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JP-2026077378-A - 単結晶シリコンインゴットの製造装置及び単結晶シリコンインゴットの製造方法

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Abstract

【課題】単結晶シリコンインゴットの結晶品質を向上できる単結晶シリコンインゴットの製造装置及び製造方法を提供する。 【解決手段】単結晶シリコンインゴットの製造装置１は、石英ルツボ８と、石英ルツボ８の上方に設けられた、筒状のシールド本体１３Ａと、シールド本体１３Ａの下端部から内側に突出して単結晶シリコンインゴットを通過させるための開口を区画する内側フランジ部１３Ｂとを有する熱遮蔽体１３と、内側フランジ部１３Ｂを撮影するカメラ１５と、単結晶シリコンインゴットを育成するための制御因子を調整する制御部２０とを備える。内側フランジ部１３Ｂは、開口を区画する端部１３Ｄの１箇所以上に設けられている切欠１３１を有する。制御部２０は、カメラ１５の撮影画像に写っている切欠１３１の周方向の位置を算出し、切欠１３１の周方向の位置に基づいて制御因子を調整する。 【選択図】図８

Inventors

  • 萬膳 一成

Assignees

  • 株式会社SUMCO

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (8)

  1. シリコン融液を収容する石英ルツボと、 前記石英ルツボを収容するチャンバと、 前記石英ルツボの上方に、前記シリコン融液から引き上げられる単結晶シリコンインゴットを囲むように設けられた、筒状のシールド本体と、前記シールド本体の下端部から内側に突出して前記単結晶シリコンインゴットを通過させるための開口を区画する内側フランジ部とを有する熱遮蔽体と、 前記シールド本体と前記単結晶シリコンインゴットとの間を通じて前記シリコン融液の液面と前記熱遮蔽体の内側フランジ部とを撮影するカメラと、 前記単結晶シリコンインゴットを育成するための制御因子を調整する制御部と を備え、 前記内側フランジ部は、前記開口を区画する端部の１箇所以上に設けられている切欠を有し、 前記制御部は、 前記カメラの撮影画像に写っている前記切欠の周方向の位置を算出し、 前記切欠の周方向の位置に基づいて前記制御因子を調整する、 単結晶シリコンインゴットの製造装置。
  2. 前記制御部は、前記熱遮蔽体を前記チャンバ内における所定位置に設置したときの前記切欠の周方向の位置に対する、前記熱遮蔽体が前記石英ルツボの上方に設けられた状態における前記切欠の周方向の位置のずれの大きさを算出し、前記切欠の周方向の位置のずれの大きさに基づいて前記制御因子を調整する、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴットの製造装置。
  3. 前記制御因子は、前記チャンバ内に供給する不活性ガス流量、前記チャンバ内の圧力、又は、前記石英ルツボの回転数のいずれかを含む、請求項１又は２に記載の単結晶シリコンインゴットの製造装置。
  4. チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、 チャンバ内において石英ルツボの上方に設けられた熱遮蔽体の、前記石英ルツボ内のシリコン融液から引き上げられる単結晶シリコンインゴットを通過させるための開口を区画する内側フランジ部の端部の１箇所以上に設けられている切欠の周方向の位置に基づいて前記単結晶シリコンインゴットを育成するための制御因子を調整することと、 前記単結晶シリコンインゴットを育成することと を含む、単結晶シリコンインゴットの製造方法。
  5. 前記熱遮蔽体を前記チャンバ内における所定位置に設置したときの前記切欠の周方向の位置に対する、前記熱遮蔽体が前記石英ルツボの上方に設けられた状態における前記切欠の周方向の位置のずれの大きさを算出し、前記切欠の周方向の位置のずれの大きさに基づいて前記制御因子を調整することを含む、請求項４に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
  6. 前記切欠の周方向の位置のずれの大きさに基づいて、前記制御因子として、前記単結晶シリコンインゴットの酸素濃度の調整に係る因子を調整する、請求項５に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
  7. 前記制御因子は、前記チャンバ内に供給する不活性ガス流量、前記チャンバ内の圧力、又は前記石英ルツボの回転数のいずれかを含む、請求項４から６までのいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
  8. 前記シリコン融液を得るために前記石英ルツボ内でシリコン原料を溶解した後、かつ、前記単結晶シリコンインゴットの育成を開始する前に、前記熱遮蔽体の内側フランジ部の端部の撮影画像から前記切欠の位置の周方向の位置を算出することを含む、請求項４から６までのいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。

Description

本開示は、単結晶シリコンインゴットの製造装置、及び単結晶シリコンインゴットの製造方法に関する。 従来、単結晶シリコンインゴットの製造装置において、ルツボの上方を覆う（又は、ルツボの上方に設置された）カバーに切欠として設けられたスロットから溶融面を観察する方法が知られている（例えば特許文献１等参照）。 特開平６－１１６０８３号公報 本開示に係る単結晶シリコンインゴットの製造装置において種結晶をシリコン融液に接触させたときの構成例を示す模式図である。本開示に係る単結晶シリコンインゴットの製造装置において種結晶をシリコン融液から引き上げて直胴部を形成しているときの構成例を示す模式図である。熱遮蔽体の構成例を示す斜視図である。熱遮蔽体の周方向の位置ずれ量が０である場合を示す平面図である。熱遮蔽体の周方向の位置ずれ量が３度である場合を示す平面図である。熱遮蔽体の周方向の位置ずれがある場合及び位置ずれがない場合のそれぞれの場合に引き上げた単結晶シリコンインゴットの酸素濃度の例を示すグラフである。熱遮蔽体の切欠の位置を算出する方法を説明する模式図である。制御因子の調整後に引き上げた単結晶シリコンインゴットの酸素濃度の例を示すグラフである。本開示に係る制御方法の手順例を示すフローチャートである。 （単結晶シリコンインゴットの製造装置１の構成例） 以下、本開示の一実施形態に係る単結晶シリコンインゴットの製造装置１の構成例が図面を参照して説明される。製造装置１は、チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法を実行するために用いられる。図１及び図２に示されるように、単結晶シリコンインゴットの製造装置１は、チャンバ２と、制御部２０と、画像処理部３０とを備える。図１の構成例と図２の構成例との間で、単結晶シリコンインゴットの引き上げ状態が異なっている。図１の構成例は、後述する種結晶がシリコン融液ＭＤの液面に接触し、かつ、単結晶シリコンインゴットの引き上げが開始される前の状態を表す。図２の構成例は、単結晶シリコンインゴットの引き上げが開始されて直胴部ＳＭがシリコン融液ＭＤの液面よりも上に現れている状態を表す。 チャンバ２は、メインチャンバ２ａと、プルチャンバ２ｂとを備える。メインチャンバ２ａは、内部に、石英ルツボ８及びカーボン製ルツボ９の二重構造になっているルツボを収容する有底円筒形状のチャンバである。プルチャンバ２ｂは、メインチャンバ２ａと同一の中心軸を有し、メインチャンバ２ａの上方に設けられる、メインチャンバ２ａよりも小径の円筒形状のチャンバである。メインチャンバ２ａとプルチャンバ２ｂとの間にはゲートバルブが設けられてよい。ゲートバルブの開閉によってメインチャンバ２ａ内の空間とプルチャンバ２ｂ内の空間とが互いに連通又は遮断される。プルチャンバ２ｂは、上部に、Ａｒガスなどの不活性ガスをメインチャンバ２ａ内に導入するためのガス供給源５及びマスフローコントローラ４が接続されているガス導入口を備える。メインチャンバ２ａは、底部に、メインチャンバ２ａ内の気体を吸引して排出するための真空ポンプ１８及びバルブ１７が接続されているガス排出口を備える。 石英ルツボ８及びカーボン製ルツボ９は、メインチャンバ２ａの中心部に配置され、シリコン融液ＭＤを収容する。石英ルツボ８は、シリコン融液ＭＤを内面で直接支持する。カーボン製ルツボ９は、石英ルツボ８の外側で石英ルツボ８を支持する。石英ルツボ８及びカーボン製ルツボ９は、以下、単にルツボとも称される。 製造装置１は、メインチャンバ２ａの中に、熱遮蔽体１３と、支持部材１２と、筒状のヒータ１１と、筒状の保温筒１０とを更に備える。 熱遮蔽体１３は、ルツボの上方に、シリコン融液ＭＤから引き上げられる単結晶シリコンインゴットの直胴部ＳＭ（図２参照）を囲むように設けられる。熱遮蔽体１３は、育成中の単結晶シリコンインゴットに対する、シリコン融液ＭＤ、ヒータ１１、及びルツボの側壁からの高温の輻射熱の入射量を調整したり、結晶成長界面近傍の熱の拡散量を調整したりする機能を有する。また、熱遮蔽体１３は、単結晶シリコンインゴットの中心部及び外周部における引き上げ方向の温度勾配を制御する機能を有する。なお、熱遮蔽体１３は石英ルツボ８内のシリコン融液ＭＤに向けてＡｒガスを案内する機能も奏することから、整流筒と称される場合もある。 熱遮蔽体１３は、図１、図２及び図３に示されるように、内壁面を有する筒状のシールド本体１３Ａと、シールド本体１３Ａの下端部から内側に向かって延在してシールド本体１３Ａの内側に開口を区画する内側フランジ部１３Ｂと、シールド本体１３Ａの上端部から外側に向かって水平方向に延在する外側フランジ部１３Ｃとを有する。シールド本体１３Ａの形状は、円柱の側面に沿った形状、すなわち円筒形状であってもよいし、下方に向かって径が小さくなる円錐台の側面に沿った形状であってもよい。内側フランジ部１３Ｂによって区画される開口は、育成中の単結晶シリコンインゴットを通過させるために設けられており、筒状のシールド本体１３Ａの中心軸に向かって見たときに円状である。つまり、内側フランジ部１３Ｂは、シールド本体１３Ａの内側に円状の開口を区画する。内側フランジ部１３Ｂの、シールド本体１３Ａの内側に円状の開口を区画する部分は、端部１３Ｄとも称される。端部１３Ｄの形状は、内側フランジ部１３Ｂは、シールド本体１３Ａに接続している部分から端部１３Ｄまで水平方向に延在してよい。つまり、シールド本体１３Ａの中心軸に沿った方向において、端部１３Ｄは、内側フランジ部１３Ｂがシールド本体１３Ａに接続している部分と同じ高さに位置してよい。内側フランジ部１３Ｂは、シールド本体１３Ａから端部１３Ｄまで下方に向かって延在してもよい。つまり、シールド本体１３Ａの中心軸に沿った方向において、端部１３Ｄは、内側フランジ部１３Ｂがシールド本体１３Ａに接続している部分よりも低くなるように位置してよい。熱遮蔽体１３は、外側フランジ部１３Ｃを支持部材１２上に係合させることにより、大気開放されたメインチャンバ２ａ内に設置される。熱遮蔽体１３において、内側フランジ部１３Ｂの内側の端部１３Ｄに切欠１３１が設けられている。切欠１３１は、端部１３Ｄから内側フランジ部１３Ｂがシールド本体１３Ａに接続している部分に向かう方向、すなわち外側に向けて凹んでいる。切欠１３１は、内側フランジ部１３Ｂの端部１３Ｄの１箇所以上に設けられている。切欠１３１は、単結晶シリコンインゴットの直胴部ＳＭがシリコン融液ＭＤの液面よりも上に現れた状態において、後述するカメラ１５から切欠１３１を通じてシリコン融液ＭＤの液面を撮影可能とするために設けられている。 筒状のヒータ１１は、メインチャンバ２ａ内でルツボを囲うように位置する。ヒータ１１は、カーボンを素材とする抵抗加熱式ヒータであり、ルツボ内に投入されるシリコン原料を溶融してシリコン融液ＭＤを形成し、形成したシリコン融液ＭＤを維持するようにルツボを加熱する。 筒状の保温筒１０は、熱遮蔽体１３の上端よりも下方で、ヒータ１１の外周面と離間して、メインチャンバ２ａの内側面に沿って設けられる。保温筒１０は、チャンバ２内の特に熱遮蔽体１３よりも下方の領域に保熱効果を付与し、ルツボ内のシリコン融液ＭＤを維持しやすくする機能を有する。 製造装置１は、ルツボを昇降させるルツボ昇降機構７を備える。ルツボ昇降機構７は、メインチャンバ２ａの底部を鉛直方向に貫通してルツボを下部から支持するシャフトを介してルツボを回転させつつ昇降させる。 製造装置１は、プルチャンバ２ｂを通るワイヤ６と、ワイヤ６の下方の先端に取り付けられているシードチャックＳＣとを備える。シードチャックＳＣは、ルツボの中に収容されているシリコン融液ＭＤから単結晶シリコンインゴットを引き上げるために、シリコン融液ＭＤの液面に接触させる種結晶を保持する。製造装置１は、単結晶シリコンインゴットを引き上げるためにワイヤ６を介してシードチャックＳＣを上下方向に駆動する引き上げ駆動部３をプルチャンバ２ｂの上方に備える。引き上げ駆動部３は、ワイヤ６を所定の速度で回転させつつ昇降させる。 製造装置１は、メインチャンバ２ａの中に印加する磁場を発生させる磁場発生装置１６を更に備える。磁場発生装置１６は、メインチャンバ２ａの外側でルツボを包含する高さ範囲に位置する。磁場発生装置１６は、超電導コイル等のコイルを有してよい。磁場発生装置１６は、コイルに電流を流すことによって、シリコン融液ＭＤに対して水平の磁場分布を形成する水平磁場を発生させる。シリコン融液ＭＤに対して印加される磁束密度の大きさは、コイルに流す電流の大きさによって制御される。 製造装置１は、引き上げ駆動部３と、マスフローコントローラ４及びガス供給源５と、磁場発生装置１６と、バルブ１７及び真空ポンプ１８と、ルツボ昇降機構７とを制御する制御部２０を更に備える。 制御部２０は、１つ以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、制御部２０の種々の機能を実現するプログラムを実行しうる。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、ＩＣ（Integrated Circuit）とも称される。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。制御部２０は、専用回路を含んでもよい。 制御部２０は、記憶部を更に備えてよい。記憶部は、制御部２０で用いられる種々の情報若しくはデータ、又は、制御部２０が実行するプログラム等を格納する。記憶部は、磁気ディスク等の電磁記憶媒体を含んでよいし、半導体メモリ又は磁気メモリ等のメモリを含んでもよい。記憶部は、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体を含んでよい。記憶部は、制御部２０のワークメモリとして機能してよい。記憶部の少なくとも一部は、制御部２０とは別体として構成されてもよい。 制御部２０は、製造装置１の各構成部との間で情報又はデータを送受信する通信デバイスを備えてもよい。通信デバイスは、各構成部と有線又は無線で通信可能に接続されてよい。通信デバイスは、例えばＬＡＮ（Local Area Network）等の通信規格に基づいて通信可能に構成される通信インタフェースを備えてよい。通信インタフェースは、上述した例に限られず、他の種々の通信規格に基づいて通信可能に構成されてよい。 製造装置１は、メインチャンバ２ａの内部を観察するための、カメラ１５及び画像処理部３０を更に備える。カメラ１５は、メインチャンバ２ａに設けられている観察窓１４を通してメインチャンバ２ａの内部を撮影する。カメラ１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を含んでよい。画像処理部３０は、カメラ１５の撮影画像を処理し、処理結果を制御部２０に出力する。画像処理部３０は、プロセッサ又は専用回路を備えてよい。画像処理部３０は、記憶部又は通信デバイスを含んでよい。画像処理部３０のプロセッサ、記憶部又は通信デバイスは、制御部２０のプロセッサ、記憶部又は通信デバイスと同様に構成されてよい。画像処理部３０は、制御部２０の一部として構成されてもよい。 カメラ１５は、熱遮蔽体１３のシールド本体１３Ａと育成中の単結晶シリコンインゴットとの間を通じてシリコン融液ＭＤの液面を撮影するように配置されている。図２に示されるように単結晶シリコンインゴットの直胴部ＳＭがシリコン融液ＭＤの液面よりも上に現れた状態において、シリコン融液ＭＤの液面は、単結晶シリコンインゴットと熱遮蔽体１３の内側フランジ部１３Ｂとによってカメラ１５から見てほぼ遮蔽される。つまり、カメラ１５は、熱遮蔽体１３のシール