JP2001261483A - 単結晶引上げ機のギャップ検出方法及びそのギャップ調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 融液表面が波打っていても、最適なギャップ
に調整し、これにより単結晶棒の品質の安定化及び収率
（歩留り）の向上を図る。 【解決手段】 チャンバ１２内のるつぼ１４に融液１３
が貯留され、融液を加熱するヒータがるつぼの外周面を
包囲する。融液から引上げられる単結晶棒２４の外周面
を包囲する熱遮蔽部材２６の下端が融液表面からギャッ
プＨをあけて上方に位置し、熱遮蔽部材によりヒータか
らの輻射熱が遮られる。コントローラ３３が上記ギャッ
プを基準値に保つように、るつぼを昇降する昇降装置１
８ａを制御する。熱遮蔽部材の周面に軸線を融液表面に
向けてコイル２７が取付けられ、高周波電源２８がコイ
ルに高周波電流を流して融液表面に渦電流を発生させ
る。上記渦電流の発生によるコイル２７のインピーダン
スの変化を検出手段２９が検出し、この検出出力に基づ
いてコントローラは昇降装置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶棒を引上げ
て育成する引上げ機の熱遮蔽部材下端と融液表面とのギ
ャップを検出する方法及びそのギャップを調整する装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、チャンバの
肩部に内部観察用の覗き窓が形成され、この覗き窓に望
遠鏡が取付けられ、更に望遠鏡の視野内に水平基準線を
有するレチクル目盛が表示された単結晶引上げ装置が開
示されている（特開平１０−５３４８６号）。この装置
では、望遠鏡が上下方向に移動可能に構成され、この移
動距離が望遠鏡架台に付設された移動距離マイクロ測定
器により読取り可能に構成される。このように構成され
た単結晶引上げ装置では、熱遮蔽部材下端と融液表面で
のその反射像上端との間のギャップを望遠鏡の視野内に
重ねて表示されるレチクル目盛により直接検出できる。
また望遠鏡の視野内に重ねて表示されるレチクルの水平
基準線に最初に熱遮蔽部材の下端を合致させ、その後望
遠鏡を下方に移動させ、反射像を移動距離マイクロ測定
器にて読取ることにより、熱遮蔽部材下端と融液表面と
の間のギャップを直接測定できる。このように上記ギャ
ップを直接測定できるので、このギャップを所定値に制
御することにより、単結晶棒の品質、特に酸素誘起積層
欠陥等の結晶欠陥を安定化できるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の特
開平１０−５３４８６号公報に示された単結晶引上げ装
置では、単結晶棒の引上げ中に融液表面が波打っている
ため、熱遮蔽部材下端と融液表面との間のギャップが常
に変化しており、正確なギャップを測定することは難し
かった。本発明の目的は、融液表面が波打っていても、
上記ギャップの平均値を瞬時に検出できる、単結晶引上
げ機のギャップ検出方法を提供することにある。本発明
の別の目的は、融液表面が波打っていても、上記検出さ
れたギャップの平均値に基づいて最適なギャップに調整
でき、これにより単結晶棒の品質の安定化及び収率（歩
留り）の向上を図ることができる、単結晶引上げ機のギ
ャップ調整装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図３に示すように、チャンバ１２内に設けられ
融液１３が貯留されたるつぼ１４と、るつぼ１４の外周
面を包囲し融液１３を加熱するヒータ１９と、融液１３
から引上げられる単結晶棒２４の外周面を包囲しかつ下
端が融液１３表面からギャップＨをあけて上方に位置し
ヒータ１９からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６とを備え
た単結晶引上げ機の改良である。その特徴ある構成は、
熱遮蔽部材２６の周面にその軸線を融液１３表面に向け
て取付けられたコイル２７に高周波電流を流して融液１
３表面に渦電流を発生させ、この渦電流の発生によるコ
イル２７のインピーダンスの変化を測定することによ
り、ギャップＨを検出するところにある。

【０００５】この請求項１に記載されたギャップ検出方
法では、コイル２７に流れる高周波電流により融液１３
表面に渦電流が発生し、この渦電流の発生によるコイル
２７のインピーダンスの変化は上記ギャップＨの大小に
依存するので、コイル２７のインピーダンスの変化を測
定することにより、ギャップＨを検出できる。また融液
１３表面が波打っていても、渦電流は複数の波を含む比
較的広い範囲に発生するので、コイル２７のインピーダ
ンスが上記波の平均値に基づいて測定され、これにより
上記ギャップＨの平均値を瞬時に検出することができ
る。

【０００６】請求項２に係る発明は、図１及び図３に示
すように、チャンバ１２内に設けられ融液１３が貯留さ
れたるつぼ１４と、るつぼ１４の外周面を包囲し融液１
３を加熱するヒータ１９と、融液１３から引上げられる
単結晶棒２４の外周面を包囲しかつ下端が融液１３表面
からギャップＨをあけて上方に位置しヒータ１９からの
輻射熱を遮る熱遮蔽部材２６と、るつぼ１４を昇降する
昇降装置１８ａと、ギャップＨを基準値に保つように昇
降装置１８ａを制御するコントローラ３３とを備えた単
結晶引上げ機の改良である。その特徴ある構成は、熱遮
蔽部材２６の周面に軸線を融液１３表面に向けて取付け
られたコイル２７と、コイル２７に高周波電流を流して
融液１３表面に渦電流を発生させる高周波電源２８と、
この渦電流の発生によるコイル２７のインピーダンスの
変化を検出する検出手段２９とを備え、コントローラ３
３が検出手段２９の検出出力に基づいて昇降装置１８ａ
を制御するように構成されたところにある。

【０００７】この請求項２に記載されたギャップ調整装
置では、高周波電源２８によりコイル２７に高周波電流
を流すと、電磁誘導作用により融液１３表面に渦電流が
発生し、検出手段２９が上記渦電流の発生によるコイル
２７のインピーダンスの変化を検出する。コントローラ
３３は検出手段２９の検出出力に基づいて上記コイル２
７のインピーダンスを基準値に一致させるように昇降装
置１８ａを制御する。この結果、ギャップＨを常に最適
な値に保つことができる。また単結晶棒２４の引上げ時
には、融液１３表面は波打つ場合がある。このとき渦電
流は複数の波を含む比較的広い範囲に発生するので、検
出手段２９はコイル２７のインピーダンスを上記波の平
均値に基づいて検出する。この結果、コントローラ３３
は上記波の平均値に基づいて検出されたコイル２７のイ
ンピーダンスの測定値をその基準値に一致させるように
昇降装置１８ａを制御するので、ギャップＨを最適な値
に調整できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図３に示すように、シリコン
単結晶引上げ機１１のチャンバ１２内には、シリコン融
液１３を貯留する石英るつぼ１４が設けられ、この石英
るつぼ１４の外面は黒鉛サセプタ１６により被覆され
る。石英るつぼ１４の下面は上記黒鉛サセプタ１６を介
して支軸１７の上端に固定され、この支軸１７の下部は
るつぼ駆動手段１８に接続される（図３）。るつぼ駆動
手段１８は石英るつぼ１４を回転させる第１回転用モー
タ（図示せず）と、石英るつぼ１４を昇降させる昇降装
置１８ａ（図１）とを有し、上記第１回転用モータ及び
昇降装置１８ａにより石英るつぼ１４が所定の方向に回
転し得るとともに、上下方向に移動可能に構成される。
石英るつぼ１４の外周面は石英るつぼ１４から所定の間
隔をあけてヒータ１９により包囲され、このヒータ１９
は保温筒２１により包囲される（図３）。ヒータ１９は
石英るつぼ１４に投入された高純度のシリコン多結晶体
を加熱・溶融してシリコン融液１３にする。

【０００９】またチャンバ１２の上端には円筒状のケー
シング２２が接続される（図３）。このケーシング２２
には引上げ手段２３が設けられる。引上げ手段２３はケ
ーシング２２の上端部に水平状態で旋回可能に設けられ
た引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させ
る第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英る
つぼ１４の回転中心に向って垂下され導電性を有するワ
イヤケーブル２３ａと、上記ヘッド内に設けられワイヤ
ケーブル２３ａを巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図
示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３ａの下端には
シリコン融液１３に浸してシリコン単結晶棒２４を引上
げるための種結晶２３ｂが取付けられる。なお、シリコ
ン融液１３と数百℃以上の高温状態のシリコン単結晶棒
２４は良導体であり、石英るつぼ１４は絶縁体である。

【００１０】またシリコン単結晶棒２４の外周面と石英
るつぼ１４の内周面との間にはシリコン単結晶棒２４の
外周面を包囲する熱遮蔽部材２６が設けられる（図１〜
図３）。この熱遮蔽部材２６は下方に向うに従って直径
が小さくなるコーン部２６ａと、内周縁がコーン部２６
ａの上縁に接続され水平に延びて外周縁が保温筒２１の
上面に達するフランジ部２６ｂ（図２及び図３）とを有
する。上記フランジ部２６ｂを保温筒２１上にアッパリ
ング２５を介して載置することにより、コーン部２６ａ
の下縁がシリコン融液１３表面からギャップＨをあけて
上方に位置するように熱遮蔽部材２６がチャンバ１２内
に固定される。上記熱遮蔽部材２６はＭｏ（モリブデ
ン），Ｗ（タングステン），Ｃ（カーボン）により、或
いは表面にＳｉＣがコーティングされた黒鉛等により形
成される。

【００１１】熱遮蔽部材２６のコーン部２６ａの外周面
下部にはその軸線をシリコン融液１３表面に向けてコイ
ル２７が取付けられる（図１〜図３）。このコイル２７
はその下端がコーン部２６ａの下縁と一致するように取
付けられ、かつコーン部２６ａの外周面に沿うように扁
平に形成される。またコイル２７は石英（ＳｉＯ₂）や
窒化ボロン（ＢＮ）等の絶縁材料により被覆されかつＭ
ｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｃ（カーボ
ン）等の高融点の導電性材料により形成された線材を用
いることが好ましい。コイル２７は上記線材を被覆する
絶縁材料により熱遮蔽部材２６から電気的に絶縁され
る。

【００１２】一方、コイル２７は高周波電源２８に第１
及び第２リード線３１，３２を介して電気的に接続され
るとともに、第１及び第２分岐リード線４１，４２を介
して検出手段２９に電気的に接続される（図１）。高周
波電源２８はコイル２７に１〜１０ＭＨｚの範囲内の所
定の高周波電流を流すように構成される。また検出手段
２９はインピーダンスアナライザ（Hewlett Packard 社
製）であり、コイル２７に高周波電流を流すことにより
シリコン融液１３に渦電流が発生し、この渦電流の発生
によるコイル２７のインピーダンスの変化を検出するよ
うに構成される。なお、上記第１リード線３１，第２リ
ード線３２，第１分岐リード線４１及び第２分岐リード
線４２はＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）等の
高融点の導電性材料により形成されることが好ましい。

【００１３】検出手段２９の検出出力はコントローラ３
３の制御入力に接続され、コントローラ３３の制御出力
は昇降装置１８ａに接続される。またコントローラ３３
にはメモリ３５が接続され、このメモリ３５には上記コ
イル２７のインピーダンスの基準値が記憶される。コイ
ル２７のインピーダンスの基準値とは、ギャップＨが最
適値（ギャップＨを通過する不活性ガスの流速及び流量
がシリコン単結晶棒２４の品質に対して最適な値）にな
ったときのインピーダンスである。即ち、上記コイル２
７のインピーダンスはコイル２７下端（コーン部２６ａ
下縁）及びシリコン融液１３間のギャップＨの大小に依
存する。このためコントローラ３３が昇降装置１８ａを
制御してコイル２７のインピーダンスの測定値をコイル
２７のインピーダンスの基準値に一致させると、上記ギ
ャップＨが最適値になるように構成される。

【００１４】一方、チャンバ１２にはこのチャンバ１２
のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不
活性ガスをチャンバ１２のるつぼ内周面側から排出する
ガス給排手段３４が接続される（図３）。ガス給排手段
３４は一端がケーシング２２の周壁に接続され他端が上
記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続され
た供給パイプ３４ａと、一端がチャンバ１２の下壁に接
続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出
パイプ３４ｂとを有する。供給パイプ３４ａ及び排出パ
イプ３４ｂにはこれらのパイプ３４ａ，３４ｂを流れる
不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３
４ｃ，３４ｄがそれぞれ設けられる。

【００１５】このように構成されたシリコン単結晶引上
げ機１１のギャップ調整装置の動作を説明する。引上げ
機１１を稼働して、高周波電源２８によりコイル２７に
高周波電流を流すと、電磁誘導作用によりシリコン融液
１３表面に渦電流が発生する。このとき検出手段２９が
シリコン融液１３表面に発生した渦電流によるコイル２
７のインピーダンスの変化を検出する。コントローラ３
３は検出手段２９の検出出力に基づいて上記コイル２７
のインピーダンスの測定値をコイル２７のインピーダン
スの基準値に一致させるように昇降装置１８ａを制御す
る。この結果、ギャップＨを常に最適な値に保つことが
できるので、シリコン単結晶棒２４の品質を安定化させ
ることができ、またシリコン単結晶棒２４の収率（歩留
り）を向上することができる。

【００１６】またシリコン単結晶棒２４の引上げ時に
は、シリコン融液１３表面は波打つ場合がある。このと
きシリコン融液１３表面には渦電流が複数の波を含む比
較的広い範囲に発生するので、検出手段２９はコイル２
７のインピーダンスを上記波の平均値に基づいて検出す
る。この結果、コントローラ３３は上記波の平均値に基
づいて検出されたコイル２７のインピーダンスの測定値
をその基準値に一致させるように昇降装置１８ａを制御
するので、ギャップＨを最適な値に調整でき、上記と同
様にシリコン単結晶棒２４の品質の安定化及び収率（歩
留り）の向上を図ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
イルに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により融液表
面に渦電流が発生し、この渦電流の発生によるコイルの
インピーダンスは熱遮蔽部材下縁及び融液間のギャップ
の大小に依存して変化するので、上記コイルのインピー
ダンスの変化を測定することにより、熱遮蔽部材下縁及
び融液間のギャップを検出できる。また融液表面が波打
っていても、上記渦電流は複数の波を含む比較的広い範
囲に発生するので、上記コイルのインピーダンスが上記
波の平均値に基づいて測定される。この結果、上記ギャ
ップの平均値を瞬時に検出することができる。

【００１８】また熱遮蔽部材の周面に軸線を融液表面に
向けてコイルを取付け、高周波電源がコイルに高周波電
流を流して融液表面に渦電流を発生させ、検出手段が上
記渦電流の発生によるコイルのインピーダンスの変化を
検出し、更にコントローラが検出手段の検出出力に基づ
いて昇降装置を制御するように構成すれば、上記コイル
のインピーダンスの測定値がその基準値と一致するの
で、ギャップを常に最適な値に保つことができる。この
結果、単結晶棒の品質を安定化させることができ、また
単結晶棒の収率（歩留り）を向上することができる。更
に単結晶棒の引上げ時には、融液表面は波打つ場合があ
る。このとき上記渦電流は複数の波を含む比較的広い範
囲に発生するので、検出手段はコイルのインピーダンス
を上記波の平均値に基づいて検出する。この結果、上記
と同様にギャップを最適な値に調整できるので、単結晶
棒の品質の安定化及び収率（歩留り）の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態のギャップ調整装置を含む図３
のＡ部拡大断面構成図。

【図２】コイルを取付けた熱遮蔽部材の斜視図。

【図３】その単結晶引上げ機の縦断面構成図。

【符号の説明】

１１ シリコン単結晶引上げ機 １２ チャンバ １３ シリコン融液 １４ 石英るつぼ １８ａ 昇降装置 １９ ヒータ ２４ シリコン単結晶棒 ２６ 熱遮蔽部材 ２７ コイル ２８ 高周波電源 ２９ 検出手段 ３３ コントローラ Ｈ ギャップ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 CF10 EG30 EH06 PF09 PF17 5F053 AA12 BB04 BB08 BB13 BB60 DD01 FF04 GG01 RR04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ(12)内に設けられ融液(13)が貯
   留されたるつぼ(14)と、前記るつぼ(14)の外周面を包囲
   し前記融液(13)を加熱するヒータ(19)と、前記融液(13)
   から引上げられる単結晶棒(24)の外周面を包囲しかつ下
   端が前記融液(13)表面からギャップ(H)をあけて上方に
   位置し前記ヒータ(19)からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材(2
   6)とを備えた単結晶引上げ機において、 前記熱遮蔽部材(26)の周面にその軸線を前記融液(13)表
   面に向けて取付けられたコイル(27)に高周波電流を流し
   て前記融液(13)表面に渦電流を発生させ、前記渦電流の
   発生による前記コイル(27)のインピーダンスの変化を測
   定することにより、前記ギャップ(H)を検出することを
   特徴とするギャップ検出方法。
2. 【請求項２】 チャンバ(12)内に設けられ融液(13)が貯
   留されたるつぼ(14)と、前記るつぼ(14)の外周面を包囲
   し前記融液(13)を加熱するヒータ(19)と、前記融液(13)
   から引上げられる単結晶棒(24)の外周面を包囲しかつ下
   端が前記融液(13)表面からギャップ(H)をあけて上方に
   位置し前記ヒータ(19)からの輻射熱を遮る熱遮蔽部材(2
   6)と、前記るつぼ(14)を昇降する昇降装置(18a)と、前
   記ギャップ(H)を基準値に保つように前記昇降装置(18a)
   を制御するコントローラ(33)とを備えた単結晶引上げ機
   において、 前記熱遮蔽部材(26)の周面に軸線を前記融液(13)表面に
   向けて取付けられたコイル(27)と、 前記コイル(27)に高周波電流を流して前記融液(13)表面
   に渦電流を発生させる高周波電源(28)と、 前記渦電流の発生による前記コイル(27)のインピーダン
   スの変化を検出する検出手段(29)とを備え、 前記コントローラ(33)が前記検出手段(29)の検出出力に
   基づいて前記昇降装置(18a)を制御するように構成され
   たことを特徴とするギャップ調整装置。