単結晶シリコン製造装置
【課題】水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させること。
【解決手段】上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンＭが貯留される坩堝２と、坩堝内に貯留された原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部３と、坩堝及びヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部４と、坩堝、ヒータ部及び保温筒部を内部に収容する水冷チャンバ５と、を備え、チョクラルスキー法によって原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する装置であって、保温筒部の少なくとも一部を保温筒部の軸Ｏ方向に沿って移動させる移動機構１２を備えている単結晶シリコン製造装置１を提供する。
【解決手段】上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンＭが貯留される坩堝２と、坩堝内に貯留された原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部３と、坩堝及びヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部４と、坩堝、ヒータ部及び保温筒部を内部に収容する水冷チャンバ５と、を備え、チョクラルスキー法によって原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する装置であって、保温筒部の少なくとも一部を保温筒部の軸Ｏ方向に沿って移動させる移動機構１２を備えている単結晶シリコン製造装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板等に用いられる単結晶シリコンは、一般的にチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と称する）により製造されている。
ＣＺ法によって単結晶シリコンを製造する装置として、例えば下記特許文献１に示されるように、水冷チャンバと、原料多結晶シリコンを収容する坩堝（るつぼ）と、原料多結晶シリコンを溶融するヒータ部と、を備える構成が知られている。更に、下記特許文献１に示される単結晶シリコン製造装置では、ヒータ部の外側周囲に配置されたヒータ断熱材（保温筒部）と、シリコンの種結晶（シード）を保持するシードチャックと、を備えている。
【０００３】
この製造装置で単結晶シリコンを製造する際には、坩堝内に原料多結晶シリコンを入れた後、坩堝内の原料多結晶シリコンをヒータ部によって加熱してシリコン融液とし、坩堝の上方に配置されたシードチャックにシードを保持させると共にこのシードを坩堝内のシリコン融液に浸漬する。そして、シード及び坩堝を回転させながらシードを引き上げて単結晶シリコンを成長させることで、単結晶シリコンを製造する。
【０００４】
この過程において、原料多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とするために、ヒータ部は、坩堝を介して原料多結晶シリコンを例えば約１４００〜１５００℃に加熱する必要がある。この際、前述の単結晶シリコン製造装置では、ヒータ断熱材を備えているので、ヒータ部による原料多結晶シリコンの加熱効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のように単結晶シリコン製造の一連の工程が終了した後、再度この単結晶シリコン製造装置において単結晶シリコンを製造する際には、原料多結晶シリコンを坩堝内に再充填する必要がある。そしてこの際には、シリコン充填作業が可能なように、水冷チャンバ内の温度が例えば約２００℃まで冷却されている必要がある。
しかしながら、前記従来の単結晶シリコン製造装置は、ヒータ断熱材を備えているので、このヒータ断熱材によって囲われている領域内部の熱（例えば、坩堝及びヒータの輻射熱）が外部に放射されにくかった。そのため、水冷チャンバ内の冷却に時間がかかり、生産効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる単結晶シリコン製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る単結晶シリコン製造装置は、上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンが貯留される坩堝と、前記坩堝内に貯留された前記原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部と、前記坩堝及び前記ヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部と、前記坩堝、前記ヒータ部及び前記保温筒部を内部に収容する水冷チャンバと、を備え、チョクラルスキー法によって前記原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する単結晶シリコン製造装置であって、前記保温筒部の少なくとも一部を前記保温筒部の軸方向に沿って移動させる移動機構を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る単結晶シリコン製造装置によれば、移動機構によって保温筒部の少なくとも一部を前記軸方向に沿って移動させることができる。これにより、移動前の保温筒部に囲われていた領域に対して水冷チャンバの内面を露出させることが可能となり、前記領域内部の熱を水冷チャンバに吸収させることができる。従って、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【００１０】
また、前記移動機構は、前記坩堝及び前記ヒータ部のうちの少なくとも一方が前記水冷チャンバと前記径方向で対向するように前記保温筒部の少なくとも一部を移動させても良い。
【００１１】
この場合、移動機構によって保温筒部の少なくとも一部を前記軸方向に沿って移動させることで、坩堝及びヒータ部のうちの少なくとも一方を水冷チャンバと前記径方向で対向させることができる。従って、坩堝及びヒータ部のうちの少なくとも一方の輻射熱を水冷チャンバによって効率良く吸収することが可能となり、水冷チャンバ内の冷却に要する時間をより一層短縮し、生産効率を更に向上させることができる。
【００１２】
また、前記移動機構は、前記保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げる複数のシャフト部を備えていても良い。
【００１３】
この場合、移動機構が保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げるシャフト部を備えているので、単にシャフト部を進退させるという簡単な構成によって保温筒部を前記軸方向に沿って移動させることができる。
【００１４】
また、前記複数のシャフト部は、前記保温筒部の周方向に沿って配置されていても良い。
【００１５】
この場合、複数のシャフト部が、保温筒部の周方向に沿って配置されているので、各シャフト部にかかる保温筒部の荷重を一部のシャフト部に集中させ難くすることができる。これにより、保温筒部を安定した姿勢で確実に移動させることができると共に、保温筒部の荷重が集中することに起因してシャフト部が破損してしまうのを抑制することができる。
なお、複数のシャフト部のうち、周方向に隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている場合、前記荷重が一部のシャフト部に集中するのを効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、前記シャフト部と前記保温筒部との間には、前記保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在していても良い。
【００１７】
この場合、シャフト部と保温筒部との間には、保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在している。このため、シャフト部が仲介部材を介さずに保温筒部と連結されている場合と比べて、保温筒部を移動させる際に水冷チャンバ内にシャフト部が進入する量である進入量を小さく抑えることができる。従って、シャフト部が水冷チャンバ内の構成要素から放射される輻射熱等によって加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部を安定して進退させることができる。
【００１８】
また、前記シャフト部は、シャフト本体と、前記シャフト本体を冷却する冷却手段と、を備えていても良い。
【００１９】
この場合、シャフト部がシャフト本体を冷却する冷却手段を備えているので、仮にシャフト部が高温状況下の水冷チャンバ内に進入してシャフト本体が加熱されたとしても、シャフト本体を冷却手段によって冷却することができる。従って、シャフト本体が高温に加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部を安定して進退させることができる。
【００２０】
また、前記保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が前記水冷チャンバの内周面によって案内されるように形成されていても良い。
【００２１】
この場合、保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が水冷チャンバの内周面によって案内されるので、移動機構による保温筒部の移動を円滑且つ確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る単結晶シリコン製造装置によれば、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す単結晶シリコン製造装置の模式的な下面図である。
【図３】図１に示す単結晶シリコン製造装置において移動機構を動作させた状態を示す一工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態を、図１から図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態の概略を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１に示す単結晶シリコン製造装置の模式的な下面図である。
本実施形態の単結晶シリコン製造装置１は、チョクラルスキー法によって原料多結晶シリコンＭから単結晶シリコンを製造するものである。
【００２５】
図１に示すように、単結晶シリコン製造装置１は、上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンＭが貯留される坩堝２と、坩堝２内に貯留された原料多結晶シリコンＭを加熱するヒータ部３と、坩堝２及びヒータ部３が径方向の内側に配置された保温筒部４と、坩堝２、ヒータ部３及び保温筒部４を内部に収容する水冷チャンバ５と、を備えている。なお、図示の例では、坩堝２内の原料多結晶シリコンＭが、溶融されたシリコン融液である状態を示している。
【００２６】
また、図示の例では、坩堝２及び保温筒部４は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置するように配設され、この共通軸は、鉛直方向と略一致するようになっている。以下、この共通軸を単に軸線Ｏと称し、図１に示す軸線Ｏに沿って紙面上側、つまり鉛直上側を単に上側、図１に示す軸線Ｏに沿って紙面下側、つまり鉛直下側を単に下側とそれぞれ称する。
【００２７】
水冷チャンバ５は、軸線Ｏ方向の両側に向けて開口する筒状のメインチャンバ６ａと、メインチャンバ６ａを下方から支持する有底筒状のベースチャンバ６ｂと、メインチャンバ６ａの上方にメインチャンバ６ａに着脱可能に連結されたトップチャンバ７と、トップチャンバ７の上方に連結された図示しないプルチャンバと、を備えている。メインチャンバ６ａ、ベースチャンバ６ｂ、トップチャンバ７及びプルチャンバは、いずれも例えばステンレス製の水冷ジャケット構造とされており、図示しない水路内に冷却水を流通させることで水冷可能とされている。
【００２８】
メインチャンバ６ａおよびベースチャンバ６ｂは、軸線Ｏと同軸に配置され、ベースチャンバ６ｂ内には、例えばカーボン（より具体的には黒鉛）からなるカップ状のスピルトレイ８が嵌合されている。このスピルトレイ８は、坩堝２が破損して原料多結晶シリコンＭが流出した場合であっても、この原料多結晶シリコンＭがベースチャンバ６ｂと接触することを防止するものであり、このスピルトレイ８により、坩堝２破損時の原料多結晶シリコンＭ流出を起因としたベースチャンバ６ｂの破損を防止することができる。図示の例では、スピルトレイ８は、軸線Ｏと同軸に配設されている。
【００２９】
また、図２に示すように、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８には、水冷チャンバ５の内部と外部とを連通する排気孔６ｃが軸線Ｏ方向に貫設されており、この排気孔６ｃには、図示しない真空ポンプが接続されている。水冷チャンバ５は、前記真空ポンプにより内部が減圧され、真空状態とされることが可能となっている。
また、図１に示すように、トップチャンバ７は、メインチャンバ６ａ上に同軸に載置されており、図示しない搬送機構によりメインチャンバ６ａから離脱可能とされている。
【００３０】
また、トップチャンバ７の上部には、トップチャンバ７の内部とプルチャンバの内部とを連通させる連通筒部７ａが形成されている。
プルチャンバ内には、シード（種結晶）を把持する図示しないシードチャックと、このシードチャックに把持されたシードをメインチャンバ６ａに対して相対的に回転及び昇降可能とする図示しないシードチャック駆動機構と、が設けられている。
【００３１】
坩堝２は、原料多結晶シリコンＭが貯留される石英坩堝２ａと、石英坩堝２ａを収納する黒鉛坩堝２ｂと、を備えている。図示の例では、石英坩堝２ａの上端は、黒鉛坩堝２ｂの上端より上側に位置している。
そして、坩堝２は、軸線Ｏ方向に沿って延在すると共にベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８に貫設された坩堝支持部９に下側から支持されている。図示の例では、坩堝２は、黒鉛坩堝２ｂの下面が坩堝支持部９の上面に設けられたペディスタル９ａに保持されることにより支持されている。
【００３２】
坩堝支持部９は、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８を軸線Ｏ方向に貫通するように形成された貫通孔に挿通され、軸線Ｏと同軸に配設されている。坩堝支持部９には、図示しない駆動機構が設けられており、坩堝支持部９は、この駆動機構により軸線Ｏ方向に沿った移動及び軸線Ｏ回り方向の回転がそれぞれ可能とされている。これにより、坩堝２は、軸線Ｏ方向に沿った移動及び軸線Ｏ回り方向の回転がそれぞれ可能とされている。
【００３３】
また、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８には、軸線Ｏ方向に沿って黒鉛電極１０が貫設されている。図２に示すように、黒鉛電極１０は、複数（図示の例では４つ）設けられており、４つの黒鉛電極１０は、軸線Ｏ回りに沿って且つ隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている。また、各黒鉛電極１０には、図示しない電源が電気的に接続されている。そして、図１に示すように、これら黒鉛電極１０の上端には、前記ヒータ部３が電気的に接続されている。
【００３４】
ヒータ部３は、筒状に形成されると共に坩堝２を囲繞するヒータ本体３ａと、ヒータ本体３ａと黒鉛電極１０とを電気的且つ機械的に接続する電極継手３ｂと、を備えている。ヒータ部３及び電極継手３ｂと、黒鉛電極１０及び電極継手３ｂとはそれぞれボルト等の図示しない固定部材で固定されている。また、図示の例では、ヒータ部３の上端の軸線Ｏ方向に沿った位置は、黒鉛坩堝２ｂの上端の軸線Ｏ方向に沿った位置と同等とされている。
【００３５】
また、図示の例では、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端面には、軸線Ｏ方向に沿った平面視形状が前記周壁部８ａと同形同大に形成されたロアリング１１が載置されている。このロアリング１１は、軸線Ｏと同軸に配設され、例えば材質がカーボン（より具体的には黒鉛）で形成されている。そして、このロアリング１１の上面には、前記保温筒部４が載置されている。
【００３６】
保温筒部４は、例えば材質がカーボン（より具体的には黒鉛）で形成されている。また、図示の例では、保温筒部４の径方向に沿った大きさ（肉厚）は、スピルトレイ８の周壁部８ａにおける前記径方向に沿った大きさ（肉厚）と同等とされている。また、保温筒部４の上端は、メインチャンバ６ａの上端よりも下側に位置している。
【００３７】
そして、本実施形態では、単結晶シリコン製造装置１は、保温筒部４の少なくとも一部を軸線Ｏ方向に沿って移動させる移動機構１２を備えている。
図１及び図２に示すように、本実施形態では、移動機構１２は、保温筒部４の下端部を、ロアリング１１を介して軸線Ｏ方向に沿って押し上げる複数（図示の例では３つ）のシャフト部１３を備えている。図２に示すように、３つのシャフト部１３は、軸線Ｏ回り方向に沿って且つ隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている。更に図１に示すように、本実施形態では、移動機構１２は、複数のシャフト部１３それぞれを軸線Ｏ方向に進退させる複数の進退手段１４と、各進退手段１４を制御する制御部１５とを備えている。
【００３８】
図示の例では、進退手段１４は、モータ１６と、モータ１６の駆動により回転するネジ軸１７ａ及びネジ軸１７ａの回転に伴い軸線Ｏ方向に沿って移動するナット１７ｂを有するボールネジ１７と、ボールネジ１７のネジ軸１７ａを回転自在に支持する支持部材１８と、を備えている。モータ１６は、その駆動時にボールネジ１７のネジ軸１７ａが駆動されるように図示しない固定部材により固定され（空回りが規制され）、支持部材１８は、水冷チャンバ５の底面に固定されている。
また、制御部１５は、例えば汎用コンピュータ等で構成されると共に、各進退手段１４のボールネジ１７のナット１７ｂの軸線Ｏ方向に沿った移動量を制御するようにモータ１６を駆動させることが可能な構成とされている。
【００３９】
また、本実施形態では、シャフト部１３は、シャフト本体２０と、シャフト本体２０を冷却する冷却水路（冷却手段）２１と、を備えている。
シャフト本体２０は、例えばステンレスで形成され、軸線Ｏ方向に沿って延在されている。シャフト本体２０は、その下端部が、ボールネジ１７のナット１７ｂに連結されていると共に、その上端部が、ベースチャンバ６ｂの底壁部に軸線Ｏ方向に沿って形成された貫通孔６ｄ、及びスピルトレイ８の周壁部８ａに軸線Ｏ方向に沿って形成された貫通孔８ｂそれぞれに挿通されている。図示の例では、シャフト本体２０の上端は、ベースチャンバ６ｂの底壁部より上側に位置し、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端より下側に位置し、つまりスピルトレイ８の周壁部８ａの前記貫通孔８ｂ内に位置しているが、これに限られない。
【００４０】
冷却水路２１には、チューブ２１ｂを介して冷却水供給機構２１ａが接続されており、冷却水路２１は、冷却水供給機構２１ａから供給される冷却水が、シャフト本体２０の内部をシャフト本体２０の延在方向に沿って流通するように形成されている。更に、冷却水路２１は、チューブ２１ｂを介して冷却水がシャフト本体２０内と冷却水供給機構２１ａ内とを循環するように形成されている。以上により、冷却水路２１はシャフト本体２０を冷却可能とされている。
なお、シャフト本体２０とベースチャンバ６ｂの前記貫通孔６ｄとの間には、シール部材２２が介在している。
【００４１】
また、本実施形態では、シャフト部１３と保温筒部４との間には、保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材２３が介在している。
図示の例では、仲介部材２３は、前記ロアリング１１と、スピルトレイ８の周壁部８ａの前記貫通孔８ｂに挿通された挿通部材２４と、を備えている。
【００４２】
挿通部材２４は、例えばカーボン（より具体的には黒鉛）で、軸線Ｏ方向に沿って延びる棒状に形成されている。また、挿通部材２４の下端部は、シャフト部１３の上端部と図示しない固定部材により固定されている。また、挿通部材２４の上端面は、軸線Ｏ方向に垂直に交わる平坦面に形成されていると共に、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端面と面一になっており、ロアリング１１の下面に当接している。
仲介部材２３は、前述のように材質がいずれも保温筒部４を構成する材質（カーボン、より具体的には黒鉛）により形成されており、これにより保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備している。また、仲介部材２３は、シャフト部１３と保温筒部４との間に軸線Ｏ方向に沿って介在している。
【００４３】
次に、単結晶シリコン製造装置１の作用について説明する。
始めに、単結晶シリコン製造装置１を用いた単結晶シリコン製造方法の一例を説明する。なおここでは、水冷チャンバ５内が予め所定の温度（例えば、約２００℃）以下に冷却されており、更に、原料多結晶シリコンＭが坩堝２内に充填されていない状態から説明を始める。
【００４４】
まず、トップチャンバ７をメインチャンバ６ａから離脱させた後、塊状の原料多結晶シリコンＭを石英坩堝２ａに充填し、離脱したトップチャンバ７をメインチャンバ６ａに装着させる。
次いで、ヒータ部３により原料多結晶シリコンＭを例えば１４２０℃に加熱してシリコン融液とし、シードを浸漬する部分近傍の原料多結晶シリコンＭを過冷却状態とする。
【００４５】
次いで、プルチャンバのシードチャックにシードを把持させた後、水冷チャンバ５内を真空状態とし、シードをシードチャック駆動機構により連通筒部７ａを通して下方に向けて移動させ、シリコン融液（原料多結晶シリコンＭ）に浸漬する。
そして、浸漬されたシードにシリコン融液をなじませた後、シードチャック及び坩堝２を、それぞれ適宜、回転及び昇降させつつシードをシリコン融液から引き上げて単結晶シリコンを成長させる。
以上により、単結晶シリコンが製造される。
【００４６】
図３は、図１に示す単結晶シリコン製造装置において移動機構を動作させた状態を示す一工程図である。
次に、前述のように単結晶シリコン製造の一連の工程が終了した後、再度この製造装置において単結晶シリコンを製造するために水冷チャンバ５内を冷却する方法の一例について説明する。
【００４７】
本実施形態では、まず、シャフト部１３の冷却水路２１に、冷却水供給機構２１ａから冷却水を供給する。
次いで、図３に示すように、制御部１５が、各進退手段１４のモータ１６を同期をとりながら駆動させ、全てのシャフト部１３を軸線Ｏ方向に沿って上側に同じ移動量だけ進出させる。これにより、シャフト部１３は、仲介部材２３を介して保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げることが可能となり、移動機構１２は、保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って上側に移動させることができる。
【００４８】
このとき制御部１５は、図３に示すように、進退手段１４に、坩堝２及びヒータ部３のうちの少なくとも一方が水冷チャンバ５と保温筒部４の径方向で対向するように保温筒部４を移動させる。図示の例では、移動機構１２によって、ヒータ部３、つまりヒータ本体３ａ及び電極継手３ｂが水冷チャンバ５と前記径方向で対向するように保温筒部４が移動されている。
【００４９】
そして、水冷チャンバ５内が所定の温度、例えば約２００℃まで冷却された後に、保温筒部４が初期位置、つまり仲介部材２３であるロアリング１１がスピルトレイ８の周壁部８ａに載置される位置まで軸線Ｏ方向に沿って移動されるように、制御部１５は、進退手段１４によりシャフト部１３を下側に後退させる。なお、この保温筒部４の移動の前に、前記単結晶シリコン製造方法で説明した原料多結晶シリコンＭの石英坩堝２ａへの充填を行っても構わない。
【００５０】
以上に示した単結晶シリコン製造装置１によれば、移動機構１２によって保温筒部４の少なくとも一部を軸線Ｏ方向に沿って移動させることができる。これにより、保温筒部４がロアリング１１に載置されている状態において、保温筒部４の内側に位置する領域Ｈ（図１および図３に示す２点鎖線内）に対して水冷チャンバ５の内面を露出させることが可能となり、前記領域Ｈ内部の熱を水冷チャンバ５に吸収させることができる。従って、水冷チャンバ５内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
しかも、本実施形態では、ヒータ部３を水冷チャンバ５と前記径方向で対向させることができる。従って、ヒータ部３の輻射熱を水冷チャンバ５によって効率良く吸収することが可能となり、水冷チャンバ５内の冷却に要する時間をより一層短縮し、生産効率を更に向上させることができる。
【００５１】
また、移動機構１２が保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げるシャフト部１３を備えているので、単にシャフト部１３を進退させるという簡単な構成によって保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って移動させることができる。
また、複数のシャフト部１３が、軸線Ｏ回り方向に沿って配置されているので、各シャフト部１３にかかる保温筒部４の荷重を一部のシャフト部１３に集中させ難くすることができる。これにより、保温筒部４を安定した姿勢で確実に移動させることができると共に、保温筒部４の荷重が集中することに起因してシャフト部１３が破損してしまうのを抑制することができる。
なお、複数のシャフト部１３のうち、軸線Ｏ回り方向に隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている場合、前記荷重が一部のシャフト部１３に集中するのを効果的に抑制することができる。
【００５２】
また、シャフト部１３と保温筒部４との間には、保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材２３が介在している。このため、シャフト部１３が仲介部材２３を介さずに保温筒部４と連結されている場合と比べて、保温筒部４を移動させる際に水冷チャンバ５内にシャフト部１３が進入する量である進入量を小さく抑えることができる。従って、シャフト部１３が水冷チャンバ５内の構成要素から放射される輻射熱等によって加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部１３を安定して進退させることができる。
【００５３】
また、シャフト部１３がシャフト本体２０を冷却する冷却水路２１を備えているので、仮にシャフト部１３が高温状況下の水冷チャンバ５内に進入してシャフト本体２０が加熱されたとしても、シャフト本体２０を冷却水路２１を流通する冷却水によって冷却することができる。従って、シャフト本体２０が高温に加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部１３を安定して進退させることができる。
【００５４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ヒータ部３は、坩堝２内の原料多結晶シリコンＭを加熱できれば、形状、構成及び配置位置等は、前記実施形態に示したものに限られない。
【００５５】
また、前記実施形態では、保温筒部４の全体を軸線Ｏ方向に沿って移動させるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、保温筒部が、上側の上側保温筒部と、下側の下側保温筒部と、から構成され、移動機構が、上側保温筒部のみを下側保温筒部に対して軸線Ｏ方向に沿って引き上げる等しても良い。この場合であっても、前記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５６】
また、前記実施形態では、移動機構１２は、ヒータ部３が水冷チャンバ５と前記径方向で対向するように保温筒部４を移動させたが、保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って移動させればこれに限られるものではない。例えば、移動機構は、坩堝が水冷チャンバと前記径方向で対向するように保温筒部を移動させても良いし、坩堝及びヒータ部のいずれもが水冷チャンバと前記径方向で対向するように保温筒部を移動させても良い。更にまた、保温筒部を移動させた後にヒータ部及び坩堝のいずれもが水冷チャンバと前記径方向で対向しなくても良い。
【００５７】
また、前記実施形態では、移動機構１２は、保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げる複数のシャフト部１３を備えるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、移動機構は、保温筒部を引き上げる引き上げ機構を備えていても良い。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３は軸線Ｏ回り方向に沿って互いに等しい間隔をあけて配置されていなくても良い。
【００５８】
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３と保温筒部４との間に仲介部材２３が介在していなくても良い。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３は冷却水路（冷却手段）２１を有していなくても構わない。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、進退手段１４は前述の構成に限られず、例えば油圧シリンダやエアシリンダ等を採用しても良い。また、制御部１５は無くても構わない。
【００５９】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ 単結晶シリコン製造装置
２ 坩堝
３ ヒータ部
４ 保温筒部
５ 水冷チャンバ
１２ 移動機構
１３ シャフト部
２０ シャフト本体
２１ 冷却水路（冷却手段）
２３ 仲介部材
Ｍ 原料多結晶シリコン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板等に用いられる単結晶シリコンは、一般的にチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と称する）により製造されている。
ＣＺ法によって単結晶シリコンを製造する装置として、例えば下記特許文献１に示されるように、水冷チャンバと、原料多結晶シリコンを収容する坩堝（るつぼ）と、原料多結晶シリコンを溶融するヒータ部と、を備える構成が知られている。更に、下記特許文献１に示される単結晶シリコン製造装置では、ヒータ部の外側周囲に配置されたヒータ断熱材（保温筒部）と、シリコンの種結晶（シード）を保持するシードチャックと、を備えている。
【０００３】
この製造装置で単結晶シリコンを製造する際には、坩堝内に原料多結晶シリコンを入れた後、坩堝内の原料多結晶シリコンをヒータ部によって加熱してシリコン融液とし、坩堝の上方に配置されたシードチャックにシードを保持させると共にこのシードを坩堝内のシリコン融液に浸漬する。そして、シード及び坩堝を回転させながらシードを引き上げて単結晶シリコンを成長させることで、単結晶シリコンを製造する。
【０００４】
この過程において、原料多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とするために、ヒータ部は、坩堝を介して原料多結晶シリコンを例えば約１４００〜１５００℃に加熱する必要がある。この際、前述の単結晶シリコン製造装置では、ヒータ断熱材を備えているので、ヒータ部による原料多結晶シリコンの加熱効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のように単結晶シリコン製造の一連の工程が終了した後、再度この単結晶シリコン製造装置において単結晶シリコンを製造する際には、原料多結晶シリコンを坩堝内に再充填する必要がある。そしてこの際には、シリコン充填作業が可能なように、水冷チャンバ内の温度が例えば約２００℃まで冷却されている必要がある。
しかしながら、前記従来の単結晶シリコン製造装置は、ヒータ断熱材を備えているので、このヒータ断熱材によって囲われている領域内部の熱（例えば、坩堝及びヒータの輻射熱）が外部に放射されにくかった。そのため、水冷チャンバ内の冷却に時間がかかり、生産効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる単結晶シリコン製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る単結晶シリコン製造装置は、上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンが貯留される坩堝と、前記坩堝内に貯留された前記原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部と、前記坩堝及び前記ヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部と、前記坩堝、前記ヒータ部及び前記保温筒部を内部に収容する水冷チャンバと、を備え、チョクラルスキー法によって前記原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する単結晶シリコン製造装置であって、前記保温筒部の少なくとも一部を前記保温筒部の軸方向に沿って移動させる移動機構を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る単結晶シリコン製造装置によれば、移動機構によって保温筒部の少なくとも一部を前記軸方向に沿って移動させることができる。これにより、移動前の保温筒部に囲われていた領域に対して水冷チャンバの内面を露出させることが可能となり、前記領域内部の熱を水冷チャンバに吸収させることができる。従って、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【００１０】
また、前記移動機構は、前記坩堝及び前記ヒータ部のうちの少なくとも一方が前記水冷チャンバと前記径方向で対向するように前記保温筒部の少なくとも一部を移動させても良い。
【００１１】
この場合、移動機構によって保温筒部の少なくとも一部を前記軸方向に沿って移動させることで、坩堝及びヒータ部のうちの少なくとも一方を水冷チャンバと前記径方向で対向させることができる。従って、坩堝及びヒータ部のうちの少なくとも一方の輻射熱を水冷チャンバによって効率良く吸収することが可能となり、水冷チャンバ内の冷却に要する時間をより一層短縮し、生産効率を更に向上させることができる。
【００１２】
また、前記移動機構は、前記保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げる複数のシャフト部を備えていても良い。
【００１３】
この場合、移動機構が保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げるシャフト部を備えているので、単にシャフト部を進退させるという簡単な構成によって保温筒部を前記軸方向に沿って移動させることができる。
【００１４】
また、前記複数のシャフト部は、前記保温筒部の周方向に沿って配置されていても良い。
【００１５】
この場合、複数のシャフト部が、保温筒部の周方向に沿って配置されているので、各シャフト部にかかる保温筒部の荷重を一部のシャフト部に集中させ難くすることができる。これにより、保温筒部を安定した姿勢で確実に移動させることができると共に、保温筒部の荷重が集中することに起因してシャフト部が破損してしまうのを抑制することができる。
なお、複数のシャフト部のうち、周方向に隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている場合、前記荷重が一部のシャフト部に集中するのを効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、前記シャフト部と前記保温筒部との間には、前記保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在していても良い。
【００１７】
この場合、シャフト部と保温筒部との間には、保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在している。このため、シャフト部が仲介部材を介さずに保温筒部と連結されている場合と比べて、保温筒部を移動させる際に水冷チャンバ内にシャフト部が進入する量である進入量を小さく抑えることができる。従って、シャフト部が水冷チャンバ内の構成要素から放射される輻射熱等によって加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部を安定して進退させることができる。
【００１８】
また、前記シャフト部は、シャフト本体と、前記シャフト本体を冷却する冷却手段と、を備えていても良い。
【００１９】
この場合、シャフト部がシャフト本体を冷却する冷却手段を備えているので、仮にシャフト部が高温状況下の水冷チャンバ内に進入してシャフト本体が加熱されたとしても、シャフト本体を冷却手段によって冷却することができる。従って、シャフト本体が高温に加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部を安定して進退させることができる。
【００２０】
また、前記保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が前記水冷チャンバの内周面によって案内されるように形成されていても良い。
【００２１】
この場合、保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が水冷チャンバの内周面によって案内されるので、移動機構による保温筒部の移動を円滑且つ確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る単結晶シリコン製造装置によれば、水冷チャンバ内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す単結晶シリコン製造装置の模式的な下面図である。
【図３】図１に示す単結晶シリコン製造装置において移動機構を動作させた状態を示す一工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態を、図１から図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る単結晶シリコン製造装置の一実施形態の概略を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１に示す単結晶シリコン製造装置の模式的な下面図である。
本実施形態の単結晶シリコン製造装置１は、チョクラルスキー法によって原料多結晶シリコンＭから単結晶シリコンを製造するものである。
【００２５】
図１に示すように、単結晶シリコン製造装置１は、上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンＭが貯留される坩堝２と、坩堝２内に貯留された原料多結晶シリコンＭを加熱するヒータ部３と、坩堝２及びヒータ部３が径方向の内側に配置された保温筒部４と、坩堝２、ヒータ部３及び保温筒部４を内部に収容する水冷チャンバ５と、を備えている。なお、図示の例では、坩堝２内の原料多結晶シリコンＭが、溶融されたシリコン融液である状態を示している。
【００２６】
また、図示の例では、坩堝２及び保温筒部４は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置するように配設され、この共通軸は、鉛直方向と略一致するようになっている。以下、この共通軸を単に軸線Ｏと称し、図１に示す軸線Ｏに沿って紙面上側、つまり鉛直上側を単に上側、図１に示す軸線Ｏに沿って紙面下側、つまり鉛直下側を単に下側とそれぞれ称する。
【００２７】
水冷チャンバ５は、軸線Ｏ方向の両側に向けて開口する筒状のメインチャンバ６ａと、メインチャンバ６ａを下方から支持する有底筒状のベースチャンバ６ｂと、メインチャンバ６ａの上方にメインチャンバ６ａに着脱可能に連結されたトップチャンバ７と、トップチャンバ７の上方に連結された図示しないプルチャンバと、を備えている。メインチャンバ６ａ、ベースチャンバ６ｂ、トップチャンバ７及びプルチャンバは、いずれも例えばステンレス製の水冷ジャケット構造とされており、図示しない水路内に冷却水を流通させることで水冷可能とされている。
【００２８】
メインチャンバ６ａおよびベースチャンバ６ｂは、軸線Ｏと同軸に配置され、ベースチャンバ６ｂ内には、例えばカーボン（より具体的には黒鉛）からなるカップ状のスピルトレイ８が嵌合されている。このスピルトレイ８は、坩堝２が破損して原料多結晶シリコンＭが流出した場合であっても、この原料多結晶シリコンＭがベースチャンバ６ｂと接触することを防止するものであり、このスピルトレイ８により、坩堝２破損時の原料多結晶シリコンＭ流出を起因としたベースチャンバ６ｂの破損を防止することができる。図示の例では、スピルトレイ８は、軸線Ｏと同軸に配設されている。
【００２９】
また、図２に示すように、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８には、水冷チャンバ５の内部と外部とを連通する排気孔６ｃが軸線Ｏ方向に貫設されており、この排気孔６ｃには、図示しない真空ポンプが接続されている。水冷チャンバ５は、前記真空ポンプにより内部が減圧され、真空状態とされることが可能となっている。
また、図１に示すように、トップチャンバ７は、メインチャンバ６ａ上に同軸に載置されており、図示しない搬送機構によりメインチャンバ６ａから離脱可能とされている。
【００３０】
また、トップチャンバ７の上部には、トップチャンバ７の内部とプルチャンバの内部とを連通させる連通筒部７ａが形成されている。
プルチャンバ内には、シード（種結晶）を把持する図示しないシードチャックと、このシードチャックに把持されたシードをメインチャンバ６ａに対して相対的に回転及び昇降可能とする図示しないシードチャック駆動機構と、が設けられている。
【００３１】
坩堝２は、原料多結晶シリコンＭが貯留される石英坩堝２ａと、石英坩堝２ａを収納する黒鉛坩堝２ｂと、を備えている。図示の例では、石英坩堝２ａの上端は、黒鉛坩堝２ｂの上端より上側に位置している。
そして、坩堝２は、軸線Ｏ方向に沿って延在すると共にベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８に貫設された坩堝支持部９に下側から支持されている。図示の例では、坩堝２は、黒鉛坩堝２ｂの下面が坩堝支持部９の上面に設けられたペディスタル９ａに保持されることにより支持されている。
【００３２】
坩堝支持部９は、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８を軸線Ｏ方向に貫通するように形成された貫通孔に挿通され、軸線Ｏと同軸に配設されている。坩堝支持部９には、図示しない駆動機構が設けられており、坩堝支持部９は、この駆動機構により軸線Ｏ方向に沿った移動及び軸線Ｏ回り方向の回転がそれぞれ可能とされている。これにより、坩堝２は、軸線Ｏ方向に沿った移動及び軸線Ｏ回り方向の回転がそれぞれ可能とされている。
【００３３】
また、ベースチャンバ６ｂ及びスピルトレイ８には、軸線Ｏ方向に沿って黒鉛電極１０が貫設されている。図２に示すように、黒鉛電極１０は、複数（図示の例では４つ）設けられており、４つの黒鉛電極１０は、軸線Ｏ回りに沿って且つ隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている。また、各黒鉛電極１０には、図示しない電源が電気的に接続されている。そして、図１に示すように、これら黒鉛電極１０の上端には、前記ヒータ部３が電気的に接続されている。
【００３４】
ヒータ部３は、筒状に形成されると共に坩堝２を囲繞するヒータ本体３ａと、ヒータ本体３ａと黒鉛電極１０とを電気的且つ機械的に接続する電極継手３ｂと、を備えている。ヒータ部３及び電極継手３ｂと、黒鉛電極１０及び電極継手３ｂとはそれぞれボルト等の図示しない固定部材で固定されている。また、図示の例では、ヒータ部３の上端の軸線Ｏ方向に沿った位置は、黒鉛坩堝２ｂの上端の軸線Ｏ方向に沿った位置と同等とされている。
【００３５】
また、図示の例では、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端面には、軸線Ｏ方向に沿った平面視形状が前記周壁部８ａと同形同大に形成されたロアリング１１が載置されている。このロアリング１１は、軸線Ｏと同軸に配設され、例えば材質がカーボン（より具体的には黒鉛）で形成されている。そして、このロアリング１１の上面には、前記保温筒部４が載置されている。
【００３６】
保温筒部４は、例えば材質がカーボン（より具体的には黒鉛）で形成されている。また、図示の例では、保温筒部４の径方向に沿った大きさ（肉厚）は、スピルトレイ８の周壁部８ａにおける前記径方向に沿った大きさ（肉厚）と同等とされている。また、保温筒部４の上端は、メインチャンバ６ａの上端よりも下側に位置している。
【００３７】
そして、本実施形態では、単結晶シリコン製造装置１は、保温筒部４の少なくとも一部を軸線Ｏ方向に沿って移動させる移動機構１２を備えている。
図１及び図２に示すように、本実施形態では、移動機構１２は、保温筒部４の下端部を、ロアリング１１を介して軸線Ｏ方向に沿って押し上げる複数（図示の例では３つ）のシャフト部１３を備えている。図２に示すように、３つのシャフト部１３は、軸線Ｏ回り方向に沿って且つ隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている。更に図１に示すように、本実施形態では、移動機構１２は、複数のシャフト部１３それぞれを軸線Ｏ方向に進退させる複数の進退手段１４と、各進退手段１４を制御する制御部１５とを備えている。
【００３８】
図示の例では、進退手段１４は、モータ１６と、モータ１６の駆動により回転するネジ軸１７ａ及びネジ軸１７ａの回転に伴い軸線Ｏ方向に沿って移動するナット１７ｂを有するボールネジ１７と、ボールネジ１７のネジ軸１７ａを回転自在に支持する支持部材１８と、を備えている。モータ１６は、その駆動時にボールネジ１７のネジ軸１７ａが駆動されるように図示しない固定部材により固定され（空回りが規制され）、支持部材１８は、水冷チャンバ５の底面に固定されている。
また、制御部１５は、例えば汎用コンピュータ等で構成されると共に、各進退手段１４のボールネジ１７のナット１７ｂの軸線Ｏ方向に沿った移動量を制御するようにモータ１６を駆動させることが可能な構成とされている。
【００３９】
また、本実施形態では、シャフト部１３は、シャフト本体２０と、シャフト本体２０を冷却する冷却水路（冷却手段）２１と、を備えている。
シャフト本体２０は、例えばステンレスで形成され、軸線Ｏ方向に沿って延在されている。シャフト本体２０は、その下端部が、ボールネジ１７のナット１７ｂに連結されていると共に、その上端部が、ベースチャンバ６ｂの底壁部に軸線Ｏ方向に沿って形成された貫通孔６ｄ、及びスピルトレイ８の周壁部８ａに軸線Ｏ方向に沿って形成された貫通孔８ｂそれぞれに挿通されている。図示の例では、シャフト本体２０の上端は、ベースチャンバ６ｂの底壁部より上側に位置し、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端より下側に位置し、つまりスピルトレイ８の周壁部８ａの前記貫通孔８ｂ内に位置しているが、これに限られない。
【００４０】
冷却水路２１には、チューブ２１ｂを介して冷却水供給機構２１ａが接続されており、冷却水路２１は、冷却水供給機構２１ａから供給される冷却水が、シャフト本体２０の内部をシャフト本体２０の延在方向に沿って流通するように形成されている。更に、冷却水路２１は、チューブ２１ｂを介して冷却水がシャフト本体２０内と冷却水供給機構２１ａ内とを循環するように形成されている。以上により、冷却水路２１はシャフト本体２０を冷却可能とされている。
なお、シャフト本体２０とベースチャンバ６ｂの前記貫通孔６ｄとの間には、シール部材２２が介在している。
【００４１】
また、本実施形態では、シャフト部１３と保温筒部４との間には、保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材２３が介在している。
図示の例では、仲介部材２３は、前記ロアリング１１と、スピルトレイ８の周壁部８ａの前記貫通孔８ｂに挿通された挿通部材２４と、を備えている。
【００４２】
挿通部材２４は、例えばカーボン（より具体的には黒鉛）で、軸線Ｏ方向に沿って延びる棒状に形成されている。また、挿通部材２４の下端部は、シャフト部１３の上端部と図示しない固定部材により固定されている。また、挿通部材２４の上端面は、軸線Ｏ方向に垂直に交わる平坦面に形成されていると共に、スピルトレイ８の周壁部８ａの上端面と面一になっており、ロアリング１１の下面に当接している。
仲介部材２３は、前述のように材質がいずれも保温筒部４を構成する材質（カーボン、より具体的には黒鉛）により形成されており、これにより保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備している。また、仲介部材２３は、シャフト部１３と保温筒部４との間に軸線Ｏ方向に沿って介在している。
【００４３】
次に、単結晶シリコン製造装置１の作用について説明する。
始めに、単結晶シリコン製造装置１を用いた単結晶シリコン製造方法の一例を説明する。なおここでは、水冷チャンバ５内が予め所定の温度（例えば、約２００℃）以下に冷却されており、更に、原料多結晶シリコンＭが坩堝２内に充填されていない状態から説明を始める。
【００４４】
まず、トップチャンバ７をメインチャンバ６ａから離脱させた後、塊状の原料多結晶シリコンＭを石英坩堝２ａに充填し、離脱したトップチャンバ７をメインチャンバ６ａに装着させる。
次いで、ヒータ部３により原料多結晶シリコンＭを例えば１４２０℃に加熱してシリコン融液とし、シードを浸漬する部分近傍の原料多結晶シリコンＭを過冷却状態とする。
【００４５】
次いで、プルチャンバのシードチャックにシードを把持させた後、水冷チャンバ５内を真空状態とし、シードをシードチャック駆動機構により連通筒部７ａを通して下方に向けて移動させ、シリコン融液（原料多結晶シリコンＭ）に浸漬する。
そして、浸漬されたシードにシリコン融液をなじませた後、シードチャック及び坩堝２を、それぞれ適宜、回転及び昇降させつつシードをシリコン融液から引き上げて単結晶シリコンを成長させる。
以上により、単結晶シリコンが製造される。
【００４６】
図３は、図１に示す単結晶シリコン製造装置において移動機構を動作させた状態を示す一工程図である。
次に、前述のように単結晶シリコン製造の一連の工程が終了した後、再度この製造装置において単結晶シリコンを製造するために水冷チャンバ５内を冷却する方法の一例について説明する。
【００４７】
本実施形態では、まず、シャフト部１３の冷却水路２１に、冷却水供給機構２１ａから冷却水を供給する。
次いで、図３に示すように、制御部１５が、各進退手段１４のモータ１６を同期をとりながら駆動させ、全てのシャフト部１３を軸線Ｏ方向に沿って上側に同じ移動量だけ進出させる。これにより、シャフト部１３は、仲介部材２３を介して保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げることが可能となり、移動機構１２は、保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って上側に移動させることができる。
【００４８】
このとき制御部１５は、図３に示すように、進退手段１４に、坩堝２及びヒータ部３のうちの少なくとも一方が水冷チャンバ５と保温筒部４の径方向で対向するように保温筒部４を移動させる。図示の例では、移動機構１２によって、ヒータ部３、つまりヒータ本体３ａ及び電極継手３ｂが水冷チャンバ５と前記径方向で対向するように保温筒部４が移動されている。
【００４９】
そして、水冷チャンバ５内が所定の温度、例えば約２００℃まで冷却された後に、保温筒部４が初期位置、つまり仲介部材２３であるロアリング１１がスピルトレイ８の周壁部８ａに載置される位置まで軸線Ｏ方向に沿って移動されるように、制御部１５は、進退手段１４によりシャフト部１３を下側に後退させる。なお、この保温筒部４の移動の前に、前記単結晶シリコン製造方法で説明した原料多結晶シリコンＭの石英坩堝２ａへの充填を行っても構わない。
【００５０】
以上に示した単結晶シリコン製造装置１によれば、移動機構１２によって保温筒部４の少なくとも一部を軸線Ｏ方向に沿って移動させることができる。これにより、保温筒部４がロアリング１１に載置されている状態において、保温筒部４の内側に位置する領域Ｈ（図１および図３に示す２点鎖線内）に対して水冷チャンバ５の内面を露出させることが可能となり、前記領域Ｈ内部の熱を水冷チャンバ５に吸収させることができる。従って、水冷チャンバ５内の冷却に要する時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
しかも、本実施形態では、ヒータ部３を水冷チャンバ５と前記径方向で対向させることができる。従って、ヒータ部３の輻射熱を水冷チャンバ５によって効率良く吸収することが可能となり、水冷チャンバ５内の冷却に要する時間をより一層短縮し、生産効率を更に向上させることができる。
【００５１】
また、移動機構１２が保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げるシャフト部１３を備えているので、単にシャフト部１３を進退させるという簡単な構成によって保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って移動させることができる。
また、複数のシャフト部１３が、軸線Ｏ回り方向に沿って配置されているので、各シャフト部１３にかかる保温筒部４の荷重を一部のシャフト部１３に集中させ難くすることができる。これにより、保温筒部４を安定した姿勢で確実に移動させることができると共に、保温筒部４の荷重が集中することに起因してシャフト部１３が破損してしまうのを抑制することができる。
なお、複数のシャフト部１３のうち、軸線Ｏ回り方向に隣接するもの同士が互いに等しい間隔をあけて配置されている場合、前記荷重が一部のシャフト部１３に集中するのを効果的に抑制することができる。
【００５２】
また、シャフト部１３と保温筒部４との間には、保温筒部４を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材２３が介在している。このため、シャフト部１３が仲介部材２３を介さずに保温筒部４と連結されている場合と比べて、保温筒部４を移動させる際に水冷チャンバ５内にシャフト部１３が進入する量である進入量を小さく抑えることができる。従って、シャフト部１３が水冷チャンバ５内の構成要素から放射される輻射熱等によって加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部１３を安定して進退させることができる。
【００５３】
また、シャフト部１３がシャフト本体２０を冷却する冷却水路２１を備えているので、仮にシャフト部１３が高温状況下の水冷チャンバ５内に進入してシャフト本体２０が加熱されたとしても、シャフト本体２０を冷却水路２１を流通する冷却水によって冷却することができる。従って、シャフト本体２０が高温に加熱されるのを抑制することが可能となり、シャフト部１３を安定して進退させることができる。
【００５４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ヒータ部３は、坩堝２内の原料多結晶シリコンＭを加熱できれば、形状、構成及び配置位置等は、前記実施形態に示したものに限られない。
【００５５】
また、前記実施形態では、保温筒部４の全体を軸線Ｏ方向に沿って移動させるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、保温筒部が、上側の上側保温筒部と、下側の下側保温筒部と、から構成され、移動機構が、上側保温筒部のみを下側保温筒部に対して軸線Ｏ方向に沿って引き上げる等しても良い。この場合であっても、前記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５６】
また、前記実施形態では、移動機構１２は、ヒータ部３が水冷チャンバ５と前記径方向で対向するように保温筒部４を移動させたが、保温筒部４を軸線Ｏ方向に沿って移動させればこれに限られるものではない。例えば、移動機構は、坩堝が水冷チャンバと前記径方向で対向するように保温筒部を移動させても良いし、坩堝及びヒータ部のいずれもが水冷チャンバと前記径方向で対向するように保温筒部を移動させても良い。更にまた、保温筒部を移動させた後にヒータ部及び坩堝のいずれもが水冷チャンバと前記径方向で対向しなくても良い。
【００５７】
また、前記実施形態では、移動機構１２は、保温筒部４の下端部を軸線Ｏ方向に沿って押し上げる複数のシャフト部１３を備えるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、移動機構は、保温筒部を引き上げる引き上げ機構を備えていても良い。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３は軸線Ｏ回り方向に沿って互いに等しい間隔をあけて配置されていなくても良い。
【００５８】
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３と保温筒部４との間に仲介部材２３が介在していなくても良い。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、シャフト部１３は冷却水路（冷却手段）２１を有していなくても構わない。
また、移動機構１２がシャフト部１３を備える場合であっても、進退手段１４は前述の構成に限られず、例えば油圧シリンダやエアシリンダ等を採用しても良い。また、制御部１５は無くても構わない。
【００５９】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ 単結晶シリコン製造装置
２ 坩堝
３ ヒータ部
４ 保温筒部
５ 水冷チャンバ
１２ 移動機構
１３ シャフト部
２０ シャフト本体
２１ 冷却水路（冷却手段）
２３ 仲介部材
Ｍ 原料多結晶シリコン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンが貯留される坩堝と、
前記坩堝内に貯留された前記原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部と、
前記坩堝及び前記ヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部と、
前記坩堝、前記ヒータ部及び前記保温筒部を内部に収容する水冷チャンバと、を備え、
チョクラルスキー法によって前記原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する単結晶シリコン製造装置であって、
前記保温筒部の少なくとも一部を前記保温筒部の軸方向に沿って移動させる移動機構を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記移動機構は、前記坩堝及び前記ヒータ部のうちの少なくとも一方が前記水冷チャンバと前記径方向で対向するように前記保温筒部の少なくとも一部を移動させることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記移動機構は、前記保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げる複数のシャフト部を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記複数のシャフト部は、前記保温筒部の周方向に沿って配置されていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記シャフト部と前記保温筒部との間には、前記保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在していることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記シャフト部は、シャフト本体と、前記シャフト本体を冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が前記水冷チャンバの内周面によって案内されるように形成されていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項１】
上方に向けて開口すると共に、内部に原料多結晶シリコンが貯留される坩堝と、
前記坩堝内に貯留された前記原料多結晶シリコンを加熱するヒータ部と、
前記坩堝及び前記ヒータ部が径方向の内側に配置された保温筒部と、
前記坩堝、前記ヒータ部及び前記保温筒部を内部に収容する水冷チャンバと、を備え、
チョクラルスキー法によって前記原料多結晶シリコンから単結晶シリコンを製造する単結晶シリコン製造装置であって、
前記保温筒部の少なくとも一部を前記保温筒部の軸方向に沿って移動させる移動機構を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記移動機構は、前記坩堝及び前記ヒータ部のうちの少なくとも一方が前記水冷チャンバと前記径方向で対向するように前記保温筒部の少なくとも一部を移動させることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記移動機構は、前記保温筒部の下端部を前記軸方向に沿って押し上げる複数のシャフト部を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記複数のシャフト部は、前記保温筒部の周方向に沿って配置されていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記シャフト部と前記保温筒部との間には、前記保温筒部を構成する材質の融点と略同等の融点を具備する仲介部材が介在していることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記シャフト部は、シャフト本体と、前記シャフト本体を冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の単結晶シリコン製造装置であって、
前記保温筒部の少なくとも一部は、前記軸方向に沿った移動が前記水冷チャンバの内周面によって案内されるように形成されていることを特徴とする単結晶シリコン製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４０８６１（Ｐ２０１２−２４０８６１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９８３２（Ｐ２０１１−１０９８３２）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３９０００４８７９）三菱マテリアルテクノ株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３９０００４８７９）三菱マテリアルテクノ株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
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