CN109563637A - 单晶的制造方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于在基于FZ法的硅单晶的制造中防止切换为基于支撑机构的多点支撑之后产生晶体弯曲。解决方案为，具有：一边使以一点支撑晶种(2)的下端的晶轴(13)旋转，一边使单晶(3)向晶种(2)的上方生长的步骤；在单晶(3)生长为规定的晶体形状的阶段，使支撑机构(16a)与单晶(3)的锥形部(3b)的外周面抵接而由基于晶轴(2)的支撑切换为基于支撑机构(16a)的支撑的步骤；在完成切换为基于支撑机构(16a)的支撑的操作之后，以固定支撑机构(16a)的垂直方向的位置的状态使晶轴(13)下降而增强支撑销(16a)对单晶(3)的压入的步骤；和一边以支撑机构(16a)支撑单晶(3)一边使单晶(3)生长的步骤。

Description

单晶的制造方法和装置

技术领域

本发明涉及一种基于FZ(Floating Zone(浮区))法的单晶的制造方法和装置，尤其涉及一种晶体生长进展而变重的单晶的支撑方法。

背景技术

作为半导体材料即硅单晶的制造方法之一，已知有FZ法。FZ法是利用高频对由多晶硅形成的原料棒的一部分进行加热而制作熔融区，一边使该熔融区移动一边使单晶逐渐生长的方法。与CZ(Czochralski(提拉))法不同，FZ法不使用石英坩埚，因此能够制造不包含氧等杂质的高纯度的硅单晶。

在基于FZ法的硅单晶的制造中，通过一边使原料棒和单晶分别旋转一边培育来培育圆柱状的锭，尤其为了使与晶体生长方向正交的截面内的掺杂剂的浓度分布均匀化而进行使单晶的旋转方向周期性地反转的交替旋转。例如，专利文献1中记载有如下方法：在交替地反复进行使单晶以规定的基础角度(base angle)旋转的基础旋转(base rotating)和使单晶沿与基础旋转相反的方向以比基础角度小的反向角度旋转的反向旋转的交替旋转法中，通过根据原料棒的直径改变基础角度与反向角度的组合来减小单晶的电阻率的面内偏差。

在FZ法中，若硅单晶的生长进展一定程度而变重，则仅靠晶种的支撑轴无法支撑硅单晶整体，因此在培育工序的中途改变单晶的支撑方法。例如，专利文献2中记载有以单晶重量保持件保持已生长的硅单晶。单晶重量保持件承受硅单晶重量的大部分，因此能够使硅单晶的重量不施加于晶种的支撑轴。并且，专利文献3中记载有使圆筒状环的支撑体与生长单晶的圆锥区域接触而支撑该生长单晶的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-229612号公报

专利文献2：日本特开2012-106892号公报

专利文献3：日本特开2016-52983号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在基于单晶重量保持件的硅单晶的中间支撑中，在单晶变重的规定的时机使多个支撑销抵压于单晶的锥形部之后，将用于使单晶旋转和下降的驱动系统连接于支撑销的支撑轴侧。如此切换为基于多个支撑销的单晶的支撑，由此能够一边使单晶与支撑销一同旋转一边使其下降，能够继续进行单晶的培育工序。

然而，在通过多个支撑销支撑单晶的方法中，在将单晶的支撑由晶种的支撑轴切换为多个支撑销之后晶体振动变大，存在单晶的支撑变得非常不稳定的问题。尤其在使单晶交替旋转时，因旋转方向的急剧变化而使强的离心力施加于支撑销的前端部，由此单晶的支撑变得不充分，容易产生晶体弯曲。

因此，本发明的目的在于提供一种即使在使单晶交替旋转的情况下也能够以多个支撑销稳定地支撑单晶，且能够防止在切换为基于多个支撑销的多点支撑之后发生晶体弯曲的单晶的制造方法和装置。

用于解决技术问题的方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的单晶的制造方法是基于FZ法的单晶的制造方法，所述FZ法中，对原料棒的一部分进行加热而形成熔融区，并使分别位于所述熔融区的上方和下方的所述原料棒和单晶下降而使所述单晶生长，所述单晶的制造方法的特征在于，具有：一边使支撑晶种的下端的晶轴旋转一边使单晶向所述晶种的上方生长的步骤；通过使支撑机构与生长为规定的晶体形状的所述单晶的锥形部的外周面抵接来将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构的步骤；在将所述单晶的支撑主体切换为所述支撑机构之后，以固定所述支撑机构的垂直方向的位置的状态使所述晶轴下降而增强所述支撑机构对所述单晶的压入的步骤；和一边以所述支撑机构进行支撑一边使所述单晶进一步生长的步骤。

并且，根据本发明的单晶制造装置的特征在于，具备：原料轴，支撑原料棒；原料进给机构，使所述原料轴升降和旋转驱动；晶轴，支撑晶种的下端；感应加热线圈，对所述原料棒进行加热；支撑机构，与所述单晶的锥形部的外周面抵接而支撑所述单晶；晶体进给机构，使所述晶轴或所述支撑机构升降和旋转驱动；和控制部，控制将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构，所述控制部通过锁定机构将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构，所述锁定机构以使支撑机构与生长为规定的晶体形状的所述单晶的锥形部的外周面抵接的状态锁定所述支撑机构的移动，在将所述单晶的支撑主体切换为所述支撑机构之后，以固定所述支撑机构的垂直方向的位置的状态使所述晶轴下降而增强所述支撑机构对所述单晶的压入，一边以所述支撑机构进行支撑一边使所述单晶进一步生长。

根据本发明，能够加强基于支撑机构的单晶的支撑力。因此，即使在使单晶交替旋转的情况下，也能够以支撑机构稳定地支撑单晶，且能够防止在支撑切换后发生晶体弯曲或熔液的溢出。

本发明中，用于增强所述支撑机构对所述单晶的压入的所述晶轴的下降量优选为大于0mm且0.5mm以下，进一步优选为0.1mm以上且0.5mm以下。若晶轴的下降量大于0mm，则能够确保基于支撑销的单晶的支撑所需要的支撑力。并且，若晶轴的下降量为0.5mm以下，则能够避免在晶种与晶轴的连结点附近产生龟裂或破裂的风险。另外，若晶轴的下降量为0.1mm以上，则能够可靠地加强基于支撑销的单晶的支撑力。

基于本发明的单晶的制造方法和装置优选一边使被所述支撑机构支撑的所述单晶交替旋转一边使其进一步生长。若使单晶交替旋转，则在反转时单晶摇晃，因此若不预先使从侧面抵住的支撑销牢固地咬入单晶中，则单晶的中心轴的偏移变大，有可能因中心轴倾斜而使晶体弯曲或者单晶上的熔液溢出。但是，根据本发明，能够防止在其后的晶体培育工序中由晶体弯曲的发生所引起的成品率的降低或晶体培育设备的损伤。

本发明中，优选所述支撑机构包括沿着所述单晶的径向滑动自如地设置的多个支撑销，在沿着所述单晶的径向滑动自如地支撑所述多个支撑销的每一个的多个可动片的后方分别配置多个固定片而锁定各支撑销的沿所述单晶的径向的移动。由此，能够可靠地支撑变重的单晶。并且，能够以比较简单的结构可靠地抵压支撑机构，并且能够锁定抵压状态。

本发明中，优选所述可动片具有相对于垂直面呈20～25°的倾斜角度的锥形面，所述固定片具有与所述可动片的所述锥形面呈相同的倾斜角度的倒锥形面，在锁定所述多个支撑销时，使所述固定片的所述倒锥形面与所述可动片的所述锥形面抵接。由此，能够在相对于可动片的任意的位置为适当的位置上配置固定片，并且能够增强固定片压紧可动片的力。因此，能够可靠地固定支撑销，且能够加强支撑销的支撑力，以免低挡不住单晶旋转时的离心力。

本发明中，所述支撑机构可以包括与所述单晶的锥形部的外周面的大致整周抵接的支撑环。在该情况下，所述支撑环优选具有：内侧环构件，由第1材料形成且与所述单晶的锥形部的外周面抵接；和外侧环构件，由第2材料形成且位于所述内侧环构件的外周侧。即使是这种结构，也能够可靠地支撑变重的单晶。并且，能够以比较简单的结构可靠地抵压支撑机构，并且能够锁定抵压状态。

根据本发明的单晶的制造方法和装置优选利用摄像机拍摄所述支撑机构与所述单晶的锥形部的外周面的接触位置附近，并根据所述摄像机的拍摄图像来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。由此，能够自动地进行单晶的支撑主体的切换。

根据本发明的单晶的制造方法和装置还优选根据施加于所述晶轴或所述支撑机构的载荷的变化来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。由此，能够自动地进行单晶的支撑主体的切换。

发明效果

根据本发明，能够提供一种即使在使单晶交替旋转的情况下也能够以支撑机构稳定地支撑单晶，且能够防止在支撑切换后发生晶体弯曲的单晶的制造方法和装置。

附图说明

图1是表示根据本发明的优选实施方式的单晶制造装置10的结构的示意图。

图2是表示根据第1实施方式的单晶重量保持件16的结构的俯视图。

图3中，图3(a)～图3(c)是表示支撑销16a的锁定机构16L的结构的侧视图。

图4是概略地表示基于FZ法的单晶3的制造工序的流程图。

图5是用于与图4一同说明单晶3的制造工序的示意图。

图6是概略地表示通过FZ法制造的单晶锭3I的形状的侧视图。

图7是用于说明单晶3的支撑切换方法的侧视图。

图8是用于说明单晶3的支撑切换方法的侧视图。

图9是表示根据第2实施方式的单晶重量保持件16的概略剖视图。

图10是表示支撑环16r的结构的图，图10(a)是俯视图，图10(b)是剖视图，图10(c)是表示支撑单晶3的状态的剖视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是表示根据本发明的优选实施方式的单晶制造装置10的结构的示意图。

如图1所示，单晶制造装置10具有：在下端安装有原料棒1的原料轴11、使原料轴11一边旋转一边向下方进给的原料进给机构12、以一点支撑晶种2的下端的晶轴13、使晶轴13一边旋转一边向下方进给的晶体进给机构14、用于对原料棒1进行加热的感应加热线圈15、具有支撑变重的单晶3的多个支撑销16a的单晶重量保持件16、拍摄支撑销16a与单晶3的接触状态的CCD摄像机17、处理由CCD摄像机17拍摄的图像数据的图像处理部18和控制原料进给机构12、晶体进给机构14、感应加热线圈15和单晶重量保持件16的控制部19。

原料进给机构12具有原料轴11的升降功能和旋转功能，分别控制原料棒1的进给速度和旋转速度。晶体进给机构14具有晶轴13和单晶重量保持件16的升降功能和旋转功能，分别控制单晶3或单晶重量保持件16的进给速度和旋转速度。感应加热线圈15是包围原料棒1的周围的环形导体，通过对原料棒1进行感应加热而产生熔融区4。

晶体进给机构14具有附属于用于升降驱动晶轴13的马达的解角器14a，能够根据由分解器14a检测出的脉冲积算值来求出晶轴13的移动量即晶体长度。并且，在晶体进给机构14的下部设置有载荷传感器20，载荷传感器20能够检测单晶3的重量。另外，单晶3的直径能够根据CCD摄像机17的拍摄图像进行测量。如此，硅单晶的形状能够根据解角器14a、载荷传感器20、CCD摄像机17等的输出来进行判断。

支撑单晶重量保持件16的旋转支撑轴16z具有能够与晶轴13同轴旋转的结构。晶体进给机构14经由离合器16y连接于晶轴13和支撑单晶重量保持件16的旋转支撑轴16z中的至少一者。例如，支撑单晶重量保持件16的旋转支撑轴16z通过离合器16y追加地连接于晶体进给机构14，由此晶轴13与单晶重量保持件16一同被驱动。即，当只有晶轴13连接于晶体进给机构14时，单晶重量保持件16从晶体进给机构14分离，并且当单晶重量保持件16连接于晶体进给机构14时，晶轴13和单晶重量保持件16这两者连接于晶体进给机构14。

并且，晶体进给机构14也可以经由离合器16y连接于晶轴13或旋转支撑轴16z中的任一者。即，当晶轴13连接于晶体进给机构14时，单晶重量保持件16可以从晶体进给机构14分离，并且当单晶重量保持件16连接于晶体进给机构14时，晶轴13可以从晶体进给机构14分离。从晶体进给机构14分离出来的晶轴13与晶体进给机构14无关地能够旋转和升降，且与单晶3一同旋转和升降。

图2是表示根据第1实施方式的单晶重量保持件16的结构的俯视图。

如图2所示，单晶重量保持件16具有3个支撑销16a。支撑销16a在周向上等间隔(在此为120°间隔)配置，由此单晶3被3点支撑。3个支撑销16a被载置于环状的基座16c上，它们的垂直方向的位置(高度)被晶体进给机构14同时控制。并且，支撑销16a被晶体进给机构14旋转驱动，能够如箭头A1所示那样交替旋转。交替旋转是以规定的周期交替地进行右转和左转的方法。在该情况下，可以将左转和右转设为不同的旋转量，也可以设为相同的旋转量。

支撑销16a的前端部的位置被设定为使得单晶3达到规定的晶体形状从而在与支撑销16a相同的高度处在单晶3的锥形部3b达到规定的直径R1时发生接触。另外，单晶3的锥形部3b的规定的直径R1小于单晶3的直体部3c的直径(最大直径)R2。支撑销16a沿箭头A2所示的单晶3的径向进退自如，但是在单晶3的支撑中其位置被锁定机构16L固定。

图3(a)～图3(c)是表示支撑销16a的锁定机构16L的结构的侧视图。

如图3(a)所示，支撑销16a的锁定机构16L主要由滑动自如地支撑支撑销16a的可动片16b和限制可动片16b的移动的固定片16d构成。支撑销16a的后端部固定于可动片16b，可动片16b具有沿着设置于基座16c的未图示的导轨在单晶3的径向(箭头A2)上进退自如的结构。并且，在可动片16b的后方配置有固定片16d，在解锁状态下固定片16d向上方被抬起。在固定片16d的下部设置有支柱16e，支柱16e的下端被板16f支撑。图3(a)中，支撑销16a的前端部尚未与单晶3接触。

如图3(b)所示，若单晶3随着其生长而下降，则支撑销16a的前端部与单晶3的锥形部3b的外周面接触。若单晶3的生长进一步进展而晶体直径进一步增加，则支撑销16a沿箭头A3所示的方向被单晶3的外周面挤压，但是解锁状态的支撑销16a和可动片16b能够沿箭头A3的方向即后退方向滑动。

如图3(c)所示，支撑销16a的锁定通过使固定片16d下降而限制支撑销16a的后退来进行。固定片16d的下降能够通过拔出板16f而解除支柱16e的落下限制并使固定片16d与支柱16e一同落下来进行。由此，图3(a)所示的支撑销16a的箭头A2方向的移动受限。即，能够锁定滑动自如的支撑销16a的移动。

支撑销16a和可动片16b也可以构成为能够手动地进行进退。在该情况下，可以在单晶3生长为规定的晶体形状的时机由操作人员手动地使支撑销16a前进而使其前端部与单晶3接触。并且，当能够通过目视确认到支撑销16a的前端部的接触时，以固定支撑销16a的垂直方向的位置的状态使晶轴13稍微下降而增强支撑销16a对单晶3的压入之后，将单晶重量保持件16连接于晶体进给机构14而继续进行单晶的培育工序。因此，能够一边使单晶3与支撑销16a一同交替旋转一边使其下降而使单晶进一步生长。

另外，当根据解角器14a的输出、载荷传感器20的输出、摄像机17的拍摄图像等能够判断单晶3生长为规定的晶体形状时，可以使支撑销16a自动地前进而使其前端部与单晶3接触。

与固定片16d对置的可动片16b的侧面构成相对于垂直面具有20～25°的倾斜角度θ的锥形面Sb，固定片16d的侧面具有与该锥形面配合的倾斜角度θ的倒锥形面Sd。在解锁状态下固定片16d配置于可动片16b的斜上方，通过使固定片16d下降而将其载置于基座16c上，从而支撑销16a成为锁定状态。此时，固定片16d的倒锥形面Sd一边与可动片16b的锥形面Sb接触一边沿图3(b)的箭头A4所示的方向滑落下降，因此能够使固定片16d落下并配置于相对于可动片16b的任意的位置为适当的位置。并且，与使可动片16b与固定片16d的垂直的端面彼此接触的情况相比，能够增强固定片16d压紧可动片16b的力。因此，能够可靠地固定支撑销16a，且能够加强支撑销16a的支撑力，以免低挡不住单晶3旋转时的离心力。

图4是概略地表示基于FZ法的单晶3的制造工序的流程图。并且，图5是用于与图4一同说明单晶3的制造工序的示意图。另外，图6是概略地表示通过FZ法制造的单晶锭3I的形状的侧视图。

如图4～图6所示，在基于FZ法的单晶3的培育中依次实施如下工序：将原料棒1的前端部熔融而使其熔合于晶种2的熔合工序S1；通过使单晶3收缩成较细而排除单晶中的位错的收缩工序S2；培育将晶体直径逐渐扩大至目标直径的锥形部3b的锥形部培育工序S3；培育晶体直径被维持为恒定的直体部3c的直体部培育工序S4；培育将晶体直径逐渐缩小的底部3d的底部培育工序S5；和结束单晶3的培育并进行冷却的冷却工序S6。

在熔合工序S1中，使安装于原料轴11的下端的原料棒1下降而配置于感应加热线圈15的内侧，并对原料棒1的收缩成较细的前端部进行加热而使其成为熔融状态，使熔液部熔合于安装于晶轴13的上端的晶种2。然后，使晶种2缓慢地下降而使其远离感应加热线圈15，由此使晶种2与熔液部的固液界面结晶化。并且，通过使原料棒1与晶种2一同下降而维持熔液部。在锥形部培育工序S3中，一边控制原料进给速度和晶体进给速度而使晶体直径逐渐增加一边使单晶3生长。在直体部培育工序S4中，一边控制原料进给速度和晶体进给速度而将晶体直径维持为恒定一边使单晶3生长。此时，晶轴13一边交替旋转一边支撑单晶3。晶轴13的垂直方向的位置被晶体进给机构14控制。

通过以上，完成具有晶体直径被收缩成较细的收缩部3a、直径从收缩部3a的上端逐渐扩大的锥形部3b、具有恒定的直径的直体部3c、直径逐渐缩小的底部3d的单晶锭3I。在FZ法中，单晶锭3I以收缩部3a、锥形部3b、直体部3c、底部3d的顺序形成。通常，单晶3的直体部3c的直径大于原料棒1的直径，直体部3c是实际上作为产品而被提供的部分。单晶3的长度依赖于原料棒的量。

图7和图8是用于说明单晶3的支撑切换方法的侧视图。

如图7(a)所示，在刚开始直体部培育工序S4之后，单晶3的变重尚未充分进展，仅靠晶轴13就能够支撑单晶3。因此，在晶体培育工序的初始阶段，晶轴13以一点支撑单晶3的正下方，通过晶轴13一边交替旋转一边下降而向下方进给单晶3，从而培育单晶3。晶轴13的交替旋转和垂直方向的位置被晶体进给机构14控制。

如图7(b)所示，若单晶3生长为规定的晶体形状从而在与支撑销16a相同的高度处在单晶3的锥形部3b的直径达到规定的直径R1(参考图2)时，多个支撑销16a的前端部与单晶3的锥形部3b的外周面发生接触。

如图8(a)所示，若通过摄像机17的图像判定或目视等确认到支撑销16a的前端部与单晶3的接触状态，则支撑销16a的位置被锁定机构16L固定。即，通过使固定片16d下降来限制支撑销16a的后退方向的滑动。如此，单晶3的支撑主体由晶轴13切换为多个支撑销16a。固定片16d的落下操作可以由操作人员手动地进行，也可以根据摄像机17的图像判定结果自动地进行。

如图8(b)所示，在完成单晶3的支撑方法的切换之后，以固定支撑销16a的垂直方向的位置的状态使晶轴13如箭头A5所示稍微下降而增强支撑销16a对单晶3的压入。由于支撑销16a与单晶3的锥形面抵接，因此通过向下方降低锥形面，能够增强对支撑销16a的抵压力(箭头A6)。另外，支撑的切换操作是指以支撑销的前端部与单晶接触的状态锁定该支撑销的进退移动。

在此，晶轴13的下降量d优选为大于0且0.5mm以下(0mm＜d≤0.5mm)。若晶轴13的下降量d大于0mm，则能够加强基于支撑销16a的单晶3的支撑力。并且，若晶轴13的下降量d为0.5mm以下，则能够避免施加于晶种2的拉伸应力过强而在与晶轴13的连结点附近产生龟裂或破裂的风险。

在使晶轴13稍微下降而加强基于支撑销16a的单晶3的支撑力之后，晶体进给机构14不仅连接于晶轴13，还连接于单晶重量保持件16。若经由离合器16y使单晶重量保持件16与晶体进给机构14连接，则使得单晶3被支撑销16a所旋转和升降驱动，支撑销16a与晶轴13同轴旋转。在将单晶重量保持件16连接于晶体进给机构14时，晶轴13可以与单晶重量保持件16一同被驱动，也可以从晶体进给机构14分离。当将晶轴13从晶体进给机构14分离时，晶轴13失去作为驱动源的功能，成为仅配合单晶3的移动而自由从动的构件。

然后，如图1所示，一边以多个支撑销16a支撑单晶3一边继续进行直体部培育工序S4。由于单晶3被支撑销16a支撑，因此单晶3的垂直方向的位置被驱动支撑销16a的晶体进给机构14控制。并且，由于支撑销16a如箭头A1所示那样一边交替旋转一边支撑单晶3，因此能够使单晶3交替旋转，由此能够减少晶体中的掺杂剂的浓度分布的面内偏差。

如以上说明，根据本实施方式的单晶的制造方法中，在完成基于支撑销16a的支撑切换操作之后，以固定支撑销16a的垂直方向的位置的状态使晶轴13下降而增强支撑销16a对单晶3的压入，因此能够加强基于支撑销16a的单晶3的支撑力，且能够抑制将单晶3的支撑主体由晶轴13切换为支撑销16a之后的晶体振动。因此，当一边通过支撑销16a进行支撑一边使单晶3交替旋转时，能够防止发生晶体弯曲。

图9是表示根据第2实施方式的单晶重量保持件16的概略剖视图。

如图9所示，该单晶重量保持件16的特征在于，支撑变重的单晶的支撑机构由支撑环16r构成，而不是由支撑销16a构成。支撑环16r是圆环状的构件，发挥与单晶3的锥形部3b的外周面的整周抵接而支撑单晶3的作用。支撑环16r与晶轴13同轴配置，经由能够升降驱动支撑环16r的多根轴16s搭载于旋转支撑轴16z上。

图10是表示支撑环16r的结构的图，图10(a)是俯视图，图10(b)是剖视图，图10(c)是表示支撑单晶3的状态的剖视图。

如图10(a)～图10(c)所示，支撑环16r的开口部的直径R3小于单晶3的直体部3c的直径R2。因此，当单晶3下降或支撑环16r上升，由此支撑环16r被插入到单晶3的下端部时，支撑环16r与锥形部3b的外周面的整周抵接而支撑单晶3，无法移动到比与锥形部3b的接触位置更靠上方的位置。在该状态下单晶3的支撑主体由晶轴13切换为支撑环16r。

支撑环16r可以由如下构成：内侧环构件，由第1材料形成且与单晶3的锥形部3b的外周面抵接；和外侧环构件，由第2材料形成且位于内侧环构件的外周侧。在该情况下，第1材料优选为硼硅酸玻璃，第2构件优选为金属或陶瓷材料。根据该结构，能够确保所期望的强度，并且提高支撑环16r与单晶3的密合度来进一步加强支撑力。

如此，本实施方式中，使用支撑环16r作为单晶3的支撑机构，但能够发挥与上述第1实施方式相同的效果。即，在完成基于支撑环16r的支撑切换操作之后，以固定支撑环16r的垂直方向的位置的状态使晶轴13下降而增强支撑环16r对单晶3的压入，因此能够加强基于支撑环16r的单晶3的支撑力，且能够抑制将单晶3的支撑主体由晶轴13切换为支撑环16r之后的晶体振动。因此，能够防止在一边通过支撑环16r进行支撑一边使单晶3交替旋转时发生晶体弯曲。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更，当然这些也包含于本发明的范围内。

例如，上述实施方式中，作为锁定支撑销16a的沿单晶3的径向的滑动的方法，使用了可动片16b和固定片16d，但本发明并不限定于这种方法，能够采用各种锁定方法。

并且，上述实施方式中，在直体部培育工序S4中进行了单晶3的支撑方法的切换，但也可以在锥形部培育工序S3中进行。并且，关于单晶3的支撑方法的切换时机，除了根据目视或由摄像机17拍摄的图像来判断的方法以外，也可以通过使用载荷传感器20的方法来进行。在单晶3被支撑销16a支撑时，由安装于晶轴13的下端的载荷传感器20检测单晶3的重量的急剧减少，因此可以在检测到这种重量变化的时机进行支撑销16a的锁定，并进行单晶3的支撑的切换。载荷传感器20也可以设置于支撑销16a侧，而不是设置于设置于晶轴13侧。在该情况下，在单晶3被支撑销16a支撑时，载荷传感器20会检测到载荷的急剧增加，因此可以在检测到这种重量变化的时机进行支撑销的锁定。

并且，单晶3的支撑方法的切换时机的检测也可以通过电检测来进行。预先对支撑销16a施加电压，若支撑销16a与单晶3接触，则电流稍微流动而电压降低，因此可以在检测到该电压的变化的时机进行支撑销16a的锁定，并进行单晶3的支撑的切换。

并且，本发明中制造的单晶并不限定于硅单晶，也能够将通过FZ法培育的各种单晶作为对象。

实施例

评价了在基于FZ法的直径200mm的硅单晶的制造中，在完成由基于晶轴的支撑切换为基于支撑销的支撑之后进行的晶体压入工序的有无对单晶的品质产生的影响。在基于FZ法的硅单晶的制造中，制造出制造条件不同的6种硅单晶的样品。

关于硅单晶的第1样品T1和第2样品T2(比较例1)，将单晶的旋转方法设为单向旋转，将旋转速度设为20rpm，并且未进行基于硅单晶下降的支撑销的压入工序。

关于第3样品T3和第4样品T4(比较例2)，将单晶的旋转方法设为交替旋转，将晶体旋转速度设为20rpm，并且未进行基于硅单晶下降的支撑销的压入工序。

关于第5样品T5和第6样品T6(实施例)，将单晶的旋转方法设为交替旋转，并且使单晶与晶轴一同下降0.1mm而进行了支撑销的压入工序。

通过目视评价了如此制造出的硅单晶的样品T1～T6的晶体形状。将其结果示于表1。

[表1]

由表1明确可知，即使是在单向旋转中未产生晶体弯曲的没有支撑销的压入工序的支撑方法，在交替旋转中也产生了晶体弯曲。另外，在进行了支撑销的压入工序的情况下，在交替旋转中也未产生晶体弯曲。

接着，制造出支撑销的压入工序中的单晶的下降量不同的6种硅单晶的样品T7～T12。将硅单晶的旋转方法设为交替旋转，将旋转速度设为20rpm。第7样品～第12样品T7、T8、T9、T10、T11、T12中的用于支撑压入的下降量分别设为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm。通过目视评价了如此制造出的硅单晶的样品T7～T12的晶体形状和晶体破损。将其结果示于表2。

[表2]

由表2明确可知，在0.1～0.5mm的下降量时单晶未破损，但在0.6mm的下降量时发生了单晶的破损。

附图标记说明

1-原料棒，2-晶种，3-单晶，3I-单晶锭，3a-收缩部，3b-锥形部，3c-直体部，3d-底部，4-熔融区，10-单晶制造装置，11-原料轴，12-原料进给机构，13-晶轴，14-晶体进给机构，14a-解角器，15-感应加热线圈，16-单晶重量保持件，16L-锁定机构，16a-支撑销，16b-可动片，16c-基座，16d-固定片，16e-支柱，16f-板，16y-离合器，16z-单晶重量保持件的旋转支撑轴，17-摄像机(CCD摄像机)，18-图像处理部，19-控制部，20-载荷传感器，R1-锥形部的直径，R2-直体部的直径，S1-熔合工序，S2-收缩工序，S3-锥形部培育工序，S4-直体部培育工序，S5-底部培育工序，S6-冷却工序，Sb-锥形面，Sd-倒锥形面，θ-锥形面和倒锥形面的倾斜角度。

Claims (18)

1.一种单晶的制造方法，其为基于FZ法的单晶的制造方法，所述FZ法中，对原料棒的一部分进行加热而形成熔融区，并使分别位于所述熔融区的上方和下方的所述原料棒和单晶下降而使所述单晶生长，所述单晶的制造方法的特征在于，具有：

一边使支撑晶种的下端的晶轴旋转一边使单晶向所述晶种的上方生长的步骤；

通过使支撑机构与生长为规定的晶体形状的所述单晶的锥形部的外周面抵接来将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构的步骤；

在将所述单晶的支撑主体切换为所述支撑机构之后，以固定所述支撑机构的垂直方向的位置的状态使所述晶轴下降而增强所述支撑机构对所述单晶的压入的步骤；和

一边以所述支撑机构进行支撑一边使所述单晶进一步生长的步骤。

2.根据权利要求1所述的单晶的制造方法，其中，

用于增强所述支撑机构对所述单晶的压入的所述晶轴的下降量为大于0mm且0.5mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的单晶的制造方法，其中，

一边使被所述支撑机构支撑的所述单晶交替旋转一边使其进一步生长。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶的制造方法，其中，

所述支撑机构包括沿着所述单晶的径向滑动自如地设置的多个支撑销，在沿着所述单晶的径向滑动自如地支撑所述多个支撑销的每一个的多个可动片的后方分别配置多个固定片而锁定各支撑销的沿所述单晶的径向的移动。

5.根据权利要求4所述的单晶的制造方法，其中，

所述可动片具有相对于垂直面呈20～25°的倾斜角度的锥形面，所述固定片具有与所述可动片的所述锥形面呈相同的倾斜角度的倒锥形面，在锁定所述多个支撑销时，使所述固定片的所述倒锥形面与所述可动片的所述锥形面抵接。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶的制造方法，其中，

所述支撑机构包括与所述单晶的锥形部的外周面的大致整周抵接的支撑环。

7.根据权利要求6所述的单晶的制造方法，其中，

所述支撑环具有：内侧环构件，由第1材料形成且与所述单晶的锥形部的外周面抵接；和外侧环构件，由第2材料形成且位于所述内侧环构件的外周侧。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的单晶的制造方法，其中，

利用摄像机拍摄所述支撑机构与所述单晶的锥形部的外周面的接触位置附近，根据所述摄像机的拍摄图像来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的单晶的制造方法，其中，

根据施加于所述晶轴或所述支撑机构的载荷的变化来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。

10.一种单晶制造装置，其用于通过FZ法制造单晶，所述单晶制造装置的特征在于，具备：

原料轴，支撑原料棒；

原料进给机构，使所述原料轴升降和旋转驱动；

晶轴，支撑晶种的下端；

感应加热线圈，对所述原料棒进行加热；

支撑机构，与所述单晶的锥形部的外周面抵接而支撑所述单晶；

晶体进给机构，使所述晶轴或所述支撑机构升降和旋转驱动；和

控制部，控制将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构，

所述控制部通过锁定机构将所述单晶的支撑主体由所述晶轴切换为所述支撑机构，所述锁定机构以使支撑机构与生长为规定的晶体形状的所述单晶的锥形部的外周面抵接的状态锁定所述支撑机构的移动，

在将所述单晶的支撑主体切换为所述支撑机构之后，以固定所述支撑机构的垂直方向的位置的状态使所述晶轴下降而增强所述支撑机构对所述单晶的压入，

一边以所述支撑机构进行支撑一边使所述单晶进一步生长。

11.根据权利要求10所述的单晶制造装置，其中，

用于增强所述支撑机构对所述单晶的压入的所述晶轴的下降量为大于0mm且0.5mm以下。

12.根据权利要求10或11所述的单晶制造装置，其中，

所述控制部一边使被所述支撑机构支撑的所述单晶交替旋转一边使其进一步生长。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的单晶制造装置，其中，

所述支撑机构具备：

多个支撑销，沿着所述单晶的径向滑动自如地设置；

多个可动片，沿着所述单晶的径向滑动自如地支撑所述多个支撑销的每一个；和

多个固定片，当所述多个支撑销的每一个的前端部与所述单晶的锥形部的外周面抵接时，分别配置于所述多个可动片的后方而锁定各支撑销的沿所述单晶的径向的移动。

14.根据权利要求13所述的单晶制造装置，其中，

所述可动片具有相对于垂直面呈20～25°的倾斜角度的锥形面，所述固定片具有与所述可动片的所述锥形面呈相同的倾斜角度的倒锥形面，当锁定所述多个支撑销时，使所述固定片的所述倒锥形面与所述可动片的所述锥形面接触。

15.根据权利要求10至12中任一项所述的单晶制造装置，其中，

所述支撑机构包括与所述单晶的锥形部的外周面的大致整周抵接的支撑环。

16.根据权利要求15所述的单晶制造装置，其中，

所述支撑环具有：内侧环构件，由第1材料形成且与所述单晶的锥形部的外周面抵接；和外侧环构件，由第2材料形成且位于所述内侧环构件的外周侧。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的单晶制造装置，其还具备拍摄所述支撑机构与所述单晶的锥形部的外周面的接触位置附近的摄像机，

所述控制部根据所述摄像机的拍摄图像来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的单晶制造装置，其还具备检测施加于所述晶轴或所述支撑机构的载荷的载荷传感器，

所述控制部根据施加于所述晶轴或所述支撑机构的载荷的变化来判断所述支撑机构是否与所述单晶的锥形部的外周面接触。