JP2004224585A - Method and apparatus for manufacturing single crystal - Google Patents

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JP2004224585A JP2003011032A JP2003011032A JP2004224585A JP 2004224585 A JP2004224585 A JP 2004224585A JP 2003011032 A JP2003011032 A JP 2003011032A JP 2003011032 A JP2003011032 A JP 2003011032A JP 2004224585 A JP2004224585 A JP 2004224585A
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Masahiko Urano
雅彦 浦野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for manufacturing a single crystal which realize automatic control over the whole process for manufacturing the single crystal by surely detecting the separation of the tail part of a single crystal from a molten liquid. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the single crystal by which the single crystal having a straight drum part is pulled from a raw material molten liquid in a crucible by the Czochralski method and the diameter of the straight drum part is gradually reduced to form a tail part which is then separated from the raw material molten liquid, the separation of the tail part from the raw material molten liquid is detected from a change in the weight of the single crystal. Preferably, voltage is applied between the single crystal and the crucible when the change in the weight of the single crystal shows zero and the separation of the tail part of the single crystal from the raw material molten liquid is detected by a fact that current is not passed between the single crystal and the crucible. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はチョクラルスキー法(Czochralski Method 、略してCZ法、または引上げ法とも称する)による単結晶の製造方法及びその製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CZ法によりシリコン単結晶を製造する際に使用する単結晶製造装置は、一般的に図4に示されるように構成されている。この単結晶製造装置40は、原料融液6を収容するルツボ1や発熱体(ヒータ)5を備えたメインチャンバー2と、原料融液6から引き上げた単結晶棒3を収容し、それを取り出すためのプルチャンバー4を有している。
【0003】
ルツボ1は、内側の石英ルツボと外側の黒鉛ルツボとからなり、ペデスタル7上に載置されて、下方に設けられたルツボ制御手段8により回転軸9を介して回転させながら昇降を行うことができるようになっている。ルツボ1の周囲には黒鉛材からなる発熱体5が配設されている。
また、メインチャンバー2の上方には、シリコン単結晶を所定の直径に制御して引き上げるために、育成中の単結晶棒3の直径を測定するための光学系装置(CCDカメラ)11を備えた直径測定器が設けられている。
【0004】
プルチャンバー4は、育成した単結晶を取り出すことができるように開放可能に構成されており、上方には、ワイヤー13(またはシャフト)を介して単結晶3を回転させながら引き上げる結晶引き上げ手段12が設置されている。
【0005】
このような装置40を用いてシリコン単結晶を製造するには、まず、原料である多結晶シリコンをルツボ1内に充填し、チャンバー2,4内をアルゴンガス雰囲気とした後、発熱体5で加熱して原料融液6とする。この後、上方より静かにワイヤー13を下降し、ワイヤー13下端のホルダー14に吊された、直径あるいは1辺が10〜20mm程度の円柱または角柱状の種結晶15を融液面10に着液させる。
【0006】
次いで、種結晶15を回転させながら単結晶を成長させるが、熱衝撃により種結晶に生じるスリップ転位や種結晶中に存在する転位を消滅させるため、種結晶15を回転させながら上方に静かに引上げて徐々に直径を細くするネッキングを行う。このネッキングでは、最小直径が3〜5mm程度になるまで絞り込みを行い、ネック部の長さが10〜20mm程度に達し、スリップ転位が完全に除去できたら引上げ速度と融液温度を調整して絞り部分を拡径し、単結晶棒のコーン部の育成に移行する。コーン部を所定の直径まで拡径した後、再度引上げ速度と融液温度を調整して単結晶棒の直胴部の育成に移る。
なお、単結晶の成長に伴って原料融液が減り、融液面10が下がるのに合わせてルツボ1を上昇させることで単結晶育成中の融液面10のレベルを一定に保ち、育成中の単結晶棒3が所定の直径となるように調整される。
【0007】
直胴部は、ウエーハの収率を高めるため、一定の直径とする必要があり、単結晶育成中は単結晶と融液との融液面境に生じる輝環(フュージョンリング)を光学系装置11により測定し、この測定値に基づいて、直胴部の直径がほぼ一定の値を維持して育成されるように、発熱体5の出力、単結晶の引上げ速度、ルツボ1の上昇速度等が制御される。
【0008】
直胴部を所定の長さになるまで成長させたら、結晶成長界面に存在した融液と単結晶間の熱平衡が崩れて結晶に急激な熱衝撃が加わり、スリップ転位や異常酸素析出等の品質異常が発生するのを防止するため、直径を直胴部から徐々に縮径して円錐状のテール部(丸め部)を形成した後、シリコン融液から単結晶の切り離し(離間)が行われる。その後、急激な温度変化が単結晶に加わらないように、徐々に融液面から距離を取りながら単結晶の温度を降下させ、常温付近まで下がったところで単結晶棒をプルチャンバー4から取り出し、シリコン単結晶の育成を終了する。
【0009】
昨今、このような一連のシリコン単結晶の育成工程において融液面10への種結晶15の着液から単結晶棒の直胴部の育成を経て、テール部の形成に至るまで自動化され、殆ど作業者の介入を必要とせずに単結晶棒の育成が可能となっている。
例えばCCDカメラを用いて直径を精度良く測定する装置なども提案されており(特許文献1及び特許文献2参照。)、高精度な自動制御が可能となっている。
【0010】
しかし、テール部の形成後、最終的に単結晶を融液面から切り離す段階の自動化は困難であった。特に、単結晶を融液面から切り離す際、単結晶棒に加わる熱衝撃の影響を小さくするために、テール部の直径を十分小さくしてから切り離す必要がある。さらに、テール部の長さは、このテール部の形成に伴う発熱体の熱の影響で直胴部に生じる異常な酸素析出を抑制するためにも所定の長さが必要とされる。すなわち、結晶の品質面から、テール部を所定の形状に制御した後、融液から離間する必要がある。
【0011】
そこで、近年、育成された単結晶のテール部が原料融液から離間したことを融液表面の温度変化から検出する方法が提案され(特許文献3参照。)、この方法は、メインチャンバーの上方に設けた温度センサーによりシリコン融液表面の温度を検出し、時間に対する温度変化量が急激に増大したときに単結晶のテール部が融液から離間したことを検出することができるというものである。
【0012】
【特許文献1】
特開平6−166590号公報
【特許文献2】
特公平7−26817号公報
【特許文献3】
特開2000−26197号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、融液表面の温度変化を検出する方法では、単結晶が融液表面から離間してから融液表面の温度が上昇するまでの間に時間遅れがあるという問題があった。また、炉内構造物が融液表面を遮り、温度センサーの設置場所に制約があるという問題があった。
【0014】
一方、単結晶のテール部が融液から離間したことを検出する他の方法として、例えば単結晶の成長界面に生じる輝環をCCDカメラなどの2次元カメラを用いた光学系装置により取り込み、画像を暗部と明部に2値化する画像処理を施して自動的に検出する方法が考えられる。しかしながら、テール部の形状は逆円錐形をしているため、チャンバー上部に取付けられた2次元カメラでは、テール部の形成が進んだ後半は輝環が単結晶の直胴部に隠れて撮影することができなくなったり、あるいは成長界面を上方斜めから撮影するため、輝環が不規則に歪み、テール部先端の形状や、融液面から離間したことを正確に捉えることは極めて困難であった。特に、昨今の結晶直径が200mm以上となるような大口径化に伴い、テール部の形成においては輝環がますます直胴部に隠れてしまうため検出が極めて困難となる。
【0015】
また、単結晶のテール部の育成のころにはルツボ内の融液量はかなり少なくなり、石英ルツボの壁および逆円錐形に形成されたテール部の尾部それ自体が融液面に映り込み、融液面に輝環とほぼ同程度の明るい部分が融液面上に現れる。この影響により2次元カメラで画像を取り込み2値化処理して制御を行う方法では、融液面での映り込み像と輝環の区別ができなくなり、制御不可能な状態に陥りやすいという問題がある。
【0016】
これらの問題により、テール部形成工程の後半からテール部を融液から切り離すまでの間は、作業者がチャンバー内を観察して結晶の離間を確認するなど、作業者の手動操作が行われており、全工程を通じてシリコン単結晶育成作業を自動化するのに大きな妨げとなっていた。
【0017】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、単結晶のテール部と融液との離間を確実に検出し、全工程にわたって自動制御を可能とする単結晶の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、チョクラルスキー法によりルツボ内の原料融液から直胴部を有する単結晶を引き上げ、前記直胴部を徐々に縮径してテール部を形成した後に前記原料融液から離間させる単結晶の製造方法において、前記テール部が前記原料融液から離間したことを前記単結晶の重量変化量から検出することを特徴とする単結晶の製造方法が提供される(請求項1)。
【0019】
このように、育成した単結晶の融液面からの離間を重量変化量から検出するようにすれば、従来の融液表面の温度変化から検出する場合に生じる検出の遅延の問題や、温度センサーの設置場所の制約を受ける問題もなく、融液と結晶との離間を確実に、かつ迅速に検出することができる。従って、単結晶棒のテール部の離間に際し、作業者が常にチャンバー内を観察して結晶と融液との離間を確認する作業は不要となり、融液に種結晶を着液してから育成された単結晶棒が融液から離間するまでの全工程を完全に自動化することもできる。また、結晶離間後も人手を介することなく自動的に次工程へ引上げ機の設定を移行させることも可能となり、作業者の負担を軽減することができる。
【0020】
この場合、引き上げ中の単結晶の重量を検出し、単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算して求め、単位時間または単位長さに対する重量変化量が0となった時をもって前記テール部が前記原料融液から離間したと判断することが好ましい(請求項2)。
【0021】
単結晶棒のテール部は直胴部から徐々に縮径して形成されるため、テール部の育成につれて融液と単結晶の接触面積が少しずつ減少し、重量の増加量も減少する。そして、テール部の形成が終了してシリコン融液から切り離されると、結晶重量の変化量が0となる。従って、時間軸または結晶の長さ軸に対する結晶の重量変化量の変曲点を捉らえれば、単結晶棒が融液から離間したことをより的確に判断することができる。
【0022】
さらに、前記単結晶の重量変化量が0となった時に単結晶とルツボとの間に電圧を印加し、または電流を流し、前記単結晶のテール部が前記原料融液から離間したことを前記単結晶とルツボとの間に電流が流れなくなることにより検出することが好ましい(請求項3)。
【0023】
直径が200mm以上、特に300mmの大口径の結晶を製造する場合には、結晶重量が200〜300kgにもなるため、結晶重量を検出するためのセンサーもそれに応じて高重量まで測定できる仕様とする必要がある。しかし、このような重量検出センサーの場合、検出分解能が低下することになるため、結晶が融液からまだ離間していないときでも重量変化量を0と誤検出してしまうおそれがある。そこで、上記のように単結晶の重量変化量が0となった時に単結晶とルツボとの間に直流あるいは交流の電圧を印加し、または直流あるいは交流の電流を流し、電流の流れが絶たれたことを検出することで、テール部が融液から離間したことを、より的確にかつ確実に検出することができる。
【0024】
また、単結晶の重量変化量が0となった時から所定時間経過後に前記単結晶のテール部が前記原料融液から確実に離間したと判断することもできる(請求項4)。
単結晶の重量変化量が0となったことを検出しても、特に高重量の単結晶の場合、実際にはテール部が融液から離間していないことがあるが、重量変化量が0となった時から所定時間、例えば数十分経過した後に単結晶のテール部が融液から離間したと判断するようにすれば、たとえ直径が300mm以上の大口径結晶を製造する場合にも単結晶のテール部が融液から離れたことを確実に判断することができる。
【0025】
また、前記単結晶のテール部が前記原料融液から離間したことを警報により作業者に知らせるようにすることが好ましい(請求項5)。
例えば、単結晶の単位時間または単位長さに対する重量変化量が0となった時、あるいはさらに単結晶とルツボとの間に電流が流れなくなった時、あるいは重量変化量が0となった時から所定時間経過後に警報音を吹鳴させるようにすれば、作業者が常に監視しなくてもテール部が原料融液から離間したことを知ることができ、作業負担を一層軽減することができる。
【0026】
また、本発明では、チョクラルスキー法により原料融液から単結晶を引き上げる際に使用する単結晶製造装置であって、少なくとも、前記原料融液を収容するルツボと前記原料融液を加熱する発熱体とを備えたチャンバーと、ワイヤーまたはシャフトを介して前記単結晶を回転させながら引き上げる結晶引き上げ手段と、前記ルツボを回転させながら昇降を行うルツボ制御手段とを有し、前記結晶引き上げ手段により引き上げられる単結晶の重量を検出する重量計と、検出した単結晶の重量の単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算処理して単結晶のテール部が融液から離間したことを検出する離間検出手段とをさらに備えたことを特徴とする単結晶の製造装置が提供される(請求光6)。
【0027】
このような構成の装置を用いて単結晶を製造すれば、単結晶の重量の単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算処理し、重量変化量が0となったことによって単結晶棒の融液からの離間を確実に検出することができる。従って、このような装置を用いて単結晶を育成し、テール部が融液から離間したことを重量変化量により自動的に検出するようにすれば、作業者を介することなく、結晶成長の全工程における自動化を推進することも可能となる。
【0028】
前記重量計としては、ロードセルを好適に使用することができる(請求項7)。
重量計をロードセルとすることにより高精度で安定的に単結晶の重量を検出することができ、信頼性を一層向上させることができる。
【0029】
また、ワイヤーまたはシャフトを通じて前記引き上げ中の単結晶とルツボとの間に電流が流れるように電圧源または電流源を備えることが好ましい(請求項8)。
このように単結晶とルツボとの間に電流を流すような直流あるいは交流の電圧源または直流あるいは交流の電流源を備えた装置とすれば、例えば直径200mm以上、特に300mmの大口径結晶を製造する場合でも、重量変化量が0となったことと、電流の流れが途絶えたことによって、融液から単結晶が離間したことをより正確に検出することができる。
【0030】
また、前記離間検出手段と連動させた警報機をさらに備えた装置とすることが好ましい(請求項9)。
このような警報機をさらに備えたものとすれば、結晶と融液との離間を警報音や警報ランプによって作業者に知らせることができるので、作業者の監視が不要となるとともに、単結晶の製造を一層自動化させることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
単結晶を育成させる場合、単結晶が成長されるに従い単結晶棒の重量が増加することになる。そして、単結晶を融液面から切り離す際、単結晶径を徐々に縮径させて逆円錐状のテール部を形成させることになるが、この時、結晶棒の重量増加は減少することになる。さらに、テール部が融液から離れると単結晶棒の重量増加量は0になる。
本発明者らは、単結晶の育成工程における単結晶棒の重量増加に着目し、単結晶棒と融液面とが離間したときの単結晶棒の急激な重量変化点を、単結晶引上げ終了の判断に利用することができることを見出し、本発明を完成させた。
【0032】
図1は、本発明に係る単結晶製造装置の一例を示したものである。この単結晶製造装置30は、従来の装置と同様、メインチャンバー2内に原料融液6を収容するルツボ1と原料融液を加熱する発熱体5とを備え、ルツボ1を回転させながら昇降を行うルツボ制御手段8とを有している。また、プルチャンバー4の上方には、ワイヤー13を介して単結晶3を回転させながら引き上げる結晶引き上げ手段12を備えており、さらに、結晶引き上げ手段により引き上げられる単結晶の重量を検出する重量計として、ロードセル16が設けられている。また、チャンバー2,4の外には制御装置17が設けられており、この制御装置17は、ロードセル16により検出した単結晶3の重量の単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算処理して単結晶3のテール部が融液から離間したことを検出する離間検出手段と、離間検出手段と連動させた警報機が備えられている。
【0033】
さらにこの単結晶製造装置では、ワイヤー13を通じて引き上げ中の単結晶とルツボとの間に電流が流れるように電圧源18が設けられており、電流が流れているか否かを検出するための電流計19と、電圧印加のON/OFFを行うスイッチ機構20が設けられている。
なお、ここで電圧源としたが、電流源に置き換えても良いし、直流であっても交流であっても良いことは言うまでもない。
【0034】
このような単結晶製造装置30を用いて単結晶の育成を行うことで、テール部が原料融液から離間したことを単結晶の重量変化量から検出することができる。
図2(A)(B)は、単結晶を製造する際の育成時間に対する重量変化量をモデル的に示したものである。図2(A)に見られるように、ネック部21を形成した後直胴部23を形成して所定の長さの結晶を得るところは時間の経過とともに結晶の重量は徐々に一定の割合で増加する。そして、テール部24の形成時においては重量増加は緩やかになり、さらにテール部24が融液から離間すると、重量増加は一定となる。ここでの重量増加量は0となる。従って、単結晶を製造する際、育成時間に対して単結晶の重量変化量を常時検出しておけば、テール部24が原料融液から離間したことを単結晶の重量変化量から検出することができる。
【0035】
図2(B)は、引き上げ中の単結晶を、単位時間あたりの重量変化量に換算して示したものである。図2(B)に見られるように、コーン部22の形成時には増加量が急激に上昇し、直胴部形成中は重量増加量は一定となる。テール部の形成時は重量がほぼ飽和し、重量増加量は急激に低下していく。そして、単結晶のテール部が融液から離間すると増加量は0となる。
【0036】
従って、単結晶育成中の単結晶の重量Wを検出し、育成時間をTで表わしたときに、時間軸に対する重量変化量dW/dTを演算して求め、dW/dTの値が急激に0となったときをもって単結晶のテール部が融液から離間したことを判断することができる。なお、結晶の長さは育成時間の経過に応じてほぼ一定に増加するため、結晶の単位長さあたりの重量変化量、すなわち、結晶長さをLとしたとき、長さ軸に対する重量変化量dW/dLを演算して求めることでテール部が融液から離間したことを同様に判断することができる。
【0037】
このように単結晶の重量変化量に基づいてテール部が原料融液から離間したことを検出することができるが、大口径結晶の長尺・高重量仕様のロードセルの場合、小さい値の精度が下がるため、検出分解能が低下する。従って、増加量を0と検出しても実際にはテール部が融液から離間していない場合がある。そこで、重量変化量による検出と電流による検出を併用することでテール部が原料融液から離間したことをより的確に判断することができる。
【0038】
図3はロードセルに接続された制御装置と信号の処理フローを示している。CCDカメラ(光学系)により撮影された画像情報で単結晶棒の直径を求め、この情報を引き上げ速度、温度等の制御系にフィードバックすることにより、各育成工程において単結晶棒の直径を所定の値に制御することができる。そして、テール部の形成(丸め工程)において、ロードセルにより結晶重量を測定するとともに単位時間あたりの結晶重量変化量(dW/dT)を演算する。そして、単結晶の重量変化量が0(dW/dT=0)となった時に、単結晶とルツボとの間に例えば直流12Vの電圧を印加し、電流を測定する。このとき、テール部が融液から離間していないときは育成した単結晶と融液を通して電流が流れるが、離間したときには電流が流れなくなる。従って、電流が流れなくなった時に結晶と融液が離間したことを判断して警報音を発するようにすれば、作業者に確実に知らせることができる。
【0039】
なお、単結晶と石英ルツボ間に電圧を印加して電流を流すことは古くから行われているが、単結晶の品質への影響が考えられ、また、長時間電流を流すと石英ルツボが変形するおそれがある。しかしながら、上記のように結晶の重量変化量が0となった時に電流を流すようにすれば、テール部が融液から離間していなくても、短時間のうちに離間して電流の流れが途絶えることになるため、育成された単結晶や石英ルツボへ与える影響は殆どない。
【0040】
また、電流の有無を検出することのほかに、単結晶の重量変化量が0となった時から所定時間経過後に単結晶のテール部が原料融液から確実に離間したと判断することもできる。例えば、増加量が0となっても実際にはテール部が融液から離間していない場合、増加量が0となってから実際にテール部が融液から離間するまでの時間を予め測っておき、増加量が0となった時から少なくともその時間が経過するところでテール部が融液から確実に離間したと判断することができる。このような方法によれば、結晶と融液との間に電流を流すための装置を設ける必要が無く、簡易に判断することができる。
【0041】
なお、本発明者らによる実験によれば、直径300mmの結晶では、重量変化が0となった時点で直径20mm程度が湯面に接触している状態となっている場合があった。引き上げ速度は品種によって0.4〜1.0mm/min程度であるので、重量変化量が0となった時から引き上げ軸方向に最低30mm上がる時間(30分以上)を経過させた後に単結晶のテール部が融液から離間したと判断すれば良い。
【0042】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
<実施例1>
図1に示したような単結晶引き上げ装置であり、ここでは直径6インチ(150mm)、50kg以下の単結晶引上げ装置を用い、ルツボ中に原料多結晶シリコンを充填し、加熱、溶融後、ワイヤーの下端に保持された種結晶を融液に着液させた。種結晶の温度が融液温度と同程度になった後、融液の温度、引き上げ速度を調整して、ネック部、コーン部、肩部を順に育成し、その後、一定の直径を有する直胴部を形成した。直胴部が所定の長さに達した後、引上げ速度と融液の温度を上げ、結晶径を徐々に減少させてテール部を形成した。
【0043】
テール部の育成工程においては、ロードセルに接続された、コンピュータ内蔵の制御装置により重量変化量dW/dT値を逐一求めるようにした。そして、dW/dT=0(重量変化量が0)になったときを、単結晶のテール部と融液との離間、すなわち単結晶棒の成長終了と判定した。
制御装置が単結晶棒のテール部と融液との離間を判定すると、単結晶棒は、融液面から徐々に距離を取り、急激な温度変化を避けながら単結晶の温度を降下させ、常温付近まで下がったところで単結晶棒をプルチャンバーから取り出し、単結晶の育成を終了した。
【0044】
このように融液への種結晶の着液から単結晶の育成を終了し、単結晶棒を装置から取り出すまでの全工程にわたって無人自動制御が可能となった。
また、製造された単結晶棒は高品質でウエーハ収率の高いものであった。
【0045】
<実施例2>
直径12インチ(300mm)、200kg以上の大口径単結晶、長尺・高重量結晶用の装置においては、ロードセルにより常時結晶重量を検出し制御装置に信号を送り、丸め工程開始時から結晶重量の変化の演算を開始した。
結晶重量の変化が無くなった時(単位時間あるいは単位長さ当たりの結晶重量の増加が0となった時、つまり結晶重量の変化が検出限界以下になったときを示す)を丸め終了付近と判断した。丸め終了付近と判断されてからワイヤーとルツボ間に交流の電圧12Vを印加して流れる電流を検出し、検出電流が流れなくなった時を丸め終了と判断した。
これにより、テール部が融液から離間したことを正確に検出することができた。ここでも融液への種結晶の着液から単結晶の育成を終了し、単結晶棒を装置から取り出すまでの全工程にわたって無人自動制御が可能となった。
また、製造された単結晶棒は高品質でウエーハ収率の高いものであった。
【0046】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、単結晶のテール部が融液から離間したことを、単結晶棒の重量変化量から検出するものであり、特に、直径が200mmを超える大口径で高重量の単結晶を育成する場合には、単結晶の重量変化量が0となった時に単結晶とルツボとの間に電圧を印加して電流が流れなくなることによりテール部が原料融液から離間したことを瞬時に確実に判断することができる。
【0048】
従って、これまで困難とされてきた融液からの単結晶の離間を自動的に検出でき、単結晶製造の全プロセスに亙って無人自動制御による製造も可能となり、例えば、複数の引上げ機を一ヶ所で管理する引上げ装置の集中監視システムの導入に大きく寄与することができる。また昨今、大口径・長尺結晶製造のため、引上げ装置周囲に磁石を配置したMCZ機の導入が進んでいるが、本発明を適用することで、作業者を高磁界内に留めることなく単結晶を製造することができ、作業者の身体への負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
【図2】本発明により単結晶を製造する際の育成時間に対する重量変化をモデル的に示した図である。
(A)育成時間に対する結晶重量
(B)育成時間に対する単位時間あたりの重量変化量
【図3】本発明に係る単結晶製造方法の一例を示すフロー図である。
【図4】従来の単結晶製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1…ルツボ、 2…メインチャンバー、 3…単結晶棒、
4…プルチャンバー、 5…発熱体(ヒーター)、 6…原料融液、
7…ペデスタル、 8…ルツボ回転機構、 9…ルツボ回転軸、
10…融液面、 11…光学系装置(CCDカメラ)、
12…結晶引き上げ回転機構、 13…ワイヤー、 14…ホルダー、
15…種結晶、 16…ロードセル、 17…制御装置、 18…電圧源、
19…電流計、 20…スイッチ機構、 21…ネック部、 22…コーン部、
23…直胴部、 24…テール部。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a single crystal by the Czochralski Method (Czochralski Method, also referred to as CZ method or pulling method) and an apparatus for producing the same.
[0002]
[Prior art]
A single crystal manufacturing apparatus used when manufacturing a silicon single crystal by the CZ method is generally configured as shown in FIG. The single crystal production apparatus 40 accommodates a crucible 1 for accommodating the raw material melt 6 and a main chamber 2 having a heating element (heater) 5 and a single crystal rod 3 pulled up from the raw material melt 6 and takes it out. And a pull chamber 4.
[0003]
The crucible 1 is composed of an inner quartz crucible and an outer graphite crucible. The crucible 1 is mounted on a pedestal 7 and can be moved up and down while being rotated via a rotating shaft 9 by a crucible control means 8 provided below. I can do it. A heating element 5 made of a graphite material is disposed around the crucible 1.
In addition, an optical system (CCD camera) 11 for measuring the diameter of the growing single crystal rod 3 is provided above the main chamber 2 to control and pull up the silicon single crystal to a predetermined diameter. A diameter measuring device is provided.
[0004]
The pull chamber 4 is configured to be openable so that the grown single crystal can be taken out, and a crystal pulling means 12 for pulling the single crystal 3 while rotating the single crystal 3 via a wire 13 (or a shaft) is provided above. is set up.
[0005]
In order to manufacture a silicon single crystal using such an apparatus 40, first, polycrystalline silicon as a raw material is filled in a crucible 1 and the chambers 2 and 4 are set to an argon gas atmosphere. Heat to obtain a raw material melt 6. Thereafter, the wire 13 is gently lowered from above, and a columnar or prismatic seed crystal 15 having a diameter or a side of about 10 to 20 mm suspended from the holder 14 at the lower end of the wire 13 is immersed in the melt surface 10. Let it.
[0006]
Next, the single crystal is grown while rotating the seed crystal 15, but the seed crystal 15 is gently pulled upward while rotating the seed crystal 15 in order to eliminate slip dislocations generated in the seed crystal and dislocations existing in the seed crystal due to thermal shock. Necking to gradually reduce the diameter. In this necking, squeezing is performed until the minimum diameter is about 3 to 5 mm. When the length of the neck reaches about 10 to 20 mm and slip dislocations can be completely removed, the pulling speed and melt temperature are adjusted to reduce the squeezing. The diameter of the portion is expanded, and the process shifts to growing the cone portion of the single crystal rod. After expanding the cone to a predetermined diameter, the pulling speed and the melt temperature are adjusted again, and the process proceeds to the growth of the straight body of the single crystal rod.
It should be noted that the raw material melt decreases with the growth of the single crystal, and the crucible 1 is raised in accordance with the lowering of the melt surface 10, so that the level of the melt surface 10 during the growth of the single crystal is maintained at a constant level. Is adjusted so that the single crystal rod 3 has a predetermined diameter.
[0007]
The straight body must have a constant diameter in order to increase the yield of the wafer. During growth of the single crystal, a bright ring (fusion ring) generated at the melt boundary between the single crystal and the melt is formed by an optical system. 11, the output of the heating element 5, the pulling speed of the single crystal, the rising speed of the crucible 1, etc., so that the diameter of the straight body is maintained with a substantially constant value based on the measured value. Is controlled.
[0008]
When the straight body is grown to a predetermined length, the thermal equilibrium between the melt and the single crystal present at the crystal growth interface collapses and a sudden thermal shock is applied to the crystal, resulting in quality such as slip dislocation and abnormal oxygen precipitation. In order to prevent the occurrence of abnormalities, the diameter is gradually reduced from the straight body to form a conical tail (rounded portion), and then the single crystal is separated (separated) from the silicon melt. . Thereafter, the temperature of the single crystal is lowered while gradually increasing the distance from the melt surface so that a rapid temperature change is not applied to the single crystal. The growth of the single crystal is completed.
[0009]
In recent years, in such a series of silicon single crystal growing steps, the steps from the deposition of the seed crystal 15 on the melt surface 10 to the growth of the straight body of the single crystal rod to the formation of the tail portion have been automated. Single crystal rods can be grown without the need for operator intervention.
For example, a device for accurately measuring the diameter using a CCD camera has been proposed (see Patent Document 1 and Patent Document 2), and highly accurate automatic control is possible.
[0010]
However, it has been difficult to automate the step of finally separating the single crystal from the melt surface after the formation of the tail portion. In particular, when the single crystal is separated from the melt surface, it is necessary to reduce the diameter of the tail portion sufficiently before cutting in order to reduce the effect of thermal shock applied to the single crystal rod. Furthermore, the length of the tail portion is required to be a predetermined length in order to suppress abnormal oxygen precipitation generated in the straight body portion due to the influence of heat of the heating element accompanying the formation of the tail portion. That is, from the viewpoint of crystal quality, it is necessary to separate the tail portion from the melt after controlling the tail portion to a predetermined shape.
[0011]
Therefore, in recent years, a method has been proposed for detecting the separation of the tail portion of the grown single crystal from the raw material melt from the temperature change on the melt surface (see Patent Document 3). The temperature of the silicon melt surface is detected by the temperature sensor provided in the sensor, and it is possible to detect that the tail portion of the single crystal has separated from the melt when the amount of temperature change with time increases rapidly. .
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-6-166590
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 7-26817
[Patent Document 3]
JP 2000-26197 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of detecting a temperature change on the melt surface has a problem that there is a time delay between the time when the single crystal is separated from the melt surface and the time when the temperature on the melt surface rises. Further, there is a problem that the furnace internal structure blocks the surface of the melt and there is a restriction on a place where the temperature sensor is installed.
[0014]
On the other hand, as another method for detecting that the tail portion of the single crystal has separated from the melt, for example, a bright ring generated at the growth interface of the single crystal is captured by an optical device using a two-dimensional camera such as a CCD camera, and an image is captured. Can be conceived by applying image processing for binarizing a dark portion and a bright portion to automatically detect the image. However, because the shape of the tail is an inverted cone, the two-dimensional camera mounted on the upper part of the chamber captures the bright ring in the latter half of the formation of the tail, hidden behind the single crystal straight body. It is difficult to accurately capture the shape of the tail ring and the distance from the melt surface because the bright ring is irregularly distorted because it becomes impossible or the growth interface is photographed obliquely from above. . In particular, with the recent increase in the diameter of the crystal to 200 mm or more, in the formation of the tail portion, the bright ring becomes more and more hidden in the straight body, making detection extremely difficult.
[0015]
Also, at the time of growing the tail portion of the single crystal, the amount of melt in the crucible is considerably reduced, and the tail of the quartz crucible wall and the tail portion formed in an inverted cone shape are reflected on the melt surface, On the melt surface, a bright portion almost as bright as the bright ring appears on the melt surface. Due to this effect, in the method of controlling by taking in an image with a two-dimensional camera and performing binarization processing, it is not possible to distinguish the reflected image on the melt surface from the bright ring, and it is easy to fall into an uncontrollable state. is there.
[0016]
Due to these problems, during the latter half of the tail part forming process until the tail part is separated from the melt, the operator performs manual operations such as observing the inside of the chamber and confirming the separation of crystals. This has been a great hindrance to automating the silicon single crystal growing operation throughout the entire process.
[0017]
The present invention has been made in view of such a problem, and a method and apparatus for manufacturing a single crystal capable of reliably detecting the separation between the tail portion of the single crystal and the melt and enabling automatic control over the entire process. The purpose is to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the present invention, a single crystal having a straight body is pulled up from a raw material melt in a crucible by the Czochralski method, and the straight body is gradually reduced in diameter to form a tail. A method for producing a single crystal, which is separated from the raw material melt after the method, wherein the method for producing a single crystal, wherein the tail portion is separated from the raw material melt is detected from the weight change amount of the single crystal. Provided (Claim 1).
[0019]
As described above, if the separation of the grown single crystal from the melt surface is detected from the amount of change in weight, there is a problem of detection delay that occurs when the conventional single crystal is detected from the change in temperature of the melt surface, and the temperature sensor The separation between the melt and the crystal can be reliably and promptly detected without any problem due to restrictions on the installation location of the crystal. Therefore, when separating the tail portion of the single crystal rod, it is not necessary for an operator to always observe the inside of the chamber and check the separation between the crystal and the melt, and the seed crystal is grown after the seed crystal is immersed in the melt. The entire process until the single crystal rod is separated from the melt can be completely automated. Further, even after the separation of the crystal, the setting of the pulling machine can be automatically transferred to the next step without manual operation, and the burden on the operator can be reduced.
[0020]
In this case, the weight of the single crystal being pulled is detected, and the weight change per unit time or per unit length is calculated and obtained. It is preferable to determine that the tail is separated from the raw material melt (claim 2).
[0021]
Since the tail portion of the single crystal rod is formed by gradually reducing the diameter from the straight body portion, the contact area between the melt and the single crystal gradually decreases as the tail portion grows, and the increase in weight also decreases. When the tail portion is formed and separated from the silicon melt, the amount of change in the crystal weight becomes zero. Therefore, by grasping the inflection point of the weight change of the crystal with respect to the time axis or the length axis of the crystal, it can be more accurately determined that the single crystal rod has separated from the melt.
[0022]
Further, when the weight change of the single crystal becomes 0, a voltage is applied between the single crystal and the crucible, or an electric current is passed, and the fact that the tail portion of the single crystal is separated from the raw material melt is described. It is preferable that the detection is performed by preventing the current from flowing between the single crystal and the crucible (claim 3).
[0023]
When manufacturing a large-diameter crystal having a diameter of 200 mm or more, particularly 300 mm, the weight of the crystal becomes as large as 200 to 300 kg, so that the sensor for detecting the weight of the crystal is designed to measure up to a high weight accordingly. There is a need. However, in the case of such a weight detection sensor, since the detection resolution is reduced, the weight change amount may be erroneously detected as 0 even when the crystal is not yet separated from the melt. Therefore, when the weight change of the single crystal becomes 0 as described above, a DC or AC voltage is applied between the single crystal and the crucible, or a DC or AC current is passed, and the current flow is interrupted. By detecting that the tail portion has separated from the melt, it can be detected more accurately and reliably.
[0024]
In addition, it can be determined that the tail portion of the single crystal has certainly separated from the raw material melt after a lapse of a predetermined time from when the weight change amount of the single crystal has become zero (claim 4).
Even if it is detected that the weight change of the single crystal has become zero, the tail part may not actually be separated from the melt in the case of a particularly heavy single crystal. If it is determined that the tail portion of the single crystal has separated from the melt after a lapse of a predetermined time, for example, several tens of minutes, the single crystal is manufactured even when a large-diameter crystal having a diameter of 300 mm or more is manufactured. It can be reliably determined that the tail of the crystal has separated from the melt.
[0025]
Further, it is preferable that an operator be notified by an alarm that the tail portion of the single crystal has separated from the raw material melt (claim 5).
For example, when the weight change per unit time or unit length of the single crystal becomes 0, or when the current stops flowing between the single crystal and the crucible, or when the weight change becomes 0 If an alarm is sounded after a lapse of a predetermined time, it is possible for the operator to know that the tail has separated from the raw material melt without constantly monitoring, and it is possible to further reduce the work load.
[0026]
Further, according to the present invention, there is provided a single crystal manufacturing apparatus used for pulling a single crystal from a raw material melt by the Czochralski method, wherein at least a crucible containing the raw material melt and a heat generating source for heating the raw material melt are used. And a crucible control means for raising and lowering the single crystal while rotating the crucible by rotating the single crystal via a wire or a shaft. A weighing scale that detects the weight of the single crystal that is detected, and calculates the weight change per unit time or unit length of the detected single crystal to detect that the tail of the single crystal has separated from the melt The apparatus for producing a single crystal is further provided with a separation detecting means for performing the separation (light 6).
[0027]
When a single crystal is manufactured using the apparatus having such a configuration, the amount of change in weight of the single crystal per unit time or per unit length is calculated, and the amount of change in the weight of the single crystal becomes zero. The separation of the rod from the melt can be reliably detected. Therefore, if a single crystal is grown using such an apparatus and the fact that the tail is separated from the melt is automatically detected based on the amount of weight change, the entire crystal growth can be performed without the intervention of an operator. It is also possible to promote automation in the process.
[0028]
A load cell can be suitably used as the weighing scale (claim 7).
By using the load cell as the weigh scale, the weight of the single crystal can be detected with high accuracy and stability, and the reliability can be further improved.
[0029]
Preferably, a voltage source or a current source is provided so that a current flows between the single crystal being pulled and the crucible through a wire or a shaft (claim 8).
Thus, if the apparatus is provided with a DC or AC voltage source or a DC or AC current source that allows a current to flow between the single crystal and the crucible, for example, a large-diameter crystal having a diameter of 200 mm or more, particularly 300 mm can be manufactured. Even in this case, the fact that the single crystal has separated from the melt can be detected more accurately because the weight change amount has become zero and the current flow has been interrupted.
[0030]
Further, it is preferable that the apparatus further includes an alarm linked to the separation detecting means (claim 9).
If such a warning device is further provided, the worker can be notified of the separation between the crystal and the melt by a warning sound or a warning lamp, so that monitoring of the worker becomes unnecessary and the single crystal Manufacturing can be further automated.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited thereto.
When growing a single crystal, the weight of the single crystal rod increases as the single crystal grows. When the single crystal is separated from the melt surface, the diameter of the single crystal is gradually reduced to form an inverted conical tail portion. At this time, the weight increase of the crystal rod is reduced. . Furthermore, when the tail part moves away from the melt, the weight increase of the single crystal rod becomes zero.
The present inventors paid attention to the increase in the weight of the single crystal rod in the single crystal growing process, and determined the point at which the single crystal rod suddenly changed in weight when the single crystal rod was separated from the melt surface. The present invention was completed by finding that the present invention can be utilized for the determination.
[0032]
FIG. 1 shows an example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. This single crystal manufacturing apparatus 30 includes a crucible 1 for accommodating a raw material melt 6 in a main chamber 2 and a heating element 5 for heating the raw material melt, as in the conventional apparatus, and moves up and down while rotating the crucible 1. And a crucible control means 8 for performing the operation. Above the pull chamber 4, a crystal pulling means 12 for pulling the single crystal 3 while rotating it via a wire 13 is provided, and further as a weighing scale for detecting the weight of the single crystal pulled by the crystal pulling means. , A load cell 16 are provided. Further, a control device 17 is provided outside the chambers 2 and 4, and the control device 17 calculates a weight change amount per unit time or unit length of the weight of the single crystal 3 detected by the load cell 16. There are provided separation detecting means for detecting that the tail portion of the single crystal 3 has been separated from the melt by processing, and an alarm interlocked with the separation detecting means.
[0033]
Further, in this single crystal manufacturing apparatus, a voltage source 18 is provided so that a current flows between the single crystal being pulled up through the wire 13 and the crucible, and an ammeter for detecting whether or not the current is flowing. 19 and a switch mechanism 20 for turning ON / OFF the voltage application.
Although the voltage source is used here, it is needless to say that the voltage source may be replaced with a current source, or a direct current or an alternating current may be used.
[0034]
By growing a single crystal using such a single crystal manufacturing apparatus 30, it is possible to detect from the amount of change in the weight of the single crystal that the tail portion has separated from the raw material melt.
FIGS. 2A and 2B schematically show the amount of weight change with respect to the growing time when a single crystal is manufactured. As shown in FIG. 2 (A), where the neck portion 21 is formed and then the straight body portion 23 is formed to obtain a crystal of a predetermined length, the weight of the crystal gradually increases at a constant rate over time. To increase. When the tail portion 24 is formed, the weight increase becomes gradual, and when the tail portion 24 is separated from the melt, the weight increase becomes constant. Here, the weight increase amount is zero. Therefore, when the single crystal is manufactured, if the amount of change in weight of the single crystal with respect to the growing time is always detected, it is possible to detect from the amount of change in weight of the single crystal that the tail portion 24 has separated from the raw material melt. Can be.
[0035]
FIG. 2B shows the single crystal being pulled in terms of the amount of weight change per unit time. As shown in FIG. 2B, the amount of increase increases sharply when the cone portion 22 is formed, and the amount of weight increase becomes constant during formation of the straight body portion. When the tail portion is formed, the weight is substantially saturated, and the weight increase rapidly decreases. When the tail portion of the single crystal is separated from the melt, the increase amount becomes zero.
[0036]
Therefore, when the weight W of the single crystal during the growth of the single crystal is detected and the growth time is represented by T, the weight change dW / dT with respect to the time axis is calculated and obtained, and the value of dW / dT suddenly becomes 0. It can be determined that the tail portion of the single crystal has been separated from the melt when. In addition, since the length of the crystal increases almost constantly as the growth time elapses, the amount of weight change per unit length of the crystal, that is, when the crystal length is L, the amount of weight change with respect to the length axis By calculating and calculating dW / dL, it can be similarly determined that the tail has separated from the melt.
[0037]
As described above, it is possible to detect that the tail portion is separated from the raw material melt based on the amount of change in weight of the single crystal. Therefore, the detection resolution decreases. Therefore, even if the increase is detected as 0, the tail may not actually be separated from the melt. Therefore, by using the detection based on the amount of change in weight and the detection based on the electric current together, it is possible to more accurately determine that the tail portion is separated from the raw material melt.
[0038]
FIG. 3 shows a control device connected to the load cell and a signal processing flow. The diameter of the single crystal rod is determined from image information captured by a CCD camera (optical system), and this information is fed back to a control system such as a pulling speed and a temperature, so that the diameter of the single crystal rod can be set to a predetermined value in each growing step. Value can be controlled. Then, in the formation of the tail portion (rounding step), the crystal weight is measured by the load cell, and the amount of change in crystal weight per unit time (dW / dT) is calculated. When the weight change of the single crystal becomes 0 (dW / dT = 0), a voltage of, for example, DC 12 V is applied between the single crystal and the crucible, and the current is measured. At this time, when the tail portion is not separated from the melt, current flows through the grown single crystal and the melt, but when separated, no current flows. Therefore, if it is determined that the crystal and the melt have separated from each other when the current stops flowing, and an alarm sound is issued, the operator can be reliably informed.
[0039]
It has long been practiced to apply a voltage between a single crystal and a quartz crucible to cause a current to flow, but this may have an effect on the quality of the single crystal. There is a possibility that. However, if the current is caused to flow when the weight change amount of the crystal becomes 0 as described above, even if the tail portion is not separated from the melt, the current flow is separated in a short time and the current flows. Since it is discontinued, there is almost no effect on the grown single crystal or quartz crucible.
[0040]
In addition to detecting the presence or absence of an electric current, it can also be determined that the tail portion of the single crystal has separated from the raw material melt after a lapse of a predetermined time from when the weight change amount of the single crystal becomes zero. . For example, if the tail is not actually separated from the melt even if the increase becomes zero, the time from when the increase becomes zero to the actual separation of the tail from the melt is measured in advance. It can be determined that the tail part has surely separated from the melt at least at the time when the amount of increase has become zero. According to such a method, it is not necessary to provide a device for flowing a current between the crystal and the melt, and the determination can be made easily.
[0041]
According to an experiment conducted by the present inventors, in a crystal having a diameter of 300 mm, about 20 mm in diameter may be in contact with the molten metal surface when the weight change becomes zero. Since the pulling speed is about 0.4 to 1.0 mm / min depending on the product type, after a time of at least 30 mm (30 minutes or more) in the pulling axial direction from the time when the weight change becomes 0, the single crystal is removed. What is necessary is just to determine that the tail part was separated from the melt.
[0042]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
<Example 1>
This is a single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 1, in which a crucible is filled with the raw material polycrystalline silicon, heated and melted, and then the wire is drawn using a single crystal pulling apparatus having a diameter of 6 inches (150 mm) and 50 kg or less. The seed crystal held at the lower end of the sample was immersed in the melt. After the temperature of the seed crystal becomes about the same as the melt temperature, the temperature of the melt and the pulling speed are adjusted to grow the neck, cone, and shoulder in order, and then a straight body with a constant diameter Part was formed. After the straight body reached a predetermined length, the pulling speed and the temperature of the melt were increased, and the crystal diameter was gradually reduced to form a tail.
[0043]
In the tail growing process, the weight change dW / dT value was determined one by one by a control device built in a computer connected to the load cell. Then, when dW / dT = 0 (the amount of change in weight was 0), it was determined that the gap between the tail portion of the single crystal and the melt, that is, the growth of the single crystal rod was completed.
When the control device determines the separation between the melt and the tail portion of the single crystal rod, the single crystal rod gradually increases the distance from the melt surface, lowers the temperature of the single crystal while avoiding a sudden temperature change, and reduces the temperature of the single crystal to room temperature. When lowered to the vicinity, the single crystal rod was removed from the pull chamber, and the growth of the single crystal was completed.
[0044]
In this way, unattended automatic control is possible over the entire process from the completion of the growth of the single crystal from the deposition of the seed crystal on the melt to the removal of the single crystal rod from the apparatus.
Moreover, the manufactured single crystal rod was of high quality and high wafer yield.
[0045]
<Example 2>
In a device for a large-diameter single crystal having a diameter of 12 inches (300 mm), 200 kg or more, and a long and heavy crystal, the weight of the crystal is constantly detected by a load cell and a signal is sent to a control device. Calculation of change has started.
When the change in the crystal weight has ceased (when the increase in the crystal weight per unit time or unit length has become zero, that is, when the change in the crystal weight has fallen below the detection limit), it is judged to be near the end of rounding. did. After it was determined that the rounding had been completed, a current flowing by applying an AC voltage of 12 V between the wire and the crucible was detected, and when the detected current stopped flowing, it was determined that the rounding was completed.
Thereby, it was possible to accurately detect that the tail part was separated from the melt. Also in this case, unattended automatic control became possible over the entire process from completion of the growth of the single crystal from the deposition of the seed crystal on the melt to the removal of the single crystal rod from the apparatus.
Moreover, the manufactured single crystal rod was of high quality and high wafer yield.
[0046]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and any embodiment having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect will be described. It is included in the technical scope of the invention.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the separation of the tail portion of the single crystal from the melt is detected from the amount of change in the weight of the single crystal rod. When growing the single crystal, the tail portion was separated from the raw material melt by applying a voltage between the single crystal and the crucible when the weight change of the single crystal became 0 and the current stopped flowing. Can be instantaneously and reliably determined.
[0048]
Therefore, the separation of the single crystal from the melt, which has been considered difficult so far, can be automatically detected, and the production by the unmanned automatic control can be performed over the entire single crystal production process. This can greatly contribute to the introduction of a centralized monitoring system for pulling equipment managed in one place. In recent years, for the production of large-diameter and long crystals, the introduction of MCZ machines in which magnets are arranged around a pulling device is progressing. However, by applying the present invention, workers can be kept without being kept in a high magnetic field. Crystals can be manufactured, and the burden on the worker's body can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a change in weight with respect to a growth time when a single crystal is manufactured according to the present invention.
(A) Crystal weight with respect to growing time
(B) Weight change per unit time with respect to growing time
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for producing a single crystal according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a conventional single crystal manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Crucible, 2: Main chamber, 3: Single crystal rod,
4 ... pull chamber, 5 ... heating element (heater), 6 ... raw material melt,
7: pedestal, 8: crucible rotation mechanism, 9: crucible rotation axis,
10: melt surface, 11: optical system device (CCD camera),
12: crystal pulling rotation mechanism, 13: wire, 14: holder,
15: seed crystal, 16: load cell, 17: control device, 18: voltage source,
19: ammeter, 20: switch mechanism, 21: neck, 22: cone,
23: straight body, 24: tail.

Claims (9)

チョクラルスキー法によりルツボ内の原料融液から直胴部を有する単結晶を引き上げ、前記直胴部を徐々に縮径してテール部を形成した後に前記原料融液から離間させる単結晶の製造方法において、前記テール部が前記原料融液から離間したことを前記単結晶の重量変化量から検出することを特徴とする単結晶の製造方法。Production of a single crystal having a straight body portion pulled up from the raw material melt in the crucible by the Czochralski method, gradually reducing the diameter of the straight body portion to form a tail portion, and then separating from the raw material melt. The method for producing a single crystal according to the method, wherein the fact that the tail portion is separated from the raw material melt is detected from a weight change amount of the single crystal. 前記引き上げ中の単結晶の重量を検出し、単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算して求め、単位時間または単位長さに対する重量変化量が0となった時をもって前記テール部が前記原料融液から離間したと判断することを特徴とする請求項1に記載の単結晶の製造方法。The weight of the single crystal during the pulling is detected, and the weight change per unit time or per unit length is calculated and obtained. When the weight change per unit time or per unit length becomes zero, the tail portion is obtained. 2. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein it is determined that the material is separated from the raw material melt. 前記単結晶の重量変化量が0となった時に単結晶とルツボとの間に電圧を印加し、または電流を流し、前記単結晶のテール部が前記原料融液から離間したことを前記単結晶とルツボとの間に電流が流れなくなることにより検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の単結晶の製造方法。When the weight change amount of the single crystal becomes 0, a voltage is applied between the single crystal and the crucible, or a current is applied, and the single crystal is determined to have a tail portion separated from the raw material melt. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the detection is performed when the current stops flowing between the crucible and the crucible. 前記単結晶の重量変化量が0となった時から所定時間経過後に前記単結晶のテール部が前記原料融液から確実に離間したと判断することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の単結晶の製造方法。The method according to claim 1, wherein it is determined that the tail portion of the single crystal is surely separated from the raw material melt after a lapse of a predetermined time from the time when the weight change amount of the single crystal becomes zero. The method for producing a single crystal according to the above. 前記単結晶のテール部が前記原料融液から離間したことを警報により作業者に知らせることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。The method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein an operator is notified by an alarm that the tail portion of the single crystal has separated from the raw material melt. チョクラルスキー法により原料融液から単結晶を引き上げる際に使用する単結晶製造装置であって、少なくとも、前記原料融液を収容するルツボと前記原料融液を加熱する発熱体とを備えたチャンバーと、ワイヤーまたはシャフトを介して前記単結晶を回転させながら引き上げる結晶引き上げ手段と、前記ルツボを回転させながら昇降を行うルツボ制御手段とを有し、前記結晶引き上げ手段により引き上げられる単結晶の重量を検出する重量計と、検出した単結晶の重量の単位時間あたりまたは単位長さあたりの重量変化量を演算処理して単結晶のテール部が融液から離間したことを検出する離間検出手段とをさらに備えたことを特徴とする単結晶の製造装置。A single crystal manufacturing apparatus used when pulling a single crystal from a raw material melt by the Czochralski method, comprising at least a crucible containing the raw material melt and a heating element for heating the raw material melt A crystal pulling means for pulling up while rotating the single crystal via a wire or a shaft, and a crucible control means for raising and lowering while rotating the crucible, wherein the weight of the single crystal pulled up by the crystal pulling means is reduced. A weighing scale for detecting, and separation detecting means for calculating that the weight change per unit time or unit length of the detected single crystal weight and detecting that the tail portion of the single crystal has separated from the melt. An apparatus for producing a single crystal, further comprising: 前記重量計がロードセルであることを特徴とする請求項6に記載の単結晶の製造装置。The single crystal manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the weighing scale is a load cell. 前記ワイヤーまたはシャフトを通じて前記引き上げ中の単結晶とルツボとの間に電流が流れるように電圧源または電流源を備えたことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の単結晶の製造装置。The single crystal manufacturing apparatus according to claim 6 or 7, further comprising a voltage source or a current source so that a current flows between the single crystal being pulled and the crucible through the wire or the shaft. . 前記離間検出手段と連動させた警報機をさらに備えたことを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の単結晶の製造装置。The apparatus for producing a single crystal according to any one of claims 6 to 8, further comprising an alarm linked to the separation detecting means.
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