そのメインチャンバーの少なくとも円筒部が装置から取外し可能であり、且つ、その円筒部の内側にホットゾーン構成部品のうちの少なくとも１種が保持可能であり、
円筒部の内側に保持可能なホットゾーン構成部品が坩堝の外側に配置されるヒータ、ヒータの外側に配置される断熱材、及び坩堝の上方に配置される熱輻射体であり、
ヒータが、円筒部を貫通してその外に突出するヒータ端子により、メインチャンバー外の電源端子と接続されることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項２】
ＣＺ法による単結晶の育成に使用され、メインチャンバー内に配置されたホットゾーンにより原料融液を生成し、メインチャンバーの上方に連結されたプルチャンバー内に、原料融液から引き上げられる単結晶を引込む単結晶製造装置において、
前記メインチャンバーが底部、円筒部及び蓋部を順に積み重ねた構造であり、そのメインチャンバーの少なくとも円筒部が装置から取外し可能であり、且つ、その円筒部の内側にホットゾーン構成部品のうちの少なくとも１種が保持可能であり、
円筒部の内側に保持可能なホットゾーン構成部品が坩堝、坩堝の外側に配置されるヒータ、ヒータの外側に配置される断熱材、及び坩堝の上方に配置される熱輻射体であり、
ヒータが、円筒部を貫通してその外に突出するヒータ端子により、メインチャンバー外の電源端子と接続されることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項３】
前記蓋部は前記円筒部に対して着脱自在であり、前記底部は前記円筒部から分離して装置内に固定された構造である請求項１又は２に記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
メインチャンバーの少なくとも円筒部を装置内において昇降・旋回駆動する昇降・旋回駆動機構を具備し、且つ円筒部が昇降・旋回駆動機構から分離可能であ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単結晶製造装置。
【請求項５】
前記ヒータ端子が、前記ヒータの取付け・取外しのために、接続される電源端子に対して着脱可能とされることを特徴とする請求項１または２記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の単結晶製造装置を使用する単結晶製造方法であって、
単結晶の育成終了後にメインチャンバーの円筒部を装置から取外して装置外に搬出し、
前記円筒部の内側に保持されたホットゾーン構成部品の解体、再生、組立てを装置外で行う一方、装置外においてホットゾーン構成部品の解体、再生、組立てを終えた別の円筒部を前記装置に取付けて次の単結晶育成を開始することを特徴とする単結晶製造方法。
【請求項７】
装置外が、装置が設置された引上げ室から隔離された別室であることを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による単結晶の育成に使用される単結晶製造装置およびこれを使用した単結晶製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法による単結晶の育成に使用される単結晶製造装置は、メインチャンバーの上にプルチャンバーを連結した構成になっている。メインチャンバーは下面が閉じ上面が開閉可能な円筒状の金属容器であり、従来は床面上に固定されている。このメインチャンバー内にはホットゾーンが構成される。ホットゾーン構成部品としては坩堝、坩堝の外側に配置される円筒状のヒータ、ヒータの下方および周囲に配置される断熱材等がある。
【０００３】
単結晶の引上げに際しては、メインチャンバーからプルチャンバーを分離し、メインチャンバーの上面を閉じる蓋部を外した状態で、メインチャンバー内にホットゾーン構成部品をセットする。この後、蓋部を装着しプルチャンバーを連結して単結晶の製造を開始する。
【０００４】
単結晶の引上げにおいては、坩堝内の原料を加熱溶解し、プルチャンバーの上部から垂下するワイヤにより、坩堝内の融液から単結晶を引上げる。引上げられた単結晶はプルチャンバー内に引込まれる。単結晶の引上げが終了すると、装置の冷却を待ってプルチャンバーを分離し、その内部に収容されている単結晶を取出す。また、蓋部を取り外して、メインチャンバー内のホットゾーン構成部品を解体し、再生（清掃・交換）の後に再びこれを組み立てて、次の単結晶の引上げに備える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような単結晶製造装置においては、単結晶の引上げが終了した後、装置の冷却を待って「チャンバー分解」、「ホットゾーン構成部品の解体・再生・組立」及び「チャンバー組立」を順番に行う。これらの工程が終了するまで次の引上げを行うことができないので、装置の稼働率が非常に低い。装置の冷却を含めた次回の引上げ開始までの所要時間は１０時間に及ぶ。
【０００６】
また、単結晶の製造においてはクリーンな環境が必要とされる。そのため、単結晶製造装置はクリーンな引上げ室に設置されている。ところが、ホットゾーン構成部品の解体・再生・組立に伴って引上げ室内におけるダスト量が増加し、これが単結晶の品質を低下させる原因になる危険がある。
【０００７】
本発明の目的は、ホットゾーン構成部品の解体・再生・組立の大部分を引上げ室外で行うことにより、稼働率の向上およびダスト量の低減を可能にする単結晶製造装置および単結晶製造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】
本発明の単結晶製造装置は、ＣＺ法による単結晶の育成に使用され、メインチャンバー内に配置されたホットゾーンにより原料融液を生成し、メインチャンバーの上方に連結されたプルチャンバー内に、原料融液から引き上げられる単結晶を引込む単結晶製造装置において、前記メインチャンバーを底部、円筒部及び蓋部が順に積み重ねられる構造とし、そのメインチャンバーの少なくとも円筒部を装置から取外し可能とし、且つ、その円筒部の内側にホットゾーン構成部品のうちの少なくとも１種を保持可能であり、円筒部の内側に保持可能なホットゾーン構成部品が坩堝の外側に配置されるヒータ、ヒータの外側に配置される断熱材、及び坩堝の上方に配置される熱輻射体であり、ヒータが、円筒部を貫通してその外に突出するヒータ端子により、メインチャンバー外の電源端子と接続されるとしたものである。
また、本発明の単結晶製造装置は、ＣＺ法による単結晶の育成に使用され、メインチャンバー内に配置されたホットゾーンにより原料融液を生成し、メインチャンバーの上方に連結されたプルチャンバー内に、原料融液から引き上げられる単結晶を引込む単結晶製造装置において、前記メインチャンバーを底部、円筒部及び蓋部が順に積み重ねられる構造とし、そのメインチャンバーの少なくとも円筒部を装置から取外し可能とし、且つ、その円筒部の内側にホットゾーン構成部品のうちの少なくとも１種を保持可能であり、円筒部の内側に保持可能なホットゾーン構成部品が坩堝、坩堝の外側に配置されるヒータ、ヒータの外側に配置される断熱材、及び坩堝の上方に配置される熱輻射体であり、ヒータが、円筒部を貫通してその外に突出するヒータ端子により、メインチャンバー外の電源端子と接続されるとしたものである。
【０００９】
ここで、ホットゾーン構成部品とは、メインチャンバーの円筒部内側に配置されて原料融液の生成に熱的に寄与する部品であり、具体的には坩堝、坩堝の外側に配置されるヒータ、ヒータの外側に配置される断熱材、及び坩堝の上方に配置される熱輻射体等を挙げることができる。
【００１０】
本発明の単結晶製造装置では、これらのホットゾーン構成部品のうちの少なくとも一種がメインチャンバーの円筒部内側に保持可能とされるが、できるだけ多くの種類の部品を保持可能とすることが望まれる。具体的にはヒータ及び断熱材を保持可能とすることが望ましく、熱輻射体が使用される場合はこれも保持可能とすることが望ましい。そして、これらに加えて坩堝を保持可能とすることが更に望ましい。
【００１１】
また、メインチャンバーの少なくとも円筒部を装置内において昇降・旋回駆動できるようにし、且つ円筒部をその昇降・旋回駆動機構から分離可能とすることが望ましい。これにより、円筒部の装置からの取外し及び装置への取付けが容易となる。
【００１２】
メインチャンバーの円筒部を装置から取外し可能とし、その円筒部の内側にホットゾーン構成部品を保持可能とすることにより、単結晶の育成終了後、装置の冷却を待たずに、メインチャンバーの円筒部を装置から取外し、ホットゾーン構成部品と共に装置外に運び出すことができる。これにより、ホットゾーン構成部品の解体、清掃、組立てが、装置の冷却を待たずに効率よく行われる。しかも、装置外でこれらの作業を行うことにより、ダストによる悪影響が回避される。更に、装置外においてホットゾーン構成部品の解体、清掃、組立てを終えた別の円筒部を装置に取付けて次の単結晶育成を行うことも可能となり、これにより装置の稼働率が一層向上する。
【００１３】
メインチャンバーの円筒部以外の部分、即ち蓋部及び底部のうち、蓋部は円筒部内に保持されるホットゾーン構成部品の取付け、取外しを容易にするために、従来同様に円筒部に対して着脱自在とするのが望ましい。底部は、円筒部の装置からの取外しを容易にするために、円筒部から分離して装置内に固定された構造とするのが望ましい。
【００１４】
本発明の単結晶製造方法は、上記の単結晶製造装置を使用する単結晶製造方法であって、単結晶の育成終了後にメインチャンバーの円筒部を装置から取外して装置外に搬出し、前記円筒部の内側に保持されたホットゾーン構成部品の解体、清掃、組立てを装置外で行う一方、装置外においてホットゾーン構成部品の解体、清掃、組立てを終えた別の円筒部を前記装置に取付けて次の単結晶育成を開始することにより、装置の稼働率の向上と装置設置箇所でのダスト量の低減を図るものである。
【００１５】
装置外としては、装置が設置された引上げ室から隔離された別室であることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図示例に基づいて説明する。図１は本発明を実施した単結晶製造装置の１例について全体構造を示す模式側面図、図２は全体構造および使用方法を示す斜視図、図３はメインチャンバーの内部構造を示す縦断正面図、図４は装置主要部および使用方法を示す斜視図である。
【００１７】
本装置は、図１および図２に示されるように、作業床の下に埋設された床下部１０、床下部１０の最後部より上方に突設された柱部２０、床下部１０の上に設けられたメインチャンバー３０およびプルチャンバー４０を具備する。
【００１８】
メインチャンバー３０は、底部３１、円筒部３２および蓋部３３を順に積み重ねた構造になっている。底部３１は作業床の下に固定されて床下部１０と一体化されている。床下部１０に設けられた坩堝支持軸１１は、底部３１の中心部分を貫通してメインチャンバー３０内に突出している。また、ヒータに給電を行うための一対の電源端子が床下部１０上に突出するが、この電源端子は、後述するように、円筒部３２の両側に突出した一対のヒータ端子と接続される関係から、メインチャンバー３０の外に位置している。
【００１９】
メインチャンバー３０の円筒部３２は、底部３１の上に載置され、円筒部３２の下端面に装着したＯリングにより底部３１との間がシールされる。この円筒部３２は、柱部２０の正面から前方に突出した昇降・旋回アーム２１の先端に着脱自在に連結されている。
【００２０】
円筒部３２の内側には、図３に示すように、ヒータ７２を始めとする各種のホットゾーン構成部品７０が着脱自在に保持される。坩堝７１を包囲する円筒状のヒータ７２は、支持棒を兼ねる両側一対のヒータ端子７３，７３により、円筒部３２の内側に保持される。ヒータ端子７３，７３は、円筒部３２を貫通してその外に突出し、メインチャンバー３０の外に設けられ両側一対の電源端子１２，１２と接続される。このヒータ端子７３，７３は、ヒータ７２の取付け・取外しのために、電源端子１２，１２に対して着脱可能である。
【００２１】
ヒータ７２の外側には、円筒状に成形された各種の断熱材７４（７４ａ，７４ｂ）が、円筒部３２の内面に沿って配置される。これらの断熱材７４は、円筒部３２の下端部から内側に突出した突出部３４により、円筒部３２の内側に着脱自在に保持される。断熱材７４の内面はカーボンスリーブ７５によりライニングされる。底部３１の上にも断熱材７４′が敷きつめられているが、これは円筒部３２の内側には保持されない構成である。
【００２２】
坩堝７１の上方に配置される熱輻射体７６は、上方に向かうに連れて拡径したカーボン製の筒体であり、円筒部３２の内側に着脱自在に保持される。なお、坩堝７１は、ここではペディスタルと呼ばれる坩堝支持軸１１の上に受け皿７８を介して支持されており、円筒部３２の内側には保持されない構成である。
【００２３】
昇降・旋回アーム２１は、柱部２０に沿って鉛直方向に昇降すると共に、基部を中心として水平方向に旋回する。これにより、昇降・旋回アーム２１の先端に連結された円筒部３２は、昇降を行い、且つ底部３１上の定位置の両側に旋回移動する。円筒部３２の外面にはガイドスリーブ３４が取り付けられている。ガイドスリーブ３４は床下部１０の上面に突設されたガイドロッド１３に嵌合することにより、円筒部３２を底部３１上の定位置に位置決めする。
【００２４】
昇降・旋回アーム２１の先端部は、図４に示されるように、円筒部３２の外面に取り付けたブラケット３５に嵌合し、ブラケット３５に貫通挿入される水平なピン３６により円筒部３２と連結される。そしてピン３６の着脱により、円筒部３２は昇降・旋回アーム２１に対してワンタッチで連結分離される。
【００２５】
メインチャンバー３０の蓋部３３は、円筒部３２の上に同心状に載置され、下面外周部に装着したＯリングにより円筒部３２との間がシールされる。蓋部３３の中心部分には円形の開口部３７が設けられている。
【００２６】
プルチャンバー４０は蓋部３３の中心部上に載り、その内部が開口部３７を通してメインチャンバー３０内に連通する。このプルチャンバー４０は、柱部２０の正面から前方に突出した昇降・旋回アーム２２の先端に連結されている。昇降・旋回アーム２２は前記昇降・旋回アーム２１と同様に柱部２０に沿って鉛直方向に昇降すると共に、基部を中心として水平方向に旋回する。従って、プルチャンバー４０も昇降を行い、且つ装置中心の定位置の両側に旋回移動する。４３はプルチャンバー４０の最上部に設けた引上げ装置である。
【００２７】
次に、本装置を用いた単結晶製造方法について説明する。
【００２８】
メインチャンバー３０およびプルチャンバー４０を組み立てた状態、すなわち底部３１の上に円筒部３２を載せ、その上に蓋部３３を載せ、更にその上にプルチャンバー４０を載せた状態で、単結晶の引上げを行う。ホットゾーン構成部品７０のうち、ヒータ７２、断熱材７４及び熱輻射体７６は、円筒部３２の内側に保持されている。ヒータ端子７３，７３は電源端子１２，１２と接続され、また坩堝７１は坩堝支持軸１１の上に受け皿７８を介して保持されている。
【００２９】
単結晶の引上げが終わると、チャンバーが分解できる程度に装置の冷却を待ってプルチャンバー４０を上昇させ、定位置の側方へ旋回移動させた後、プルチャンバー４０内から単結晶を取出す。また、メインチャンバー３０の蓋部３３を取外し、円筒部３２内に保持された各種のホットゾーン構成部品７０を残したまま、ガイドロッド１３からガイドスリーブ３４が抜けるまで円筒部３２を上昇させ、定位置の側方に旋回移動させた後、装置側方に横付けした台車５０の上に円筒部３２を載せる。昇降・旋回アーム２１と円筒部３２を切り離し、蓋６０を装着して台車５０により円筒部３２を引上げ室と異なる別室へ運搬する。
【００３０】
別室では、搬入された円筒部３２からホットゾーン構造部品７０、即ちヒータ７２、断熱材７４及び熱輻射体７６を取外し、再生を行った後に、これらのホットゾーン構成部品７０を円筒部３２内に組み付ける。これとは別に、別の円筒部３２内に、これらのホットゾーン構成部品７０を組み付けておく。一方、引上げ室では、円筒部３２を取外した後、坩堝７１の交換などを行う。そして、別室で予めホットゾーン構成部品７０の組み付けを終えた円筒部３２を引上げ室に搬入する。搬入された円筒部３２を昇降・旋回アーム２１と連結し、このアームの操作により底部３１上に載せる。そして、円筒部３２の上に蓋部３３を載せ、プルチャンバー４０を載せて、次の単結晶引上げを開始する。
【００３１】
このような単結晶製造方法によると、円筒部３２の内側に保持された各種のホットゾーン構成部品７０の解体・再生・組立を引上げ室内で行わず、別室で組立てを終えた円筒部３２を用いるので、次回の引上げ開始までの所要時間が短縮される。また、円筒部３２の内側に保持されたホットゾーン構成部品７０の解体・再生・組立を引上げ室内で行わないことにより、引上げ室におけるダスト量が低減する。更に、円筒部３２を昇降・旋回させる機構が設けられているので、円筒部３２の取外し及びセッティングの操作が容易である。所要時間短縮の具体例を表１に示す。
【００３２】
円筒部の内側に保持されたホットゾーン構成部品の解体・再生・組立を引上げ室内で行わないことにより、その作業時間が省略されるだけでなく、その作業省略により装置を十分に冷却する必要がなくなり、冷却時間が短縮される。その結果、従来１０時間を要していた次回引上げ開始までの時間が６時間強に短縮された。また、チャンバー１個当りのダスト量が１／１００になった。
【００３３】
【表１】
0003826472.tif 000002
【００３４】
図５はメインチャンバーの他の内部構造を示す縦断正面図である。このメインチャンバーは、円筒部３２の内側に坩堝７１も保持できる構成となっている。即ち、断熱材５４の内面をライニングするカーボンスリーブ７５の下端部が内側へ張出し、円筒部３２を上昇させるときにその張出し部７５′にて受け皿７８が保持される。これによると、円筒部３２を別室へ運び出すときに、坩堝７１が他のホットゾーン構成部品７０と共に別室へ運び出されるので、引上げ室で坩堝７１の取付け・取外しを行う必要もなくなる。その結果、引上げ室でのダストの発生が一層抑制される。
【００３５】
なお図５では、前記張出し部７５′で受け皿７８及び坩堝７１を保持する構成となっているが、前記張出し部７５′で坩堝７１を直接保持する構成としてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明の単結晶装置装置は、メインチャンバーの少なくとも円筒部を装置から取外し可能として、装置外で円筒部内のホットゾーン構成部品の解体・再生・組立を行い得るようにしたので、次の引上げ開始までの所要時間が大幅に短縮され、稼働率を高めることができる。また、引上げ室内及びホットゾーン内のダスト量が低減し、単結晶の品質を高めることができる。
【００３７】
また、本発明の単結晶製造方法は、上記装置を使用して装置外で円筒部内のホットゾーン構成部品の解体・再生・組立を行うので、高品質な単結晶を能率よく経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した単結晶製造装置の１例について全体構造を示す模式側面図である。
【図２】全体構造および使用方法を示す斜視図である。
【図３】メインチャンバーの内部構造を示す縦断正面図である。
【図４】装置主要部および使用方法を示す斜視図である。
【図５】メインチャンバーの他の内部構造を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１０  床下部
１１  坩堝支持軸
１２  電源端子
２０  柱部
２１，２２  昇降・旋回アーム
３０  メインチャンバー
３１  底部
３２  円筒部
３３  蓋部
４０  プルチャンバー
７０  ホットゾーン構成部品
７１  坩堝
７２  ヒータ
７３  ヒータ端子
７４  断熱材
７６  熱輻射体
【図１】
0003826472.tif 000003
【図２】
0003826472.tif 000004
【図３】
0003826472.tif 000005
【図４】
0003826472.tif 000006
【図５】
0003826472.tif 000007