JP2002029887A - Single crystal pulling-up device - Google Patents
Single crystal pulling-up deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶を引上げる
ためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法
（チョクラルスキー法）によって原料融液から単結晶を
引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置及び方法、
特に、単結晶引上げの際に発生するケーブル系の共振に
よる単結晶の振れ幅を抑制する機構が付加されたＣＺ法
単結晶引上げ装置及び方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cable type CZ single crystal provided with a cable for pulling a single crystal and other pulling members, and for pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method (Czochralski method). Lifting device and method,
In particular, the present invention relates to a CZ method single crystal pulling apparatus and method to which a mechanism for suppressing the fluctuation of the single crystal due to resonance of a cable system generated at the time of single crystal pulling is added.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＣＺ法単結晶引上げ装置によれば、単結
晶を回転させながら原料融液から引上げる。そして、昨
今の単結晶ウエハの低コスト化についての厳しい要求に
応じるために、なるべく長いインゴットを引上げるとい
うことが行われるようになってきている。そして、この
ようなインゴットの長尺化を実現するために、通常のＣ
Ｚ法単結晶引上げ装置では、原料融液の液面を下げた
り、或いは、引上げられたインゴットを格納する部分の
チャンバ（上段チャンバ）のところを長くしたりすると
いうようなことが行われる。ところで、ケーブル（ワイ
ヤ）によって単結晶を引上げる形式のケーブル式ＣＺ法
単結晶引上げ装置では、この単結晶の回転に伴ってケー
ブル系の共振が生じる。そして、この共振による単結晶
の振れ幅が許容量を越えた場合には結晶の引き上げが安
定せず、甚しい場合には結晶の引き上げを行えなくな
る。2. Description of the Related Art According to a CZ method single crystal pulling apparatus, a single crystal is pulled from a raw material melt while rotating. Then, in order to meet the strict requirements for cost reduction of single crystal wafers in recent years, pulling up a long ingot as much as possible has been performed. Then, in order to realize such a long ingot, the usual C
In the Z method single crystal pulling apparatus, the liquid level of the raw material melt is lowered, or the length of the chamber (upper chamber) for storing the pulled ingot is increased. By the way, in a cable-type CZ single crystal pulling apparatus in which a single crystal is pulled by a cable (wire), resonance of the cable system occurs as the single crystal rotates. When the swing width of the single crystal due to the resonance exceeds an allowable amount, the pulling of the crystal is not stabilized, and in a severe case, the pulling of the crystal cannot be performed.
【０００３】ここで、ケーブル系を「ケーブル」、「シ
ードチャック及び単結晶」等からなる振り子と考えた場
合に、ケーブル系の共振回転数ｎは、ｎ＝（６０／２
π）×（ｇ／Ｌ）1/2で決まる。なお、この式中、ｇは
ケーブル系の下部に位置するシードチャック及び単結晶
の総重量（単位はｇ）を表し、Ｌは振り子の支点から重
心までの距離（単位はｃｍ）を表す。共振回転数ｎの単
位はｒｐｍ（一分間あたりの回転数））である。Here, when the cable system is considered as a pendulum composed of a “cable”, a “seed chuck and a single crystal”, the resonance rotation speed n of the cable system is n = (60/2)
π) × (g / L) 1/2 . In this equation, g represents the total weight (unit: g) of the seed chuck and the single crystal located at the lower part of the cable system, and L represents the distance (unit: cm) from the fulcrum of the pendulum to the center of gravity. The unit of the resonance rotation speed n is rpm (the rotation speed per minute).
【０００４】上記の式から明らかなように、ケーブル系
の共振回転数はケーブル長によって決まるので、共振回
転数に近い結晶回転数では結晶が共振して振れてしまう
こととなって、引き上げが安定せず、装置の改造等を行
ってワイヤ巻取り機構部の位置を上昇させたような場合
には、ケーブル長が長くなったことに応じて新たな共振
回転数が設定され、特に共振点よりも低い結晶回転数で
結晶を引上げるようにしたときには、それまで可能であ
った回転数での引き上げが不可能となってしまうという
ような不都合が生じる。As is apparent from the above equation, since the resonance speed of the cable system is determined by the cable length, the crystal resonates and swings at a crystal rotation speed close to the resonance speed, and the pulling is stable. In the case where the position of the wire take-up mechanism is raised by modifying the device without performing such a procedure, a new resonance rotation speed is set in accordance with the increase in the cable length. However, when the crystal is pulled at a low rotation speed of the crystal, there arises a disadvantage that the pulling at the rotation speed which has been possible until now becomes impossible.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】これに関し、通常のケ
ーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置では、このケーブル系
に共振が生じないように（あるいは、共振による振れ幅
が許容範囲内に収まるように）、ケーブル長や装置サイ
ズその他の諸条件が予め設定される。ところが、上述し
たように、引上げられるインゴットの長尺化を実現する
ために原料融液液面の引き下げやインゴット格納部分の
長尺化が行われたような場合には、ケーブル長が長くな
ることを伴う場合があり、そうなったときにはケーブル
系における共振回転数が低下し、共振が発生しないよう
に（あるいは、共振による振れ幅が許容範囲内に収まる
ように）設定された他の所定の条件をそのまま踏襲した
場合には、ケーブル長が長くなることに伴って変化した
共振回転数に応じて、このケーブル系に発生する共振が
大きくなってしまう場合がある。In this regard, in a conventional cable-type CZ single crystal pulling apparatus, resonance is not generated in this cable system (or the swing width due to resonance is within an allowable range). , Cable length, device size, and other conditions are set in advance. However, as described above, when the raw material melt surface is lowered or the length of the ingot storage portion is increased in order to realize a longer ingot to be pulled, the cable length becomes longer. In such a case, another predetermined condition set so that the resonance rotation speed in the cable system decreases and resonance does not occur (or the swing width due to resonance falls within an allowable range). , The resonance generated in this cable system may increase in accordance with the resonance rotation speed changed with the increase in the cable length.
【０００６】本発明は以上のような課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ＣＺ法単結晶引上げ装置に
おいて引き上げられるインゴットの長尺化を実現するた
めにケーブル長等の装置内の諸条件が変更された場合で
も、ケーブル系の共振を抑制し、インゴットの長尺化と
インゴット直胴部におけるより高い結晶回転数の設定を
同時に実現することができるケーブル式ＣＺ法単結晶引
上げ装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a CZ method single crystal pulling apparatus in which the length of an ingot to be elongated in the apparatus such as a cable length is increased. Cable-type CZ single crystal pulling apparatus that can suppress the resonance of the cable system, and simultaneously realize the lengthening of the ingot and the setting of a higher crystal rotation speed in the straight body of the ingot even when various conditions are changed. Is to provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、結晶
の引上げによって振り子系の重心移動の逆進が生じると
いうことを突き止め、かかる事情を全て勘案した上で装
置に関する諸条件の設定を行うことによって安定した結
晶の引き上げを行うことができるということを見出し、
本発明を完成するに至った。また、本発明者らは、引き
上げられるインゴットの長尺化実現のために装置内の諸
条件が変更された場合でも共振を抑制し、共振の問題を
解決することができる最も有効でかつ簡易な方法とし
て、シードチャックの重量を変更することが妥当である
ことも見出し、本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies and as a result found that pulling up of a crystal causes reversal of the movement of the center of gravity of the pendulum system. It has been found that stable crystal pulling can be performed by setting various conditions relating to the apparatus in consideration of all such circumstances,
The present invention has been completed. Further, the present inventors have found that the most effective and simplest method is to suppress resonance even when various conditions in the device are changed in order to realize a longer ingot to be lifted, and to solve the problem of resonance. As a method, it has been found that it is appropriate to change the weight of the seed chuck, and the present invention has been completed.
【０００８】より具体的には、本発明は以下のようなも
のを提供する。[0008] More specifically, the present invention provides the following.
【０００９】（１） 単結晶を引上げるためのケーブル
その他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液
から単結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置の設計方法であって、単結晶の引上げをケーブル系の
共振回転数よりも低い結晶回転数で行う場合には、単結
晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移動
によってケーブル系の共振回転数が低下することを考慮
して、単結晶に発生する共振による結晶の振れ幅が許容
される範囲にシードチャックの重量及び／またはシード
チャックまでのケーブルの長さを設計することを特徴と
するケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の設計方法。(1) A method for designing a cable-type CZ single crystal pulling apparatus comprising a cable for pulling a single crystal and other pulling members, and pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method. When raising the crystal at a crystal rotation speed lower than the resonance speed of the cable system, consider that the resonance rotation speed of the cable system decreases due to the movement of the center of gravity on the pulling member when forming the shoulder portion of the single crystal. A cable-type CZ single crystal pulling apparatus characterized in that the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck are designed within a range in which the oscillation width of the crystal due to resonance generated in the single crystal is allowed. Design method.
【００１０】（２） 単結晶を引上げるためのケーブル
その他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液
から単結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置であって、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ
部材上の重心移動の際にケーブル系の共振回転数が低下
することに備えて、シードチャックの重量及び／または
シードチャックまでのケーブルの長さが設定されたケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。(2) A cable-type CZ single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal from a raw material melt by the CZ method, comprising a cable for pulling the single crystal and other pulling members, wherein a single crystal shoulder portion is provided. A cable type CZ method in which the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck is set in preparation for a decrease in the resonance rotation speed of the cable system during the movement of the center of gravity on the lifting member during formation. Single crystal pulling device.
【００１１】（３） ケーブル式ＣＺ法によって原料融
液から単結晶を引上げる単結晶引上げ方法であって、単
結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移
動の際にケーブル系の共振回転数が低下することを考慮
し、少なくとも単結晶直胴部における当該共振による結
晶の振れ幅が抑制される範囲に設定された長さの種絞り
を行って単結晶を引上げることを特徴とする単結晶引上
げ方法。(3) A single crystal pulling method for pulling a single crystal from a raw material melt by a cable type CZ method, wherein resonance of the cable system occurs when the center of gravity of the pulling member moves when forming the shoulder portion of the single crystal. Considering that the rotation speed is reduced, the single crystal is pulled up by performing a seed drawing of a length set at least in a range in which the oscillation width of the crystal due to the resonance in the single crystal straight body portion is suppressed. Single crystal pulling method.
【００１２】（４） ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置に使用されるシードチャックであって、既存のシード
チャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作さ
れていることを特徴とする共振抑制用のシードチャッ
ク。(4) A seed chuck used in a cable-type CZ single crystal pulling apparatus, wherein a component of an existing seed chuck is made of an inert high-density material member. Seed chuck for suppression.
【００１３】（５） 前記不活性高密度物質はタングス
テンであることを特徴とする（４）記載の共振抑制用の
シードチャック。(5) The seed chuck for suppressing resonance according to (4), wherein the inert high-density material is tungsten.
【００１４】（６） ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置に使用されるシードチャックの構成部材が不活性高密
度物質製部材で製作されていることにより、シリコン単
結晶インゴットの直胴部を安定して得る方法。(6) Since the constituent members of the seed chuck used in the cable-type CZ single crystal pulling apparatus are made of an inert high-density material member, the straight body of the silicon single crystal ingot can be stabilized. How to get.
【００１５】（７） 前記不活性高密度物質はタングス
テンであることを特徴とする（６）記載の方法。(7) The method according to (6), wherein the inert high-density material is tungsten.
【００１６】（８） シリコン単結晶インゴットの直胴
部を安定して得るための装置であることを特徴とする
（２）記載のケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。(8) The cable type CZ single crystal pulling apparatus according to (2), which is an apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot.
【００１７】（９） シリコン単結晶インゴットの直胴
部を安定して得るための装置であって、ケーブル系の共
振の抑制のためにシードチャックの構成部材が不活性高
密度物質製部材で構成されたものであることを特徴とす
るケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。(9) An apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot, wherein a constituent member of a seed chuck is made of an inert high-density material member to suppress resonance of a cable system. A cable-type CZ single crystal pulling apparatus characterized in that it has been manufactured.
【００１８】（１０） シリコン単結晶インゴットの直
胴部を、より高単結晶回転数で安定して得るための装置
であることを特徴とする（８）または（９）記載のケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。(10) The cable type CZ method according to (8) or (9), which is an apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot at a higher single crystal rotation speed. Single crystal pulling device.
【００１９】（１１） 長尺インゴット引き上げのため
に設定が変更された単結晶引上げ装置に対して使用され
る長尺インゴット引上げ対応用のシードチャックであっ
て、シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部
材で製作されていることを特徴とする長尺インゴット引
上げ対応用のシードチャック。(11) A seed chuck for pulling a long ingot used for a single crystal pulling apparatus whose setting is changed for pulling a long ingot, wherein a component of the seed chuck is an inert hight. A seed chuck for pulling a long ingot, wherein the seed chuck is made of a material made of high density material.
【００２０】（１２） （１１）記載のシードチャック
を使用することにより、ダッシュネック法によって形成
されるネック部分の短縮及び／または単結晶回転数の高
速化を図る方法。(12) A method of shortening the neck portion formed by the dash neck method and / or increasing the rotation speed of the single crystal by using the seed chuck described in (11).
【００２１】この「ネック部分の短縮」には、ネック部
分がゼロの場合、即ち種結晶にホウ素が所定の濃度で添
加される等のことによってダッシュネック法を採用する
必要が無くなり、ネック部分が全く存在しなくなるよう
な場合も含む。In the "shortening of the neck portion", it is not necessary to employ the dash neck method because the neck portion is zero, that is, boron is added to the seed crystal at a predetermined concentration. This includes the case where it does not exist at all.
【００２２】ここで、「不活性高密度物質」というの
は、ＣＺ炉内の雰囲気下で化学反応を起こさず、かつ、
モリブデンを超える高密度を有する物質のことを意味す
る。不活性高密度物質は、単体であっても化合物であっ
てもよく、好適なものとしては、タングステン単体やタ
ングステン化合物を挙げることができる。Here, the term "inert high-density substance" means that no chemical reaction occurs in an atmosphere in a CZ furnace, and
A material having a higher density than molybdenum is meant. The inert high-density substance may be a simple substance or a compound, and preferable examples include a tungsten simple substance and a tungsten compound.
【００２３】また、（４）及び（５）における不活性高
密度物質製部材への転換、（７）における不活性高密度
物質製部材での構成は、シードチャックの一部であって
もよい。また、かかる転換もしくは構成は、ケーブル系
の共振回転数に影響を与えるほどの重量の変化をシード
チャックに付与したような場合に、本発明の範囲に含ま
れる。The conversion to the inert high-density material member in (4) and (5) and the configuration of the inert high-density material member in (7) may be a part of the seed chuck. . Further, such a conversion or configuration is included in the scope of the present invention when a change in weight that affects the resonance speed of the cable system is given to the seed chuck.
【００２４】なお、上記（８）において「長尺インゴッ
ト引き上げのために設定が変更された」というのは、例
えば、ケーブル系におけるケーブル長（より具体的に言
い換えれば、ケーブル巻取り装置端から原料融液着液時
の種結晶までの距離）の初期設定が変更されたような場
合を意味する。In the above (8), "the setting has been changed for pulling up the long ingot" means, for example, the cable length in the cable system (more specifically, the material length from the end of the cable winding device. This means the case where the initial setting of the distance to the seed crystal at the time of melting is changed.
【００２５】ここで、本発明に係る単結晶引上げ装置に
おいては、シードチャックがタングステン製部材やタン
グステン化合物部材等の不活性高密度物質製部材を含む
ことによって、当該シードチャックの重量の増大が生じ
る。Here, in the single crystal pulling apparatus according to the present invention, since the seed chuck includes a member made of an inert high-density material such as a tungsten member or a tungsten compound member, the weight of the seed chuck increases. .
【００２６】一方、上段チャンバの長さを長くすると、
ケーブルも長くなり、ケーブル系の共振回転数が小さく
なるが、これは、少なくともインゴットの直胴部につい
ては、シードチャックの重量が増大することによって補
償される。そして、上段チャンバの長さが長く設定され
ていることにより、本装置によって安定して得られた長
い直胴部を備える単結晶を収容することができる。即
ち、本装置によれば、上段チャンバの長さを長くしてケ
ーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくなっ
た分については、シードチャックが重くされることによ
って防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行う
ことができると共に、上段チャンバの長さが長く設定さ
れていることにより、本装置によって安定して得られた
長い直胴部を備える単結晶を収容することができること
となるのである（上記（８））。On the other hand, if the length of the upper chamber is increased,
The length of the cable is longer and the resonance frequency of the cable system is lower, but this is compensated by the increase in the weight of the seed chuck, at least for the straight body of the ingot. Since the length of the upper chamber is set to be long, a single crystal having a long straight body stably obtained by the present apparatus can be accommodated. In other words, according to the present apparatus, the length of the upper chamber was increased to increase the length of the cable, and the resonance was likely to increase. And the length of the upper chamber is set to be long, so that a single crystal having a long straight body stably obtained by the present apparatus can be accommodated. ((8) above).
【００２７】そしてこれは、ネック部分が短縮され、そ
の分だけケーブルが長く設定された場合も同様であり、
ケーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくな
った分については、シードチャックが重くされることに
よって防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行
うことができ、ネック部分が短縮された分だけ長いイン
ゴットを得ることができるようになる（上記（９））。The same applies to the case where the neck portion is shortened and the cable is set longer by that amount.
As for the portion where the resonance is likely to increase with the length of the cable, the single crystal can be stably pulled up in a state where the seed chuck is prevented by being heavier, and the neck portion is shortened. Only a long ingot can be obtained ((9) above).
【００２８】なお、本発明に従えば、不活性高密度物質
製部材を含むことによって増大したシードチャックの重
量に応じて、引上げられたシリコン単結晶インゴットを
格納する上段チャンバの長さが長く設定される場合もあ
る。According to the present invention, the length of the upper chamber for storing the pulled silicon single crystal ingot is set longer according to the weight of the seed chuck increased by including the inert high-density material member. It may be done.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】図１は、本発明を説明するための
図であり、単結晶引上げ装置におけるケーブル系を「ケ
ーブル」と「シードチャック及び単結晶」とからなる振
り子系モデルとして表した図である。また、図２は、単
結晶の引上げを行う際の重心の移動を説明するための図
である。FIG. 1 is a view for explaining the present invention, in which a cable system in a single crystal pulling apparatus is represented as a pendulum system model consisting of a "cable" and a "seed chuck and a single crystal". FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining movement of the center of gravity when pulling a single crystal.
【００３０】図１に示されるように、単結晶引上げ装置
におけるケーブル系１０は、ケーブル巻取りドラム１１
と、このケーブル巻取りドラム１１で巻き上げられるケ
ーブル(タングステン製のワイヤ)１３と、ケーブル１３
の末端に取り付けられたシードチャック１４と、このシ
ードチャック１４から伸びるネック（種絞り部分）１５
と、このネック１５を使って原料融液１６から引き上げ
られる単結晶１７と、からなる。なお、上記のネック
（種絞り部分）１５については、シードチャック１４で
把持されたシード(種結晶)が種絞りされることによって
形成される（ダッシュネック法）。As shown in FIG. 1, the cable system 10 in the single crystal pulling apparatus includes a cable winding drum 11
A cable (tungsten wire) 13 wound by the cable winding drum 11 and a cable 13
Chuck 14 attached to the end of the head, and a neck (seed drawing portion) 15 extending from the seed chuck 14.
And a single crystal 17 pulled up from the raw material melt 16 using the neck 15. The neck (seed drawing portion) 15 is formed by seed drawing the seed (seed crystal) held by the seed chuck 14 (dash neck method).
【００３１】このような単結晶引上げ装置のケーブル系
１０は、図１に示されるように、ケーブル巻取りドラム
１１の部分を支点として揺れる振り子と想定することが
できる。そして、ケーブル系の共振回転数ｎを定める式
「ｎ＝（６０／２π）×（ｇ／Ｌ）1/2」のＬは、ケー
ブル巻取りドラム１１のケーブル巻出しのところからケ
ーブル系の重心のところまでの距離ということになる。As shown in FIG. 1, the cable system 10 of such a single crystal pulling apparatus can be assumed to be a pendulum that swings around the cable winding drum 11 as a fulcrum. L in the equation “n = (60 / 2π) × (g / L) 1/2 ” that determines the resonance speed n of the cable system is the center of gravity of the cable system from the position where the cable winding drum 11 unwinds the cable. It means the distance to the place.
【００３２】ここで、この「ケーブル系の重心」という
ものは、単結晶の引上げに伴って移動していく。即ち、
図２に示されるように、ケーブル系の重心Ｐは、ネック
１５が形成された状態（図２（ａ）の状態）ではシード
チャック１４上にあるが、単結晶１７の肩の部分１７ａ
が形成されると、単結晶１７の重量の増加に伴って下方
に移動して行く（図２（ｂ）の状態）。そして、単結晶
１７が引上げられている状態では、シードチャック１４
よりも単結晶１７のほうが重く、ケーブル系の重量の殆
どは単結晶１７のほうにあるという状態となるため、ケ
ーブル系の重心Ｐは単結晶１７上に存在するようにな
る。Here, the "center of gravity of the cable system" moves as the single crystal is pulled. That is,
As shown in FIG. 2, the center of gravity P of the cable system is on the seed chuck 14 in the state where the neck 15 is formed (the state of FIG. 2A), but the shoulder portion 17a of the single crystal 17
Is formed, it moves downward with an increase in the weight of the single crystal 17 (the state of FIG. 2B). Then, in a state where the single crystal 17 is pulled, the seed chuck 14 is pulled.
Since the single crystal 17 is heavier than the single crystal 17 and most of the weight of the cable system is in the single crystal 17, the center of gravity P of the cable system exists on the single crystal 17.
【００３３】このように、単結晶の引上げに伴い、単結
晶１７の肩の部分１７ａが形成される際に、ケーブル系
の重心Ｐが下方に移動するため、シード(種結晶)から計
測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数ｎの変化
を調べた場合には、ケーブル系の共振回転数ｎの変化は
単調増加にはならず、図３に示されるような３次曲線を
描くようになる（なお、図３中、図２（ａ）（ｂ）
（ｃ）で図示されているものに対応するところには、同
一の（ａ）（ｂ）（ｃ）を付してある）。即ち、単結晶
の引上げの際には、単結晶１７の肩の部分１７ａの形成
に至るまでには共振回転数ｎは単調に増加をして行く
が、肩の部分１７ａの形成の際に重心Ｐが下方に移動す
ることに伴って減少に転じ、極小部分αを形成して再び
増加に転じるのである。As described above, when the single crystal 17 is pulled up and the shoulder portion 17a of the single crystal 17 is formed, the center of gravity P of the cable system moves downward. When the change of the resonance speed n of the cable system with respect to the length is examined, the change of the resonance speed n of the cable system does not increase monotonously, but draws a cubic curve as shown in FIG. (Note that, in FIG. 3, FIG. 2 (a) and (b)
Parts corresponding to those shown in (c) are denoted by the same (a), (b), and (c)). That is, when the single crystal is pulled, the resonance speed n monotonically increases until the formation of the shoulder portion 17a of the single crystal 17, but the center of gravity increases when the shoulder portion 17a is formed. As P moves downward, it starts decreasing, forms a minimal portion α, and starts increasing again.
【００３４】ここで、回転させながら単結晶１７を成長
させるにあたって、単結晶１７の回転速度ｍ0に対し
て、単結晶引上げ装置のケーブル長その他のものが設定
されるが、本発明者らの研究によれば、従来の仮説によ
れば図３中の(ハ)のような単調増加の変化が想定されて
いたのに対し、図３中の（イ）及び（ロ）のように、単
結晶の引き上げに伴って共振回転数が低下し、極小部分
αを形成して再び上昇に転じるということが分かったの
である。そして更に言えば、図３中の（イ）は従来から
のモリブデン製のシードチャックを使用した場合の共振
回転数の変化を示したものであり、（ロ）はこれをタン
グステン製のシードチャックを使用した場合の共振回転
数の変化を示したものであるが、この図から明らかなよ
うに、タングステン製のシードチャックを使用した場合
には、極小部分αの部分の共振回転数が上がり、当該極
小部分αの部分の共振回転数が単結晶１７の回転速度ｍ
0から遠ざかることによる共振抑制効果が得られる。Here, when growing the single crystal 17 while rotating it, the cable length of the single crystal pulling apparatus and the like are set with respect to the rotation speed m 0 of the single crystal 17. According to research, according to the conventional hypothesis, a change in monotonic increase as shown in (c) in FIG. 3 was assumed, but as shown in (a) and (b) in FIG. It was found that as the crystal was pulled, the resonance rotation number was reduced, a minimal portion α was formed, and the crystal turned to increase again. Further, (a) in FIG. 3 shows the change in resonance speed when a conventional molybdenum seed chuck is used, and (b) shows the change in the tungsten seed chuck. The graph shows the change in resonance speed when used. As is clear from this figure, when a tungsten seed chuck is used, the resonance speed of the minimal portion α increases, The resonance speed of the portion of the minimum portion α is the rotation speed m of the single crystal 17.
A resonance suppression effect is obtained by moving away from zero .
【００３５】ここで、（イ）と（ロ）では、極小部分α
のところで、少なくともｎ＝０．５程度は開くように
（即ち、極小部分αのところにおいて共振回転数ｎが１
以上開くように）設定され、このような設定は、シード
チャックの重量、シードチャックまでのケーブルの長
さ、種絞りの部分の長さの調整を、それぞれ単独或いは
組み合せて行うようにすることによって、実現すること
ができる。そしてその中でも、モリブデン製の現行のシ
ードチャック１４の構成部材をタングステン製のものに
転換するのが最も簡易かつ効果的である。例えば、現行
のシードチャック１４の構成部材の５０％程度をタング
ステン製のものに転換することによって、上記（イ）か
ら（ロ）への変換（極小部分αのところにおいてｎが１
以上アップするように設定すること）を実現することが
できる。現行のシードチャック１４の構成部材のタング
ステン製のものへの転換は、好ましくは５０％以上、よ
り好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上、
一層好ましくは８０％以上、より一層好ましくは９０％
以上行うのが好ましい。なお、共振による単結晶１７の
振れ幅を抑制するための上記のような調整は、基本的に
は単結晶１７の直胴部の形成の際に行われるものであ
り、そこに入る前の工程（即ち、単結晶１７の肩の部分
１７ａの形成以前の工程）では、組まれた装置によって
定まる共振回転数を避けるように単結晶１７の回転数を
設定することができる。言い換えれば、例えば上記のよ
うにタングステン製のシードチャックに転換すること
は、少なくとも単結晶１７の直胴部の部分で所望の回転
数を確保したいがために行うものである。Here, in (a) and (b), the minimum part α
By the way, at least n = 0.5 is opened (that is, the resonance rotation speed n is 1 at the minimum portion α).
The setting is made such that the adjustment of the weight of the seed chuck, the length of the cable to the seed chuck, and the length of the portion of the seed aperture are performed individually or in combination. , Can be realized. Among them, it is easiest and most effective to convert the constituent members of the current seed chuck 14 made of molybdenum to those made of tungsten. For example, by converting about 50% of the current constituent members of the seed chuck 14 to those made of tungsten, the conversion from the above (a) to the above (b) (where n is 1 at the minimum portion α)
Setting to increase the above) can be realized. The conversion of the components of the current seed chuck 14 to tungsten is preferably at least 50%, more preferably at least 60%, even more preferably at least 70%,
More preferably 80% or more, even more preferably 90%
It is preferable to carry out the above. The above-described adjustment for suppressing the swing width of the single crystal 17 due to resonance is basically performed when the straight body of the single crystal 17 is formed. In the step (ie, before the formation of the shoulder portion 17a of the single crystal 17), the rotation speed of the single crystal 17 can be set so as to avoid the resonance rotation speed determined by the assembled device. In other words, for example, the conversion to the tungsten seed chuck as described above is performed in order to ensure a desired rotation speed at least in the straight body portion of the single crystal 17.
【００３６】図４は、本発明の実施の一態様としてのケ
ーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロ
ック図である。この図４に示されるように、この実施形
態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、装置の外殻を構成
するチャンバ２１が、それぞれ分離可能な状態で、上段
チャンバ２１Ｘと、中段チャンバ２１Ｙと、下段チャン
バ２１Ｚと、からなり、上段チャンバ２１Ｘ及び中段チ
ャンバ２１Ｙは、モータ２３の駆動力によって旋回軸Ｑ
を中心に旋回する。そして、上段チャンバ２１Ｘ、中段
チャンバ２１Ｙ、及び下段チャンバ２１Ｚは、単結晶１
７の引き上げを行う際には、上段チャンバ２１Ｘ及び中
段チャンバ２１Ｙがそれぞれ所定の位置にまで移動し、
下段チャンバ２１Ｚの上には中段チャンバ２１Ｙ、そし
て更に中段チャンバ２１Ｙの上には上段チャンバ２１Ｘ
が載置固定され、全体としてチャンバ２１を構成するこ
とになる。FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of a cable type CZ single crystal pulling apparatus as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the CZ method single crystal pulling apparatus according to this embodiment includes an upper chamber 21X, a middle chamber 21Y, and a chamber 21 forming an outer shell of the apparatus. The lower chamber 21Z includes an upper chamber 21X and a middle chamber 21Y.
Turn around. The upper chamber 21X, the middle chamber 21Y, and the lower chamber 21Z are each composed of a single crystal 1
7, the upper chamber 21X and the middle chamber 21Y move to predetermined positions, respectively.
A middle chamber 21Y is provided above the lower chamber 21Z, and an upper chamber 21X is provided further above the middle chamber 21Y.
Is mounted and fixed, and the chamber 21 is constituted as a whole.
【００３７】ここで、上段チャンバ２１Ｘには引き上げ
後の単結晶が収容される。本装置によれば、上段チャン
バ２１Ｘの長さを長くしてケーブル１３が長くなること
に伴って共振が増大した分については、例えばシードチ
ャック１４が重くされることによって防止された状態で
単結晶１７の安定した引き上げを行うことができる。そ
して、これと共に、上段チャンバ２１Ｘの長さが長く設
定されていることにより、本装置によって安定して得ら
れた長い直胴部を備える単結晶を収容することができる
こととなる。Here, the single crystal that has been pulled up is accommodated in the upper chamber 21X. According to the present apparatus, the increase in the resonance due to the increase in the length of the upper chamber 21X and the length of the cable 13 prevents the single crystal 17 from being prevented, for example, by making the seed chuck 14 heavier. Can be stably raised. In addition, since the length of the upper chamber 21X is set to be long, a single crystal having a long straight body portion stably obtained by the present apparatus can be accommodated.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上のような本発明によれば、簡易な構
成・機構によってケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の
ケーブル系の共振を防止することができ、単結晶の安定
した引き上げを実現することができる。また、本装置に
よれば、長い直胴部を備える単結晶インゴットが安定し
て得られることになる。According to the present invention as described above, the resonance of the cable system of the cable-type CZ single crystal pulling apparatus can be prevented with a simple structure and mechanism, and the stable pulling of the single crystal is realized. be able to. Further, according to the present apparatus, a single crystal ingot having a long straight body can be stably obtained.
【００３９】また、反射的効果として、ケーブル式ＣＺ
法単結晶引上げ装置において、結晶引き上げの際の結晶
回転数を上げることもできるようになる。As a reflective effect, a cable type CZ
In the method single crystal pulling apparatus, the crystal rotation speed at the time of pulling the crystal can be increased.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】 本発明を説明するための図であり、単結晶引
上げ装置におけるケーブル系を「ケーブル」と「シード
チャック及び単結晶」とからなる振り子系モデルとして
表した図である。FIG. 1 is a view for explaining the present invention, and is a view showing a cable system in a single crystal pulling apparatus as a pendulum system model composed of “cable” and “seed chuck and single crystal”.
【図２】 図２は、単結晶の引上げを行う際の重心の移
動を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining movement of the center of gravity when pulling a single crystal.
【図３】 単結晶引き上げの際、シード(種結晶)から計
測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数ｎの変化
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in resonance speed n of a cable system with respect to a crystal length measured from a seed (seed crystal) during pulling of a single crystal.
【図４】 本発明の実施の一態様としてのケーブル式Ｃ
Ｚ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロック図であ
る。FIG. 4 shows a cable type C according to an embodiment of the present invention.
It is a block diagram which shows the whole structure of a Z method single crystal pulling apparatus.
１０ ケーブル系 １１ ケーブル巻取りドラム １３ ケーブル(タングステン製のワイヤ) １４ シードチャック １５ ネック（種絞り部分） １６ 原料融液 １７ 単結晶 Ｐ ケーブル系の重心 １７ａ 単結晶１７の肩の部分 ｍ0 単結晶１７の回転速度 ２１ チャンバ ２１Ｘ 上段チャンバ ２１Ｙ 中段チャンバ ２１Ｚ 下段チャンバ ２３ モータ Ｑ 旋回軸DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cable system 11 Cable winding drum 13 Cable (tungsten wire) 14 Seed chuck 15 Neck (seed drawing part) 16 Raw material melt 17 Single crystal P Center of gravity of cable system 17a Shoulder part of single crystal 17 m 0 single crystal Rotation speed of 17 21 chamber 21X Upper chamber 21Y Middle chamber 21Z Lower chamber 23 Motor Q Swing axis
Claims (12)
の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液から単
結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の設
計方法であって、 単結晶の引上げをケーブル系の共振回転数よりも低い結
晶回転数で行う場合には、単結晶のショルダー部形成の
際の引き上げ部材上の重心移動によってケーブル系の共
振回転数が低下することを考慮して、単結晶に発生する
共振による結晶の振れ幅が許容される範囲にシードチャ
ックの重量及び／またはシードチャックまでのケーブル
の長さを設計することを特徴とするケーブル式ＣＺ法単
結晶引上げ装置の設計方法。1. A method for designing a cable-type CZ single crystal pulling apparatus, comprising a cable for pulling a single crystal and other pulling members, and pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method. When pulling is performed at a crystal rotation speed lower than the resonance speed of the cable system, consider that the resonance rotation speed of the cable system decreases due to the movement of the center of gravity on the pulling member when forming the shoulder portion of the single crystal. A cable-type CZ single crystal pulling apparatus characterized in that the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck are designed within a range in which the oscillation width of the crystal due to resonance generated in the single crystal is allowed. Design method.
の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液から単
結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置であ
って、 単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心
移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することに備
えて、シードチャックの重量及び／またはシードチャッ
クまでのケーブルの長さが設定されたケーブル式ＣＺ法
単結晶引上げ装置。2. A cable type CZ single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method, comprising a cable for pulling a single crystal and other pulling members, wherein a shoulder portion of the single crystal is formed. In order to reduce the resonance rotation speed of the cable system during the movement of the center of gravity on the lifting member at the time of lifting, the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck is set by the cable-type CZ method. Crystal pulling device.
単結晶を引上げる単結晶引上げ方法であって、 単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心
移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することを考
慮し、少なくとも単結晶直胴部における当該共振による
結晶の振れ幅が抑制される範囲に設定された長さの種絞
りを行って単結晶を引上げることを特徴とする単結晶引
上げ方法。3. A single crystal pulling method for pulling a single crystal from a raw material melt by a cable-type CZ method, wherein a resonance rotation of a cable system is performed when a center of gravity of a pulling member is moved when forming a shoulder portion of the single crystal. Considering that the number is reduced, the single crystal is pulled up by performing a seed drawing of a length set at least in a range in which the oscillation width of the crystal due to the resonance in the single crystal straight body portion is suppressed. Single crystal pulling method.
用されるシードチャックであって、既存のシードチャッ
クの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されてい
ることを特徴とする共振抑制用のシードチャック。4. A seed chuck for use in a cable-type CZ single crystal pulling apparatus, wherein a component of the existing seed chuck is made of an inert high-density material member. Seed chuck for
あることを特徴とする請求項４記載の共振抑制用のシー
ドチャック。5. The seed chuck according to claim 4, wherein the inert high-density material is tungsten.
用されるシードチャックの構成部材が不活性高密度物質
製部材で製作されていることにより、シリコン単結晶イ
ンゴットの直胴部を安定して得る方法。6. A straight body portion of a silicon single crystal ingot can be stably formed because a constituent member of a seed chuck used in a cable type CZ single crystal pulling apparatus is made of a member made of an inert high-density material. How to get.
あることを特徴とする請求項６記載の方法。7. The method of claim 6, wherein said inert high density material is tungsten.
定して得るための装置であることを特徴とする請求項２
記載のケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。8. An apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot.
The cable type CZ method single crystal pulling apparatus as described in the above.
定して得るための装置であって、ケーブル系の共振の抑
制のためにシードチャックの構成部材が不活性高密度物
質製部材で構成されたものであることを特徴とするケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。9. An apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot, wherein a constituent member of a seed chuck is formed of an inert high-density material member for suppressing resonance of a cable system. A cable-type CZ single crystal pulling apparatus characterized by the following.
を、より高単結晶回転数で安定して得るための装置であ
ることを特徴とする請求項８または９記載のケーブル式
ＣＺ法単結晶引上げ装置。10. A cable-type CZ single crystal pulling apparatus according to claim 8, wherein the apparatus is a device for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot at a higher single crystal rotation speed. apparatus.
が変更された単結晶引上げ装置に対して使用される長尺
インゴット引上げ対応用のシードチャックであって、 シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で
製作されていることを特徴とする長尺インゴット引上げ
対応用のシードチャック。11. A seed chuck for pulling a long ingot used for a single crystal pulling apparatus whose setting is changed for pulling a long ingot, wherein a component of the seed chuck is an inert high-density. A seed chuck for pulling a long ingot, wherein the seed chuck is made of a material member.
用することにより、ダッシュネック法によって形成され
るネック部分の短縮及び／または単結晶回転数の高速化
を図る方法。12. A method for shortening a neck portion formed by a dash neck method and / or increasing the rotation speed of a single crystal by using the seed chuck according to claim 11.
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- 2000-07-21 JP JP2000220095A patent/JP4684396B2/en not_active Expired - Lifetime
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