JP3953042B2 - Raw material supply apparatus and raw material supply method by Czochralski method - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)による単結晶育成に用いられる原料供給装置およびその装置で採用される原料供給方法に関し、さらに詳しくは、シリコン単結晶の育成に際し、ルツボ内の原料融液に固形原料を追加チャージまたはリチャージする場合に使用される、原料容器を用いた原料供給装置およびその装置で採用される原料供給方法に関するものである。 The present invention relates to a raw material supply apparatus used for growing a single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”) and a raw material supply method employed in the apparatus, and more specifically, in growing a silicon single crystal, The present invention relates to a raw material supply apparatus using a raw material container and a raw material supply method employed in the apparatus, which are used when a solid raw material is additionally charged or recharged to a raw material melt in a crucible.
通常、CZ法によるシリコン単結晶の育成において、ルツボ内に初期チャージとして投入された固形の多結晶シリコンは、ルツボを囲繞するヒータによって加熱されて溶融する。そして、ルツボ内に原料融液が形成されると、ルツボを一定方向に回転させながら、ルツボ上に保持された種結晶を下降させ、ルツボ内の原料融液に浸漬する。その後、前記の種結晶を所定の方向に回転させながら種結晶を上昇させることにより、種結晶の下方に円柱状のシリコン単結晶を育成する。 Usually, in the growth of a silicon single crystal by the CZ method, solid polycrystalline silicon charged as an initial charge in a crucible is heated and melted by a heater surrounding the crucible. When the raw material melt is formed in the crucible, the seed crystal held on the crucible is lowered while rotating the crucible in a certain direction, and immersed in the raw material melt in the crucible. Thereafter, a cylindrical silicon single crystal is grown below the seed crystal by raising the seed crystal while rotating the seed crystal in a predetermined direction.
初期チャージとしてルツボ内に投入される固形原料は、ロッド状、塊状、または粒状等の各種形状の多結晶シリコンが用いられ、それぞれが単独、または複合して供給され、シリコン単結晶を育成する融液の原料となる。 The solid raw material charged into the crucible as the initial charge is polycrystalline silicon of various shapes such as rod, lump, or granule, and each is supplied alone or in combination, and is used to grow a silicon single crystal. It becomes the raw material of the liquid.
上記のCZ法によるシリコン単結晶の育成では、ルツボ内に初期チャージされた固体原料が溶融すると、溶融後の体積が減少するため、ルツボの容積に比して得られる原料融液量が不足する。このような状態で単結晶を育成すれば、原料融液量の不足に起因して、生産性の低下を余儀なくされる。 In the growth of the silicon single crystal by the CZ method described above, when the solid material initially charged in the crucible is melted, the volume after melting is reduced, so that the amount of the raw material melt obtained is insufficient compared to the volume of the crucible. . If the single crystal is grown in such a state, the productivity is inevitably lowered due to the shortage of the raw material melt.
上記起因による生産性の低下を回避するには、原料融液の不足分を補充して所望の融液量を確保することが必要になり、ルツボへの初期チャージ後に、固形原料を追加供給する技術として「追加チャージ」が行われている。 In order to avoid a decrease in productivity due to the above-mentioned causes, it is necessary to supplement the shortage of the raw material melt to ensure a desired amount of the melt, and after the initial charge to the crucible, additional solid raw material is supplied. “Additional charge” is performed as a technology.
すなわち、「追加チャージ」では、ルツボ内に初期チャージされた固体原料を溶融した後、形成された原料融液に固形原料をさらに追加投入することによって、ルツボ内の原料融液量を増加させる技術である。この「追加チャージ」を適用することによって、使用するルツボの容積を有効に活用することができ、シリコン単結晶育成における生産性を向上させることができる。 In other words, “additional charge” is a technology that increases the amount of the raw material melt in the crucible by melting the solid raw material initially charged in the crucible and then adding additional solid raw material to the formed raw material melt. It is. By applying this “additional charge”, the volume of the crucible to be used can be used effectively, and the productivity in silicon single crystal growth can be improved.
さらに、CZ法によるシリコン単結晶の育成では、「リチャージ」と呼ばれる固形原料を供給する技術も行われている。具体的には、最初の単結晶を育成して引上げた後、原料融液の減少分に見合う量の固形原料をルツボ内の残留融液に追加投入する技術である。 Furthermore, in the growth of a silicon single crystal by the CZ method, a technique of supplying a solid material called “recharge” is also performed. Specifically, after the first single crystal is grown and pulled, a solid raw material in an amount commensurate with the reduced amount of the raw material melt is added to the residual melt in the crucible.
言い換えると、「リチャージ」することにより、ルツボ内に所定量の原料融液を再形成して、単結晶の引き上げを繰り返し、ルツボ1個当たりの結晶引き上げ本数を多くする技術である。 In other words, by “recharging”, a predetermined amount of the raw material melt is re-formed in the crucible, and the pulling of the single crystal is repeated to increase the number of crystals pulled per crucible.
したがって、「リチャージ」を採用することによって、ルツボの効率使用でコストの低減を図るとともに、前述した「追加チャージ」と同様に、生産性を向上させ、シリコン単結晶の育成コストを低減できる。 Therefore, by adopting “recharge”, the cost can be reduced by using the crucible efficiently, and productivity can be improved and the growth cost of the silicon single crystal can be reduced as in the “additional charge” described above.
しかしながら、追加チャージやリチャージによる原料供給は、育成炉内に挿入された原料供給管を用いて、粒塊状の固形原料をルツボ内の原料融液に追加投入する方法によっている。このため、固形原料の追加投入にともなって、ルツボに損傷を加えたり、原料融液の液跳ねが発生し、原料融液の飛沫がチャンバ内の部品に付着し、部品の寿命を短くするとか、単結晶の育成に悪影響を及ぼすといった問題が生じていた。 However, the raw material supply by additional charge or recharge is based on a method of additionally charging agglomerated solid raw material into the raw material melt in the crucible using a raw material supply pipe inserted into the growth furnace. For this reason, as additional raw materials are added, the crucible may be damaged, or the raw material melt may splash, and the raw material splash may adhere to the components in the chamber, reducing the life of the components. The problem of adversely affecting the growth of single crystals has arisen.
このため、従来から、追加チャージやリチャージに関して、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1では、リチャージに際し、石英ルツボに損傷が生じ易く、これに起因して単結晶の育成中に転位が発生し易くなることから、シリコン融液の溶湯面上、固化面上のいずれにも適し、速やかに、かつ溶融時に石英ルツボに損傷を加えることのないように、シリコン原料を追加供給できるシリコン原料の供給方法が提案されている。
For this reason, various proposals have conventionally been made regarding additional charging and recharging.
For example, in Patent Document 1, when recharging, a quartz crucible is easily damaged, and dislocations are likely to occur during the growth of a single crystal. Therefore, on the molten surface of the silicon melt, on the solidified surface. A silicon raw material supply method has been proposed that is suitable for both, and can supply additional silicon raw material quickly and without damaging the quartz crucible during melting.
この特許文献1で提案される方法を採用することによって、原料融液の液跳ねをなくし、シリコン単結晶の育成における生産性、および製造歩留りを向上させることができるとしている。 By adopting the method proposed in Patent Document 1, it is said that the splash of the raw material melt can be eliminated, and the productivity and production yield in the growth of the silicon single crystal can be improved.
さらに、固形原料をルツボ内の原料に直接投入することによって融液の飛沫が跳ね上がることから、当初の単結晶を引上げた後、ルツボ内に残留する原料の表面をある程度固化し、この固化面上に固形原料を供給した後、溶融させる技術が採用されている。この場合に、融液の表面の固化状態をオペレータが目視で監視する必要があるが、オペレータは他の作業等を行うことができず、生産性向上の支障となる。 Furthermore, since the splash of the melt jumps by directly feeding the solid raw material to the raw material in the crucible, after the initial single crystal is pulled up, the surface of the raw material remaining in the crucible is solidified to a certain extent, A technology is adopted in which a solid raw material is supplied and then melted. In this case, it is necessary for the operator to visually monitor the solidified state of the surface of the melt. However, the operator cannot perform other operations, which hinders productivity improvement.
このため、特許文献2では、オペレータの行動の制約を少なくし、生産性の向上を図ることができるように、融液の表面の固化状態を視覚センサで検知するようにした単結晶引上げ装置の原料追加システムを提案している。この原料追加システムによれば、オペレータの作業を軽減することができ、この間他の作業を行うことも可能となって、生産性の向上が図れることになる。 For this reason, Patent Document 2 discloses a single crystal pulling apparatus that detects the solidified state of the surface of the melt with a visual sensor so as to reduce the restrictions on the actions of the operator and improve the productivity. A material addition system is proposed. According to this raw material addition system, the operator's work can be reduced, and other work can be performed during this time, so that productivity can be improved.
従来から提案されているシリコン原料の供給方法や原料追加システムによれば、シリコン単結晶の育成における生産性に関し、所定の目標を達成することができるが、ルツボ内の原料融液の液跳ねを防ぎ、静的に追加投入できる、具体的な原料供給装置の構成については何らの開示がない。このため、CZ法による原料供給として採用できる具体的な構成について、新たに検討する必要がある。 According to the silicon raw material supply method and the raw material addition system that have been proposed in the past, it is possible to achieve a predetermined target with respect to productivity in the growth of a silicon single crystal, but it is possible to splash the raw material melt in the crucible. There is no disclosure about the specific configuration of the raw material supply device that can be prevented and added statically. For this reason, it is necessary to newly examine a specific configuration that can be adopted as a raw material supply by the CZ method.
さらに、追加チャージやリチャージに固形原料として多結晶シリコン棒を使用する場合には、粒塊状の多結晶シリコンに比べて高価であると同時に、ルツボ内で急加熱されることからクラックが発生するおそれがあり、また、原料溶液の形成までに長時間を要することになる。このため、追加チャージやリチャージの固形原料として、多結晶シリコン棒に替え、粒塊状の多結晶シリコンを用いるのが有効である。 Furthermore, when a polycrystalline silicon rod is used as a solid material for additional charge or recharge, it is more expensive than agglomerated polycrystalline silicon, and at the same time, cracks may occur due to rapid heating in the crucible. In addition, it takes a long time to form the raw material solution. Therefore, it is effective to use agglomerated polycrystalline silicon instead of the polycrystalline silicon rod as a solid material for additional charge or recharge.
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、原料費が安く、しかも急加熱によるクラック発生のおそれがない粒塊状の固形原料を用いて、追加チャージまたはリチャージする場合に、ルツボ内の原料融液の液跳ねを防ぎ、静的に追加投入できる、CZ法による原料供給装置およびその装置で採用される原料供給方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and the raw material cost is low, and when using a solid material in the form of an agglomerate that does not cause cracking due to rapid heating, additional charging or recharging is performed. It is an object of the present invention to provide a raw material supply apparatus using the CZ method and a raw material supply method employed in the apparatus, which can prevent the raw material melt from splashing and can be added statically.
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであり、下記(1)〜(3)のCZ法に用いられる原料供給装置、および(4)〜(7)のCZ法による原料供給方法を要旨としている。
(1)CZ法による単結晶の育成に用いられ、ルツボ内の原料融液に追加チャージまたはリチャージする原料供給装置であって、粒塊状の固形原料を充填し、下部または底部に開口部を有する内側容器と、前記内側容器を摺動可能に挿入させ、前記開口部を閉塞する外側容器と、前記内側容器および外側容器を昇降可能に吊り下げる引き上げ手段とを具備し、前記内側容器に昇降を停止させる掛止部材を設け、前記外側容器の摺動により前記開口部を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を投入することを特徴とする原料供給装置である。
(2)本発明の原料供給装置では、前記外側容器に昇降を停止させる掛止部材を設け、前記内側容器の摺動により前記開口部分を開放する構造であってもよい。
(3)本発明の原料供給装置では、前記内側容器および外側容器を構成する材料を、石英、炭化珪素(SiC)、または表面をSiCでコートした炭素のいずれかで構成するのが望ましい。これらの材料で構成することによって、原料融液を汚染する危険をなくすことができる。
(4)CZ法により単結晶を育成するに際し、ルツボ内の原料融液に追加チャージまたはリチャージする原料供給方法であって、下部または底部に開口部を有する内側容器を外側容器に摺動可能に挿入させ、前記開口部が閉塞された状態で粒塊状の固形原料を前記内側容器に充填し、次いで前記内側容器および外側容器を育成炉の中心に位置するルツボ上に吊り下げて下降させたのち、前記内側容器または外側容器のいずれかの下降を停止させ、これにともなって前記内側容器または外側容器のいずれかを摺動させて前記開口部を開放し、前記ルツボ内の原料融液に前記固形原料を投入することを特徴とする原料供給方法である。
(5)本発明の原料供給方法では、前記内側容器に下降を停止させる掛止部材を設け、前記外側容器の摺動により前記内側容器の開口部分を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を追加チャージまたはリチャージする方法であっても、前記外側容器に下降を停止させる掛止部材を設け、前記内側容器の摺動により前記開口部分を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を追加チャージまたはリチャージする方法であっても、いずれを採用してもよい。
(6)本発明の原料供給方法では、前記内側容器に充填する粒塊状の固形原料として、開口部に近い下層部に粒径が25mm以下の細粒原料を充填するのが望ましい。その理由は次の通りである。
The present invention has been made to achieve the above object, and is a raw material supply apparatus used in the CZ method of (1) to (3) below, and a raw material supply by the CZ method of (4) to (7) The method is summarized.
(1) A raw material supply apparatus that is used for growing a single crystal by the CZ method, and that additionally charges or recharges the raw material melt in the crucible, is filled with agglomerated solid raw material, and has an opening at the bottom or bottom. an inner container, the inner container slidably is inserted and an outer container for closing the opening, comprising a pulling means for suspending the inner container and outer container can be raised and lowered, the lift on the inner container The raw material supply apparatus is characterized in that a latch member for stopping is provided, the opening is opened by sliding the outer container, and the solid raw material is charged into the raw material melt in the crucible.
(2) the raw material supply apparatus of the present invention, the hooking member is provided to stop the elevator before Kisotogawa container, by the sliding of the inner container but it may also have a structure for opening the opening portion.
(3) In the raw material supply apparatus of the present invention, it is preferable that the material constituting the inner container and the outer container is composed of quartz, silicon carbide (SiC), or carbon whose surface is coated with SiC. By comprising with these materials, the risk of contaminating the raw material melt can be eliminated.
(4) A raw material supply method for charging or recharging a raw material melt in a crucible when a single crystal is grown by the CZ method, and an inner container having an opening at the bottom or bottom can be slid to an outer container After inserting and filling the inner container with agglomerated solid raw material with the opening closed, the inner container and the outer container are then suspended and lowered on the crucible located at the center of the growth furnace. , The descent of either the inner container or the outer container is stopped, and accordingly, either the inner container or the outer container is slid to open the opening, and the raw material melt in the crucible is A raw material supply method characterized by charging a solid raw material.
(5) In the raw material supply method of the present invention, the inner container is provided with a latching member for stopping the descent, the opening of the inner container is opened by sliding the outer container, and the raw material melt in the crucible is Even in the method of additionally charging or recharging the solid raw material, the outer container is provided with a retaining member for stopping the descent, the opening is opened by sliding the inner container, and the raw material melt in the crucible is Even if it is the method of carrying out additional charge or recharge of a solid raw material, any may be employ | adopted.
(6) In the raw material supply method of the present invention, it is desirable to fill the lower layer portion close to the opening with a fine raw material having a particle size of 25 mm or less as the agglomerated solid raw material to be filled in the inner container. The reason for this is that Ru Oh as follows.
すなわち、下層部に細粒原料を充填することにより、投入初期の原料融液の表面が固化していない状態では、細粒原料を投入するので、液面からの投入距離を調製すれば、原料融液の液跳ねは生じない。さらに、固形原料の投入を続けていくと原料融液の表面温度が降下し固化するので、その後は、固化した融液表面に固形原料を投入するので、粒径に拘わらず、原料融液の液跳ねが生じることがない。
(7)さらに、本発明の原料供給方法では、前記ルツボを回転させつつ、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を追加チャージまたはリチャージするのが望ましい。これにより、追加チャージまたはリチャージされた固形原料をルツボ内に均一に分布させることができ、一度に供給できる固形原料を増加させることができる。
That is, by filling the lower part with a fine-grain raw material, the raw material melt is charged in a state where the surface of the raw material melt at the initial stage is not solidified. Melt splash does not occur. Furthermore, since the surface temperature of the raw material melt is lowered and solidified as the solid raw material is continuously charged, the solid raw material is then charged onto the solidified melt surface. Liquid splash does not occur.
(7) Furthermore, in the raw material supply method of the present invention, it is desirable to charge or recharge the solid raw material to the raw material melt in the crucible while rotating the crucible. Thereby, the additionally charged or recharged solid material can be uniformly distributed in the crucible, and the solid material that can be supplied at a time can be increased.
本発明で規定する「粒塊状の固形原料」とは、粒径が5mm〜45mmの範囲である多結晶シリコン原料を指すものである。前述の通り、上記(6)で規定するように、本発明の原料供給方法で、下層部に粒径が25mm以下の「粒塊状の固形原料」を充填するのは、追加チャージまたはリチャージの初期において、ルツボ内の原料融液の液跳ねは確実に防止することができるからである。 The “agglomerated solid raw material” defined in the present invention refers to a polycrystalline silicon raw material having a particle diameter in the range of 5 mm to 45 mm. As described above, as defined in (6) above, in the raw material supply method of the present invention, the “flocculated solid raw material” having a particle size of 25 mm or less is filled in the lower layer part in the initial stage of additional charge or recharge. This is because the splash of the raw material melt in the crucible can be reliably prevented.
本発明のCZ法による原料供給装置によれば、粒塊状の固形原料を充填し、下部または底部に開口部を有する内側容器と、この内側容器を摺動可能に挿入させ、前記開口部を閉塞する外側容器と、内側容器および外側容器を昇降可能に吊り下げる引き上げ手段とを具備し、これらの内側容器または前記外側容器の摺動により開口部を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を追加チャージまたはリチャージすることにより、ルツボ内の原料融液の液跳ねえを防ぎ、静的に追加投入できるとともに、原料費が安く、急加熱によるクラック発生のおそれがない。 According to the raw material supply apparatus according to the CZ method of the present invention, an agglomerated solid raw material is filled, an inner container having an opening at the bottom or bottom, and the inner container are slidably inserted, and the opening is closed. And a lifting means for suspending the inner container and the outer container so that the inner container and the outer container can be lifted and lowered, and the opening is opened by sliding of the inner container or the outer container, and the solid melt in the raw material melt in the crucible By additionally charging or recharging the raw material, splashing of the raw material melt in the crucible can be prevented, the additional charging can be performed statically, the raw material cost is low, and there is no possibility of cracking due to rapid heating.
したがって、この原料供給装置を用いた供給方法によれば、シリコン単結晶の育成における生産性を向上させとともに、ルツボの効率使用や炉部品の寿命延長を図ることができる。これにより、シリコン単結晶の育成コストを大幅に低減できる。 Therefore, according to the supply method using this raw material supply apparatus, the productivity in growing silicon single crystals can be improved, the crucible can be used efficiently, and the life of the furnace parts can be extended. Thereby, the growth cost of the silicon single crystal can be significantly reduced.
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の原料供給装置を配置した単結晶育成炉の全体構成を示す断面図であり、同(a)は原料容器に粒塊状の固形原料を充填した状態を、同(b)は固形原料をルツボ内の原料溶液に投入している状態を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a single crystal growth furnace in which the raw material supply apparatus of the present invention is arranged. FIG. 1 (a) shows a state where a raw material container is filled with agglomerated solid raw material. Indicates a state in which a solid raw material is charged into the raw material solution in the crucible.
CZ法による育成炉は、図1(a)に示すように、炉本体としてメインチャンバ1およびプルチャンバ2から構成され、さらにゲートバルブ13を備えている。プルチャンバ2はメインチャンバ1より小径の円筒形状からなり、メインチャンバ1と同一の中心軸上で、ゲートバルブ13を介して上部に配置される。
As shown in FIG. 1A, the growth furnace based on the CZ method includes a main chamber 1 and a pull chamber 2 as a furnace body, and further includes a
ゲートバルブ13は、メインチャンバ1の内部とプルチャンバ2の内部を連通、または遮断可能に操作するために設けられるものであり、ゲートバルブ13に設けられた連通径はプルチャンバ2より小径である。
The
メインチャンバ1の中心部には、ルツボ3が配置されている。このルツボ3は、内側の石英ルツボ3aと外側の黒鉛ルツボ3bを組み合わせた二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸4上にルツボ受け(図示せず)を介して支持される。支持軸4は、ルツボ3を軸方向に昇降させるように、または周方向に回転させるように駆動する。
A
ヒータ5は、ルツボ3を囲繞するように配置されている。ヒータ5のさらに外側には、断熱材6が、メインチャンバ1の内面に沿って配置されている。
The
ルツボ3内に初期チャージとして投入された固形原料は、ロッド状、塊状、または粒状等の各形状の多結晶シリコンが用いられ、ヒータ5の加熱によって溶融され原料融液12を形成する。初期チャージした固形原料の溶融後には、ルツボ3内の原料融液12の不足分を補充し所望の融液量を確保するために、追加チャージが行われる。
The solid raw material charged as the initial charge into the
このため、プルチャンバ2内には引上軸7が垂下され、本発明の原料供給装置に使用される原料容器10が吊り下げられる。このとき、固形原料11を充填した原料容器10は、引上軸の下端に連結されたハンガー8にワイヤ9を介して、原料融液12を形成したルツボ3の上方に位置される。引上軸7は、プルチャンバ2の最上部に設けられた、図示されない駆動機構により、回転駆動および昇降駆動される。
For this reason, the pulling
図2は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第1の構成例を示す図である。原料容器10は、内側容器10aと外側容器10bとからなる二重構造の円筒体からなり、容器材質は石英である。内側容器10aの外径は、外側容器10bの内径よりも小さく、内側容器10aは外側容器10bに挿入され、両者はともに摺動(スライド)可能に構成される。
FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of a raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention. The
図2に示す第1の構成例では、内側容器10aには掛止部材30が設けられており、この掛止部材30は外側容器10bの上端に位置するように、外側容器10bに挿入される。外側容器10bは、図示しないワイヤによって支持されることによって、原料容器10は前記引上軸に吊り下げられる。
In the first configuration example shown in FIG. 2, the
図3は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第1の構成例を示す部分詳細図であり、同(a)は原料容器の開口部を有する下層部構造を示す縦断面図を、同(b)は原料容器の3B−3B矢視による底面構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a partial detailed view showing a first configuration example of a raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention, in which (a) is a longitudinal sectional view showing a lower layer structure having an opening of the raw material container. (B) is sectional drawing which shows the bottom face structure by 3B-3B arrow of a raw material container.
図3に示すように、内側容器10aの底部には、固形原料11をルツボ内に投入するための開口部18が設けられている。固形原料11の投入を行わない場合には、この開口部18は、外側容器10bの閉塞部材10cと内側容器10aの閉塞部材10dにより閉塞される。このように開口部18が閉塞された状態で、内側容器10aに粒塊状の多結晶シリコンからなる固形原料11が、内側容器10aの上部開口部から充填される。
As shown in FIG. 3, an
固形原料11がルツボ内の原料融液に投入される場合に、ルツボの周方向に偏って投入されるようであれば、図3(a)に示すように、外側容器10bの下端部にカバー17を設けることができる。これにより、固形原料11の偏った投入が解消でき、ひいてはヒータ5等の部品への液跳ねが防止できる。
When the solid
前記図1〜3に基づいて、原料容器の第1の構成例を用いた追加チャージの作業手順を説明する。ルツボ3内に初期チャージされた固形原料11の溶融が終わった後、固形原料11が充填された原料容器10を、引上軸7の下端に連結されたハンガー8にワイヤ9を介して、原料融液12を形成したルツボ3の上方に位置させる。ルツボ3内の原料融液12は、ルツボ容積に対し不足状態である。
Based on FIGS. 1-3, the work procedure of the additional charge using the 1st structural example of a raw material container is demonstrated. After the solid
前記図2に示すように、原料容器10を下降させると、内側容器10aの掛止部材30が所定の高さ位置、例えば、ゲートバルブ13に設けられた小径部に当接し、内側容器10aのみの下降が停止する。一方、ワイヤ9で支持された外側容器10bの下降には支障がなく、さらにその位置から外側容器10bのみが内側容器10aの外周面を摺動しつつ下降する。
As shown in FIG. 2, when the
前記図3(a)に示すように、外側容器10bの摺動にともなって、内側容器10aの開口部18が開放されると、内側容器10aに充填された粒塊状の固形原料11は、その自重により落下して、原料融液12に投入される。
As shown in FIG. 3 (a), when the
このとき、内側容器10aに充填した固形原料11は、開口部18に近い下層部分に粒径25mm以下の細粒の原料を充填するのが望ましい。まず、追加チャージ初期の原料融液12の表面が固化していない状態では、原料容器10から粒径の小さい粒塊状原料を投入する。この時点では、粒塊状原料の粒径が小さいので、液面からの投入距離を調製することにより、例えば、液面から100mm以下にコントロールすれば、原料融液12の液跳ねを生じない。
At this time, it is desirable that the
さらに、固形原料11の投入を続けていくと原料融液12の表面温度が降下し、融液表面が固化する。その後は、固化した融液表面に固形原料11が投入されるため、粒径に拘わらず、固形原料11の投入に伴うルツボ3内の原料融液のヒータ5など部品への液跳ねが生じない。
Further, when the solid
同時に、投入する固形原料11として粒塊状の多結晶シリコンを用いるので、追加チャージに要する原料費が安く、しかも急加熱によるクラックのおそれもないので、効率的に追加チャージを行うことができる。
At the same time, since agglomerated polycrystalline silicon is used as the solid
固形原料11の投入が終わると、原料容器10を上方に引き上げ、プルチャンバ2外へ取り出す。ルツボ3内の原料融液量が目標値に達しない場合は、別の原料容器10を使用して固形原料11の投入を繰り返す。
When the charging of the solid
追加チャージが完了し、ルツボ3内の原料融液12が目標量に達すると、引上軸7の下端に連結されたハンガー7を種結晶に付け替え、単結晶の育成過程に移行する。
When the additional charge is completed and the
以上では、追加チャージの作業手順について説明したが、リチャージにおいても、同様の作業手順によって、最初の単結晶を育成した後、原料融液の減少分に見合う量の粒塊状の固形原料11が、ルツボ3内に残存する原料融液12に追加投入される。
As described above, the additional charge work procedure has been described, but also in the recharge, after growing the first single crystal by the same work procedure, an agglomerated solid
図4は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第2の構成例を示す部分詳細図であり、同(a)は原料容器の開口部を有する下層部構造を示す縦断面図を、同(b)は原料容器の4A−4A矢視による底面構成を示す断面図である。 FIG. 4 is a partial detailed view showing a second configuration example of a raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention, in which (a) is a longitudinal sectional view showing a lower layer structure having an opening of the raw material container. (B) is sectional drawing which shows the bottom face structure by 4A-4A arrow of a raw material container.
図4に示す第2の構成例では、原料容器10は二重の角筒体からなっており、内側容器10aは外側容器10bに挿入され、両者が摺動(スライド)可能に構成されている。
In the second configuration example shown in FIG. 4, the
内側容器10aの底部に設けられた開口部18は、外側容器10bの閉塞部材10cおよび内側容器10aの閉塞部材10dにより閉塞される。そして、開口部18が閉塞された状態で、粒塊状の多結晶シリコンからなる固形原料11が内側容器10aの上部の開口部から充填される。
The
図5は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第3の構成例を示す図である。原料容器10は、内側容器10aと外側容器10bとからなる二重構造の円筒体からなり、内側容器10aは外側容器10bに挿入され、両者ともに摺動(スライド)可能に構成される。
FIG. 5 is a diagram showing a third configuration example of the raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention. The
図5に示す第3の構成例では、外側容器10bは単純な円筒体で構成されており、その上部には掛止部材30が設けられる。一方、内側容器10aの下端底部には固形原料をルツボ内に投入するための逆U字型の開口部18が設けられ、さらに下端の外周面には外側容器10bの下端を支持するためのフランジ部10eが設けられる。このため、内側容器10aは図示しないワイヤによって支持されることによって、原料容器10は引上軸7に吊り下げられる。
In the third configuration example shown in FIG. 5, the
図6は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第3の構成例における下端部の構成を示す斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the lower end portion in the third configuration example of the raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention.
図6に示すように、内側料容器10aの下部側面には、逆U字型の開口部18が設けられるとともに、内側容器10aの底面に投入ガイド10fを設けることができる。例えば、逆V字型の形状を付けた投入ガイド10fを設けることによって、固形原料を投入する際に内側料容器10aの底部での残留を防止することができる。
As shown in FIG. 6, an inverted
固形原料の投入を行わない場合には、この開口部18は、外側容器10bに覆われて閉塞された構造となっている。このように開口部18が閉塞された状態で、内側容器10aに粒塊状の多結晶シリコンからなる固形原料が、内側容器10aの上部開口部28から充填される。
When the solid raw material is not charged, the
前記図5、6に示す、第3の構成例による原料容器10を用いた追加チャージでは、原料容器10を下降させると、外側容器10bの掛止部材30が、例えば、ゲートバルブ13に設けられた小径部に当接し、外側容器10bのみの下降が停止する。一方、ワイヤ9で支持された内側容器10aの下降には支障がなく、さらにその位置から内側容器10aのみが外側容器10bの内周面を摺動しつつ下降する。
In the additional charge using the
内側容器10aの摺動にともなって、内側容器10aの開口部18が開放されると、内側容器10aに充填された粒塊状の固形原料11は、その自重により落下して、原料融液12に投入される。このとき、内側容器14aの底面には、逆V字型の形状を付けた投入ガイド10fが設けられているので、固形原料の残留を防止することができる。
When the
図7は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第4の構成例を示す断面図である。第4の構成例では、原料容器10は二重構造の角筒体からなっており、内側容器10aは外側容器10bに挿入されて、両者ともに摺動(スライド)可能になっている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth configuration example of the raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention. In the fourth configuration example, the
内側容器10aの底面の開口部18aは、外側容器10bの閉塞部材10cにより閉塞される。同様に外側の原料容器10bの底面の開口部18bは、内側容器10aの閉塞部材10dにより閉塞される。内側容器10aの閉塞部材10dは、固形原料を投入する際の残留を防止するため、逆V字型の形状を付すことが望ましい。
The
前記図7に示す、第4の構成例による原料容器を用いた追加チャージでは、前記図2に示すように、内側容器10aに掛止部材30を設けて、所定の高さ位置以降は、外側容器10bのみの摺動によりの開口部18a、18bを開放する。これにより、内側容器10aに充填された粒塊状の固形原料11は、その自重により落下して、原料融液12に投入される。
In the additional charge using the raw material container according to the fourth configuration example shown in FIG. 7, a
図8は、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の第5の構成例を示す断面図である。第5の構成例では、原料容器10は二重構造の角筒体からなっており、内側容器10aは外側容器10bに挿入されて、両者ともに摺動(スライド)可能となっている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fifth configuration example of the raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention. In the fifth configuration example, the
内側容器10aの底面の開口部18aは、外側容器10bの閉塞部材10cによって閉塞される。同様に外側容器10bの底面の開口部18bは、内側容器10aの閉塞部材10dにより閉塞される。外側容器10bの閉塞部材10cは、固形原料を投入する際の残留を防止するため、逆V字型の形状を付すことが望ましい。
The
前記図8に示す、第5の構成例による原料容器を用いた追加チャージでは、前記第4の構成例の場合と同様に、内側容器10aに掛止部材30を設けて、所定の高さ位置以降は、外側容器10bのみの摺動によりの開口部18a、18bを開放し、粒塊状の固形原料の自重により原料融液12に投入される。
In the additional charge using the raw material container according to the fifth configuration example shown in FIG. 8, as in the case of the fourth configuration example, the latching
以下では、本発明の原料供給装置に使用される原料容器の具体的な構成と、それを用いた原料供給方法について、図1〜図3に基づいて説明する。 Below, the specific structure of the raw material container used for the raw material supply apparatus of this invention and the raw material supply method using the same are demonstrated based on FIGS. 1-3.
前記図1に示す育成炉内で、直径が22インチのルツボ3を使用し、直径が8インチのシリコン単結晶を育成した。その育成に際し、初期チャージとして100kgの多結晶シリコンをロッド状、塊状および粒状を複合してルツボ3に投入し、原料溶液12を形成後に追加チャージを行なった。
In the growth furnace shown in FIG. 1, a
前記図2に示すように、原料容器10は内側容器10aと外側容器10bとからなる二重構造で構成され、底部形状は両者の閉塞部材10c、10dで形成され略V字型形状になっている。内側容器10aは石英製の円筒体で構成し、内径が160mmおよび長さが1000mmとした。前記図3(b)に示す底面構成になるように、内側容器10aでの底面の開口部18の面積比は約63%とし、残部は閉塞部材10dであり面積比は約37%とした。
As shown in FIG. 2, the
前記図3(a)に示すように、内側容器10aの底部形状は、閉塞部材10dの角度θは約45度とし、開口部18の頂点と閉塞部材10dの頂点との距離Lは約10mmとした。さらに、閉塞部材10d下端と開口部18の下端には段差が生じているので、その部分には垂直な壁(固定蓋)を設けている。また、内側容器10aの上部の外周面に掛止部材30が設けられている。
As shown in FIG. 3A, the bottom shape of the
一方、外側容器10bは石英製の円筒体で構成し、その内径は内側容器10aの外径より約10mm大きく、長さは内側の原料容器10aより短く構成されている。内側容器10aを挿入すると、閉塞部材10cで開口部18を閉鎖した状態で、外側容器10bの上端が内側容器10aに設けられた掛止部材30を支持する構成になる。
On the other hand, the
外側容器10bの底面は、内側容器10aの開口部18に閉塞する構造であり、面積比で約38%を閉塞している。閉塞部材10cの角度βは、約45度とした。外側容器10bの上部には、吊り下げ用のワイヤ9を通すための水平孔(図示せず)が複数設けられている。
The bottom surface of the
次に、閉塞部材10cで開口部18を閉鎖した状態で、内側容器10aには、粒径が5mm〜25mmの粒塊状の固形原料11を20kg充填した。
Next, with the
初期チャージされた固形原料11の溶融を完了すると、前記図1(a)に示すように、固形原料11を充填した原料容器10を複数のワイヤ9を介し専用のハンガー8を用いて引上軸7に吊り下げ、ルツボ3上に位置した。このとき、複数のワイヤ9は外側容器10bを支持しており、内側容器10aは掛止部材30を介して、外側容器10bに抱えられるように支持されている。
When the melting of the initially charged solid
引上軸7の駆動にともない、原料容器10が所定の高さ位置まで下降すると、前記図1(b)に示すように、ゲートバルブ13に掛止部材30が当接し、内側容器10aの下降が止まると、外側容器10bが30mm〜35mm摺動し、開放部18を開放して、固形原料11をルツボ3内へ供給した。
As the pull-up
原料の供給を続けると、ルツボ3内に初期チャージされた原料融液12は冷やされて融液の表面が固化した。外側の原料容器10bをさらに10mm〜15mm下げ、中の原料を全てルツボ3内に供給した。このとき、ルツボ3は10rpmで回転させた。
When the supply of the raw material was continued, the
供給完了後、原料容器10をチャンバ外に取り出し、ルツボ3内に供給された固形原料11は、ヒータ5の加熱により原料溶液を形成し、融液量の不足を補うことができる。本発明の原料供給装置では、原料容器10の下端部にカバー17を取り付けることができる。これにより、投入位置のばらつきをなくし、ヒータ5等の部品への液跳ねを防止できる。
After the supply is completed, the
以上説明した通り、本発明の原料供給装置に使用される原料容器を用いた追加チャージでは、固形原料として粒塊状の多結晶シリコンを使用するので、原料費が安く、しかも急加熱によるクラックの危険がない。さらに、追加チャージにともなう原料融液の液跳ねを防止することができる。 As described above, the additional charge using the raw material container used in the raw material supply apparatus of the present invention uses agglomerated polycrystalline silicon as the solid raw material, so the raw material cost is low and there is a risk of cracking due to rapid heating. There is no. Furthermore, the splash of the raw material melt accompanying the additional charge can be prevented.
本発明のCZ法による原料供給装置および供給方法によれば、粒塊状の固形原料を充填した内側容器と、この内側容器を摺動可能に挿入させた外側容器とを昇降可能に吊り下げることにより、これらの内側容器または前記外側容器の摺動により開口部を設けて、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を追加チャージまたはリチャージすることができる。 According to the raw material supply apparatus and supply method by the CZ method of the present invention, by suspending an inner container filled with agglomerated solid raw material and an outer container into which the inner container is slidably inserted, it can be lifted and lowered. The solid raw material can be additionally charged or recharged to the raw material melt in the crucible by providing an opening by sliding the inner container or the outer container.
このため、原料費が安く、ルツボ内の原料融液の液跳ねを防ぎ、静的に追加投入できるとともに、急加熱によるクラック発生のおそれがない。したがって、シリコン単結晶の育成における生産性を向上させとともに、ルツボの効率使用や炉部品の寿命延長を図ることができるので、シリコン単結晶の育成コストを大幅に低減できる。
これにより、本発明の原料供給装置および供給方法は、半導体基板を形成するためのシリコン単結晶の製造において広く適用することができる。
Therefore, the raw material cost is low, the raw material melt in the crucible is prevented from splashing, can be added statically, and there is no risk of cracking due to rapid heating. Therefore, productivity in the growth of the silicon single crystal can be improved, the crucible can be used efficiently, and the life of the furnace parts can be extended, so that the cost for growing the silicon single crystal can be greatly reduced.
Thereby, the raw material supply apparatus and the supply method of the present invention can be widely applied in the production of a silicon single crystal for forming a semiconductor substrate.
1:メインチャンバ、 2:プルチャンバ
3:ルツボ、 3a:石英ルツボ
3b:黒鉛ルツボ、 4:支持軸
5:ヒータ、 6:断熱材
7:引上軸、 8:ハンガー
9:ワイヤ、 10:原料容器
10a:内側容器、 10b:外側容器
10c、10d:閉塞部材、 11:固形原料
12:原料融液、 13:ゲートバルブ
17:カバー、 18、18a、18b:開口部
30:掛止部材
1: main chamber 2: pull chamber 3:
Claims (8)
粒塊状の固形原料を充填し、下部または底部に開口部を有する内側容器と、前記内側容器を摺動可能に挿入させ、前記開口部を閉塞する外側容器と、前記内側容器および外側容器を昇降可能に吊り下げる引き上げ手段とを具備し、
前記内側容器に昇降を停止させる掛止部材を設け、前記外側容器の摺動により前記開口部を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を投入することを特徴とする原料供給装置。 A raw material supply apparatus that is used for growing a single crystal by the Czochralski method, and that additionally charges or recharges the raw material melt in the crucible,
Filled with agglomerated solid raw material, an inner container having an opening at the bottom or bottom, an outer container for slidably inserting the inner container and closing the opening, and raising and lowering the inner container and the outer container A lifting means to suspend it as possible,
A raw material supply apparatus comprising a hook member for stopping raising and lowering the inner container, opening the opening by sliding the outer container, and charging the solid raw material into the raw material melt in the crucible.
粒塊状の固形原料を充填し、下部または底部に開口部を有する内側容器と、前記内側容器を摺動可能に挿入させ、前記開口部を閉塞する外側容器と、前記内側容器および外側容器を昇降可能に吊り下げる引き上げ手段とを具備し、
前記外側容器に昇降を停止させる掛止部材を設け、前記内側容器の摺動により前記開口部を開放し、ルツボ内の原料融液に前記固形原料を投入することを特徴とする原料供給装置。 A raw material supply apparatus that is used for growing a single crystal by the Czochralski method, and that additionally charges or recharges the raw material melt in the crucible,
Filled with agglomerated solid raw material, an inner container having an opening at the bottom or bottom, an outer container for slidably inserting the inner container and closing the opening, and raising and lowering the inner container and the outer container A lifting means to suspend it as possible,
A raw material supply apparatus comprising: a hook member for stopping raising and lowering of the outer container; opening the opening by sliding of the inner container; and feeding the solid raw material into the raw material melt in the crucible .
下部または底部に開口部を有する内側容器を外側容器に摺動可能に挿入させ、前記開口部が閉塞された状態で粒塊状の固形原料を前記内側容器に充填し、
次いで前記内側容器および外側容器を育成炉の中心に位置するルツボ上に吊り下げて下降させたのち、前記内側容器または外側容器のいずれかの下降を停止させ、
これにともなって前記内側容器または外側容器のいずれかを摺動させて前記開口部を開放し、前記ルツボ内の原料融液に前記固形原料を投入することを特徴とする原料供給方法。 When a single crystal is grown by the Czochralski method, a raw material supply method for additionally charging or recharging the raw material melt in the crucible,
An inner container having an opening at the bottom or bottom is slidably inserted into the outer container, and the inner container is filled with agglomerated solid raw material in a state where the opening is closed,
Then, after hanging down the inner container and the outer container on a crucible located in the center of the growth furnace, stop the lowering of either the inner container or the outer container,
Accordingly, the raw material supply method is characterized in that either the inner container or the outer container is slid to open the opening, and the solid raw material is charged into the raw material melt in the crucible .
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