単結晶引上装置の輻射シールド
【課題】単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールドを提供する。
【解決手段】シリコン単結晶Ｃを包囲するようにルツボ上方に配置される輻射シールド６であって、円筒状の直胴部６ｂと、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口６ａを形成する下肩部６ｃとを有し、前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材１０を備える。
【解決手段】シリコン単結晶Ｃを包囲するようにルツボ上方に配置される輻射シールド６であって、円筒状の直胴部６ｂと、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口６ａを形成する下肩部６ｃとを有し、前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材１０を備える。
【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（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を育成しながら引き上げる単結晶引上装置に用いられる輻射シールドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、図２０に示すように、ヒータ５２の熱によりルツボ５０内にシリコンの溶融液Ｍを形成し、その表面に種結晶Ｐを接触させ、ルツボ５０を回転させるとともに、この種結晶Ｐを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Ｐの下端に単結晶Ｃを形成していくものである。
【０００３】
このＣＺ法を実施する単結晶引上装置においては、特許文献１に開示されるように、単結晶Ｃの引上領域を囲むように、ルツボの上方に輻射シールド５１が設けられる。この輻射シールド５１は、育成する単結晶Ｃの外周面への輻射熱を効果的に遮断するものであって、これにより引き上げ中の単結晶Ｃの凝固を促進し、単結晶Ｃを速やかに冷却することができる。また、図示するように輻射シールド５１の内側に水冷体５３を配置した構成の場合には結晶からの抜熱効果が向上するため、引上速度を速くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９２２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２０の構成にあっては、輻射シールド５１において、その下端部開口５１ａの厚さ寸法ｔが小さすぎると、結晶外周面に対する熱遮蔽効果が不十分になるという課題があった。特に、図示するように水冷体５３が配置され、更にルツボ側方から水平方向に磁場が印加される（横磁場と呼ぶ）構成にあっては、溶融液Ｍにおいて中心側から外側に向かう離心流（図示せず）が発生し、結晶の周りに過冷却部が形成されやすくなり、育成する単結晶が有転位化しやすいという課題があった。
一方、下端部開口５１ａの厚さ寸法ｔが大きすぎると、結晶の有転位化を抑制はできるが、水冷体５３が溶融液面から遠くなり、結晶外周面からの熱が散発され難くなるため、結晶引上速度を速くすることができず、グローイン欠陥などの結晶欠陥が発生しやすくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置の輻射シールドにおいて、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールド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】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドは、ルツボ内のシリコン溶融液に対し水平方向に磁場を印加すると共に、種結晶を前記溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において用いられる前記シリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置される輻射シールドであって、円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口を形成する下肩部とを有し、前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材を備えることに特徴を有する。
尚、前記熱遮蔽部材の厚さ寸法ｔ１は、前記ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、前記ルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶の直胴部径をΦ１とすると、下記の式（１）により規定されることが望ましい。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
【０００８】
このような構成によれば、単結晶の保温改善により溶融液の所定領域における過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。更に、熱遮蔽部材が設置されない大部分の領域においては、従来通りに水冷体による効果を得ることができるため、結晶をより高速に引き上げ、且つ結晶欠陥を抑制することができる。
【０００９】
また、前記熱遮蔽部材は、該熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析に基づき、シリコン溶融液への水平の磁場印加方向に対するルツボ中心軸からの回転角度に従い、１つ又は複数配置されていることが望ましい。
このように熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析を行うことにより、過冷却の領域を特定することができ、その領域に対応する位置に熱遮蔽部材を配置することにより、前記溶融液の過冷却を防止することができる。
【００１０】
また、前記熱遮蔽部材は、前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動自在に設けられていることが望ましく、前記熱遮蔽部材を前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動させる熱遮蔽部材移動手段を備えることが好ましい。
このように構成することにより、単結晶の育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて適宜、熱遮蔽部材の位置を調整し、より効果的に単結晶の保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る輻射シールドが配備された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の単結晶引上装置が具備する輻射シールドの第１の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図４】図４は、ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さＤ０、及びルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さＤｃｒｕを定義する断面図である。
【図５】図５は、ルツボから引き上げる単結晶の直胴部径Φ１を定義する断面図である。
【図６】図６は、熱遮蔽インナー部材を設けない輻射シールドを用い、横磁場印加の下、単結晶を直胴部長さ１５０ｍｍ引き上げた時点の結晶外周直下における溶融液温度をコンピュータ解析したグラフである。
【図７】図７は、熱遮蔽インナー部材を設けない輻射シールドの一部拡大断面図である。
【図８】図８は、図７のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図９】図９は、本発明に係る輻射シールドの第２の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、図９のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図１１】図１１は、図９の輻射シールドが具備する各制御棒に連結される角回転装置を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１の各回転装置の支持盤が有するギア盤の形状を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１１の各回転装置の支持盤が有する底部支持盤の平面図であり、図１３（ｂ）は上部支持盤の平面図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る輻射シールドの第３の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図１６】図１６は、図１４の輻射シールドが具備する各制御棒に連結される角回転装置を模式的に示す斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の回転装置の支持盤が有するギア盤の形状を示す平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、図１６の回転装置の支持盤が有する底部支持盤の平面図であり、図１８（ｂ）は上部支持盤の平面図である。
【図１９】図１９は、本発明に係る実施例、及び比較例の結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、従来の単結晶引上装置及び輻射シールドの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドの実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る輻射シールドが配置された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【００１４】
この単結晶引上装置１は、メインチャンバ（図示せず）内に設けられたルツボ２と、ルツボ２に装填された半導体原料（原料ポリシリコン）Ｍを溶融するヒータ３と、育成される単結晶Ｃをワイヤ４で引上げる引上げ機構５とを有している。尚、ルツボ２は、二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ２ａ、外側が黒鉛ルツボ２ｂで構成されている。また、ワイヤ４の先端に種結晶Ｐが取り付けられている。
【００１５】
また、ルツボ２の上方且つ近傍には、育成中の単結晶Ｃに対するヒータ３や溶融液Ｍ等からの余計な輻射熱を遮蔽するために輻射シールド６が設けられている。この輻射シールド６は、単結晶Ｃの周囲を包囲する円筒状の直胴部６ｂと、前記直胴部６ｂの下端から内側に湾曲し、下端部開口６ａを形成する下肩部６ｃとを有している。
また、輻射シールド６は、所定の厚さに形成された外筒部材７が炉体（図示せず）に固定され、外筒部材７の内側に断熱部材８が設けられている。前記外筒部材７は、例えば高純度な黒鉛、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛により形成されている。また、前記断熱部材８は、例えばカーボン繊維からなるフェルト材によって形成されている。
【００１６】
更に、輻射シールド６は、その下端部開口６ａの周縁部において、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽インナー部材１０（熱遮蔽部材）を複数（本実施形態では４つ）具備している。これら熱遮蔽インナー部材１０は、例えばカーボン繊維からなるフェルト材によって形成され、その内側に位置する単結晶Ｃの外周面を部分的に熱遮蔽するために設けられている。尚、輻射シールド６及び熱遮蔽インナー部材１０の下端と溶融液面との間の距離寸法（ギャップ）は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を維持するよう制御される。
また、輻射シールド６の直胴部６ｂの内側には、円筒状の水冷体９が配備されている。この水冷体９には、冷却水供給手段（図示せず）によって冷却水が供給され、循環することによって所定温度が維持されるように構成されている。
【００１７】
続いて輻射シールド６に具備される前記熱遮蔽インナー部材１０について詳しく説明する。図２は、輻射シールドの第１の実施形態を示す一部拡大断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
熱遮蔽インナー部材１０は、図２，図３に示すように前記輻射シールド６の下端部開口６ａの周縁部において複数（本実施形態では４つ）設けられる。各熱遮蔽インナー部材１０は、図３に示すように下端部開口６ａの周方向に沿った円弧状に形成され、図２に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａの内周面側縁部に設けられた支持インナー部材１１に係止し取り付けられている。具体的には、図２に示すように前記支持インナー部材１１は円環溝状（上面側に溝）に形成され、その溝部１１ａに熱遮蔽インナー部材１０の上部に形成されたフック１０ａが係止している。
【００１８】
ここで、図４，図５に示すように、ルツボ２内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、ルツボ２の内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶Ｃの直胴部径をΦ１とすると、図２に示す熱遮蔽インナー部材１０の厚さ（高さ）寸法ｔ１は、式（１）により規定される。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
また、支持インナー部材１１の厚さ（高さ）寸法ｔ２は、式（２）により規定される。
（数２）
ｔ２＝（０．１〜０．８）・ｔ１ ・・・（２）
【００１９】
また、図２に示す輻射シールド６の中心軸から熱遮蔽インナー部材１０の内側先端までの距離Ｒ１は、式（３）により規定される。
（数３）
Ｒ１＝（０．５〜０．６）・Φ１・・・（３）
【００２０】
また、図３に示すように下端部開口６ａの半径をΦ２とすると、輻射シールド６の下端部開口６ａの半径Ｒ２は、式（４）により規定される。
（数４）
Ｒ２≦０．５・Φ２・・・（４）
【００２１】
さらに、図２に示す、熱遮蔽インナー部材１０が前記支持インナー部材１１に係止した状態における各寸法Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７は、式（５）〜式（１０）のように規定される。
（数５）
Ｒ３＝（１〜２）・Ｒ１ ・・・（５）
Ｒ４≧Ｒ３ ・・・（６）
Ｒ５＝（１．０１〜１．１）・Ｒ４ ・・・（７）
Ｒ６≧Ｒ５ ・・・（８）
Ｒ７＝（１．０１〜１．２）・Ｒ６ ・・・（９）
Ｒ７≧０．５・Φ２・・・（１０）
【００２２】
また、図３に示す輻射シールド６の中心軸から支持インナー部材１１の各部までの距離Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０は、式（１１）〜式（１３）のように規定される。
（数６）
Ｒ８≧Ｒ７ ・・・（１１）
Ｒ９＝（１．０１〜１．１）・Ｒ８ ・・・（１２）
Ｒ１０＝（Ｒ８＋Ｒ９）／２ ・・・（１３）
【００２３】
また、図３に示す各熱遮蔽インナー部材１０の横磁場Ｂの印加方向に対する周方向の設置角度（回転角度）α１〜α４は、それぞれ式（１４）のように規定され、熱遮蔽インナー部材１０の周方向長さを定める角度β１〜β４は、式（１５）のように規定される。
（数７）
α１〜４＝０°〜３６０° ・・・（１４）
β１〜４＝１°〜８０° ・・・（１５）
【００２４】
前記α１〜４、並びにβ１〜４の角度は、例えば、次のように決定される。図６は、図７、８に示すように熱遮蔽インナー部材１０を設けない従来の輻射シールド（従来輻射シールド１〜３）を用い、横磁場印加の下、単結晶を直胴部長さ１５０ｍｍ引き上げた時点の結晶外周直下における溶融液温度をコンピュータ解析したグラフである。尚、従来輻射シールド１は、ｔ４＝２０ｍｍ、ｔ５＝１００ｍｍであり、従来輻射シールド２は、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍであり、従来輻射シールド３は、ｔ４＝８５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍである。また、図６のグラフの横軸は磁場印加方向に対する回転角度であり、縦軸は結晶外周直下における溶融液温度である。
【００２５】
このグラフに示されるように、従来輻射シールド２，３を用いて多量のシリコン原料をチャージした場合、磁場印加方向に対して４５°、１３５°、２２５°、３１５°の付近において結晶外周付近における溶融液面は低温となっている。
この解析結果に基づき、前記熱遮蔽インナー部材１０は、α１＝４５°、α２＝１３５°、α３＝２２５°、α４＝３１５°の位置に、β１〜４＝１５°となる幅で配置される。それにより、熱遮蔽インナー部材１０の設置部位に対応する溶融液面の水冷体９による冷却効果が緩和され、その過冷却が防止される。
【００２６】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第１の実施形態によれば、単結晶Ｃの保温改善により溶融液Ｍの所定領域における過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。更に、熱遮蔽インナー部材１０が設置されない大部分の領域においては、従来通りに水冷体９による効果を得ることができるため、結晶をより高速に引き上げ、且つ結晶欠陥を抑制することができる。
尚、前記第１の実施形態においては、熱遮蔽インナー部材１０を支持インナー部材１１により係止して配備するものとしたが、支持インナー部材１１を設けず、熱遮蔽インナー部材１０を輻射シールド６に対して（螺子留めなどにより）直接的に取り付けてもよい。
また、輻射シールド６を作製する段階において、この輻射シールド６に熱遮蔽インナー部材１０を一体形成してもよい。
【００２７】
続いて、本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態について説明する。図９は、本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態を示す一部拡大断面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体）である。
この輻射シールドの第２の実施形態にあっては、前記した第１の実施形態とは、熱遮蔽インナー部材１０を支持する支持インナー部材及びそれに係る構成が異なり、図において共通の構成については同じ符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図１０に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａの内周面側縁部には、４つの熱遮蔽インナー部材１０にそれぞれ対応して、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ設けられている。これら支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ前記下端部開口６ａの内周面側縁部において周方向に沿って摺動自在に設けられている。
また、図示するように、各支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄには、垂直上方に延びる所定長さの制御棒１３Ａ〜１３Ｄ（熱遮蔽部材移動手段）が立設され、各支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ対応する制御棒１３Ａ〜１３Ｄによって独立して周方向に移動させることが可能となっている。即ち、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄを独立に操作することにより、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄに係止する熱遮蔽インナー部材１０を前記下端部開口６ａにおいて周方向に移動させるように構成されている。
【００２９】
各制御棒１３Ａ〜１３Ｄは、具体的には図１１に示すような角回転装置１４（熱遮蔽部材移動手段）により操作される。図１１は、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄに連結される角回転装置１４を模式的に示す斜視図である。この角回転装置１４は、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄにそれぞれ対応して設けられる（即ち本形態では４基）。各制御棒１３Ａ〜１３Ｄの上端は、角回転装置１４の支持盤１５に接続される。角回転装置１４の支持盤１５は、略円弧状に形成された中空の支持盤容器１６を有し、この支持盤容器１６には、図１２に示すように外周側にギア面が形成された円弧状のギア盤１７が周方向に沿って摺動自在に配置されている。尚、ギア盤１７の形状は、例えば図１２に示すように（輻射シールド６の）中心軸からの距離寸法Ｒ１１，Ｒ１２、及び円弧長さを定める角度γ１〜４等により決定されている。
（数８）
Ｒ１１＝（０．９０〜０．９９）・Ｒ１０ ・・・（１６）
Ｒ１２＝（１．０１〜１．２）・Ｒ１０ ・・・（１７）
γ１〜４＝１０°〜１８０° ・・・（１８）
【００３０】
前記支持盤容器１６は、図１３（ａ）に示す（ギア盤１７を収容可能な深さを有する）底部支持盤１８と、図１３（ｂ）に示す（蓋としての）上部支持盤１９とを上下に重ね合わせることにより構成される。
前記支持盤容器１６は、その周方向の左右両端が開口しており、内部でギア盤１７が周方向に移動した際には、いずれかの端部開口から突出するようになっている。また、図１３（ａ）に示すように、底部支持盤１８の底面には、周方向に沿ったスリット１８ａが設けられ、このスリット１８ａに挿通された制御棒１３Ａ〜１３Ｄの上端がギア盤１７の下面中央に接続されている。即ち、ギア盤１７が支持盤容器１６内で周方向に移動すると、それに伴い制御棒１３Ａ〜１３Ｄがスリット１８ａに沿って移動するようになっている。
【００３１】
また、前記支持盤容器１６において、その外周面側には径方向外側に突出した凸部１６ａが形成されている。図１３（ｂ）に示すように上部支持盤１９における凸部１６ａの領域には、例えば円形の開口１９ａが形成されており、この開口１９ａから、断面歯車状のギア棒２０の下端部が軸周りに回転自在に挿入され、その周面の歯車が前記ギア盤１７と係合するように構成されている。即ち、前記ギア棒２０が軸周りに回転することにより、支持盤容器１６内でギア盤１７が周方向に移動し、それに連結された制御棒１３Ａ〜１３Ｄが連動して移動するようになっている。尚、前記凸部１６ａを含む支持盤容器１６の形状は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示す（輻射シールドの）中心軸からの距離Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８、及び部材の厚さ寸法ｔ３、凸部１６ａ内部の幅寸法Ｌ１、円弧長さを設定する角度θ１〜４等により決定されている。
【００３２】
ここで、制御棒１３Ａ〜１３Ｄの直径をΦ３とし、ギア棒２０の直径をΦ４とすると、各距離寸法は次のように規定される。
（数９）
Ｒ１３＝（０．９０〜０．９９）・Ｒ１１ ・・・（１９）
Ｒ１４≦Ｒ１０＋０．５・Φ３・・・（２０）
Ｒ１５≧Ｒ１０＋０．５・Φ３・・・（２１）
Ｒ１６＝（１．０１〜１．２）・Ｒ１２・・・（２２）
Ｒ１７≧（１．０１〜１．２）（Ｒ１２＋Φ４） ・・・（２３）
Ｒ１８＝Ｒ１７＋ｔ３ ・・・（２４）
【００３３】
また、図１１に示すように、立設されたギア棒２０には、これを軸周りにいずれの方向にも回転可能な駆動手段である回転装置２１と、メインチャンバ３１に対してギア棒２０を上下動させるための昇降装置２２とが設けられている。尚、前記回転装置２１及び昇降装置２２は、角回転装置１４ごとに独立して駆動制御される。
【００３４】
このように構成された各回転装置１４において、回転装置２１によりギア棒２０がその軸周りに（いずれかの方向に）回転されると、ギア棒２０の回転方向に従い、支持盤１５のギア盤１７が周方向に沿って移動する。また、それにより、ギア盤１７に接続された制御棒１３Ａ〜１３Ｄがスリット１８に沿って周方向に移動するため、制御棒１３Ａ〜１３Ｄの下端にそれぞれ接続された支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄ、及びそれに係止する熱遮蔽インナー部材１０が、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って移動する。
また、昇降装置２２によりギア棒２０が上下動されると、それに伴い支持盤１５のギア盤１７に接続された制御棒１３Ａ〜１３Ｄも上下動し、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄ、及びそれに係止する熱遮蔽インナー部材１０の高さ位置が変更される。
【００３５】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態によれば、各熱遮蔽インナー部材１０を、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って、或いは上下方向に独立して移動させることができる。即ち、単結晶Ｃの育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて適宜、熱遮蔽インナー部材１０の位置をそれぞれ調整し、より効果的に単結晶Ｃの保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【００３６】
続いて、本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態について説明する。図１４は、本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態を示す一部拡大断面図であり、図１５は、図１４のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体）である。
この輻射シールドの第３の実施形態にあっては、前記した第２の実施形態とは、熱遮蔽インナー部材１０を支持する支持インナー部材及びそれに係る構成が異なり、図において共通の構成については同じ符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図１５に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａにおいて、内周面側縁部に設けられる支持インナー部材２３は、円環状に形成されている。この円環状の支持インナー部材２３には、その中心部を介して対向するように、垂直上方に延びる制御棒２４Ａ、２４Ｂ（熱遮蔽部材移動手段）が立設されている。
制御棒２４Ａ、２４Ｂは、図１６に示す１基の角回転装置２５（熱遮蔽部材移動手段）に連結される。この角回転装置２５は、前記第２の実施形態における角回転装置１４とは、支持盤の構成のみが異なる。図１６に示す支持盤２６は、円環状に形成された中空の支持盤容器２７を有し、この支持盤容器２７には、図１７に示すように外周側にギア面が形成された円環状のギア盤２８が周方向に沿って摺動自在に配置されている。
【００３８】
前記支持盤容器２７は、図１８（ａ）に示す（ギア盤２８を収容可能な深さを有する）底部支持盤２９と、図１８（ｂ）に示す（蓋としての）上部支持盤３０とを上下に重ね合わせることにより構成される。
図１８（ａ）に示すように、底部支持盤２９の底面には、周方向に沿ったスリット２９ａとスリット２９ｂとが設けられ、スリット２９ａに挿通された制御棒２４Ａの上端と、スリット２９ｂに挿通された制御棒２４Ｂの上端とがギア盤２８の下面に接続されている。即ち、ギア盤２８が支持盤容器２７内で周方向に移動すると、それに伴い制御棒２４Ａ，２４Ｂがスリット２９ａ，２９ｂに沿って移動するようになっている。
【００３９】
また、前記支持盤容器２７において、その外周面側には径方向外側に突出した凸部２７ａが形成されている。図１８（ｂ）に示すように上部支持盤３０における凸部２７ａの領域には、例えば円形の開口３０ａが形成されており、この開口３０ａから、断面歯車状のギア棒２０の下端部が軸周りに回転自在に挿入され、その周面の歯車が前記ギア盤２８と係合するように構成されている。即ち、前記ギア棒２０が軸周りに回転することにより、支持盤容器２７内でギア盤２８が周方向に移動し、それに連結された制御棒２４Ａ，２４Ｂが連動して移動するようになっている。
【００４０】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態によれば、各熱遮蔽インナー部材１０を、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って、或いは上下方向に同期して移動させることができる。
即ち、単結晶Ｃの育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて、即座に全ての熱遮蔽インナー部材１０の位置を調整し、より効果的に単結晶Ｃの保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【００４１】
尚、前記第１〜第３の実施の形態においては、輻射シールド６に４つの熱遮蔽インナー部材１０を配備する構成としたが、熱遮蔽インナー部材１０の数は限定されるものではない。
また、その熱遮蔽インナー部材１０の形状は、図示したような円弧状に限らず、輻射シールド６の形状に応じ、より適した形状に形成してもよい。
【実施例】
【００４２】
本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドについて、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記第１の実施の形態に示した輻射シールドを用いて単結晶引き上げを行い、引き上げた結晶について検証した。
【００４３】
実施例の具体的な条件としては、３２インチルツボへの原料シリコンのチャージ量を５００ｋｇ、育成する単結晶の直径を３１０ｍｍ、結晶直胴部長さを２３００ｍｍ、水平方向の磁場強度（磁束密度）を３０００ガウス、磁場位置を−５９ｍｍ、ルツボ下端と溶融液面とのギャップを２０ｍｍとした。
また、図１乃至図３に示した構成において、輻射シールドは、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を９３ｍｍとした。
また、熱遮蔽インナー部材は、ｔ１＝１０５ｍｍ、ｔ２＝１０ｍｍ、Ｒ１＝１６５ｍｍ、Ｒ２＝１７９．５ｍｍ、Ｒ３＝１８１ｍｍ、Ｒ４＝１８１．５ｍｍ、Ｒ５＝１８５．５ｍｍ、Ｒ６＝１８６ｍｍ、Ｒ７＝１９６ｍｍ、Ｒ８＝１９６．５ｍｍ、Ｒ９＝２００．５ｍｍ、α１＝４５°、α２＝１３５°、α３＝２２５°、α４＝３１５°、β１〜β４＝１５°とした。
【００４４】
（比較例１）
比較例１では、図７、図８に示した（熱遮蔽インナー部材を備えない）構成において、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を９３ｍｍとした。比較例１においても実施例と同様に、引き上げた結晶について検証した。
（比較例２）
比較例２では、図７、図８に示した（熱遮蔽インナー部材を備えない）構成において、ｔ４＝８５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を１２３ｍｍとした。比較例２においても実施例と同様に、引き上げた結晶について検証した。
【００４５】
表１に実施例、並びに比較例１、２の結果として、無転位化達成率、結晶グローイン欠陥の相対密度、及び最大引上速度の比率を示す。尚、無転位化達成率とは育成した結晶のうち、無転位で引き上げた単結晶の本数の割合である。結晶グローイン欠陥の相対密度とは、比較例１の条件における直径３００ｍｍのウエハ面内の８０ｎｍ以上のグローイン欠陥数との比率である。また、最大引上速度の比率とは、結晶変形、及び割れが発生しない前提の下、比較例１での最大引上速度に対する比率である。
【表１】
【００４６】
表１に示すように、実施例では、比較例１，２と比較して大幅に高い無転位化達成率となった。また、実施例では、従来の比較例２に対して引上速度が上昇し、且つ、比較例１，２と比較して、結晶グローイン欠陥の相対密度が低い結果が得られた。
図１９に、３次元溶融液対流解析により得られた結晶外周直下における溶融液の温度分布をグラフで示す。図１９に示すように、比較例１，２の横磁場印加方向に対する周方向の角度が低くなる位置において、実施例では低温化が抑制された。即ち、熱遮蔽インナー部材の追加により、従来、過冷却誘発される結晶の有転位化が抑制されたものと考えられる。
以上の実施例の結果より、本発明に係る輻射シールドによれば、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できることを確認した。
【符号の説明】
【００４７】
１ 単結晶引上装置
２ ルツボ
３ ヒータ
４ ワイヤ
５ 引上機構
６ 輻射シールド
６ａ 下端部開口
６ｂ 直胴部
６ｃ 下肩部
７ 外筒部材
８ 断熱部材
９ 水冷体
１０ 熱遮蔽インナー部材（熱遮蔽部材）
１３Ａ〜１３Ｄ 制御棒（熱遮蔽部材移動手段）
１４ 角回転装置（熱遮蔽部材移動手段）
２４Ａ、２４Ｂ 制御棒（熱遮蔽部材移動手段）
２５ 角回転装置（熱遮蔽部材移動手段）
３１ メインチャンバ
Ｃ 単結晶
Ｍ シリコン溶融液
Ｐ 種結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を育成しながら引き上げる単結晶引上装置に用いられる輻射シールドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、図２０に示すように、ヒータ５２の熱によりルツボ５０内にシリコンの溶融液Ｍを形成し、その表面に種結晶Ｐを接触させ、ルツボ５０を回転させるとともに、この種結晶Ｐを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Ｐの下端に単結晶Ｃを形成していくものである。
【０００３】
このＣＺ法を実施する単結晶引上装置においては、特許文献１に開示されるように、単結晶Ｃの引上領域を囲むように、ルツボの上方に輻射シールド５１が設けられる。この輻射シールド５１は、育成する単結晶Ｃの外周面への輻射熱を効果的に遮断するものであって、これにより引き上げ中の単結晶Ｃの凝固を促進し、単結晶Ｃを速やかに冷却することができる。また、図示するように輻射シールド５１の内側に水冷体５３を配置した構成の場合には結晶からの抜熱効果が向上するため、引上速度を速くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９２２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２０の構成にあっては、輻射シールド５１において、その下端部開口５１ａの厚さ寸法ｔが小さすぎると、結晶外周面に対する熱遮蔽効果が不十分になるという課題があった。特に、図示するように水冷体５３が配置され、更にルツボ側方から水平方向に磁場が印加される（横磁場と呼ぶ）構成にあっては、溶融液Ｍにおいて中心側から外側に向かう離心流（図示せず）が発生し、結晶の周りに過冷却部が形成されやすくなり、育成する単結晶が有転位化しやすいという課題があった。
一方、下端部開口５１ａの厚さ寸法ｔが大きすぎると、結晶の有転位化を抑制はできるが、水冷体５３が溶融液面から遠くなり、結晶外周面からの熱が散発され難くなるため、結晶引上速度を速くすることができず、グローイン欠陥などの結晶欠陥が発生しやすくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置の輻射シールドにおいて、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できる単結晶引上装置の輻射シールド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】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドは、ルツボ内のシリコン溶融液に対し水平方向に磁場を印加すると共に、種結晶を前記溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において用いられる前記シリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置される輻射シールドであって、円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口を形成する下肩部とを有し、前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材を備えることに特徴を有する。
尚、前記熱遮蔽部材の厚さ寸法ｔ１は、前記ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、前記ルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶の直胴部径をΦ１とすると、下記の式（１）により規定されることが望ましい。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
【０００８】
このような構成によれば、単結晶の保温改善により溶融液の所定領域における過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。更に、熱遮蔽部材が設置されない大部分の領域においては、従来通りに水冷体による効果を得ることができるため、結晶をより高速に引き上げ、且つ結晶欠陥を抑制することができる。
【０００９】
また、前記熱遮蔽部材は、該熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析に基づき、シリコン溶融液への水平の磁場印加方向に対するルツボ中心軸からの回転角度に従い、１つ又は複数配置されていることが望ましい。
このように熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析を行うことにより、過冷却の領域を特定することができ、その領域に対応する位置に熱遮蔽部材を配置することにより、前記溶融液の過冷却を防止することができる。
【００１０】
また、前記熱遮蔽部材は、前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動自在に設けられていることが望ましく、前記熱遮蔽部材を前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動させる熱遮蔽部材移動手段を備えることが好ましい。
このように構成することにより、単結晶の育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて適宜、熱遮蔽部材の位置を調整し、より効果的に単結晶の保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る輻射シールドが配備された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の単結晶引上装置が具備する輻射シールドの第１の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図４】図４は、ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さＤ０、及びルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さＤｃｒｕを定義する断面図である。
【図５】図５は、ルツボから引き上げる単結晶の直胴部径Φ１を定義する断面図である。
【図６】図６は、熱遮蔽インナー部材を設けない輻射シールドを用い、横磁場印加の下、単結晶を直胴部長さ１５０ｍｍ引き上げた時点の結晶外周直下における溶融液温度をコンピュータ解析したグラフである。
【図７】図７は、熱遮蔽インナー部材を設けない輻射シールドの一部拡大断面図である。
【図８】図８は、図７のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図９】図９は、本発明に係る輻射シールドの第２の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、図９のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図１１】図１１は、図９の輻射シールドが具備する各制御棒に連結される角回転装置を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１の各回転装置の支持盤が有するギア盤の形状を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１１の各回転装置の支持盤が有する底部支持盤の平面図であり、図１３（ｂ）は上部支持盤の平面図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る輻射シールドの第３の実施の形態を示す一部拡大断面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
【図１６】図１６は、図１４の輻射シールドが具備する各制御棒に連結される角回転装置を模式的に示す斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の回転装置の支持盤が有するギア盤の形状を示す平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、図１６の回転装置の支持盤が有する底部支持盤の平面図であり、図１８（ｂ）は上部支持盤の平面図である。
【図１９】図１９は、本発明に係る実施例、及び比較例の結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、従来の単結晶引上装置及び輻射シールドの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドの実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る輻射シールドが配置された単結晶引上装置の一部構成を示す断面図である。
【００１４】
この単結晶引上装置１は、メインチャンバ（図示せず）内に設けられたルツボ２と、ルツボ２に装填された半導体原料（原料ポリシリコン）Ｍを溶融するヒータ３と、育成される単結晶Ｃをワイヤ４で引上げる引上げ機構５とを有している。尚、ルツボ２は、二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ２ａ、外側が黒鉛ルツボ２ｂで構成されている。また、ワイヤ４の先端に種結晶Ｐが取り付けられている。
【００１５】
また、ルツボ２の上方且つ近傍には、育成中の単結晶Ｃに対するヒータ３や溶融液Ｍ等からの余計な輻射熱を遮蔽するために輻射シールド６が設けられている。この輻射シールド６は、単結晶Ｃの周囲を包囲する円筒状の直胴部６ｂと、前記直胴部６ｂの下端から内側に湾曲し、下端部開口６ａを形成する下肩部６ｃとを有している。
また、輻射シールド６は、所定の厚さに形成された外筒部材７が炉体（図示せず）に固定され、外筒部材７の内側に断熱部材８が設けられている。前記外筒部材７は、例えば高純度な黒鉛、或いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛により形成されている。また、前記断熱部材８は、例えばカーボン繊維からなるフェルト材によって形成されている。
【００１６】
更に、輻射シールド６は、その下端部開口６ａの周縁部において、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽インナー部材１０（熱遮蔽部材）を複数（本実施形態では４つ）具備している。これら熱遮蔽インナー部材１０は、例えばカーボン繊維からなるフェルト材によって形成され、その内側に位置する単結晶Ｃの外周面を部分的に熱遮蔽するために設けられている。尚、輻射シールド６及び熱遮蔽インナー部材１０の下端と溶融液面との間の距離寸法（ギャップ）は、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を維持するよう制御される。
また、輻射シールド６の直胴部６ｂの内側には、円筒状の水冷体９が配備されている。この水冷体９には、冷却水供給手段（図示せず）によって冷却水が供給され、循環することによって所定温度が維持されるように構成されている。
【００１７】
続いて輻射シールド６に具備される前記熱遮蔽インナー部材１０について詳しく説明する。図２は、輻射シールドの第１の実施形態を示す一部拡大断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体を示す）である。
熱遮蔽インナー部材１０は、図２，図３に示すように前記輻射シールド６の下端部開口６ａの周縁部において複数（本実施形態では４つ）設けられる。各熱遮蔽インナー部材１０は、図３に示すように下端部開口６ａの周方向に沿った円弧状に形成され、図２に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａの内周面側縁部に設けられた支持インナー部材１１に係止し取り付けられている。具体的には、図２に示すように前記支持インナー部材１１は円環溝状（上面側に溝）に形成され、その溝部１１ａに熱遮蔽インナー部材１０の上部に形成されたフック１０ａが係止している。
【００１８】
ここで、図４，図５に示すように、ルツボ２内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、ルツボ２の内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶Ｃの直胴部径をΦ１とすると、図２に示す熱遮蔽インナー部材１０の厚さ（高さ）寸法ｔ１は、式（１）により規定される。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
また、支持インナー部材１１の厚さ（高さ）寸法ｔ２は、式（２）により規定される。
（数２）
ｔ２＝（０．１〜０．８）・ｔ１ ・・・（２）
【００１９】
また、図２に示す輻射シールド６の中心軸から熱遮蔽インナー部材１０の内側先端までの距離Ｒ１は、式（３）により規定される。
（数３）
Ｒ１＝（０．５〜０．６）・Φ１・・・（３）
【００２０】
また、図３に示すように下端部開口６ａの半径をΦ２とすると、輻射シールド６の下端部開口６ａの半径Ｒ２は、式（４）により規定される。
（数４）
Ｒ２≦０．５・Φ２・・・（４）
【００２１】
さらに、図２に示す、熱遮蔽インナー部材１０が前記支持インナー部材１１に係止した状態における各寸法Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７は、式（５）〜式（１０）のように規定される。
（数５）
Ｒ３＝（１〜２）・Ｒ１ ・・・（５）
Ｒ４≧Ｒ３ ・・・（６）
Ｒ５＝（１．０１〜１．１）・Ｒ４ ・・・（７）
Ｒ６≧Ｒ５ ・・・（８）
Ｒ７＝（１．０１〜１．２）・Ｒ６ ・・・（９）
Ｒ７≧０．５・Φ２・・・（１０）
【００２２】
また、図３に示す輻射シールド６の中心軸から支持インナー部材１１の各部までの距離Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０は、式（１１）〜式（１３）のように規定される。
（数６）
Ｒ８≧Ｒ７ ・・・（１１）
Ｒ９＝（１．０１〜１．１）・Ｒ８ ・・・（１２）
Ｒ１０＝（Ｒ８＋Ｒ９）／２ ・・・（１３）
【００２３】
また、図３に示す各熱遮蔽インナー部材１０の横磁場Ｂの印加方向に対する周方向の設置角度（回転角度）α１〜α４は、それぞれ式（１４）のように規定され、熱遮蔽インナー部材１０の周方向長さを定める角度β１〜β４は、式（１５）のように規定される。
（数７）
α１〜４＝０°〜３６０° ・・・（１４）
β１〜４＝１°〜８０° ・・・（１５）
【００２４】
前記α１〜４、並びにβ１〜４の角度は、例えば、次のように決定される。図６は、図７、８に示すように熱遮蔽インナー部材１０を設けない従来の輻射シールド（従来輻射シールド１〜３）を用い、横磁場印加の下、単結晶を直胴部長さ１５０ｍｍ引き上げた時点の結晶外周直下における溶融液温度をコンピュータ解析したグラフである。尚、従来輻射シールド１は、ｔ４＝２０ｍｍ、ｔ５＝１００ｍｍであり、従来輻射シールド２は、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍであり、従来輻射シールド３は、ｔ４＝８５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍである。また、図６のグラフの横軸は磁場印加方向に対する回転角度であり、縦軸は結晶外周直下における溶融液温度である。
【００２５】
このグラフに示されるように、従来輻射シールド２，３を用いて多量のシリコン原料をチャージした場合、磁場印加方向に対して４５°、１３５°、２２５°、３１５°の付近において結晶外周付近における溶融液面は低温となっている。
この解析結果に基づき、前記熱遮蔽インナー部材１０は、α１＝４５°、α２＝１３５°、α３＝２２５°、α４＝３１５°の位置に、β１〜４＝１５°となる幅で配置される。それにより、熱遮蔽インナー部材１０の設置部位に対応する溶融液面の水冷体９による冷却効果が緩和され、その過冷却が防止される。
【００２６】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第１の実施形態によれば、単結晶Ｃの保温改善により溶融液Ｍの所定領域における過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。更に、熱遮蔽インナー部材１０が設置されない大部分の領域においては、従来通りに水冷体９による効果を得ることができるため、結晶をより高速に引き上げ、且つ結晶欠陥を抑制することができる。
尚、前記第１の実施形態においては、熱遮蔽インナー部材１０を支持インナー部材１１により係止して配備するものとしたが、支持インナー部材１１を設けず、熱遮蔽インナー部材１０を輻射シールド６に対して（螺子留めなどにより）直接的に取り付けてもよい。
また、輻射シールド６を作製する段階において、この輻射シールド６に熱遮蔽インナー部材１０を一体形成してもよい。
【００２７】
続いて、本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態について説明する。図９は、本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態を示す一部拡大断面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体）である。
この輻射シールドの第２の実施形態にあっては、前記した第１の実施形態とは、熱遮蔽インナー部材１０を支持する支持インナー部材及びそれに係る構成が異なり、図において共通の構成については同じ符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図１０に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａの内周面側縁部には、４つの熱遮蔽インナー部材１０にそれぞれ対応して、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ設けられている。これら支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ前記下端部開口６ａの内周面側縁部において周方向に沿って摺動自在に設けられている。
また、図示するように、各支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄには、垂直上方に延びる所定長さの制御棒１３Ａ〜１３Ｄ（熱遮蔽部材移動手段）が立設され、各支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ対応する制御棒１３Ａ〜１３Ｄによって独立して周方向に移動させることが可能となっている。即ち、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄを独立に操作することにより、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄに係止する熱遮蔽インナー部材１０を前記下端部開口６ａにおいて周方向に移動させるように構成されている。
【００２９】
各制御棒１３Ａ〜１３Ｄは、具体的には図１１に示すような角回転装置１４（熱遮蔽部材移動手段）により操作される。図１１は、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄに連結される角回転装置１４を模式的に示す斜視図である。この角回転装置１４は、各制御棒１３Ａ〜１３Ｄにそれぞれ対応して設けられる（即ち本形態では４基）。各制御棒１３Ａ〜１３Ｄの上端は、角回転装置１４の支持盤１５に接続される。角回転装置１４の支持盤１５は、略円弧状に形成された中空の支持盤容器１６を有し、この支持盤容器１６には、図１２に示すように外周側にギア面が形成された円弧状のギア盤１７が周方向に沿って摺動自在に配置されている。尚、ギア盤１７の形状は、例えば図１２に示すように（輻射シールド６の）中心軸からの距離寸法Ｒ１１，Ｒ１２、及び円弧長さを定める角度γ１〜４等により決定されている。
（数８）
Ｒ１１＝（０．９０〜０．９９）・Ｒ１０ ・・・（１６）
Ｒ１２＝（１．０１〜１．２）・Ｒ１０ ・・・（１７）
γ１〜４＝１０°〜１８０° ・・・（１８）
【００３０】
前記支持盤容器１６は、図１３（ａ）に示す（ギア盤１７を収容可能な深さを有する）底部支持盤１８と、図１３（ｂ）に示す（蓋としての）上部支持盤１９とを上下に重ね合わせることにより構成される。
前記支持盤容器１６は、その周方向の左右両端が開口しており、内部でギア盤１７が周方向に移動した際には、いずれかの端部開口から突出するようになっている。また、図１３（ａ）に示すように、底部支持盤１８の底面には、周方向に沿ったスリット１８ａが設けられ、このスリット１８ａに挿通された制御棒１３Ａ〜１３Ｄの上端がギア盤１７の下面中央に接続されている。即ち、ギア盤１７が支持盤容器１６内で周方向に移動すると、それに伴い制御棒１３Ａ〜１３Ｄがスリット１８ａに沿って移動するようになっている。
【００３１】
また、前記支持盤容器１６において、その外周面側には径方向外側に突出した凸部１６ａが形成されている。図１３（ｂ）に示すように上部支持盤１９における凸部１６ａの領域には、例えば円形の開口１９ａが形成されており、この開口１９ａから、断面歯車状のギア棒２０の下端部が軸周りに回転自在に挿入され、その周面の歯車が前記ギア盤１７と係合するように構成されている。即ち、前記ギア棒２０が軸周りに回転することにより、支持盤容器１６内でギア盤１７が周方向に移動し、それに連結された制御棒１３Ａ〜１３Ｄが連動して移動するようになっている。尚、前記凸部１６ａを含む支持盤容器１６の形状は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示す（輻射シールドの）中心軸からの距離Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８、及び部材の厚さ寸法ｔ３、凸部１６ａ内部の幅寸法Ｌ１、円弧長さを設定する角度θ１〜４等により決定されている。
【００３２】
ここで、制御棒１３Ａ〜１３Ｄの直径をΦ３とし、ギア棒２０の直径をΦ４とすると、各距離寸法は次のように規定される。
（数９）
Ｒ１３＝（０．９０〜０．９９）・Ｒ１１ ・・・（１９）
Ｒ１４≦Ｒ１０＋０．５・Φ３・・・（２０）
Ｒ１５≧Ｒ１０＋０．５・Φ３・・・（２１）
Ｒ１６＝（１．０１〜１．２）・Ｒ１２・・・（２２）
Ｒ１７≧（１．０１〜１．２）（Ｒ１２＋Φ４） ・・・（２３）
Ｒ１８＝Ｒ１７＋ｔ３ ・・・（２４）
【００３３】
また、図１１に示すように、立設されたギア棒２０には、これを軸周りにいずれの方向にも回転可能な駆動手段である回転装置２１と、メインチャンバ３１に対してギア棒２０を上下動させるための昇降装置２２とが設けられている。尚、前記回転装置２１及び昇降装置２２は、角回転装置１４ごとに独立して駆動制御される。
【００３４】
このように構成された各回転装置１４において、回転装置２１によりギア棒２０がその軸周りに（いずれかの方向に）回転されると、ギア棒２０の回転方向に従い、支持盤１５のギア盤１７が周方向に沿って移動する。また、それにより、ギア盤１７に接続された制御棒１３Ａ〜１３Ｄがスリット１８に沿って周方向に移動するため、制御棒１３Ａ〜１３Ｄの下端にそれぞれ接続された支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄ、及びそれに係止する熱遮蔽インナー部材１０が、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って移動する。
また、昇降装置２２によりギア棒２０が上下動されると、それに伴い支持盤１５のギア盤１７に接続された制御棒１３Ａ〜１３Ｄも上下動し、支持インナー部材１２Ａ〜１２Ｄ、及びそれに係止する熱遮蔽インナー部材１０の高さ位置が変更される。
【００３５】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第２の実施形態によれば、各熱遮蔽インナー部材１０を、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って、或いは上下方向に独立して移動させることができる。即ち、単結晶Ｃの育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて適宜、熱遮蔽インナー部材１０の位置をそれぞれ調整し、より効果的に単結晶Ｃの保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【００３６】
続いて、本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態について説明する。図１４は、本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態を示す一部拡大断面図であり、図１５は、図１４のＡ−Ａ矢視断面図（輻射シールド全体）である。
この輻射シールドの第３の実施形態にあっては、前記した第２の実施形態とは、熱遮蔽インナー部材１０を支持する支持インナー部材及びそれに係る構成が異なり、図において共通の構成については同じ符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図１５に示すように、輻射シールド６の下端部開口６ａにおいて、内周面側縁部に設けられる支持インナー部材２３は、円環状に形成されている。この円環状の支持インナー部材２３には、その中心部を介して対向するように、垂直上方に延びる制御棒２４Ａ、２４Ｂ（熱遮蔽部材移動手段）が立設されている。
制御棒２４Ａ、２４Ｂは、図１６に示す１基の角回転装置２５（熱遮蔽部材移動手段）に連結される。この角回転装置２５は、前記第２の実施形態における角回転装置１４とは、支持盤の構成のみが異なる。図１６に示す支持盤２６は、円環状に形成された中空の支持盤容器２７を有し、この支持盤容器２７には、図１７に示すように外周側にギア面が形成された円環状のギア盤２８が周方向に沿って摺動自在に配置されている。
【００３８】
前記支持盤容器２７は、図１８（ａ）に示す（ギア盤２８を収容可能な深さを有する）底部支持盤２９と、図１８（ｂ）に示す（蓋としての）上部支持盤３０とを上下に重ね合わせることにより構成される。
図１８（ａ）に示すように、底部支持盤２９の底面には、周方向に沿ったスリット２９ａとスリット２９ｂとが設けられ、スリット２９ａに挿通された制御棒２４Ａの上端と、スリット２９ｂに挿通された制御棒２４Ｂの上端とがギア盤２８の下面に接続されている。即ち、ギア盤２８が支持盤容器２７内で周方向に移動すると、それに伴い制御棒２４Ａ，２４Ｂがスリット２９ａ，２９ｂに沿って移動するようになっている。
【００３９】
また、前記支持盤容器２７において、その外周面側には径方向外側に突出した凸部２７ａが形成されている。図１８（ｂ）に示すように上部支持盤３０における凸部２７ａの領域には、例えば円形の開口３０ａが形成されており、この開口３０ａから、断面歯車状のギア棒２０の下端部が軸周りに回転自在に挿入され、その周面の歯車が前記ギア盤２８と係合するように構成されている。即ち、前記ギア棒２０が軸周りに回転することにより、支持盤容器２７内でギア盤２８が周方向に移動し、それに連結された制御棒２４Ａ，２４Ｂが連動して移動するようになっている。
【００４０】
以上のように本発明に係る輻射シールドの第３の実施形態によれば、各熱遮蔽インナー部材１０を、輻射シールド６の下端部開口６ａの周方向に沿って、或いは上下方向に同期して移動させることができる。
即ち、単結晶Ｃの育成中において、溶融液の残量が低減するに従い変化する溶融液対流に伴う溶融液の低温位置の変化に応じて、即座に全ての熱遮蔽インナー部材１０の位置を調整し、より効果的に単結晶Ｃの保温改善により溶融液の過冷却を抑制し、結晶の有転位化を防止することができる。
【００４１】
尚、前記第１〜第３の実施の形態においては、輻射シールド６に４つの熱遮蔽インナー部材１０を配備する構成としたが、熱遮蔽インナー部材１０の数は限定されるものではない。
また、その熱遮蔽インナー部材１０の形状は、図示したような円弧状に限らず、輻射シールド６の形状に応じ、より適した形状に形成してもよい。
【実施例】
【００４２】
本発明に係る単結晶引上装置の輻射シールドについて、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記第１の実施の形態に示した輻射シールドを用いて単結晶引き上げを行い、引き上げた結晶について検証した。
【００４３】
実施例の具体的な条件としては、３２インチルツボへの原料シリコンのチャージ量を５００ｋｇ、育成する単結晶の直径を３１０ｍｍ、結晶直胴部長さを２３００ｍｍ、水平方向の磁場強度（磁束密度）を３０００ガウス、磁場位置を−５９ｍｍ、ルツボ下端と溶融液面とのギャップを２０ｍｍとした。
また、図１乃至図３に示した構成において、輻射シールドは、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を９３ｍｍとした。
また、熱遮蔽インナー部材は、ｔ１＝１０５ｍｍ、ｔ２＝１０ｍｍ、Ｒ１＝１６５ｍｍ、Ｒ２＝１７９．５ｍｍ、Ｒ３＝１８１ｍｍ、Ｒ４＝１８１．５ｍｍ、Ｒ５＝１８５．５ｍｍ、Ｒ６＝１８６ｍｍ、Ｒ７＝１９６ｍｍ、Ｒ８＝１９６．５ｍｍ、Ｒ９＝２００．５ｍｍ、α１＝４５°、α２＝１３５°、α３＝２２５°、α４＝３１５°、β１〜β４＝１５°とした。
【００４４】
（比較例１）
比較例１では、図７、図８に示した（熱遮蔽インナー部材を備えない）構成において、ｔ４＝５５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を９３ｍｍとした。比較例１においても実施例と同様に、引き上げた結晶について検証した。
（比較例２）
比較例２では、図７、図８に示した（熱遮蔽インナー部材を備えない）構成において、ｔ４＝８５ｍｍ、ｔ５＝６０ｍｍ、Φ２＝３６０ｃｍとし、水冷体の底部と溶融液面との距離を１２３ｍｍとした。比較例２においても実施例と同様に、引き上げた結晶について検証した。
【００４５】
表１に実施例、並びに比較例１、２の結果として、無転位化達成率、結晶グローイン欠陥の相対密度、及び最大引上速度の比率を示す。尚、無転位化達成率とは育成した結晶のうち、無転位で引き上げた単結晶の本数の割合である。結晶グローイン欠陥の相対密度とは、比較例１の条件における直径３００ｍｍのウエハ面内の８０ｎｍ以上のグローイン欠陥数との比率である。また、最大引上速度の比率とは、結晶変形、及び割れが発生しない前提の下、比較例１での最大引上速度に対する比率である。
【表１】
【００４６】
表１に示すように、実施例では、比較例１，２と比較して大幅に高い無転位化達成率となった。また、実施例では、従来の比較例２に対して引上速度が上昇し、且つ、比較例１，２と比較して、結晶グローイン欠陥の相対密度が低い結果が得られた。
図１９に、３次元溶融液対流解析により得られた結晶外周直下における溶融液の温度分布をグラフで示す。図１９に示すように、比較例１，２の横磁場印加方向に対する周方向の角度が低くなる位置において、実施例では低温化が抑制された。即ち、熱遮蔽インナー部材の追加により、従来、過冷却誘発される結晶の有転位化が抑制されたものと考えられる。
以上の実施例の結果より、本発明に係る輻射シールドによれば、単結晶の引上速度を向上して結晶欠陥の発生を抑制し、且つ、結晶の有転位化を抑制できることを確認した。
【符号の説明】
【００４７】
１ 単結晶引上装置
２ ルツボ
３ ヒータ
４ ワイヤ
５ 引上機構
６ 輻射シールド
６ａ 下端部開口
６ｂ 直胴部
６ｃ 下肩部
７ 外筒部材
８ 断熱部材
９ 水冷体
１０ 熱遮蔽インナー部材（熱遮蔽部材）
１３Ａ〜１３Ｄ 制御棒（熱遮蔽部材移動手段）
１４ 角回転装置（熱遮蔽部材移動手段）
２４Ａ、２４Ｂ 制御棒（熱遮蔽部材移動手段）
２５ 角回転装置（熱遮蔽部材移動手段）
３１ メインチャンバ
Ｃ 単結晶
Ｍ シリコン溶融液
Ｐ 種結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内のシリコン溶融液に対し水平方向に磁場を印加すると共に、種結晶を前記溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において用いられる前記シリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置される輻射シールドであって、
円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口を形成する下肩部とを有し、
前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材を備えることを特徴とする輻射シールド。
【請求項２】
前記熱遮蔽部材の厚さ寸法ｔ１は、前記ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、前記ルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶の直胴部径をΦ１とすると、下記の式（１）により規定されることを特徴とする請求項１に記載された輻射シールド。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
【請求項３】
前記熱遮蔽部材は、該熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析に基づき、シリコン溶融液への水平の磁場印加方向に対するルツボ中心軸からの回転角度に従い、１つ又は複数配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された輻射シールド。
【請求項４】
前記熱遮蔽部材は、前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された輻射シールド。
【請求項５】
前記熱遮蔽部材を前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動させる熱遮蔽部材移動手段を備えることを特徴とする請求項４に記載された輻射シールド。
【請求項１】
ルツボ内のシリコン溶融液に対し水平方向に磁場を印加すると共に、種結晶を前記溶融液に接触させ、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において用いられる前記シリコン単結晶を包囲するように前記ルツボ上方に配置される輻射シールドであって、
円筒状の直胴部と、前記直胴部の下端から内側に湾曲し、下端部開口を形成する下肩部とを有し、
前記下端部開口の周縁部において、周方向の所定位置に、所定幅をもって径方向に突出すると共に、高さ方向に所定の厚さ寸法を有する熱遮蔽部材を備えることを特徴とする輻射シールド。
【請求項２】
前記熱遮蔽部材の厚さ寸法ｔ１は、前記ルツボ内に形成されたシリコン溶融液の初期深さをＤ０とし、前記ルツボの内面側の小Ｒ部以下の中心部深さをＤｃｒｕとし、単結晶の直胴部径をΦ１とすると、下記の式（１）により規定されることを特徴とする請求項１に記載された輻射シールド。
（数１）
ｔ１＝（０．１〜０．５）（Ｄ０／Ｄｃｒｕ）・Φ１ ・・・（１）
【請求項３】
前記熱遮蔽部材は、該熱遮蔽部材を設けない状態での結晶外周直下の溶融液温度解析に基づき、シリコン溶融液への水平の磁場印加方向に対するルツボ中心軸からの回転角度に従い、１つ又は複数配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された輻射シールド。
【請求項４】
前記熱遮蔽部材は、前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された輻射シールド。
【請求項５】
前記熱遮蔽部材を前記下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動させる熱遮蔽部材移動手段を備えることを特徴とする請求項４に記載された輻射シールド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−７５７８５（Ｐ２０１３−７５７８５Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６２２３（Ｐ２０１１−２１６２２３）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３１２００７４２３）グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３１２００７４２３）グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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