专利名称：单晶制造装置及单晶的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种单晶制造装置及单晶的制造方法，在根据切克劳斯基法 (Czochralski method,以下称为“CZ法”)，例如提拉直径大约200mm(8英寸)以上的大口 径单晶后，能冷却热区零件。
背景技术：
近年，太阳能电池、金氧半导体(MOS(Metal Oxide Semiconductor))晶体管等的 半导体元件，为了提高性能和降低成本，作为基板而使用的硅等的芯片，持续进行大直径 化。因此，根据CZ法而培育出来的单晶晶棒，例如也变成要被制造出直径200mm(8英寸) 或直径300mm(12英寸)的单晶晶棒。此种单晶晶棒，例如根据图2所示的单晶制造装置而制造出来。图2是表示利用 CZ法时所使用的通常的单晶制造装置的示意图。此种通常的单晶制造装置20，是根据CZ法而使单晶31从原料熔液30成长的装 置，并构成在其主腔室21内，具备坩埚23，其用以收容将多晶原料熔化而成的原料熔液 30 ；位于该坩埚23周围的加热器25 ；及位于该加热器25周围的隔热材26。特别是带有热 量的坩埚23、加热器25、隔热材26这样的零件，被称为热区零件。拉拔腔室22，连接在主腔室21的上端，用于收纳被提拉上来的单晶31，然后加以 取出。而且，在主腔室21的上端部与拉拔腔室22之间，设有闸阀28，用以开闭主腔室21的 上端的开口部。进而，在拉拔腔室22的上方，设有单晶提拉机构(图示图未示)，用于卷起 钢线34，且在该机构的前端安装有晶种夹头33。当采用此种单晶制造装置20来制造单晶31时，先使晶种32保持在晶种夹头33 的前端，将该晶种32浸渍于原料熔液30中，然后一边使该晶种32旋转一边缓慢地往上方 提拉而培育出棒状的单晶31。此时，在腔室内，为了排出由熔液表面蒸发出来的氧化物，一边实行真空排气一边 使氩等惰性气体流通。一旦单晶的提拉结束，则切断加热器的电源，并关闭闸阀，取出已收纳在拉拔腔室 内的单晶。然后，等待热区零件的冷却，并将腔室内的压力恢复成常压，然后将主腔室内的 热区零件解体。一旦热区零件的解体结束，在实行清扫、交换等动作后，再度组装热区零件， 经过腔室的组装、原料的充填、抽真空、多晶原料的熔化后，再度实行单晶的提拉。根据此种CZ法来实施的单晶制造，为了谋求提高生产性、降低成本，使单晶成长 速度高速化，是作为一种重要的手段，目前为止已进行许多改良。然而，根据CZ法来实施 的单晶制造的操作循环，是由单晶的提拉、及上述提拉以外的许多任务序来构成，目前的状 况，大幅地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要的时间，被认 为对于提高操作效率即提高单晶制造装置的运转率而促进生产性是有效的。单晶提拉工序以外，单晶提拉前的多晶原料的熔化和热区零件的冷却时间所占的 比例大。热区零件的冷却时间是依据以下的条件来决定的当将主腔室内恢复成常压时，加热器等碳构件，被冷却至即使接触到空气中的氧气也不会劣化的程度为止的温度。即使是 制造目前主流的直径200mm(8英寸)、晶身部的长度为Im的单晶的情况，该冷却时间，在自 然冷却的情况下，高达大约8小时，大约将近占了提拉以外的工序所需要的时间的一半。热区零件的冷却时间，正是单晶制造装置的停止时间。因此，此冷却时间，将成 为显著地降低单晶制造装置的运转率的原因。随着持续要求单晶的大型化，也实施许多 300mm(12英寸)以上的大型单晶的制造。此情况，热区零件的热容量，比目前显著地变大， 对应此情形，冷却时间也会变长，由于冷却时间的延长而造成的装置的运转率的降低，已成 为越来越严重的问题。在国际公开WO 01/057293号小册子中，揭示一种技术，其冷却筒和冷却辅助构 件，被配置成可以包围被提拉上来的单晶，用于冷却刚提拉上来的单晶，但是，由于冷却筒 远离残留在坩埚内的原料熔液，所以几乎不会对单晶提拉结束后的热区零件的冷却时间的 缩短有所帮助。又，在日本特开平9-235173号公报中，作为一种单晶提拉后的热区零件的冷却方 法，通过使常温以下的惰性气体流过主腔室内部，缩短热区零件的冷却时间，而谋求提高单 晶制造装置的运转率。然而，以当时的技术制造出来的单晶，其直径大约200mm，晶身部的长度大约70cm 左右，单晶制造所需要的多晶原料大约200kg左右，但是现在为了提高提拉效率，所制造的 单晶的晶身长度也变长，所需要的多晶原料大约300kg，其重量变重。如上述，作为原料熔液而熔化的多晶原料的量越多，则包含坩埚的热区零件会大 型化，其热容量也会越大。因此，如日本特开平9-235173号公报所示，仅利用使常温以下的气体流过腔室内 部的方法，对于要在短时间内冷却热容量进一步地增加后的热区零件而言，不能说是充分 的，因而要求更加缩短冷却时间。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发出来，其目的在于提供一种单晶制造装置及单晶的 制造方法，在提拉大口径例如200mm以上的单晶后，能在短时间内冷却主腔室内的热区零 件。为了解决上述问题，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，至少具备主腔室，用以收容包含坩埚的热区零件；及拉拔腔室，用于收纳从已收 容在前述坩埚内的原料熔液被提拉上来的单晶，然后加以取出；该单晶制造装置的特征在 于进而具备要被配置在前述坩埚上且有冷却介质流通的冷却管及使该冷却管上下 移动的移动机构，而在培育前述单晶后，利用前述移动机构，使前述冷却管朝向前述坩埚下 降，来冷却前述热区零件。又，提供一种单晶的制造方法，是根据切克劳斯基法来实行的单晶的制造方法，至 少包含将投入坩埚内的原料熔化的工序、从该原料熔液培育单晶并将该单晶收纳在拉拔腔 室内的工序、及用以冷却包含前述坩埚的主腔室内的热区零件的工序，其特征在于前述热区零件的冷却工序，包含使冷却介质在被配置于前述坩埚上的冷却管中流通，且使该冷却管朝向前述坩埚下降来冷却前述热区零件的动作。如此，本发明，针对切克劳斯基法，在培育单晶后，冷却热区零件时，是利用使冷却 介质在被配置于坩埚上的冷却管中流通，且使该冷却管朝向坩埚下降而放置，并通过辐射 冷却来冷却热区零件，由此，相较于至目前为止的冷却方法，例如自然冷却、由单晶冷却用 的冷却筒所实施的冷却、以及使常温以下的空气流过主腔室内部这样的冷却手段，能更强 力地冷却热区零件，例如即使是提拉大约200mm以上的大口径单晶后的热区零件，也能大 幅地缩短冷却时间。因而，单晶制造装置的运转率会压倒性地提高，而提高单晶的生产性。在此情况下，前述冷却管，较佳是由无缝管卷绕出多个环状而成的冷却管，又，作 为前述冷却管，较佳是使用由无缝管卷绕出多个环状而成的冷却管。如此，冷却热区零件时所使用的冷却管，是由无缝管卷绕出多个环状而成的冷却 管，因此冷却介质难以从冷却管泄漏出来，可减少冷却介质污染主腔室内部的可能性。进而，前述管，较佳是铜管，又，较佳是使用铜管来作为前述管。如此，使用铜管来作为用以构成冷却管的管，因此，由于铜的热传导率佳，所以能 迅速地冷却与冷却管接触的主腔室内的气氛，而能在短时间内冷却热区零件。又，在本发明中，前述冷却管能被设置在可与前述拉拔腔室作置换的降温腔室内， 而且，在前述热区零件的冷却工序中，能通过与前述拉拔腔室作置换，将配置有前述冷却管 的降温腔室配置于前述主腔室上，然后使前述冷却管朝向前述坩埚下降。如此，冷却管是被设置在可与拉拔腔室作置换的降温腔室内，而利用将此降温腔 室配置在主腔室上，然后使冷却管朝向坩埚下降，由此，由于冷却管是被设置在与拉拔腔室 相异的另外的腔室内，所以冷却管不会对单晶提拉造成妨碍，又，也不会有成为污染单晶的 原因的可能性。此时，前述降温腔室，较佳是具备用以导入冷却气体的气体导入口，进而，在前述 热区零件的冷却工序中，较佳是使冷却气体流过前述主腔室内部。如此，在可与拉拔腔室作置换的降温腔室上，设置气体导入口，而在冷却工序中， 除了由冷却管所产生的冷却以外，加上借助冷却气体流过主腔室内部，能进一步地加速热 区零件的冷却。而且，本发明，较佳是进而安装有用于对前述冷却介质进行强制冷却的热交换器， 又，较佳是利用热交换器来对前述冷却介质进行强制冷却。在冷却管中流通的冷却介质，一旦通过主腔室内部，便会吸收从热区零件所放出 的热量，所以利用热交换器来对已经升温后的冷却介质进行强制冷却，使冷却介质循环，便 能进一步地缩短热区零件的冷却时间，而可谋求降低成本。又，在前述热区零件的冷却工序中，较佳是使前述冷却管下降至进入前述坩埚内 部为止。如此，在冷却热区零件时，利用使冷却管下降至进入坩埚的内部为止，便能最大限 度地发挥冷却管所产生的辐射冷却效果。若是本发明的单晶制造装置及单晶的制造方法，相较于现有的冷却方法，能强力 地冷却热区零件，例如即使是对提拉大约200mm以上的大口径单晶后的热容量大的热区零 件，也能大幅地缩短冷却时间，提高单晶制造装置的运转率，而能提高单晶制造的生产性。
图1是表示关于本发明的单晶制造装置的第1实施形态的示意图，(A)是培育单 晶时的图、(B)是热区零件的冷却工序时的图。图2是表示利用CZ法时所使用的通常的单晶制造装置的示意图。图3是表示测量实施例、比较例中的热区零件的坩埚温度而得到的结果的图。图4是表示关于本发明的单晶制造装置的第2实施形态的示意图，(A)是培育单 晶时的图、(B)是热区零件的冷却工序时的图。图5是图4的俯视图，(A)和(B)是分别对应图4(A)和图4(B)的图。
具体实施例方式例如所培育的单晶的晶身部的长度大约Im且其直径大约200mm时，使单晶成长的 成长时间设为24小时。此种单晶的制造，在培育单晶前，必须将多晶原料熔化，该熔化工序 所需的时间为大约12小时，进而，在培育单晶后，有主腔室内所设置的热区零件的冷却、热 区零件的解体和清扫、以及充填用于下一次单晶培育所需的原料等工序，这些工序总共大 约需要12小时。其中，热区零件的冷却，在自然冷却的情况下，大约需要8小时。如前述，随着单晶的口径增大、重量增大，多晶原料的熔化量也需要增加。因此，现 有的冷却方法，并无法对应热区零件的热容量增加，而要求更进一步地缩短冷却时间。本发明人，针对现有的热区零件的冷却方法进行检讨。通常，在培育单晶后，红热 状态的热区零件(例如坩埚的温度大约800°C)自然地放置，直到被冷却至大约50°C左右； 或是，将用于冷却成长中的单晶的冷却筒，即使是在培育单晶后，也保持在配置于石英坩埚 的上部的状态，来促进热区零件的冷却。又，也有利用使常温以下的气体流过主腔室内部等 冷却方法。然而，这些方法，对于要急速地冷却热区零件而言，都是消极的方法。于是，本发明人，除了自然冷却和对流冷却以外，积极地开发出用于促进热区零件 的冷却的方法，并进行深入研究。结果，想到了利用将辐射冷却手段设置在热区中，来促进 热区零件的冷却速度的技术，且想出通过使冷却水等冷却介质在冷却管流通，并使该冷却 管下降至热区零件密集的部分而靠近热区零件，来进行冷却，而完成本发明。以下，一边参照附图一边具体地说明有关本发明的实施形态，但本发明并未限定 于这些实施形态。首先，说明有关本发明的单晶制造装置。图1是表示关于本发明的单晶制造装置的第1实施形态的示意图，图1 (A)是培育 单晶时的图、图I(B)是冷却热区零件时的图。此单晶制造装置10，是利用切克劳斯基法来实行制造的装置，大致具备主腔室11 和拉拔腔室12，在这些腔室之间，设有作为盖子的闸阀18，用于开闭主腔室11的上端的开 口部。在主腔室11内，如图I(A)所示，构成和收纳有坩埚13，其用以收容将多晶原料 熔化而成的原料熔液9;加热器15，其位于该坩埚13周围，用于将多晶原料熔化且保持该原 料熔液的温度；及隔热材16，其位于该加热器25周围，用于遮蔽从加热器放出的热量而保 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成高温的附近，称为“热区”，而将在热区中成为红热状态的零件，称为“热区零件”，这些热区零件的代表，例如是坩埚 13、加热器15以及隔热材16。拉拔腔室12，是一种用于收纳单晶6并加以取出的腔室，该单晶6是从被收容在坩 埚13内的原料熔液提拉上来。具备钢线的单晶提拉装置19，被配置在该拉拔腔室12的上部，而在该提拉机构的 前端，利用晶种夹头17，保持晶种5。而且，单晶制造装置10，进而如图I(B)所示，有冷却介质流通的冷却管1，被配置 在坩埚13上，又，具备用以使冷却管1上下移动的移动机构3。为了利用移动机构3来使冷却管1上下移动，例如利用挠性管Ib来连接从拉拔腔 室12的外部往内部连通的管Ia和冷却管1，由此，能使冷却管上下移动。另外，使冷却管上下移动的机构3，也可兼作提拉单晶的提拉机构19。此种单晶制造装置10的动作，是在培育单晶后，更换提拉上来的单晶6和冷却管 1，使冷却介质在冷却管1内流通，并利用移动机构3来使冷却管1朝向坩埚13的方向下降 而停止在残留的原料熔液上方，来开始进行冷却。当然，此冷却管1和移动机构3，也可以预 先设置在拉拔腔室内。如此，进而将热区零件的冷却手段设置在单晶制造装置中，由此，相较于至目前为 止的冷却方法，例如自然冷却、由单晶冷却用的冷却筒所实施的冷却、以及使常温以下的空 气流过主腔室内部这样的冷却手段，借助配置在热区中的冷却管的辐射冷却效果，能更强 力地冷却热区零件，例如即使是对提拉大约200mm以上的大口径单晶后的热区零件，也能 大幅地缩短冷却时间。因而，单晶制造装置的运转率会压倒性地提高，而提高单晶的生产 性。而且，上述单晶制造装置10，其冷却管1，较佳是由无缝管卷绕出多个环状而成的 冷却管。热区零件的冷却中所使用的冷却管，是由无缝管卷绕出多个环状而成的冷却管， 由此，冷却介质难以从冷却管泄漏出来，可减少冷却介质污染主腔室内部的可能性。进而，冷却管1的管，较佳是铜管。如此，根据冷却管的材质是铜，便可成为热传 导率良好的冷却管，除去热量的效果变高，能使与冷却管接触的主腔室内的气氛，迅速地冷 却。另外，关于在冷却管内流通的冷却介质，并没有特别的限定，例如可以是纯水等。 又，为了强制冷却此冷却介质，进一步地促进热区零件的冷却，较佳是在单晶制造装置中设 置热交换器(未图示)。如此，若能利用设置在单晶制造装置中的热交换器，并经由冷却管 来对冷却介质作强制冷却，则即便使冷却介质循环而通过热区零件许多次，也能在冷却工 序的期间，持续维持冷却效果。因而，能减少冷却水的总使用量，对于成本而言，是有利的。又，冷却管1，如图4所示，也可以设置在可与拉拔腔室12置换的降温腔室2中。图4是表示关于本发明的单晶制造装置的第2实施形态的示意图。图4(A)是表 示培育单晶时的图、图1 (B)是表示冷却热区零件时的图。又，图5是图4的俯视图，图5 (A) 和图5 (B)，分别对应图4㈧和图4⑶。本发明的第二实施形态，如图4、图5所示，单晶制造装置10，具备一个与拉拔腔室 12分别设置的降温腔室2，冷却管设置在降温腔室2内。此拉拔腔室12和降温腔室2，例如能作成根据油压单元8来进行驱动。由此，在培育单晶后，关闭闸阀18，使主腔室11不会与外气连接，然后交换拉拔腔 室与降温腔室，打开闸阀，使冷却管下降，利用上述简单的操作，便能实行冷却工序。又，由于没有将冷却管1设置在拉拔腔室12内，所以在提拉单晶的过程中，冷却管 不会成为妨碍，进而，也不会有污染培育而成的单晶的可能性。进而，交换培育结束后的单 晶与冷却管这样的手续，也可以加以省略。而且，此降温腔室2设有可使冷却管1上下移动的移动机构3。又，较佳是形成有 用于导入冷却气体的气体导入口 4。如此，在具备有冷却管1的降温腔室2上，形成有气体 导入口 4，由此，除了由冷却管1所产生的热区零件的辐射冷却效果以外，借助由气体导入 口 4导入的冷却气体，也能期望有对流冷却效果。因此，能进一步地加速热区零件的冷却。 另外，在主腔室的底部设有气体排出口 14，用于排出已导入的气体。继而，对于采用上述单晶制造装置来制造单晶的方法加以说明。首先，针对图1所示的单晶制造装置10，将多晶原料投入坩埚13中，然后由加热器 15将多晶原料熔化而成为原料熔液9。在此情况中，会根据多晶原料的熔化量而不同，例如 在单晶的直径大约200mm且晶身部的长度大约Im的情况，使用大约300kg的多晶原料。继而，如图I(A)所示，使晶种5接触熔化而成的原料熔液9，然后根据切克劳斯基 法来培育单晶6。此时，成长中的单晶6，在从主腔室11往拉拔腔室12收容的期间，会被冷 却筒7冷却。而且，若已成为所希望的长度后的单晶6，完全地被收容在拉拔腔室12中，则 关闭闸阀18来使主腔室11密闭，然后从拉拔腔室12取出培育而成的单晶6。继而，将冷却管1设置在拉拔腔室12内，并使冷却介质在已被配置于坩埚13上的 冷却管1中流通。此时，冷却管1，利用挠性管Ib而与从拉拔腔室12的外部往内部连通的 管Ia连接，并可利用移动机构3而作上下移动。而且，利用移动机构3，使冷却管1朝向坩埚13而下降，来冷却主腔室11内的热区零件。如此，针对切克劳斯基法，在培育单晶后，冷却热区零件时，使冷却介质在已被配 置在坩埚上的冷却管中流通，并使该冷却管朝向坩埚下降而放置，以便利用辐射冷却的方 式来冷却热区零件，由此，相较于至目前为止的冷却方法，例如自然冷却、由单晶冷却用的 冷却筒所实施的冷却、以及使常温以下的空气流过主腔室内部这样的冷却手段，能更强力 地冷却热区零件，例如即使是提拉大约200mm以上的大口径单晶后的热区零件，也能大幅 地缩短冷却时间。因而，单晶制造装置的运转率会压倒性地提高，而提高单晶的生产性。此时，作为冷却管1，较佳是使用一种由无缝管卷绕出多个环状而成的冷却管。如此，热区零件的冷却中所使用的冷却管，是使用一种由无缝管卷绕出多个环状 而成的冷却管，由此，冷却介质难以从冷却管泄漏出来，可减少冷却介质污染主腔室内部的 可能性。进而，使用铜管来作为上述管，冷却管的热传导率良好，除去热量的效果变高，能 对与冷却管接触的主腔室内的气氛，效率佳地进行辐射冷却。而且，当利用移动机构3来使此种冷却管1下降时，如图I(B)所示，较佳是使冷却 管下降至进入坩埚13内部为止。如此，在冷却热区零件时，利用使冷却管下降至进入坩埚内部为止，能最大限度地
8发挥冷却管所产生的辐射冷却效果。进而，当想要促进热区零件的冷却的情况，一边利用热交换器来对在冷却管中流 通的冷却介质进行强制冷却，一边使该冷却介质循环，由此，即使冷却介质通过热区零件许 多次，也能在冷却工序的期间，持续维持冷却介质所产生的冷却效果，不但如此，在成本方 面也是有利的。此处，如图4、图5所示，说明有关交换拉拔腔室和降温腔室时的冷却工序。于没有将冷却管设置在拉拔腔室中，而新设置降温腔室2的情况，在培育单晶后， 关闭闸阀18，取出已收容在拉拔腔室12中的单晶6。而且，如图5所示，利用油压单元8，将 拉拔腔室12从主腔室11的上方卸下，然后将降温腔室2摆动至原本放置拉拔腔室12的位 置，而将降温腔室2配置在主腔室11上，于是，通过以此种方式来与拉拔腔室作置换，冷却 管1会被设置在坩埚13上(参照图5)。继而，利用移动机构3，使冷却管1朝向坩埚13而下降。如此，通过在主腔室11上，使降温腔室与拉拔腔室作置换(交换)，便能简单地将 冷却管配置在坩埚上方，又，由于没有将冷却管1设置在拉拔腔室12内，所以在提拉单晶的 过程中，冷却管不会成为妨碍，进而，也不会有污染培育而成的单晶的可能性。而且，为了更进一步地促进热区零件的冷却，较佳是使冷却器体从气体导入口 4 导入而在主腔室11内流通。如此，除了由冷却管所产生的辐射冷却以外，利用组合由冷却 气体所产生的对流冷却，能更进一步地加速热区零件的冷却。此种辐射冷却加上由冷却气 体所产生的对流冷却，即使是图1所示的未具有降温腔室的情况，也当然能加以实行而发 挥效果。另外，从气体导入口导入的冷却气体，可从设在单晶制造装置的主腔室11底部的 气体排出口 14排出。又，冷却气体的种类，只要是不会污染单晶制造装置内的气体便可以， 并没有特别的限定，例如能使用与在单晶成长中流通的气体相同的气体，举例来说，能使用 惰性气体中的氩气或是氮气。也可以使要导入的气体冷却至室温以下。利用使用一种与在培育单晶时所使用的气体相同的气体，可省略准备冷却气体的 手续和为了准备冷却气体而另外设置的装置。又，在冷却工序中，即使铜制的冷却管1接触残留在坩埚13中的原料熔液9，由于 原料熔液会急速地凝固，所以不会与铜制的冷却管1反应。而且，一旦热区零件的冷却结束，利用移动机构3将冷却管提高，然后实行热区零 件的清扫、交换，将原料充填在坩埚中，而回到多晶原料的熔化工序。而在冷却工序中是使 用降温腔室的情况，则置换成拉拔腔室而开始下一次单晶培育。另外，为了更进一步地提高冷却效果，也能组合冷冻机和不冻液，来冷却在冷却管 中流通的冷却介质，而实行促进热区零件的冷却。以下，举出本发明的实施例，更详细地说明本发明，但这些实施例并不是用以限定 本发明。(实施例1)对于本发明的图1所示的单晶制造装置10，以下述方式来实行热区零件的冷却时 间的测定。在此实施例1中所使用的单晶制造装置的坩埚，是使用一种直径大约600mm的坩埚，用于提拉直径200mm的单晶。而且，使用此尺寸的石英坩埚，花费12小时来熔化多晶原 料，然后花费24小时来培育一种直径大约200mm且晶身部长度大约Im的单晶。培育单晶结 束后，切断电源，从拉拔腔室取出结晶，之后，测定用以支撑石英坩埚的石墨坩埚的温度时， 得到大约800°C的结果。继而，使大约20°C的冷却水在冷却管中流通，并将冷却管下降至几乎会接触到残 留的原料熔液的正上方位置为止，来实行热区零件的辐射冷却。此时，继续进行由单晶冷却 用的冷却筒所实施的冷却。图3是表示测量热区零件中的代表零件即石墨坩埚13的温度而得到的结果。此结果，大约4小时，坩埚的温度便会成为大约50°C，而完成热区零件的冷却。(实施例2)原料的熔化时间与熔化量、培育的单晶的直径、晶身部的长度、培育时间，设成与 实施例1的条件相同。继而，使大约20°C的冷却水在冷却管中流通，并将冷却管下降至几乎会接触到残 留的原料熔液的正上方位置为止，且使常温的氩气从气体导入口流入腔室内而流通，由此， 组合由冷却管所产生的辐射冷却与由冷却气体所产生的对流冷却，来实行热区零件的冷 却。单晶制造装置，使用与实施例1同样的装置，且继续进行由单晶冷却用的冷却筒所实施 的冷却。图3是表示测量热区零件中的代表零件即石墨坩埚13的温度而得到的结果。此结果，大约2小时，坩埚的温度便会成为大约50°C，而完成热区零件的冷却。(比较例1)为了进行比较，原料的熔化时间与熔化量、培育的单晶的直径、晶身部的长度、培 育时间，设成与实施例1的条件相同。继而，没有使用冷却管，且没有使冷却气体流通，进而，也停止由单晶冷却用的冷 却筒所实施的冷却。除此以外，以与实施例1同样的条件，实行热区零件的自然放热(自然 冷却)。图3是表示测量热区零件中的代表零件即石墨坩埚的温度而得到的结果。此结果，大约8小时，坩埚的温度才会成为大约50°C，而完成热区零件的冷却。(比较例2)为了进行比较，原料的熔化时间与熔化量、培育的单晶的直径、晶身部的长度、培 育时间，设成与实施例1的条件相同。继而，除了没有使用冷却管以外，以与实施例1同样的条件，实行热区零件的冷 却。即，仅进行由单晶冷却用的冷却筒所实施的冷却。图3是表示测量热区零件中的代表零件即石墨坩埚的温度而得到的结果。此结果，大约6小时，坩埚的温度才会成为大约50°C，而完成热区零件的冷却。根据实施例1、实施例2、比较例1、比较例2的结果，目前为止，全部的操作时间是 24小时的单晶培育+8小时的热区零件的冷却时间(自然放热)+4小时的清扫交换、充填原 料+12小时的熔化原料=48小时，而根据采用实施例1的冷却方法，也就是由冷却管所产 生的辐射冷却，能将热区零件的冷却时间缩短为4小时，而利用实施例2的方式，也就是组 合由冷却管所产生的辐射冷却与由冷却气体所产生的对流冷却，能将热区零件的冷却时间
10缩短为2小时。因而，相对于全部的操作时间，能缩短8 _ 10%的时间而能降低生产成本。
另外，本发明并未限定于上述实施形态。上述实施形态只是例示，凡是具有与被记 载于本发明的权利要求中的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果者，不论 为何者，皆被包含在本发明的技术范围内。
权利要求
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，至少具备主腔室，用以收容包含坩埚的热区零件；及拉拔腔室，用于收纳从已收容在前述坩埚内的原料熔液被提拉上来的单晶，然后加以取出；该单晶制造装置的特征在于进而具备要被配置在前述坩埚上且有冷却介质流通的冷却管、及使该冷却管上下移动的移动机构，而在培育前述单晶后，利用前述移动机构，使前述冷却管朝向前述坩埚下降，来冷却前述热区零件。
2.如权利要求1所述的单晶制造装置，其中前述冷却管，是由无缝管卷绕出多个环状 而成的冷却管。
3.如权利要求2所述的单晶制造装置，其中前述管是铜管。
4.如权利要求1一3中任一项所述的单晶制造装置，其中前述冷却管被设置在可与前 述拉拔腔室作置换的降温腔室内。
5.如权利要求4所述的单晶制造装置，其中前述降温腔室具备用以导入冷却气体的气 体导入口。
6.如权利要求1一 5中任一项所述的单晶制造装置，其中安装有用于对前述冷却介质 进行强制冷却的热交换器。
7.一种单晶的制造方法，是根据切克劳斯基法来实行的单晶的制造方法，至少包含将 投入坩埚内的原料熔化的工序、从该原料熔液培育单晶并将该单晶收纳在拉拔腔室内的工 序、及用以冷却包含前述坩埚的主腔室内的热区零件的工序，其特征在于前述热区零件的冷却工序，包含使冷却介质在被配置于前述坩埚上的冷却管中流通， 且使该冷却管朝向前述坩埚下降来冷却前述热区零件的动作。
8.如权利要求7所述的单晶的制造方法，其中前述冷却管是使用由无缝管卷绕出多个 环状而形成的冷却管。
9.如权利要求8所述的单晶的制造方法，其中使用铜管来作为前述管。
10.如权利要求7一9中任一项所述的单晶的制造方法，其中在前述热区零件的冷却工 序中，通过与前述拉拔腔室作置换，将配置有前述冷却管的降温腔室配置于前述主腔室上， 然后使前述冷却管朝向前述坩埚下降。
11.如权利要求7一 10中任一项所述的单晶的制造方法，其中在前述热区零件的冷却 工序中，使冷却气体流过前述主腔室内部。
12.如权利要求7_ 11中任一项所述的单晶的制造方法，其中通过热交换器对前述冷 却介质进行强制冷却。
13.如权利要求7_ 12中任一项所述的单晶的制造方法，其中在前述热区零件的冷却 工序中，使前述冷却管下降至进入前述坩埚内部为止。
全文摘要
本发明是涉及一种单晶制造装置及单晶的制造方法，该单晶制造装置(10)，是根据切克劳斯基法来实行的单晶制造装置(10)，具备主腔室(11)，用以收容包含坩埚(13)的热区零件；及拉拔腔室(12)，用于收纳从已收容在坩埚(13)内的原料熔液被提拉上来的单晶，然后加以取出；其中，进而具备要被配置在坩埚上且有冷却介质流通的冷却管(1)、及使该冷却管(1)上下移动的移动机构(3)，而在培育单晶后，利用移动机构(3)，使冷却管(1)朝向坩埚(13)下降，来冷却热区零件。由此，提供一种单晶制造装置及单晶的制造方法，在提拉大口径例如200mm以上的单晶后，能在短时间内冷却主腔室内的热区零件。
文档编号C30B15/00GK101970728SQ200980109099
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月17日 优先权日2008年3月24日
发明者阿部孝夫 申请人:信越半导体股份有限公司