JP3587231B2 - Silicon single crystal pulling device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶棒の引上げて育成する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、シリコン単結晶棒とるつぼとの間に熱遮蔽治具が配設され、この熱遮蔽治具が輻射熱の温度域における耐熱性を有する黒鉛等の母材と、この母材のシリコン単結晶棒側の面を被覆しかつ母材より輻射率が小さい石英等の被覆材とを有する多層構造に形成された単結晶引上装置が開示されている(特開平8−325090)。
このように構成された単結晶引上装置では、熱輻射率の大きい母材を、この母材より熱輻射率の小さい被覆材で被覆したので、シリコン単結晶棒へのるつぼ及びヒータの輻射熱の遮断効果を向上できる。この結果、シリコン単結晶棒の冷却の促進による引上げ速度を増大でき、シリコン単結晶棒の生産性を向上できるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平8−325090号公報に示された単結晶引上装置では、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒中のシリコン融液近傍の温度分布は、シリコン単結晶棒の外周面からの放熱量が多いため、中心部で最も高く外周面に向うに従って次第に低くなり、外周部で急激に低くなる。一方、シリコン単結晶棒の大口径化が進むと、上記シリコン単結晶棒の中心部と外周部との温度差は更に大きくなることが予想される。このため、シリコン単結晶棒中に上記温度差に基づく熱的ストレスが発生するおそれがあった。
【0004】
本発明の目的は、シリコン融液から引上げ中のシリコン単結晶棒の外周部の急激な温度低下を阻止することにより、シリコン単結晶棒中の熱的ストレスの発生を抑制できるシリコン単結晶の引上げ装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、シリコン単結晶棒及び熱遮蔽部材間を流下する不活性ガスが放熱抑制部材の上面に滞留するのを防止でき、また放熱抑制部材の上面から輻射熱が逃げるのを阻止できるシリコン単結晶棒の引上げ装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1に示すように、チャンバ11内に設けられシリコン融液12が貯留された石英るつぼ13と、石英るつぼ13の外周面を包囲しシリコン融液12を加熱するヒータ18と、シリコン融液12から引上げられるシリコン単結晶棒25の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液12表面から間隔をあけて上方に位置しヒータ18からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材26とを備えたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、熱遮蔽部材26が直筒状の筒部26aを有し、筒部26aの下縁に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されかつシリコン単結晶棒25からの放熱を抑制するコーン状の放熱抑制部材27の下縁が連設されたところにある。
【0006】
従来のシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン融液から引上げられるシリコン単結晶棒中のシリコン融液近傍の温度分布は、中心部で最も高く外周面に向うに従って次第に低くなり、外周部で急激に低くなる。しかし、請求項1に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒25からの放熱は、放熱抑制部材27によって反射されるか、放熱抑制部材27が高温のシリコン融液12によって温度上昇することにより抑制され、シリコン単結晶棒25の外周部の急激な温度低下を阻止できる。この結果、シリコン単結晶棒25中の温度分布が中心から外周面に向って略均一になる、即ちシリコン単結晶棒25中の鉛直方向温度勾配の径方向分布が略均一になるので、シリコン単結晶棒25中の熱的ストレスの発生を抑制できる。
【0007】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、更に図3に示すように、熱遮蔽部材26の筒部26aと放熱抑制部材27との連設部に所定の間隔をあけて複数の孔88が形成されたことを特徴とする。
この請求項2に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒25及び熱遮蔽部材66間を流下する不活性ガスを整流コーン68によりスムーズにシリコン融液12及び放熱抑制部材67間に導くことができるので、放熱抑制部材67の上面に不活性ガスが滞留することはない。
【0008】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、更に図2に示すように、放熱抑制部材27の下縁を含む水平面に対する放熱抑制部材27の傾斜角θが80度以下であることを特徴とする。
この請求項3に記載された放熱抑制部材27の傾斜角θが80度を越えると、シリコン融液12から引上げ中のシリコン単結晶棒25の外周部の急激な温度低下を抑制する効果が低下する。
【0009】
請求項4に係る発明は、図4に示すように、熱遮蔽部材26が直筒状の筒部26aを有し、筒部26aの下縁に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されかつシリコン単結晶棒からの放熱を抑制するコーン状の第1コーン部107aの下縁が連設され、この第1コーン部107aの下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成された第2コーン部107bが接続部材107cを介して取付けられたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置である。
この請求項4に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、放熱抑制部材107が二重に形成されるので、放熱抑制部材107の反射及び蓄熱効果が高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を効果的に抑制できる。
【0010】
請求項5に係る発明は、図5に示すように、熱遮蔽部材26が直筒状の筒部26aを有し、筒部26aの下縁に、シリコン単結晶棒からの放熱を抑制しかつ水平方向に延びるリング状の水平部117aの外縁が連設され、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第1コーン部117bの下縁が筒部26aの下縁に連設され、第1コーン部117bの下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第2コーン部117cが接続部材117dを介して取付けられたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置である。
この請求項5に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、放熱抑制部材117が三重に形成されるので、放熱抑制部材117の反射及び蓄熱効果が更に高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を更に効果的に抑制できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置10のチャンバ11内には、シリコン融液12を貯留する石英るつぼ13が設けられ、この石英るつぼ13の外面は黒鉛サセプタ14により被覆される。石英るつぼ13の下面は上記黒鉛サセプタ14を介して支軸16の上端に固定され、この支軸16の下部はるつぼ駆動手段17に接続される(図1)。るつぼ駆動手段17は図示しないが石英るつぼ13を回転させる第1回転用モータと、石英るつぼ13を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ13が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ13の外周面は石英るつぼ13から所定の間隔をあけてヒータ18により包囲され、このヒータ18は保温筒19により包囲される。ヒータ18は石英るつぼ13に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・溶融してシリコン融液12にする。
【0012】
またチャンバ11の上端には円筒状のケーシング21が接続される。このケーシング21には引上げ手段22が設けられる。引上げ手段22はケーシング21の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド(図示せず)と、このヘッドを回転させる第2回転用モータ(図示せず)と、ヘッドから石英るつぼ13の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル23と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル23を巻取り又は繰出す引上げ用モータ(図示せず)とを有する。ワイヤケーブル23の下端にはシリコン融液12に浸してシリコン単結晶棒25を引上げるための種結晶24が取付けられる。
【0013】
更にチャンバ11にはこのチャンバ11のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ11のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段28が接続される(図1)。ガス給排手段28は一端がケーシング21の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク(図示せず)に接続された供給パイプ29と、一端がチャンバ11の下壁に接続され他端が真空ポンプ(図示せず)に接続された排出パイプ30とを有する。供給パイプ29及び排出パイプ30にはこれらのパイプ29,30を流れる不活性ガスの流量を調整する第1及び第2流量調整弁31,32がそれぞれ設けられる。
【0014】
一方、引上げ用モータの出力軸(図示せず)にはロータリエンコーダ(図示せず)が設けられ、るつぼ駆動手段17には石英るつぼ13内のシリコン融液12の重量を検出する重量センサ(図示せず)と、支軸16の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ(図示せず)とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ(図示せず)の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段22の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ(図示せず)が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル23の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒25の引上げ長さが第1マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英るつぼ13内のシリコン融液12の液面レベルが第2マップとして記憶される。コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英るつぼ13内のシリコン融液12の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段17の昇降用モータを制御するように構成される。
【0015】
このように構成された本発明のシリコン単結晶の引上げ装置の特徴ある点は、シリコン単結晶棒25の外周面と石英るつぼ13の内周面との間にシリコン単結晶棒25の外周面を包囲する熱遮蔽部材26が設けられたところにある(図1及び図2)。この熱遮蔽部材26は直筒状に形成されヒータ18からの輻射熱を遮る筒部26aと、この筒部26aの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部26bとを有する。上記フランジ部26bを保温筒19上に載置することにより、筒部26aの下縁がシリコン融液12表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材26がチャンバ11内に固定される。また筒部26aの下縁には、上方に向かうに従って直径が小さくなるコーン状の放熱抑制部材27の下縁が連設される。
【0016】
この放熱抑制部材27の傾斜角θ、即ち放熱抑制部材27の下縁を含む水平面に対する放熱抑制部材27の傾斜角θは80度以下、好ましくは20〜60度の範囲内に設定される(図2)。放熱抑制部材27の傾斜角θを80度以下に限定したのは、シリコン融液12からの輻射熱にて放熱抑制部材27を確実に温度上昇させることにより、シリコン単結晶棒25の径方向の温度勾配の均一性を向上させるためである。また放熱抑制部材27は熱遮蔽部材26と一体的に形成されるか、或いは熱遮蔽部材26と別部材で形成した後に熱遮蔽部材26にビス又はピン等により固定される。
【0017】
上記熱遮蔽部材26及び放熱抑制部材27はMo(モリブデン),W(タングステン),C(カーボン)により、或いは表面にSiCがコーティングされた黒鉛等により形成されることが好ましい。Mo又はWはシリコン単結晶棒25からの放熱をMo又はW自体が反射することによって、Cはシリコン融液12からの輻射熱をC自体が蓄熱することによって、シリコン単結晶棒25の外周部からの放熱を抑制する。Cからなる熱遮蔽部材26及び放熱抑制部材27は図2の拡大図に示すように、2枚のカーボン板a及びbでフェルト材cを挟む積層構造とすれば、シリコン単結晶棒25の外周部の保温効果が高まり更に好ましい。
【0018】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の動作を説明する。
従来のシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒をシリコン融液から所定の引上げ速度で引上げると、このシリコン単結晶棒中のシリコン融液近傍の温度分布は、シリコン単結晶棒の外周面からの放熱量が多いため、中心部で最も高く外周面に向うに従って次第に低くなり、外周部で急激に低くなる。
しかし本実施の形態のシリコン単結晶の引上げ装置では、高温のシリコン融液12からの輻射熱により放熱抑制部材27の温度が上昇するか、又はシリコン単結晶棒25からの放熱を放熱抑制部材27が反射することにより、シリコン単結晶棒25からの急激な放熱は抑制される。この結果、シリコン単結晶棒25の外周部の急激な温度低下を阻止できる。従って、シリコン単結晶棒25中の温度分布が中心から外周面に向って略均一になる、即ちシリコン単結晶棒25中の鉛直方向の温度勾配の径方向分布が略均一になるので、シリコン単結晶棒25中の熱的ストレスの発生を抑制でき、スリップ発生や有転位化が改善される。
【0019】
図3は本発明の第2の実施の形態を示す。
この実施の形態では、熱遮蔽部材26の筒部26aと放熱抑制部材27との連設部に所定の間隔をあけて複数の孔88が形成される。上記以外の構成は第1の実施の形態と同一である。
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置では、放熱抑制部材27の上面に到来した不活性ガスは孔88を通って筒部26aの外方かつ放熱抑制部材27の下方に流出するので、不活性ガスが放熱抑制部材27の上面に滞留することはない。上記以外の動作は第1の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【0020】
図4は本発明の第3の実施の形態を示す。
この実施の形態では、放熱抑制部材107が熱遮蔽部材26の筒部26aの下縁に連設された第1コーン部107aと、この第1コーン部107aの下面に接続部材107cを介して取付けられた第2コーン部107bとを有する。第1及び第2コーン部107a,107bは上方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成され、接続部材107cは円周方向に所定の間隔をあけて複数設けられる。
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置では、放熱抑制部材107が二重に形成されるので、放熱抑制部材107の反射及び蓄熱効果が高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を効果的に抑制できる。
【0021】
図5は本発明の第4の実施の形態を示す。
この実施の形態では、放熱抑制部材117がリング状の水平部117aと、この水平部117aの上面に載せられた第1及び第2コーン部117b,117cとを有する。水平部117aは熱遮蔽部材26の筒部26aの下縁に連設され、第1及び第2コーン部117b,117cは上方に向うに従って直径が小さくなるコーン状に形成される。また第1及び第2コーン部117b,117c間には第1及び第2コーン部117b,117cを上下方向に所定の間隔をあけかつ両コーン部117b,117cを接続するための接続部材117dが介装され、接続部材117dは円周方向に所定の間隔をあけて複数設けられる。
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置では、放熱抑制部材117が三重に形成されるので、放熱抑制部材117の反射及び蓄熱効果が更に高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を更に効果的に抑制できる。
【0022】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
図1及び図2に示すようなシリコン単結晶の引上げ装置10の熱遮蔽部材26の筒部26aの内径及び高さをそれぞれ470mm及び400mmとし、コーン状の放熱抑制部材27の下端内径、傾斜角θ及び高さをそれぞれ250mm、30度及び65mmとした。また放熱抑制部材27の下縁とシリコン融液12との間隔を35mmとした。なお、上記熱遮蔽部材26及び放熱抑制部材27はMoにより形成した。このように構成された引上げ装置10を実施例1とした。
【0023】
<比較例1>
図示しないが熱遮蔽部材の下縁に放熱抑制部材が連設されていないことを除いて、引上げ装置を上記実施例1と同一に構成した。この引上げ装置を比較例1とした。
【0024】
<比較試験及び評価>
実施例1及び比較例1の各引上げ装置にて直径210mmのシリコン単結晶棒を600mm引上げたときのシリコン単結晶棒中の温度分布を熱伝導解析プログラムにてシミュレーション計算し、比較を行った。シリコン融液表面から高さ10mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値Gと、シリコン融液表面から高さ10mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値Gcとを求め、シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG/Gcの変化を求めた。この結果を図6に示す。
【0025】
同様にしてシリコン融液表面から高さ30mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値Gと、シリコン融液表面から高さ30mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値Gcとを求め、シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG/Gcの変化を求めた。この結果を図7に示す。
更に同様にしてシリコン融液表面から高さ50mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値Gと、シリコン融液表面から高さ50mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値Gcとを求め、シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG/Gcの変化を求めた。この結果を図8に示す。
【0026】
図6〜図8より明らかなように、実施例1では比較例1よりG/Gcの値がシリコン外周面でも急上昇せずに水平に近くなった、即ち鉛直方向温度勾配の径方向分布が略均一になった。これは実施例1ではシリコン融液からの輻射熱により放熱抑制部材の温度が上昇することにより、シリコン単結晶棒からの急激な放熱が放熱抑制部材により抑制され、シリコン単結晶棒の外周部の急激な温度低下を阻止できたためである。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、熱遮蔽部材が直筒状の筒部を有し、この筒部の下縁に、上方に向うに従って直径が小さくなるコーン状の放熱抑制部材の下縁を連設したので、高温のシリコン融液からの輻射熱により放熱抑制部材の温度が上昇するか、又はシリコン単結晶棒からの放熱が放熱抑制部材で反射されることにより、引上げ中のシリコン単結晶棒の外周面からの放熱が抑制される。この結果、シリコン単結晶棒の外周部の急激な温度低下を阻止できるので、シリコン単結晶棒中の温度分布が中心から外周面に向って略均一になる、即ちシリコン単結晶棒中の鉛直方向の温度勾配の径方向分布が略均一になる。従って、シリコン単結晶棒中の熱ストレスの発生を抑制できるので、スリップ発生や有転位化が改善される。
【0028】
また熱遮蔽部材の筒部と放熱抑制部材との連設部に所定の間隔をあけて複数の孔を形成すれば、シリコン単結晶棒及び熱遮蔽部材間を流下する不活性ガスを整流コーンによりスムーズにシリコン融液及び放熱抑制部材間に導くことができるので、放熱抑制部材の上面に不活性ガスが滞留することはない。
また放熱抑制部材の下縁を含む水平面に対する放熱抑制部材の傾斜角を80度以下に設定すれば、シリコン融液からの輻射熱にて放熱抑制部材を確実に温度上昇させることにより、又はシリコン単結晶棒からの放熱を放熱抑制部材で確実に反射させることにより、シリコン単結晶棒の径方向の温度勾配の均一性を更に向上できる。
【0029】
また熱遮蔽部材が直筒状の筒部を有し、筒部の下縁に、上方に向うに従って直径が小さ くなるように形成されかつシリコン単結晶棒からの放熱を抑制するコーン状の第1コーン部の下縁を連設し、この第1コーン部の下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成された第2コーン部を接続部材を介して取付ければ、放熱抑制部材が二重に形成されるので、放熱抑制部材の反射及び蓄熱効果が高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を効果的に抑制できる。
更に熱遮蔽部材が直筒状の筒部を有し、筒部の下縁に、シリコン単結晶棒からの放熱を抑制しかつ水平方向に延びるリング状の水平部の外縁を連設し、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第1コーン部の下縁を筒部の下縁に連設し、第1コーン部の下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第2コーン部を接続部材を介して取付ければ、放熱抑制部材が三重に形成されるので、放熱抑制部材の反射及び蓄熱効果が更に高まり、シリコン単結晶棒外周面のうち上記固液界面近傍からの放射熱を更に効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施形態のシリコン単結晶の引上げ装置の断面構成図。
【図2】図1のA部拡大断面図。
【図3】本発明の第2実施形態の熱遮蔽部材及び放熱抑制部材の断面構成図。
【図4】本発明の第3実施形態の熱遮蔽部材及び放熱抑制部材の断面構成図。
【図5】本発明の第4実施形態の熱遮蔽部材及び放熱抑制部材の断面構成図。
【図6】シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG(シリコン融液表面から高さ10mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値)/Gc(シリコン融液表面から高さ10mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値)の変化を示す図。
【図7】シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG(シリコン融液表面から高さ30mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値)/Gc(シリコン融液表面から高さ30mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値)の変化を示す図。
【図8】シリコン単結晶棒の中心から径方向への距離に対するG(シリコン融液表面から高さ50mmまでのシリコン単結晶棒各部の鉛直方向温度勾配の平均値)/Gc(シリコン融液表面から高さ50mmまでのシリコン単結晶棒中心の鉛直方向温度勾配の平均値)の変化を示す図。
【符号の説明】
10 シリコン単結晶の引上げ装置
11 チャンバ
12 シリコン融液
13 石英るつぼ
18 ヒータ
26 熱遮蔽部材
26a 筒部
27,107,117 放熱抑制部材
88 複数の孔
107a,117b 第1コーン部
107b,117c 第2コーン部
107c,117d 接続部材
117a 水平部 [0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for pulling and growing a silicon single crystal rod.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of apparatus, a heat shielding jig is provided between a silicon single crystal rod and a crucible, and the heat shielding jig is made of a base material such as graphite having heat resistance in a temperature range of radiant heat. There is disclosed a single crystal pulling apparatus formed in a multilayer structure having a coating on the silicon single crystal rod side of the base material and a coating material such as quartz having a lower emissivity than the base material (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 8 (1996) -108). 325090).
In the single crystal pulling apparatus configured as described above, since the base material having a large heat radiation rate is covered with the coating material having a smaller heat radiation rate than this base material, the radiation heat of the crucible and the heater to the silicon single crystal rod is heated. The blocking effect can be improved. As a result, the pulling speed can be increased by promoting the cooling of the silicon single crystal rod, and the productivity of the silicon single crystal rod can be improved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the single crystal pulling apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-325090, the temperature distribution near the silicon melt in the silicon single crystal rod pulled from the silicon melt is different from the outer peripheral surface of the silicon single crystal rod. Since the amount of heat radiation is large, it becomes highest at the center and gradually decreases toward the outer peripheral surface, and rapidly decreases at the outer peripheral portion. On the other hand, as the diameter of the silicon single crystal rod increases, it is expected that the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the silicon single crystal rod further increases. Therefore, thermal stress based on the temperature difference is there is likely to occur in the silicon single crystal rod.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent a rapid drop in the temperature of the outer periphery of a silicon single crystal rod during pulling from a silicon melt, thereby suppressing the occurrence of thermal stress in the silicon single crystal rod. It is to provide a device.
Another object of the present invention is to prevent the inert gas flowing between the silicon single crystal rod and the heat shielding member from staying on the upper surface of the heat radiation suppressing member, and prevent radiant heat from escaping from the upper surface of the heat radiation suppressing member. It is an object of the present invention to provide an apparatus for pulling a silicon single crystal rod.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a
Its characteristic configuration has a
[0006]
In the conventional silicon single crystal pulling apparatus, the temperature distribution near the silicon melt in the silicon single crystal rod pulled from the silicon melt is highest at the center and gradually decreases toward the outer peripheral surface, and sharply at the outer periphery. Lower. However, in the silicon single crystal pulling apparatus according to the first aspect, the heat radiation from the silicon
[0007]
The invention according to
In the apparatus for pulling a silicon single crystal according to the second aspect, the inert gas flowing between the silicon
[0008]
The invention according to
When the inclination angle θ of the heat
[0009]
In the invention according to
In the silicon single crystal pulling apparatus according to the fourth aspect, since the heat radiation suppressing member 107 is formed in a double structure, the reflection and heat storage effects of the heat radiation suppressing member 107 are enhanced, and the above-mentioned outer peripheral surface of the silicon single crystal rod is formed. Radiant heat from near the solid-liquid interface can be effectively suppressed.
[0010]
In the invention according to claim 5, as shown in FIG. 5, the
In the silicon single crystal pulling apparatus according to the fifth aspect, since the heat
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
[0012]
A
[0013]
Further, the chamber 11 is connected to gas supply / discharge means 28 for supplying an inert gas to the silicon single crystal rod side of the chamber 11 and discharging the inert gas from the inner peripheral side of the crucible of the chamber 11 (FIG. 1). ). The gas supply / discharge means 28 has one end connected to the peripheral wall of the
[0014]
On the other hand, a rotary encoder (not shown) is provided on an output shaft (not shown) of the pulling motor, and a crucible driving means 17 is a weight sensor (FIG. 1) for detecting the weight of the
[0015]
A feature of the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention thus configured is that the outer peripheral surface of the silicon
[0016]
The inclination angle θ of the heat
[0017]
The
[0018]
The operation of the silicon single crystal pulling apparatus thus configured will be described.
In a conventional silicon single crystal pulling apparatus, when a silicon single crystal rod is pulled up from a silicon melt at a predetermined pulling speed, the temperature distribution in the vicinity of the silicon melt in the silicon single crystal rod becomes the outer periphery of the silicon single crystal rod. Since the amount of heat radiation from the surface is large, it is highest at the center and gradually decreases toward the outer peripheral surface, and rapidly decreases at the outer peripheral portion.
However, in the silicon single crystal pulling apparatus of the present embodiment, the temperature of the heat
[0019]
Figure 3 shows a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, a plurality of
In the silicon single crystal pulling apparatus configured as described above, the inert gas arriving at the upper surface of the heat
[0020]
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the heat radiation suppressing member 107 is attached to the lower end of the
In the silicon single crystal pulling apparatus configured as described above, since the heat radiation suppressing member 107 is formed in double, the reflection and heat storage effects of the heat radiation suppressing member 107 are enhanced, and the solid-liquid Radiant heat from near the interface can be effectively suppressed.
[0021]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the heat
In the silicon single crystal pulling apparatus configured as described above, since the heat
[0022]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
The inner diameter and height of the
[0023]
< Comparative Example 1>
Although not shown, the pulling-up device was configured in the same manner as in Example 1 except that the heat radiation suppressing member was not provided continuously at the lower edge of the heat shielding member. This pulling device was designated as Comparative Example 1.
[0024]
<Comparison test and evaluation>
The temperature distribution of the silicon single crystal ingot in the time was 600mm pulled silicon single crystal rod having a diameter of 210mm at the pulling device of the first embodiment 及 beauty Comparative Example 1 and the simulation calculation in the heat conduction analysis program, and compared . The average value G of the vertical temperature gradient of each part of the silicon single crystal rod from the surface of the silicon melt to 10 mm in height and the average value Gc of the vertical temperature gradient of the center of the silicon single crystal rod from the surface of the silicon melt to 10 mm in height And the change in G / Gc with respect to the distance in the radial direction from the center of the silicon single crystal rod was determined. The results are shown in Figure 6.
[0025]
Similarly, the average value G of the vertical temperature gradient of each part of the silicon single crystal rod from the silicon melt surface to a height of 30 mm and the vertical temperature gradient of the silicon single crystal rod center from the silicon melt surface to a height of 30 mm is calculated. The average value Gc was determined, and the change in G / Gc with respect to the distance in the radial direction from the center of the silicon single crystal rod was determined. The results are shown in Figure 7.
Further, similarly, the average value G of the vertical temperature gradient of each portion of the silicon single crystal rod from the surface of the silicon melt to 50 mm in height and the vertical temperature gradient of the center of the silicon single crystal rod from the surface of the silicon melt to 50 mm in height. And the change in G / Gc with respect to the radial distance from the center of the silicon single crystal rod was determined. The results are shown in Figure 8.
[0026]
6 to 8 As is apparent, the value of G / Gc than Comparative Example 1 in Example 1 was horizontally close without spikes in the silicon outer peripheral surface, i.e., the radial direction distribution of vertical temperature gradient It became almost uniform. By the temperature of the heat radiation suppressing member is raised by radiant heat from the silicon melt in this Example 1, a rapid heat dissipation from the silicon single crystal rod is inhibited by the radiation suppressing member, the outer peripheral portion of the silicon single crystal rod Ru der because it was able to prevent the sudden drop in temperature.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat shielding member has a straight cylindrical tubular portion, and the lower edge of the cone-shaped heat radiation suppressing member , the diameter of which decreases toward the upper side, at the lower edge of the tubular portion. , The temperature of the heat dissipation suppressing member rises due to radiant heat from the high-temperature silicon melt, or the heat dissipation from the silicon single crystal rod is reflected by the heat dissipation suppressing member, so that the silicon single crystal being pulled up Heat radiation from the outer peripheral surface of the rod is suppressed. As a result, a sharp drop in the temperature of the outer peripheral portion of the silicon single crystal rod can be prevented, so that the temperature distribution in the silicon single crystal rod becomes substantially uniform from the center toward the outer peripheral surface, that is, in the vertical direction in the silicon single crystal rod. Is substantially uniform in the radial direction of the temperature gradient. Therefore, since the occurrence of thermal stress in the silicon single crystal rod can be suppressed, slip generation and dislocations can be improved.
[0028]
In addition, if a plurality of holes are formed at predetermined intervals in a continuous portion between the cylindrical portion of the heat shielding member and the heat radiation suppressing member, an inert gas flowing between the silicon single crystal rod and the heat shielding member is rectified by a rectifying cone. Since the gas can be smoothly guided between the silicon melt and the heat radiation suppressing member, the inert gas does not stay on the upper surface of the heat radiation suppressing member.
Further, if the inclination angle of the heat dissipation suppressing member with respect to the horizontal plane including the lower edge of the heat dissipation suppressing member is set to 80 degrees or less, the temperature of the heat dissipation suppressing member is surely increased by radiant heat from the silicon melt, or the silicon single crystal By ensuring that the heat radiation from the rod is reflected by the heat radiation suppressing member, the uniformity of the radial temperature gradient of the silicon single crystal rod can be further improved.
[0029]
Also has a heat shielding member is a straight cylindrical tubular portion, the lower edge of the cylindrical portion, the first diameter is smaller Kunar so on are formed and shaped to suppress corn heat radiation from the silicon single crystal rod according directed upwards A lower edge of the cone portion is continuously provided, and a second cone portion formed so as to have a diameter decreasing toward the upper side is attached to a lower surface of the first cone portion via a connecting member. Since it is formed double, the reflection and heat storage effects of the heat radiation suppressing member are enhanced, and radiant heat from the vicinity of the solid-liquid interface on the outer peripheral surface of the silicon single crystal rod can be effectively suppressed.
Further, the heat shielding member has a straight cylindrical tubular portion, and a lower edge of the tubular portion is connected to an outer edge of a ring-shaped horizontal portion extending in the horizontal direction to suppress heat radiation from the silicon single crystal rod and to extend upward. A lower edge of a cone-shaped first cone portion formed so as to have a smaller diameter as it faces is connected to a lower edge of the cylindrical portion, and is formed on the lower surface of the first cone portion such that the diameter decreases as it goes upward. If the formed cone-shaped second cone portion is attached via a connecting member, the heat dissipation suppressing member is formed in triple, so that the reflection and heat storage effects of the heat dissipation suppressing member are further enhanced, and the outer peripheral surface of the silicon single crystal rod is formed. The radiation heat from the vicinity of the solid-liquid interface can be more effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional configuration view of a silicon single crystal pulling apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG.
FIG. 3 is a sectional configuration diagram of a heat shielding member and a heat radiation suppressing member according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional configuration diagram of a heat shielding member and a heat radiation suppressing member according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional configuration diagram of a heat shielding member and a heat radiation suppressing member according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 : G (average value of vertical temperature gradient of each portion of silicon single crystal rod from silicon melt surface to height of 10 mm) / Gc (silicon melt surface) with respect to distance from center of silicon single crystal rod to radial direction FIG. 5 is a graph showing a change in the vertical temperature gradient at the center of the silicon single crystal rod from the center to the height of 10 mm.
FIG. 7 : G (average value of vertical temperature gradient of each part of silicon single crystal rod from silicon melt surface to
FIG. 8 : G (average value of vertical temperature gradient of each part of silicon single crystal rod from the surface of silicon melt to 50 mm in height) / Gc (surface of silicon melt) with respect to distance from center of silicon single crystal rod to radial direction FIG. 5 is a graph showing a change in the vertical temperature gradient at the center of the silicon single crystal rod from the height of the silicon single crystal rod to the height of 50 mm.
[Explanation of symbols]
26a
88 multiple holes
107a, 117b First cone section
107b, 117c Second cone part
107c, 117d connection member
117a Horizontal section
Claims (5)
前記熱遮蔽部材 (26) が直筒状の筒部 (26a) を有し、
前記筒部(26a)の下縁に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されかつ前記シリコン単結晶棒(25)からの放熱を抑制するコーン状の放熱抑制部材(27)の下縁が連設されたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。A quartz crucible (13) provided in a chamber (11) and containing a silicon melt (12), and a heater (18) surrounding the outer peripheral surface of the quartz crucible (13) and heating the silicon melt (12) ), And surrounds the outer peripheral surface of the silicon single crystal rod (25) pulled up from the silicon melt (12), and has a lower end located above the silicon melt (12) surface at an interval from the surface of the silicon melt (12). In a silicon single crystal pulling device equipped with a heat shielding member (26) for shielding radiant heat from
The heat shielding member (26) has a straight tubular portion (26a) ,
A lower edge of the cone-shaped heat radiation suppressing member ( 27 ) , which is formed on a lower edge of the cylindrical portion (26a) so as to decrease in diameter as it goes upward and suppresses heat radiation from the silicon single crystal rod (25). A silicon single crystal pulling apparatus, wherein
前記熱遮蔽部材The heat shielding member (26)(26) が直筒状の筒部Is a straight cylinder (26a)(26a) を有し、Has,
前記筒部The cylinder (26a)(26a) の下縁に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されかつ前記シリコン単結晶棒からの放熱を抑制するコーン状の第1コーン部A first cone portion formed at the lower edge of the first cone portion so as to decrease in diameter as going upward, and to suppress heat radiation from the silicon single crystal rod. (107a)(107a) の下縁が連設され、The lower edge of the
この第1コーン部This first cone (107a)(107a) の下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成された第2コーン部A second cone portion formed on the lower surface of the second member so that the diameter decreases as going upward. (107b)(107b) が接続部材Is the connection member (107c)(107c) を介して取付けられたMounted via
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。An apparatus for pulling a silicon single crystal.
前記熱遮蔽部材The heat shielding member (26)(26) が直筒状の筒部Is a straight cylinder (26a)(26a) を有し、Has,
前記筒部The cylinder (26a)(26a) の下縁に、前記シリコン単結晶棒からの放熱を抑制しかつ水平方向に延びるリング状の水平部A ring-shaped horizontal portion that suppresses heat radiation from the silicon single crystal bar and extends horizontally (117a)(117a) の外縁が連設され、The outer edge of
上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第1コーン部A cone-shaped first cone portion formed so that its diameter decreases as it goes upward. (117b)(117b) の下縁が前記筒部The lower edge of the cylinder (26a)(26a) の下縁に連設され、Is connected to the lower edge of
前記第1コーン部The first cone portion (117b)(117b) の下面に、上方に向うに従って直径が小さくなるように形成されたコーン状の第2コーン部A second cone portion formed on the lower surface of the second member so that the diameter thereof decreases as going upward. (117c)(117c) が接続部材Is the connection member (117d)(117d) を介して取付けられたMounted via
ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。An apparatus for pulling a silicon single crystal.
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