単結晶引き上げ装置
【課題】単結晶引き上げに用いるワイヤーを、チャンバー内を汚染することなく、清浄度高く、効率的にクリーニングすることができる単結晶引き上げ装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤー１１により引き上げる単結晶引き上げ装置であって、少なくとも、ワイヤー１１に不活性ガスを側方から吹きつけてワイヤー１１の付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズル１２と、ワイヤー１１が上下回転動可能に挿通する貫通孔１４を有し、ガス吹きつけノズル１２からワイヤー１１に吹きつけられた不活性ガスをガス吹きつけノズル１２の反対の側方から吸引して排出するガス吸引管１０とからなり、上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構１を備えたものである。
【解決手段】少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤー１１により引き上げる単結晶引き上げ装置であって、少なくとも、ワイヤー１１に不活性ガスを側方から吹きつけてワイヤー１１の付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズル１２と、ワイヤー１１が上下回転動可能に挿通する貫通孔１４を有し、ガス吹きつけノズル１２からワイヤー１１に吹きつけられた不活性ガスをガス吹きつけノズル１２の反対の側方から吸引して排出するガス吸引管１０とからなり、上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構１を備えたものである。
【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り、単結晶を成長させる単結晶引き上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の単結晶棒を成長させる方法として、チョクラルスキー（ＣＺ）法が用いられている。ＣＺ法は、例えば、シリコン多結晶原料を石英ルツボ内で溶融し、単結晶種結晶（シード）をシリコンの融液に浸し、回転させながら単結晶棒を引き上げる方法である。
このような、単結晶引き上げ装置において、シードを引き上げる手段としてシャフトを用いる方法とワイヤを用いる方法とがあるが、近年では引き上げ装置の大型化により引き上げ機構の小型化が出来るワイヤー方式が主流である。
【０００３】
このようなワイヤーで引き上げる方式の単結晶引き上げ装置の一例を図４に示す。
図４に示す単結晶引き上げ装置１０１は、原料融液１０６が収容された昇降動可能なルツボ１０７が単結晶を育成するメインチャンバー１０２内に収納されており、該メインチャンバー１０２の上部には育成した単結晶を引き上げて取り出すための上部チャンバー１０３が連設されている。また、この上部チャンバー１０３は、成長した単結晶を収納するプルチャンバー１０４と、その上部に連接され、単結晶取り出し時等にシードチャック１１２及びシード（種結晶）１１３を退避させて格納する副チャンバー１０５とからなる。
【０００４】
このような単結晶引き上げ装置１０１を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック１１２に取り付けられたシード１１３を原料融液１０６に浸漬させた後、引き上げ機構１０８によりシード１１３を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー１１１を巻き上げ、シード１１３の先端部に単結晶を成長させる。このとき、シード１１３を融液に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り（ネッキング）、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大させて、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
この際、ガス供給源１１０からアルゴンガスを上部チャンバー１０３を通して炉内へ供給し、メインチャンバー１０２の下部から真空ポンプ１０９により炉内のガスを排出しながら単結晶引き上げが行われる。
【０００５】
このような単結晶引き上げ装置を用いたＣＺ法の単結晶引き上げにおいて、シリコン多結晶原料を溶融する工程や、シードを浸して細い径の部分を作るネッキング（絞り）工程等のシリコンの蒸発量が多い工程で、上部チャンバーやワイヤーにシリコンの酸化物が付着する。昨今の引き上げ装置では石英ルツボ口径が大きくなっているので、シリコン酸化物の蒸発量も多くなっている。
【０００６】
また、単結晶引き上げ装置のワイヤーは、図５に示すようなタングステン線等を撚り合わせた非自転性のワイヤーである。図５は、単結晶引き上げ装置に用いられるワイヤーの断面の構成例を３パターン示したものである。図５に示すように、単結晶引き上げ装置のワイヤーは多数の素線を撚り合わせたものであり、荷重が掛かると、ワイヤーの撚りが戻ってワイヤー伸びが発生する等して、素線どうしが擦れ合い付着した粉塵が発生する可能性がある。
さらに、ワイヤーは引き上げ機構内の巻取部のプーリ及びドラムと接触しながら巻き取られるので、金属のプーリとワイヤーの摩擦によってプーリの摩耗粉（金属粉）が発生する。
【０００７】
シリコン単結晶を成長させることを、無転位化（ＤＦ化）させるという。しかし、単結晶を成長させる際にスリップ転位が入り有転位化した場合は、再溶融をして再度単結晶成長（ＤＦ化）させなければならない。このようなスリップ転位の原因として、上述したワイヤーに付着した酸化物や金属粉の融液中への落下等が原因として考えられており、溶融したシリコン融液中に酸化物や金属粉が浮遊し結晶成長中に取り込まれることによって、その汚染物を起因としてスリップ転位が入り、結晶が有転位化してしまう。
【０００８】
従来の有転位化の対策として、操業と操業の間にチャンバーやホットゾーン（炉内部材）あるいはワイヤーを掃除する作業を行っている。また、結晶育成中に有転位化が繰り返される場合は有転位化した結晶を取り出し、ゲートバルブを閉めて上部チャンバの清掃やワイヤーなどをクリーニングして単結晶棒の製造を再開する。
ワイヤーのクリーニング方法としては、圧縮エアーを吹き付けて酸化物や金属粉などを除去するものや、コットンをアルコールに浸し拭き取る方法などがある。エアーの吹きつけによるクリーニングはチャンバ内や引き上げ室内を汚染する可能性があり、また、チャンバやワイヤーは高所にあるため清掃作業は困難で負担の多い作業となっている。また、クリーニング作業はチャンバ内を常圧に戻して行わないと出来ないため、半日は掛かる作業となり、引き上げ機構内の清掃を含めると１日を費やしてしまう。
【０００９】
このようなワイヤークリーニングとして、特許文献１、２には、ワイヤーに空気を吹きつける機構や、ワイヤーを振動させる機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３４８２９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記で開示されている技術では、ワイヤーの付着物を除去しきれず、また、ワイヤークリーニングの際に発生した粉塵によりチャンバー内が汚染されてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶引き上げに用いるワイヤーを、チャンバー内を汚染することなく、清浄度高く、効率的にクリーニングすることができる単結晶引き上げ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、前記メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤーにより引き上げる単結晶引き上げ装置であって、少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置を提供する。
【００１４】
このように、ガス吹きつけノズルでワイヤーに不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管で吸引して排出することで、ワイヤーの付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管の貫通孔をワイヤーが挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズルで不活性ガスが吹き付けられるワイヤーの領域は、ガス吸引管で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ内に融液が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤーを清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
以上より、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が向上する。
【００１５】
このとき、前記上部チャンバーが、プルチャンバーと、前記プルチャンバー上部に連接され、シードチャック及びシードを格納する副チャンバーとを具備し、前記副チャンバーに前記ワイヤークリーニング機構が配設されたものであることが好ましい。
このようにクリーニング機構を副チャンバーに配設することで、上部チャンバーの上方でワイヤー全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤーの引き上げ機構付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等からワイヤーへ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。
【００１６】
このとき、前記ガス吹きつけノズルの先端が、前記ガス吸引管内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズルの先端がガス吸引管内に挿入されることで、ガス吹きつけノズルからの不活性ガスがワイヤーのクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
【００１７】
このとき、前記ガス吸引管から排出される不活性ガス流量が、前記ガス吹きつけノズルから吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズルからのガスやワイヤーの付着物を、ガス吸引管により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
【００１８】
前記ガス吸引管内の圧力が、前記上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管内の圧力が上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をガス吸引管により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
【００１９】
前記ワイヤーの前記単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置を備えることで、ガス吹きつけノズルから吹きつける不活性ガスによるワイヤーの振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構でワイヤーをクリーニングすることができ、ワイヤーの付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
【００２０】
前記吹きつけられる不活性ガスが、Ａｒガスであることが好ましい。
このように、Ａｒガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズルからのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。
【００２１】
前記貫通孔が、前記ガス吸引管の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度も高くできる。
【００２２】
前記ガス吸引管が、前記上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプに接続されたものであり、該真空ポンプによってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプを、上部チャンバーのガス置換と本発明のクリーニング機構とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構を設ける際に生じる新たな装置コストを低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の単結晶引き上げ装置のクリーニング機構の実施態様の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の単結晶引き上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の単結晶引き上げ装置のガス吹きつけノズルの吹きつけ口の例を示す側面図と正面図である。
【図４】従来の単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【図５】一般的な単結晶引き上げ装置に用いられるワイヤーの断面の構成例を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の単結晶引き上げ装置のクリーニング機構の実施態様の一例を示す概略図である。図２は、本発明の単結晶引き上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。図３は、本発明の単結晶引き上げ装置のガス吹きつけノズルの吹きつけ口の例を示す側面図と正面図である。
【００２６】
図１、２に示す本発明の単結晶引き上げ装置２３は、原料融液２１が収容された昇降動可能なルツボ２０が、単結晶を育成するメインチャンバー１９内に収納されており、該メインチャンバー１９の上部には育成した単結晶を収容し取り出すための上部チャンバー１８が連設されている。また、ワイヤー１１を巻き上げて、その先端に取り付けられたシードチャック１６とシード（種結晶）１５を引き上げるための引き上げ機構２２が、上部チャンバー１８の上部に配置されている。
【００２７】
このような単結晶引き上げ装置２３を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック１６に取り付けられたシード１５を原料融液２１に浸漬させた後、引き上げ機構２２によりシード１５を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー１１を巻き上げ、シード１５の先端部に単結晶を成長させていく。この際、シード１５を融液２１に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り（ネッキング）、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大して、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
また、この単結晶引き上げ前に炉内のガス置換を行うために、ガス供給源２６からフィルター３１を介して、例えばアルゴンガスを炉内へ供給し、メインチャンバー１９の下部に接続された真空ポンプ２４により炉内のガス置換を行い、また、同様に単結晶引き上げ中にもアルゴンガスの供給と排出が行われる。この際の供給ガス流量は流量計３２で測定しながら、手動弁３３や空気式操作弁３０で制御する。また、排出ガス流量は、可変流量弁２９や空気式操作弁３０で制御する。
【００２８】
そして、本発明の単結晶引き上げ装置２３は、ワイヤー１１に不活性ガスを側方から吹きつけてワイヤー１１の付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズル１２と、ワイヤー１１が上下回転動可能に挿通する貫通孔１４を有し、ガス吹きつけノズル１２からワイヤー１１に吹きつけられた不活性ガスをガス吹きつけノズル１２の反対の側方から吸引して排出するガス吸引管１０とからなり、上部チャンバー１８に配設されたワイヤークリーニング機構１を備えたものである。このとき、ガス吹きつけノズル１２およびガス吸引管１０はステンレス鋼等の錆びにくい材質とすることが好ましい。
【００２９】
このように、ガス吹きつけノズル１２でワイヤー１１に不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管１０で吸引して排出することで、ワイヤー１１の付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管１０の貫通孔１４をワイヤー１１が挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズル１２で不活性ガスが吹き付けられるワイヤー１１の領域は、ガス吸引管１０で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ２０内に融液２１が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤー１１を清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
【００３０】
このような、本発明のクリーニング機構１で吹きつける不活性ガスとしては、特に限定されないが、Ａｒガスが好ましい。
このように、Ａｒガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズル１２からのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。従って、単結晶の成長に悪影響を及ぼすこともない。
【００３１】
また、図１、２に示すように、上部チャンバー１８が、成長した単結晶を収納するプルチャンバー１７と、その上部に連接され、シードチャック１６及びシード１５を格納する副チャンバー１３とを具備する場合には、副チャンバー１３に本発明のワイヤークリーニング機構１が配設されることが好ましい。
このようにクリーニング機構１を副チャンバー１３に配設することで、上部チャンバー１８の上方でワイヤー１１全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤー１１の引き上げ機構２２付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構２２のワイヤー巻き取り部等からワイヤー１１へ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。また、上部チャンバー１８が副チャンバー１３を具備しないものである場合には、本発明のクリーニング機構１を上部チャンバー１８の上方に配設することで、ワイヤー１１全体を効率的にクリーニングすることができ好ましい。
【００３２】
また、このときガス吸引管１０が、上部チャンバー１８のガス置換用の真空ポンプ２５に接続されたものであり、真空ポンプ２５によってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバー１８のガス置換用の真空ポンプ２５を、上部チャンバー１８のガス置換と本発明のクリーニング機構１とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構１を設ける際に生じる新たな装置の設置コストを低減できる。もちろん、このときの真空ポンプは、上記のような兼用でなくて別途設けてもよいし、また、種類としては、例えば酸化物の吸引に有効なドライ真空ポンプを用いることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の単結晶引き上げ装置２３が、ワイヤー１１の単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置２８を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置２８を備えることで、ガス吹きつけノズル１２から吹きつける不活性ガスによるワイヤー１１の振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構１でワイヤー１１をクリーニングすることができ、ワイヤー１１の付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
このワイヤー振れ止装置２８としては、特に限定されず、公知のものを用いることができ、ワイヤー長さによる振れ周期を考慮した装置等とすることができる。
【００３４】
ガス吹きつけノズル１２とガス吸引管１０の形状としては、特に限定されず、例えば図１に示すように、ガス吹きつけノズル１２の先端がガス吸引管１０内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズル１２の先端がガス吸引管１０内に挿入されることで、ガス吹きつけノズル１２からの不活性ガスがワイヤー１１のクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤー１１から吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
また、この場合は図１に示すように、ガス吸引管１０の先端を細くすることで、ガス吹きつけノズル１２との隙間を小さくして、ガスの吸引、排出をより効率的に行うことができる。また、ガス吹きつけノズル１２の先端を、ワイヤー１１に近づけることでクリーニング効果を高くできる。また、ガス吹きつけノズル１２がガス吸引管１０内に挿入されない場合には、ガス吸引管１０の先端を広げて、ワイヤー１１にガスが効果的に当たるようにするとともに、吹き飛ばされた付着物を捕捉し易くするようにすることもできる。
【００３５】
また、ガス吹きつけノズル１２の吹きつけ口としては、特に限定されず、例えば図３に示すような先端を潰してスリット状の吹きつけ口としたり（図３（ａ））、小さな孔を複数設けた吹きつけ口とすることで（図３（ｂ））、吹きつけ口でガス流速を増して、ワイヤーのクリーニングをより効果的に行うことができる。
このようなガス吹きつけノズル１２を、ガス供給源２７に接続して、流量計３２で流量を測定しながら、手動弁３３と空気式操作弁３０で制御しながら、フィルター３１を介して清浄なガスをワイヤー１１に吹き付けることができる。
【００３６】
また、図１に示すように、ガス吸引管１０の貫通孔１４が、ガス吸引管１０の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構２２のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管１０の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度もより高くできる。
【００３７】
この場合、ガス吸引管１０から排出される不活性ガス流量が、ガス吹きつけノズル１２から吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズル１２からのガスやワイヤー１１の付着物を、ガス吸引管１０により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
【００３８】
また、ガス吸引管１０内の圧力が、上部チャンバー１８内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管１０内の圧力が上部チャンバー１８内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤー１１から吹き飛ばされた付着物をガス吸引管１０により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
このとき、圧力の制御方法としては、図２に示すように、隔膜式真空計（差圧計）３４を用いて、ガス吸引管１０内と副チャンバー１３内の圧力差を検出しながら、可変流量弁（コンダクタンスバルブ）２９等で制御する。
【００３９】
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置２３におけるワイヤークリーニングは、例えば多結晶シリコンを溶融完了して、種付けし、シリコン単結晶を成長させる直前（単結晶引き上げ直前）や、成長させたシリコン単結晶棒をチャンバー外へ取り出す直前に行うことができる。以下、図１、２に示すような本発明の単結晶引き上げ装置２３におけるワイヤークリーニングを、単結晶引き上げ直前に行う場合について説明する。
【００４０】
単結晶引き上げ直前には、ルツボ２０内はシリコン多結晶原料が溶融された融液２１が収容されている。また、上部チャンバー１８内にガス供給源２６から例えばアルゴンガスが導入され、メインチャンバー１９の下部から真空ポンプ２４により排気され、その排気配管の可変流量弁２９によって、炉内圧を制御している。また、ワイヤー１１はほぼ巻き取られており、シードチャック１６とシード１５は副チャンバー１３内に格納され、図１に示すような状態になっている。
【００４１】
ここで、ガス吸引管１０が接続された真空ポンプ２５を作動させ、ガス吹きつけノズル１２側の空気式操作弁３０を開くと共に、ガス吸引管１０側の空気式操作弁３０を開ける。
吹きつけノズル１２からのガス流量（パージガス流量）としては、２〜１００ｌ／ｍｉｎの範囲で設定可能である。また、真空ポンプ２５の排気量（ガス吸引管１０の排出ガス流量）は、パージガス流量より大きく設定することで、吹きつけノズル１２からのガスがチャンバー内に漏れないようにすることができる。また、ガス吸引管１０内の圧力をチャンバー内圧力よりも低くなるように、ガス吸引管１０側の真空ポンプ２５に設けられた可変流量弁２９で制御することができ、このときの圧力差としては、−１０〜−１００ｈＰａ程度に制御することが好ましい。
【００４２】
次に、引き上げ機構２２を操作しながらワイヤー１１を融液２１の湯面近くまで回転させながら降下させることで、ワイヤー１１表面に付着している酸化物や金属粉を吹き飛ばして吸引することでクリーニングできる。また、ワイヤー１１をさらに上昇、下降させて複数回クリーニングすることで、クリーニング効果がより向上する。
また、上記のようなワイヤー１１の上下するスピードは例えば、１〜１０００ｍｍ／ｍｉｎ、回転速度は１〜３０ｒｐｍの範囲で調節可能である。
【００４３】
以上により、ワイヤークリーニングを数十分で完了することができ、最後にガス吹きつけノズル１２とガス吸引管１０の空気式操作弁３０を締めて真空ポンプ２５を止める。
また、このようなワイヤークリーニングを結晶取り出し前に行う際は、成長させたシリコン単結晶棒をプルチャンバー１７へ引き上げる際に、ワイヤークリーニング操作を行うことで、引き上げ機構２２への酸化物汚染も低減できる。
【００４４】
以上のような本発明の単結晶引き上げ装置であれば、ＤＦ化（無転位化）率（ＤＦで引き上げられた回数／引き上げた結晶総数）が、従来の装置に比べて２０〜３０％程度改善される。
【００４５】
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】
【００４６】
１…ワイヤークリーニング機構、
１０…ガス吸引管、 １１…ワイヤー、 １２…ガス吹きつけノズル、
１３…副チャンバー、 １４…貫通孔、 １５…シード、
１６…シードチャック、 １７…プルチャンバー、 １８…上部チャンバー、
１９…メインチャンバー、 ２０…ルツボ、 ２１…融液
２２…引き上げ機構、 ２３…単結晶引き上げ装置、
２４、２５…真空ポンプ、 ２６、２７…ガス供給源、
２８…ワイヤー振れ止め装置、 ２９…可変流量弁、 ３０…空気式操作弁、
３１…フィルター、 ３２…流量計、 ３３…手動弁、 ３４…隔膜式真空計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法により、単結晶を成長させる単結晶引き上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の単結晶棒を成長させる方法として、チョクラルスキー（ＣＺ）法が用いられている。ＣＺ法は、例えば、シリコン多結晶原料を石英ルツボ内で溶融し、単結晶種結晶（シード）をシリコンの融液に浸し、回転させながら単結晶棒を引き上げる方法である。
このような、単結晶引き上げ装置において、シードを引き上げる手段としてシャフトを用いる方法とワイヤを用いる方法とがあるが、近年では引き上げ装置の大型化により引き上げ機構の小型化が出来るワイヤー方式が主流である。
【０００３】
このようなワイヤーで引き上げる方式の単結晶引き上げ装置の一例を図４に示す。
図４に示す単結晶引き上げ装置１０１は、原料融液１０６が収容された昇降動可能なルツボ１０７が単結晶を育成するメインチャンバー１０２内に収納されており、該メインチャンバー１０２の上部には育成した単結晶を引き上げて取り出すための上部チャンバー１０３が連設されている。また、この上部チャンバー１０３は、成長した単結晶を収納するプルチャンバー１０４と、その上部に連接され、単結晶取り出し時等にシードチャック１１２及びシード（種結晶）１１３を退避させて格納する副チャンバー１０５とからなる。
【０００４】
このような単結晶引き上げ装置１０１を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック１１２に取り付けられたシード１１３を原料融液１０６に浸漬させた後、引き上げ機構１０８によりシード１１３を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー１１１を巻き上げ、シード１１３の先端部に単結晶を成長させる。このとき、シード１１３を融液に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り（ネッキング）、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大させて、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
この際、ガス供給源１１０からアルゴンガスを上部チャンバー１０３を通して炉内へ供給し、メインチャンバー１０２の下部から真空ポンプ１０９により炉内のガスを排出しながら単結晶引き上げが行われる。
【０００５】
このような単結晶引き上げ装置を用いたＣＺ法の単結晶引き上げにおいて、シリコン多結晶原料を溶融する工程や、シードを浸して細い径の部分を作るネッキング（絞り）工程等のシリコンの蒸発量が多い工程で、上部チャンバーやワイヤーにシリコンの酸化物が付着する。昨今の引き上げ装置では石英ルツボ口径が大きくなっているので、シリコン酸化物の蒸発量も多くなっている。
【０００６】
また、単結晶引き上げ装置のワイヤーは、図５に示すようなタングステン線等を撚り合わせた非自転性のワイヤーである。図５は、単結晶引き上げ装置に用いられるワイヤーの断面の構成例を３パターン示したものである。図５に示すように、単結晶引き上げ装置のワイヤーは多数の素線を撚り合わせたものであり、荷重が掛かると、ワイヤーの撚りが戻ってワイヤー伸びが発生する等して、素線どうしが擦れ合い付着した粉塵が発生する可能性がある。
さらに、ワイヤーは引き上げ機構内の巻取部のプーリ及びドラムと接触しながら巻き取られるので、金属のプーリとワイヤーの摩擦によってプーリの摩耗粉（金属粉）が発生する。
【０００７】
シリコン単結晶を成長させることを、無転位化（ＤＦ化）させるという。しかし、単結晶を成長させる際にスリップ転位が入り有転位化した場合は、再溶融をして再度単結晶成長（ＤＦ化）させなければならない。このようなスリップ転位の原因として、上述したワイヤーに付着した酸化物や金属粉の融液中への落下等が原因として考えられており、溶融したシリコン融液中に酸化物や金属粉が浮遊し結晶成長中に取り込まれることによって、その汚染物を起因としてスリップ転位が入り、結晶が有転位化してしまう。
【０００８】
従来の有転位化の対策として、操業と操業の間にチャンバーやホットゾーン（炉内部材）あるいはワイヤーを掃除する作業を行っている。また、結晶育成中に有転位化が繰り返される場合は有転位化した結晶を取り出し、ゲートバルブを閉めて上部チャンバの清掃やワイヤーなどをクリーニングして単結晶棒の製造を再開する。
ワイヤーのクリーニング方法としては、圧縮エアーを吹き付けて酸化物や金属粉などを除去するものや、コットンをアルコールに浸し拭き取る方法などがある。エアーの吹きつけによるクリーニングはチャンバ内や引き上げ室内を汚染する可能性があり、また、チャンバやワイヤーは高所にあるため清掃作業は困難で負担の多い作業となっている。また、クリーニング作業はチャンバ内を常圧に戻して行わないと出来ないため、半日は掛かる作業となり、引き上げ機構内の清掃を含めると１日を費やしてしまう。
【０００９】
このようなワイヤークリーニングとして、特許文献１、２には、ワイヤーに空気を吹きつける機構や、ワイヤーを振動させる機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３４８２９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記で開示されている技術では、ワイヤーの付着物を除去しきれず、また、ワイヤークリーニングの際に発生した粉塵によりチャンバー内が汚染されてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶引き上げに用いるワイヤーを、チャンバー内を汚染することなく、清浄度高く、効率的にクリーニングすることができる単結晶引き上げ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、前記メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤーにより引き上げる単結晶引き上げ装置であって、少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置を提供する。
【００１４】
このように、ガス吹きつけノズルでワイヤーに不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管で吸引して排出することで、ワイヤーの付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管の貫通孔をワイヤーが挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズルで不活性ガスが吹き付けられるワイヤーの領域は、ガス吸引管で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ内に融液が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤーを清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
以上より、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が向上する。
【００１５】
このとき、前記上部チャンバーが、プルチャンバーと、前記プルチャンバー上部に連接され、シードチャック及びシードを格納する副チャンバーとを具備し、前記副チャンバーに前記ワイヤークリーニング機構が配設されたものであることが好ましい。
このようにクリーニング機構を副チャンバーに配設することで、上部チャンバーの上方でワイヤー全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤーの引き上げ機構付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等からワイヤーへ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。
【００１６】
このとき、前記ガス吹きつけノズルの先端が、前記ガス吸引管内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズルの先端がガス吸引管内に挿入されることで、ガス吹きつけノズルからの不活性ガスがワイヤーのクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
【００１７】
このとき、前記ガス吸引管から排出される不活性ガス流量が、前記ガス吹きつけノズルから吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズルからのガスやワイヤーの付着物を、ガス吸引管により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
【００１８】
前記ガス吸引管内の圧力が、前記上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管内の圧力が上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をガス吸引管により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
【００１９】
前記ワイヤーの前記単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置を備えることで、ガス吹きつけノズルから吹きつける不活性ガスによるワイヤーの振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構でワイヤーをクリーニングすることができ、ワイヤーの付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
【００２０】
前記吹きつけられる不活性ガスが、Ａｒガスであることが好ましい。
このように、Ａｒガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズルからのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。
【００２１】
前記貫通孔が、前記ガス吸引管の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度も高くできる。
【００２２】
前記ガス吸引管が、前記上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプに接続されたものであり、該真空ポンプによってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプを、上部チャンバーのガス置換と本発明のクリーニング機構とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構を設ける際に生じる新たな装置コストを低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の単結晶引き上げ装置のクリーニング機構の実施態様の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の単結晶引き上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の単結晶引き上げ装置のガス吹きつけノズルの吹きつけ口の例を示す側面図と正面図である。
【図４】従来の単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【図５】一般的な単結晶引き上げ装置に用いられるワイヤーの断面の構成例を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の単結晶引き上げ装置のクリーニング機構の実施態様の一例を示す概略図である。図２は、本発明の単結晶引き上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。図３は、本発明の単結晶引き上げ装置のガス吹きつけノズルの吹きつけ口の例を示す側面図と正面図である。
【００２６】
図１、２に示す本発明の単結晶引き上げ装置２３は、原料融液２１が収容された昇降動可能なルツボ２０が、単結晶を育成するメインチャンバー１９内に収納されており、該メインチャンバー１９の上部には育成した単結晶を収容し取り出すための上部チャンバー１８が連設されている。また、ワイヤー１１を巻き上げて、その先端に取り付けられたシードチャック１６とシード（種結晶）１５を引き上げるための引き上げ機構２２が、上部チャンバー１８の上部に配置されている。
【００２７】
このような単結晶引き上げ装置２３を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック１６に取り付けられたシード１５を原料融液２１に浸漬させた後、引き上げ機構２２によりシード１５を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー１１を巻き上げ、シード１５の先端部に単結晶を成長させていく。この際、シード１５を融液２１に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り（ネッキング）、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大して、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
また、この単結晶引き上げ前に炉内のガス置換を行うために、ガス供給源２６からフィルター３１を介して、例えばアルゴンガスを炉内へ供給し、メインチャンバー１９の下部に接続された真空ポンプ２４により炉内のガス置換を行い、また、同様に単結晶引き上げ中にもアルゴンガスの供給と排出が行われる。この際の供給ガス流量は流量計３２で測定しながら、手動弁３３や空気式操作弁３０で制御する。また、排出ガス流量は、可変流量弁２９や空気式操作弁３０で制御する。
【００２８】
そして、本発明の単結晶引き上げ装置２３は、ワイヤー１１に不活性ガスを側方から吹きつけてワイヤー１１の付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズル１２と、ワイヤー１１が上下回転動可能に挿通する貫通孔１４を有し、ガス吹きつけノズル１２からワイヤー１１に吹きつけられた不活性ガスをガス吹きつけノズル１２の反対の側方から吸引して排出するガス吸引管１０とからなり、上部チャンバー１８に配設されたワイヤークリーニング機構１を備えたものである。このとき、ガス吹きつけノズル１２およびガス吸引管１０はステンレス鋼等の錆びにくい材質とすることが好ましい。
【００２９】
このように、ガス吹きつけノズル１２でワイヤー１１に不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管１０で吸引して排出することで、ワイヤー１１の付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管１０の貫通孔１４をワイヤー１１が挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズル１２で不活性ガスが吹き付けられるワイヤー１１の領域は、ガス吸引管１０で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ２０内に融液２１が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤー１１を清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
【００３０】
このような、本発明のクリーニング機構１で吹きつける不活性ガスとしては、特に限定されないが、Ａｒガスが好ましい。
このように、Ａｒガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズル１２からのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。従って、単結晶の成長に悪影響を及ぼすこともない。
【００３１】
また、図１、２に示すように、上部チャンバー１８が、成長した単結晶を収納するプルチャンバー１７と、その上部に連接され、シードチャック１６及びシード１５を格納する副チャンバー１３とを具備する場合には、副チャンバー１３に本発明のワイヤークリーニング機構１が配設されることが好ましい。
このようにクリーニング機構１を副チャンバー１３に配設することで、上部チャンバー１８の上方でワイヤー１１全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤー１１の引き上げ機構２２付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構２２のワイヤー巻き取り部等からワイヤー１１へ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。また、上部チャンバー１８が副チャンバー１３を具備しないものである場合には、本発明のクリーニング機構１を上部チャンバー１８の上方に配設することで、ワイヤー１１全体を効率的にクリーニングすることができ好ましい。
【００３２】
また、このときガス吸引管１０が、上部チャンバー１８のガス置換用の真空ポンプ２５に接続されたものであり、真空ポンプ２５によってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバー１８のガス置換用の真空ポンプ２５を、上部チャンバー１８のガス置換と本発明のクリーニング機構１とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構１を設ける際に生じる新たな装置の設置コストを低減できる。もちろん、このときの真空ポンプは、上記のような兼用でなくて別途設けてもよいし、また、種類としては、例えば酸化物の吸引に有効なドライ真空ポンプを用いることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の単結晶引き上げ装置２３が、ワイヤー１１の単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置２８を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置２８を備えることで、ガス吹きつけノズル１２から吹きつける不活性ガスによるワイヤー１１の振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構１でワイヤー１１をクリーニングすることができ、ワイヤー１１の付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
このワイヤー振れ止装置２８としては、特に限定されず、公知のものを用いることができ、ワイヤー長さによる振れ周期を考慮した装置等とすることができる。
【００３４】
ガス吹きつけノズル１２とガス吸引管１０の形状としては、特に限定されず、例えば図１に示すように、ガス吹きつけノズル１２の先端がガス吸引管１０内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズル１２の先端がガス吸引管１０内に挿入されることで、ガス吹きつけノズル１２からの不活性ガスがワイヤー１１のクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤー１１から吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
また、この場合は図１に示すように、ガス吸引管１０の先端を細くすることで、ガス吹きつけノズル１２との隙間を小さくして、ガスの吸引、排出をより効率的に行うことができる。また、ガス吹きつけノズル１２の先端を、ワイヤー１１に近づけることでクリーニング効果を高くできる。また、ガス吹きつけノズル１２がガス吸引管１０内に挿入されない場合には、ガス吸引管１０の先端を広げて、ワイヤー１１にガスが効果的に当たるようにするとともに、吹き飛ばされた付着物を捕捉し易くするようにすることもできる。
【００３５】
また、ガス吹きつけノズル１２の吹きつけ口としては、特に限定されず、例えば図３に示すような先端を潰してスリット状の吹きつけ口としたり（図３（ａ））、小さな孔を複数設けた吹きつけ口とすることで（図３（ｂ））、吹きつけ口でガス流速を増して、ワイヤーのクリーニングをより効果的に行うことができる。
このようなガス吹きつけノズル１２を、ガス供給源２７に接続して、流量計３２で流量を測定しながら、手動弁３３と空気式操作弁３０で制御しながら、フィルター３１を介して清浄なガスをワイヤー１１に吹き付けることができる。
【００３６】
また、図１に示すように、ガス吸引管１０の貫通孔１４が、ガス吸引管１０の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構２２のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管１０の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度もより高くできる。
【００３７】
この場合、ガス吸引管１０から排出される不活性ガス流量が、ガス吹きつけノズル１２から吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズル１２からのガスやワイヤー１１の付着物を、ガス吸引管１０により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
【００３８】
また、ガス吸引管１０内の圧力が、上部チャンバー１８内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管１０内の圧力が上部チャンバー１８内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤー１１から吹き飛ばされた付着物をガス吸引管１０により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
このとき、圧力の制御方法としては、図２に示すように、隔膜式真空計（差圧計）３４を用いて、ガス吸引管１０内と副チャンバー１３内の圧力差を検出しながら、可変流量弁（コンダクタンスバルブ）２９等で制御する。
【００３９】
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置２３におけるワイヤークリーニングは、例えば多結晶シリコンを溶融完了して、種付けし、シリコン単結晶を成長させる直前（単結晶引き上げ直前）や、成長させたシリコン単結晶棒をチャンバー外へ取り出す直前に行うことができる。以下、図１、２に示すような本発明の単結晶引き上げ装置２３におけるワイヤークリーニングを、単結晶引き上げ直前に行う場合について説明する。
【００４０】
単結晶引き上げ直前には、ルツボ２０内はシリコン多結晶原料が溶融された融液２１が収容されている。また、上部チャンバー１８内にガス供給源２６から例えばアルゴンガスが導入され、メインチャンバー１９の下部から真空ポンプ２４により排気され、その排気配管の可変流量弁２９によって、炉内圧を制御している。また、ワイヤー１１はほぼ巻き取られており、シードチャック１６とシード１５は副チャンバー１３内に格納され、図１に示すような状態になっている。
【００４１】
ここで、ガス吸引管１０が接続された真空ポンプ２５を作動させ、ガス吹きつけノズル１２側の空気式操作弁３０を開くと共に、ガス吸引管１０側の空気式操作弁３０を開ける。
吹きつけノズル１２からのガス流量（パージガス流量）としては、２〜１００ｌ／ｍｉｎの範囲で設定可能である。また、真空ポンプ２５の排気量（ガス吸引管１０の排出ガス流量）は、パージガス流量より大きく設定することで、吹きつけノズル１２からのガスがチャンバー内に漏れないようにすることができる。また、ガス吸引管１０内の圧力をチャンバー内圧力よりも低くなるように、ガス吸引管１０側の真空ポンプ２５に設けられた可変流量弁２９で制御することができ、このときの圧力差としては、−１０〜−１００ｈＰａ程度に制御することが好ましい。
【００４２】
次に、引き上げ機構２２を操作しながらワイヤー１１を融液２１の湯面近くまで回転させながら降下させることで、ワイヤー１１表面に付着している酸化物や金属粉を吹き飛ばして吸引することでクリーニングできる。また、ワイヤー１１をさらに上昇、下降させて複数回クリーニングすることで、クリーニング効果がより向上する。
また、上記のようなワイヤー１１の上下するスピードは例えば、１〜１０００ｍｍ／ｍｉｎ、回転速度は１〜３０ｒｐｍの範囲で調節可能である。
【００４３】
以上により、ワイヤークリーニングを数十分で完了することができ、最後にガス吹きつけノズル１２とガス吸引管１０の空気式操作弁３０を締めて真空ポンプ２５を止める。
また、このようなワイヤークリーニングを結晶取り出し前に行う際は、成長させたシリコン単結晶棒をプルチャンバー１７へ引き上げる際に、ワイヤークリーニング操作を行うことで、引き上げ機構２２への酸化物汚染も低減できる。
【００４４】
以上のような本発明の単結晶引き上げ装置であれば、ＤＦ化（無転位化）率（ＤＦで引き上げられた回数／引き上げた結晶総数）が、従来の装置に比べて２０〜３０％程度改善される。
【００４５】
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】
【００４６】
１…ワイヤークリーニング機構、
１０…ガス吸引管、 １１…ワイヤー、 １２…ガス吹きつけノズル、
１３…副チャンバー、 １４…貫通孔、 １５…シード、
１６…シードチャック、 １７…プルチャンバー、 １８…上部チャンバー、
１９…メインチャンバー、 ２０…ルツボ、 ２１…融液
２２…引き上げ機構、 ２３…単結晶引き上げ装置、
２４、２５…真空ポンプ、 ２６、２７…ガス供給源、
２８…ワイヤー振れ止め装置、 ２９…可変流量弁、 ３０…空気式操作弁、
３１…フィルター、 ３２…流量計、 ３３…手動弁、 ３４…隔膜式真空計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、前記メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤーにより引き上げる単結晶引き上げ装置であって、
少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項２】
前記上部チャンバーが、プルチャンバーと、前記プルチャンバー上部に連接され、シードチャック及びシードを格納する副チャンバーとを具備し、前記副チャンバーに前記ワイヤークリーニング機構が配設されたものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項３】
前記ガス吹きつけノズルの先端が、前記ガス吸引管内に挿入されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記ガス吸引管から排出される不活性ガス流量が、前記ガス吹きつけノズルから吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記ガス吸引管内の圧力が、前記上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項６】
前記ワイヤーの前記単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置を備えたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項７】
前記吹きつけられる不活性ガスが、Ａｒガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項８】
前記貫通孔が、前記ガス吸引管の下側よりも上側の孔が大きいものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項９】
前記ガス吸引管が、前記上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプに接続されたものであり、該真空ポンプによってガスを吸引して排出するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項１】
少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、前記メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤーにより引き上げる単結晶引き上げ装置であって、
少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項２】
前記上部チャンバーが、プルチャンバーと、前記プルチャンバー上部に連接され、シードチャック及びシードを格納する副チャンバーとを具備し、前記副チャンバーに前記ワイヤークリーニング機構が配設されたものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項３】
前記ガス吹きつけノズルの先端が、前記ガス吸引管内に挿入されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記ガス吸引管から排出される不活性ガス流量が、前記ガス吹きつけノズルから吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記ガス吸引管内の圧力が、前記上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項６】
前記ワイヤーの前記単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置を備えたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項７】
前記吹きつけられる不活性ガスが、Ａｒガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項８】
前記貫通孔が、前記ガス吸引管の下側よりも上側の孔が大きいものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項９】
前記ガス吸引管が、前記上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプに接続されたものであり、該真空ポンプによってガスを吸引して排出するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の単結晶引き上げ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３２１４２（Ｐ２０１１−３２１４２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２３３３（Ｐ２００９−１８２３３３）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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