JP4006967B2

JP4006967B2 - 単結晶製造設備

Info

Publication number: JP4006967B2
Application number: JP2001280149A
Authority: JP
Inventors: 義弘明石
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2003089593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による単結晶製造設備に関し、特に、水平対向型磁石を装備した複数の引上げ炉が引上げ室内に設置配列した単結晶製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路用半導体素子基板には、高純度シリコン単結晶が多用されているが、このシリコン単結晶の製造には、通常、ＣＺ法と略称されるチョクラルスキー法が用いられる。
【０００３】
ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造では、図１に示すような引上げ炉１０が使用される。ここに示された引上げ炉１０は、炉体として大径のメインチャンバ１１と、その上に重ねられる小径のプルチャンバ１２とを備えている。メインチャンバ１１内の中心部にはルツボ１３が配置されている。ルツボ１３は内側の石英ルツボ１３ａと黒鉛からなる外側の支持ルツボ１３ｂと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１４の上にルツボ受け１５を介して支持されている。支持軸１４は軸方向及び周方向に駆動され、これによりルツボ１３の昇降及び回転を行う。
【０００４】
ルツボ１３の外側には環状のヒータ１６が配置され、その外側には図示されない断熱材がメインチャンバ１１の内面に沿って設置されている。一方、ルツボ１３の上方には、ルツボ１３内の原料融液２０から引上げられるシリコン単結晶２１を包囲する筒状の熱遮蔽体１７が設置されている。熱遮蔽体１７は、下方に向かって直径が漸減する逆錐部を有し、該逆錐部により、ヒータ１６や原料融液２０からの輻射熱を遮断して、シリコン単結晶２１の冷却を促進する。
【０００５】
操業では、炉体内が所定雰囲気に調整され、ルツボ１３内に原料融液２０が形成される。プルチャンバ１２内を通してメインチャンバ１１内に垂下された引上げ軸の下端に装着された種結晶２２が原料融液２０に浸漬され、この状態からルツボ及び引上げ軸を回転させながら引上げ軸を上昇させることにより、種結晶２２の下方にシリコン単結晶２１を育成し、プルチャンバ１２内に引上げる。
【０００６】
このような引上げ炉１０は、通常、引上げ室内に複数基が作業スペースに面して配列される。その配置例を図２に示す。引上げ炉１０を挟んで作業スペースの反対側はメンテナンススペースである。
【０００７】
一方、各引上げ炉１０に関しては、要求される結晶品質や生産性に応じて、水平横型磁石が装備されることがある。水平横型磁石を装備した引上げ炉を図３に示す。引上げ炉１０のメインチャンバ１１を挟んで１組の電磁石３０，３０が設置される。電磁石３０，３０は、水平方向の磁束線を形成し、これをルツボ１３内の原料融液２０に作用させることにより、原料融液２０の対流を抑制するなどの機能を奏する。図３中、１８はゲートバルブ、１９は引上げ軸の昇降・回転機構である。
【０００８】
水平方向の磁束線をルツボ１３内の原料融液２０に作用させることにより、３００ｍｍといった大径ウエーハで問題となるウエーハ面内の酸素濃度均一性（ＲＯＧ）及びウエーハ面内の比抵抗均一性（ＲＲＧ）の低下が回避される。また、３００ｍｍ結晶の引上げでは高速成長も課題の一つであるが、水平方向の磁界印加は、この高速化の有効な対策になる。このようなことから、近時量産が開始された３００ｍｍ結晶の引上げでは、水平横型磁石の装備による磁界印加が必須になりつつある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水平横型磁石を装備した引上げ炉では、漏れ磁界が問題になる。図４は、一般的な磁石能力である炉内中心部で４０００ガウスを示す水平横型磁石を装備した引上げ炉からの漏れ磁界の強度分布を示した平面図である。図４から分かるように、炉から２ｍ離れてた位置でも、漏れ磁界強度は１００ガウスを超える。
【００１０】
この漏れ磁界に関し、磁気効率の低下の観点から、漏れ磁界を抑える対策は例えば特開平８−３３３１９０号公報に記載されている。しかしながら、漏れ磁界を抑える対策は、設備の大型化や高コスト化を招く。加えて、漏れ磁界は、磁気効率を低下させる原因になるだけでなく、隣接する引上げ炉間で漏れ磁界が干渉することによる炉内磁界分布への悪影響の問題や、作業者に対する安全面での問題を生じるおそれがある。作業者に対する安全面での問題とは、人体への磁界の悪影響、及び磁性体が引上げ炉に吸着されることによる機械的な事故の発生である。
【００１１】
漏れ磁界を弱めれば、これらの問題は解決されるが、その対策が設備の大型化や高コスト化を招くことは前述したとおりである。
【００１２】
本発明の目的は、引上げ炉からの漏れ磁界を弱めずとも、隣接する引上げ炉間での磁界干渉や安全上の問題を回避できる単結晶製造設備を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の単結晶製造設備は、水平横型磁石が装備された複数の引上げ炉を引上げ室内に作業スペースに臨んで設置し、各引上げ炉の作業スペースに対向する面を正面として、磁束線方向が前記正面に対して水平面内で０度超、９０度未満、好ましくは３０〜６０度傾斜するように、各引上げ炉に前記磁石を装備させたものであり、更に好ましくは、一方向又は二方向に整列して配置された複数の引上げ炉における磁束線の方向をぼほ同一とする。
【００１４】
本発明の単結晶製造設備においては、引上げ室内に配置された複数の引上げ炉における磁束線方向が正面に対して水平面内で傾斜することにより、引上げ炉の前後方向及び横方向の両方向で漏れ磁界の広がりが抑制される。その結果、隣接する引上げ炉間での漏れ磁界の干渉を回避できる。また、作業スペースにおける漏れ磁界強度を低減でき、作業者の安全を確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は本発明の一実施形態を示す単結晶製造設備のレイアウト図である。
【００１６】
本実施形態の単結晶製造設備は、引上げ室内に配置された複数の引上げ炉１０，１０・・を備えている。複数の引上げ炉１０，１０・・は、作業スペースの両側に２列に配列されている。即ち、作業スペースを挟んで縦２列、横数列に配置されている。各引上げ炉１０は、図３に示した水平横型磁石３０，３０を装備したものであり、作業スペースに向けるべき設計された正面は、そのまま作業スペースに向け、水平横型磁石３０，３０が形成する磁束線の方向は、全ての炉で正面から４５度水平方向に傾斜している。即ち、全ての炉で磁束線の方向が正面から４５度水平方向に傾斜するように、水平横型磁石３０，３０が炉体に取り付けられており、全ての炉で磁束線の方向が平行である。
【００１７】
なお、引上げ炉１０自体の構造は、図１を参照して説明したとおりである。
【００１８】
図６及び図７は比較例を示す単結晶製造設備のレイアウト図である。図６に示した比較例１では、全ての炉で磁束線の方向が正面を通るように、水平横型磁石３０，３０が炉体に取り付けられている。即ち、全ての炉で磁束線方向の正面からの傾斜角が０度である。また、図７に示した比較例２では、全ての炉で磁束線の方向の、正面からの傾斜角が９０度となるように、水平横型磁石３０，３０が炉体に取り付けられている。
【００１９】
以下に、図５に示した本実施形態の単結晶製造設備の機能を、図６及び図７に示した比較例１，２と対比して説明する。
【００２０】
図６に示した比較例１では、全ての引上げ炉１０，１０・・で磁束線方向の正面からの傾斜角が０度であるため、各炉で磁束線は前後に広がる。このため、作業スペースにおける漏れ磁界強度が大きくなり、作業者が強い磁界に曝されることになる。一方、磁束線の横方向の広がりは小さくなる。このため、横方向で隣接する引上げ炉１０，１０間における漏れ磁界の干渉の回避が容易となる。その結果、引上げ炉１０，１０・・を横方向で接近させることが可能となる。
【００２１】
図７に示した比較例２では、全ての引上げ炉１０，１０・・で磁束線方向の正面からの傾斜角が９０度に設定されているため漏れ磁界の前後方向の広がりは小さくなり、作業者が強い磁界に曝される危険性は低減するが、磁束線の横方向の広がりが大きくなり、横方向で隣接する引上げ炉１０，１０間における漏れ磁界の干渉のために、引上げ炉１０，１０・・を横方向で離反させることが必要になる。その結果、広い設置スペース（引き上げ室）が必要になる。
【００２２】
これらに対し、図５に示した本実施形態の単結晶製造設備では、全ての引上げ炉１０，１０・・で磁束線方向の正面からの傾斜角が４５度に設定されている。このため、漏れ磁界の前後方向の広がりも横方向の広がりも共に小さく抑制される。具体的には、前後方向の等位置における漏れ磁界は、比較例１と比べて１／１．３３に低減し、横方向の等位置における漏れ磁界は、比較例２と比べて１／１．３３に低減する。このため、作業スペースで作業者が強い磁界に曝される危険性が低減すると共に、横方向で隣接する引上げ炉１０，１０間における漏れ磁界の干渉の回避が容易になり、引上げ炉１０，１０・・を横方向で接近させることが可能となる。
【００２３】
このように、本実施形態の単結晶製造設備では、引上げ室内に配置された複数の引上げ炉１０，１０・・における磁束線方向が正面に対して水平面内で４５度傾斜することにより、引上げ炉１０の前後方向及び横方向の両方向で漏れ磁界の広がりが抑制される。その結果、隣接する引上げ炉１０，１０間での漏れ磁界の干渉を回避でき、その間隔を詰めることができる。また、作業スペースにおける漏れ磁界強度を低減でき、作業者の安全を確保できる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、引上げ室内に配置された複数の引上げ炉１０，１０・・における磁束線方向の正面からの傾斜角度が４５度とされているが、３０〜６０度の範囲内であれば、４５度の場合とほぼ同等を効果を得ることができ、横方向の磁束線の広がりをより抑制する場合は３０度に近い方が好ましく、前後方向の磁束線の広がりをより抑制する場合は６０度に近い方が好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の単結晶製造設備は、引上げ室内に配置された複数の引上げ炉における磁束線の方向を水平面内で正面から傾斜させることにより、引上げ炉からの漏れ磁界を弱めずとも、隣接する引上げ炉間での磁界干渉や安全上の問題を回避できる。従って、引上げ炉からの漏れ磁界を弱める対策を省略でき、設備規模及び設備コストの点で非常に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引上げ炉の構造を示す縦断面図である。
【図２】引上げ炉の配置例を示すレイアウト図である。
【図３】水平横型磁石を装備した引上げ炉の構造を示す立面図である。
【図４】水平横型磁石を装備した引上げ炉からの漏れ磁界の強度分布を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す単結晶製造設備のレイアウト図である。
【図６】比較例１の単結晶製造設備のレイアウト図である。
【図７】比較例２の単結晶製造設備のレイアウト図である。
【符号の説明】
１０引上げ炉
１１メインチャンバ
１２プルチャンバ
１３ルツボ
１４支持軸
１５ルツボ受け
１６ヒータ
１７熱遮蔽体
２０原料融液
２１シリコン単結晶
２２種結晶
３０水平横型磁石

Claims

水平横型磁石を装備した複数の引上げ炉が、引上げ室内に作業スペースに臨んで設置されており、各引上げ炉の作業スペースに対向する面を正面として、前記正面に対する磁束線方向の傾斜角度が水平面内で３０〜６０度となるように、各引上げ炉に前記磁石が装備されていることを特徴とする単結晶製造設備。
複数の引上げ炉が一方向又は二方向に整列して配置されており、これらの引上げ炉における磁束線の方向がぼほ同一である請求項１に記載の単結晶製造設備。
水平横型磁石を装備した複数の引上げ炉が、引上げ室内に作業スペースに臨んで設置されており、複数の引上げ炉が一方向又は二方向に整列して配置されており、これらの引上げ炉における磁束線の方向がぼほ同一であり、各引上げ炉の作業スペースに対向する面を正面として、磁束線方向が前記正面に対して水平面内で０度超、９０度未満傾斜するように、各引上げ炉に前記磁石が装備されていることを特徴とする単結晶製造設備。