专利名称：单晶制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据切克劳斯基法(Czochralski method,以下称为“CZ法”)来
提拉单晶的单晶制造装置。
背景技术：
近年来，为了提高太阳能电池、金属氧化物半导体(MOS (Metal Oxide Semiconductor))晶体管等的半导体组件的性能与降低制造成本，作为基板而使用的硅等 的芯片持续大直径化。因此，根据CZ法等而被培育出来的单晶棒，例如被制造成为直径 200mm(8英寸)、直径300mm(12英寸)或是更大尺寸，于是单晶棒朝向大口径化、高重量化发展。此种单晶棒例如是根据图2所示的单晶制造装置而被制造出来的。图2是表示在 CZ法中所使用的通常的单晶制造装置的概略图。此种通常的单晶制造装置20根据CZ法来使单晶31从原料熔液30成长，并构成 在主腔室21内设有坩埚23，用以收容由多晶原料熔化而成的原料熔液30 ；加热器25，位 于该坩埚23的周围；以及绝热材料26，位于该加热器25的周围。特别是带有热量的坩埚23、加热器25、绝热材料26这类的部件，被称为“热区域部 件”。在主腔室21的上端，连接提拉腔室22，用以收容提拉上来的单晶31并将其取出。 而且，在主腔室21的上端部与提拉腔室22之间设有闸阀28，用以使主腔室21的上端开口 部开闭。进而，在提拉腔室22的上方，设置单晶提拉机构(未图示)，用以卷取吊线34，该 吊线34的前端安装有晶种33。当使用此种单晶制造装置20来制造单晶31时，先将晶种32保持在晶种夹头33 的前端，使该晶种32浸渍于原料熔液30中之后，一边使晶种32旋转一边慢慢地往上方提 拉来培育棒状的单晶31。此时，在腔室内，一边进行真空排气，排出从熔液表面蒸发出来的氧化物，一边使 氩(Ar)等的非活性气体流通。一旦单晶的提拉结束，则使加热器关闭，并使闸阀闭合，冷却已收容在提拉腔室的 单晶，然后取出。而且，等待热区域的部件冷却后，使腔室内部还原成常压，然后将主腔室内 的热区域部件解体。一旦热区域部件的解体结束，则在进行这些部件的清扫、交换等之后， 再次组装热区域部件，经过填充原料、组装腔室、熔解多晶原料等工序后，再次进行单晶的 提拉。对于根据此种CZ法而实行的单晶的制造，为了谋求提高生产性、降低成本，使单 晶成长速度高速化成为一种重要的装置，至今为止，已做了许多改良。例如在日本特开 2000-344592号公报、特开2002-121096号公报中，提出一种技术，使单晶提拉速度高速化， 以包围单晶周围的方式，设置冷却体或冷却管等，在单晶的提拉工序中，冷却单晶的高温部 分。
但是，根据CZ法而实行的单晶制造的操作循环(操作周期)是由单晶的提拉以及 上述那样的提拉以外的许多工序所组成的；目前，要更进一步地大幅缩短提拉时间是困难 的。因此，缩短单晶的提拉以外的工序所需的时间，被认为对于提高操作效率也就是提高单 晶制造装置的运转率从而提升生产性是有效的。在单晶提拉工序以外，单晶提拉前的多晶原料的填充与熔化以及热区域部件的冷 却时间所占的比率大。热区域部件的冷却时间是根据以下的条件来决定的，S卩，温度被冷却至当使主腔 室内部还原成常压时，即便加热器等的碳构件接触空气中的氧也不会劣化的程度为止。当 制造目前主流的直径200mm(8英寸)、晶身部Im这样的尺寸的单晶时，其冷却时间在自然冷 却的情况下，大约为7小时，提拉以外的工序所需时间占大约稍低于一半的时间。另外，填充、熔化如此的单晶制造所需的多晶原料的时间，也大约需要花费14小 时。多晶原料的熔化和热区域部件的冷却等必须在单晶制造装置的停歇期间进行。因 此，最终结果，花费在单晶的提拉工序以外的时间将成为使单晶制造装置的运转率显著地 降低的原因。近年来，一直持续要求单晶的大口径化，常要求制造出300mm(12英寸)以上 的大型单晶。在此情况下，热区域部件的热容量比目前大幅地增加，对应于此，冷却时间也 变长。不但如此，由于多晶原料的加料量(熔解量)增加，于此成比例，熔解时间也会增长。 所以，由于冷却时间及熔化时间等的延长而造成的装置的运转率降低，相较于目前的情况， 会成为越来越严重的问题。因此，为了缩短多晶原料的熔化时间，在日本特开平10-81595号公报中，提出一 种技术，除了配置在坩埚周围的加热器以外，设有加热灯或激光器等的辅助加热装置。进 而，在日本特开平11-255593号公报中，提出一种技术，在主腔室上，配置辅助加热用腔室； 该辅助加热用腔室在抛物面的反射板的焦点位置具备红外线灯。另外，为了缩短热区域部件的冷却时间，在日本特开平9-235173号公报中，提出 一种技术，使常温以下的非活性气体在主腔室内流通。然而，在提拉以外的各工序中，即便如此地缩短时间，实际上，由于要制造的单晶 的大型化，制造一根单晶的总时间增长，从而必须根本地研究有关单晶制造装置的运转。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而开发出来，其目的是提供一种单晶制造装置，针对大 口径例如约200mm以上单晶的制造，能提高单晶制造装置的运转率，并能提高单晶的生产 性。为了解决所述课题，本发明提供一种单晶制造装置是根据切克劳斯基法来实行的 单晶制造装置，其至少具备主腔室，用以收容包含坩埚的热区域部件；提拉腔室，用以容 纳从已被收容在所述坩埚内的原料熔液提拉上来的单晶，然后取出该单晶；其特征在于，该 单晶制造装置还具备可与所述提拉腔室作置换的多目的腔室；所述多目的腔室能够分别设 置加热装置和冷却装置，该加热装置用以加热已被填充在所述坩埚内的原料，该冷却装置 在所述单晶提拉后用以冷却所述热区域部件。如此，本发明的单晶制造装置，除了收容单晶的提拉腔室以外，具备多目的腔室，而能设置加热装置和冷却装置，该加热装置用以加热多晶原料，该冷却装置在单晶提拉后 用以冷却坩埚等的热区域部件；而且，多目的腔室与提拉腔室可在主腔室上进行置换。由此，由于能同时使用提拉腔室与多目的腔室，例如在单晶提拉中，预先将热区域 部件的冷却装置设置在多目的腔室中，在单晶提拉结束后，立刻将提拉腔室置换成多目的 腔室，由此，不用等待单晶的冷却、从提拉腔室取出单晶的工序，便能开始主腔室内的热区 域部件的强制冷却。另外，对于在从主腔室卸下的提拉腔室中所进行的单晶的冷却与取出 作业能与在主腔室中的热区域部件的强制冷却同时进行。因此，如本发明那样，通过具备提拉腔室与可作置换的多目的腔室，单晶制造装置 在进行目前的工序的期间，能进行前工序的后处理和下一工序的准备，因此可消除工序间 的等待时间。因而，能大幅地缩短单晶制造的总时间，提高单晶制造装置的运转率，而能提 高生产性。此情况，优选所述多目的腔室具备移动机构，该移动机构使所述加热装置及冷却 装置中的至少一个机构，在所述坩埚上进行上下移动。如此，多目的腔室具备移动机构，由此该移动机构使所述加热装置及冷却装置中 的至少一个机构，在所述坩埚上进行上下移动，从而能容易地使各个装置从多目的腔室降 下至主腔室内，由此，能更提高各装置的功能。另外，能使各装置设置在多目的腔室中的作 业简单化。而且，优选所述提拉腔室与所述多目的腔室成为可根据油压单元来进行置换。如此，根据油压单元，能使提拉腔室与多目的腔室在主腔室上进行置换，由此，可 利用简单的结构来实施提拉腔室与多目的腔的替换。优选所述加热装置是至少在石英管的内部具备热源的加热装置；所述石英管在其 内侧具有反射结构，用以将热射线朝向所述坩埚反射；优选所述热源是卤素灯。如此，加热装置是至少在石英管的内部具备热源的加热装置，而且，在石英管的内 侧具有反射结构，用以将热射线朝向所述坩埚反射，由此，从热源也就是卤素灯或加热器散 失的热射线能加以阻挡且集光，并使其朝向多晶原料反射，而能极有效率地进行多晶原料 的熔化。另外，除了位于主腔室内的加热器以外，该加热器用以加热已被填充在坩埚内的 原料，设置在多目的腔室中的加热装置是在石英管的内部具备卤素灯的加热装置，由此，便 能防止加热装置对于主腔室11内造成污染；另外，也能防止加热装置本身发生劣化，并能 高效地进行加热，而能缩短多晶原料的熔化时间。所述冷却装置能设为使冷却介质流通的冷却管。如此，用以冷却热区域部件的冷却装置是使冷却介质流通的冷却管，由此便能以 低成本，简单地进行热区域部件的强制冷却。进而，优选所述多目的腔室具备用以导入冷却气体的气体导入口。如此，多目的腔室具备用以导入冷却气体的气体导入口，由此在冷却热区域部件 时，能从气体导入口使冷却气体流通，所以能进一步地缩短热区域部件的冷却时间。优选所述多目的腔室可设置原料填充装置，用以收容多晶原料并将其填充在所述 坩埚内。在提拉多数根单晶的情况，也就是省略热区域部件的冷却、热区域部件的解体、清扫，连续地提拉单晶的情况下，在单晶的提拉中，预先将原料填充装置设置在多目的腔室 中，倘若单晶的提拉结束，不用等待单晶的冷却，便能将多目的腔室连接在主腔室上，立刻 开始原料的再装料。不但如此，将多晶原料填充在坩埚内的动作结束后，对于多目的腔室，卸下原料填 充装置，而设置用以加热已被填充在坩埚内的原料的加热装置，熔化位于坩埚内的多晶原 料，同时，对于没有与主腔室连接的提拉腔室，能进行将用以使单晶成长的晶种安装在晶种 夹头上的作业。因此，在多晶原料熔化后，只要将正在与主腔室连接的多目的腔室，置换成 提拉腔室，不用如以往般地进行将提拉腔室内的原料填充装置卸下的工序与安装晶种的工 序，便能在原料熔化后，立刻开始实行单晶的提拉工序。所述原料填充装置能设为已填充有所述多晶原料的再装料管。如此，原料填充装置设为已填充有所述多晶原料的再装料管，能容易地将多晶原 料追加填充在坩埚内。优选所述多目的腔室具备移动机构，该移动机构使所述原料填充装置在所述坩埚 上进行上下移动。如此，多目的腔室具备移动机构，该移动机构使原料填充装置在坩埚上进行上下 移动，从而能容易地使原料填充装置从多目的腔室降下至主腔室内，由此，能更提高原料填 充装置的功能。另外，能使原料填充装置设置在多目的腔室中的作业简单化。若是本发明的单晶制造装置，则能消除在各工序中的等待时间，进而由于能缩短 热区域部件的冷却时间、多晶原料的熔化时间，所以能提升单晶制造装置的运转率，而能提 高单晶制造的生产性。
图1是表示本发明的单晶制造装置的概略图；图1中的(a)是表示在多目的腔室 中设有热区域部件的冷却装置的状态的图，图1中的(b)是表示在多目的腔室中设有原料 填充装置的状态的图，图1中的(C)是表示在多目的腔室中设有原料的加热装置的状态的 图。图2是表示在CZ法中所使用的通常的单晶制造装置的概略图。图3是表示使用本发明的单晶制造装置时的工序的流程图。图4是表示使用以往的单晶制造装置时的工序的流程图。图5是表示在多目的腔室中已设有热区域部件的冷却装置时的说明图，图5中的 (a)是表示设置时的状态，图5中的(b)是表示使用时的状态。图6是表示在多目的腔室中已设有原料填充装置时的说明图，图6中的(a)是表 示设置时的状态，图6中的(b)是表示使用时的状态。图7是表示在多目的腔室中已设有原料的加热装置时的说明图，图7中的(a)是 表示设置时的状态，图7中的(b)是表示使用时的状态。图8是图1所示的单晶制造装置的俯视图。
具体实施例方式例如，若要以0. 5mm/分钟的成长速度来制作出全长大约lm、直径大约300mm的单晶时，单晶的提拉时间大约为35小时。另外，此种单晶的制造，在培育单晶前，需要将多晶 原料熔化，而熔化所需的时间大约为12小时。进而，培育单晶后，则依次有以下的工序等 待单晶冷却然后将单晶取出、设置在主腔室内的热区域部件的冷却、热区域部件的解体与 清扫、以及为了下次的单晶培育而填充原料。如上所述，随着单晶的大口径化、高重量化，会显著地增加要熔化的多晶原料的量 以及热区域部件的冷却时间，对此已经谋求各种对策。但是，即便想要谋求缩短提拉以外的 各工序的时间，实际上，由于要制造的单晶的大型化，制造一根单晶的总时间增长，必须根 本地研究有关单晶制造装置的运转。因此，本发明人，想到了以下的技术而完成本发明。即，将可以与提拉腔室置换的 多目的腔室，导入通常的单晶制造装置，由此，可消除移至下一工序为止的等待时间，并缩 短原料熔化工序、热区域部件的冷却工序的时间。以下，一边参照图面一边说明本发明的实施方式，但是本发明未限定于此实施方 式。图1是表示有关本发明的单晶制造装置的概略图。此单晶制造装置10是在切克劳斯基法中所使用的装置，大致而言，具备主腔室 11、提拉腔室12及多目的腔室2，在主腔室11的上端的开口部，设置一个作为盖的闸阀18。如图1中的(a)所示，在主腔室11内设有d甘埚13，用以收容由多晶原料熔化而 成的原料熔液9 ；加热器15，位于该坩埚13的周围，用以将多晶原料熔化并保持该原料熔液 的温度；以及绝热材料16，位于该加热器15的周围，用以遮蔽从加热器放出的热并保护主 腔室11。特别是在单晶成长中，将由于来自加热器的放热而变为高温的附近区域称为“热 区域”，而将在热区域中变成赤热状态的部件称为“热区域部件”，此热区域部件的代表例如 是坩埚13、加热器15以及绝热材料16。提拉腔室12是用以收容单晶6并将其取出的腔室，该单晶6是从已被收容在坩埚 13内的原料熔液提拉而成。在此提拉腔室12的上部，配置一个具有吊线的单晶提拉机构19 ；在提拉机构19 的前端，安装有用以保持晶种5的晶种夹头17。多目的腔室2可与提拉腔室12置换，并且能分别设置加热装置L (参照图1中的 (c))，用以对已填充的坩埚中的原料加热；或冷却装置C (参照图1中的(a))，在单晶提拉 后，用以冷却热区域部件；优选的是进而设置原料填充装置R(参照图1中的(b))，用以收 容多晶原料并将其填充在坩埚13内。此多目的腔室2优选为具备移动机构3，使原料填充装置R、加热装置L及冷却装 置C中的至少一个，在坩埚13上进行上下移动。由于具有移动机构3，能容易地使各个装置从多目的腔室下降至主腔室内，并能够 进一步提高各装置的功能。另外，能使各装置设置在多目的腔室中的作业简单化。为了将上述3个装置中的其中任一个设置在多目的腔室2中，例如图1(a)所示， 移动机构3，能作成由吊线3W、位于该吊线3W前端的钩3F、及用以卷取吊线3W的卷取轴3M 所构成的移动机构，但是并没有特别地限定。另外，如图1、图8所示，提拉腔室12与多目的腔室2优选是作成可根据油压单元8来进行置换。图8是图1的俯视图。如此，通过油压单元8，以使提拉腔室12与多目的腔室2旋转的方式，能够在主腔 室11上进行置换，由此，利用简单的结构，便可以实施提拉腔室与多目的腔的替换。当进行 替换时，能先使主腔室上的闸阀18闭合，然后进行替换。而且，以下详细地说明要被设置在此多目的腔室中的三个装置。首先，要被设置在多目的腔室2中的第1个装置是用以冷却热区域部件的冷却装 置C(参照图5)。图5中的(a)是表示在多目的腔室2中已设有冷却装置C的状态的图，图5中的 (b)是表示冷却装置C从多目的腔室2降下，来冷却热区域部件13、15、16时的状态的图。如图5中的(a)与图1中的(a)所示，冷却装置C能作成可流通冷却介质的冷却 管Cl。由此，能以低成本且简单地进行热区域部件的强制冷却。为了使冷却介质在此冷却管中流通，并使冷却管可在坩埚13上进行上下移动，例 如，利用挠性管C2来连接从外侧通向多目的腔室2中的管C3与冷却管Cl，由此可使冷却管 进行上下移动。而且，相较于以往的热区域部件的冷却方法，例如自然冷却或是根据单晶冷却用 的冷却筒7而实行的冷却，利用如图5(b)所示那样地已降下至坩埚13的内部中的冷却管 Cl的辐射冷却效果，能强力地冷却热区域部件，即便是提拉大口径的单晶后的热容量大的 热区域部件，也能大幅地缩短冷却时间。冷却管Cl能使用一种由没有接缝的管卷绕成多个环状而成的部件，由此，冷却介 质难以从冷却管Cl泄漏，减少冷却介质污染主腔室内部的可能性。进而，冷却管Cl的管优选为铜管。如此，由于冷却管的材质是铜，从而成为热传导 率良好的冷却管，从而除热效果高，能迅速地冷却与冷却管接触的主腔室内的环境。如以上所述，利用具备一种使冷却装置在坩埚上进行上下移动的移动机构3，在上 方的位置，冷却管Cl容易安装在多目的腔室2中或是从多目的腔室2卸下，而在下方的位 置，能显著地提高对于热区域部件的冷却效果。另外，关于在冷却管中流通的冷却介质，并没有特别地限定，例如也可以是纯水等 的冷却水。另外，为了使此冷却介质强制冷却，进而促进热区域部件的冷却，优选是在单晶 制造装置中设置热交换器(未图示)。如此，若能根据被设置在单晶制造装置中的热交换 器，并经由冷却管来对冷却介质进行强制冷却，则即便使冷却介质循环而通过热区域许多 次，在冷却工序的期间，能持续冷却效果。因此，能减少冷却水的总使用量，在成本方面是有 利的。为了促进热区域部件的冷却，如图1中的(a)所示，优选在多目的腔室2的上部， 形成用以导入冷却气体的气体导入口 4。如此，通过在设有冷却装置C的多目的腔室2上形成气体导入口 4，除了由冷却管 Cl而产生的热区域部件的辐射冷却效果以外，通过从气体导入口 4导入的冷却气体，也能 期待有对流冷却效果。因此，能使热区域部件的冷却更快速。另外，由于在主腔室11的底部设有用以排出气体的气体排出口 14，于是，从多目 的腔室2导入的气体能从主腔室11的气体排出口 14排出。接着，能设置在多目的腔室2中的第2个装置是用以收容多晶原料并将其填充在坩埚内的原料填充装置R(参照图6)。图6中的(a)是表示在多目的腔室2中已设有原料填充装置R的状态的图，图6 中(b)是表示原料填充装置R从多目的腔室2降下，而将多晶原料填充在坩埚13内时的状 态的图。如图6中的(a)所示，原料填充装置R能作成已填充有多晶原料1的再装料管Rl。 由此，能容易地对坩埚填充多晶原料1。此再装料管Rl在其底面设有可开闭的盖R2，用以将多晶原料1填充在坩埚13内。 另外，在要制造的单晶是单晶硅的情况在，只要是要接触多晶原料的再装料管Rl的至少最 表层由石英所构成，便能减少对于单晶造成污染的可能性。此情况，通过移动机构3形成使原料填充装置R可在坩埚上作上下移动，由此在上 方的位置，原料填充装置R容易安装在多目的腔室2中或是从多目的腔室2卸下，而在下方 的位置，利用使盖R2开闭，便能将原料安全且可靠地填充在坩埚内。最后，要设置在多目的腔室2中的第3个装置用以加热已填充在坩埚内的原料的 加热装置L (参照图7)。图7中的(a)是表示在多目的腔室2中已设有除了加热器以外的原料的加热装置 L的状态的图，图7中的(b)是表示加热装置L从多目的腔室2降下，来加热多晶原料的状 态的图。如图7中的(a)所示，加热装置L能作成在石英管L6的内部具备有作为热源的卤 素灯Ll而成的加热装置。如此，除了位于主腔室内的加热器以外，该加热装置用以加热已 被填充在坩埚内的原料，设置在多目的腔室中的加热装置是在石英管的内部具备卤素灯而 成的加热装置，由此，能防止由于加热装置L而对主腔室11内造成的污染，并且，不会使卤 素灯Ll劣化，并能根据卤素灯Ll的热量，高效地加热多晶原料，而能缩短熔化时间。此时，为了防止卤素灯Ll的热充满在多目的腔室2的内部，如图7中的(a)所示， 也可以在石英管L6的内部具备除热用的冷却管L2。此情况，为了使加热装置L可在坩埚 13上进行上下移动，能利用与热区域部件的冷却装置同样的结构，例如，能经由伸缩自如的 挠性管L3来使冷却水等，从管L4流通至冷却管L2，该管L4是用以连接多目的腔室2的外 部与内部。如此，在加热装置中具备有冷却管，能防止多目的腔室2的内部加热至必要程度 以上而产生损伤，并能提高石英管L6的耐热性。由此，加热装置L变成能长时间使用，而能 谋求降低成本。进而，通过作成使导入多目的腔室2内的气体在加热装置L的内部流通的 结构，能进一步地提高加热装置L的耐热性。进而，为了将从上述卤素灯Ll放出的热高效地传递至多晶原料，在圆筒状的石英 管L6的内侧L5形成将热射线朝向坩埚13内的多晶原料1反射的反射结构。通过采用此种结构，从卤素灯或加热器向连接在主腔室上部的腔室的方向散失的 热射线能利用石英管加以阻挡且集光，并使其朝向多晶原料1反射，而能有效利用热。因 此，相较于以往，能增加向多晶原料传送的热量，而能缩短熔化所需的时间，进而能达成提 高生产性及降低生产成本。若具体地说明反射结构，能将以下各种物体作为反射结构来加以应用如图7中 的(a)所示，在石英管的上部及侧面，施行镀金、蒸镀金、包覆金的任一种而成的反射结构；或是利用烧结浆体而成的石英或含有气泡的光透过率为10%以下、特别是光透过率为 以下(贺利氏(Heraeus)公司制造的0M-100或HRC)的不透明石英包覆而成的反射结构。 由此，作成一种结构，能以高反射效率来反射从加热器射出的热射线，而能进一步缩短多晶 原料的熔化时间。此反射效率，在镀金的情况下为0. 85，相较于石墨材料或石英材料，由于 能成为反射效率非常高的结构，因此能缩短熔化所需的时间。接着，针对使用上述所说明的单晶制造装置10来提拉1根单晶的制造方法，一边 参照图面一边说明。此处，图3是表示使用本发明的单晶制造装置10时的工序的流程图。 另外，图3中的括号中的数字，是表示该工序所需的时间。首先，将所需的多晶原料的大约6成的量填充在位于主腔室11内的空坩埚13中。 多晶原料仅填充6成的原因是因为熔化前的多晶原料的体积大，无法将6成以上的多晶原 料填充在坩埚13中。因此，剩余的4成是在初期熔化后，通过原料填充装置R，进行追加填充。而且，如图7中的(a)所示，在填充多晶原料的期间，将加热装置L安装在多目的 腔室2中。接着，如图7中的(b)所示，将已设有加热装置L的多目的腔室2连接在主腔室11 上，然后根据移动机构使加热装置L降下至图7中的(b)的位置为止，利用加热装置L及加 热器15来加热多晶原料1而使其熔化(多晶原料的初期熔化)。在此期间，使追加填充的多晶原料收容在再装料管Rl中，然后，如图6中的(a)所 示，将原料填充装置R设置在提拉腔室12中。倘若多晶原料的初期熔化结束，则使主腔室的闸阀18闭合，而利用图1中的(a) 所示的油压单元8，置换已设有加热装置L的多目的腔室2与已设有原料填充装置R的提 拉腔室12，然后打开闸阀18来连接提拉腔室12与主腔室11。而且，根据移动机构(在图 6中，未图示)，使原料填充装置R降下至坩埚13上的适当位置，然后开启位于再装料管Rl 的底部的盖R2，将其余的多晶原料追加填充在坩埚13中。追加填充多晶原料后，拉起变空的再装料管R1，使闸阀18闭合后，将提拉腔室12 与原本便设有加热装置L的多目的腔室2进行交换。而且，利用与多晶原料的初期熔化同 样的方法，进行多晶原料的追加熔化。在此多晶原料的追加熔化的期间，在没有与主腔室11连接的提拉腔室内，卸下原 料填充装置R而安装晶种夹头17，并进行晶种5的安装工序。接着，倘若追加后的多晶原料1完全熔化而成为原料熔液9，则使主腔室11的闸 阀18闭合，将已设有加热装置L的多目的腔室2置换成已安装晶种后的提拉腔室12，然后 打开闸阀18来连接提拉腔室12与主腔室11。之后，使晶种5接触原料熔液9，开始提拉单晶。在提拉单晶的期间，在没有连接主腔室11的多目的腔室2内，卸下用以辅助加热 多晶原料的加热装置L，然后如图5中的(a)所示地设置用以冷却热区域部件的冷却装置 C。而且，倘若单晶的提拉结束，则使主腔室的闸阀闭合，在主腔室11上，将已收容有单晶的 提拉腔室12与已设有冷却装置C的多目的腔室2进行置换，然后将多目的腔室2连接在主 腔室11上。由此，能节省单晶的冷却、取出所需的时间。
接着，如图5中的(b)所示，使冷却装置C降下至残留在坩埚13中的原料熔液9 的正上方，开始冷却坩埚13、加热器15、绝热材料16等的热区域部件。在此期间，在从主腔 室11卸下的提拉腔室12内等待被提拉上来的单晶6的冷却，然后从提拉腔室取出单晶6。倘若由多目的腔室2而实行的热区域部件的冷却结束，则将多目的腔室2从主腔 室11卸下，然后在主腔室11中，进行热区域部件的解体、清扫、组装等。而且，能开始进行用于下一次单晶制造的原料的初期填充工序。如以上所述，若是本发明的单晶制造装置10，由于能同时地使用提拉腔室与多目 的腔室，在单晶的提拉中，预先将热区域部件的冷却装置设置在多目的腔室中，而在单晶的 提拉结束后，可立刻将提拉腔室置换成多目的腔室，由此，不用等待单晶的冷却和从提拉腔 室取出单晶，便能开始热区域部件的强制冷却。另外，从主腔室卸下的提拉腔室与热区域部 件的强制冷却同时进行，能进行单晶的冷却及取出作业。进而，在原料的初期熔化的期间，若预先将多晶原料的填充装置设置在提拉腔室 中，在初期熔化后，便能立刻开始其余的多晶原料的追加填充。不但如此，在多目的腔室中， 由于原本便设有加热装置，所以在多晶原料的追加填充后，只要将提拉腔室1与多目的腔 室进行置换，便能立刻开始实行追加熔化。因此，如本发明那样，由于单晶制造装置具备提拉腔室与可进行置换的多目的腔 室，在进行目前的工序的期间，由于能进行前工序的后处理和下一工序的准备，所以可消除 工序间的等待时间。因而，能缩短单晶制造的总时间，提高单晶制造装置的运转率，而能提 高生产性。进而，根据在多目的腔室中设有热区域部件的冷却装置，相较于热区域部件的自 然冷却或仅使用用于冷却单晶的冷却筒7所实行的冷却、或是仅使冷却气体在主腔室内流 通这样的冷却方法，也能缩短热区域部件的冷却时间。但是，不仅是已被设置在此多目的 腔室中的热区域部件的冷却装置，也能并用用于冷却单晶的冷却筒及使气体流通这样的装 置。通过并用这些装置，能大幅地缩短热区域部件的冷却时间，并能提高单晶制造装置的运 转率。不但如此，通过能在多目的腔室中设置用以加热已填充在坩埚内的多晶原料的加 热装置，不仅利用设置在主腔室11内的加热器15，通过并用加热装置L来加热已填充在坩 埚13内的多晶原料，便能缩短多晶原料的熔化时间。另外，倘若是本发明的单晶制造装置，不但能大幅地缩短单晶提拉以外的多晶原 料的熔化时间、热区域部件的冷却时间，也能省略由于准备这些工序而产生的等待时间，由 于能提高单晶制造装置的运转率，所以可大幅地提高单晶制造的生产性。以上，已说明了根据提拉来制造1根单晶的情况，但是在从一个坩埚提拉多数根 单晶的情况，也就是重复进行单晶的提拉，而在培育1根单晶后，追加投入原料而还原成原 先的原料熔液量，来连续地进行提拉单晶的情况下，在单晶的提拉中，预先将原料填充装置 设置在多目的腔室中，倘若单晶的提拉结束，不用等待单晶的冷却，便能将多目的腔室连接 在主腔室上，立刻开始原料的再装料。不但如此，将多晶原料填充在坩埚内的动作结束后，对于多目的腔室，卸下原料填 充装置，而设置用以加热已被填充在坩埚内的原料的加热装置，追加熔化位于坩埚内的多 晶原料，同时，对于没有与主腔室连接的提拉腔室，能进行将用以使单晶成长的晶种安装在晶种夹头上的作业。因此，在多晶原料熔化后，只要将正在与主腔室连接的多目的腔室，置 换成提拉腔室，不用等待晶种的安装工序，便能立刻开始实行单晶的提拉工序。因此，本发明的单晶制造装置，即便是提拉多数根单晶的情况，单晶的冷却时间及 多晶原料的熔化时间也会被缩短，因此，对于缩短单晶制造的总时间是有效的，而能提高生 产性。以下，举出本发明的实施例，更详细地说明本发明，但是本发明并未限定于这些例子。(实施例)使用图1所示的单晶制造装置10，利用图3所示的流程，测定制造出一根单晶硅晶 棒所需要的1个循环的总时间。首先，为了制造出全长大约1.5m、直径300mm的单晶，将必要的多晶原料硅360kg 之中的200kg，以1小时，填充在空的坩埚内。在此期间，以30分钟，将多晶原料的加热装置
设置在多目的腔室内。接着，使用加热装置及加热器，以3小时，使填充的多晶原料熔化。在此期间，将具 有再装料管的原料填充装置安装在提拉腔室中。接着，将提拉腔室连接在主腔室上，进行其余的多晶原料160kg的追加填充。此追 加填充需要花费1小时。接着，将已设有原料填充装置的提拉腔室与已设有加热装置的多目的腔室进行置 换，然后利用加热装置及加热器来进行追加填充后的多晶硅的追加熔化。多晶原料被完全 熔化为止，需要花费3小时。在此追加熔化的期间，在提拉腔室内，以30分钟，来进行用于单晶提拉的晶种的 安装作业。接着，将提拉腔室连接在主腔室上，使晶种接触原料熔液来进行单晶的提拉工序。 此单晶的提拉，是以提拉速度0. 5mm/分钟来进行的，直到完全地被收容在提拉腔室中为 止，需要花费50小时。在此期间，以30分钟，将用以冷却热区域部件的冷却管设置在多目 的腔室中，并使冷却水可以流通。接着，在使单晶留在提拉腔室中的状态下，使闸阀闭合，然后将提拉腔室与多目的 腔室进行置换，而将多目的腔室连接在主腔室上。而且，使冷却水在冷却管中流通，并使冷 却管降下至坩埚的内部为止，开始热区域部件的冷却。在此期间，在提拉腔室中，进行单晶 的冷却。大约3小时左右，热区域部件便会被冷却至常温，所以将多目的腔室从主腔室卸 下，以5小时，进行热区域部件的解体、清扫及组装等。其结果，使用本发明的单晶制造装置来制造出一根单晶所需要的1个循环的总时 间，大约为66小时。(比较例)使用图2所示的以往的单晶制造装置，利用图4所示的流程，测定制造出一根单晶 硅晶棒所需要的1个循环的总时间。首先，为了制造出全长大约1.5m、直径300mm的单晶，将必要的多晶原料硅360kg 之中的200kg，以1小时，填充在空的坩埚内。另外，以30分钟，将设有再装料管的原料填充装置安装在提拉腔室中；该再装料管收容160kg的多晶原料硅。接着，使用加热器25，以6小时，使已被填充在坩埚23内的多晶原料熔化。继续，将已被收容在原料填充装置中的其余的多晶原料硅160kg，追加填充在坩埚 内。此追加填充需要花费1小时。而且，使原料填充装置R在提拉腔室22内上升后，使闸阀 28闭合而将原料填充装置卸下，然后，以1小时，来进行用于单晶提拉的晶种的安装作业。接着，仅利用主腔室的加热器来进行追加填充后的多晶硅的追加熔化。被追加的 多晶原料，被完全熔化为止，需要花费6小时。而且，在原料熔化后，使晶种接触原料熔液来进行单晶的提拉工序。此单晶的提 拉，与实施例相同，是以提拉速度0. 5mm/分钟来进行，直到完全地被收容在提拉腔室中为 止，需要花费50小时。接着，使主腔室的闸阀闭合，等待被收容在提拉腔室中的单晶被冷却后，将其取 出。此需要1小时。另外，为了清扫主腔室内的热区域部件，需要等待热区域部件变成常温为止。而且，热区域部件被冷却至常温为止，大约为7小时；另外，以5小时，进行热区域 部件的解体、清扫及组装等。其结果，使用本发明的单晶制造装置来制造出一根单晶所需要的1个循环的总时 间，大约为78小时。根据此实施例、比较例的结果，若是本发明的单晶制造装置，已知能省略单晶的冷 却及取出时间，且可提高单晶制造装置的运转率。另外，如本发明般，利用在多目的腔室中 设置一种装置，用以缩短多晶原料的熔化时间或热区域部件的冷却时间，便能容易地缩短 这些工序的时间，估计可缩短总生产时间的大约15%左右的时间，而能降低生产成本。另外，本发明并未被限定于上述实施方式。上述实施方式只是例示，只要是具有与 被记载中本发明的权利要求中的技术思想实质上相同的结构，能得到同样的作用效果，不 论为何种实施方式，都被包含在本发明的技术范围内。
1权利要求
1.一种单晶制造装置是根据切克劳斯基法来实行的单晶制造装置，其至少具备 主腔室，用以收容包含坩埚的热区域部件；提拉腔室，用以容纳从已被收容在所述坩埚内的原料熔液提拉上来的单晶，然后取出 该单晶；其特征在于，该单晶制造装置还具备可与所述提拉腔室进行置换的多目的腔室； 所述多目的腔室能够分别设置加热装置和冷却装置，该加热装置用以加热已被填充在 所述坩埚内的原料，该冷却装置在所述单晶提拉后用以冷却所述热区域部件。
2.如权利要求1所述的单晶制造装置，其特征在于，所述多目的腔室具备移动机构，该移动机构使所述加热装置及冷却装置中的至少一个 机构在所述坩埚上进行上下移动。
3.如权利要求1或2所述的单晶制造装置，其特征在于，所述提拉腔室与所述多目的腔室成为可根据油压单元来进行置换。
4.如权利要求1 3中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于，所述加热装置是至少在石英管的内部具备热源的加热装置；所述石英管在其内侧具有 反射结构，用以将热射线朝向所述坩埚反射。
5.如权利要求4所述的单晶制造装置，其特征在于， 所述热源是卤素灯。
6.如权利要求1 5中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于， 所述冷却装置是使冷却介质流通的冷却管。
7.如权利要求1 6中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于， 所述多目的腔室具备用以导入冷却气体的气体导入口。
8.如权利要求1 7中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于，所述多目的腔室可设置原料填充装置，该原料填充装置用以收容多晶原料并将其填充 在所述坩埚内。
9.如权利要求8所述的单晶制造装置，其特征在于，所述原料填充装置是已填充有所述多晶原料的再装料管。
10.如权利要求8或9所述的单晶制造装置，其特征在于，所述多目的腔室具备移动机构，该移动机构使所述原料填充装置在所述坩埚上进行上 下移动。
全文摘要
本发明涉及一种单晶制造装置(10)，其是根据切克劳斯基法来实行的单晶制造装置(10)，其具备主腔室(11)，用以收容包含坩埚(13)的热区域部件；提拉腔室(12)，用以容纳从原料熔液提拉上来的单晶(6)，然后取出该单晶；其中，该单晶制造装置还具备可与提拉腔室作置换的多目的腔室(2)；该多目的腔室(2)能够分别设置加热装置(L)和冷却装置(C)，该加热装置(L)用以加热已被填充在坩埚内的原料，该冷却装置在单晶提拉后用以冷却热区域部件。由此，提供一种单晶制造装置，其针对大口径例如大约200mm以上单晶的制造，能提升单晶制造装置的运转率，而能提高单晶的生产性。
文档编号C30B15/02GK101999014SQ200980112890
公开日2011年3月30日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年5月20日
发明者横田香蔵, 水石孝司, 阿部孝夫 申请人:信越半导体股份有限公司