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公開番号2024039192
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-22
出願番号2022143556
出願日2022-09-09
発明の名称単結晶製造装置
出願人株式会社SUMCO
代理人個人,個人
主分類C30B 13/28 20060101AFI20240314BHJP(結晶成長)
要約【課題】保温筒の有無及びその垂直方向の位置によらず、溶融帯を斜め下方から撮影することが可能な単結晶製造装置を提供する。
【解決手段】単結晶製造装置1は、設置高さ位置が異なる複数の覗窓13A,13Bを有するチャンバー10と、チャンバー10内に設置された誘導加熱コイル15と、チャンバー10内かつ誘導加熱コイル15の下方に設置された保温筒16と、チャンバー10の外側に設置され、複数の覗窓13A,13Bのいずれかを通してチャンバー10の内部を撮影する第1カメラ19Cと、チャンバー内壁に設置されたミラー20とを備える。ミラー20は、保温筒16の上端よりも下方に設置され、かつ誘導加熱コイル15と保温筒16との隙間17から写し出される溶融帯5からの光を第1カメラ19Cに向けて反射させるように配置される。第1カメラ19Cは、ミラー20の反射面に映る溶融帯5の光の鏡像を撮影する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料ロッドの下端を溶融して得られる溶融帯から単結晶を育成するＦＺ法による単結晶製造装置であって、
設置高さ位置が異なる複数の覗窓を有するチャンバーと、
前記チャンバー内に設置された誘導加熱コイルと、
前記チャンバー内かつ前記誘導加熱コイルの下方に設置された保温筒と、
前記チャンバーの外側に設置され、前記複数の覗窓のいずれかを通して前記チャンバーの内部を撮影する第１カメラと、
前記チャンバー内壁に設置されたミラーとを備え、
前記ミラーは、前記保温筒の上端よりも下方に設置され、かつ前記誘導加熱コイルと前記保温筒との隙間から写し出される前記溶融帯からの光を前記第１カメラに向けて反射させるように配置され、
前記第１カメラは、前記ミラーの反射面に映る前記溶融帯の光の鏡像を撮影することを特徴とする単結晶製造装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記チャンバー内で前記ミラーを上下左右に移動可能且つ角度変更可能に保持する固定治具をさらに備え、
前記固定治具は、前記チャンバーの内壁面に取り付けられている、請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記ミラーはシリコン製である、請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
前記チャンバーの外側に設置され、前記誘導加熱コイルを側方から観察可能な位置に設けられた前記覗窓を通して前記チャンバーの内部を撮影する第２カメラをさらに備え、
前記第２カメラは、前記誘導加熱コイルの上方及び下方にそれぞれ位置する前記溶融帯の上部及び下部を撮影する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
【請求項５】
前記チャンバーの外側に設置され、前記誘導加熱コイルよりも上方に設置された前記覗窓を通して前記チャンバーの内部を撮影する第３カメラとをさらに備え、
前記第３カメラは、前記溶融帯を斜め上方から撮影する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
前記第１カメラは、前記誘導加熱コイルよりも上方に設置された前記覗窓を通して前記ミラーの反射面に映る前記溶融帯の光の鏡像を撮影する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
【請求項７】
前記第１カメラは、前記誘導加熱コイルを側方から観察可能な位置に設けられた前記覗窓を通して前記ミラーの反射面に映る前記溶融帯の光の鏡像を撮影する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
【請求項８】
前記第１カメラは、前記誘導加熱コイルよりも下方に設置された前記覗窓を通して前記ミラーの反射面に映る前記溶融帯の光の鏡像を撮影する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＺ（Floating Zone）法による単結晶の製造に用いられる単結晶製造装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の製造方法としてＦＺ法が知られている。ＦＺ法は、多結晶シリコンからなる原料ロッドの一部を加熱して溶融帯を生成し、溶融帯の上方及び下方にそれぞれ位置する原料ロッド及び種結晶を徐々に降下させることにより、種結晶の上方に大きな単結晶を成長させる方法である。ＦＺ法ではＣＺ（Czochralski）法のように石英ルツボを使用しないため、酸素濃度が非常に低い単結晶を製造することができる。
【０００３】
ＦＺ法では単結晶育成工程中に溶融帯をカメラで撮影し、撮影画像に基づいて結晶成長条件を自動制御することが行われている。例えば、特許文献１には、ＦＺ単結晶引上げにおいて３つのカメラを使用し、炉内の温度や寸法を計測する方法が記載されている。特許文献２には、ＦＺ単結晶引上げにおいて４つのカメラを使用し、結晶直径やゾーン長を計測し、誘導加熱コイルへの供給電力や原料の下降速度などを制御することが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、炉外に設置した直角プリズムミラーを用いてカメラの光路を変換することにより、溶融帯の上方幾何学量及び下方幾何学量を一つのカメラで撮影することが記載されている。特許文献４には、誘導加熱コイルの下方に保温筒を設置し、溶融帯が固化する過程におけるシリコン単結晶の温度を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０２０－５０７５５４号公報
特許第４０１６３６３号公報
特開２００９－２３４８７９号公報
特開２０１９－１０８２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
誘導加熱コイルの真横に設置した覗窓から溶融帯を観察する場合、誘導加熱コイルの上方及び下方に位置する溶融帯を同時に観察することはできるが、誘導加熱コイルの内側に位置する溶融帯を観察することができない。このため、誘導加熱コイルの上方に覗窓を設置して、溶融帯を斜め上方から撮影することが行われる。
【０００７】
誘導加熱コイルの上方に覗窓を設置することにより、原料ロッドと誘導加熱コイルとの間から溶融帯の状況を撮影できるものの、誘導加熱コイルよりも下方に位置する溶融帯の状況（特に溶融帯と単結晶との固液界面近傍）を撮影できないため、誘導加熱コイルの下方にも覗窓を設置する必要がある。
【０００８】
しかしながら、シリコン単結晶の熱履歴を調整するために誘導加熱コイルの下方に保温筒が設置される場合、その位置によっては、誘導加熱コイルの下方に設置した覗窓からの視野が保温筒に遮られ、溶融帯を撮影できないという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、保温筒の有無及びその位置によらず、溶融帯を斜め下方から撮影することが可能な単結晶製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による単結晶製造装置は、原料ロッドの下端を溶融して得られる溶融帯から単結晶インゴットを育成するＦＺ法による単結晶製造装置であって、設置高さ位置が異なる複数の覗窓を有するチャンバーと、前記チャンバー内に設置された誘導加熱コイルと、前記チャンバー内かつ前記誘導加熱コイルの下方に設置された保温筒と、前記チャンバーの外側に設置され、前記複数の覗窓のいずれかを通して前記チャンバーの内部を撮影する第１カメラと、前記チャンバー内壁に設置されたミラーとを備え、前記ミラーは、前記保温筒の上端よりも下方に設置され、かつ前記誘導加熱コイルと前記保温筒との隙間から写し出される溶融帯からの光を前記第１カメラに向けて反射させるように配置され、前記第１カメラは、前記ミラーの反射面に映る前記溶融帯の光の鏡像を撮影することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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