特開 2022-10815 輻射シールド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022010815

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】輻射シールド

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20220107BHJP

   C30B 15/22 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502C

C30B15/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020111568

(22)【出願日】2020-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】クアーズテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】下坂 信

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF10

4G077EG19

4G077HA12

4G077PE22

4G077PE24

(57)【要約】

【課題】シリコン単結晶引き上げ装置内に設けられる輻射シールド本体に対して、内径調整リングを着脱自在に構成することにより、輻射シールドを提供する。
【解決手段】シリコン単結晶引き上げ装置内に設けられ、輻射シールド本体と内径調整リングとからなり、前記内径調整リングが、逆円錐台形状の上側先端部と、輻射シールドに嵌合するための円筒形状の下側胴部とからなり、前記内径調整リングが、輻射シールド本体に対して着脱自在に取り付けられることを特徴とする輻射シールド。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

輻射シールド本体と前記輻射シールド本体に着脱自在に嵌合された内径調整リングとからなり、
前記内径調整リングは、逆円錐台形状の上側先端部と、円筒形状の下側胴部とが一体に形成されていることを特徴とする輻射シールド。

【請求項2】

前記内径調整リングは、内径の異なる複数の内径調整リングを備えることを特徴とする請求項１に記載の輻射シールド。

【請求項3】

前記内径調整リングが、カーボン材またはカーボン繊維材からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の輻射シールド。

【請求項4】

前記内径調整リングが、逆円錐台形状の上側先端部と、テーパー状の下側胴部とからなり、
前記下側胴部と、輻射シールド本体の内周面とがテーパー面で嵌合することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の輻射シールド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、輻射シールドに関し、特に、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引き上げ装置に用いる輻射シールドに関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法（ＣＺ法）が知られている。ＣＺ法では、原料となる粒塊状の多結晶シリコンをルツボ内に投入し、ルツボを囲繞するヒーターにより、多結晶シリコンを加熱して溶融させる。ルツボ内にシリコン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、ルツボ上に保持した種結晶を下降させて、ルツボ内のシリコン融液の表面に接触させる。種結晶を所定の方向に回転させながら上昇させると、種結晶の下方に円柱状のシリコン単結晶が成長する。シリコン単結晶インゴットの育成では、まず種結晶を引き上げ、細長い結晶を成長させてネック部が形成され、ネック部から結晶が直径方向に成長して肩部が形成され、製品部分となる直胴部が形成される。直胴部が形成された後、直径は徐々に縮小されてインゴットの底部が形成される。

【0003】

このようなシリコン単結晶の育成方法では、種結晶の先端をシリコン融液に接触させると、接触部分がシリコン融液の表面温度で急激に上昇することとなり、種結晶に熱衝撃または急激な温度勾配が生じてスリップ転位が発生する。種結晶とシリコン融液との接触部位に発生した転位は、結晶成長時にインゴット下部に伝播され、シリコン単結晶を有転位化する。

【0004】

このため、シリコン単結晶の引き上げ装置内では、シリコン単結晶の引き上げ領域を囲むように、ルツボの上側に輻射シールドを設けて、シリコン融液の表面からの輻射熱を遮断して、引き上げ中のインゴット温度を全長に渡り均一化して有転位化を抑制するとともに、シリコン単結晶の変形など無い、正常な凝固を促進して引き上げ速度を上げ、生産性を向上させている。

【0005】

ところで、シリコンウェーハの寸法は規格化されており、引き上げるシリコン単結晶の直径φは、例えば、３０５ｍｍ程度である（φ３００±０．２；ＪＥＩＤＡ ＥＭ－３６０２参考）。３０５ｍｍの直径のシリコン単結晶を引き上げるには、その太さに合わせた内径を有する輻射シールドを用いる必要がある。よって、３０５ｍｍの直径のシリコン単結晶用の輻射シールドは、それとは異なる直径のシリコン単結晶の引き上げには用いることができない。このため、直径の異なるシリコン単結晶を製造するには、それ専用の輻射シールドを用意することとなり、コスト面で問題となる。

【0006】

このような問題を解決する方法として、ルツボ上方に配置された輻射シールドにおいて、該輻射シールドが円筒状の直胴部と、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、該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しかつ高さ方向に所定の厚さを持つ熱遮蔽インナー部材を備えた輻射シールドが開示されている（特許文献１）。特許文献１では、熱遮蔽インナー部材を輻射シールドの下端部開口の周縁部において周方向に沿って移動可能にすることにより、単結晶の育成中、シリコン融液が減少するに従い、適宜、熱遮蔽インナー部材の位置を調整し、より効果的に単結晶を保温しつつシリコン融液が過度に冷却されるのを抑制し、結晶の変形などによる有転位化を防止している。

【0007】

特許文献２には、輻射シールドと、該輻射シールドの下端部開口に対し係着可能に設けられた円環状の分離インナー部材と、該分離インナー部材を輻射シールドの下端部開口に向かって昇降移動させる昇降手段とを備え、該昇降手段により下降させた分離インナー部材を輻射シールドの下端部開口に係着することにより、該輻射シールドの下端部開口が縮小されるシリコン単結晶の引き上げ装置が開示されている。

【0008】

特許文献１、２とも、輻射シールドに加えて、熱遮蔽インナー部材または分離インナー部材を設けて、輻射シールドとシリコン単結晶の外周面との距離を調節することで、インゴットへの結晶欠陥の発生を抑制できること、また、引き上げ速度の向上に繋がることが開示されている。

【0009】

一方、ネック部を形成せずに大口径のシリコン単結晶を成長させる技術として、特許文献３では、ルツボの上側に配置される断熱手段として、成長したインゴットが通過できるホールと、該ホールのサイズを調節できるホールサイズ調節部と、ホールサイズ調節部を駆動する駆動部とを含む上側熱遮蔽体を備えたシリコン単結晶の引き上げ装置が開示されている。特許文献３では、上側熱遮蔽体の内部にホールサイズ調節部を装着し、種結晶をシリコン融液に浸漬する時に発生する熱衝撃を最小化することで、ネック部の直径を増加させている。

【0010】

特許文献１～３のいずれも、引き上げ中のシリコン単結晶または種結晶と、熱遮蔽体との距離を調節して、インゴット外周面に伝達するシリコン融液の輻射熱を調節することでシリコンインゴットの品質や生産性を向上している。しかしながら、前記シリコン単結晶と熱遮蔽体との距離を調節する手段は、装置に設けられた昇降手段で下降させて係着させたり、熱遮蔽体の内部にホールのサイズを調節するためのホールサイズ調整部を設け、さらには前記ホールサイズ調節部を制御する駆動部が配置されたりと装置が煩雑になっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１３－７５７８５号公報

【特許文献2】特開２０１３－１９９３８７号公報

【特許文献3】特表２０１６－５２９１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本発明では、シリコン単結晶引き上げ装置内に設けられる輻射シールド本体に対して、内径調整リングを着脱自在に構成することにより、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】

【0013】

本発明の輻射シールドは、輻射シールド本体と前記輻射シールド本体に着脱自在に嵌合された内径調整リングとからなり、前記内径調整リングは、逆円錐台形状の上側先端部と、円筒形状の下側胴部とが一体に形成されていることを特徴とする。
前記の構成を備えることにより、簡単にシリコン単結晶と輻射シールドとの距離を調節でき、所望の直径を有するシリコン単結晶を、黒鉛ヒーターやシリコン融液からの輻射熱に起因して生じる結晶変形による有転位化を抑制でき、歩留まり向上や引き上げ速度を向上することができる。

【0014】

前記内径調整リングは、内径の異なる複数の内径調整リングを備え、引き上げるシリコン単結晶の直径に対応する内径調整リングを輻射シールド本体に嵌合することが好ましい。
前記の構成により、簡単にシリコン単結晶と輻射シールドとの距離を調節できるため、種々の直径を有するシリコン単結晶を引き上げることができる。

【0015】

前記内径調整リングは、カーボン材またはカーボン繊維材からなることが好ましい。
前記の構成により、引き上げ中のシリコン単結晶の温度を全長に渡り均一化することができ、かつ、結晶変形を抑制でき、有転位化を抑えることができる。

【0016】

前記内径調整リングが、逆円錐台形状の上側先端部と、輻射シールドに嵌合するためのテーパー状の下側胴部とからなり、前記下側胴部と、輻射シールド本体の内周面とをテーパー面で嵌合させることが好ましい。
内径調整リングの下側胴部がテーパー形状を有することで、輻射シールドとの嵌合が容易となり、また、嵌合が外れにくくなり、好適である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、引き上げるシリコン単結晶の直径に応じて、１個または２個以上の内径調整リングを輻射シールド本体に嵌合することにより、内径調整リングの内径とシリコン単結晶インゴットの外表面との距離ｔを簡単に調節することができ、シリコン単結晶インゴットの結晶変形による有転位化を抑制でき、歩留まり向上や引き上げ速度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置において、輻射シールド本体に内径調整リングを嵌合させて、シリコン単結晶インゴットを引き上げる様子を示す模式的縦断面図である。

【図2】図２は内径調整リングにおいて，逆円錐台形状の上側先端部と、円筒形状の下側胴部を示す図である。

【図3】図３は、本発明の他の実施形態として、輻射シールド本体に嵌合するための下側胴部がテーパー形状を有する内径調整リングを表す図である。

【図4】図４は、輻射シールド本体に内径の異なる２つの内径調整リングを嵌合した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら、本発明の輻射シールドについて説明する。
図１では、本発明に係るシリコン単結晶引き上げ装置１００の一部において、シリコン単結晶を引き上げる様子を示している。
前記シリコン単結晶引き上げ装置１００において、メインチャンバ（図示せず）の内部には、シリコン融液２が収容される石英ルツボ３と、石英ルツボ３を外側で支持する黒鉛ルツボ４が配置され、黒鉛ルツボ４の下部は、シリコン融液２およびルツボ（石英ルツボ３および黒鉛ルツボ４）の荷重を支持するための支持構造体９および支持台１０が配置されている。

【0020】

そして、石英ルツボ３の上側には、シリコン融液２からシリコン単結晶１を引き上げる際に、シリコン融液２から放出される熱を遮断する輻射シールド本体７が設けられている。

【0021】

本発明の特徴は、シリコン単結晶１の外表面と輻射シールド７０の内径との間を所定の距離にすべく、輻射シールド本体７の下端部開口の周縁部に、着脱自在な内径調整リング８を備えることにある。前記内径調整リング８は、図２に示すように、逆円錐台形状の上側先端部８ａと、直径が略一定である円筒形状の下側胴部８ｂとが一体で形成されている。

【0022】

内径調整リング８は、輻射シールド本体７の下端部開口に隙間なく、かつ、着脱可能に装着できる大きさまたは形状を有する。内径調整リング８の下側胴部８ｂの外径は、輻射シールド本体７の下端部開口に嵌合できる大きさであればよく、通常４００～６００ｍｍである。内径調整リング８における上側先端部８ａは、下側胴部８ｂに対して、２０～８０°、具体的には５５～６５°ほど外側に傾いた逆円錐台形状をしている。前記逆円錐台部分の高さは２０～１００ｍｍ、好ましくは５０～７０ｍｍである。この傾きと高さを有していることにより、螺子などの固定治具を用いず、簡単に輻射シールド本体７に嵌合することができる。一方、下側胴部８ｂの高さは、輻射シールド本体７の厚さ程度あればよく、通常２０～６０ｍｍ、好ましくは３５～４５ｍｍである。

【0023】

前記内径調整リング８の下側胴部は、図３に示すように、テーパー形状を有していてもよい。内径調整リング８の下側胴部８ｂがテーパー形状を有することで、円筒形状である場合と比べて、収まりよく輻射シールド本体７に嵌合し、また、落下するといった嵌合外れも起こり難い。

【0024】

具体的な一実施形態では、輻射シールド本体７の主たる部分を、シリコン単結晶１の直径の最大径に適した内径とし、内径調整リング８をその最小径に適した内径とする。なお、輻射シールド本体７の主たる部分の形状は、円筒部にシリコン単結晶１が接触しない範囲で、シリコン単結晶１の種々の直径に対応できるものであれば、限定されるものではない。

【0025】

シリコン単結晶１の外周面と内径調整リング８の内径との間の距離ｔは、内径調整リング８の下側胴部８ｂの厚みにより調節してもよい。下側胴部８ｂの厚みは、通常１０～３０ｍｍであり、シリコン単結晶１の直径に合わせて調節する。

【0026】

あるいは、内径調整リング８の下側胴部８ｂを、輻射シールド本体７の下端部開口の内周面側縁部に設けられた支持インナー部材（図示せず）に掛け留めして装着してもよい。具体的には、支持インナー部材の上面側に溝を設け、その溝に、内径調整リング８の下側胴部の上部に螺子で固定したフックを引っ掛けて止める。

【0027】

輻射シールド本体７に嵌合する内径調整リング８は１個でもよいし、引き上げるシリコン単結晶１の直径に応じて、２個以上の内径調整リング８を重ねてもよい。図４は輻射シールド本体７に２個の内径調整リング８を嵌合した縦断面図である。輻射シールド本体７に、シリコン単結晶１の直径に応じた内径調整リング８を１個または２個以上設けることで、内径調整リング８の内径と、シリコン単結晶１の外周面との間の距離を調節することができる。

【0028】

内径調整リング８の内周面とシリコン単結晶１の外周面との距離ｔを、少なくとも２０ｍｍ程度、好ましくは１０～３０ｍｍになるように内径調整リング８を設ける。これにより、引き上げるシリコン単結晶１の直径が異なっても、それぞれのシリコン単結晶１は、同等の育成環境を有することができ、種々の直径を有するシリコン単結晶１を製造することができる。

【0029】

内径調整リング８は、カーボン材、カーボン繊維材などの輻射シールド本体７と同じ材料、または育成中のシリコン単結晶の結晶を変形させない材料であればよい。

【0030】

本発明によれば、輻射シールド本体７に、内径調整リング８を適宜嵌合することで、種々の直径を有するシリコン単結晶１を引き上げることができる。また、引き上げられたシリコン単結晶は、結晶変形による有転位化などは認められず、シリコン単結晶を４０本引上げた際の歩留まりは８０％以上である。

【実施例0031】

以下、本発明を実験例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらにより制限されるものではない。
［実施例１］
石英ルツボに原料シリコンを投入し、直径４６０ｍｍのシリコン単結晶を引き上げた。このとき、下端部開口の直径が５６０ｍｍである輻射シールド本体、および、下側胴部に対して外側に６０°傾斜した上側先端部、下端部開口の直径（内径調整リングの内径）が５２０ｍｍである内径調整リングを使用し、内径調整リングの内周面と引上げるシリコン単結晶の外周面との距離ｔを３０ｍｍになるようにした。
なお、内径調整リングは、カーボン材基材からマシニング加工で削り出し加工を行って作製した。
この条件において、引き上げられたシリコン単結晶は、結晶変形による有転位化も生じず、同様の方法でシリコン単結晶を４０本引上げた際の歩留まりは８５．２％であった。また、結晶変形も生じなかった。さらに比較例１の平均引上げ速度を１とした場合の平均引上げ速度比は、１．２であった。

【0032】

［実施例２］
石英ルツボに原料シリコンを投入し、直径４２０ｍｍのシリコン単結晶を引き上げた。このとき、下端部開口の直径が５６０ｍｍである輻射シールド本体、下側胴部に対して外側に６０°傾斜した上側先端部、下端部開口の直径（第１の内径調整リングの内径）が５２０ｍｍである第１の内径調整リング、および、第１の内径調整リングの内側に嵌合した、下側胴部に対して外側に４０°傾斜した上側先端部、下端部開口の直径（第２の内径調整リングの内径）が４８０ｍｍである第２の内径調整リングを使用し、第２の内径調整リングの内周面と引上げるシリコン単結晶の外周面との距離ｔを３０ｍｍになるようにした。
なお、内径調整リングは、カーボン材基材からマシニング加工で削り出し加工を行って作製した。
この条件において、引き上げられたシリコン単結晶は、結晶変形による有転位化数十も生じず、同様の方法でシリコン単結晶を４０本引上げた際の歩留まりは８３．０％であった。また、結晶変形も生じなかった。さらに比較例１の平均引上げ速度を１とした場合の平均引上げ速度比は、１.３であった。

【0033】

［比較例１］
実施例１において、内径調整リングを使用しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、シリコン単結晶を引き上げた。
引き上げられたシリコン単結晶は、結晶変形による有転位化を起こしており、比較例１と同様の条件でシリコン単結晶を４０本引上げた際の歩留まりも５０．５％と、実施例１に比べて劣っていた。さらに、結晶変形を起こしていた。

【0034】

実施例１では、比較例１に比べて、引上げ本数４０本における歩留まりは約６９％向上していた。また、実施例１では、結晶変形を起こさなかったため、比較例１に比べて、平均引上げ速度を約２０％上げることができた。

【符号の説明】

【0035】

１ シリコン単結晶
２ シリコン融液
３ 石英ルツボ
４ 黒鉛ルツボ
５ 黒鉛ヒーター
６ 断熱材
７ 輻射シールド本体
８ 内径調整リング
８ａ 逆円錐台形状の上側先端部
８ｂ 円筒形状の下側胴部
９ 支持構造体
１０ 支持台
７０ 輻射シールド
１００ シリコン単結晶引き上げ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】