JP2000264770A - シードワイヤ評価方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 使用するシードワイヤが使用に適したもので
あるか否かを操業前に簡単かつ正確に評価できるシード
ワイヤ評価方法とその装置を提供すること。 【解決手段】 実際の半導体インゴットと同一形状・同
一重さからなるダミーインゴット６を吊り下げられたシ
ードワイヤ２を回転駆動するサーボモータ４の回転速度
をモータ速度検出器９により検出する。シードワイヤ２
の上端部の回転ならびにシードワイヤ２の下端部の回転
を検出する第１，第２の回転センサの検出出力からシー
ドワイヤの上端部の回転速度と回転位置を検出する１
４。上記情報が得られる回転速度特性と回転位相差特性
をみれば、シードワイヤ２の上端部と下端部の回転ム
ラ、回転捩じれ、回転遅れを知ることができ、これらの
状況から当該シードワイヤ２がその単結晶引上装置に適
しているか否かを簡単かつ正確に評価することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ（チョクラル
スキー）式半導体単結晶引上装置のためのシードワイヤ
の評価方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ式半導体単結晶引上装置、例えば、
ＣＺ式シリコン単結晶引上装置におけるシリコン単結晶
の育成は、シードワイヤの先端に取り付けた種結晶をる
つぼ内の多結晶シリコンの融液中に浸し、シードワイヤ
をゆっくりと回転させながら所定の速度で引き上げてい
くことにより、種結晶の先端から単結晶を成長させてい
くものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記種結晶
の先端から成長していくシリコンインゴットの径や断面
形状を単結晶の各引き上げ工程（ネック工程、クラウン
工程、ボディ工程およびテール工程）において正確に制
御して高品質の単結晶を製造するには、回転するシード
ワイヤのワイヤ軸芯とるつぼの回転中心とが常に正確に
一致している必要があり、このような正確な制御を実現
するためには、シリコンインゴットを引き上げていくシ
ードワイヤの特性も極めて重要なファクターとなる。し
かしながら、従来、シードワイヤについてその特性を客
観的かつ具体的に求めてその適否を正確に評価する方法
がなかった。このため、従来においては、その単結晶引
上装置のシードワイヤとして適しているかどうかの判定
は、実際に単結晶を引き上げてみるまでは確認すること
ができなかった。

【０００４】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、使用するシードワイヤがそのＣＺ式半導体
単結晶引上装置に適したものであるか否かを操業前に簡
単かつ正確に評価することができるシードワイヤ評価方
法とその装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、上記目的
を達成するため、評価対象とするシードワイヤをＣＺ式
半導体単結晶引上装置のプルヘッド部に取り付けるとと
もに、該シードワイヤの先端に実際の半導体インゴット
とほぼ同一の形状および重さからなるダミーインゴット
を吊り下げ、該状態でシードワイヤをＣＺ式半導体単結
晶引上装置のワイヤ回転機構部のモータによって回転駆
動しながら、該モータの回転速度と、回転するシードワ
イヤの上下両端部の回転速度および回転位置をそれぞれ
検出し、該検出されるモータの回転速度とシードワイヤ
の上下両端部の回転速度および回転位置情報とからシー
ドワイヤの上下両端部の回転速度特性と回転位相差特性
を作成し、該得られた回転速度特性と回転位相差特性か
らシードワイヤの適否を評価するようにしたものであ
る。

【０００６】また、本発明装置は、上記目的を達成する
ため、実際の半導体インゴットとほぼ同一の形状および
重さからなるダミーインゴットを吊り下げたシードワイ
ヤを回転駆動するワイヤ回転機構部のモータの回転速度
を検出するモータ速度検出手段と、シードワイヤの上端
部の回転を検出する第１の回転検出手段と、シードワイ
ヤの下端部の回転を検出する第２の回転検出手段と、前
記第１および第２の回転検出手段の検出出力からシード
ワイヤの上端部の回転速度と回転位置を検出するワイヤ
回転速度・位置検出手段と、前記モータ速度検出手段で
得られるモータ回転速度情報と、前記ワイヤ回転速度・
位置検出手段で得られたシードワイヤの上下端部の回転
速度および回転位置情報とを用いてシードワイヤの上下
端部の回転速度特性と回転位相差特性を得るデータ収集
手段と、該データ収集手段で得られたシードワイヤの上
下端部の回転速度特性と回転位相差特性を所定の方法な
らびに形式で表示する表示手段とから構成したものであ
る。なお、前記ダミーインゴットは全体を複数個の小ブ
ロックに分割した組立式とすることが望ましい。

【０００７】上記のような構成とした場合、使用するシ
ードワイヤの上下端部の回転速度特性と回転位相差特性
を簡単に得ることができ、この回転速度特性と回転位相
差特性を見ることによって、シードワイヤの回転ムラ、
回転捩じれ、回転遅れなどを知ることができ、これらか
ら当該シードワイヤがその単結晶引上装置に適している
か否かを簡単かつ正確に評価することができる。

【０００８】また、分割組立式のダミーインゴットを用
いた場合には、単結晶の各引き上げ工程（ネック工程、
クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）毎にシー
ドワイヤの上下端部の回転速度特性と回転位相差特性を
得ることができ、より正確にシードワイヤの適否を判定
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明になるシード
ワイヤ評価装置の一実施の形態を示すブロック図であ
る。図中、１はシリコンＣＺ式半導体単結晶引上装置の
プルヘッド部であって、シードワイヤ２はこのプルヘッ
ド部１の回転駆動軸筒１ｂ内を通ってプルヘッド部１の
ワイヤ引上機構（図示せず）に繋がれ、所定の速度でゆ
っくりと引き上げられていくとともに、サーボドライバ
３、サーボモータ４およびロータリーエンコーダ５から
構成されるワイヤ回転機構部によってプルヘッド部１を
回転駆動させ、シードワイヤ２を所定の速度でゆっくり
と回転させるように構成されている。

【００１０】前記シードワイヤ２の先端には、実際に製
造するシリコンインゴットとほぼ同一形状ならびに同一
重さからなる、例えばアルミニウム製のダミーインゴッ
ト６が吊り下げられる。この場合、アルミニウムはシリ
コンより比重が大きいため、その体積は実際のシリコン
インゴットより小さくなるが、特に問題はない。そし
て、プルヘッド部１の回転駆動軸筒１ｂの下端部には、
シードワイヤ２の上端部の回転速度を検出する第１の回
転センサ（第１の回転検出手段）７及び、上端部の１回
転を検出する第１の１回転検出センサ２０が取り付けら
れているとともに、シードワイヤ２の下端部には、シー
ドワイヤ２の下端部の回転速度を検出する第２の回転セ
ンサ（第２の回転検出手段）８及び、下端部の１回転を
検出する第２の１回転検出センサ２１が取り付けられて
いる。これら第１および第２の回転センサ７，８として
は、電磁式回転検出器や光電式回転検出器などの非接触
式の回転センサが用いられ、例えば、シードワイヤ２の
１回転３６０度につき１８００パルス、すなわち、シー
ドワイヤ２が０．２度回転する毎にＡ相、Ｂ相パルスを
各１個づつ出力するようになっている。

【００１１】サーボドライバ３には、ロータリーエンコ
ーダ５の出力するパルス信号をカウントして単位時間当
たりのパルス数からその時のサーボモータ４の回転速度
（ｒｐｍ）を求め、これをアナログ電圧信号に変換して
出力するモータ速度検出器（モータ速度検出手段）９が
接続されている。

【００１２】また、第１の回転センサ７には、シードワ
イヤ２が０．２度回転する度に出力するパルス信号をカ
ウントして単位時間当たりのカウント数からその時のシ
ードワイヤ２の上端部の回転速度（ｒｐｍ）を求め、こ
れをアナログ電圧信号に変換して出力するパルスアナロ
グ変換器１０と、回転センサ７の出力するパルス信号を
積算カウントしてその値をシードワイヤ２の上端部の回
転位置情報に変換し、これをアナログ電圧信号に変換し
て出力するとともに、第１の１回転検出センサ２０が１
回転を検知した時点で積算カウント値を０にリセットす
るパルス積算アナログ変換器１１が接続されている。

【００１３】また、第２の回転センサ８には、前記第１
の回転センサ７と同様に、回転センサ８の出力するパル
ス信号をカウントして単位時間当たりのカウント数から
その時のシードワイヤ２の下端部の回転速度（ｒｐｍ）
を求め、これをアナログ電圧信号に変換して出力するパ
ルスアナログ変換器１２と、回転センサ８の出力するパ
ルス信号を積算カウントしてその値をシードワイヤ下端
部の回転位置情報に変換し、これをアナログ電圧信号に
変換して出力するとともに、第２の１回転検出センサ２
１が１回転を検知した時点で積算カウント値を０にリセ
ットするパルス積算アナログ変換器１３が接続されてい
る。

【００１４】前記したパルスアナログ変換器１０，１２
と、パルス積算アナログ変換器１１、１３は、いわゆる
ワイヤ回転速度・位置検出手段１４を構成している。

【００１５】データ収集部（データ収集手段）１５は、
パーソナルコンピュータなどで構成された演算処理装置
であって、前記モータ速度検出器９から送られてくるモ
ータ４の回転速度信号、パルスアナログ変換器１０、１
２から送られてくるシードワイヤ２の上下端部の回転速
度信号およびパルス積算アナログ変換器１１、１３から
送られてくるシードワイヤ２の上下端部の回転位置信号
をデジタルデータに変換して収集し、これら収集したデ
ータを基に図２（ａ）に示すようなシードワイヤ上下端
部の回転速度特性と図２（ｂ）に示すようなシードワイ
ヤ上下端部の回転位相差特性を求めるものである。

【００１６】また、表示部１６は、プリンタやモニタな
どからなる表示手段であって、前記データ収集部１５で
得られたシードワイヤ上下端部の回転速度特性や回転位
相差特性を、図２（ａ）（ｂ）に示すような線グラフや
データ表として印刷し、あるいは画面表示するものであ
る。そして、この表示部１６で印刷され、あるいは画面
表示された図２（ａ）（ｂ）に示すようなシードワイヤ
上下端部の回転速度特性と回転位相特性を見ることによ
って、当該評価対象とするシードワイヤ２がその単結晶
引上装置に適したものであるか否かを判定するようにし
たものである。

【００１７】次に、上記構成からなるシードワイヤ評価
装置の動作を説明する。まず、評価対象とするシードワ
イヤ２をプルヘッド部１の回転駆動軸筒１ｂ内を通して
プルヘッド部１のワイヤ引上機構（図示せず）に接続す
るとともに、シードワイヤ２の先端に、実際の半導体イ
ンゴットと同一形状ならびに同一重さからなるダミーイ
ンゴット６を吊り下げる。

【００１８】次いで、サーボドライバ３によってサーボ
モータ４を制御し、プルヘッド部１を所定の回転速度で
ゆっくりと回転を開始させる。さらに、必要な場合は同
時に、図示を略したワイヤ引上機構によってプルヘッド
部１を所定の速度でゆっくりと引き上げていく。これに
よって、プルヘッド部１に繋がれたシードワイヤ２は所
定の速度でゆっくりと回転し、必要に応じて引き上げら
れていく。

【００１９】上記のようにしてシードワイヤ２の回転ま
たはさらに引き上げが開始されると、サーボモータ４の
回転速度は、ロータリーエンコーダ５によって検出され
る。そして、モータ速度検出器９は、このロータリーエ
ンコーダ５の出力するパルス信号をサーボドライバ３を
経由して受け取ってカウントし、単位時間当たりのパル
ス数からその時のモータ４の回転速度（ｒｐｍ）を求
め、これをアナログ電圧信号に変換してデータ収集部１
５に送る。

【００２０】一方、第１の回転センサ７は、シードワイ
ヤ２の上端部が０．２度回転する毎にＡ相、Ｂ相パルス
を各１個づつ出力し、パルスアナログ変換器１０とパル
ス積算アナログ変換器１２に送る。パルスアナログ変換
器１０は、回転センサ７の出力するパルス信号をカウン
トし、単位時間当たりのカウント数からその時のシード
ワイヤ２の上端部の回転速度（ｒｐｍ）を求め、これを
アナログ電圧信号に変換してデータ収集部１５に送る。
さらに、パルス積算アナログ変換器１１は、回転センサ
８の出力するパルス信号を積算カウントし、その積算カ
ウント値をシードワイヤ２の上端部の回転位置信号に変
換し、これをアナログ電圧信号に変換してデータ収集部
１５に送るとともに、第１の１回転検出センサ２０が１
回転を検知した時点でシードワイヤ２が１回転したもの
として積算カウント値を０にリセットする。

【００２１】また、第２の回転センサ８は、シードワイ
ヤ２の下端部が０．２度回転する毎にＡ相、Ｂ相パルス
を各１個づつ出力し、パルスアナログ変換器１２とパル
ス積算アナログ変換器１３に送る。パルスアナログ変換
器１２は、回転センサ８の出力するパルス信号をカウン
トし、単位時間当たりのカウント数からその時のシード
ワイヤ２の下端部の回転速度（ｒｐｍ）を求め、これを
アナログ電圧信号に変換してデータ収集部１５に送る。
さらに、パルス積算アナログ変換器１３は、回転センサ
９の出力するパルス信号を積算カウントし、その積算カ
ウント値をシードワイヤ２の下端部の回転位置信号に変
換し、これをアナログ電圧信号に変換してデータ収集部
１５に送るとともに、第２の１回転検出センサ２１が１
回転を検知した時点でシードワイヤ２が１回転したもの
として積算カウント値を０にリセットする。

【００２２】データ収集部１５は、モータ速度検出器９
から送られてくるモータ４の回転速度（ｒｐｍ）を示す
アナログ電圧信号と、パルスアナログ変換器１０から送
られてくるシードワイヤ２の上端部の回転速度（ｒｐ
ｍ）を示すアナログ電圧信号と、パルスアナログ変換器
１２から送られてくるシードワイヤ２の下端部の回転速
度（ｒｐｍ）を示すアナログ電圧信号とから、図２
（ａ）に示すようなシードワイヤ２の上下端部の回転速
度特性を作成し、表示部１６に送る。また、パルス積算
アナログ変換器１１から送られてくるシードワイヤ２の
上端部の回転位置を示すアナログ電圧信号と、パルス積
算アナログ変換器１３から送られてくるシードワイヤ２
の下端部の回転位置を示すアナログ電圧信号とから、図
２（ｂ）に示すようなシードワイヤ２の上下端部の回転
位相差特性を作成し、表示部１６に送る。

【００２３】表示部１６は、データ収集部１５で作成さ
れた前記シードワイヤ２の上下端部の回転速度特性（図
２（ａ））と回転位相差特性（図２（ｂ））を記録紙に
ハードコピーし、あるいはモニタ画面などに表示する。

【００２４】上記のようにして得られた図２（ａ）
（ｂ）に示すような回転速度特性と回転位相差特性をみ
れば、シードワイヤ２の上端部と下端部の回転ムラ、回
転捩じれ、回転遅れを知ることができ、これらの状況か
ら当該シードワイヤ２がその単結晶引上装置に適してい
るか否かを簡単かつ正確に評価することができる。この
適・不適の評価基準としては、例えば、シードワイヤ２
の上下端部の回転速度の変動（回転ムラ）が小さく、上
下端部の回転捩じれや回転遅れが小さな場合に、当該シ
ードワイヤ２はその単結晶引上装置に適したシードワイ
ヤであると判定すればよい。

【００２５】なお、上記実施の形態では、ダミーインゴ
ット６の全体を分割不可能に一体に構成したが、例え
ば、図３および図４に示すように、インゴット６の全体
を複数個の小ブロック６1 〜６n に分割し、これら小ブ
ロック６1 〜６n をネジ部１７によって連結して組付け
るように構成してもよい。

【００２６】このような分割組立式のダミーインゴット
６を用いた場合には、小ブロック６1 〜６n を順次結合
していくことにより、単結晶の各引き上げ工程（ネック
工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）毎
にシードワイヤの上下端部の回転速度特性と回転位相特
性を得ることができ、より正確にシードワイヤ２の適否
を判定することができる。なお、各小ブロック６1 〜６
n の外周面にそれぞれ穿たれた２つの小穴１８は、組立
時に小ブロックを回してねじ込むためのハンドル１９を
差し込む穴である。

【００２７】また、前記実施の形態では、ダミーインゴ
ット６をアルミニウムで作成した場合を例示したが、シ
リコンを用いて作成してもよいし、また、シリコンに比
重が近ければ、合成樹脂などの他の材料を用いて作成す
ることができるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法と装置
によれば、使用するシードワイヤがそのＣＺ式半導体単
結晶引上装置に適したものであるか否かを操業前に簡単
かつ正確に評価することができ、より高品質の半導体単
結晶を製造することが可能となる。

【００２９】また、分割組立式のダミーインゴットを用
いた場合には、単結晶の各引き上げ工程（ネック工程、
クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）毎にシー
ドワイヤの上下端部の回転速度特性と回転位相差特性を
得ることができ、より正確にシードワイヤの適否を判定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるシードワイヤ評価装置の一実施の
形態を示すブロック図である。

【図２】（ａ）はシードワイヤ評価装置によって得られ
たシードワイヤ上下端部の回転速度特性図、（ｂ）シー
ドワイヤ評価装置によって得られたシードワイヤ上下端
部の回転位相差特性図である。

【図３】分割組立式のダミーインゴットの構造例を示す
縦断面図である。

【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ プルヘッド部 １ｂ 回転駆動軸筒 ２ シードワイヤ ３ サーボドライバ ４ サーボモータ ５ ロータリーエンコーダ ６ ダミーインゴット ６1 〜６n ダミーインゴットの小ブロック ７ 第１の回転センサ ８ 第２の回転センサ ９ モータ速度検出器 １０ パルスアナログ変換器 １１ パルス積算アナログ変換器 １２ パルスアナログ変換器 １３ パルス積算アナログ変換器 １４ ワイヤ回転速度・位置検出手段 １５ データ収集部 １６ 表示部 １７ ネジ部 １８ 小穴 １９ ハンドル ２０ 第１の１回転検出センサ ２１ 第２の１回転検出センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 博幸 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者 近藤 慎介 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者 岩田 康幸 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 EG12 EG28 EH10 PA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを
   所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げ
   ていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のための
   シードワイヤの評価方法であって、 評価対象とするシードワイヤをＣＺ式半導体単結晶引上
   装置のプルヘッド部に取り付けるとともに、該シードワ
   イヤの先端に実際の半導体インゴットとほぼ同一の形状
   および重さからなるダミーインゴットを吊り下げ、 該状態でシードワイヤをＣＺ式半導体単結晶引上装置の
   ワイヤ回転機構部のモータによって回転駆動しながら、
   該モータの回転速度と、回転するシードワイヤの上下両
   端部の回転速度および回転位置をそれぞれ検出し、 該検出されるモータの回転速度とシードワイヤの上下両
   端部の回転速度および回転位置情報とからシードワイヤ
   の上下両端部の回転速度特性と回転位相差特性を作成
   し、該得られた回転速度特性と回転位相差特性からシー
   ドワイヤの適否を評価することを特徴とするシードワイ
   ヤ評価方法。
2. 【請求項２】 プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを
   所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げ
   ていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のための
   シードワイヤの評価装置であって、 実際の半導体インゴットとほぼ同一の形状および重さか
   らなるダミーインゴットを吊り下げたシードワイヤを回
   転駆動するワイヤ回転機構部のモータの回転速度を検出
   するモータ速度検出手段と、 シードワイヤの上端部の回転を検出する第１の回転検出
   手段と、 シードワイヤの下端部の回転を検出する第２の回転検出
   手段と、 前記第１および第２の回転検出手段の検出出力からシー
   ドワイヤの上端部の回転速度と回転位置を検出するワイ
   ヤ回転速度・位置検出手段と、 前記モータ速度検出手段で得られるモータ回転速度情報
   と、前記ワイヤ回転速度・位置検出手段で得られたシー
   ドワイヤの上下端部の回転速度および回転位置情報とを
   用いてシードワイヤの上下端部の回転速度特性と回転位
   相差特性を得るデータ収集手段と、 該データ収集手段で得られたシードワイヤの上下端部の
   回転速度特性と回転位相差特性を所定の方法ならびに形
   式で表示する表示手段とを備えたこと、 を特徴とするシードワイヤ評価装置。
3. 【請求項３】 前記ダミーインゴットが全体を複数個の
   小ブロックに分割された組立式になることを特徴とする
   請求項２に記載されたシードワイヤ評価装置。