專利名稱：單晶制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)切克勞斯基法(Czochralski method,以下稱為“CZ法”)來
提拉單晶的單晶制造裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為了提高太陽能電池、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS (Metal Oxide Semiconductor))晶體管等的半導(dǎo)體組件的性能與降低制造成本，作為基板而使用的硅等 的芯片持續(xù)大直徑化。因此，根據(jù)CZ法等而被培育出來的單晶棒，例如被制造成為直徑 200mm(8英寸)、直徑300mm(12英寸)或是更大尺寸，于是單晶棒朝向大口徑化、高重量化發(fā)展。此種單晶棒例如是根據(jù)圖2所示的單晶制造裝置而被制造出來的。圖2是表示在 CZ法中所使用的通常的單晶制造裝置的概略圖。此種通常的單晶制造裝置20根據(jù)CZ法來使單晶31從原料熔液30成長，并構(gòu)成 在主腔室21內(nèi)設(shè)有坩堝23，用以收容由多晶原料熔化而成的原料熔液30 ；加熱器25，位 于該坩堝23的周圍；以及絕熱材料26，位于該加熱器25的周圍。特別是帶有熱量的坩堝23、加熱器25、絕熱材料26這類的部件，被稱為“熱區(qū)域部 件”。在主腔室21的上端，連接提拉腔室22，用以收容提拉上來的單晶31并將其取出。 而且，在主腔室21的上端部與提拉腔室22之間設(shè)有閘閥28，用以使主腔室21的上端開口 部開閉。進(jìn)而，在提拉腔室22的上方，設(shè)置單晶提拉機構(gòu)(未圖示)，用以卷取吊線34，該 吊線34的前端安裝有晶種33。當(dāng)使用此種單晶制造裝置20來制造單晶31時，先將晶種32保持在晶種夾頭33 的前端，使該晶種32浸漬于原料熔液30中之后，一邊使晶種32旋轉(zhuǎn)一邊慢慢地往上方提 拉來培育棒狀的單晶31。此時，在腔室內(nèi)，一邊進(jìn)行真空排氣，排出從熔液表面蒸發(fā)出來的氧化物，一邊使 氬(Ar)等的非活性氣體流通。一旦單晶的提拉結(jié)束，則使加熱器關(guān)閉，并使閘閥閉合，冷卻已收容在提拉腔室的 單晶，然后取出。而且，等待熱區(qū)域的部件冷卻后，使腔室內(nèi)部還原成常壓，然后將主腔室內(nèi) 的熱區(qū)域部件解體。一旦熱區(qū)域部件的解體結(jié)束，則在進(jìn)行這些部件的清掃、交換等之后， 再次組裝熱區(qū)域部件，經(jīng)過填充原料、組裝腔室、熔解多晶原料等工序后，再次進(jìn)行單晶的 提拉。對于根據(jù)此種CZ法而實行的單晶的制造，為了謀求提高生產(chǎn)性、降低成本，使單 晶成長速度高速化成為一種重要的裝置，至今為止，已做了許多改良。例如在日本特開 2000-344592號公報、特開2002-121096號公報中，提出一種技術(shù)，使單晶提拉速度高速化， 以包圍單晶周圍的方式，設(shè)置冷卻體或冷卻管等，在單晶的提拉工序中，冷卻單晶的高溫部 分。
但是，根據(jù)CZ法而實行的單晶制造的操作循環(huán)(操作周期)是由單晶的提拉以及 上述那樣的提拉以外的許多工序所組成的；目前，要更進(jìn)一步地大幅縮短提拉時間是困難 的。因此，縮短單晶的提拉以外的工序所需的時間，被認(rèn)為對于提高操作效率也就是提高單 晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率從而提升生產(chǎn)性是有效的。在單晶提拉工序以外，單晶提拉前的多晶原料的填充與熔化以及熱區(qū)域部件的冷 卻時間所占的比率大。熱區(qū)域部件的冷卻時間是根據(jù)以下的條件來決定的，S卩，溫度被冷卻至當(dāng)使主腔 室內(nèi)部還原成常壓時，即便加熱器等的碳構(gòu)件接觸空氣中的氧也不會劣化的程度為止。當(dāng) 制造目前主流的直徑200mm(8英寸)、晶身部Im這樣的尺寸的單晶時，其冷卻時間在自然冷 卻的情況下，大約為7小時，提拉以外的工序所需時間占大約稍低于一半的時間。另外，填充、熔化如此的單晶制造所需的多晶原料的時間，也大約需要花費14小 時。多晶原料的熔化和熱區(qū)域部件的冷卻等必須在單晶制造裝置的停歇期間進(jìn)行。因 此，最終結(jié)果，花費在單晶的提拉工序以外的時間將成為使單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率顯著地 降低的原因。近年來，一直持續(xù)要求單晶的大口徑化，常要求制造出300mm(12英寸)以上 的大型單晶。在此情況下，熱區(qū)域部件的熱容量比目前大幅地增加，對應(yīng)于此，冷卻時間也 變長。不但如此，由于多晶原料的加料量(熔解量)增加，于此成比例，熔解時間也會增長。 所以，由于冷卻時間及熔化時間等的延長而造成的裝置的運轉(zhuǎn)率降低，相較于目前的情況， 會成為越來越嚴(yán)重的問題。因此，為了縮短多晶原料的熔化時間，在日本特開平10-81595號公報中，提出一 種技術(shù)，除了配置在坩堝周圍的加熱器以外，設(shè)有加熱燈或激光器等的輔助加熱裝置。進(jìn) 而，在日本特開平11-255593號公報中，提出一種技術(shù)，在主腔室上，配置輔助加熱用腔室； 該輔助加熱用腔室在拋物面的反射板的焦點位置具備紅外線燈。另外，為了縮短熱區(qū)域部件的冷卻時間，在日本特開平9-235173號公報中，提出 一種技術(shù)，使常溫以下的非活性氣體在主腔室內(nèi)流通。然而，在提拉以外的各工序中，即便如此地縮短時間，實際上，由于要制造的單晶 的大型化，制造一根單晶的總時間增長，從而必須根本地研究有關(guān)單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點而開發(fā)出來，其目的是提供一種單晶制造裝置，針對大 口徑例如約200mm以上單晶的制造，能提高單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，并能提高單晶的生產(chǎn) 性。為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種單晶制造裝置是根據(jù)切克勞斯基法來實行的 單晶制造裝置，其至少具備主腔室，用以收容包含坩堝的熱區(qū)域部件；提拉腔室，用以容 納從已被收容在所述坩堝內(nèi)的原料熔液提拉上來的單晶，然后取出該單晶；其特征在于，該 單晶制造裝置還具備可與所述提拉腔室作置換的多目的腔室；所述多目的腔室能夠分別設(shè) 置加熱裝置和冷卻裝置，該加熱裝置用以加熱已被填充在所述坩堝內(nèi)的原料，該冷卻裝置 在所述單晶提拉后用以冷卻所述熱區(qū)域部件。如此，本發(fā)明的單晶制造裝置，除了收容單晶的提拉腔室以外，具備多目的腔室，而能設(shè)置加熱裝置和冷卻裝置，該加熱裝置用以加熱多晶原料，該冷卻裝置在單晶提拉后 用以冷卻坩堝等的熱區(qū)域部件；而且，多目的腔室與提拉腔室可在主腔室上進(jìn)行置換。由此，由于能同時使用提拉腔室與多目的腔室，例如在單晶提拉中，預(yù)先將熱區(qū)域 部件的冷卻裝置設(shè)置在多目的腔室中，在單晶提拉結(jié)束后，立刻將提拉腔室置換成多目的 腔室，由此，不用等待單晶的冷卻、從提拉腔室取出單晶的工序，便能開始主腔室內(nèi)的熱區(qū) 域部件的強制冷卻。另外，對于在從主腔室卸下的提拉腔室中所進(jìn)行的單晶的冷卻與取出 作業(yè)能與在主腔室中的熱區(qū)域部件的強制冷卻同時進(jìn)行。因此，如本發(fā)明那樣，通過具備提拉腔室與可作置換的多目的腔室，單晶制造裝置 在進(jìn)行目前的工序的期間，能進(jìn)行前工序的后處理和下一工序的準(zhǔn)備，因此可消除工序間 的等待時間。因而，能大幅地縮短單晶制造的總時間，提高單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，而能提 高生產(chǎn)性。此情況，優(yōu)選所述多目的腔室具備移動機構(gòu)，該移動機構(gòu)使所述加熱裝置及冷卻 裝置中的至少一個機構(gòu)，在所述坩堝上進(jìn)行上下移動。如此，多目的腔室具備移動機構(gòu)，由此該移動機構(gòu)使所述加熱裝置及冷卻裝置中 的至少一個機構(gòu)，在所述坩堝上進(jìn)行上下移動，從而能容易地使各個裝置從多目的腔室降 下至主腔室內(nèi)，由此，能更提高各裝置的功能。另外，能使各裝置設(shè)置在多目的腔室中的作 業(yè)簡單化。而且，優(yōu)選所述提拉腔室與所述多目的腔室成為可根據(jù)油壓單元來進(jìn)行置換。如此，根據(jù)油壓單元，能使提拉腔室與多目的腔室在主腔室上進(jìn)行置換，由此，可 利用簡單的結(jié)構(gòu)來實施提拉腔室與多目的腔的替換。優(yōu)選所述加熱裝置是至少在石英管的內(nèi)部具備熱源的加熱裝置；所述石英管在其 內(nèi)側(cè)具有反射結(jié)構(gòu)，用以將熱射線朝向所述坩堝反射；優(yōu)選所述熱源是鹵素?zé)?。如此，加熱裝置是至少在石英管的內(nèi)部具備熱源的加熱裝置，而且，在石英管的內(nèi) 側(cè)具有反射結(jié)構(gòu)，用以將熱射線朝向所述坩堝反射，由此，從熱源也就是鹵素?zé)艋蚣訜崞魃?失的熱射線能加以阻擋且集光，并使其朝向多晶原料反射，而能極有效率地進(jìn)行多晶原料 的熔化。另外，除了位于主腔室內(nèi)的加熱器以外，該加熱器用以加熱已被填充在坩堝內(nèi)的 原料，設(shè)置在多目的腔室中的加熱裝置是在石英管的內(nèi)部具備鹵素?zé)舻募訜嵫b置，由此，便 能防止加熱裝置對于主腔室11內(nèi)造成污染；另外，也能防止加熱裝置本身發(fā)生劣化，并能 高效地進(jìn)行加熱，而能縮短多晶原料的熔化時間。所述冷卻裝置能設(shè)為使冷卻介質(zhì)流通的冷卻管。如此，用以冷卻熱區(qū)域部件的冷卻裝置是使冷卻介質(zhì)流通的冷卻管，由此便能以 低成本，簡單地進(jìn)行熱區(qū)域部件的強制冷卻。進(jìn)而，優(yōu)選所述多目的腔室具備用以導(dǎo)入冷卻氣體的氣體導(dǎo)入口。如此，多目的腔室具備用以導(dǎo)入冷卻氣體的氣體導(dǎo)入口，由此在冷卻熱區(qū)域部件 時，能從氣體導(dǎo)入口使冷卻氣體流通，所以能進(jìn)一步地縮短熱區(qū)域部件的冷卻時間。優(yōu)選所述多目的腔室可設(shè)置原料填充裝置，用以收容多晶原料并將其填充在所述 坩堝內(nèi)。在提拉多數(shù)根單晶的情況，也就是省略熱區(qū)域部件的冷卻、熱區(qū)域部件的解體、清掃，連續(xù)地提拉單晶的情況下，在單晶的提拉中，預(yù)先將原料填充裝置設(shè)置在多目的腔室 中，倘若單晶的提拉結(jié)束，不用等待單晶的冷卻，便能將多目的腔室連接在主腔室上，立刻 開始原料的再裝料。不但如此，將多晶原料填充在坩堝內(nèi)的動作結(jié)束后，對于多目的腔室，卸下原料填 充裝置，而設(shè)置用以加熱已被填充在坩堝內(nèi)的原料的加熱裝置，熔化位于坩堝內(nèi)的多晶原 料，同時，對于沒有與主腔室連接的提拉腔室，能進(jìn)行將用以使單晶成長的晶種安裝在晶種 夾頭上的作業(yè)。因此，在多晶原料熔化后，只要將正在與主腔室連接的多目的腔室，置換成 提拉腔室，不用如以往般地進(jìn)行將提拉腔室內(nèi)的原料填充裝置卸下的工序與安裝晶種的工 序，便能在原料熔化后，立刻開始實行單晶的提拉工序。所述原料填充裝置能設(shè)為已填充有所述多晶原料的再裝料管。如此，原料填充裝置設(shè)為已填充有所述多晶原料的再裝料管，能容易地將多晶原 料追加填充在坩堝內(nèi)。優(yōu)選所述多目的腔室具備移動機構(gòu)，該移動機構(gòu)使所述原料填充裝置在所述坩堝 上進(jìn)行上下移動。如此，多目的腔室具備移動機構(gòu)，該移動機構(gòu)使原料填充裝置在坩堝上進(jìn)行上下 移動，從而能容易地使原料填充裝置從多目的腔室降下至主腔室內(nèi)，由此，能更提高原料填 充裝置的功能。另外，能使原料填充裝置設(shè)置在多目的腔室中的作業(yè)簡單化。若是本發(fā)明的單晶制造裝置，則能消除在各工序中的等待時間，進(jìn)而由于能縮短 熱區(qū)域部件的冷卻時間、多晶原料的熔化時間，所以能提升單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，而能提 高單晶制造的生產(chǎn)性。


圖1是表示本發(fā)明的單晶制造裝置的概略圖；圖1中的(a)是表示在多目的腔室 中設(shè)有熱區(qū)域部件的冷卻裝置的狀態(tài)的圖，圖1中的(b)是表示在多目的腔室中設(shè)有原料 填充裝置的狀態(tài)的圖，圖1中的(C)是表示在多目的腔室中設(shè)有原料的加熱裝置的狀態(tài)的 圖。圖2是表示在CZ法中所使用的通常的單晶制造裝置的概略圖。圖3是表示使用本發(fā)明的單晶制造裝置時的工序的流程圖。圖4是表示使用以往的單晶制造裝置時的工序的流程圖。圖5是表示在多目的腔室中已設(shè)有熱區(qū)域部件的冷卻裝置時的說明圖，圖5中的 (a)是表示設(shè)置時的狀態(tài)，圖5中的(b)是表示使用時的狀態(tài)。圖6是表示在多目的腔室中已設(shè)有原料填充裝置時的說明圖，圖6中的(a)是表 示設(shè)置時的狀態(tài)，圖6中的(b)是表示使用時的狀態(tài)。圖7是表示在多目的腔室中已設(shè)有原料的加熱裝置時的說明圖，圖7中的(a)是 表示設(shè)置時的狀態(tài)，圖7中的(b)是表示使用時的狀態(tài)。圖8是圖1所示的單晶制造裝置的俯視圖。
具體實施例方式例如，若要以0. 5mm/分鐘的成長速度來制作出全長大約lm、直徑大約300mm的單晶時，單晶的提拉時間大約為35小時。另外，此種單晶的制造，在培育單晶前，需要將多晶 原料熔化，而熔化所需的時間大約為12小時。進(jìn)而，培育單晶后，則依次有以下的工序等 待單晶冷卻然后將單晶取出、設(shè)置在主腔室內(nèi)的熱區(qū)域部件的冷卻、熱區(qū)域部件的解體與 清掃、以及為了下次的單晶培育而填充原料。如上所述，隨著單晶的大口徑化、高重量化，會顯著地增加要熔化的多晶原料的量 以及熱區(qū)域部件的冷卻時間，對此已經(jīng)謀求各種對策。但是，即便想要謀求縮短提拉以外的 各工序的時間，實際上，由于要制造的單晶的大型化，制造一根單晶的總時間增長，必須根 本地研究有關(guān)單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)。因此，本發(fā)明人，想到了以下的技術(shù)而完成本發(fā)明。即，將可以與提拉腔室置換的 多目的腔室，導(dǎo)入通常的單晶制造裝置，由此，可消除移至下一工序為止的等待時間，并縮 短原料熔化工序、熱區(qū)域部件的冷卻工序的時間。以下，一邊參照圖面一邊說明本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明未限定于此實施方 式。圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的單晶制造裝置的概略圖。此單晶制造裝置10是在切克勞斯基法中所使用的裝置，大致而言，具備主腔室 11、提拉腔室12及多目的腔室2，在主腔室11的上端的開口部，設(shè)置一個作為蓋的閘閥18。如圖1中的(a)所示，在主腔室11內(nèi)設(shè)有d甘堝13，用以收容由多晶原料熔化而 成的原料熔液9 ；加熱器15，位于該坩堝13的周圍，用以將多晶原料熔化并保持該原料熔液 的溫度；以及絕熱材料16，位于該加熱器15的周圍，用以遮蔽從加熱器放出的熱并保護(hù)主 腔室11。特別是在單晶成長中，將由于來自加熱器的放熱而變?yōu)楦邷氐母浇鼌^(qū)域稱為“熱 區(qū)域”，而將在熱區(qū)域中變成赤熱狀態(tài)的部件稱為“熱區(qū)域部件”，此熱區(qū)域部件的代表例如 是坩堝13、加熱器15以及絕熱材料16。提拉腔室12是用以收容單晶6并將其取出的腔室，該單晶6是從已被收容在坩堝 13內(nèi)的原料熔液提拉而成。在此提拉腔室12的上部，配置一個具有吊線的單晶提拉機構(gòu)19 ；在提拉機構(gòu)19 的前端，安裝有用以保持晶種5的晶種夾頭17。多目的腔室2可與提拉腔室12置換，并且能分別設(shè)置加熱裝置L (參照圖1中的 (c))，用以對已填充的坩堝中的原料加熱；或冷卻裝置C (參照圖1中的(a))，在單晶提拉 后，用以冷卻熱區(qū)域部件；優(yōu)選的是進(jìn)而設(shè)置原料填充裝置R(參照圖1中的(b))，用以收 容多晶原料并將其填充在坩堝13內(nèi)。此多目的腔室2優(yōu)選為具備移動機構(gòu)3，使原料填充裝置R、加熱裝置L及冷卻裝 置C中的至少一個，在坩堝13上進(jìn)行上下移動。由于具有移動機構(gòu)3，能容易地使各個裝置從多目的腔室下降至主腔室內(nèi)，并能夠 進(jìn)一步提高各裝置的功能。另外，能使各裝置設(shè)置在多目的腔室中的作業(yè)簡單化。為了將上述3個裝置中的其中任一個設(shè)置在多目的腔室2中，例如圖1(a)所示， 移動機構(gòu)3，能作成由吊線3W、位于該吊線3W前端的鉤3F、及用以卷取吊線3W的卷取軸3M 所構(gòu)成的移動機構(gòu)，但是并沒有特別地限定。另外，如圖1、圖8所示，提拉腔室12與多目的腔室2優(yōu)選是作成可根據(jù)油壓單元8來進(jìn)行置換。圖8是圖1的俯視圖。如此，通過油壓單元8，以使提拉腔室12與多目的腔室2旋轉(zhuǎn)的方式，能夠在主腔 室11上進(jìn)行置換，由此，利用簡單的結(jié)構(gòu)，便可以實施提拉腔室與多目的腔的替換。當(dāng)進(jìn)行 替換時，能先使主腔室上的閘閥18閉合，然后進(jìn)行替換。而且，以下詳細(xì)地說明要被設(shè)置在此多目的腔室中的三個裝置。首先，要被設(shè)置在多目的腔室2中的第1個裝置是用以冷卻熱區(qū)域部件的冷卻裝 置C(參照圖5)。圖5中的(a)是表示在多目的腔室2中已設(shè)有冷卻裝置C的狀態(tài)的圖，圖5中的 (b)是表示冷卻裝置C從多目的腔室2降下，來冷卻熱區(qū)域部件13、15、16時的狀態(tài)的圖。如圖5中的(a)與圖1中的(a)所示，冷卻裝置C能作成可流通冷卻介質(zhì)的冷卻 管Cl。由此，能以低成本且簡單地進(jìn)行熱區(qū)域部件的強制冷卻。為了使冷卻介質(zhì)在此冷卻管中流通，并使冷卻管可在坩堝13上進(jìn)行上下移動，例 如，利用撓性管C2來連接從外側(cè)通向多目的腔室2中的管C3與冷卻管Cl，由此可使冷卻管 進(jìn)行上下移動。而且，相較于以往的熱區(qū)域部件的冷卻方法，例如自然冷卻或是根據(jù)單晶冷卻用 的冷卻筒7而實行的冷卻，利用如圖5(b)所示那樣地已降下至坩堝13的內(nèi)部中的冷卻管 Cl的輻射冷卻效果，能強力地冷卻熱區(qū)域部件，即便是提拉大口徑的單晶后的熱容量大的 熱區(qū)域部件，也能大幅地縮短冷卻時間。冷卻管Cl能使用一種由沒有接縫的管卷繞成多個環(huán)狀而成的部件，由此，冷卻介 質(zhì)難以從冷卻管Cl泄漏，減少冷卻介質(zhì)污染主腔室內(nèi)部的可能性。進(jìn)而，冷卻管Cl的管優(yōu)選為銅管。如此，由于冷卻管的材質(zhì)是銅，從而成為熱傳導(dǎo) 率良好的冷卻管，從而除熱效果高，能迅速地冷卻與冷卻管接觸的主腔室內(nèi)的環(huán)境。如以上所述，利用具備一種使冷卻裝置在坩堝上進(jìn)行上下移動的移動機構(gòu)3，在上 方的位置，冷卻管Cl容易安裝在多目的腔室2中或是從多目的腔室2卸下，而在下方的位 置，能顯著地提高對于熱區(qū)域部件的冷卻效果。另外，關(guān)于在冷卻管中流通的冷卻介質(zhì)，并沒有特別地限定，例如也可以是純水等 的冷卻水。另外，為了使此冷卻介質(zhì)強制冷卻，進(jìn)而促進(jìn)熱區(qū)域部件的冷卻，優(yōu)選是在單晶 制造裝置中設(shè)置熱交換器(未圖示)。如此，若能根據(jù)被設(shè)置在單晶制造裝置中的熱交換 器，并經(jīng)由冷卻管來對冷卻介質(zhì)進(jìn)行強制冷卻，則即便使冷卻介質(zhì)循環(huán)而通過熱區(qū)域許多 次，在冷卻工序的期間，能持續(xù)冷卻效果。因此，能減少冷卻水的總使用量，在成本方面是有 利的。為了促進(jìn)熱區(qū)域部件的冷卻，如圖1中的(a)所示，優(yōu)選在多目的腔室2的上部， 形成用以導(dǎo)入冷卻氣體的氣體導(dǎo)入口 4。如此，通過在設(shè)有冷卻裝置C的多目的腔室2上形成氣體導(dǎo)入口 4，除了由冷卻管 Cl而產(chǎn)生的熱區(qū)域部件的輻射冷卻效果以外，通過從氣體導(dǎo)入口 4導(dǎo)入的冷卻氣體，也能 期待有對流冷卻效果。因此，能使熱區(qū)域部件的冷卻更快速。另外，由于在主腔室11的底部設(shè)有用以排出氣體的氣體排出口 14，于是，從多目 的腔室2導(dǎo)入的氣體能從主腔室11的氣體排出口 14排出。接著，能設(shè)置在多目的腔室2中的第2個裝置是用以收容多晶原料并將其填充在坩堝內(nèi)的原料填充裝置R(參照圖6)。圖6中的(a)是表示在多目的腔室2中已設(shè)有原料填充裝置R的狀態(tài)的圖，圖6 中(b)是表示原料填充裝置R從多目的腔室2降下，而將多晶原料填充在坩堝13內(nèi)時的狀 態(tài)的圖。如圖6中的(a)所示，原料填充裝置R能作成已填充有多晶原料1的再裝料管Rl。 由此，能容易地對坩堝填充多晶原料1。此再裝料管Rl在其底面設(shè)有可開閉的蓋R2，用以將多晶原料1填充在坩堝13內(nèi)。 另外，在要制造的單晶是單晶硅的情況在，只要是要接觸多晶原料的再裝料管Rl的至少最 表層由石英所構(gòu)成，便能減少對于單晶造成污染的可能性。此情況，通過移動機構(gòu)3形成使原料填充裝置R可在坩堝上作上下移動，由此在上 方的位置，原料填充裝置R容易安裝在多目的腔室2中或是從多目的腔室2卸下，而在下方 的位置，利用使蓋R2開閉，便能將原料安全且可靠地填充在坩堝內(nèi)。最后，要設(shè)置在多目的腔室2中的第3個裝置用以加熱已填充在坩堝內(nèi)的原料的 加熱裝置L (參照圖7)。圖7中的(a)是表示在多目的腔室2中已設(shè)有除了加熱器以外的原料的加熱裝置 L的狀態(tài)的圖，圖7中的(b)是表示加熱裝置L從多目的腔室2降下，來加熱多晶原料的狀 態(tài)的圖。如圖7中的(a)所示，加熱裝置L能作成在石英管L6的內(nèi)部具備有作為熱源的鹵 素?zé)鬖l而成的加熱裝置。如此，除了位于主腔室內(nèi)的加熱器以外，該加熱裝置用以加熱已 被填充在坩堝內(nèi)的原料，設(shè)置在多目的腔室中的加熱裝置是在石英管的內(nèi)部具備鹵素?zé)舳?成的加熱裝置，由此，能防止由于加熱裝置L而對主腔室11內(nèi)造成的污染，并且，不會使鹵 素?zé)鬖l劣化，并能根據(jù)鹵素?zé)鬖l的熱量，高效地加熱多晶原料，而能縮短熔化時間。此時，為了防止鹵素?zé)鬖l的熱充滿在多目的腔室2的內(nèi)部，如圖7中的(a)所示， 也可以在石英管L6的內(nèi)部具備除熱用的冷卻管L2。此情況，為了使加熱裝置L可在坩堝 13上進(jìn)行上下移動，能利用與熱區(qū)域部件的冷卻裝置同樣的結(jié)構(gòu)，例如，能經(jīng)由伸縮自如的 撓性管L3來使冷卻水等，從管L4流通至冷卻管L2，該管L4是用以連接多目的腔室2的外 部與內(nèi)部。如此，在加熱裝置中具備有冷卻管，能防止多目的腔室2的內(nèi)部加熱至必要程度 以上而產(chǎn)生損傷，并能提高石英管L6的耐熱性。由此，加熱裝置L變成能長時間使用，而能 謀求降低成本。進(jìn)而，通過作成使導(dǎo)入多目的腔室2內(nèi)的氣體在加熱裝置L的內(nèi)部流通的 結(jié)構(gòu)，能進(jìn)一步地提高加熱裝置L的耐熱性。進(jìn)而，為了將從上述鹵素?zé)鬖l放出的熱高效地傳遞至多晶原料，在圓筒狀的石英 管L6的內(nèi)側(cè)L5形成將熱射線朝向坩堝13內(nèi)的多晶原料1反射的反射結(jié)構(gòu)。通過采用此種結(jié)構(gòu)，從鹵素?zé)艋蚣訜崞飨蜻B接在主腔室上部的腔室的方向散失的 熱射線能利用石英管加以阻擋且集光，并使其朝向多晶原料1反射，而能有效利用熱。因 此，相較于以往，能增加向多晶原料傳送的熱量，而能縮短熔化所需的時間，進(jìn)而能達(dá)成提 高生產(chǎn)性及降低生產(chǎn)成本。若具體地說明反射結(jié)構(gòu)，能將以下各種物體作為反射結(jié)構(gòu)來加以應(yīng)用如圖7中 的(a)所示，在石英管的上部及側(cè)面，施行鍍金、蒸鍍金、包覆金的任一種而成的反射結(jié)構(gòu)；或是利用燒結(jié)漿體而成的石英或含有氣泡的光透過率為10%以下、特別是光透過率為 以下(賀利氏(Heraeus)公司制造的0M-100或HRC)的不透明石英包覆而成的反射結(jié)構(gòu)。 由此，作成一種結(jié)構(gòu)，能以高反射效率來反射從加熱器射出的熱射線，而能進(jìn)一步縮短多晶 原料的熔化時間。此反射效率，在鍍金的情況下為0. 85，相較于石墨材料或石英材料，由于 能成為反射效率非常高的結(jié)構(gòu)，因此能縮短熔化所需的時間。接著，針對使用上述所說明的單晶制造裝置10來提拉1根單晶的制造方法，一邊 參照圖面一邊說明。此處，圖3是表示使用本發(fā)明的單晶制造裝置10時的工序的流程圖。 另外，圖3中的括號中的數(shù)字，是表示該工序所需的時間。首先，將所需的多晶原料的大約6成的量填充在位于主腔室11內(nèi)的空坩堝13中。 多晶原料僅填充6成的原因是因為熔化前的多晶原料的體積大，無法將6成以上的多晶原 料填充在坩堝13中。因此，剩余的4成是在初期熔化后，通過原料填充裝置R，進(jìn)行追加填充。而且，如圖7中的(a)所示，在填充多晶原料的期間，將加熱裝置L安裝在多目的 腔室2中。接著，如圖7中的(b)所示，將已設(shè)有加熱裝置L的多目的腔室2連接在主腔室11 上，然后根據(jù)移動機構(gòu)使加熱裝置L降下至圖7中的(b)的位置為止，利用加熱裝置L及加 熱器15來加熱多晶原料1而使其熔化(多晶原料的初期熔化)。在此期間，使追加填充的多晶原料收容在再裝料管Rl中，然后，如圖6中的(a)所 示，將原料填充裝置R設(shè)置在提拉腔室12中。倘若多晶原料的初期熔化結(jié)束，則使主腔室的閘閥18閉合，而利用圖1中的(a) 所示的油壓單元8，置換已設(shè)有加熱裝置L的多目的腔室2與已設(shè)有原料填充裝置R的提 拉腔室12，然后打開閘閥18來連接提拉腔室12與主腔室11。而且，根據(jù)移動機構(gòu)(在圖 6中，未圖示)，使原料填充裝置R降下至坩堝13上的適當(dāng)位置，然后開啟位于再裝料管Rl 的底部的蓋R2，將其余的多晶原料追加填充在坩堝13中。追加填充多晶原料后，拉起變空的再裝料管R1，使閘閥18閉合后，將提拉腔室12 與原本便設(shè)有加熱裝置L的多目的腔室2進(jìn)行交換。而且，利用與多晶原料的初期熔化同 樣的方法，進(jìn)行多晶原料的追加熔化。在此多晶原料的追加熔化的期間，在沒有與主腔室11連接的提拉腔室內(nèi)，卸下原 料填充裝置R而安裝晶種夾頭17，并進(jìn)行晶種5的安裝工序。接著，倘若追加后的多晶原料1完全熔化而成為原料熔液9，則使主腔室11的閘 閥18閉合，將已設(shè)有加熱裝置L的多目的腔室2置換成已安裝晶種后的提拉腔室12，然后 打開閘閥18來連接提拉腔室12與主腔室11。之后，使晶種5接觸原料熔液9，開始提拉單晶。在提拉單晶的期間，在沒有連接主腔室11的多目的腔室2內(nèi)，卸下用以輔助加熱 多晶原料的加熱裝置L，然后如圖5中的(a)所示地設(shè)置用以冷卻熱區(qū)域部件的冷卻裝置 C。而且，倘若單晶的提拉結(jié)束，則使主腔室的閘閥閉合，在主腔室11上，將已收容有單晶的 提拉腔室12與已設(shè)有冷卻裝置C的多目的腔室2進(jìn)行置換，然后將多目的腔室2連接在主 腔室11上。由此，能節(jié)省單晶的冷卻、取出所需的時間。
接著，如圖5中的(b)所示，使冷卻裝置C降下至殘留在坩堝13中的原料熔液9 的正上方，開始冷卻坩堝13、加熱器15、絕熱材料16等的熱區(qū)域部件。在此期間，在從主腔 室11卸下的提拉腔室12內(nèi)等待被提拉上來的單晶6的冷卻，然后從提拉腔室取出單晶6。倘若由多目的腔室2而實行的熱區(qū)域部件的冷卻結(jié)束，則將多目的腔室2從主腔 室11卸下，然后在主腔室11中，進(jìn)行熱區(qū)域部件的解體、清掃、組裝等。而且，能開始進(jìn)行用于下一次單晶制造的原料的初期填充工序。如以上所述，若是本發(fā)明的單晶制造裝置10，由于能同時地使用提拉腔室與多目 的腔室，在單晶的提拉中，預(yù)先將熱區(qū)域部件的冷卻裝置設(shè)置在多目的腔室中，而在單晶的 提拉結(jié)束后，可立刻將提拉腔室置換成多目的腔室，由此，不用等待單晶的冷卻和從提拉腔 室取出單晶，便能開始熱區(qū)域部件的強制冷卻。另外，從主腔室卸下的提拉腔室與熱區(qū)域部 件的強制冷卻同時進(jìn)行，能進(jìn)行單晶的冷卻及取出作業(yè)。進(jìn)而，在原料的初期熔化的期間，若預(yù)先將多晶原料的填充裝置設(shè)置在提拉腔室 中，在初期熔化后，便能立刻開始其余的多晶原料的追加填充。不但如此，在多目的腔室中， 由于原本便設(shè)有加熱裝置，所以在多晶原料的追加填充后，只要將提拉腔室1與多目的腔 室進(jìn)行置換，便能立刻開始實行追加熔化。因此，如本發(fā)明那樣，由于單晶制造裝置具備提拉腔室與可進(jìn)行置換的多目的腔 室，在進(jìn)行目前的工序的期間，由于能進(jìn)行前工序的后處理和下一工序的準(zhǔn)備，所以可消除 工序間的等待時間。因而，能縮短單晶制造的總時間，提高單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，而能提 高生產(chǎn)性。進(jìn)而，根據(jù)在多目的腔室中設(shè)有熱區(qū)域部件的冷卻裝置，相較于熱區(qū)域部件的自 然冷卻或僅使用用于冷卻單晶的冷卻筒7所實行的冷卻、或是僅使冷卻氣體在主腔室內(nèi)流 通這樣的冷卻方法，也能縮短熱區(qū)域部件的冷卻時間。但是，不僅是已被設(shè)置在此多目的 腔室中的熱區(qū)域部件的冷卻裝置，也能并用用于冷卻單晶的冷卻筒及使氣體流通這樣的裝 置。通過并用這些裝置，能大幅地縮短熱區(qū)域部件的冷卻時間，并能提高單晶制造裝置的運 轉(zhuǎn)率。不但如此，通過能在多目的腔室中設(shè)置用以加熱已填充在坩堝內(nèi)的多晶原料的加 熱裝置，不僅利用設(shè)置在主腔室11內(nèi)的加熱器15，通過并用加熱裝置L來加熱已填充在坩 堝13內(nèi)的多晶原料，便能縮短多晶原料的熔化時間。另外，倘若是本發(fā)明的單晶制造裝置，不但能大幅地縮短單晶提拉以外的多晶原 料的熔化時間、熱區(qū)域部件的冷卻時間，也能省略由于準(zhǔn)備這些工序而產(chǎn)生的等待時間，由 于能提高單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，所以可大幅地提高單晶制造的生產(chǎn)性。以上，已說明了根據(jù)提拉來制造1根單晶的情況，但是在從一個坩堝提拉多數(shù)根 單晶的情況，也就是重復(fù)進(jìn)行單晶的提拉，而在培育1根單晶后，追加投入原料而還原成原 先的原料熔液量，來連續(xù)地進(jìn)行提拉單晶的情況下，在單晶的提拉中，預(yù)先將原料填充裝置 設(shè)置在多目的腔室中，倘若單晶的提拉結(jié)束，不用等待單晶的冷卻，便能將多目的腔室連接 在主腔室上，立刻開始原料的再裝料。不但如此，將多晶原料填充在坩堝內(nèi)的動作結(jié)束后，對于多目的腔室，卸下原料填 充裝置，而設(shè)置用以加熱已被填充在坩堝內(nèi)的原料的加熱裝置，追加熔化位于坩堝內(nèi)的多 晶原料，同時，對于沒有與主腔室連接的提拉腔室，能進(jìn)行將用以使單晶成長的晶種安裝在晶種夾頭上的作業(yè)。因此，在多晶原料熔化后，只要將正在與主腔室連接的多目的腔室，置 換成提拉腔室，不用等待晶種的安裝工序，便能立刻開始實行單晶的提拉工序。因此，本發(fā)明的單晶制造裝置，即便是提拉多數(shù)根單晶的情況，單晶的冷卻時間及 多晶原料的熔化時間也會被縮短，因此，對于縮短單晶制造的總時間是有效的，而能提高生 產(chǎn)性。以下，舉出本發(fā)明的實施例，更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并未限定于這些例子。(實施例)使用圖1所示的單晶制造裝置10，利用圖3所示的流程，測定制造出一根單晶硅晶 棒所需要的1個循環(huán)的總時間。首先，為了制造出全長大約1.5m、直徑300mm的單晶，將必要的多晶原料硅360kg 之中的200kg，以1小時，填充在空的坩堝內(nèi)。在此期間，以30分鐘，將多晶原料的加熱裝置
設(shè)置在多目的腔室內(nèi)。接著，使用加熱裝置及加熱器，以3小時，使填充的多晶原料熔化。在此期間，將具 有再裝料管的原料填充裝置安裝在提拉腔室中。接著，將提拉腔室連接在主腔室上，進(jìn)行其余的多晶原料160kg的追加填充。此追 加填充需要花費1小時。接著，將已設(shè)有原料填充裝置的提拉腔室與已設(shè)有加熱裝置的多目的腔室進(jìn)行置 換，然后利用加熱裝置及加熱器來進(jìn)行追加填充后的多晶硅的追加熔化。多晶原料被完全 熔化為止，需要花費3小時。在此追加熔化的期間，在提拉腔室內(nèi)，以30分鐘，來進(jìn)行用于單晶提拉的晶種的 安裝作業(yè)。接著，將提拉腔室連接在主腔室上，使晶種接觸原料熔液來進(jìn)行單晶的提拉工序。 此單晶的提拉，是以提拉速度0. 5mm/分鐘來進(jìn)行的，直到完全地被收容在提拉腔室中為 止，需要花費50小時。在此期間，以30分鐘，將用以冷卻熱區(qū)域部件的冷卻管設(shè)置在多目 的腔室中，并使冷卻水可以流通。接著，在使單晶留在提拉腔室中的狀態(tài)下，使閘閥閉合，然后將提拉腔室與多目的 腔室進(jìn)行置換，而將多目的腔室連接在主腔室上。而且，使冷卻水在冷卻管中流通，并使冷 卻管降下至坩堝的內(nèi)部為止，開始熱區(qū)域部件的冷卻。在此期間，在提拉腔室中，進(jìn)行單晶 的冷卻。大約3小時左右，熱區(qū)域部件便會被冷卻至常溫，所以將多目的腔室從主腔室卸 下，以5小時，進(jìn)行熱區(qū)域部件的解體、清掃及組裝等。其結(jié)果，使用本發(fā)明的單晶制造裝置來制造出一根單晶所需要的1個循環(huán)的總時 間，大約為66小時。(比較例)使用圖2所示的以往的單晶制造裝置，利用圖4所示的流程，測定制造出一根單晶 硅晶棒所需要的1個循環(huán)的總時間。首先，為了制造出全長大約1.5m、直徑300mm的單晶，將必要的多晶原料硅360kg 之中的200kg，以1小時，填充在空的坩堝內(nèi)。另外，以30分鐘，將設(shè)有再裝料管的原料填充裝置安裝在提拉腔室中；該再裝料管收容160kg的多晶原料硅。接著，使用加熱器25，以6小時，使已被填充在坩堝23內(nèi)的多晶原料熔化。繼續(xù)，將已被收容在原料填充裝置中的其余的多晶原料硅160kg，追加填充在坩堝 內(nèi)。此追加填充需要花費1小時。而且，使原料填充裝置R在提拉腔室22內(nèi)上升后，使閘閥 28閉合而將原料填充裝置卸下，然后，以1小時，來進(jìn)行用于單晶提拉的晶種的安裝作業(yè)。接著，僅利用主腔室的加熱器來進(jìn)行追加填充后的多晶硅的追加熔化。被追加的 多晶原料，被完全熔化為止，需要花費6小時。而且，在原料熔化后，使晶種接觸原料熔液來進(jìn)行單晶的提拉工序。此單晶的提 拉，與實施例相同，是以提拉速度0. 5mm/分鐘來進(jìn)行，直到完全地被收容在提拉腔室中為 止，需要花費50小時。接著，使主腔室的閘閥閉合，等待被收容在提拉腔室中的單晶被冷卻后，將其取 出。此需要1小時。另外，為了清掃主腔室內(nèi)的熱區(qū)域部件，需要等待熱區(qū)域部件變成常溫為止。而且，熱區(qū)域部件被冷卻至常溫為止，大約為7小時；另外，以5小時，進(jìn)行熱區(qū)域 部件的解體、清掃及組裝等。其結(jié)果，使用本發(fā)明的單晶制造裝置來制造出一根單晶所需要的1個循環(huán)的總時 間，大約為78小時。根據(jù)此實施例、比較例的結(jié)果，若是本發(fā)明的單晶制造裝置，已知能省略單晶的冷 卻及取出時間，且可提高單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率。另外，如本發(fā)明般，利用在多目的腔室中 設(shè)置一種裝置，用以縮短多晶原料的熔化時間或熱區(qū)域部件的冷卻時間，便能容易地縮短 這些工序的時間，估計可縮短總生產(chǎn)時間的大約15%左右的時間，而能降低生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明并未被限定于上述實施方式。上述實施方式只是例示，只要是具有與 被記載中本發(fā)明的權(quán)利要求中的技術(shù)思想實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，能得到同樣的作用效果，不 論為何種實施方式，都被包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種單晶制造裝置是根據(jù)切克勞斯基法來實行的單晶制造裝置，其至少具備 主腔室，用以收容包含坩堝的熱區(qū)域部件；提拉腔室，用以容納從已被收容在所述坩堝內(nèi)的原料熔液提拉上來的單晶，然后取出 該單晶；其特征在于，該單晶制造裝置還具備可與所述提拉腔室進(jìn)行置換的多目的腔室； 所述多目的腔室能夠分別設(shè)置加熱裝置和冷卻裝置，該加熱裝置用以加熱已被填充在 所述坩堝內(nèi)的原料，該冷卻裝置在所述單晶提拉后用以冷卻所述熱區(qū)域部件。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述多目的腔室具備移動機構(gòu)，該移動機構(gòu)使所述加熱裝置及冷卻裝置中的至少一個 機構(gòu)在所述坩堝上進(jìn)行上下移動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述提拉腔室與所述多目的腔室成為可根據(jù)油壓單元來進(jìn)行置換。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述加熱裝置是至少在石英管的內(nèi)部具備熱源的加熱裝置；所述石英管在其內(nèi)側(cè)具有 反射結(jié)構(gòu)，用以將熱射線朝向所述坩堝反射。
5.如權(quán)利要求4所述的單晶制造裝置，其特征在于， 所述熱源是鹵素?zé)簟?br> 6.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的單晶制造裝置，其特征在于， 所述冷卻裝置是使冷卻介質(zhì)流通的冷卻管。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的單晶制造裝置，其特征在于， 所述多目的腔室具備用以導(dǎo)入冷卻氣體的氣體導(dǎo)入口。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述多目的腔室可設(shè)置原料填充裝置，該原料填充裝置用以收容多晶原料并將其填充 在所述坩堝內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述原料填充裝置是已填充有所述多晶原料的再裝料管。
10.如權(quán)利要求8或9所述的單晶制造裝置，其特征在于，所述多目的腔室具備移動機構(gòu)，該移動機構(gòu)使所述原料填充裝置在所述坩堝上進(jìn)行上 下移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單晶制造裝置(10)，其是根據(jù)切克勞斯基法來實行的單晶制造裝置(10)，其具備主腔室(11)，用以收容包含坩堝(13)的熱區(qū)域部件；提拉腔室(12)，用以容納從原料熔液提拉上來的單晶(6)，然后取出該單晶；其中，該單晶制造裝置還具備可與提拉腔室作置換的多目的腔室(2)；該多目的腔室(2)能夠分別設(shè)置加熱裝置(L)和冷卻裝置(C)，該加熱裝置(L)用以加熱已被填充在坩堝內(nèi)的原料，該冷卻裝置在單晶提拉后用以冷卻熱區(qū)域部件。由此，提供一種單晶制造裝置，其針對大口徑例如大約200mm以上單晶的制造，能提升單晶制造裝置的運轉(zhuǎn)率，而能提高單晶的生產(chǎn)性。
文檔編號C30B15/02GK101999014SQ200980112890
公開日2011年3月30日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者橫田香蔵, 水石孝司, 阿部孝夫 申請人:信越半導(dǎo)體股份有限公司